양양 산불 피해 지역 당해년도의 극심한 지표 변화에 따른 지표유출 및 토양침식을 분석하기 위해 산불 산지사면에 10개의 소규모 조사구를 설치하여, 지형, 토양, 식생, 강우사상별 유출 및 토양침식량을 측정하였다. 조사는 총 15개 단일강우사상을 기준하여 이루어졌다. 산불이후 식생회복이 빠른 지역과 그렇지 않은 사면의 유출 및 토양침식량은 매우 큰 차이를 보였다. 식생회복이 빠른 조사구들은 대조구보다 약 2배 많은 평균 유출량 및 토양침식량을 나타냈으나, 나지상태 조사구들에서는 대조구의 약 10배 이내의 유출 및 토양침식이 발생되었다. 지표유출 및 토양침식에 대한 주요 인자들과의 상관분석에 의하면 강우인자 및 식생인자는 유출과 토양침식에 상당한 영향을 미쳤다. 유출 및 토양침식 민감도는 식생지수들과 높은 상관성을 보였다. 산불에 의해 교란된 지표식생이 시간이 경과함에 따라 회복되고, 산불초기에 다량의 토사유출이 발생된 이후 사면 토양의 안정화에 따라 전반적으로 유출 및 토양침식량이 감소하였다. 그러나 식생회복이 안되거나, 식생회복이 더딘 지역은 지속적으로 유출 및 토양침식이 발생하기 때문에 산불 지역별로 차별화된 대응전략 수립이 필요하다.
양양 산불 피해 지역 당해년도의 극심한 지표 변화에 따른 지표유출 및 토양침식을 분석하기 위해 산불 산지사면에 10개의 소규모 조사구를 설치하여, 지형, 토양, 식생, 강우사상별 유출 및 토양침식량을 측정하였다. 조사는 총 15개 단일강우사상을 기준하여 이루어졌다. 산불이후 식생회복이 빠른 지역과 그렇지 않은 사면의 유출 및 토양침식량은 매우 큰 차이를 보였다. 식생회복이 빠른 조사구들은 대조구보다 약 2배 많은 평균 유출량 및 토양침식량을 나타냈으나, 나지상태 조사구들에서는 대조구의 약 10배 이내의 유출 및 토양침식이 발생되었다. 지표유출 및 토양침식에 대한 주요 인자들과의 상관분석에 의하면 강우인자 및 식생인자는 유출과 토양침식에 상당한 영향을 미쳤다. 유출 및 토양침식 민감도는 식생지수들과 높은 상관성을 보였다. 산불에 의해 교란된 지표식생이 시간이 경과함에 따라 회복되고, 산불초기에 다량의 토사유출이 발생된 이후 사면 토양의 안정화에 따라 전반적으로 유출 및 토양침식량이 감소하였다. 그러나 식생회복이 안되거나, 식생회복이 더딘 지역은 지속적으로 유출 및 토양침식이 발생하기 때문에 산불 지역별로 차별화된 대응전략 수립이 필요하다.
While characteristics of topography, soil, and vegetation coverage were surveyed, also surface runoff and soil erosion for each rainfall event were measured to analyze effect of change of land cover conditions in mountain areas, Yangyang, directly after wildfire. Fifteen rainfall events were taken i...
While characteristics of topography, soil, and vegetation coverage were surveyed, also surface runoff and soil erosion for each rainfall event were measured to analyze effect of change of land cover conditions in mountain areas, Yangyang, directly after wildfire. Fifteen rainfall events were taken in total during the survey period. The result of this survey appeared that the amount of surface runoff and soil erosion are a great difference between plots with rapidly recovered vegetation and bare plots after wildfire. The burned plots where vegetation recovered rapidly generated two times or more of surface runoff and soil erosion than control plots, as burned plots with bare soil showed about ten times of surface runoff and sediment than control plots. The result of correlation analysis between main parameters of the surface runoff and soil erosion presented that rainfall factors and vegetation factors had significant effects on runoff and soil erosion. The sensitivity of runoff and soil erosion showed specially high correlation with vegetation indices. If the land surface disturbed by wildfire are recovered by natural vegetation as time passes, runoff and soil erosion may be decreased gradually. Because runoff and soil erosion in the areas with rare vegetation or bare soil are generated continuously, the discriminated mediation strategies would be established as condition of each region.
While characteristics of topography, soil, and vegetation coverage were surveyed, also surface runoff and soil erosion for each rainfall event were measured to analyze effect of change of land cover conditions in mountain areas, Yangyang, directly after wildfire. Fifteen rainfall events were taken in total during the survey period. The result of this survey appeared that the amount of surface runoff and soil erosion are a great difference between plots with rapidly recovered vegetation and bare plots after wildfire. The burned plots where vegetation recovered rapidly generated two times or more of surface runoff and soil erosion than control plots, as burned plots with bare soil showed about ten times of surface runoff and sediment than control plots. The result of correlation analysis between main parameters of the surface runoff and soil erosion presented that rainfall factors and vegetation factors had significant effects on runoff and soil erosion. The sensitivity of runoff and soil erosion showed specially high correlation with vegetation indices. If the land surface disturbed by wildfire are recovered by natural vegetation as time passes, runoff and soil erosion may be decreased gradually. Because runoff and soil erosion in the areas with rare vegetation or bare soil are generated continuously, the discriminated mediation strategies would be established as condition of each region.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 이러한 산불지역의 토양과 식생변화에 따른 유출 및 토양침식 특성을 파악하기 위여 산불 당해 지역인 낙산사 일대에 10개의 소규모 조사구를 설치하여 산불 직후의 초기 식생회복에 따른 변화와 각각의 강우인자, 지형인자, 식생인자, 토양인자에 대한 유출 및 토양침식 특성을 분석하고자 한다.
제안 방법
각 조사구내 식생구조는 교목층, 아교목층, 관목층, 초본층, 낙엽층으로 구분하여 각 층별 키와 식피율 (Vc)을 측정하였고, 낙엽층은 낙엽층 두께와 식피율을 측정하였다. 전체식피율은 교목층, 아교목층, 관목층 및 초본층을 망라하여 살아 있는 식생이 지면을 덮는 정도를 측정한 결과이다.
Rtmax는 녹화사방지역에서 단위면적당 세근의 피도가 100% 이상이 되는 경우의 세근량 800 g/m2로 설정한다. 각 조사구에서 조사한 식피율 및 각 층별 식피율 자료를 활용하여 제시한 식생지수들을 산정하였고, 그 결과는 Table 2와 같다.
Photo 1은 산불이후 120여일이 경과한 시점에 식생회복이 상이하게 다른 KH4와 KH5의 식생분포를 보여주는 좋은 예이다. 산불초기를 포함한 네 번의 식생조사 자료를 활용하여 Fig. 2처럼 시기별 식생분포를 시간 경과에 따른 식생피복도의 함수로 표현하였다. 식생분포가 균일한 KH1을 제외한 대부분의 조사구 식생분포는 비선형 이차방정식의 형태를 따르며, 식생조사가 이루어지지 않은 시기의 식생분포 추정이 가능하다.
강릉과 속초 사이에 위치한 양양지역의 지질은 선캄브리아 시대의 변성암으로 구 성된 경기육괴와 영남육괴, 현생이언의 퇴적물로 구성된 옥천대, 중생대 화강암과 시대미상의 변성퇴적암 등으로 구성되어 있다(김정찬 등, 2001). 조사구 인근 주변의 흙을 채취하여, 평균토양입경 (Dm), 유기물함량 (Om), 건조밀도 (Dd), 비중 (SG) 등을 조사하였고, 주수법을 활용하여 투수 시험 장치로 토양의 포화투수계수 (K)를 측정하였다(Klute and Dirksen, 1986). 토심 (Sd)은 1 m 철심으로 조사구 주변의 무작위 다섯 지점을 찍어 산술평균하였다.
조사구 인근 주변의 흙을 채취하여, 평균토양입경 (Dm), 유기물함량 (Om), 건조밀도 (Dd), 비중 (SG) 등을 조사하였고, 주수법을 활용하여 투수 시험 장치로 토양의 포화투수계수 (K)를 측정하였다(Klute and Dirksen, 1986). 토심 (Sd)은 1 m 철심으로 조사구 주변의 무작위 다섯 지점을 찍어 산술평균하였다.
대상 데이터
4월에 발생한 산불의 경과일수가 80일 이후인 6월 말부터 집중적인 강우가 빈번하게 발생하였고, 일일 최대 강우량은 6월 27일의 106 mm 이였다. 강우에 의해 발생하는 산지사면에서의 유출 및 토양침식은 단일 강우사상을 기준으로 조사하였으나, 연속적인 강우로 인한 조사시점이 용이하지 않은 경우는 누적된 강우에 대한 자료를 수집하였다. Table 3은 산불이후 시간경과 일수 (Df)에 따른 강우사상별 총강우량 (R), 지속시간 (T), 시간 최대강우 강도 (Imax), 30분 최대강우강도 (I30), 총강우량을 강우지속 시간으로 나눈 평균강우강도 (Iave), 선행강우량 (Ra), 선행강우일수 (Da) 그리고 van Dijk 등(2002)이 제시한 평균강우 강도를 이용한 강우 운동에너지로부터 총 강우에너지 (RE) 의 결과이다.
1처럼 산불지역인 양양군 강현면 낙산사 인근 지역에 소규모 조사구들을 설치하였다(박상덕 등, 2005). 소규모 조사구는 산불이 발생하지 않은 KH1과, 지표의 초본층만 피해를 입은 지표화 지역인 KH2, 그리고 모든 식생이 피해를 입은 수관화 지역에 설치된 KH3-KH10으로 전체 10개소이다. 이들 조사구에서 식생요인과 토양조건, 지형조건 등의 유출 및 토양침식에 영향을 미치는 주요인자들을 조사한 결과는 Table 1과 같다.
성능/효과
토양조건 및 식생회복 상태가 비슷한 KH6과 KH7의 경우도 절대적인 값에서 차이를 보이는데, 이는 경사가 급한 KH7에서 토양체로부터의 토사입자의 박리 및 흐름에 의한 토사의 이송이 용이해지기 때문인 것으로 사료된다. 강우량에 따른 토사농도의 변화를 보면 Fig. 8과 같이 강우량이 증가함에 따라 토사농도는 줄어들며, 특히 식생 회복이 빠른 조사구에서의 토사농도가 크고, 식생이 적은 조사구에서의 토사농도가 상대적으로 작음을 보여, Cerdan(2002)이 제시한 것과는 상반된 결과를 보였다. 토사농도는 토사입자의 크기, 종류 및 형태에 따라 중력, 양력 등의 특성에 의해 달라진다.
토양침식에 있어서는 강우인자 보다는 식생 인자에 더 높은 상관관계를 보였다. 강우에 의한 산지사면의 반응척도인 유출 및 토양침식 민감도는 식생지수들과의 상관관계가 높았으며, 지표면의 낙엽층과 지표하의 뿌리층을 고려한 식생지수들과의 관계가 다소 높았다. 유출계수는 유출민감도에 비해 대체적으로 낮은 결과를 보였다.
산불 경과 일수에 따른 토양침식민감도의 변화에서는 식생회복 속도가 느린 KH4의 감소율이 식생회복이 빠른 지역에 비해 훨씬 작았다. 또한 토양조건 및 식생회복 상태가 비슷한 경우라도 경사가 급한 지역에서 3배 이상의 토양침식이 발생 하여, 경사가 토양침식에 있어 중요한 인자임을 입증하였다. 시간경과에 따라 산불지역의 지표식생은 고르게 회복되지 않으며, 자연적인 식생회복이 빠른 지역은 산불초기의 과대 토양침식량이 현저히 줄어들어 산불이 발생하지 않은 지역과 큰 차이를 보이지 않았다.
Soto 및 Díaz-Fierros(1998)는 산불 당해연도 지역의 유출이 미산불지역에 비해 두 배 많음을 발견하였고, 토양침식은 대구조보다 훨씬 큼을 제시했다. 본 연구의 최대 강우강이 16.5 mm/hr라는 것을 감안할 때, 실제 강우규모가 커지면 토양침식량은 현저히 증가할 것이라 판단된다.
식생구조 조사는 Table 2와 같이 시기별로 세 차례에 거쳐 이루어졌다. 산불이 발생하지 않고 주요 식생이 소나무로 이루어진 KH1은 식피율의 변화가 없으며, 지표화 지역인 KH2는 산불직후 전체피복이 20%였으나, 초본층의 급격한 성장으로 95%의 피복율을 보였다. 나머지 지역은 산불직후 식피율이 제로였으며, 시간이 경과함에 따라 지소별로 식생 회복 속도가 다르게 나타났다.
산불이후 식생 회복인 빠른 조사구들의 총 평균 유출량 및 토양침식량은 각각 21.12 l/m2와 47.22 g/m2로 대조구의 9.32 l/m2와 22.10 g/m2와 비교하면 약 2배 정도이지만, 식생회복인 느린 조사구들은 대조구와 10 배로 유출량의 경우보다 더 큰 차이를 보인다.
식생분포가 저조한 조사구 KH9에서 다량의 유출이 발생하였는데 이는 다른 지점에 비해 토심이 얕아 토양이 포화되는 시간이 짧아서 물이 지 표유출로 쉽게 유도되기 때문이고, 조사구 KH4에서 다량의 토양침식이 발생한 원인은 경사가 급하여 토양입자에 가해 지는 지표유출수의 이송능력이 크게 작용하기 때문인 것으로 판단된다. 산불피해 지역 중에 식생회복인 빠른 조사구들의 평균 유출량 및 토양침식량은 대조구의 약 2배이였으나, 식생회복인 느린 조사구들의 경우는 대조구의 10배 가까이 유출 및 토양침식이 발생하여, 식생회복 속도에 따라 확연한 차이를 보였다. 유출에 있어서 상관관계가 높은 인자는 강우 인자이고, 토양침식에 있어서는 강우인자 보다는 식생인자에 더 높은 상관관계를 보였다.
또한 토양조건 및 식생회복 상태가 비슷한 경우라도 경사가 급한 지역에서 3배 이상의 토양침식이 발생 하여, 경사가 토양침식에 있어 중요한 인자임을 입증하였다. 시간경과에 따라 산불지역의 지표식생은 고르게 회복되지 않으며, 자연적인 식생회복이 빠른 지역은 산불초기의 과대 토양침식량이 현저히 줄어들어 산불이 발생하지 않은 지역과 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 식생회복이 느리거나, 어려운 지역은 지속적으로 유출 및 토양침식 발생할 뿐만 아니라 극심한 호우에 의한 홍수 및 토사 재해 위험에 노출되기 쉽다.
유출 및 토양침식 민감도는 식생지수들과의 상관관계가 높으며, 유출계수와 유출민감도는 사면길이와 토심과의 관계에서 비교적 높은 음의 상관계수를 보였다. 토양침식민감도는 시간경과 일수와 상관성을 가지며, 산불에 의해 교란된 지표가 시간이 경과함에 따라 식생이 회복되고, 산불초기 다량의 토사유출 이후 토양이 안정화되어 가는 것으로 보인다.
산불피해 지역 중에 식생회복인 빠른 조사구들의 평균 유출량 및 토양침식량은 대조구의 약 2배이였으나, 식생회복인 느린 조사구들의 경우는 대조구의 10배 가까이 유출 및 토양침식이 발생하여, 식생회복 속도에 따라 확연한 차이를 보였다. 유출에 있어서 상관관계가 높은 인자는 강우 인자이고, 토양침식에 있어서는 강우인자 보다는 식생인자에 더 높은 상관관계를 보였다.
Cerdan(2002)는 토양침식모형과 세류간침식 방정식 개발을 위해 토사농도의 주요인자인 지표상태, 식생 및 강우에 따른 토사농도 변화를 분석하였다. 지표조도가 작고, 강우강도가 큰 경우 식생분포가 커짐에 따라 토사농도가 감소하고, 강우강도가 증가하면 20% 이상의 식생피복 상태에서는 선형적으로 토사농도 증가하지만, 낮은 식생분포에서는 지수 함수적으로 토사농도가 증가함을 보였다. 토사의 농도는 부피 백분율, 무게 백분율 및 부피에 대한 무게의 백분율로 세 가지 형태가 있으며(Chien, 1999), 무게 백분율에 대한 정의는 식 (9)와 같이 표현한다.
이는 산불로 극심하게 교란된 지표가 시간이 경과함에 따라 식생이 회복되고, 산불초기 다량의 토사유출 이후 토양이 안정화되어 감을 의미한다. 토사농도는 산불경과일수와 강우인자에 민감함을 보였다. 토양인자들 중에 토심과 유효입경과의 상관성은 높았으나, 예상외로 투수계수와의 상관성은 낮았다.
토사농도는 산불경과일수와 강우인자에 민감함을 보였다. 토양인자들 중에 토심과 유효입경과의 상관성은 높았으나, 예상외로 투수계수와의 상관성은 낮았다.
유출에 있어서 상관관계가 높은 인자는 강우인자, 식생인자 순이다. 토양침식에 있어서는 강우인자 보다는 식생 인자에 더 높은 상관관계를 보였다. 강우에 의한 산지사면의 반응척도인 유출 및 토양침식 민감도는 식생지수들과의 상관관계가 높았으며, 지표면의 낙엽층과 지표하의 뿌리층을 고려한 식생지수들과의 관계가 다소 높았다.
후속연구
그러나 식생회복이 느리거나, 어려운 지역은 지속적으로 유출 및 토양침식 발생할 뿐만 아니라 극심한 호우에 의한 홍수 및 토사 재해 위험에 노출되기 쉽다. 그러므로 산불 산지의 식생회복 상태에 따른 차별화된 대책방안을 수립하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
산불은 어떠한 영향을 끼치는가?
산불피해 지역에서 호우가 발생하면, 홍수재해 위험도 증가하고 과도한 토양침식으로 인한 토사재해도 피하기 어렵다. 산불은 수자원 함양, 홍수방지, 토사유출억제, 산지사면 붕괴방지 등의 국토로서의 기능과 환경보전, 휴양 및 여가활동 공간제공 등의 산림생태의 공간으로서의 기능을 황폐화시킨다. 2000년 대규모 산불지역인 강릉 사천에서 2002년 발생한 태풍 루사로 인해 산불이 발생하지 않은 지역에 비해 약 11.
산불피해 지역에서 호우가 발생하면 어떠한 문제가 있는가?
건조기에 빈번하게 발생하는 산불은 산지환경을 악화시키는 큰 원인이 되고 있다. 산불피해 지역에서 호우가 발생하면, 홍수재해 위험도 증가하고 과도한 토양침식으로 인한 토사재해도 피하기 어렵다. 산불은 수자원 함양, 홍수방지, 토사유출억제, 산지사면 붕괴방지 등의 국토로서의 기능과 환경보전, 휴양 및 여가활동 공간제공 등의 산림생태의 공간으로서의 기능을 황폐화시킨다.
양양 산불 피해 지역 당해년도의 극심한 지표 변화에 따른 지표유출 및 토양침식을 분석하기 위해 산불 산지사면에 10개의 소규모 조사구를 설치하여, 지형, 토양, 식생, 강우사상별 유출 및 토양침식량을 측정한 결과는 어떠한가?
조사는 총 15개 단일강우사상을 기준하여 이루어졌다. 산불이후 식생회복이 빠른 지역과 그렇지 않은 사면의 유출 및 토양침식량은 매우 큰 차이를 보였다. 식생회복이 빠른 조사구들은 대조구보다 약 2배 많은 평균 유출량 및 토양침식량을 나타냈으나, 나지상태 조사구들에서는 대조구의 약 10배 이내의 유출 및 토양침식이 발생되었다. 지표유출 및 토양침식에 대한 주요 인자들과의 상관분석에 의하면 강우인자 및 식생인자는 유출과 토양침식에 상당한 영향을 미쳤다. 유출 및 토양침식 민감도는 식생지수들과 높은 상관성을 보였다. 산불에 의해 교란된 지표식생이 시간이 경과함에 따라 회복되고, 산불초기에 다량의 토사유출이 발생된 이후 사면 토양의 안정화에 따라 전반적으로 유출 및 토양침식량이 감소하였다. 그러나 식생회복이 안되거나, 식생회복이 더딘 지역은 지속적으로 유출 및 토양침식이 발생하기 때문에 산불 지역별로 차별화된 대응전략 수립이 필요하다.
Buchanan, J.R., Yoder D.C., Denton, H.P., and Smoot, J.L. (2002) Wood ships as a soil cover for construction sites with steep slopes. Appl. Eng. Agric. Vol. 18, pp. 679-683
Cerdan, O., Bissonnais, Y., Souchere, V., Martin, P., and Lecomte, V. (2002) Sediment concentration in interrill flow: interactions between soil surface conditions, vegetation and rainfall. Earth Surface Processes and Landforms, Vol. 27, pp. 193-205
Foster, G.R. (1982) Modelling the erosion process. ASAE Monograph, Vol. 5. ASAE, Saint Joseph, Michigan, pp. 297-380
Hartanto, H., Prabhu, R., Widayat, A.S.E., and Asdak, C. (2003) Factors affecting runoff and soil erosion: plot-level soil loss monitoring for assessing sustainability of forest management. Forest Ecology and Management, Elsevier, Vol. 180, pp. 361-374
Hudson, N.W. (1971) Soil Conservation. Batsford Ltd, London
Johansen, M.P., Hakonson, T.E., and Breshears, D.D. (2001) Postfire runoff and erosion from rainfall simulation: contrasting forests with shrublands and grasslands. Hydrological Processes, Vol. 15, pp. 2953-2965
Kim, C., Shin, K., Joo, K.Y, Lee, K.S. Shin, S.S., and Choung, Y. (2008) Effects of soil conservation measures in a partially vegetated area after forest fires. Science of the Total Environment, Vol. 399, pp. 158-164
Kirkby, M.J. (1980b) Modelling water erosion processes. In M.J. Kirkby and R.P.C. Morgan(eds), Soil erosion. Chichester, Wiley, pp. 183-216
Klute, A. and Dirksen, C. (1986) Hydraulic conductivity and diffusivity: Laboratory methods. Methods of Soil Analysis, edited by Klute, A., Agronomy Monograph Series No. 9 ASA and SSSA, Madison, Wisconsin, pp. 687-734
McCool, D.K., Brown, L.C., Foster, G.R., Mutchler, C.K., and Meyer, L.D. (1989) Revised slope length factor for the Universal Soil Loss Equation. Trans. Am. Soc. Agric. Eng., Vol. 32, No. 5, pp. 1571-1576
Moffet, C.A., Pierson, F.B., Robichaud, P.R., Spaeth, K.E., and Hardegree, S.P. (2007) Modeling soil erosion on steep sagebruch rangeland before and after prescribed fire. CATENA, Elsevier, Vol. 71, pp. 218-228
Morgan, R.P.C. (1996) Soil Erosion and Conservation. Longman, New York
Nearing, M.A., Foster, G.R., Lane, L.J. and Finkner, S.C. (1989) A process-based soil erosion model for USDA-Water Erosion Prediction Project technology. Transactions of the ASAE Vol. 32, pp. 1587-1593
Shakesby, R.A., Blake, W.H., Doerr, S.H., Humphreys, G.S., Wallbrink, P.J., and Chafer, C.J. (2006) Hillslope soil erosion and bioturbation after the Christmas 2001 forest fires near Sydney, Australia. In Owens, P.N. and Collins, A.J.(eds), Soil erosion and sediment redistribution in river catchments: measurement, modelling and management, CABI, pp. 51-61
Soto, B. and Diaz-Fierros, F. (1998) Runoff and soil erosion from areas of burnt scrub: Comparison of experimental results with those predicted by the WEPP model. CATENA, Elsevier, Vol. 31, pp. 257-270.
Toy, T.J., Foster, G.R., and Renard, K.G. (2002) Soil erosion: Processes, prediction, measurement and control. John Wily & Sons, Inc. New York
Van Dijk, A.I.J.M., Bruijnzeel, L.A., and Rosewell, C.J. (2002) Rainfall intensity-kinetic energy relationships. Journal of Hydrology, Elsevier, Vol. 261, pp. 1-23
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.