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문제 정의
- 이러한 피복의 다양한 특성을 반영하기 위해 본 연구에서는 환경부에서 구축한 중분류체계의 토지피복도를 USGS 기준에 적용하여 토지피복인자를 적용하였다 (박경훈, 2003). RUSLE 모델은 분석시기에 해당되는 식생의 성장상태까지를 고려해야 되나 본 연구에서는 자료수집의 어려움으로 인해 토지피복종류만을 고려하여 식생피복인자를 평가하였다. 경작인자는 경작형태와 지형경사에 의해 결정되는 인자로서, 일반적으로 밭은 등고선대상방식, 그리고 논은 테라스방 식을 적용하였다(이근상, 2006).
- 토사유실 평가는 지형 및 식생피복 형태에 따라 다양하게 나타나며, 특히 소양호유역은 고랭지밭의 객 토시행으로 일반밭에 비해 토사유실 발생이 클 것으로 예상된다. 본 고에서는 태풍 에위니아로 인한 소양강댐 고탁수발생의 원인을 강우특성과 고랭지밭 측면에서 접근하였다. 태풍 에위니아로 인한 강우특성이 토사유실에 미치는 영향 정도를 평가하기 위해 댐 설계 기준인 48시간 지속 200년 빈도 강우사상과 상호 비교하여 토사유실량을 평가하였다.
- 본 고에서는 태풍에 위니아의 강우사상과 고랭지 밭의 구조적인 특성을 고려하여 소양호유역의 토사유 실량을 평가함으로서 2006년 태풍에 위니아로 인한 소양호 고탁수 발생 원인을 검토하였다.
- 소양호유역의 토사유실 평가를 위해 선정한 RUSLE 모델은 기존의 농업지역에 이용되었던 USLE (Universal Soil Loss Equation) 모델을 유역에 적용하기 위해 개발되었다. RUSLE 모델은 강 우침식인자(R), 토양침식인자(K), 지형인자(LS), 식 생피복인자(C), 경작인자(P) 그리고 토사유실량(A)으로 구성되어 있다.
제안 방법
- 이를 위해 먼저, 고랭지밭 기준인 해발 400m 이상의 밭지역을 DEM 자료로부터 추출하여 고랭지밭의 면적 분포특성을 분석하였으며, 이를 30개 소유역별로 분석하여 탁수발생 주요하 천과 고랭지밭 면적과의 상관성을 검토하였다.RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation)인자중 고랭지밭의 특성을 반영하는 식생피복인자 기 준은 박철수 등(2005)과 이계준 등(2002)의 연구 자료를 이용하여 계산하였으며, 일반밭과 고랭지밭의 식생피복인자 기준을 이용하여 토사유실량을 분석함 으로서 소양호유역의 고랭지밭 특성을 고려한 토사유실 영향을 평가하였다.
- 소양호유역은 30개의 하천으로 구성되어 있으며, 유역면적은 약 2, 695krf이고 강원도 인제군, 고성군, 양구군, 홍천군, 춘천시에 걸쳐 있다. 그림 1은 소양호 유역도로서 지방 2급 하천을 기준으로 총 30개의 세부 유역을 유역추출 알고리즘을 이용하여 구축하였다.
- 태풍 에위니아로 인한 강우특성이 토사유실에 미치는 영향 정도를 평가하기 위해 댐 설계 기준인 48시간 지속 200년 빈도 강우사상과 상호 비교하여 토사유실량을 평가하였다. 또한 토지피복중 밭지역에 대한 고랭지 특성을 고려하기 위해 밭 지역을 일반밭으로 간주하여 적용하였던 기존방법을 비롯하여 다양한 영농형태를 고려한 토사유실량을 평 가하여 상호 비교하였다. 이를 위해 먼저, 고랭지밭 기준인 해발 400m 이상의 밭지역을 DEM 자료로부터 추출하여 고랭지밭의 면적 분포특성을 분석하였으며, 이를 30개 소유역별로 분석하여 탁수발생 주요하 천과 고랭지밭 면적과의 상관성을 검토하였다.
- 또한 이계준 등(2002)은 경사지밭의 토양유실량 산정을 위한 적정모형 연구에서 강원도 고랭지밭의 영농형태별 식생피복인자를 제시하였다. 본 고에서는 박철수 등(2005)과 이계준 등(2002)의 자료를 기초로 영농 형태별 면적분포를 고려한 식생피복인자를 계산하였으며, 200년 빈도 강우사상을 기준으로 토사유실량을 비교 평가하였다.
- 또한 토지피복중 밭지역에 대한 고랭지 특성을 고려하기 위해 밭 지역을 일반밭으로 간주하여 적용하였던 기존방법을 비롯하여 다양한 영농형태를 고려한 토사유실량을 평 가하여 상호 비교하였다. 이를 위해 먼저, 고랭지밭 기준인 해발 400m 이상의 밭지역을 DEM 자료로부터 추출하여 고랭지밭의 면적 분포특성을 분석하였으며, 이를 30개 소유역별로 분석하여 탁수발생 주요하 천과 고랭지밭 면적과의 상관성을 검토하였다.RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation)인자중 고랭지밭의 특성을 반영하는 식생피복인자 기 준은 박철수 등(2005)과 이계준 등(2002)의 연구 자료를 이용하여 계산하였으며, 일반밭과 고랭지밭의 식생피복인자 기준을 이용하여 토사유실량을 분석함 으로서 소양호유역의 고랭지밭 특성을 고려한 토사유실 영향을 평가하였다.
- 본 고에서는 태풍 에위니아로 인한 소양강댐 고탁수발생의 원인을 강우특성과 고랭지밭 측면에서 접근하였다. 태풍 에위니아로 인한 강우특성이 토사유실에 미치는 영향 정도를 평가하기 위해 댐 설계 기준인 48시간 지속 200년 빈도 강우사상과 상호 비교하여 토사유실량을 평가하였다. 또한 토지피복중 밭지역에 대한 고랭지 특성을 고려하기 위해 밭 지역을 일반밭으로 간주하여 적용하였던 기존방법을 비롯하여 다양한 영농형태를 고려한 토사유실량을 평 가하여 상호 비교하였다.
- 태풍 에위니아로 인한 토사유실 특성을 검토하기 위해 소양강댐 강우설계 기준인 48시간 지속 200년 빈도 강우사상을 비교 자료로 활용하였다. 200년 빈 도 강우분포는 과거 강우사상을 기반으로 Huff의 4 분위법을 이용하여 계산하였다.
- 특히 표 7과 같이 영농형태별로 시나리오를 가정하여 밭지역에 대한 토사유실량 및 비율특성을 분석하였다. 고랭지밭 특성을 고려하지 않은 일반밭 형태의 시나리오 1과 현재의 영농형태인 조합방법을 적용한 시나리오 5의 토사유실 비교 결과, 현재의 영농형태를 고려한 시나리오 5의 토사유실량은 5, 311, 283 ton으로 시나리오 1에 비해 6.
대상 데이터
- 본 고에서는 고랭지밭의 면적분포 특성을 분석하기 위해 국토지리정보원의 1/5,000 수치지형도로부터 구축한 10m 해상도의 DEM 자료를 이용하였다. 그림 3(a)는 환경부에서 구축한 소양호유역의 토지피 복도이며, 그림 3(b)는 DEM과 토지피복도를 이용하여 본 고에서 분석한 일반밭과 고랭지밭의 위치를 표시한 것이다.
- 지형인자를 계산하기 위해 1/5,000 수치지형도의 등고로부터 10m 해상도의 DEM 자료를 구축하였다. 침식사면의 길이인자는 Desmet과 Govers(1996)이 제시한 식 (3)을 이용하여 평가하였다.
이론/모형
- 태풍 에위니아로 인한 토사유실 특성을 검토하기 위해 소양강댐 강우설계 기준인 48시간 지속 200년 빈도 강우사상을 비교 자료로 활용하였다. 200년 빈 도 강우분포는 과거 강우사상을 기반으로 Huff의 4 분위법을 이용하여 계산하였다. 그림 5는 48시간 지속 200년 빈도 강우분포를 나타낸 것으로서, 총강우량은 510mm이고 최대강우강도는 22.
- 16)로 인한 강우특성을 평가하기 위해 소양호유역에 위치하고 있는 12개 강우관측소의 시강우량 자료를 분석한 결과, 추양관측 소가 414mm로 가장 많은 강우량을 기록하였으며 최대강우강도는 현리관측소에서 시간당 76mm의 강우를 기록하였다. 관측소별 강우강도 자료를 식 (2)에 적용하여 표 5와 같은 강우침식인자를 계산하였으며, 관측소별 강우침식 인자로부터 IDW (Inverse Distance Weight) 보간법을 이용하여 소양호유역의 강우침식인자를 그림 7과 같이 평가하였다.
- 특히 토양침식인자는 토양의 표토 부분을 구성하는 토양의 입경분포에 가장 큰 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 농업과학기술원에서 구축한 1/25,000 정밀토양도를 이용하여 표토에 대한 입경분포 특성을 효과적으로 반영할 수 있는 Erickson(1997)의 삼각형 도표에 적용하여 토양침식 인자를 평가하였다.
- 그리고 0는 격자방향이다. 사면의 경사인자는 토양침식에 대한 경사의 영향을 나타내는 인자로서 Nearing(1997)이 제안한 식 (4)를 활용하여 분석하였다.
- 지표를 구성하는 식생의 종류 및 성장상태는 강우 에너지를 차단하는 중요한 보호요소가 된다. 이러한 피복의 다양한 특성을 반영하기 위해 본 연구에서는 환경부에서 구축한 중분류체계의 토지피복도를 USGS 기준에 적용하여 토지피복인자를 적용하였다 (박경훈, 2003). RUSLE 모델은 분석시기에 해당되는 식생의 성장상태까지를 고려해야 되나 본 연구에서는 자료수집의 어려움으로 인해 토지피복종류만을 고려하여 식생피복인자를 평가하였다.
- 지형인자를 계산하기 위해 1/5,000 수치지형도의 등고로부터 10m 해상도의 DEM 자료를 구축하였다. 침식사면의 길이인자는 Desmet과 Govers(1996)이 제시한 식 (3)을 이용하여 평가하였다.
성능/효과
- 특히 표 7과 같이 영농형태별로 시나리오를 가정하여 밭지역에 대한 토사유실량 및 비율특성을 분석하였다. 고랭지밭 특성을 고려하지 않은 일반밭 형태의 시나리오 1과 현재의 영농형태인 조합방법을 적용한 시나리오 5의 토사유실 비교 결과, 현재의 영농형태를 고려한 시나리오 5의 토사유실량은 5, 311, 283 ton으로 시나리오 1에 비해 6.14배 높은 토사유실 특성을 나타내었다. 따라서 소양호유역은 고랭지밭이라는 토지이용 측면에서 다른 유역에 비해 고탁수 발생에 취약한 구조적인 문제점을 가지고 있음을 알 수 있었다.
- 14배 높은 토사유실 특성을 나타내었다. 따라서 소양호유역은 고랭지밭이라는 토지이용 측면에서 다른 유역에 비해 고탁수 발생에 취약한 구조적인 문제점을 가지고 있음을 알 수 있었다. 특히 고랭지밭의 영농형태를 상하경으로 고려한 시나리오 2의 경우 시나리오 1에 비해 16.
- 88배로 매우 높은 토사유실 특성을 보였다. 또한 현재의 영농형태를 등고선 및 사경재배로 변경할 경우 토사유실을 현재보다 약 Z7배 감소시킬 수 있는 것으로 모의되었다. 이와 같이 고랭지밭의 분포특성 및 영농형태는 탁수 및 토사발생에 큰 영향을 주게 되며, 이러한 결과를 볼 때 소양호 유역은 고랭지 밭의 객토특성상 다른 유역에 비해 토사 및 탁수발생 가능성이 높은 구조적인 문제를 안고 있음을 알 수 있었다.
- 먼저, 고랭지밭 기준인 400m 이상의 밭지역을 DEM 자료와 토지피복도를 이용하여 분석한 결과, 소양호유역의 고랭지밭 면적비율은 밭면적(82.041 km2)의 약 60%에 해당하는 48.9501M로 매우 높게 평 가되었다. 특히 탁수발생의 주요하천으로 지적되고 있는 만대천, 자운천, 조항천유역의 경우 밭 전체가 고랭지밭으로 분류되어 탁수발생과 상관관계가 있음을 알 수 있었다.
- 소양호 고랭지밭은 대규모로 시행하고 있는 객토 특성상 다른 유역에 비해 토사유실 및 탁수발생 가능성이 매우 높다. 밭지역을 일반밭으로 고려한 기존의 방법을 비롯하여 다양한 영농형태를 고려한 고랭지밭 의 토사유실을 시나리오별로 평가한 결과, 현재의 영 농형태인 조합방법에 의한 토사유실량은 일반밭에 비해 약 6.14배로 높게 평가되었으며, 특히 상하경 재 배로 가정한 고랭지밭의 토사유실은 일반밭에 비해 약 16.88배로 매우 높은 토사유실 특성을 보였다. 또한 현재의 영농형태를 등고선 및 사경재배로 변경할 경우 토사유실을 현재보다 약 Z7배 감소시킬 수 있는 것으로 모의되었다.
- 태풍 에위니아와 200년 빈도 강우사상에 의한 소 양호유역의 강우침식인자 분석결과는 표 6과 같다. 분석결과, 태풍 에위니아로 인한 강우침식인자는 573 Joule로서 200년 빈도의 351 Joule 보다 222 Joule이 더 큰 것으로 나타났다. 따라서 2006년 소양호의 고탁수 발생은 태풍 에위니아와 같은 댐설계빈도를 초과하는 재해수준의 강우특성이 영향을 준 것으로 해석할 수 있다.
- 소유역별 고랭지밭의 면적비율은 GIS 격자분석을 실시하여 표 3과 같이 계산하였으며, 분석결과 만대 천, 정자천, 계방천, 방내천, 자운천, 조항천유역의 밭은 100%가 고랭지밭으로 분류되었다. 특히 만대천, 자운천, 조항천유역은 소양호 탁수발생의 주요원인으로 지적되고 있는 지역으로서(한국수자원공사, 2007), 고랭지밭의 면적비율이 탁수발생에 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.
- 또한 현재의 영농형태를 등고선 및 사경재배로 변경할 경우 토사유실을 현재보다 약 Z7배 감소시킬 수 있는 것으로 모의되었다. 이와 같이 고랭지밭의 분포특성 및 영농형태는 탁수 및 토사발생에 큰 영향을 주게 되며, 이러한 결과를 볼 때 소양호 유역은 고랭지 밭의 객토특성상 다른 유역에 비해 토사 및 탁수발생 가능성이 높은 구조적인 문제를 안고 있음을 알 수 있었다.
- 태풍 에위니아('06.7.14~7.16)로 인한 강우특성을 평가하기 위해 소양호유역에 위치하고 있는 12개 강우관측소의 시강우량 자료를 분석한 결과, 추양관측 소가 414mm로 가장 많은 강우량을 기록하였으며 최대강우강도는 현리관측소에서 시간당 76mm의 강우를 기록하였다. 관측소별 강우강도 자료를 식 (2)에 적용하여 표 5와 같은 강우침식인자를 계산하였으며, 관측소별 강우침식 인자로부터 IDW (Inverse Distance Weight) 보간법을 이용하여 소양호유역의 강우침식인자를 그림 7과 같이 평가하였다.
- 태풍 에위니아로 인한 토사유실 특성을 평가하기 위해 댐 설계 강우기준인 48시간 지속 200년 빈도의 강우사상과 비교한 결과, 태풍 에위니아의 강우침식인자는 573 Joule로 200년 빈도의 351 Joule에 비해 222 Joule이 더 큰 것으로 계산되었으며, 토사유 실 평가에서도 태풍 에위니아가 200년 빈도에 비해 약 16배 높은 결과를 보였다. 따라서, 2006년 소양호 고탁수 발생은 댐 설계 빈도를 초과하는 태풍 에 위니아의 강우특성이 큰 영향을 준 것으로 해석할 수 있다.
- 태풍에 위니아의 강우침식인자를 이용하여 평가한 토사유실량은 5, 716, 264 ton으로 200년 빈도의 3, 559, 721 ton보다 2, 156, 543 ton 만큼 크게 나타났다. 이러한 결과는 2006년 태풍에 위니아의 강우 사상에 의한 토사유실발생 잠재성이 200년 빈도 강우에 비해 1.
- 따라서 소양호유역은 고랭지밭이라는 토지이용 측면에서 다른 유역에 비해 고탁수 발생에 취약한 구조적인 문제점을 가지고 있음을 알 수 있었다. 특히 고랭지밭의 영농형태를 상하경으로 고려한 시나리오 2의 경우 시나리오 1에 비해 16.88배 높은 토사유실 특성을 보였으며, 현재의 영농형태를 사경이나 등고선 방식으로 개선할 경우 현재의 영농형태인 시나리오 5에 비해 토사유실을 약 2.7배 정도 감소시키는 것으로 모의되었다.
- 그림 3(a)는 환경부에서 구축한 소양호유역의 토지피 복도이며, 그림 3(b)는 DEM과 토지피복도를 이용하여 본 고에서 분석한 일반밭과 고랭지밭의 위치를 표시한 것이다. 표 2의 토지피복 분석결과와 같이 일반 밭과 고랭지밭의 면적은 각각 33.091krf와 48,950krf 로서 전체밭 대비 고랭지밭의 비율은 60%로 매우 높게 나타났다.
후속연구
- 특히 소양호유역의 고랭지밭은 지력증진을 위해 약 18cm 이상의 높이로 실시하고 있는 객토로 인해 강우시 많은 양분과 토사가 하천으로 유출되어 국가적으로도 많은 손실을 보고 있다(박철수 등, 2004). 따라서 다른 유역에 비해 농경지의 식생피복에 의한 토사유실 발생 가능성이 클 것으로 판단되며 이를 효과적으로 분석하는 연구가 필요하다.
- 그러나, 2006년 태풍에 위니아와 같이 200년 빈도를 초과하는 강우사상이 발생할 경우 소양호유역의 고탁수 문제는 언제든지 발생할 가능성이 있다. 특히 다른 유역과 비교하여 소양호유역은 고랭지밭 객토라는 탁수발생에 취약한 구조적인 특성을 가지고 있으므로 향후 이를 개선할. 수 있는 대책 마련 및 제도개선이 필요하다.
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