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문제 정의
- 본 연구는 MUSLE를 이용하여 토양유실량을 예측할 때, 연 단위 강우량을 사용하던 과거의 연구와는 다르게 일 단위 강우량을 사용함으로서 보다 정확한 토양유실량을 예측하였다. 또한 토양유실량에 영향을 미치는 인자중 경사도와 작물인자에 관해서 연구하였다. 토양유실량에 영향을 주는 가장 큰 인자는 강우량이지만, 이것은 자연에서 만들어지는 인자 값이므로 경사도와 작물을 연구하고 발전시켜 토양유실량 방지 대책을 간구해야한다.
- 본 연구의 실험은 경사도에 따라 경작물을 달리하여 강수량에 따른 토양유실량을 모의 하였다. 경작물은 감자밭(5%), 무·배추밭(25%), 더덕밭(45%)을 선정하여 서로 다른 작물이 동일한 강우가 내렸을 경우에 따른 토양유실량을 산정하였다.
제안 방법
- USLE의 인자값을 선정할 때 연 강수량을 선정하는 것이 일반적이지만, 실험의 정확한 결과값을 산정하기 위해 일 강우량을 선정하였다. Fig.
- 강우량을 분류하고 강우인자(R)값의 평균치를 구하여 경사와 강수량에 따른 평균 강우인자를 구하고, 구해진 평균 강우인자를 사용하여 강우량에 따라 얼마나 변하는지 실험하였다.
- 경작물은 감자밭(5%), 무·배추밭(25%), 더덕밭(45%)을 선정하여 서로 다른 작물이 동일한 강우가 내렸을 경우에 따른 토양유실량을 산정하였다.
- 그러므로 보다 정확한 토양유실량 산정을 위해 매일 변화되는 강수량에 대한 토양유실량을 구하고 이를 기초로 총 유실량을 구하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 USLE 보다 국내 실정에 더 적합한 수정토양유실공식(Modified Universal Soil Loss Equation)를 이용하였고, 강우인자(R)와 작물의 성장에 따라 달라지는 작물 피복인자(C)를 연평균강수량이 아닌 일평균강수량을 적용하여 일단위 토양유실량을 산정하였다. 또한 수정토양유실공식(MUSLE)를 이용하여 토양 유실에 가장 큰 영향이 되는 강수량을 모의하고 경사도, 경작물, 강수량의 변화에 따른 토양유실량을 비교하고 분석하였다.
- 토양유실에 영향을 미치는 인자중의 또 다른 인자는 경작물의 종류이다. 동일한 경사 25%에서 감자밭, 무․배추밭, 더덕밭의 토양유실량을 비교하였다. Fig.
- 또 다른 실험은 경작물에 따른 토양유실량을 구하기 위하여 동일한 경사도(25%)로 고정하고 작물에 따른 작물피복인자(C)의 변화에 따른 토양유실량을 모의하였다. 모의를 위해 경작물은 감자, 무․배추, 더덕이며 25%의 경사도를 고정하고 토양유실량 산정공식은 MUSLE공식을 이용하였다.
- 그러므로 본 연구에서는 USLE 보다 국내 실정에 더 적합한 수정토양유실공식(Modified Universal Soil Loss Equation)를 이용하였고, 강우인자(R)와 작물의 성장에 따라 달라지는 작물 피복인자(C)를 연평균강수량이 아닌 일평균강수량을 적용하여 일단위 토양유실량을 산정하였다. 또한 수정토양유실공식(MUSLE)를 이용하여 토양 유실에 가장 큰 영향이 되는 강수량을 모의하고 경사도, 경작물, 강수량의 변화에 따른 토양유실량을 비교하고 분석하였다.
- 본 연구는 MUSLE를 이용하여 토양유실량을 예측할 때, 연 단위 강우량을 사용하던 과거의 연구와는 다르게 일 단위 강우량을 사용함으로서 보다 정확한 토양유실량을 예측하였다. 또한 토양유실량에 영향을 미치는 인자중 경사도와 작물인자에 관해서 연구하였다.
- 본 연구의 실험은 경사도에 따른 토양유실량을 구하기 위하여 경사도에 의해 직접적으로 변화하는 R, K, C, P, LS 인자를 동일한 값으로 고정하고, 5%, 25%, 45%의 서로 다른 경사에 따른 토양유실량에 차이가 나타나는지 모의하였다. C값은 강원도의 대표작물인 감자밭을 선정하였고 토양유실량 산정공식은 MUSLE공식을 이용하였다.
- 양구군 해안면에 각기 다른 경작물과 경사도의 필지 세 곳(5% 감자밭, 25% 무․배추밭, 45% 더덕밭)을 선정하여 강우량에 따른 토양유실량을 비교하였다. 비교 결과 아래의 Fig.
- 일평균 강우량 값을 사용함으로 정확한 산정이 이루어 질 것으로 예상하였다. 일평균 강우량 값과 연평균 강우량 값을 비교함으로써 토양유실량 산정방법에 따른 정확도를 분석하였다.
- 토양유실량을 산정할 때 연평균 강우량 값을 사용하는 것이 일반적이지만, 본 연구에서는 일평균 강우량을 사용하였다. 일평균 강우량 값을 사용함으로 정확한 산정이 이루어 질 것으로 예상하였다.
- 토양유실에 가장 크게 영향이 되는 인자를 찾기 위해 고정된 경작물에 경사도 변화를 주어 비교하였다. 동일한 감자밭에 5%, 25%, 45%의 경사를 변화시켰다.
대상 데이터
- 강우침식 인자(R)은 강우량에 의한 토양 침식량 정도를 나타내는 인자로서, 강우의 낙하에너지와 유거수의 양과 속도에 따라 결정된다. 본 연구는 일 강우 자료를 사용하였다. 강우침식 인자(R)를 구하는 공식은 식(2)와 같다.
- 본 연구의 대상지역은 강원도 양구군 해안면 지역이다. 이 지역을 연구지역으로 선정한 이유는 양구군 해안면지역이 펀치볼 형태의 지역이기 때문에 대부분 급한 경사를 가지고 있어 많은 토양유실량을 발생시키고, 다양한 경사로 인해 그에 따른 토양유실량을 산정하기 좋은 지역이기 때문이다(Kang 등, 2010).
- 작물경작인자(P)는 경사지로부터의 토양유실에 대한 보존대책에 토양유실의 비로 정의 된다. 본 연구의 연구지역인 강원도 양구군 해안면은 경사가 다양하고 밭으로 이루어져 있으므로 경사지에서 주로 이용하는 등고선 재배의 인자 값을 사용하였으며, 작물경작인자(P)는 국립농업과 학원에서 제시하는 우리나라 주요 보전처리별 보전관리인자 값 0.54를 이용하였다.
- 이 연구의 목적은 경사도와 작물에 따른 토양유실량을 분석하는 것이 목적이기 때문에 해안면 지역에서도 경사도가 다른 농경지 3지점(5%, 25%, 45%), 5%인 지역은 감자를 재배하는 지역으로 30,767.7 m2면적이며, 25%인 지역은 무우, 배추를 재배하는 지역으로 11,433.3 m2면적이며, 45%는 31,416.7 m2 면적을 가지고 있는 지역을 선정하였다.
이론/모형
- 본 연구의 실험은 경사도에 따른 토양유실량을 구하기 위하여 경사도에 의해 직접적으로 변화하는 R, K, C, P, LS 인자를 동일한 값으로 고정하고, 5%, 25%, 45%의 서로 다른 경사에 따른 토양유실량에 차이가 나타나는지 모의하였다. C값은 강원도의 대표작물인 감자밭을 선정하였고 토양유실량 산정공식은 MUSLE공식을 이용하였다.
- 즉 지표를 피복하고 있는 식생의 상태를 반영하여야 보다 정확한 토양유실량을 모의할 수 있다. 경작관리인자(C)의 인자 값은 양구 해안면의 지형을 SATEEC 모형을 이용하여 산출하였다.
- 또 다른 실험은 경작물에 따른 토양유실량을 구하기 위하여 동일한 경사도(25%)로 고정하고 작물에 따른 작물피복인자(C)의 변화에 따른 토양유실량을 모의하였다. 모의를 위해 경작물은 감자, 무․배추, 더덕이며 25%의 경사도를 고정하고 토양유실량 산정공식은 MUSLE공식을 이용하였다.
- 사면경사도인자(S)는 표준 시험포의 경사도인 9%에 대해서 단일경사를 이루는 지형 경사도의 비로 나타내고 있다. 지형인자를 산정할 때는 RUSLE(Foster et al., 1996)를 이용한다.(Park 등, 2007)
- 경작물은 감자밭(5%), 무·배추밭(25%), 더덕밭(45%)을 선정하여 서로 다른 작물이 동일한 강우가 내렸을 경우에 따른 토양유실량을 산정하였다. 토양유실량 산정공식은 MUSLE공식을 이용하였다.
성능/효과
- 1)에서는 45%의 경사도를 가진 더덕밭이 가장 큰 토양유실을 발생시키는 것으로 추정되었으므로 경작관리인자(C)보다 지형인자(LS), 즉, 경사도가 토양유실에 가장 큰 영향을 주는 것으로 분석 할 수 있었다. 결과적으로 경작물이 강수량에 대해 유속을 저감시키는 것 보다 경사도가 급할수록 유속이 더 빨라지는 것이 토양유실에 더 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
- 동일한 감자밭에 5%, 25%, 45%의 경사를 변화시켰다. 그 결과 Fig.4, Fig.5, Fig.6처럼 5% 경사의 감자밭보다 경사가 가장 급한 45%의 감자밭의 토양유실이 가장 크게 나타났다.
- 아래의 Table 1과 같이 경사도와 작물에 따른 토양유실량 비교를 보면 45%의 경사도가 다른 경사도보다 크게 측정되었고, 45%의 경사도에서 더덕을 심었을 때보다 감자를 심었을 때 토양유실량이 크게 예측되었다. 또한, 경사도 5%의 더덕밭 보다 경사도 45%의 감자밭이 56.3배 이상 토양유실량 값이 크게 예측되었다. 경사도가 45%인 경우에는 더덕밭보다 감자밭의 토양유실량 증가량이 1.
- 토양유실량에 영향을 주는 가장 큰 인자는 강우량이지만, 이것은 자연에서 만들어지는 인자 값이므로 경사도와 작물을 연구하고 발전시켜 토양유실량 방지 대책을 간구해야한다. 본 연구를 통해 경사도의 값이 클수록 토양유실량이 크게 예측되었으며, 작물인자에서는 더덕밭 보다 감자밭의 작물이 토양유실량이 크게 예측 되었다. 따라서 토양유실량을 최소화시키기 위한 최선의 방법은 급격한 경사도를 평탄하게 정비하는 것이다.
- 양구군 해안면에 각기 다른 경작물과 경사도의 필지 세 곳(5% 감자밭, 25% 무․배추밭, 45% 더덕밭)을 선정하여 강우량에 따른 토양유실량을 비교하였다. 비교 결과 아래의 Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3처럼 경사도가 가장 높은 더덕밭에서 토양유실량이 가장 크게 나타났다.
- 실험의 결과 토양유실에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 경사도이지만, 경작관리인자와 다른 인자들도 토양유실을 유발하는 원인이 된다. 아래의 Table 1과 같이 경사도와 작물에 따른 토양유실량 비교를 보면 45%의 경사도가 다른 경사도보다 크게 측정되었고, 45%의 경사도에서 더덕을 심었을 때보다 감자를 심었을 때 토양유실량이 크게 예측되었다. 또한, 경사도 5%의 더덕밭 보다 경사도 45%의 감자밭이 56.
- 2)에서는 동일한 경작물에서 45%의 경사도가 가장 큰 토양유실량이 모의되었다. 하지만 실험 (3.1)에서는 45%의 경사도를 가진 더덕밭이 가장 큰 토양유실을 발생시키는 것으로 추정되었으므로 경작관리인자(C)보다 지형인자(LS), 즉, 경사도가 토양유실에 가장 큰 영향을 주는 것으로 분석 할 수 있었다. 결과적으로 경작물이 강수량에 대해 유속을 저감시키는 것 보다 경사도가 급할수록 유속이 더 빨라지는 것이 토양유실에 더 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 본 연구를 통하여 토양유실을 최소화 할 수 있는 방안을 경사도와 작물위주로 모색하였으나, 아직 장기적이고 영구적인 효과를 볼 수 있는 대책은 뚜렷하게 제시할 수 없는 실정이다. 그러므로 일 단위 강우량, 경사도, 작물인자를 고려하여 토양유실량을 보다 정확하게 예측하는 방안처럼 좀 더 많은 연구를 통해 토양유실량의 피해를 최소화 하는 노력이 절실하다 하겠다.
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