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문제 정의
- 본 연구에서는 낙동강의 본류의 토양유실량이 하구에 영향을 준다는 가정하에, 오치영 등(2010)이 제안한 하구역 섬들의 면적변화에 따른 상관관계를 분석하고자 한다.
- 본 연구는 실측을 통한 토양유실량 산정 방법이 광범위한 지역의 연구에 어려움이 있기에 기존의 구축된 GIS 자료를 이용해 토양 유실량을 시기별로 추정하였다. 또한 낙동강 본류 지역의 토양유실량의 결과와 타 연구결과를 비교하여 상관성을 분석한 결과 상관성이 있는 것으로 나타났다.
제안 방법
- 그리고 Desmet and Govers(1996)은 지형적으로 복잡한 경사지에서 경사장을 계산하기 위하여 Quinn et al.(1991)이 제시한 multiple flow 알고리즘을 적용하여 GIS 환경 하에서 2차원적인 단면유역면적 개념을 사용한 경사장을 계산하는 방법을 제안하였다. 또한 박경훈(2003)은 금호강 유역을 대상으로 토지이용별 토양침식위험도를 RUSLE 공식을 통해 분석하였고, 이민부 등(2003)은 비접근 지역 및 북한 회령지역을 대상으로 RS(Remote Sensing) 및 RUSLE 모형을 통해 농경지 변화에 따른 토양유실량을 추정하였고, 오치영 등(2010)은 위성영상과 GIS 분석을 통해 낙동강 하구 해안섬의 변화를 정량적으로 분석하였고, 오정학과 정성관(2005)은 낙동강 유역을 대상으로 RUSLE 모형을 이용하여 잠재적인 토양유실량과 유역별 토양유실 위험도 및 인자간 상호관련성을 분석한바 있다.
- 토양유실량 산정은 USLE, TRB(Transport Research Board), USDA-WEPP(Water Erosion Prediction Project)등 과 같은 다양한 모형을 이용해 통계적 분석이 가능하나(박무중과 김양수, 2001), 본 연구에서는 오정학과 정성관 등(2005)이 낙동강 유역의 잠재적 토양유실량 산정시 이용한 USLE의 개선 모형인 RUSLE를 사용하여 토양유실량(ton/ha/yr)을 예측하였고, 이를 위한 산출 공식은 아래와 같다.
- 구축된 강우분포 자료를 토대로 Toxopeus(1996)가 제안한 R=3.85 + 0.35 × P(연평균강우량, mm/yr)(이민부 등, 2003) 를 이용하여 분석에 필요한 R 인자를 추출하였다.
- 본 연구에서 사용된 자료는 표 1과 같다. 기본 자료는 건설원격탐사센터에서 제공하는 자료를 이용하여 연구지역을 대상으로 구축하였으며, 강우자료와 토지피복도는 시기에 따라 달리 하여 구축하였다.
- 본 연구와 오치영 등(2010)의 하구지역의 면적 산출시기와 동일하기 위해 만든 강우침식인자(R)의 주제도는 그림 3과 같다. 강우량은 전국 약 63개의 기상관측소에서 측정한 강우자료를 토대로 거리반비례평균법(Inverse Distance Weight)을 활용하여 강우분포자료를 구축 후 낙동강 유역만 추출 하였다. 구축된 강우분포 자료를 토대로 Toxopeus(1996)가 제안한 R=3.
- 본 연구에서 유역 지형특성에 관계되는 인자(LS)는 30m 격자 DEM 자료를 입력 자료로 하여 Remortel 등(2001)에 의해서 ArcInfo의 AML(Arc Macro Language)로 개발된 LS 인자 산정 프로그램을 사용하여 계산되었다(그림 5).
- 낙동강 유역에 있어 토양유실량 예측공식인 RUSLE 적용을 위해 구축된 인자들은 30m × 30m의 격자형 자료형태를 가지며, 최종적인 연평균 토양유실량(ton/ha/yr)은 ERDAS의 Modeler를 이용하여 산출되었다.
- 지면피복인자 및 토양보존인자의 주제도는 그림 6과 같이 1995년, 2000년, 2005년도를 각기 제작하였다. 토지피복도의 경우 갱신주기가 5년 이라는 특성을 가지고 있어 하구 섬의 연 변화와 비교를 위한 토양유실량 산출에 동일한 자료를 사용할시 발생할 수 있는 오차를 제거하기 위해 5년이라는 총 변화량의 비율을 년 변화량으로 나누워 토양유실 산출량 계산에 이용하였다.
- 본 연구를 통해 공간정보를 이용하여 낙동강 본류 지역의 토양유실량 산출과 오치영(2010)등이 “위성영상과 GIS를 이용한 낙동강하구 지형변화탐지” 연구에서 산출한 해안섬 들의 면적에 따른 상관성을 비교하였다.
- 하구 섬의 면적 변화량은 표 5와 같다. 1995년 면적의 경우 이전 연구에서는 수치해안선시스템 분석에 적합하지 않아 제외 하였지만 본 연구 결과와 비교하기 위하여 동일한 방법을 이용해 면적을 계산하였다. 진우도, 신자도, 도요등은 꾸준한 면적 증가를 나타내지만 진우도의 경우 1975년 대비 전체 1/3이 증가 하였고, 신자도는 약 2배 진우도는 꾸준히 성장하고 있다.
- 첫째, 장기간의 시기 변화에 따른 자료를 구축하여 낙동강에 본류 지역의 다양한 특성을 산출하였다. 구축된 자료는 낙동강 본류 지역의 강우 변화량 및 기타 인자 변화에 따른 예측을 위한 자료로 활용될 수 있다.
- 둘째, 하구지형과 상관 분석을 위한 인자 설정시 5년이라는 갱신 주기를 가지고 있는 토지피복도는 1년 단위의 변화를 계산하기 위해 5년이란 전체 변화를 시간 비율을 고려해 계산하였다.
대상 데이터
- 본 연구지역인 낙동강 본류의 경우(그림1) 강원도 태백시 금태봉 동쪽 계곡에서 발원한 황지천이 남하하여 유향을 최대 4차례나 급변시키면서 우회한다. 즉 북에서 남으로 흐르다가 남강 합류점부터 서에서 동으로 흐르는 독특한 특성을 가지며 해안과 만나는 최종 종착지는 낙동강 하구 일대이다.
- 이것은 등고선 경작, 등고선 대상재배, 등고선 단구효과, 지표하 배수, 건조한 농경지의 조도의 효과를 평가하기 위해서 사용된다(한국건설기술연구원, 2010). 본 연구에서는 토지피복형태별에 따른 P 값만을 고려하여 Dawen 등(2006)이 제시한 자료를 이용하였다(표 3). 지면피복인자 및 토양보존인자의 주제도는 그림 6과 같이 1995년, 2000년, 2005년도를 각기 제작하였다.
이론/모형
- 1이하로 낮은 값을 갖는다(한국건설기술연구원, 2010). 유역의 지면피복과 관계되는 인자(C)는 환경부에서 제공되는 1995년, 2000년, 2005,년 토지피복도를 이용하였고 C인자 산정은 Dawen 등(2006)이 제시한 값을 적용하였다(표 3).
- 산출된 그리드 값은 표 4와 같은 기준에 따라 분류되는데 본 연구에서는 낙동강유역에 관해 농과원(2005)의 기준에 따라 분류후 그림 7과 같이 토지피복인자와 강우인자 변화에 따른 주제도를 작성하였다.
성능/효과
- 셋째, 하구지형과의 상관성 분석을 통해 주된 수로로 이용되는 도요등 일대의 상관성이 0.87이상으로 인근 섬들보다 높게 나타났다. 이는 해안의 섬 면적이 증가하는 이유로 예상 할 수 있으며 동시에 하구 둑 건설이후에도 토양이 강물의 흐름에 의해 하구지역에 퇴적됨을 예상 할 수 있다.
- 본 연구는 실측을 통한 토양유실량 산정 방법이 광범위한 지역의 연구에 어려움이 있기에 기존의 구축된 GIS 자료를 이용해 토양 유실량을 시기별로 추정하였다. 또한 낙동강 본류 지역의 토양유실량의 결과와 타 연구결과를 비교하여 상관성을 분석한 결과 상관성이 있는 것으로 나타났다. 토양유실량 산정시 그림이나 표를 통해 방대한 자료를 표현함에 한계가 있으며, 공간적 특성 분석시 토지피복에 따른 변화 또는 강우의 변화 등 다양한 관점에서 해석이 가능 하므로 본 연구 결과를 토대로 낙동강유역의 다양한 연구에 응용 될 것으로 예상된다.
- 마지막으로, 지면피복인자(C factor)는 경작의 종류와 식생의 상태 즉, 지표면 부근의 상태, 토양의 함수량 등에 따라서 달라지는 피복인자로 식생피복인자 값의 비율은 식생이 성장하기 전의 나대지와 같은 지역에서는 약 1.0으로 높은 값을 가진다. 그러나 산림이 밀집된 지역이나 곡물의 밀도가 높은 지역에서는 0.
후속연구
- 첫째, 장기간의 시기 변화에 따른 자료를 구축하여 낙동강에 본류 지역의 다양한 특성을 산출하였다. 구축된 자료는 낙동강 본류 지역의 강우 변화량 및 기타 인자 변화에 따른 예측을 위한 자료로 활용될 수 있다.
- 넷째, 토양유실량 결과중 강우에 의한 변화가 많은 영향을 미치는 것으로 나타나는데 이런 결과는 강우라는 자연적 변화가 주된 작용을 하는 것으로 알 수 있으며, 강우의 강도와 강우량에 의한 많은 연구가 필요함을 알 수 있다.
- 또한 낙동강 본류 지역의 토양유실량의 결과와 타 연구결과를 비교하여 상관성을 분석한 결과 상관성이 있는 것으로 나타났다. 토양유실량 산정시 그림이나 표를 통해 방대한 자료를 표현함에 한계가 있으며, 공간적 특성 분석시 토지피복에 따른 변화 또는 강우의 변화 등 다양한 관점에서 해석이 가능 하므로 본 연구 결과를 토대로 낙동강유역의 다양한 연구에 응용 될 것으로 예상된다.
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