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문제 정의
- 기존 연구 결과를 토대로 산림의 공익기능을 평가 할 경우 산림면적을 곱하여 환산하는 평가만이 가능하다. 따라서 본 논문은 기존 농지개량조합에서 조사한 저수지 퇴사량 자료를 이용하여 각 저수지 유역의 모암별 산림의 평균임령과 토사유출량의 관계를 밝혀 토사유출 방지기능을 평가하였다.
- 산림의 토사유출 방지기능 평가를 위해서 산림에 의한 토사유출 방지량은 전국의 농지개량 조합에서 얻어진 저수지 자료 107개롤 이용하여 입목지의 토사유출량을 산출하였다. 또한 무립목지의 경우는 USLE 공식을 이용하여 잠재 토양유실량을 산출하여 입목지와 무립목지간의 토사유출량 차이로 토사유출 방지기능을 평가하고자 하였다. 또한 산림환경의 변화를 고려한 토사유출량 동적모델을 만들기 위하여 입목지의 저수지 자료 중 65개소를 선정하여 모암별로 영급과 토사유출량과의 관계를 회귀식으로 도출하였고, 2003년 토사유출 방지량 산출 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 토사유출량은 임상 뿐 만아니라 토양의 표면 노출상태, 암반노출도, 계류의 상태, 국지적 인위적 훼손에 이르기까지 다양한 인자가 관여된다. 그러나 산림훼손이 크지 않다면 임목의 생장이 변화의 지표가 되므로, Figure 1과 같이 모암별 토사유출량과 유역평균임령과의 회귀분석을 실시하였다. 그 결과 화성암과 퇴적암에 비해 변성암에서 임목성장에 따른 토사유출 방지기능이 크게 증가하는 것으로 나타났다.
- 소유역내에는 주로 산지와 농지가 분포하며 연비퇴사량은 산지와 농지에서 유출되는 토사량을 모두 포함하므로 농지영향비율, 산림영향비율을 구분 산출하여 산림고유의 토사유출량을 산출하였다. 또한 부유토사량도 포함한 무립목지에서의 토사유출량과 비교하기 위해 토양포착률을 고려한 입목지에서의 모암별 토사유출량을 산정하였다.
- 또한 무립목지의 경우는 USLE 공식을 이용하여 잠재 토양유실량을 산출하여 입목지와 무립목지간의 토사유출량 차이로 토사유출 방지기능을 평가하고자 하였다. 또한 산림환경의 변화를 고려한 토사유출량 동적모델을 만들기 위하여 입목지의 저수지 자료 중 65개소를 선정하여 모암별로 영급과 토사유출량과의 관계를 회귀식으로 도출하였고, 2003년 토사유출 방지량 산출 결과는 다음과 같다.
- 다. 모암; 1：50,000 또는 1：250,000 지질도에 의하여 조사하였으며, 우리나라 모암별 분포비율을 참고하여 편마상 화강암, 흑운모 화강암, 불국사 화강암, 반상 화강암, 대보 화강암 등 화강암군을 1군으로, 중성 화산암류, 안산암류, 반암 등 기타화성암군을 2군으로, 화강암질 편마암, 호상편마암, 혼성질 편마암 등 편마암군을 3군으로 편암, 천 매암, 점판암 등 기타 변성암군을 4군으로, 응회암, 역암, 사암 등 퇴적암군을 5군으로 총 5개 모암군으로 구분하였다. 단, 집수유역 내 주 분포모암군 면적이 75% 이하인 저수지는 자료분석 대상에서 제외하였다.
- 그 후 과학기술부(1992)에서 본격적으로 각 분야별 공익기능의 평가가 이루어졌다. 본 보고에 따르면, 산림이 가지고 있는 공익기능에는 여러 가지가 있으나, 이 중 토사유출 방지기능을 입목지와 무립목지의 토사유출량의 차이로 평가하였다. 입목지에서의 토사유출량은 지질 즉 모암에 따라 크게 다르므로 모암별 임상별 토사유출량이 얻어져야 한다.
- 나. 산림면적 및 농지면적; 산림면적은 1：25,000 임상도를, 농지면적은 1：25,000 지형도를 참고하여 구적하였다.
- 사. 산림영향비율p; 집수유역에서 흘러나온 토사량 중 농지를 제외한 산림지에 의해 유발되는 토사량을 말하는 것으로 연비퇴사량과 유역내 산림면적비율에 대한 관계를 구하고 이를 광릉지역(성림지)에서 10년 동안 量水댐에 퇴적된 토사유출량 자료를 보정인자로 하여 산출하였다.
- 산림의 토사유출 방지기능 평가를 위해서 산림에 의한 토사유출 방지량은 전국의 농지개량 조합에서 얻어진 저수지 자료 107개롤 이용하여 입목지의 토사유출량을 산출하였다. 또한 무립목지의 경우는 USLE 공식을 이용하여 잠재 토양유실량을 산출하여 입목지와 무립목지간의 토사유출량 차이로 토사유출 방지기능을 평가하고자 하였다.
- 소유역내에는 주로 산지와 농지가 분포하며 연비퇴사량은 산지와 농지에서 유출되는 토사량을 모두 포함하므로 농지영향비율, 산림영향비율을 구분 산출하여 산림고유의 토사유출량을 산출하였다. 또한 부유토사량도 포함한 무립목지에서의 토사유출량과 비교하기 위해 토양포착률을 고려한 입목지에서의 모암별 토사유출량을 산정하였다.
- 즉, 65개소 유역의 평균 영급을 기본으로 유역평균임령을 구하기 위하여 수치임상도를 이용하였다. 수치임상도의 자료는 강원지역 1986년, 제주지역 1992년 등 도별로 작성연도가 다르므로 이를 감안하여 저수지의 토사유출량 자료와 동일하게 1992년 상태로 보정하여 유역의 평균임령을 산출하였다.
- 위와 같이 분석된 토사유출량과 유역평균임령과의 회귀식을 기초로 산림의 토사유출 방지기능은 각 식에 의해 전국을 대상으로 모암별 2003년 산림면적과 평균임령을 대입하여 계산하였다. 즉, 임업통계연보(2004)에 의하면 2003년에 전국 평균임령이 26년이므로 상기 식(1), (2), (3)에 대입하여 모암별 토사유출량을 산출하여 다음 식에 대입하여 적용하게 된다.
- 바. 저수지 연비퇴사량(年比堆砂量); 저수지내에 연간 단위면적당 퇴사되는 토사량으로 저수지내 용적비 변화를 구하고 이를 집수면적과 경과연수 즉 지령(池齡)으로 나누어 산출하였다.
- 전국 107개소 저수지 중 위치가 명확한 65개소 저수지의 수치임상도를 활용하여 저수지 유역의 평균임령을 산정하고 각 모암별 평균영급과 토사유출량간의 관계를 회귀식으로 도출하였다. 그 결과 Figure 1과 같이 토사유출량은 모암에 관계없이 임령의 증가와 함께 지수함수적으로 감소하는 경향을 나타냈다.
- 토사유출량 산정은 1992년 조사 당시 전국의 107개소 저수지 조사자료 중 위치가 명확한 65개소를 선별하여 저수지 유역내 모암, 영급, 토사유출량을 분석하여 모암별 임령과 토사유출량과의 관계를 회귀식으로 도출하고 이를 기초로 모암별 임령증가에 따른 토사유출 방지량을 산정하였다. 즉, 65개소 유역의 평균 영급을 기본으로 유역평균임령을 구하기 위하여 수치임상도를 이용하였다. 수치임상도의 자료는 강원지역 1986년, 제주지역 1992년 등 도별로 작성연도가 다르므로 이를 감안하여 저수지의 토사유출량 자료와 동일하게 1992년 상태로 보정하여 유역의 평균임령을 산출하였다.
- 토사유출 방지기능 계량화는 콘크리트 사방댐 건설비용을 이용하였다. 즉, 산림에 의해 저지되는 토사유출 방지량을 사방댐 건설로 인해 저지할 수 있는 토사량으로 환산하여 산림의 가치를 평가하였다.
- 또한, 토사유출 방지기능 계량은 실제 우리나라의 평균 영급을 적용해야 하므로 임업통계연보(산림청, 2004)를 이용하여 우리나라 평균 임령을 2003년 기준 26년을 적용하여 산정하였다. 토사유출 방지기능 계량화는 콘크리트 사방댐 건설비용을 이용하였다. 즉, 산림에 의해 저지되는 토사유출 방지량을 사방댐 건설로 인해 저지할 수 있는 토사량으로 환산하여 산림의 가치를 평가하였다.
- 토사유출량 산정은 1992년 조사 당시 전국의 107개소 저수지 조사자료 중 위치가 명확한 65개소를 선별하여 저수지 유역내 모암, 영급, 토사유출량을 분석하여 모암별 임령과 토사유출량과의 관계를 회귀식으로 도출하고 이를 기초로 모암별 임령증가에 따른 토사유출 방지량을 산정하였다. 즉, 65개소 유역의 평균 영급을 기본으로 유역평균임령을 구하기 위하여 수치임상도를 이용하였다.
- 자. 토양유실량(무립목지); 무립목지는 현재까지 지속적인 사방사업의 효과로 우리나라에서는 거의 찾아보기 힘들어 국제적으로 가장 많이 사용되고 있는 토양유실예측공식(USLE; Universal Soil Loss Equation) 중 식생관리인자(C), 토양관리인자(P)를 고려하지 않는 잠재토양유실량(Potential soil loss) 산정방식을 이용하여 토사유출량을 추정하였다. 이 공식에 필요한 인자 중 강우 및 유출인자는 농촌진흥청 농업기술연구소에서 조사한 자료를 이용하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 우리나라 전국 농지개량조합 관할 1,350개소의 저수지 중 산림 내 저수지를 107개소를 선정하여 유역면적, 계획저수량, 1992년 현재저수량, 퇴사량, 설치년도 등 저수지 현황을 조사하였다. 대상 조사지는 지령(池齡)이 최소 12년에서 최대 75년이며 농지개량조합에서 조사한 자료를 활용하였고, 조사ㆍ분석내용은 다음과 같다.
- 이 공식에 필요한 인자 중 강우 및 유출인자는 농촌진흥청 농업기술연구소에서 조사한 자료를 이용하였다. 또한 토양침식 인자는 이수욱(1980)과 정영조 등(1976) 및 국립산림과학원 토양연구실 자료를 이용하였다.
- 또한, 토사유출 방지기능 계량은 실제 우리나라의 평균 영급을 적용해야 하므로 임업통계연보(산림청, 2004)를 이용하여 우리나라 평균 임령을 2003년 기준 26년을 적용하여 산정하였다. 토사유출 방지기능 계량화는 콘크리트 사방댐 건설비용을 이용하였다.
- 입목지에서의 토사유출량을 알기 위해서는 모암별, 임상별로 소유역내에 토사퇴적 시설을 설치하여 지속적으로 장기간 측정하여 얻어져야 하나 많은 시간과 경비가 소요된다. 본 연구는 우리나라 전국 농지개량조합 관할 1,350개소의 저수지 중 산림 내 저수지를 107개소를 선정하여 유역면적, 계획저수량, 1992년 현재저수량, 퇴사량, 설치년도 등 저수지 현황을 조사하였다. 대상 조사지는 지령(池齡)이 최소 12년에서 최대 75년이며 농지개량조합에서 조사한 자료를 활용하였고, 조사ㆍ분석내용은 다음과 같다.
- 토양유실량(무립목지); 무립목지는 현재까지 지속적인 사방사업의 효과로 우리나라에서는 거의 찾아보기 힘들어 국제적으로 가장 많이 사용되고 있는 토양유실예측공식(USLE; Universal Soil Loss Equation) 중 식생관리인자(C), 토양관리인자(P)를 고려하지 않는 잠재토양유실량(Potential soil loss) 산정방식을 이용하여 토사유출량을 추정하였다. 이 공식에 필요한 인자 중 강우 및 유출인자는 농촌진흥청 농업기술연구소에서 조사한 자료를 이용하였다. 또한 토양침식 인자는 이수욱(1980)과 정영조 등(1976) 및 국립산림과학원 토양연구실 자료를 이용하였다.
이론/모형
- 강우 및 유출인자인 R인자는 정필균 등(1983)이 전국의 지역별 강우자료를 보고한 바 있는데 이를 각 유역에 대입하기 위해 Thissen법(박 등, 1984)을 이용하여 전국의 강우관측소별로 구분하여 각 유역에 적용한 R값은 최저 200에서 최고 578로 적용하였다.
- 무립목지 토사유출량은 Wischmeier와 Smith(1978)가 지침서를 낸 전후로 정책수립과 홍보를 위해 수없이 이용되어 온 토양유실예측공식을 사용하였다. 그 중 지상에 식생이 없는 상태를 고려하면 잠재토양유실량(Ap)은 R, K, LS 인자로 정해지게 된다.
- 토양포착률(土壤捕捉率); 총 토사유출량 중 저수지에 퇴사되는 비율이며 토양포착률을 고려하면 부유토사도 포함된 토사유출량이 산출된다. 산출방법은 서승덕 과 조성현(1988)이 사용한 방법으로 주로 건설 기준으로 이용되는 공식을 이용하였다.
- 마. 주하천경사; 지도측정계를 이용 하천구간 장의 경사자승법(박성우 등, 1984)으로 산출하였다.
- 차. 토사유출률(SDR; Sediment Delivery Ratio); 토사유출률은 침식된 토양이 집수유역의 하단까지 유출되는 비율이며 산출방법은 Williams와 Berndt(1972)가 Texas의 Brushy Creek에서 적용한 식을 이용하여 산출하였다.
성능/효과
- 1. 모암군별 연비퇴사량은 화강암, 기타화성암, 편마암, 기타변성암, 퇴적암군 순으로 227.88, 433.13, 325.94, 186.07, 275.14 m3/km2/year로 나타났다.
- 2. 입목지에서 부유토사를 포함한 토사유출량은 각 모암군별로 기타화성암, 편마암, 퇴적암, 기타변성암군, 화강암 순으로 평균 2.45, 1.47, 1.39, 0.94, 0.93 m3/ha/year로 나타났다.
- 3. 무립목지에서 부유토사를 포함한 토사유출량은 각 모암군별로 화강암, 기타화성암, 편마암, 기타변성암, 퇴적암군 순으로 평균 356.94, 346.20, 263.86, 253.90, 232.30 m3/ha/year로 나타났다.
- 4. 65개소 저수지 자료의 임상도를 활용하여 저수지 유역의 평균임령을 산정하고 각 모암별 유역평균임령과 토사유출량간의 관계를 회귀식으로 도출하였으며 토사유출량은 모암에 관계없이 임령의 증가와 함께 지수적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 각 도출된 모암별 회귀식은 다음과 같다.
- 이는 日本治山治水協會 (1982)가 일본의 65개 저수지에 대한 평균 연비퇴사량 380 m3/km2/year 보다 작게 나타난 것이다. 각 모암군별 연비퇴사량은 화강암, 기타화성암, 편마암, 기타변성암, 퇴적암군 순으로 227.88, 433.13, 325.94, 186.07, 275.14 m3/km2/year로 나타났다.
- 그러나 산림훼손이 크지 않다면 임목의 생장이 변화의 지표가 되므로, Figure 1과 같이 모암별 토사유출량과 유역평균임령과의 회귀분석을 실시하였다. 그 결과 화성암과 퇴적암에 비해 변성암에서 임목성장에 따른 토사유출 방지기능이 크게 증가하는 것으로 나타났다.
- 그 결과는 Table 1과 같으며, 각 모암군별로 화강암, 기타화성암, 편마암, 기타변성암, 퇴적암군 순으로 평균 0.93, 2.45, 1.47, 0.94, 1.39 m3/ ha/ year로 나타나 중성화산암류, 안산암류, 반암 등 기타화성암군에서 토사유출이 많은 것으로 나타났다.
- 그 결과는 Table 2와 같으며, 각 모암군별로 화강암, 기타화성암, 편마암, 기타변성암, 퇴적암군 순으로 평균 356.94, 346.20, 263.86, 253.90, 232.30 m3/ha/year로 나타나 화강암 및 기타화성암군에서 단위면적당 토사유출이 월등히 많은 것으로 산정되었다. 일본의 수리과학연구소(水利科學硏究所)(1972) 에서 산림의 공익적 기능으로 발표한 자료에 의하면 무립목지 침식토사량은 화성암, 변성암, 퇴적암 순으로 각각 500, 200, 150 m3/ha/year로 나타났다.
- 농지개량조합에서 취득한 저수지 조사자료 중 분석대상으로 선정된 107개 저수지는 집수유역면적이 최소 11ha에서 최대 1,251ha까지 분포하며 평균 313ha로 대부분 소유역이었으며, 소유역의 특성상 산림지역의 산림면적비율이 비교적 크고 인위적 훼손이 적었으며, 저수지 부근에는 주로 농지가 분포하였다. 저수지 내 용적변화를 이용하여 연비퇴사량을 계산한 결과 조사대상 저수지의 평균 연비퇴사량은 229.
- 농지개량조합에서 취득한 저수지 조사자료 중 분석대상으로 선정된 107개 저수지는 집수유역면적이 최소 11ha에서 최대 1,251ha까지 분포하며 평균 313ha로 대부분 소유역이었으며, 소유역의 특성상 산림지역의 산림면적비율이 비교적 크고 인위적 훼손이 적었으며, 저수지 부근에는 주로 농지가 분포하였다. 저수지 내 용적변화를 이용하여 연비퇴사량을 계산한 결과 조사대상 저수지의 평균 연비퇴사량은 229.24 m3/km2/year로나타났다. 이는 日本治山治水協會 (1982)가 일본의 65개 저수지에 대한 평균 연비퇴사량 380 m3/km2/year 보다 작게 나타난 것이다.
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