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문제 정의
- 이러한 피복의 다양한 특성을 반영하기 위해 본 연구에서는 USGS 기준의 토지 피복인자를 적용하였다(박경훈, 2003). RUSLE 모델은 분석시기에 해당되는 식생의 성장상태까지를 고려해야 되나 본 연구에서는 자료수집의 어려움으로 인해 토지피복종류만을 고려하여 식생 피복인자를 평가하였다.
- 본 연구에서 분석한 사방댐 및 유역별 토사 유실 저감효과 분석자료는 사방댐의 규모와 위치를 최종적으로 결정하기 위한 기초자료가 된다. 예를 들어 인북천의 85번 사방댐 유역에서 유입되는 토사유실량은 1, 430 ton이므로 사방댐의 규모를 5,000 ton/개소로 설계하는 것은 비용 대비 효과 측면에서 비효율적임을 알 수 있다.
- 본 연구에서는 다양한 유역대책중 산림청에서 제시한 사방댐의 토사유실저감효과를 분석하였다. 이를 위해 산림청에서 검토한 사방댐 위치 도면(안)을 입수하여 1:5,000 수치지형도를 이용하여 전산화하였으며, 사방댐에 유입되는 토사를 모의하기 위해 DEM 자료를 이용하여사 방 댐 유역을 추출하였다.
- 본 연구에서는 소양호유역의 탁수 및 토사 유실 저감을 위해 수립중인 다양한 대책중 산림청과 지자체를 중심으로 계획중인 사방댐에 대한 저감효과를 분석한 결과 다음의 결론을 얻을 수 있었다.
가설 설정
- 각 사방댐에서 저감할 수 있는 퇴사량을 5, 000 ton/개소로 가정하였으며, 유사운송비 기준과 사방댐유역별 토사유실량 자료를 연계하여 사방댐유역별 토사유실저감량 및 저감효과를 표 3과 같이 평가할 수 있었다. 전체적으로 사방댐에 .
제안 방법
- 또한 경작 인자는 수치지형도에서 추출한 DEM 자료로부터 분석한 경사도와 중분류체계의 토지 피복 도에서 분석한 경작상태를 중첩 분석한 후 재배형태별 경작인자 기준을 적용하여 산정하였다. 그림 2는 소양호유역의 RUSLE 인자 분포도이며, 표 1은 10m 해상도로 분석한 소양호 유역의 RUSLE 인자 및 토사유실량 분석 결과이다.
- 사방댐에 의한 토사유실저감효과는 사방댐의 규모와 준설주기에 따라 결정되며, 특히 유역에서 유실된 토사가 사방댐까지 전파되는 유사운송비를 고려하여 토사유실 저감효과를 평가하였다. 또한 현재 계획된 사방댐의 위치 중 토사유실 발생가능성이 비교적 적은 곳의 효율을 높이기 위해 토사유실 저감량이 5, 000 ton/개소 이하인 곳은 5,000 ton 이상 토사 유실을 저감할 수 있는 곳으로 위치를 변경하는 시나리오도 함께 고려하여 저감효과를 평가하였다.
- 하게 된다. 본 연구에서는 식생 피복인자와 경작인자 계산을 위해 중분류 체계의 토지 피복 도를 기반으로 하였으며, 북한지역인 인북천 유역은 자료 여건상 대분류체계의 토지 피복 도를 연계 활용하였다.
- 강우강도는 비교적 단기사상에 대한 강우특성을 반영할 수 있는 장점이 있으나, 유역대책공법의 효과를 평가하는 연구에서는 인간의 인위적인 조절이 어려운 강우 특성을 일반화할 수 있는 강우량자료를 적용한 강우침식인자 산정이 바람직하다. 본연구에서는 관측소별 2005년도 강우량 자료를 기반으로 Toxopeus 식을 이용하여 관측소별 강우 침식인 자를 계산하였으며 스플라인 보 간을 수행하여 소양호유역의 강우침식인자를 평가하였다.
- 또한 강우 강도에 의한 방법은 비교적 단기강우사상에 의한 효과를 모의하는데 장점이 있는 반면 강우량에 의한 방법은 장기강우사상을 모의하는데 효과적인 것으로 알려져 있다(Hudson, 1977). 본연구에서는 탁수 및 토사유실 저감대책에 대한 효과를 분석하는 것으로서 인간의 인위적인 조작이 곤란한 강우특성을 일반화하기 위해 식 (2)와 같이 Toxopeus가 제안한 강우 침식인 자를 이용하였다(신계종, 1999).
- 토사유실모의는 유역에 적용가능하고 GIS 격자자료를 효과적으로 이용할 수 있는 RUSLE 모델을 이용하였다. 사방댐에 의한 토사유실저감효과는 사방댐의 규모와 준설주기에 따라 결정되며, 특히 유역에서 유실된 토사가 사방댐까지 전파되는 유사운송비를 고려하여 토사유실 저감효과를 평가하였다. 또한 현재 계획된 사방댐의 위치 중 토사유실 발생가능성이 비교적 적은 곳의 효율을 높이기 위해 토사유실 저감량이 5, 000 ton/개소 이하인 곳은 5,000 ton 이상 토사 유실을 저감할 수 있는 곳으로 위치를 변경하는 시나리오도 함께 고려하여 저감효과를 평가하였다.
- 소양호유역의 사방댐 위치는 산림청에서 제시한 계획도면을 기반으로 1:5,000 수치지형도를 이용하여 구축하였으며, 사방댐유역은 등고선 도를 이용하여 구축한 10m 해상도의 DEM 자료를 기반으로 유역추출알고리즘을 이용하여 그림 5와 같이 추출하였다.
- 소유역별 토사유실량 분석을 위해 소유 역도 레이어를 Zone Grid로 지정한 후 ArcGIS의 Zonalstats 함수를 이용하여 분석하였다. 2005 년도 강우량 자료를 이용하여 평가한 단위 토사 유실량에서는 추곡천(32.
- 유사운송비 계산후 사방댐 상류유역도를 Zone Grid로 지정한 후 2005년도 토사 유실 분포도를 기반으로 Zonalstats 함수를 이용하여각 사방댐유역별 토사유실량을 산정하였다.
- 이를 위해 산림청에서 검토한 사방댐 위치 도면(안)을 입수하여 1:5,000 수치지형도를 이용하여 전산화하였으며, 사방댐에 유입되는 토사를 모의하기 위해 DEM 자료를 이용하여사 방 댐 유역을 추출하였다. 토사유실모의는 유역에 적용가능하고 GIS 격자자료를 효과적으로 이용할 수 있는 RUSLE 모델을 이용하였다.
- 지형인자를 계산하기 위해 1:5,000 수치지형도의 등고로부터 구축한 TIN 자료로부터 10m 해상도의 DEM 자료를 구축하였다. 침식 사면의 길이인자(L)는 Desmet과 Govers(1996) 식을 적용하여 계산하였으며, 침식사면의 경사 인자(S)는 Nearing(1997) 식을 활용하여 계산하였다.
대상 데이터
- 국토지리정보원에서 구축한 1:5,000 수치지형도는 지형인자 및 경작인 자를 계산을 위한 DEM 제작에 활용하였으며, 중분류체계의 환경부 토지피복도는 식생 인자와 경작인자를 계산하는데 활용하였다. 또한 농업 과학기 술원의 1:25,000 정 밀토양도는 토양침식인 자를 계산하기 위해 활용하였고, 강우 자료는 소양강댐 관리연보를 이용하여 구축하였다(한국수자원공사, 2006).
이론/모형
- 토양도가 있다. 국토지리정보원에서 구축한 1:5,000 수치지형도는 지형인자 및 경작인 자를 계산을 위한 DEM 제작에 활용하였으며, 중분류체계의 환경부 토지피복도는 식생 인자와 경작인자를 계산하는데 활용하였다. 또한 농업 과학기 술원의 1:25,000 정 밀토양도는 토양침식인 자를 계산하기 위해 활용하였고, 강우 자료는 소양강댐 관리연보를 이용하여 구축하였다(한국수자원공사, 2006).
- 더 민감한 특성을 보인다. 본 연구에서는 Nearing(1997)이 제안한 식 (4)를 활용하였다.
- 특히 토양침식 인자는 토양의 표토부분을 구성하는 토양의 입경 분포에 가장 큰 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 표토에 대한 입경분포특성을 효과적으로 반영할 수 있는 Erickson(1997)의 삼각형 도표 방법을 이용하여 토양침식인자를 인덱스화 하였다.
- 식생피복인자는 현장조사 및 환경부의 자료를 기반으로 구축한 중분류 체계의 토지 피복 도를 미국 농무성에서 제시한 토지피복별 식생 피복인자 기준을 적용하여 계산하였다. 또한 경작 인자는 수치지형도에서 추출한 DEM 자료로부터 분석한 경사도와 중분류체계의 토지 피복 도에서 분석한 경작상태를 중첩 분석한 후 재배형태별 경작인자 기준을 적용하여 산정하였다.
- 특히 상류유역에서 유실된 토사가 사방댐까지 전파되는 비율인 유사운송비(SDR; Sediment Delivery Ratio)를 계산하는 과정이 필요하다. 유사운송비를 계산하는 다양한 식들이 있으며, 본 연구에서는 유역면적에 따라 유사운송비를 계산할 수 있는 Boyce(1975) 식을 이용하였다.
- 이러한 피복의 다양한 특성을 반영하기 위해 본 연구에서는 USGS 기준의 토지 피복인자를 적용하였다(박경훈, 2003). RUSLE 모델은 분석시기에 해당되는 식생의 성장상태까지를 고려해야 되나 본 연구에서는 자료수집의 어려움으로 인해 토지피복종류만을 고려하여 식생 피복인자를 평가하였다.
- 만약 인간의 인위적 토지이용으로 인해 토양을 덮고 있는 피복이 변경된다면, 그 피복의 특성에 따라 토양보호능력이 떨어지거나 비록 토양을 보호하더라도 그 재료가 고정되기 전에는 토양이 보호받지 못하므로 적당한 외부 에너지에 의해 토사유실이 발생하게 되며, 결국에는 단위지역 내 토지이용의 변화 및 특성에 따라 토사유실은 심각한 문제로 대두될 수 있다. 최근 GIS 기반의 토사 유실 연구가 활발히 진행중에 있으며, 본 연구에서는 유역적용성, 모델에 입력되는 자료의 유용성 및 최신의 토지피복특성을 반영할 수 있는 RUSLE 모델을 선정하여 분석에 활용하였다(Renard 등, 1991). RUSLE 모델은 기존의 농업지역에 일반적으로 적용했던 USLE 모델을 유역에 적용하기 위해 Renard 등(1991) 에 의해 개발된 모델로서 다양한 실험관측을통해 각 인자들의 식들이 개선되고 있다.
- 침식 사면의 길이인자(L)는 Desmet과 Govers(1996) 식을 적용하여 계산하였으며, 침식사면의 경사 인자(S)는 Nearing(1997) 식을 활용하여 계산하였다. 특히 Desmet과 Govers(1996) 식은 강우 발생 시 경사에 따라 이동하는 물의 양이 많을수록 많은 토사가 유입되는 개념을 도입하기 위해, DEM을 활용한 하천흐름 네트워크 및 누적 함수를 함께 적용하였다.
- 이를 위해 산림청에서 검토한 사방댐 위치 도면(안)을 입수하여 1:5,000 수치지형도를 이용하여 전산화하였으며, 사방댐에 유입되는 토사를 모의하기 위해 DEM 자료를 이용하여사 방 댐 유역을 추출하였다. 토사유실모의는 유역에 적용가능하고 GIS 격자자료를 효과적으로 이용할 수 있는 RUSLE 모델을 이용하였다. 사방댐에 의한 토사유실저감효과는 사방댐의 규모와 준설주기에 따라 결정되며, 특히 유역에서 유실된 토사가 사방댐까지 전파되는 유사운송비를 고려하여 토사유실 저감효과를 평가하였다.
- 토양침식인자는 농업과학기술원에서 구축한 1:25, 000 정밀토양도를 Erickson(1997)의 삼각형 도표에 적용하여 계산하였다. 이는 기존의개략토양도에 의한 계산방법보다 매우 정밀한 토양침식 인자 계산이 가능하므로 임하호 탁수발생의 원인이 되는 지역을 셀단위로 분석하는데 효과적이다.
성능/효과
- 2 ton/ha) 순으로 평가되었다. 따라서 추곡천, 자운천 그리고 오항 천 유역들이 다른 유역들에 비해 상대적으로 토사 유실 발생 가능성이 높음을 알 수 있었다. 소양호유역에 계획중인 94개의 사방댐 지점을 중심으로 유역추출알고리즘을 이용하여 사방댐 유역을 추출하였으며, 사방댐유역의 토사 유실량과 유사운송비를 계산하여 평가한 토사 유실 저감량은 330, 203 ton으로서 전체 토사 유실 발생량인 4, 819, 494 ton과 비교하여 6.
- 예를 들어 인북천의 85번 사방댐 유역에서 유입되는 토사유실량은 1, 430 ton이므로 사방댐의 규모를 5,000 ton/개소로 설계하는 것은 비용 대비 효과 측면에서 비효율적임을 알 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 5,000 ton/개소 이하인 사방댐의 위치를 5,000 ton 이상 인지점으로 위치를 변경하는 시나리오를 설정하여 분석한 결과, 토사유실저감량은 506, 783 ton으로 전체토사유실 발생량인 4, 819, 494 ton 과 비교하여 10.52%의 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 이와 같이 GIS 기반 RUSLE 모델을 이용하여 산정한 사방댐 지점 및 유역별 토사유실 저감효과는 농림부, 환경부 그리고 소방방재청 등에서 수행될 다양한 토사 유실 저감 대책과 더불어 유역대책을 수립하는데 중요한 의사결정 자료가 될 것으로 판단된다.
- 유역별 토사 유실 저감량 분석결과에서는 소양강—지방1급이 49, 093 ton으로 가장 높은 값을 나타내었으며, 자운천 (45, 320 ton) 그리고 내린천(32, 193 ton)으로나타났다. 또한 유역별 토사유실 저감효율 분석에서는 조항천유역의 사방댐에 의한 토사 유실 저감량이 30, 247 ton으로 소유역에서 발생하는 76, 438 ton과 비교하여 40%의 저감효과가 있는 것으로 분석되었으며, 물노천이 32% 그리고 부귀천이 31%로 나타났다.
- 먼저, 강우침식인자는 강우량과 강우 강도에 영향을 받는데, 강우량보다는 강우강도가 강우 침식 인자에 더 큰 영향을 미치며 일정 강우 강도 이하에서는 상대적으로 비침식성 결과를 보이는 것으로 알려져 있다. 또한 강우 강도에 의한 방법은 비교적 단기강우사상에 의한 효과를 모의하는데 장점이 있는 반면 강우량에 의한 방법은 장기강우사상을 모의하는데 효과적인 것으로 알려져 있다(Hudson, 1977).
- 8%의 저감효과 있음을 알 수 있었다. 사방댐유역은 시설 규모와 준설주기에 따라 저감효과가 결정되며 일반적인 기준인 5,000 ton/개소를 기준으로 할 때, 토사유실이 적게 나타나는 지역을 5, 000 ton 이상 발생하는 지역으로 위치를 변경 시 토사유실저감량은 506, 783 ton으로 전체토사 유실 발생량인 4, 819, 494 ton과 비교하여 10.52%의 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 분석한 지점별 토사 유실 저감량 분석자료는 사방댐건설 실시계획 수립 시 실제 위치선정에 대한 타당성 평가자료로 활용이 가능하며, 농림부, 환경부, 소방방재청 및 건교부 등의 유역대책 저감효과 자료와 연계 시 소양호유역의 탁수 및 토사유실 저감효과분석이 가능하리라 판단된다.
- 따라서 추곡천, 자운천 그리고 오항 천 유역들이 다른 유역들에 비해 상대적으로 토사 유실 발생 가능성이 높음을 알 수 있었다. 소양호유역에 계획중인 94개의 사방댐 지점을 중심으로 유역추출알고리즘을 이용하여 사방댐 유역을 추출하였으며, 사방댐유역의 토사 유실량과 유사운송비를 계산하여 평가한 토사 유실 저감량은 330, 203 ton으로서 전체 토사 유실 발생량인 4, 819, 494 ton과 비교하여 6.8%의 저감효과 있음을 알 수 있었다. 사방댐유역은 시설 규모와 준설주기에 따라 저감효과가 결정되며 일반적인 기준인 5,000 ton/개소를 기준으로 할 때, 토사유실이 적게 나타나는 지역을 5, 000 ton 이상 발생하는 지역으로 위치를 변경 시 토사유실저감량은 506, 783 ton으로 전체토사 유실 발생량인 4, 819, 494 ton과 비교하여 10.
- 소양호유역의 RUSLE 인자를 이용하여 토사 유실량을 평가한 결과, 토사유실량의 평균값이 17.9 ton/ha로 분석되었으며, 면적 단위로 환산한 결과 4, 819, 494 ton의 토사유실량이 산정되었다. 그림 3은 2005년도 강우자료를 이용하여 분석한 토사유실량 분포도이다.
- 8%로 분석되었다. 유역별 토사 유실 저감량 분석결과에서는 소양강—지방1급이 49, 093 ton으로 가장 높은 값을 나타내었으며, 자운천 (45, 320 ton) 그리고 내린천(32, 193 ton)으로나타났다. 또한 유역별 토사유실 저감효율 분석에서는 조항천유역의 사방댐에 의한 토사 유실 저감량이 30, 247 ton으로 소유역에서 발생하는 76, 438 ton과 비교하여 40%의 저감효과가 있는 것으로 분석되었으며, 물노천이 32% 그리고 부귀천이 31%로 나타났다.
- 전체적으로 사방댐에 .의해 저감할 수 있는 토사유실량은 330, 203 ton으로 전체 토사유실량인 4, 819, 494 ton의 6.8%로 분석되었다. 유역별 토사 유실 저감량 분석결과에서는 소양강—지방1급이 49, 093 ton으로 가장 높은 값을 나타내었으며, 자운천 (45, 320 ton) 그리고 내린천(32, 193 ton)으로나타났다.
후속연구
- 52%의 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 분석한 지점별 토사 유실 저감량 분석자료는 사방댐건설 실시계획 수립 시 실제 위치선정에 대한 타당성 평가자료로 활용이 가능하며, 농림부, 환경부, 소방방재청 및 건교부 등의 유역대책 저감효과 자료와 연계 시 소양호유역의 탁수 및 토사유실 저감효과분석이 가능하리라 판단된다.
- 52%의 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 이와 같이 GIS 기반 RUSLE 모델을 이용하여 산정한 사방댐 지점 및 유역별 토사유실 저감효과는 농림부, 환경부 그리고 소방방재청 등에서 수행될 다양한 토사 유실 저감 대책과 더불어 유역대책을 수립하는데 중요한 의사결정 자료가 될 것으로 판단된다.
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