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문제 정의
- 유역에서 발생되는 토사량 중 하천으로의 유사 유출량을 분석하는 방법은 여러 가지가 있으나, 본 연구에서는 RUSLE와 GRID를 이용하여 토양유실량을 계산하는 방법에 대해 분석하였다. 토양유실량을 산정하기 위해 GIS 를 이용하여 유역의 DEM자료와 경사도, 토양도, 토지이용도를 구축하여 RUSLE의 입력자료인 강우침식인자(R), 토양침식인자 (K), 지형 인자 (LS), 식생피복인자(C), 침식조절인자 (P)에 대한 주제도를 작성하여 산정하였다.
제안 방법
- 경험적방법을 이용하였다. GIS를 이용하여 유역의 DEM자료와 경사도, 토양도, 토지이용도를 구축하여 RUSLE의 입력자료로 사용하였다. RUSLE 인자 중 강우 침식인 자(P)는 건설교통부에서 제시한 연평균 자료를 이용하였고, 토양침식인자는 Wischmeiei■가 제시한 침식성 계산표를 사용하였으며, 지형인자는 Wischmeiei■와 Smith(1978)가 제시한 LS 인자 산정 공식, Moore와 Burch(1986) 가 제안한 방법, Hickey와 Smith(1994)의 누적 경 사장 개념을 도입한 LS 산정공식을 사용하여 비교하였으며, 식생피복인자는 USDA(Wischmeier 등, 1978)에서 제시한 값을 이용하여 토지이용에 따른 값을 적용하였다.
- 이 공식을 적용한 결과 영산강 상류유역에서 Wischmeiei■와 Smith(1978)의 LS인자 방법은 180만톤, Moore와 Burch(1986) 의 방법은 94만 톤 Robert Hickey와 Smith(1994) 의 방법은 110만톤으로 추정되었다. 그러나 추정된 값의 토사가 모두 하류로 유입되는 것이 아니므로 하천으로의 유사유출량을 분석하였다.
- 토양유실량은 LS인자를 계산하는 방법에 따라 3가지 방법을 적용하였고 각 방법별로 2가지의 유사전달비 추정방법을 적용하여 6가지 경우에 대해 유사유줄량을 산정하였다. 그리고 건교부의 경험적 방법에 의한 유사 유출량과 상대적 크기를 비교하였다.
- 시작한다. 다음 강우와 토양 유실량과의 관계를 강우 크기를 통하여 분석하고 미국 록키산맥 동쪽지역 37개 주에 대한 日의 등 침식 도로 나타내었다. 국내에서는 신재성 등(1983) 에 의하여 강우침식도 계산을 하였으며, 정필균 등(1983)에 의하여 기상청 산하 51개 관측소의 1960~1980(21년)의 강우자료분석에 의한 강우 침식 도를 작성하였다.
- 토양 유실량을 산정하는 방법은 LS인자를 계산하는 방법에 따라 Wiscmeier & Smith, Moore & Burch, Robert Hickey & Smith의 3가지 방법이 있으며 유사전달비 방법은 Roehl방법과 Boyce방법의 2가지 방법이 있다. 본 연구에서는 토양유실량별로 유사전달비를 적용하여 6가지 경우에 대해 유사유줄량을 산정하였고 건교부의 경험공식을 적용하여 유사 유출량을 산정하였다.
- 유사전달비 방법은 LS인자를 계산하는 방법에 따라 3가지의 방법이 있으며 이 방법에 따라 토양유실량을 산정하였고 각 방법별로 2 가지의 유사전달비 추정방법을 적용하여 총 6 가지 경우에 대해 유사유출량을 산정하였다. 표 3에 적용방법별 유사유출량을 나타내었으며 마지막에 건교부의 경험적 방법에 의한 유사 유출량을 계산하여 나타내었다.
- 1992). 이 방법은 유역면적 200~ 2, 0001血 정도의 중규모 유역을 대상으로 유역면적, 하천밀도, 강우침식도, 토양침식성, 지형, 하상재료 등 총 6개 인자를 고려하여 유역의 유사 유출량과 비유사량을 경험적으로 구하였다 . 개발된 방법은 3변수 경험공식으로 다음과 같다.
- 6%로 나타났다. 토양 유실량 값과 유사전달비를 곱한 값을 Arcinfo GRID모듈의 Flowaccumulation을 이용하여 하천 하류로의 흐름누적양을 계산하였다. 분석된 유사유출량은 하천의 어느 한 지점에서 누적된 양을 확인할 수 있고 그림 3 (f)에 나타내었다.
- 따라서 유역 내 토사량 중 하천으로의 유사유출량을 계산해 낼 필요가 있다. 토양유실량은 LS인자를 계산하는 방법에 따라 3가지 방법을 적용하였고 각 방법별로 2가지의 유사전달비 추정방법을 적용하여 6가지 경우에 대해 유사유줄량을 산정하였다. 그리고 건교부의 경험적 방법에 의한 유사 유출량과 상대적 크기를 비교하였다.
- 토양유실량을 산정하기 위해 GIS 를 이용하여 유역의 DEM자료와 경사도, 토양도, 토지이용도를 구축하여 RUSLE의 입력자료인 강우침식인자(R), 토양침식인자 (K), 지형 인자 (LS), 식생피복인자(C), 침식조절인자 (P)에 대한 주제도를 작성하여 산정하였다. 토양 유실량을 산정하는 방법은 LS인자를 계산하는 방법에 따라 Wiscmeier & Smith, Moore & Burch, Robert Hickey & Smith의 3가지 방법이 있으며 유사전달비 방법은 Roehl방법과 Boyce방법의 2가지 방법이 있다.
- 하천의 토양유실량을 분석하는 방법은 여러 가지가 있으나 본 연구에서는 RUSLE 와 GRID를 이용하여 토양유실량을 계산하고 유사 유출량은 유사전달비 방법과 유사유출에 관련된 변수들을 이용해 회귀식을 만들어 분석하는 경험적방법을 이용하였다. GIS를 이용하여 유역의 DEM자료와 경사도, 토양도, 토지이용도를 구축하여 RUSLE의 입력자료로 사용하였다.
대상 데이터
- 달라지는 인자이다. USDA (Wischmeier 등, 1978)에서 제시한 값을 이용하여 토지이용에 따른 적절한 식생피복인자를 선택하였으며, 논과 밭의 경우는 0.03, 산림 0.001, 초지 0.01, 나지 0.1, 주거지의 경우 0.01의 값을 적용하였다(그림 3(C)).
- 연구대상지역은 광주광역시에 있는 영산강 상류 유역을 선정하였다(그림 1).
- 연구지역의 토양분류는 한국 토양조사 사업기구에서 작성한 1:50, 000 개략토양도를 이용하였으며, Wischmeier 계산표에 의하여 산출된 연구지역의 人값을 표 1과 그림 3 (a)에 나타내었다.
데이터처리
- 유역에서의 유실토사량 중 하천으로의 유사 유출량을 추정하기 위해 유사전달비 방법과 경험적 방법을 이용하여 산출하였으며 그 결과를 비교분석하였다.
이론/모형
- GIS를 이용하여 유역의 DEM자료와 경사도, 토양도, 토지이용도를 구축하여 RUSLE의 입력자료로 사용하였다. RUSLE 인자 중 강우 침식인 자(P)는 건설교통부에서 제시한 연평균 자료를 이용하였고, 토양침식인자는 Wischmeiei■가 제시한 침식성 계산표를 사용하였으며, 지형인자는 Wischmeiei■와 Smith(1978)가 제시한 LS 인자 산정 공식, Moore와 Burch(1986) 가 제안한 방법, Hickey와 Smith(1994)의 누적 경 사장 개념을 도입한 LS 산정공식을 사용하여 비교하였으며, 식생피복인자는 USDA(Wischmeier 등, 1978)에서 제시한 값을 이용하여 토지이용에 따른 값을 적용하였다. 침식조절인자는 DEM 자료를 이용한 유역 경사자료와 토지 이용도를 이용하여 Wischmeier(1972)가 제시한 값을 이용하여 경사도에 따른 토지이용별 값을 적용하였다.
- Wischmeier (1972)가 제시한 값을 이용하여 토지 이용 형태에 따른 경사로 나누어 적용하였다. 우리나라의 경우 밭과 초지는 주로 등고선을 따라 경작하므로 등고선경작, 경지정리 된 논은 계단식의 테라스 경작조건을 적용하였다.
- 다음 강우와 토양 유실량과의 관계를 강우 크기를 통하여 분석하고 미국 록키산맥 동쪽지역 37개 주에 대한 日의 등 침식 도로 나타내었다. 국내에서는 신재성 등(1983) 에 의하여 강우침식도 계산을 하였으며, 정필균 등(1983)에 의하여 기상청 산하 51개 관측소의 1960~1980(21년)의 강우자료분석에 의한 강우 침식 도를 작성하였다. 박정환 등(2000)은 기상청 관할 53개 강우관측소의 강우 자료를 이용하여 추정하고 지역별, 계절별 특성을 분석하였다.
- A는 유역면적, b는 등고선영역의 폭, 人은 b에서 하천중심선에 가장 먼 지점까지의 거리이다. 이 방법은 Bernie Engel(1999)에 의해 ArcView를 이용하여 다음식과 같이 구현되었다(Slope는 %).
- 지형인자는 Wschmeier와 Smith(1978), Kfoore 와 Burch(1986), Robert Hickey와 Smith(1994) 의 방법을 이용하였다. 3가지 방법중 그림 3 (b) 에 Robert Hickey와 Smith(1994) 의 방법의 LS값을 나타내었다.
- RUSLE 인자 중 강우 침식인 자(P)는 건설교통부에서 제시한 연평균 자료를 이용하였고, 토양침식인자는 Wischmeiei■가 제시한 침식성 계산표를 사용하였으며, 지형인자는 Wischmeiei■와 Smith(1978)가 제시한 LS 인자 산정 공식, Moore와 Burch(1986) 가 제안한 방법, Hickey와 Smith(1994)의 누적 경 사장 개념을 도입한 LS 산정공식을 사용하여 비교하였으며, 식생피복인자는 USDA(Wischmeier 등, 1978)에서 제시한 값을 이용하여 토지이용에 따른 값을 적용하였다. 침식조절인자는 DEM 자료를 이용한 유역 경사자료와 토지 이용도를 이용하여 Wischmeier(1972)가 제시한 값을 이용하여 경사도에 따른 토지이용별 값을 적용하였다.
성능/효과
- 2배 정도 높게 산정되었다. 건교부의 경험 공식에 의한 유사유출량은 91,000톤으로 산정되었으며 이 값을 기준으로 유사유출량에 대한상대적 크기를 비교한 결과 Robert ffickey & Smith 공식과 Boyce 방법을 적용한 측정값이 85%로 건교부의 비유사량 공식을 이용하여 산정한 유사유출량과 가장 근사하게 산정되었다.
- 경험공식 결과를 기준으로 6가지 방법의 상대적 크기를 비교한 결과 Robert Hickey & Smith 공식과 Boyce 방법을 적용한 측정값이 85%로 건교부의 비유사량 공식을 이용하여 산정한 유사유출량과 가장 근사하게 산정되었다.
- 연구대상지역에 이 식을 적용한 결과 유사전달비는 6.8%로 계산되었다.
- 비, B는 하천의 분기율이다. 위의 식을 적용한 결과 영산강상류 유역(7141血)에 대한 유사전달비는 13.6%로 나타났다. 토양 유실량 값과 유사전달비를 곱한 값을 Arcinfo GRID모듈의 Flowaccumulation을 이용하여 하천 하류로의 흐름누적양을 계산하였다.
- 유사전달비의 방법은 Ro간d방법이 Boyce 방법보다 2배 정도 높게 산정되었다. 건교부의 경험 공식에 의한 유사유출량은 91,000톤으로 산정되었으며 이 값을 기준으로 유사유출량에 대한상대적 크기를 비교한 결과 Robert ffickey & Smith 공식과 Boyce 방법을 적용한 측정값이 85%로 건교부의 비유사량 공식을 이용하여 산정한 유사유출량과 가장 근사하게 산정되었다.
- 토양유실량 분석 중 Wiscmeier & Smith 의 LS공식을 적용한 결과가 Moore & Burch 의 LS공식을 적용한 결과보다 2배가량 과대산정되었으며 Robert Hickey & Smith 공식은 Moore & Burch 공식보다 약간 많게 산정되 었다.
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