미국농무성에서 토양과 토지이용 특성을 고려한 대규모 유역의 유출해석과 토양침식량 및 비점오염원 부하를 해석하기 위해 개발한 SWAT 모델을 대청댐 유역에 적용하여 토지이용 특성별 토양침식량을 산정하였다. 연구결과는 저수지관리자와 정책입안자들에게 저수지 탁수문제를 완화하기 위한 유역관리 대안의 효율성을 평가하는데 중요한 정보를 제공한다. 유출과 토양 유실량 산정에 영향을 미치는 주요한 매개변수들을 보정한 후, 모델은 실측 연간 유출성분과 월별 유황변화를 비교적 잘 예측하였다. 모의결과, 토지 이용별 단위면적당 토양침식량은 밭이 33.1 ton/ha/yr로 가장 많았으며, 임야는 수목의 종류에 따라 $2.3{\sim}5.4ton/ha/yr$, 도시지역 1.0 ton/ha/yr, 논 0.1 ton/ha/yr의 순으로 나타났다. 토지이용면적 가중 연간 토양침식량 산정결과, 밭은 유역전체 면적에서 차지하는 비율이 단지 10% 정도에 해당하지만 연간 총 토양침식량의 55.3%를 차지하는 것으로 나타났다. 비록 본 연구에서 적용한 토양침식량 산정 방법에 농작물의 종류와 경작형태에 대한 구체적인 정보를 포함하지 못하는 불확실성이 내재되어 있으나, 연구결과는 최소한 저수지의 탁수문제를 완화하기 위해서는 상류 유역의 토양침식 조절대책이 필요함을 시사하며, 유역의 점유율에 비해 토양침식에 기여도가 가장 큰 밭농사 지역에 대한 토양침식 억제 대책을 우선 실시하는 것이 가장 효율적일 것으로 판단된다.
미국농무성에서 토양과 토지이용 특성을 고려한 대규모 유역의 유출해석과 토양침식량 및 비점오염원 부하를 해석하기 위해 개발한 SWAT 모델을 대청댐 유역에 적용하여 토지이용 특성별 토양침식량을 산정하였다. 연구결과는 저수지관리자와 정책입안자들에게 저수지 탁수문제를 완화하기 위한 유역관리 대안의 효율성을 평가하는데 중요한 정보를 제공한다. 유출과 토양 유실량 산정에 영향을 미치는 주요한 매개변수들을 보정한 후, 모델은 실측 연간 유출성분과 월별 유황변화를 비교적 잘 예측하였다. 모의결과, 토지 이용별 단위면적당 토양침식량은 밭이 33.1 ton/ha/yr로 가장 많았으며, 임야는 수목의 종류에 따라 $2.3{\sim}5.4ton/ha/yr$, 도시지역 1.0 ton/ha/yr, 논 0.1 ton/ha/yr의 순으로 나타났다. 토지이용면적 가중 연간 토양침식량 산정결과, 밭은 유역전체 면적에서 차지하는 비율이 단지 10% 정도에 해당하지만 연간 총 토양침식량의 55.3%를 차지하는 것으로 나타났다. 비록 본 연구에서 적용한 토양침식량 산정 방법에 농작물의 종류와 경작형태에 대한 구체적인 정보를 포함하지 못하는 불확실성이 내재되어 있으나, 연구결과는 최소한 저수지의 탁수문제를 완화하기 위해서는 상류 유역의 토양침식 조절대책이 필요함을 시사하며, 유역의 점유율에 비해 토양침식에 기여도가 가장 큰 밭농사 지역에 대한 토양침식 억제 대책을 우선 실시하는 것이 가장 효율적일 것으로 판단된다.
The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) developed by the USDA-Agricultural Research Service for the prediction of land management impact on water, sediment, and agricultural chemical yields in a large-scale basin was applied to Daecheong Reservoir basin to estimate the amount of soil losses from d...
The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) developed by the USDA-Agricultural Research Service for the prediction of land management impact on water, sediment, and agricultural chemical yields in a large-scale basin was applied to Daecheong Reservoir basin to estimate the amount of soil losses from different land uses. The research outcomes provide important indications for reservoir managers and policy makers to search alternative watershed management practices for the mitigation of reservoir turbidity flow problems. After calibrations of key model parameters, SWAT showed fairly good performance by adequately simulating observed annual runoff components and replicating the monthly flow regimes in the basin. The specific soil losses from agricultural farm field, forest, urban area, and paddy field were 33.1, $2.3{\sim}5.4$ depending on the tree types, 1.0, and 0.1 tons/ha/yr, respectively in 2004. It was noticed that about 55.3% of the total annual soil loss is caused by agricultural activities although agricultural land occupies only 10% in the basin. Although the soil erosion assessment approach adopted in this study has some extent of uncertainties due to the lack of detailed information on crop types and management activities, the results at least imply that soil erosion control practices for the vulnerable agricultural farm lands can be one of the most effective alternatives to reduce the impact of turbidity flow in the river basin system.
The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) developed by the USDA-Agricultural Research Service for the prediction of land management impact on water, sediment, and agricultural chemical yields in a large-scale basin was applied to Daecheong Reservoir basin to estimate the amount of soil losses from different land uses. The research outcomes provide important indications for reservoir managers and policy makers to search alternative watershed management practices for the mitigation of reservoir turbidity flow problems. After calibrations of key model parameters, SWAT showed fairly good performance by adequately simulating observed annual runoff components and replicating the monthly flow regimes in the basin. The specific soil losses from agricultural farm field, forest, urban area, and paddy field were 33.1, $2.3{\sim}5.4$ depending on the tree types, 1.0, and 0.1 tons/ha/yr, respectively in 2004. It was noticed that about 55.3% of the total annual soil loss is caused by agricultural activities although agricultural land occupies only 10% in the basin. Although the soil erosion assessment approach adopted in this study has some extent of uncertainties due to the lack of detailed information on crop types and management activities, the results at least imply that soil erosion control practices for the vulnerable agricultural farm lands can be one of the most effective alternatives to reduce the impact of turbidity flow in the river basin system.
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문제 정의
, 2002). GIS를 기반으로 공간 입력자료를 생성하는 SWAT모델은 일 강우량으로부터 유역의 토지이용뿐 아니라 토양의 종류, 피복상태를 고려하여 토양 유실량을 모의하므로, 본 연구의 주요 목적인 토지이용별 침식량 산정에 적합한 모델로 판단하였다. 본 연구의 범위는 대청댐 유역의 소유역별 토지이용별 토양침식량의 산정에 있으므로, 자료의 한계로 인해 특정 개발지역 또는 하천제방과 하도 침식에 의한 토양유실량은 고려되지 못한 한계가 있다.
본 연구에서는 대청호 유역에 토양과 물 순환 해석 모델인 SWAT 모델을 구축하고, 2004년과 2005년의 수문사상을 대상으로 토지이용특성별 토양침식량을 산정하였다. 그리고 연구결과를 바탕으로 대청호의 탁수저감을 위한 유역제어 대책의 일환인 토양침식 제어대책의 적용가능성을 평가하였으며, 본 연구를 통해 도출한 주요 결론은 다음과 같다.
본 연구에서 사용한 SWAT모델은 일 단위의 모의가 가능한 유역단위의 준 분포형 강우-유출 모형으로 대규모 유역에서 장기간에 걸친 토지이용에 따른 물과 유사, 비료 및 농약 등 오염물질의 거동에 대한 해석과 토지관리방법에 따른 영향을 예측하기 위해 개발되었다. SWAT 모형은 현재도 기능이 계속 확장 중인 모델로서 강우-유출해석, 기후변화에 따른 수문응답예측, 유역의 비점오염물질 거동해석, 유역관리대책의 평가 등에서 활발한 연구가 수행되고 있다.
본 연구의 목적은 대청댐 유역을 대상으로 토양 및 물 순환 모델을 구축하고 토지이용과 토양특성을 고려한 소유역별 토양 침식량을 산정한 후 탁수저감을 위한 유역제어 대책의 가능성을 평가하는데 있다. 유역의 강우 유출 해석과 토양 침식량 산정은 미국 농무성에서 개발한 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 사용하였다(Neitsch et al.
가설 설정
Muskingum 하도 추적법은 자연하도의 저류가 하상과 평행인 대(坮)형(prism)저류와 수면의 상승 하강으로 인한 쐐기(wedge)저류의 합으로 하도에서의 저류량을 모의한다. 대형 저류량은 유출량에만 비례하고, 쐐기저류량은 유입량과 유출량의 차에 비례한다고 가정한다. 이러한 가정을 이용하여 저류량은 Eq.
제안 방법
SWAT모형의 수치표고모형(DEM) 자료는 환경부에서 제공하는 파일을 ArcView GIS 3.2 프로그램을 이용하여 모형 입력자료의 형태인 Grid 형태로 변환시켰다. 조효섭 등(2003)은 선행연구를 통해 DEM의 격자크기는 25 m×25 m ~ 50 m×50 m가 가장 적당함을 제시한 바 있다.
SWAT 모델의 보정과정은 2004년 수문사상을 대상으로 직접유출과 기저유출에 대한 성분별 연간 총 유출량의 물 수지가 관측 유량과 일치하도록 관련된 매개변수를 조정한 후, 월별 및 일별 유출량을 보정하였다. 공간적으로는 최상류 유역부터 순차적으로 보정을 실시하였으며, 하류 합류점에서 보정할 때는 이미 보정된 상류 유역의 매개변수는 고정하고 나머지 유역에 대하여 보정을 실시하였다. 관측유량으로부터 직접유출량과 기저유출량을 구분하는 것은 Digital Filter 기법을 사용하였다(Ahmed et al.
1개의 관측소가 대표하는 면적은 약 170 km2로써 다소 넓지만 유역 특성의 차이를 고려할 때 큰 무리가 없을 것으로 판단된다. 또한, 유역의 정확한 유출량 산정을 위하여 대청댐 유역의 상류에 위치한 용담댐의 일 방류량을 유량경계조건(Inlet)으로 입력하였다.
모형의 유출량 및 유사량 보정을 위해 대청댐 일원 수문기초조사 보고서(한국수자원공사, 2002~2005)의 수위-유량곡선식을 사용하여 수위관측소별로 유량의 실측값을 산정하였다. 모델의 평가를 위한 실측 유사량은 동 보고서에 제시된 유량과 유사량의 상관관계식을 이용하여 일별 유출량으로부터 산정하였다.
본 연구에서는 대청호 유역에 토양과 물 순환 해석 모델인 SWAT 모델을 구축하고, 2004년과 2005년의 수문사상을 대상으로 토지이용특성별 토양침식량을 산정하였다. 그리고 연구결과를 바탕으로 대청호의 탁수저감을 위한 유역제어 대책의 일환인 토양침식 제어대책의 적용가능성을 평가하였으며, 본 연구를 통해 도출한 주요 결론은 다음과 같다.
대청댐 상류 유역 내 토지이용현황은 환경부에서 제공하는 중분류 토지피복도를 사용하였다. 토지피복도는 shape 파일의 형태를 Grid 형태로 변환하여 사용하였으며, 속성부호를 SWAT의 입력자료 속성 값(SWAT Land use Class)으로 변환하였다. 대청댐 유역의 토지 이용 분류결과, 전체 유역면적(319,423 ha)중 논 9.
일반적으로 SWAT 모델을 이용하여 유출해석을 할 때, 초기 1~2년은 시스템의 초기화와 안정화를 위해 사용하고 결과 해석에는 포함하지 않는다. 특히 SWAT과 같은 장기유출 모형의 경우 유출량의 모의는 토양수분변화에 따라 SCS의 CN값이 연속적으로 계산되므로, 본 연구에서는 모의기간을 2002~2005년으로 설정하여 2002~2003년의 기간을 모형의 안정화 기간으로 사용하고, 2004년과 2005년의 모의결과를 관측값과 비교하여 보정을 수행하였다. 모형의 유출량 및 유사량 보정을 위해 대청댐 일원 수문기초조사 보고서(한국수자원공사, 2002~2005)의 수위-유량곡선식을 사용하여 수위관측소별로 유량의 실측값을 산정하였다.
대상 데이터
이 밖의 기상과 강우는 대청댐 상류유역에 위치한 보은과 금산관측소 및 추풍령기상대의 자료를 사용하였다. 각각의 관측소에서 2001~2005년 동안 기온, 풍속, 습도 및 일사량 자료를 사용하였다. 대청호와 같이 면적이 큰 대규모 유역에서 보은, 금산 및 추풍령 세 곳의 기상관측소의 강우자료만을 사용하게 될 경우 강우의 공간적 분포를 반영할 수 없다는 단점이 있다.
따라서 본 연구에서는 모의결과의 정확성을 고려하여 30 m×30 m 격자크기를 사용하였다.
또한, 각 토양 Layer별 토성함량 및 유기물 함량, 토양수분 함유 가능량인 AWC(Available Water Capacity) 등의 정보가 포함되어 있다. 따라서 본 연구의 토양 속성자료는 농업과학기술원(2000)에서 제공하는 정밀 토양도 속성자료를 활용하여 입력하였다. 제공하지 않는 속성자료는 농업과학기술원에서 제공하는 자료를 기본으로 하여 사용자지침서에서 제시하는 식을 이용하여 산정하였다.
유철상 등(2005)은 SWAT 모형 적용을 위한 적정 강우계 밀도에 대해 연구를 수행한 바 있으며, 적정 강우계 밀도는 약 1개소/130 km2로 제시하였다. 본 연구에서 강우자료는 대청호 상류 유역에 존재하는 20곳의 강우관측소에서 2001~2005년 동안 관측자료를 사용하였다. 1개의 관측소가 대표하는 면적은 약 170 km2로써 다소 넓지만 유역 특성의 차이를 고려할 때 큰 무리가 없을 것으로 판단된다.
연구대상지역인 대청호는 금강 중상류에 건설된 다목적 인공호로서 전체 유역 중 용담호 유역을 제외한 자체 유역면적은 3,204.0 km2, 유로연장 190.0 km로서 형상계수가 약 2.97인 장방형의 형상을 가지고 있다. 대전, 청주, 천안 등 충청권 지역과 전북권의 일부지역에 연간 약 1,649백만m3의 용수를 공급하고 있는 중요한 수자원이다.
이 밖의 기상과 강우는 대청댐 상류유역에 위치한 보은과 금산관측소 및 추풍령기상대의 자료를 사용하였다. 각각의 관측소에서 2001~2005년 동안 기온, 풍속, 습도 및 일사량 자료를 사용하였다.
토양도는 농업과학기술원에서 실시하고 있는 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 정밀토양도를 사용하였다. 김경탁(2003)은 개략토양도와 정밀토양도의 적용에 따른 모의결과의 오차를 연구한 바 있으며, 모델의 정확성 향상을 위해서는 정밀토양도를 사용할 것을 제안하였다.
데이터처리
모의결과의 적합성을 평가하기 위해 상대오차(Relative Error, RE), 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE)와 모형효율성지수(Efficient Index, EI)를 사용하였다(Eqs. (9)~(11)).
이론/모형
(3)에서 K값은 토양의 구성성분과 유기탄소 함량에 의해 결정된다. K값 산정에 필요한 토양의 물리적인 정보들은 SWAT모델에 구축한 정밀 토양통 공간자료로부터 자동 추출 하였으며, 각각의 항목들은 Eqs. (4a)~(4d)와 같이 계산되어 진다.
SWAT 모형은 현재도 기능이 계속 확장 중인 모델로서 강우-유출해석, 기후변화에 따른 수문응답예측, 유역의 비점오염물질 거동해석, 유역관리대책의 평가 등에서 활발한 연구가 수행되고 있다. SWAT모델은 수정 범용토양유실모델인 MUSLE(Modified Universal Soil Loss Equation)에 의해 토양침식량을 산정한다.
하천에서의 흐름추적(routing)은 물, 유사, 영양염류, 살충제, 박테리아 및 중금속 등 6가지에 대하여 모의한다. SWAT은 하도에서 유속과 유량을 정의하기 위하여 Manning 식을 사용한다. 유출은 운동파 모형(Kinematic wave model)의 변형인 변동저류추적법(Variable storage method)과 Muskingum 하도 추적법을 이용한다.
8 범위를 사용하였다. USLE_C는 작물의 종류, 성장단계, 경운방법(tillage)에 따라 다른 값을 가지며, 본 연구에서는 USDA(1997)에서 제시한 식생피복인자를 사용하였다. 유역의 약 70%를 차지하는 산림은 수목별로 0.
공간적으로는 최상류 유역부터 순차적으로 보정을 실시하였으며, 하류 합류점에서 보정할 때는 이미 보정된 상류 유역의 매개변수는 고정하고 나머지 유역에 대하여 보정을 실시하였다. 관측유량으로부터 직접유출량과 기저유출량을 구분하는 것은 Digital Filter 기법을 사용하였다(Ahmed et al., 2002; Arnold et al., 1995). 소유역별 물 수지와 유출량 보정에 사용된 주요 매개변수는 Table 1과 같다.
3을 사용하였다. 나머지 토양 침식과 관련된 매개변수는 모델이 제시하는 범위에서 시행착오법을 이용하여 보정하였다. 하천에서의 최대 토양유출량(CONCsed,mx)은 첨두유속의 함수로 정의된다(Eq.
대청댐 상류 유역 내 토지이용현황은 환경부에서 제공하는 중분류 토지피복도를 사용하였다. 토지피복도는 shape 파일의 형태를 Grid 형태로 변환하여 사용하였으며, 속성부호를 SWAT의 입력자료 속성 값(SWAT Land use Class)으로 변환하였다.
특히 SWAT과 같은 장기유출 모형의 경우 유출량의 모의는 토양수분변화에 따라 SCS의 CN값이 연속적으로 계산되므로, 본 연구에서는 모의기간을 2002~2005년으로 설정하여 2002~2003년의 기간을 모형의 안정화 기간으로 사용하고, 2004년과 2005년의 모의결과를 관측값과 비교하여 보정을 수행하였다. 모형의 유출량 및 유사량 보정을 위해 대청댐 일원 수문기초조사 보고서(한국수자원공사, 2002~2005)의 수위-유량곡선식을 사용하여 수위관측소별로 유량의 실측값을 산정하였다. 모델의 평가를 위한 실측 유사량은 동 보고서에 제시된 유량과 유사량의 상관관계식을 이용하여 일별 유출량으로부터 산정하였다.
동안 발생하는 강우량은 추계학적 기법을 이용한 전체 일 강우량의 함수로 추정된다. 소유역의 도달시간은 지표와 하천 흐름을 고려하는 Manning 공식을 이용하여 산정된다.
본 연구의 목적은 대청댐 유역을 대상으로 토양 및 물 순환 모델을 구축하고 토지이용과 토양특성을 고려한 소유역별 토양 침식량을 산정한 후 탁수저감을 위한 유역제어 대책의 가능성을 평가하는데 있다. 유역의 강우 유출 해석과 토양 침식량 산정은 미국 농무성에서 개발한 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 사용하였다(Neitsch et al., 2002). GIS를 기반으로 공간 입력자료를 생성하는 SWAT모델은 일 강우량으로부터 유역의 토지이용뿐 아니라 토양의 종류, 피복상태를 고려하여 토양 유실량을 모의하므로, 본 연구의 주요 목적인 토지이용별 침식량 산정에 적합한 모델로 판단하였다.
SWAT은 하도에서 유속과 유량을 정의하기 위하여 Manning 식을 사용한다. 유출은 운동파 모형(Kinematic wave model)의 변형인 변동저류추적법(Variable storage method)과 Muskingum 하도 추적법을 이용한다. 변동저류추적법은 Williams(1969)에 의해 개발되었으며, 하도구간에 대하여 연속방정식을 기초로 저류추적이 이루어진다.
따라서 본 연구의 토양 속성자료는 농업과학기술원(2000)에서 제공하는 정밀 토양도 속성자료를 활용하여 입력하였다. 제공하지 않는 속성자료는 농업과학기술원에서 제공하는 자료를 기본으로 하여 사용자지침서에서 제시하는 식을 이용하여 산정하였다.
따라서 본 연구에서는 모의결과의 정확성을 고려하여 30 m×30 m 격자크기를 사용하였다. 좌표체계는 Transverse-Mercator 법(Bessel 타원체)을 사용하였으며, 매개변수는 한국측지계의 중부 원점 값을 적용하였다.
성능/효과
1) SWAT 모형은 대청호 유역의 강우유출현상을 비교적 잘 반영하는 것으로 나타났으나, 홍수기에는 모의값이 관측값을 다소 과소평가하는 경향을 보였으며 갈수기에는 과대평가하는 경향을 보였다.
본 연구에서 강우자료는 대청호 상류 유역에 존재하는 20곳의 강우관측소에서 2001~2005년 동안 관측자료를 사용하였다. 1개의 관측소가 대표하는 면적은 약 170 km2로써 다소 넓지만 유역 특성의 차이를 고려할 때 큰 무리가 없을 것으로 판단된다. 또한, 유역의 정확한 유출량 산정을 위하여 대청댐 유역의 상류에 위치한 용담댐의 일 방류량을 유량경계조건(Inlet)으로 입력하였다.
2) 토지이용별 토양침식량 산정결과 단위면적당 토양 침식량은 논 0.1 ton/ha/yr, 임야는 수종에 따라 2.3~5.4 ton/ha/yr, 밭은 33.1 ton/ha/yr 순으로 나타났으나, 토지 이용별 점유면적을 고려한 연간 총 유출량은 밭 1,090,810 ton/yr, 임야 869,936 ton/yr, 논 3,120 ton/yr 순으로써 밭과 임야가 각각 55%와 44%를 차지하였다.
3) 연구결과를 종합해 볼 때, 대청호 탁수를 유발하는 상류 유역의 토양 유실량의 대부분은 점유 면적(10%)에 비해 토양 유실량의 기여도가 가장 큰 밭 농사 지역에서 유출되므로 이들 지역에 대한 토양침식 억제 대책을 우선 실시하는 것이 경제성과 효과면에서 가장 유리할 것으로 판단된다.
MUSLE모형은 USLE의 강우인자(rainfall energy factor)를 유출인자(runoff factor)로 대체하였는데, 이것은 이송율(delivery ratios) 계산의 필요성을 제거시켜 토양침식량 산정 방법을 향상시키고 결과적으로 단일호우사상에 대한 모의가 가능하게 되었다. 또한 MUSLE 모형에서는 유출량이 강우에너지 뿐만 아니라 선행토양 수분상태의 함수로 산정되므로 침식량 예측성능이 보다 향상되었다.
36%에 해당한다. SWAT모델은 강우시 유출현상을 비교적 잘 모의하였으나, 수문곡선의 하강기에 발생하는 장기 기저유출 현상을 정확히 모의하지 못하는 것으로 나타났다. 이러한 오차의 원인은 유역에 산재해 있는 농업용 보나 논과 같은 저류시설의 효과가 유역의 수문응답단위 구성과정에서 제대로 반영되지 못했기 때문인 것으로 추정된다.
토지피복도는 shape 파일의 형태를 Grid 형태로 변환하여 사용하였으며, 속성부호를 SWAT의 입력자료 속성 값(SWAT Land use Class)으로 변환하였다. 대청댐 유역의 토지 이용 분류결과, 전체 유역면적(319,423 ha)중 논 9.8%, 밭 10.3%, 침엽수림 24.7%, 활엽수림 27.8% 및 혼합림이 19.9%로 임야 전체 합은 72.39%로 나타났고, 도시지역과 수계지역 등 기타지역의 합은 약 7.5%로 계산되었다.
아울러 RUSLE는 강우에 의해 유역으로부터 이탈 가능한 토양 침식량을 산정하는데 반해, MUSLE는 유출구까지 이동하는 토양침식량을 산정하므로 물리적으로 서로 다른 의미를 가진다. 따라서 Fig. 7에 제시된 결과의 차이는 MUSLE 모형의 유출에너지인자와 RUSLE 모형의 강우침식인자(R) 값의 차이로 해석할 수 있으며, 임야지역에서 토양침식량이 MUSLE가 높게 나온 것은 본 연구에서는 수목을 3가지 종류로 상세히 구분한 결과로 판단된다.
MUSLE모형은 USLE의 강우인자(rainfall energy factor)를 유출인자(runoff factor)로 대체하였는데, 이것은 이송율(delivery ratios) 계산의 필요성을 제거시켜 토양침식량 산정 방법을 향상시키고 결과적으로 단일호우사상에 대한 모의가 가능하게 되었다. 또한 MUSLE 모형에서는 유출량이 강우에너지 뿐만 아니라 선행토양 수분상태의 함수로 산정되므로 침식량 예측성능이 보다 향상되었다. MUSLE는 유효유량과 첨두유출량의 곱인 유출에너지 인자와 유역의 특성인자 곱으로 나타낼 수 있다.
135의 범위를 보였다. 모의값이 관측값의 변동 특성을 반영하는 정도를 평가하는 모형의 효율성계수 EI도 0.393~0.960의 범위를 보이고 있어, SWAT 모델은 대청댐 유역의 월별 유출량 변동 특성을 비교적 잘 반영하는 것으로 평가되었다. Chung et al.
1 ton/ha의 순으로 나타났다. 밭 면적이 유역에서 차지하는 비율은 10%이지만 단위유역면적당 가장 큰 침식량을 보여 전체 토양침식량의 55%를 차지하였으며, 전체유역의 72%를 차지하는 임야는 44%의 기여율을 보였다.
5는 이들 값들의 선형회귀분석 결과를 보여주고 있다. 보정결과 2004년과 2005년의 청성지점의 월별 유사량 모의값은 관측값의 변동성향을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 그러나 옥천지점의 경우 2004년 홍수기의 모의값은 관측값을 과소평가 하는 경향을 보였으나, 2005년의 경우 모의 값이 관측값을 과대평가 하는 경향을 보이고 있다.
51로 계산되었다. 보정결과, 모형은 일 유출량을 모의하는데 있어 실측값을 비교적 적절하게 반영하는 것으로 판단된다.
4 이상이면 모형이 자연현상을 잘 모의한다고 제안한 바 있다. 본 연구결과 SWAT 모델의 모의값은 관측값과 호탄지점을 제외한 모든 지점에서 R2와 EI 값이 이러한 기준을 만족하므로 모델은 대청댐 유역의 월별 유출 현상을 잘 반영하는 것으로 판단된다.
2004년 1년 동안 대청댐 상류 주요 수위표지점의 연간 유출량의 관측값과 SWAT 모의값의 유출 성분별 비교와 상대오차의 크기를 Table 3에 나타내었다. 수통, 호탄, 송천 지점에서 SWAT 모델은 관측 기저유출량을 과소평가하는 경향을 보였으며, 옥천 지점을 제외한 모든 지점에서 직접유출량은 다소 과다 산정되는 경향을 보인다. 총 유출량의 상대오차(RE)와 평균오차(RMSE)의 범위는 각각 -1.
수통, 호탄, 송천 지점에서 SWAT 모델은 관측 기저유출량을 과소평가하는 경향을 보였으며, 옥천 지점을 제외한 모든 지점에서 직접유출량은 다소 과다 산정되는 경향을 보인다. 총 유출량의 상대오차(RE)와 평균오차(RMSE)의 범위는 각각 -1.3%~14.2% 및 3.81~17.25이고, EI의 범위(평균)는 0.51~0.62(0.59)로 나타났다. 일부 관측소에서 유출성분별 편차가 다소 크게 나타나고 있으나, 모의값은 유역의 연간 유출현상을 비교적 잘 반영하는 것으로 평가된다.
62 ton/ha의 범위를 보였다. 토양침식량이 상대적으로 많은 소유역은 무주남대천, 보청천, 소옥천, 금강본류 인접 유역으로서 무주, 보은, 옥천, 금산, 영동 등 시가화 지역과 농경지 비율이 비교적 높은 지역들로 나타났다.
후속연구
따라서 대청호 탁수를 유발하는 상류 유역의 토양유실은 절반 이상이 밭 경작지로부터 발생하고 있으므로, 저수지 탁수문제를 완화하기 위해서는 토양 침식량이 많은 토지이용의 최소화, 경작지 토사유출을 억제하기 위한 밭 사면 보강, 식생 밭두렁 설치, 보존형(conservational tillage) 농업 시행 등의 대책이 필요한 것으로 판단된다. 임야지역은 비록 전체적인 토양유실량의 기여도는 44%이지만, 광범위한 영역에 분포하고 있어 유역제어 대책의 시행에 어려움이 있을 것으로 판단된다.
홍수기 동안 하천의 토사 유출량을 보다 정확히 모의하기 위해서는 일 강우보다는 시간별 강우강도를 사용하고 제방 토양침식량도 모의에 고려하여야 할 것으로 판단된다. 또한 수문곡선의 감소구간의 오차를 줄이기 위해서는 소유역에 산재해 있는 논과 농업용 저류시설, 습지 등에 의한 토사 포획 영향도 정확히 반영되어야 할 것으로 판단된다.
GIS를 기반으로 공간 입력자료를 생성하는 SWAT모델은 일 강우량으로부터 유역의 토지이용뿐 아니라 토양의 종류, 피복상태를 고려하여 토양 유실량을 모의하므로, 본 연구의 주요 목적인 토지이용별 침식량 산정에 적합한 모델로 판단하였다. 본 연구의 범위는 대청댐 유역의 소유역별 토지이용별 토양침식량의 산정에 있으므로, 자료의 한계로 인해 특정 개발지역 또는 하천제방과 하도 침식에 의한 토양유실량은 고려되지 못한 한계가 있다.
GIS를 이용하여 오덕근 등(2002)은 섬진강 다목적댐 유역의 토양 유실량을 산정하였고, 김주훈 등(2003)은 토양침식 위험지역을 분석하였으며, 고지연 등(2006)은 범용토양유실산정모델(USLE)과 GIS를 접목하여 낙동강 유역 농경지의 토양침식 위험도를 평가하였다. 앞으로도 계속 발전하는 공간분석 기술을 활용한 강우, 유출, 식생 및 토지이용의 공간적 분포특성을 고려한 토양침식 연구가 활발히 이루어질 전망이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탁수발생의 주요원인은 무엇인가?
탁수발생의 주요원인은 대부분 강우-유출에 의한 상류 유역의 토양 침식에 의해 이루어지며 이러한 토양침식은 질소·인과 같은 영양염류도 함께 운반하므로 비점 오염원으로도 문제가 되고 있다. 토양침식은 자연적인 현상 때문으로도 일어나지만, 유역에서의 밭농사 등의 경작지, 대형 토목공사, 벌목공사, 고랭지 채소밭 조성과 같은 인위적인 원인도 크다(정세웅, 2004).
저수지 탁수 저감을 위한 유역관리 대책에는 무엇이 있는가?
저수지 탁수 저감을 위한 유역관리 대책에는 상류 유역의 토지 개발 및 이용 제어, 토양 유실 방지, 하천 제방 유실 억제, 훼손된 산림의 복원 등이 포함된다. 그리고 탁수유입을 방지하기 위한 우회수로 설치, 경작지 토사유출을 억제하는 밭 사면 보강 및 식생 밭두렁 설치, 저류지 및 사방댐의 설치 등을 고려할 수 있다.
토양침식량 산정의 국내연구에는 무엇이 있는가?
토양침식량 산정은 국내에서 많은 연구들이 수행되었다. 농촌지역의 토양침식에 관한 연구는 꾸준히 연구되어 왔으며(정영상 등, 1999; 조정래 등, 2005; 허성구 등, 2005), 토양 유실모형의 매개변수 특성에 관한 연구도 이루어진 바 있다(서규우, 2003; 손광익 등, 2003). 최근에는 지형정보시스템(GIS)의 다양한 기능과 기존의 토양유실모형을 결합하여 보다 정교한 토양침식 산정 연구가 이루어지고 있다. GIS를 이용하여 오덕근 등(2002)은 섬진강 다목적댐 유역의 토양 유실량을 산정하였고, 김주훈 등(2003)은 토양침식 위험지역을 분석하였으며, 고지연 등(2006)은 범용토양유실산정모델(USLE)과 GIS를 접목하여 낙동강 유역 농경지의 토양침식 위험도를 평가하였다. 앞으로도 계속 발전하는 공간분석 기술을 활용한 강우, 유출, 식생 및 토지이용의 공간적 분포특성을 고려한 토양침식 연구가 활발히 이루어질 전망이다.
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