선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 혼효림을 포함하여 우리나라 산림면적의 약 70 % 분포하고 있는 침엽수림에서 비강우기 토양수분 감쇄특성을 파악하기 위하여 서울대학교 태화산 학술림 잣나무조림지의 3개 모니터링 지점에서 토양수분 모니터링을 실시하였다. 토양수분 모니터링 자료를 활용하여 토양수분 감쇄구간을 선정, 감쇄곡선 (Soil Moisture Recession Curve) 및 감쇄상수 (SMRC, Soil Moisture Recession Constant)를 산정하여 토층별 월별 토양수분 감쇄특성을 분석하였으며, 모니터링 결과를 바탕으로 감쇄상수 산정결과를 검증하였다.
- 본 연구에서는 서울대학교 태화산 학술림 침엽수림 잣나무조림지에서 토양수분 모니터링을 실시하였다. 토양수분 모니터링 결과에 수문 감쇄곡선 (recession curve) 개념을 적용시켜 월별 토층별 토양수분 감쇄곡선을 산정하고 감쇄특성을 분석하였다.
가설 설정
- 토양수분은 Sentek 사 (Australia)에서 개발한 EnviroSMART FDR (Frequency Domain Reflection)을 이용하여 10, 20, 30, 60, 90, 그리고 120 cm의 6개 토층에 대해 3개 지점에서 모니터링을 하였다. 10 cm 토층의 토양수분 측정값은 0～15 cm 깊이의 대푯값으로, 20 cm 토층의 토양수분 측정값은 15～25 cm 깊이의 대푯값으로, 30 cm 토층의 토양수분 측정값은 25～45 cm 깊이의 대푯값으로, 60 cm 토층의 토양수분 측정값은 45～75 cm 깊이의 대푯값으로, 90 cm 토층의 토양수분 측정값은 75～105 cm 깊이의 대푯값으로, 120 cm 토층의 토양수분 측정값은 105～130 cm 깊이의 대푯값으로 가정하였다. FDR 센서에서 측정한 토양수분 데이터는 2시간 간격으로 데이터이력기록기 (Data logger)에 저장되며 시스템의 전력공급은 태양전지판을 통하여 이루어진다.
- 우선, 토양수분의 감쇄특성을 분석하기 위하여 Fig. 5와 같이 토양수분 모니터링 결과에서 감쇄구간을 구분하였으며, 토양 수분 감쇄구간을 구분하기 위하여 다음과 같은 가정을 하였다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 혼효림을 포함하여 우리나라 산림면적의 약 70 % 분포하고 있는 침엽수림에서 비강우기 토양수분 감쇄특성을 파악하기 위하여 서울대학교 태화산 학술림 잣나무조림지의 3개 모니터링 지점에서 토양수분 모니터링을 실시하였다. 토양수분 모니터링 자료를 활용하여 토양수분 감쇄구간을 선정, 감쇄곡선 (Soil Moisture Recession Curve) 및 감쇄상수 (SMRC, Soil Moisture Recession Constant)를 산정하여 토층별 월별 토양수분 감쇄특성을 분석하였으며, 모니터링 결과를 바탕으로 감쇄상수 산정결과를 검증하였다.
- 장기 토양수분 모니터링을 위해서는 현장에서 매번 데이터를 수집하는 방법보다 자동 모니터링 시스템을 구축하여 실시간으로 토양수분을 모니터링 할 수 있는 시스템의 구축이 필요하다. 본 연구에서는 서울대학교 학술림 잣나무 조림지에 Fig. 4와 같이 토양수분 모니터링 시스템을 구축하였다. 토양수분은 Sentek 사 (Australia)에서 개발한 EnviroSMART FDR (Frequency Domain Reflection)을 이용하여 10, 20, 30, 60, 90, 그리고 120 cm의 6개 토층에 대해 3개 지점에서 모니터링을 하였다.
- 4와 같이 토양수분 모니터링 시스템을 구축하였다. 토양수분은 Sentek 사 (Australia)에서 개발한 EnviroSMART FDR (Frequency Domain Reflection)을 이용하여 10, 20, 30, 60, 90, 그리고 120 cm의 6개 토층에 대해 3개 지점에서 모니터링을 하였다. 10 cm 토층의 토양수분 측정값은 0～15 cm 깊이의 대푯값으로, 20 cm 토층의 토양수분 측정값은 15～25 cm 깊이의 대푯값으로, 30 cm 토층의 토양수분 측정값은 25～45 cm 깊이의 대푯값으로, 60 cm 토층의 토양수분 측정값은 45～75 cm 깊이의 대푯값으로, 90 cm 토층의 토양수분 측정값은 75～105 cm 깊이의 대푯값으로, 120 cm 토층의 토양수분 측정값은 105～130 cm 깊이의 대푯값으로 가정하였다.
- FDR 센서에서 측정한 토양수분 데이터는 2시간 간격으로 데이터이력기록기 (Data logger)에 저장되며 시스템의 전력공급은 태양전지판을 통하여 이루어진다. 토양수분 모니터링 데이터는 CDMA (Code Division Multiple Access) 모뎀으로 연결하여 실시간 전송하였으며, Hydras 3.0(TM) 프로그램을 이용하여 자료를 확인하였다.
- 산정된 토양수분 감쇄상수의 적용 가능성을 평가하기 위하여 2007년 8월～12월, 2010년 1월～12월 모니터링 결과를 활용 하여 토양수분 감쇄상수를 검증하였다. 토양수분 감쇄상수 검증을 하기 위하여 실측 토양수분 데이터와 감쇄상수를 활용하여 모의된 토양수분 결과를 활용하여 결정계수 (R2)와 상대평균절대오차 (RMAE, Relative Mean Absolute Error)를 산정하였다.
- 0에 가까울수록 모의치가 실측치의 경향을 잘 반영하는 것을 의미한다. 하지만, R2는 단지 무작위 오차만을 평가하게 되어 오차의 정도를 나타내기 위하여 RMAE를 산정하였다. RMAE는 값이 작을수록 관측 값과 모의값 차이의 오차가 적음을 의미하며, 식 (6)과 같이 산정한다(Lee, 2007; Kim, 2009).
- 감쇄곡선 산정결과 11～2월에는 대체적으로 완만한 감쇄곡선형태가 나타난 반면, 5～9월에는 감쇄곡선의 기울이가 상대적으로 가파른 것으로 나타났으며, 10, 20, 30 cm 토층에서의 감쇄현상이 모니터링 3개 지점에서 모두 그 이하 하부 토층보다 더 뚜렷하였다. 다음과 같이 산정된 토양수분 감쇄 구간에서의 감쇄곡선을 바탕으로 토층별 기간별 토양수분 감쇄 상수를 산정하였다. 감쇄상수 K는 e-b으로써 토양수분의 감쇄 특성이 뚜렷할수록 더 작은 값을 가지며, 1에 가까울수록 토양 수분의 감소현상이 거의 나타나지 않는다.
- 본 연구에서 산정된 토양수분 감쇄상수의 적용 가능성을 판단하기 위하여 토양수분 모니터링 결과 (2007년 8～12월, 2010년 1～8월, 10～12월)와 토양수분 감쇄상수를 활용하여 산정된 토양수분 모의결과를 이용하여 월별 토층별 토양수분 감쇄 상수를 검증하였다. Table 4는 감쇄상수를 검증하기 위하여 산정된 토층별, 월별 결정계수 (R2) 및 RMAE 이다.
- 본 연구에서는 서울대학교 태화산 학술림 침엽수림 잣나무조림지에서 토양수분 모니터링을 실시하였다. 토양수분 모니터링 결과에 수문 감쇄곡선 (recession curve) 개념을 적용시켜 월별 토층별 토양수분 감쇄곡선을 산정하고 감쇄특성을 분석하였다.
- 또한, 토양수분 감쇄상수를 산정하여 토양수분 감쇄곡선 경험식을 산정하였으며 토양수분 감쇄상수의 적용 가능성을 판단하기 위하여 감쇄상수 산정결과를 검증하였다.
- 4. 산정된 토양수분 감쇄상수의 적용가능성을 판단하기 위하여 R2와 RMAE를 산정하여 검증하였다. 4～11월은 대부분 계산 값과 관측 결과가 유사한 경향성을 보여 적용 가능할 것으로 판단된다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 토양수분 모니터링과 기초자료 구축 및 관리가 용이한 경기도 광주시의 서울대학교 농업생명과학대학 태화산 학술림을 연구대상지역으로 선정하였다 (Fig. 1). 본 연구의 모니터링 지역은 잣나무 인공림으로 평균 흉고직경 11.
- 1). 본 연구의 모니터링 지역은 잣나무 인공림으로 평균 흉고직경 11.53 cm, 평균 30년 정도의 수령을 가진 것으로 조사되었다.‘
- 2 와 같이 토성을 구분하였다. 연구지역은 sand 성분이 평균 79.5 %로 토양의 대부분을 구성하고 있었으며 sandy loam 또는 loamy sand 토양으로 분포되어 있다.
- 또한, 기초자료로써 강수량, 기온, 습도 등의 기상자료를 수집하였다. 강수량은 연구지역과 가장 근접한 ‘모현’ 자동기상측정장치 (AWS, Automatic Weather Station) 시단위 (hourly) 강우 자료를 활용하였으며, 강우자료 외의 기상자료는 이천측후소의 일단위 (daily) 자료를 활용하였다.
- 강수량은 연구지역과 가장 근접한 ‘모현’ 자동기상측정장치 (AWS, Automatic Weather Station) 시단위 (hourly) 강우 자료를 활용하였으며, 강우자료 외의 기상자료는 이천측후소의 일단위 (daily) 자료를 활용하였다.
- 2008년과 2009년 토양수분 모니터링 결과를 이용하여 (2.4.)의 가정에 따라 Table 2와 같이 2008년 34개 구간, 2009년 37개 구간 총 71개의 토양수분 감쇄구간을 선정하여 감쇄곡선을 산정하였다. 감쇄곡선 산정결과 11～2월에는 대체적으로 완만한 감쇄곡선형태가 나타난 반면, 5～9월에는 감쇄곡선의 기울이가 상대적으로 가파른 것으로 나타났으며, 10, 20, 30 cm 토층에서의 감쇄현상이 모니터링 3개 지점에서 모두 그 이하 하부 토층보다 더 뚜렷하였다.
- 2. 2008년 34개, 2009년 37개 구간 총 71개의 토양수분 감쇄구간을 선정하여 감쇄곡선을 산정하고 감쇄상수를 산정하였다. 11～2월에는 감쇄곡선형태가 완만한 반면, 5～9월에는 감쇄곡선 기울기가 상대적으로 급하였다.
데이터처리
- 산정된 토양수분 감쇄상수의 적용 가능성을 평가하기 위하여 2007년 8월～12월, 2010년 1월～12월 모니터링 결과를 활용 하여 토양수분 감쇄상수를 검증하였다. 토양수분 감쇄상수 검증을 하기 위하여 실측 토양수분 데이터와 감쇄상수를 활용하여 모의된 토양수분 결과를 활용하여 결정계수 (R2)와 상대평균절대오차 (RMAE, Relative Mean Absolute Error)를 산정하였다. 0.
이론/모형
- 일반적으로 토양수분함량은 토양의 물리적 특성에 영향을 받기 때문에 본 연구에서는 토양시료를 샘플링하여 체가름 분석과 비중법에 의한 입도 분석하여 USDA (United States Department of Agriculture) 삼각토양분류법 (Soil Taxonomy)에 의해 Fig. 2 와 같이 토성을 구분하였다. 연구지역은 sand 성분이 평균 79.
- 본 연구에서는 식 (1)과 같이 1877년 Boussinesq가 제안한 기저유출 선형 감수식과 식 (2)와 같이 1939년 Barnes가 제안한 기저유출 선형식의 형태로 정리하여 토양수분 감쇄곡선 및 감쇄상수를 산정하였다 (Vogel and Kroll, 1996; Wittenberg, 1999; Hammond and Han, 2006).
성능/효과
- 3개의 모니터링 지점에서 토층의 깊이를 고려하여 산정한 연평균 토양수분 함량 (Θzone)은 SM #2에서는 2008년과 2009년 약 1% 정도의 토양수분 함량의 차이가 있었으나, SM #1, SM #3 지점에서는 평균적인 차이가 거의 없었다.
- )의 가정에 따라 Table 2와 같이 2008년 34개 구간, 2009년 37개 구간 총 71개의 토양수분 감쇄구간을 선정하여 감쇄곡선을 산정하였다. 감쇄곡선 산정결과 11～2월에는 대체적으로 완만한 감쇄곡선형태가 나타난 반면, 5～9월에는 감쇄곡선의 기울이가 상대적으로 가파른 것으로 나타났으며, 10, 20, 30 cm 토층에서의 감쇄현상이 모니터링 3개 지점에서 모두 그 이하 하부 토층보다 더 뚜렷하였다. 다음과 같이 산정된 토양수분 감쇄 구간에서의 감쇄곡선을 바탕으로 토층별 기간별 토양수분 감쇄 상수를 산정하였다.
- 감쇄상수 K는 e-b으로써 토양수분의 감쇄 특성이 뚜렷할수록 더 작은 값을 가지며, 1에 가까울수록 토양 수분의 감소현상이 거의 나타나지 않는다. 감쇄상수 산정 결과 감쇄상수는 1월에서 7～8월로 갈수록 작아졌으며 토층별로 차이가 있으나 7, 8월의 감쇄상수가 가장 작았으며, 12월로 갈수록 감쇄상수 값이 커졌다.
- 970으로 가장 작았으며, 그 다음으로는 4, 8월, 6, 7월의 감쇄상수가 작았다. 감쇄상수가 작을수록 토양수분 감쇄특성이 뚜렷한 것으로 4～9월에는 표층에서의 토양수분 소비현상이 뚜렷한 것을 파악할 수 있으며, 전반적으로 그 이하 하부토층보다 토양수분 소비가 많이 이루어지는 토층이 10 cm 토층인 것을 파악할 수 있다. 20 cm 토층에서는 7월과 9월의 토양수분 감쇄상수가 0.
- 995로써 20 cm 토층에서 가장 큰 감쇄상수가 산정되어 토양수분 소비가 4～9월에 비해 감소하였다. 또한, 전반적으로 20 cm 토층의 토양수분 감쇄상수는 10 cm토층의 토양수분 감쇄상수보다 증가하여 20 cm에서 소비되는 토양수분 함량이 10 cm 보다 감소하였다. 30 cm 토층에서는 0.
- 또한, 전반적으로 20 cm 토층의 토양수분 감쇄상수는 10 cm토층의 토양수분 감쇄상수보다 증가하여 20 cm에서 소비되는 토양수분 함량이 10 cm 보다 감소하였다. 30 cm 토층에서는 0.982의 가장 작은 감쇄상수를 가지는 7월에 토양수분 소비가 가장 활발함을 알 수 있었으며, 5～10월은 감쇄상수가 0.990보다 작았으나 20 cm 토층 감쇄상수보다 증가하였다. 10, 20 cm 토층과 비교하여 30 cm 토층에서는 증발산량이 제일 많은 7, 8월의 토양수분 소비는 활발한 반면, 그 외의 월에는 토양수분 소비가 감소하였으며, 비 생육시기에는 토양수분 감쇄상수가 높고 비슷하였다.
- 990보다 작았으나 20 cm 토층 감쇄상수보다 증가하였다. 10, 20 cm 토층과 비교하여 30 cm 토층에서는 증발산량이 제일 많은 7, 8월의 토양수분 소비는 활발한 반면, 그 외의 월에는 토양수분 소비가 감소하였으며, 비 생육시기에는 토양수분 감쇄상수가 높고 비슷하였다.
- 002이었다. 60～120 cm 토층에서의 감쇄상수는 30 cm 이상 상부토층에 비하여 증가하였으며, 하부토층으로 갈수록 평균은 증가하고 편차는 감소하여 토양수분 소비가 감소하는 경향을 보였다. 60 cm 토층에서는 7, 8월의 감쇄상수가 0.
- 60～120 cm 토층에서의 감쇄상수는 30 cm 이상 상부토층에 비하여 증가하였으며, 하부토층으로 갈수록 평균은 증가하고 편차는 감소하여 토양수분 소비가 감소하는 경향을 보였다. 60 cm 토층에서는 7, 8월의 감쇄상수가 0.988, 0.989로 토양수분 소비량이 가장 많았지만, 10 cm 토층의 최소 감쇄상수보다 큰 값으로 토양수분 소비량이 상부토층에 비해 감소하였음을 확인하였다. 또한, 그 외의 월에서의 감쇄상수는 0.
- 1. 침엽수림에서 토양수분 관측 결과, 관측 지점별로 평균 토양수분 함량은 차이가 있었으나, 편차 및 경향성은 비슷하였다. 60 cm 이하 하부토층은 평균 토양수분 함량은 높았지만 상대 적으로 편차는 작았으며, 10 cm 토층에서는 평균 토양수분 함량은 가장 낮았으나 편차는 가장 컸다.
- 11～2월에는 감쇄곡선형태가 완만한 반면, 5～9월에는 감쇄곡선 기울기가 상대적으로 급하였다. 토양수분 감쇄곡선을 바탕으로 감쇄상수 산정 결과 토층별로 차이는 있으나 감쇄상수는 1월에서 7～8월로 갈수록 감소하여 7, 8월의 감쇄상수가 가장 작았으며, 12월로 갈수록 감쇄상수가 증가하였다.
- 3. 토층별 토양수분 감쇄상수를 분석한 결과, 토양수분 감쇄 상수가 가장 작은 10 cm 토층에서 토양수분 소비가 가장 활발한 것으로 나타났으며, 하부 토층으로 갈수록 감쇄상수가 증가하여 토양수분 소비는 감소하는 것으로 분석되었다. 10 cm 토층에서는 5, 9월의 토양수분 감쇄상수가 작았으며, 4～8월의 감쇄상수도 상대적으로 작게 나타났다.
- 20 cm 이하 토층에서는 7, 8월의 토양수분 감쇄상수가 가장 작았으며, 동절기인 11～2월의 토양수분 감쇄상수가 전반적으로 작게 나타났다. 60～120 cm 토층의 감쇄상수는 30 cm 이상 상부토층 보다 증가하였으며 편차는 감소하여 토양수분 소비가 감소하는 경향을 보였다. 90, 120 cm 토층에서는 7월을 제외하고는 월별 차이가 거의 없었으며 10～2월에는 토양수분 감쇄현상이 거의 나타나지 않았고, 월별 감쇄특성의 차이는 미비하였다.
후속연구
- 감쇄곡선 (recession curve)은 수문곡선의 첨두부분을 지나 유출량이 감소하는 부분과 같이 지수감소형태의 곡선으로서 기저유출이나 수문유출곡선 등의 분석 및 예측 분야에서 널리 이용되는 방법이다. 토양수분 모니터링 결과에 감쇄곡선의 개념을 적용하여 분석 할 경우 비강우시 토양수분의 월별, 토층별 소비경향 및 감쇄특성을 파악하고 모형화하여 활용할 수 있을 것으로 판단된다. Lee et al.
- 토양수분 모니터링 결과에 감쇄곡선의 개념을 적용하여 분석 할 경우 비강우시 토양수분의 월별, 토층별 소비경향 및 감쇄특성을 파악하고 모형화하여 활용할 수 있을 것으로 판단된다. Lee et al. (2005)도 이와 유사한 연구를 수행하였으나, 두 번의 강우사상에 대하여 특정시기에 대한 모니터링 결과로만 연구가 진행되었으며, 산정결과에 대한 검증이 진행되지 않아 향후 모델링 및 전반적인 침엽수림에서의 감쇄특성 파악에는 한계가 있었다.
- Table 3은 위에서 산정된 토층별 월별 감쇄상수 및 감쇄상수의 토층별 평균, 최솟값 및 최댓값으로써, 하부 토층으로 갈수록 토양수분 감쇄상수가 증가하였으며, 최소, 최댓값의 폭 및 월별 차이가 감소하였다. 본 연구에서 산정된 월별 토층별 감쇄상수는 향후 산림에서의 토양수분 모델링에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이는 겨울철의 경우 강수 뿐 아니라 강설의 영향으로 기온이 낮을 경우 땅의 일부가 얼어있으며, 기온이 높아지면 융설이 발생하여 토양에 영향을 미치기 때문일 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 산정된 감쇄상수는 강설이 많이 발생하고 기온이 낮은 겨울철 일부시기를 제외하고는 활용 가능할 것으로 판단되며, 향후 겨울철 융설에 의한 토양수분 변화에 관한 연구도 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 산정된 토양수분 감쇄상수는 산림에서의 토양수분 소비특성을 나타내는 지표가 될 수 있을 것으로 판단되며, 향후 수문 모델링 시 적용 가능할 것으로 판단된다. 하지만 겨울철 강설, 융설 그리고 해동에 의한 토양수분 변화는 토양수분 감쇄곡선으로 예측하는 것이 한계가 있는 것으로 분석되었으며, 향후 이에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 산정된 토양수분 감쇄상수는 산림에서의 토양수분 소비특성을 나타내는 지표가 될 수 있을 것으로 판단되며, 향후 수문 모델링 시 적용 가능할 것으로 판단된다. 하지만 겨울철 강설, 융설 그리고 해동에 의한 토양수분 변화는 토양수분 감쇄곡선으로 예측하는 것이 한계가 있는 것으로 분석되었으며, 향후 이에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.