[논문]홍천군 산지농업지대의 토양침식취약성 분석

김기성; 허성구; 정영상; 김지만; 임경재

홍천군 산지농업지대의 토양침식취약성 분석
Analysis of Soil Erosion Vulnerability at Alpine Agricultural Fields of HongCheon County 원문보기

농촌계획 : 韓國農村計劃學會誌, v.11 no.2 = no.27, 2005년, pp.51 - 57

김기성 (강원대학교 농업생명과학대학) , 허성구 (강원대학교 대학원) , 정영상 (강원대학교 농업생명과학대학) , 김지만 (강원대학교 대학원) , 임경재 (강원대학교 농업생명과학대학)

Abstract ▼ AI-Helper

It has been well known that soil erosion and sediments from alpine agricultural fields are causing severe water quality and turbidity problems in receiving waters. Also these result in the loss of money because farmers have to buy top soils to provide enough root zone in the following year. Thus, there have been needs to reduce soil erosion and sediment discharge into the stream networks. To accomplish this end, an effective erosion control plans should be developed based on scientific research, not by rule of thumb. The Universal Soil Loss Equation (USLE) has been widely used to estimate the soil erosion in many countries over the years. In this study, the USLE was used to estimate soil erosion potential under different cropping scenarios in HongCheon County, Kangwon. The soil erosion potential for continuous corn cropping was the highest compared with those from continuous potato find average cropping scenarios. This indicates the soil erosion plans need to be established considering cropping system in the field. The Unit Stream Power Erosion-Deposition (USPED) was applied for HongCheon County to estimate soil erosion and deposition areas. The USPED estimated results can be used to complement USLE results in developing effective erosion control plans.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하였다. USPED 모델을 이용하여 토양침식과 퇴적지역을 공간적으로 분석 모의하여 작물재배에 따른 토양유실 발생가능성과 토양유실 취약성에 관해 모의 하였고 효율적인 토양 유실방지 대책을 세우기 적합한 지역을 USPED 모델로 검토하는데 있다.
하지만 현실적으로 토양유실을 조절하기 어렵기 때문에 지형의 형상에 따라 퇴적지역이 일어나는 곳과 침식 발생지역을 알아보는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 USPED 모형을 이용하여 홍천군내 농경지에 대해 토양의 침식 및 퇴적 지역을 모의하였다. 모의 결과 논의 경우 주로 평지에 위치해 있기 때문에 토양의 침식보다는 유실된 토양이 이동되어 퇴적되는 것으로 나타났고, 밭 중에서 대부분의 경우 퇴적보다는 침식이 많이 일어나는 것으로 나타났다.
따라서 본 연구의 목적은 USLE 모형을 이용하여 고랭지 경사에서의 홍천군내 농경지 (논과 밭)에 대해서 작물별 토양유실량 발생 취약성에 대하여 모의 하였다. USPED 모델을 이용하여 토양침식과 퇴적지역을 공간적으로 분석 모의하여 작물재배에 따른 토양유실 발생가능성과 토양유실 취약성에 관해 모의 하였고 효율적인 토양 유실방지 대책을 세우기 적합한 지역을 USPED 모델로 검토하는데 있다.
UPPED는 식 (3)과 같이 유수와 함께 이동하는 유사흐름비율과 유사 운송능력, 강우특성, 지형 및 하천에 퇴적되어 저수 및 통수능력등 고려하여 토양 침식량을 계산한다. 본 연구에서는 세류침식이 주로 발생된다고 가정하여 홍천군내 토양의 침식과 퇴적을 모의 하였다.

제안 방법

토양유실에 관한 연구는 토양유실방지 대책까지 제시해 주어야 하므로 침식-퇴적 지역까지 분석할 수 있는 모델을 적용해야만 한다. 그러나 USLE 모델은 이러한 침식-퇴적 지역에 대한 지형분석기능이 없기 때문에 Mitasova 등(1996)에 의해 개발된 The Unit Stream Power Erosion-Deposition (USPED) 모델로 이를 보완할 수 있다. 이 모델은 유실과정에서 발생하는 운반능력에 대한 침전율 예측과 유실토양의 공간분석 예측모델이며, 간단하고, 정상적인 조건하일 때 강우에 의한 침식-퇴적지역을 예측 할 수 있다.
시용된 Digital Elevation Model(DEM)의 셀 크기가 10m이기 때문에 Flow Accumulation의 상한값을 15로 정하였고, 15 이상의 셀의 경우 15값을 동일 적용하였다. 논의 경우는 평지로 가정하여 경사도를 적게 적용하는 것이 현실적이라고 판단하여 정영상 등(1999)에 의해 제안된 LS인자 값 0.2를 적용하였다. 그림 3은 홍천군의 LS 인자를 나타낸 그림이다.
본 연구에서는 식생피복인자값을 작물별로 달리하여 계산된 연평균토양유실량을 비교 분석하였고, 농업과학기술원에서 분류한 기준과 OECD 농업환경 지표 값을 근거로 토양유실 위험도를 양호(10ton/ha/year 이하), 보통(10-20ton/ha/year) 및 위험(20ton/ha/year이상)으로 3단계 분류하였다.
표 1은 강원도 지역의 행정구역별 강우인자 (R)를 나타낸다. 본 연구에서는 홍천군에 해당하는 R factor를 사용하였다.
그러나 강원도의 연구지역의 경우 경사장이 긴 곳이 많이 있기 때문에, 본 연구에서는 최대 경사장 150m을 이용하였다. 시용된 Digital Elevation Model(DEM)의 셀 크기가 10m이기 때문에 Flow Accumulation의 상한값을 15로 정하였고, 15 이상의 셀의 경우 15값을 동일 적용하였다. 논의 경우는 평지로 가정하여 경사도를 적게 적용하는 것이 현실적이라고 판단하여 정영상 등(1999)에 의해 제안된 LS인자 값 0.
연평균 토양유실량 산정은 강우침식능인자(R), 토양침식성인자(K), 경사와 경사장 인자(LS), 식생피복인자(C), 작물경작인자(P) 등 총 6가지 인자를 곱하여 구하였다. 본 연구에서는 식생피복인자값을 작물별로 달리하여 계산된 연평균토양유실량을 비교 분석하였고, 농업과학기술원에서 분류한 기준과 OECD 농업환경 지표 <표 4> 값을 근거로 토양유실 위험도를 양호(10ton/ha/year 이하), 보통(10-20ton/ha/year) 및 위험(20ton/ha/year이상)으로 3단계 분류하였다.
토양침식성 인자(K factor)는 Williams (1975)에 의해 제안된 식 2를 이용하여 산출하였다. 이때 토양내 점토, 실트, 모래의 함량구성비를 이용하여 1:25000의 정밀토양도를 이용하였다. 홍천군 지역의 토양침식성 인자(K factor)의 범위는 그림 2에서 보이는 바와 같이 0.

대상 데이터

4m (300피트)이기 때문에, 122m (400피트) 보다 짧은 경사장을 이용하기를 권하고 있다. 그러나 강원도의 연구지역의 경우 경사장이 긴 곳이 많이 있기 때문에, 본 연구에서는 최대 경사장 150m을 이용하였다. 시용된 Digital Elevation Model(DEM)의 셀 크기가 10m이기 때문에 Flow Accumulation의 상한값을 15로 정하였고, 15 이상의 셀의 경우 15값을 동일 적용하였다.
본 연구에서는 30분 강우강도(130) 데이터 부족으로 정(1999)에 의해 계산된 행정구역별 강우침식능인자를 이용하였다. 표 1은 강원도 지역의 행정구역별 강우인자 (R)를 나타낸다.
연구대상 지역은 강원도 홍천군의 논농사와 밭농사지역으로 하였다. 홍천군의 총 경지면적 17,484ha 중에 논이 6,724ha이고 밭이 17,484ha로 논과 밭의 비율은 40%와 60%를 차지하고 있다.
이때 Lim과 Engel(2004)에 의해 개발된 USPED ArcView GIS 인터페이스를 이용하였다. 입력자료는 USLE의 입력 자료인 R, K, C, P, 그리고 DEF 을 사용하였다. UPPED는 식 (3)과 같이 유수와 함께 이동하는 유사흐름비율과 유사 운송능력, 강우특성, 지형 및 하천에 퇴적되어 저수 및 통수능력등 고려하여 토양 침식량을 계산한다.

이론/모형

USPED 모형을 홍천군 지역의 농경지에 토양의 침식 및 퇴적 지역을 모의하였다. 기존에 USLE 모델은 연구지역 내에서의 토양유실량을 모의하는데 사용될 수 있지만 실제 자연에서는 유실된 토양이 하류지역으로 이동하면서 지형의 형상에 따라 퇴적이 일어나기도 한다.
본 연구에서는 경사와 경사장 인자 값을 구하기 위하여 Moore와 Burch (1986)에 의해 제안된 방법을 이용하였다. RUSLE Users Guide (Forster 등, 1996)에 의하면 USLE 모형의 개발에 사용되었던 시험포의 경사장은 10.
그러므로 토양 유실 방지만을 고려하여 토양특성이나 식생 피복을 선정한다는 것은 곤란할 때가 많다 그러나 토양보전인자는 제한 요인이 거의 없고 적절한 토양관리에 의해 토양 유실량을 줄일 수 있으므로 토양 보전에 절대적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 박철수(1999, 2002)에 의해서 제안한 작물경작인자를 토지이용과 경사도에 따라 이용하였다. 표 3은 토지이용별 작물경작인자 값을 나타내고 있으며, 밭의 경우 등고선 경작방식을 택한다는 가정 하에 경사도에 따른 작물경작인자 값을 나타낸 것이다.
이 USLE 모델을 이용하여 고랭지 논과 밭에서의 각 작물별 토양유실량을 모의하는데 사용하였다. 그러나 실제 자연에서는 유실된 토양이 하류지역으로 이동하면서 지형의 형상에 따라 퇴적이 일어나기도 한다.
보다 효율적인 토양유실방지 대책을 세우기 위해서는 토양 유실량 산정뿐만 아니라 상대적으로 토양유실 발생지역과 유실된 토양이 퇴적 되는 지역을 모의 하는 것이 중요하다. 이때 Lim과 Engel(2004)에 의해 개발된 USPED ArcView GIS 인터페이스를 이용하였다. 입력자료는 USLE의 입력 자료인 R, K, C, P, 그리고 DEF 을 사용하였다.
토양침식성 인자(K factor)는 Williams (1975)에 의해 제안된 식 2를 이용하여 산출하였다. 이때 토양내 점토, 실트, 모래의 함량구성비를 이용하여 1:25000의 정밀토양도를 이용하였다.
홍천군에 적용된 식생피복인자는 표 2에서 보이는 바와 같이 정영상 등(1999)에 의해 제안된 작물별 인자값을 이용하였다. 밭작물에 따른 식생피복인자 값은 평균 작물, 감자, 그리고 옥수수 세 경우에 대한 값을 이용하였다.

성능/효과

3으로 옥수수 보다 작기 때문에 C값 감소로 인한 토양유실위험지역 비율이 감소됨을 알 수 있었다. OWED 환경지표와 농업과학기술원의 토양유실위험 분류포를 참고하여 토양유실위험 지역을 20ton/ha/year 이상으로 정하였고 위험 군에 속하는 지역의 비율은 24%로 나타났다. 따라서 토양유실 저감대책을 세울 때 토양유실이 많이 일어나는 농지에 대해 적절한 작물을 재배함으로써 토양유실을 줄일 수 있음을 알 수 있었다.
OWED 환경지표와 농업과학기술원의 토양유실위험 분류포를 참고하여 토양유실위험 지역을 20ton/ha/year 이상으로 정하였고 위험 군에 속하는 지역의 비율은 24%로 나타났다. 따라서 토양유실 저감대책을 세울 때 토양유실이 많이 일어나는 농지에 대해 적절한 작물을 재배함으로써 토양유실을 줄일 수 있음을 알 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 USPED 모형을 이용하여 홍천군내 농경지에 대해 토양의 침식 및 퇴적 지역을 모의하였다. 모의 결과 논의 경우 주로 평지에 위치해 있기 때문에 토양의 침식보다는 유실된 토양이 이동되어 퇴적되는 것으로 나타났고, 밭 중에서 대부분의 경우 퇴적보다는 침식이 많이 일어나는 것으로 나타났다. USLE 모의 결과 토양유실 발생 가능성이 많은 지역도 실제 자연에서는 유실된 토양이 이동되어 퇴적되는 경우가 있을 것이다.
작물에 따른 C값의 토양유실영향 평가를 위해 밭에서 일반적으로 재배하는 여러 작물들에 대한 평균적인 작물인자 값인 0.2와 감자작물의 C인자 값 0.3 그리고 옥수수작물의 C인자 값 0.47을 적용하여 비교한 결과키가 큰 옥수수를 단작하는 경우 C값 증가로 인해 토양 유실 위험지역비율이 높아지는 반면키가 작고 지면피복이 잘되는 작물은 C값이 0.2~0.3으로 옥수수 보다 작기 때문에 C값 감소로 인한 토양유실위험지역 비율이 감소됨을 알 수 있었다. OWED 환경지표와 농업과학기술원의 토양유실위험 분류포를 참고하여 토양유실위험 지역을 20ton/ha/year 이상으로 정하였고 위험 군에 속하는 지역의 비율은 24%로 나타났다.

후속연구

USLE 모의 결과 토양유실 발생 가능성이 많은 지역도 실제 자연에서는 유실된 토양이 이동되어 퇴적되는 경우가 있을 것이다. 이 USPED 결과는 침사지와 같은 토양유실방지 시설을 설치하는데 필요한 위치를 결정하는데 효율적으로 사용될 수 있을 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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