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문제 정의
- 본 연구는 경사지 배수불량 논에서 밭작물 재배확대 및 생산성향상을 위한 합리적인 배수개선 기술을 개발하기 위해 논둑 바로 밑에 1열로 명거 (겉도랑) 배수, 비닐차단막, 암거 (속도랑)배수, 관다발 등 4개의 배수시설을 설치후 지구통계학적 방법을 이용하여 배수개선 방법에 따른 배수개선 효과를 비교 분석하였다.
제안 방법
- 경사지 논토양에서 밭작물 재배확대를 위한 합리적인 배수개선 방법을 개발하기 위하여 “배수불량”인 경사지 논 토양 (경사 7-15%, 지산통)을 대상으로 배수조건에 따라 “매우불량”인 논 2개 필지, “약간불량”인 논 2개 필지의 논둑아래 기저부에 1열로 명거 (겉도랑 배수), 비닐차단막, 암거 (속도랑 배수), 관다발 등 네 가지 종류의 배수시설을 설치하여 공간상의 위치에 대한 상관관계를 분석하는 지구통계적 방법 (Geostatistical methods)를 이용하여 저비용의 실용적 배수방법을 개발하기 위해 배수개선 방법에 따른 배수개선 효과를 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 관다발 배수는 대나무로 30 cm직경의 다발로 묶어 60 cm∼90 cm 깊이에 매설한 후 흙으로 되 매움 하였으며 암거배수 (속도랑 배수)는 폭 50 cm 깊이는 상류부 60 cm, 하류부 90 cm로 굴삭하고 20 cm 직경의 유공흡수관을 매설하고 흡수거는 상류로부터 침출수를 최대한 흡수하기 위해 소수재 (자갈층)를 논 면의 15∼20 cm 깊이까지 충전하였다.
- 명거배수 (겉도랑 배수)는 폭 30 cm에 깊이 30 cm의 지표 배수로를 설치하였고, 비닐차단막은 논둑 기저부에 60∼90 cm 깊이로 터파기를 한 다음 용출수 유입을 차단하기 위해 논 면의 기벽에 ∅0.3 mm 두께의 비닐을 매설 후 흙으로 되 매움하여 설치하였다.
- 1). 배수개선 방법은 명거배수 (Open Ditch), 비닐차단막 (Vinyl Barrier), 암거배수 (Pipe Drainage), 그리고 관다발 (Tube Dundle) 등 총 4개로 선정하여 배수시설 장변 방향으로 논둑 바로 밑에 1열로 각각 설치하였다. 명거배수 (겉도랑 배수)는 폭 30 cm에 깊이 30 cm의 지표 배수로를 설치하였고, 비닐차단막은 논둑 기저부에 60∼90 cm 깊이로 터파기를 한 다음 용출수 유입을 차단하기 위해 논 면의 기벽에 ∅0.
- 배수방법별 배수개선 효과의 공간적 변이분석을 위해 Fig. 2에서와 같이 포장 내에서 3 m × 3 m 크기로 격자로 나눈 후 고주파 측정방식의 TDR (Time Domain Reflectometry)를 이용하여 근권부 (깊이 20 cm)의 토양의 수분 함량을 약 1,265 지점에 대하여 측정하였으며 GPS 장비를 이용하여 조사지점에 대한 위치 정보를 조사하였다.
- 일반적으로 베리오그램은 각 표본들 간의 분리거리에 따른 분산을 나타낸 것으로 추정이 필요한 지점에서 거리가 가까운 표본 위치 지점까지 거리에 포함된 표본들 간의 자기 상관관계를 나타내는 것으로 구형모델 (spherical model), 지수모델 (exponential model), 가우시안모델 (gaussian model)을 이용하였다 (최종근, 2007). 베리오그램에서 sill과 range를 가장 잘 표현한다고 판단되는 active lag와 lag interval를 선택하였다. 배수방법별 토양수분 함량에 대한 세미베리오그램으로 분석한 결과를 Fig.
- 주어진 토양 수분함량의 공간자료의 전체적인 분포특성을 파악하기 위해 계급간 누적분포도 (histogram)을 작성하였다 (Fig 4.). 왜도 (skewness)와 첨도 (kutosis)는 각각 뾰족한 정도와 기울어진 정도를 나타내는 값으로 첨도의 값이 1이고, 왜도가 0이면 표준정규분포 형태가 되고 첨도의 값이 커지면 표준정규분포보다 더 뾰족한 형태, 즉 평균에서 상당히 높은 형태가 된다고 알려져 있다.
대상 데이터
- 시험구 배치는 배수가 “매우불량”인 논 2개 필지, 배수등급이 “약간불량”인 논 2개 필지로 선정하였다 (Fig. 1).
이론/모형
- 본 연구에 사용한 반베리오그램 모델은 지금까지 개발되어진 여러 가지 모델 중 자료의 공간적 상호관계를 잘 묘사하는 모델식을 이용하여 공간분석법인 ArcGIS 9.2 Geostatistical analysis와 GS+ Version 5.1 (Gamma Design Software)을 이용하여 변이를 분석하고 배수개선 효과를 평가하였다.
성능/효과
- TDR 이용하여 측정한 배수방법별 토양수분함량의 기술통계량을 분석한 결과 배수개선 방법별 평균수분함량은 명거배수 (36.17 mm), 비닐차단막 (32.87 mm), 관다발 (28.71 mm), 암거배수 (23.21 mm) 순으로 낮은 경향을 보였으며, 또한 암거배수 처리구에서의 변이계수가 13.0%로 명거배수 (23.4%), 비닐차단막 (22.2%), 관다발 (15.1%)에 비해 포장 내에서 수분함량이 균일한 것으로 나타났다.
- 기술 통계를 통하여 배수 효과를 평균이 낮은 것이 우수하고, 배수 균일도는 변이계수 (또는 표준편차)가 낮은 것으로 평가하였다. 공간통계 분석을 통하여 이러한 배수 균일도가 거리에 따라 어떻게 분포하는지를 평가하여 문턱값이 낮은 것이 배수 균일도가 우수한 것으로 평가하였으며 유사한 문턱값을 가진 처리에서는 상관거리가 작은 처리의 배수 균일도가 우수한 것으로 평가할 수 있었다. 이러한 평가는 배수뿐 아니라 농경지의 토양 비옥도, 벼 생육, 수확량의 공간분포 평가에도 사용되고 있다 (Chung et al.
- 배수방법에 따른 토양수분함량의 기술통계량을 분석한 결과를 Table 2에 정리하였다. 그 결과, 평균 수분함량은 배수 약간불량지가 배수 매우불량지에 비해 낮았다. 배수방법별로 수분함량을 비교해 보면 명거배수 (36.
- 기술 통계를 통하여 배수 효과를 평균이 낮은 것이 우수하고, 배수 균일도는 변이계수 (또는 표준편차)가 낮은 것으로 평가하였다. 공간통계 분석을 통하여 이러한 배수 균일도가 거리에 따라 어떻게 분포하는지를 평가하여 문턱값이 낮은 것이 배수 균일도가 우수한 것으로 평가하였으며 유사한 문턱값을 가진 처리에서는 상관거리가 작은 처리의 배수 균일도가 우수한 것으로 평가할 수 있었다.
- 21 mm) 순으로 낮은 경향을 보였다. 또한 토양수분의 변이계수를 비교해 보면 배수 약간불량지에 비해 매우불량지에서 배수방법별 변이계수의 차이가 뚜렷하였으며 (Table 2), 암거배수 처리구는 변이계수가 13.0%로 명거배수 (23.4%), 비닐차단막 (22.2%), 관다발 (15.1%)에 비해 포장 내에서 수분함량이 균일한 것으로 나타났다.
- 즉 왜도 (skewness)가 0보다 크면 오른쪽으로 기울어졌다는 것이고, 0 보다 작으면 왼쪽으로 기울어져 있다는 것을 의미한다 (최종근, 2007). 명거배수와 비닐차단막구에서는 각각 왜도값이 -0.55와 -0.42로 평균값 (mean)이 중앙값 (median) 보다 작은 비대칭분포 (skewed distribution)인 양성왜도 (negatively skewed)의 특성을 보이는 반면 암거배수구에서는 왜도값이 0.04로 평균값 (mean)이 중앙값 (median)이 보다 약간 큰 양의 부호를 갖는 음성왜도 (positively skewed)를 보이나 거의 정규화 분포 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 배수개선방법에서는 암거배수방법이 가장 효율성이 높은 인자임을 지시하는 것이다 (Fig.
- 문턱값을 기준으로 보면, 배수등급 두가지 지역 모두 암거, 관다발, 명거, 비닐벽 처리 순으로 배수개선 효과가 우수하였다. 상관거리 또한 암거와 관다발 처리에서 대체적으로 낮게 나타나 수분함량 균일도가 높은 것으로 판단되었다.
- 또한 배수 매우불량지에 비해 배수 약간불량지에서 왜도값이 낮은 경향을 보였으며 토양의 배수등급에 따라서도 비슷한 결과를 보였다. 배수방법별 첨도값은 명거배수구에서의 첨도값이 -0.90으로 정규분포보다 덜 뾰족하고 분산이 커 퍼짐분포 (platykurtic) 보이는 반면 암거배수구에서는 -0.34로 작은 분산을 보이며 평균을 중심으로 밀집분포 (leptokurtic) 경향을 보이는 것으로 나타났다. 이처럼 명거배수 처리구에서의 첨도값이 낮은 것은 수분함량이 넓은 범위에 분포하고 있어 표준편차가 크다는 것을 의미하며 암거배수에서 첨도값이 낮은 것은 표준편차가 아주 작아 거의 대부분의 수분함량이 평균 근처에 밀집되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.
- 그 결과, 평균 수분함량은 배수 약간불량지가 배수 매우불량지에 비해 낮았다. 배수방법별로 수분함량을 비교해 보면 명거배수 (36.17 mm), 비닐차단막 (32.87 mm), 관다발 (28.71 mm), 암거배수 (23.21 mm) 순으로 낮은 경향을 보였다. 또한 토양수분의 변이계수를 비교해 보면 배수 약간불량지에 비해 매우불량지에서 배수방법별 변이계수의 차이가 뚜렷하였으며 (Table 2), 암거배수 처리구는 변이계수가 13.
- 문턱값을 기준으로 보면, 배수등급 두가지 지역 모두 암거, 관다발, 명거, 비닐벽 처리 순으로 배수개선 효과가 우수하였다. 상관거리 또한 암거와 관다발 처리에서 대체적으로 낮게 나타나 수분함량 균일도가 높은 것으로 판단되었다. 배수등급별 문턱값 (sill)은 Table 3에서와 같이 배수가 약간불량지에 비해 매우불량지에서 배수개선 방법별 차이가 뚜렷하였다.
- 34로 작은 분산을 보이며 평균을 중심으로 밀집분포 (leptokurtic) 경향을 보이는 것으로 나타났다. 이처럼 명거배수 처리구에서의 첨도값이 낮은 것은 수분함량이 넓은 범위에 분포하고 있어 표준편차가 크다는 것을 의미하며 암거배수에서 첨도값이 낮은 것은 표준편차가 아주 작아 거의 대부분의 수분함량이 평균 근처에 밀집되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.
- 토양수분함량의 이론적 반베리오그램을 분석한 결과 배수등급별 문턱값 (sill)은 배수가 약간불량지에 비해 매우 불량지에서 배수개선 방법별 차이가 뚜렷하였으며, 특히 배수 매우불량지의 암거배수 처리구에서 문턱값은 9.7로 명거배수 (86.2), 비닐차단막 (66.8), 관다발 (15.7)에 비해 낮아 변이가 적고 균일성이 높아 암거배수에 의한 배수개선 효과가 큰 것으로 나타났다.
- 배수등급별 문턱값 (sill)은 Table 3에서와 같이 배수가 약간불량지에 비해 매우불량지에서 배수개선 방법별 차이가 뚜렷하였다. 특히, 배수 매우불량지의 암거배수 처리구에서 문턱값은 9.7로 명거배수 (86.2), 비닐차단막 (66.8), 관다발 (15.7)에 비해 낮아 변이가 적고 균일성이 높아 암거배수에 의한 배수개선 효과가 큰 것으로 나타났다. 또한 상관거리는 암거배수 처리구에서 31.
후속연구
- 따라서 “배수불량”인 경사지 논에서는 논둑 밑 1열의 암거배수시설을 설치로 논에서 밭작물의 안정적인 생산과 농지자원의 이용전환 즉 논을 밭으로 이용해야 하는 범용농지 기반조성에 조성을 위한 저비용의 실용적인 배수개선 방법개발에 기여할 것으로 본다.
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