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문제 정의
- 또한 지표피복재의 적용 가능성과 효율평가를 위한 중요한 자료가 된다. 따라서 본 연구에서는 시험포가 위치한 춘천시의 30년 (1976~2007년) 강우자료를 분석하여 강우계급별 연평균 빈도와 연간 총강우량 그리고 강우사상 당 강수량을 나타내었다 (Table 2). 춘천시의 30년 평균 총 강우량은 1,298.
- 본 연구에서는 무밭에서 발생하는 비점오염원을 저감하기 위하여 경작지 규모의 시험포를 조성하고, 지표를 대패밥과 볏짚거적으로 피복하여 강우유출수를 측정하여 비교하였다. 연구결과 대패밥과 볏짚거적으로 저감된 유출량 저감효과는 대패밥을 피복한 시험포에서 약 4∼30 %, 볏짚거적을 처리한 시험포에서 33∼75 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 선행 연구결과 (Osborn(1954); Ghawi et al. (1986); Lal (1976))를 바탕으로 볏짚거적을 실제 영농 크기의 시험포에 적용하고자 하였으며, 추가적으로 대패밥의 피복재 효과를 평가하기 위해 피복재를 적용하였다. 적용된 피복재료는 Fig.
- 이에 본 연구에서는 여러 비점오염원 저감 방법 중 지표피복에 의한 밭의 비점오염원 저감효과를 분석하고자 경작지 규모의 시험포를 조성하고, 강우시 유출수 및 오염물질의 농도를 측정하여 지표피복에 의한 비점오염원의 저감효과를 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 또한 밭에서 발생하는 토양유실량을 측정하기 위하여 시험포 하단부에 비닐배수로와 웅덩이를 만들어 총 3번의 강우사상 동안 축적된 토사량을 측정하였다. 0.2 mm 단위로 측정이 가능한 자기우량계를 설치하여 시험포에 발생하는 강우량을 정확히 측정하고자 하였으며, 자기우량계에서 측정된 결과는 기상청에서 제공하는 강우량과 비교하여 사용하였다. 연구지점인 춘천시의 30년 강우자료를 이용하여 강우계급별 연평균 빈도와 연간 총강우량 그리고 강우사상 당 강수량을 분석하였다.
- 총 437 mm의 강우에 의해 발생한 토사량을 측정하여 비교하였다. 각 강우에 의해 발생된 토사량을 비교하지 않고, 영농기간 동안 총 발생한 양을 비교하였다. 여기에는 부유물질로 포함되어 유출된 유사량이 배제되었으며, 함수비를 고려하여 퇴적된 양을 비교하였다.
- 각 시험포에서 발생하는 유출량을 측정하기 위하여 시험포 하단 유출부에 25 cm×30 cm (가로×세로) 크기와 약 45 °V의 H-flume을 설치하였고, 부자식 수위계 (Thalimedes)를 이용하여 H-flume을 통하여 유출되는 수량의 수위를 측정하였다.
- 대패밥과 볏짚거적을 이용하여 지표를 피복할 경우에 작물에 미치는 영향을 고려하기 위하여 지표를 피복하지 않은 시험포와 대패밥과 볏짚거적을 피복한 시험포의 수확량을 조사하였다. Table 6에서 나타난 결과와 같이 관행시험포의 수량지수를 100으로 보고 대패밥과 볏짚거적을 피복한 시험포의 수량지수를 분석한 결과 147과 153으로 나타났다.
- 수량지수는 근중의 무게를 측정하여 환산하였고, 관행시험포에서 조사된 수확량을 100으로 보고 환산하였다. 또한 대패밥과 볏짚거적을 이용하여 피복하였을 경우 각 시험포에서 발생한 잡초를 제거하기 위해 소요되는 김매기 시간을 동일한 조건 (작업인원, 면적, 사용도구)에서 비교하여 피복재의 효율성을 평가하였다.
- 4). 또한 밭에서 발생하는 토양유실량을 측정하기 위하여 시험포 하단부에 비닐배수로와 웅덩이를 만들어 총 3번의 강우사상 동안 축적된 토사량을 측정하였다. 0.
- 무밭에 대패밥과 볏짚거적을 피복하였을 때 피복재로 인하여 토양의 수분변화와 온도변화 그리고 영양물질 함유량 등에 악영향을 준다면 피복재를 사용할 수 없기 때문에 피복재의 적용성을 평가하기 위하여 무의 생산성 및 효율성을 분석하였다. 생산성 분석은 3개의 시험포에서 무를 재배한 뒤 관행시험포와 대패밥 그리고 볏짚거적을 피복한 시험포에서 수확되는 무의 수확량을 조사하여 평가하였다.
- 생산성 분석은 3개의 시험포에서 무를 재배한 뒤 관행시험포와 대패밥 그리고 볏짚거적을 피복한 시험포에서 수확되는 무의 수확량을 조사하여 평가하였다. 무의 생육상태를 고려하지 않고 일정한 간격으로 무를 채취한 뒤, 무의 엽장과 엽수, 엽중, 근경, 근장 그리고 근중 등을 조사하였다. 수량지수는 근중의 무게를 측정하여 환산하였고, 관행시험포에서 조사된 수확량을 100으로 보고 환산하였다.
- 밭에서 발생하는 토양유실 및 비점오염물질을 저감하기 위해 지표피복에 의한 유출량 저감효과를 분석하였다. Table 4에는 연구기간 동안 발생한 강우유출수의 조사결과를 요약하였다.
- 무밭에 대패밥과 볏짚거적을 피복하였을 때 피복재로 인하여 토양의 수분변화와 온도변화 그리고 영양물질 함유량 등에 악영향을 준다면 피복재를 사용할 수 없기 때문에 피복재의 적용성을 평가하기 위하여 무의 생산성 및 효율성을 분석하였다. 생산성 분석은 3개의 시험포에서 무를 재배한 뒤 관행시험포와 대패밥 그리고 볏짚거적을 피복한 시험포에서 수확되는 무의 수확량을 조사하여 평가하였다. 무의 생육상태를 고려하지 않고 일정한 간격으로 무를 채취한 뒤, 무의 엽장과 엽수, 엽중, 근경, 근장 그리고 근중 등을 조사하였다.
- 시험포에서 사용된 토양의 특성을 분석하기 위하여 토양시료를 채취하여 분석하였다. 토양시료를 각 시험포에서 지그 재그형으로 10개 지점에서 약 1 kg씩 총 10개의 시료를 채취하여 혼합한 뒤 1개의 복합시료로 만들었으며, 각 시료에 대해 pH, 수분함량 등의 이화학적 분석을 토양오염공정시험방법에 의거하여 실시하였다 (Ministry of Environment, 2009).
- 각 강우에 의해 발생된 토사량을 비교하지 않고, 영농기간 동안 총 발생한 양을 비교하였다. 여기에는 부유물질로 포함되어 유출된 유사량이 배제되었으며, 함수비를 고려하여 퇴적된 양을 비교하였다. 측정결과 관행시험포에 퇴적된 양은 164 kg, 대패밥을 처리한 시험포에서는 106 kg 그리고 볏짚거적을 피복한 시험포에서는 34 kg 인 것으로 조사됬다.
- 연구기간 동안 총 3차례 (2010년 9월 9∼12일, 9월 21일, 10월 2∼3일)의 강우사상을 관측하였다.
- 2 mm 단위로 측정이 가능한 자기우량계를 설치하여 시험포에 발생하는 강우량을 정확히 측정하고자 하였으며, 자기우량계에서 측정된 결과는 기상청에서 제공하는 강우량과 비교하여 사용하였다. 연구지점인 춘천시의 30년 강우자료를 이용하여 강우계급별 연평균 빈도와 연간 총강우량 그리고 강우사상 당 강수량을 분석하였다.
- 오염부하량 산정을 위해 flume을 통하여 유출되는 유출수를 채취하여 수질시료를 분석하였다. 분석항목은 BOD5, SS, CODMn, DOC, T-N 그리고 T-P 등을 수질공정시험법(Ministry of Environment, 2001)에 따라 분석하였다.
- 총 437 mm의 강우에 의해 발생한 토사량을 측정하여 비교하였다. 각 강우에 의해 발생된 토사량을 비교하지 않고, 영농기간 동안 총 발생한 양을 비교하였다.
- Table 7에는 대패밥과 볏짚거적을 이용하여 지표를 피복하였을 때 김매기를 위한 작업 소요시간을 나타내었다. 측정은 동일한 작업인원수 3명이 동일한 면적을 김매기 하는데 소요되는 시간을 측정하였으며, 소요시간은 관행지역과 대패밥 그리고 볏짚거적이 각각 41분과 46분 그리고 20분이 소요되었다. 대패밥을 피복한 시험포에서 가장 많은 시간이 걸리는 것으로 나타났는데 이는 대패밥으로 인해 작업이 수월하지 않았고, 김매기를 위해 사용되는 호미의 사용이 어려웠기 때문으로 판단된다.
- 시험포에서 사용된 토양의 특성을 분석하기 위하여 토양시료를 채취하여 분석하였다. 토양시료를 각 시험포에서 지그 재그형으로 10개 지점에서 약 1 kg씩 총 10개의 시료를 채취하여 혼합한 뒤 1개의 복합시료로 만들었으며, 각 시료에 대해 pH, 수분함량 등의 이화학적 분석을 토양오염공정시험방법에 의거하여 실시하였다 (Ministry of Environment, 2009). 그리고 밭 시험포의 토성을 알아보기 위해 입도시험 (KS F 2309)과 비중시험 (KS F 2308)을 수행하였으며, 입도분석을 통해 점토, 실트 및 모래의 함량으로 미국 농무성의 삼각좌표분류법을 이용하여 토성을 분석하였다.
- 토양의 다짐과 느슨함 그리고 작물의 성장조건을 동일하게 적용하기 위하여 로타리 작업과 이랑짓기 그리고 이랑고루기 등을 실시하였고, 각 시험포에는 가을재배용 무 (대보름) 438주를 재식거리 60 cm×45 cm 간격으로 파종하였다.
대상 데이터
- 토양의 다짐과 느슨함 그리고 작물의 성장조건을 동일하게 적용하기 위하여 로타리 작업과 이랑짓기 그리고 이랑고루기 등을 실시하였고, 각 시험포에는 가을재배용 무 (대보름) 438주를 재식거리 60 cm×45 cm 간격으로 파종하였다. 또한 무 작물이 관행적으로 이루어지고 있는 작물 재배 방법과 동일한 조건으로 연구를 수행하기 위해 Table 1과 같이 시험포 별로 퇴비와 질소, 인산, 칼리 그리고 석회와 붕사 등의 비료를 살포하였다.
- 밭에서 발생하는 비점오염원의 정량화와 지표피복에 의해 저감되는 비점오염원 저감효과를 분석하기 위하여 강원도 춘천시에 시험포 밭을 조성하였다. 시험포는 Fig.
- 시험포는 Fig. 1의 모식도와 같이 3개의 시험포를 줄자와 수준 측량기를 이용하여 3 %의 경사와 가로 5 m×세로 22 m의 크기로 조성하였다.
- 적용된 피복재료는 Fig. 1과 같이 1번 시험포에는 대조구 실험을 위해 지표를 피복하지 않았고 (관행시험포), 2번 시험포는 인근 농민이 사용하고 남은 대패밥 약 11 kg (1,000 kg/ha)을 골고루 시험포에 살포하였으며 (Fig. 2), 3번 시험포에는 시중에서 건설현장의 경사면에서 발생하는 토사유출을 방지하기 위한 목적으로 판매되는 볏짚거적 제품 (약 1 m×60 m)을 구매하여 시험포의 가로(5 m) 크기에 맞게 재단한 뒤 시험포에 피복하였다(Fig. 3).
이론/모형
- 토양시료를 각 시험포에서 지그 재그형으로 10개 지점에서 약 1 kg씩 총 10개의 시료를 채취하여 혼합한 뒤 1개의 복합시료로 만들었으며, 각 시료에 대해 pH, 수분함량 등의 이화학적 분석을 토양오염공정시험방법에 의거하여 실시하였다 (Ministry of Environment, 2009). 그리고 밭 시험포의 토성을 알아보기 위해 입도시험 (KS F 2309)과 비중시험 (KS F 2308)을 수행하였으며, 입도분석을 통해 점토, 실트 및 모래의 함량으로 미국 농무성의 삼각좌표분류법을 이용하여 토성을 분석하였다.
- 오염부하량 산정을 위해 flume을 통하여 유출되는 유출수를 채취하여 수질시료를 분석하였다. 분석항목은 BOD5, SS, CODMn, DOC, T-N 그리고 T-P 등을 수질공정시험법(Ministry of Environment, 2001)에 따라 분석하였다. 측정된 유출량과 수질농도를 이용하여 오염부하를 산정하였으며, 오염부하 산정 방법은 식 (2)와 같이 같다(Shin et al.
성능/효과
- 28.8 mm의 강우가 발생한 10월 2∼3일의 강우사상에서는 3번의 강우사상 중 가장 큰 유출률 저감효과가 나타났다.
- 각 시험포에서 발생하는 강우유출수를 채취하여 수질농도를 분석한 결과 BOD5는 4.9∼30.1 mg/L, SS 235.0∼990.0 mg/L, COD 5.831∼44.035 mg/L, DOC 0.832∼12.335 mg/L, T-N 5.345Mn∼17.177 mg/L 그리고 T-P 2.611∼20.383 mg/L의 범위로 나타났다.
- 92 mm/hr이었다. 각 시험포에서강우에 의해 발생한 유출량과 유출률의 크기는 관행＞대패밥＞볏짚피복 순으로 지표를 피복하였을 때 유출량과 유출률이 감소하는 것으로 나타났다. Fig.
- 강우계급의 발생빈도는 0∼10 mm와 10∼20 mm의 계급빈도가 가장 많은 것으로 나타났으며, 대부분의 강우계급별 연간 총 강우량은 강우계급이 커질수록 발생하는 횟수가 적기 때문에 감소하는 것으로 나타났다.
- 대패밥을 피복한 시험포에서 가장 많은 시간이 걸리는 것으로 나타났는데 이는 대패밥으로 인해 작업이 수월하지 않았고, 김매기를 위해 사용되는 호미의 사용이 어려웠기 때문으로 판단된다. 그러나 볏짚거적을 피복한 시험포에서는 관행지역보다 김매기를 하는데 소요되는 시간이 반으로 줄어든 것으로 나타났다. 이는 볏짚거적으로 인해 토양이 피복되면서 잡초의 발생량이 적었고, 잡초의 발생량이 줄어들면서 잡초가 빼앗는 햇빛과양분, 수분 그리고 공간 등의 문제가 줄어들어 시험포의 생산량에도 영향을 미친 것으로 판단된다.
- 8%로나타났다. 그리고 비점오염원 배출이 매우 높을 수 있는 일강우량 100 mm 이상강우는 연강우량의 16.6 %로 나타났다. 본 연구에서 조사된 2010년 9월 9∼12일 사이의 66시간 동안 연속적으로 발생한 강우량은 359.
- 8인 것으로 나타나 본 연구에 사용된 토양의 입도분포가 양호한 것을 알 수 있었다. 그리고 입도실험결과 시험토양은 모래 (Sand) 68.0 %, 실트 (Silt) 21.5 %, 점토 (Clay) 10.5 %로 산정되었으며, 삼각분류법에 의한 밭의 토성은 양질사토 (Loamy Sand)로 나타났다 (Fig. 5). 이는 Choi et al.
- 대패밥과 볏짚거적 시험포의 유출저감률은 30.3 %와 75.8 %로 나타났다 (Fig.
- 즉 지표를 볏짚거적으로 피복할 경우 생산성뿐만 아니라 효율성에서도 긍정적인 결과가 나타날 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 결과와 같이 밭의 지표면에 볏짚거적을 피복하는 방법은 밭에서 발생하는 비점오염원을 저감하기위한 효과적인 방법으로 판단된다.
- 오염부하는 유출량과 동일하게 강우가 적게 발생하였을 때 저감효과가 큰 것으로 나타났으며, 강우량이 증가할수록 저감효과가 점차 감소하는 경향을 보였다. 또한 대패밥을 이용하여 지표를 피복하였을 때 보다 볏짚거적을 이용하여 지표를 피복할 경우 오염부하량의 저감효과가 큰 것으로 나타났다. 이는 대패밥은 강우시 강우유출수와 함께 유실되어 지표의 피복율이 낮아져 강우에너지로부터 토양을 보호하는 기능이 작아지는 반면에 볏짚거적은 지속적으로 지표를 피복하며 강우에너지를 상쇄시키며 토양유실을 방지하고 토양의 침투능을 높게 유지할 수 있었기 때문으로 판단된다.
- 또한 대패밥을 이용하여 지표를 피복하였을 때 보다 볏짚거적을 이용하여 지표를 피복할 경우 오염부하량의 저감효과가 큰 것으로 나타났다.
- 연구결과 대패밥과 볏짚거적으로 저감된 유출량 저감효과는 대패밥을 피복한 시험포에서 약 4∼30 %, 볏짚거적을 처리한 시험포에서 33∼75 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 또한 오염부하의 저감효과는 관행시험포를 기준으로 대패밥과 볏짚거적을 피복한 시험포에서 각각 BOD5 항목은 36.8 %와 64.3 %, SS 41.1 %와 80.8 %, CODMn 42.7 %와 66.7 %, DOC 71.0 %와 80.2 %, T-N 28 %와 56.6 % 그리고 T-P 34 %와 56.1 %로 나타났다. 오염부하는 유출량과 동일하게 강우가 적게 발생하였을 때 저감효과가 큰 것으로 나타났으며, 강우량이 증가할수록 저감효과가 점차 감소하는 경향을 보였다.
- , 1995). 본 연구결과와 같이 300 mm 이상의 매우 높은 강우사상에서도 유출량과 유출률이 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 유출량과 유출계수의 감소율은 강우량과 강우강도가 적을수록 크게 나타나 지표피복의 효과가 높게 측정되었다.
- 본 연구에서 사용된 토양을 채취하여 분석한 결과 입도실험 자료로 작성한 입경가적곡선의 균등계수 (Cu)는 32.1, 곡률계수 (Cg)는 1.8인 것으로 나타나 본 연구에 사용된 토양의 입도분포가 양호한 것을 알 수 있었다.
- 본 연구에서 조사된 2010년 9월 9∼12일 사이의 66시간 동안 연속적으로 발생한 강우량은 359.2 mm이고, 일 최대 강우량은 214.4 mm로 조사되었다.
- 대패밥 시험포의 경우 대패밥이 강우유출수와 함께 유출된 후 웅덩이에 퇴적되었기 때문에 저감효과가 줄어든 것으로 판단된다. 본 연구의 결과와 같이 밭을 볏짚거적으로 피복 할 경우 유출량 뿐만 아니라 토양유실량을 줄일 수 있기 때문에 밭에서 발생하는 비점오염원 저감을 위한 효과적인 방법으로 판단된다.
- 이는 2년에 약 3회 정도 발생할 수 있는 강우량을 의미한다. 사질토와 사질양토 밭 지역에서 비점오염의 배출이 상대적으로 작다고 생각되는 일강우량 50 mm 이하는 연 강우량의 59.6 %로 나타났다. 비점오염원의 배출이 상대적으로 높을 수 있는 일강우량 50∼100 mm 사이는 연강우량의 23.
- 시험포의 면적과 경사 그리고 강우량 등의 조건이 동일한 상태에서 지표피복만을 다르게 처리하여 지표피복의 효과를 조사한 결과 대패밥과 볏짚거적으로 인해 발생한 유출량이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었다. 총 세번의 강우사상에서 대패밥과 볏짚으로 저감된 유출량 저감효과는 대패밥을 피복한 시험포에서 약 4∼30 %, 볏짚거적을 처리한 시험포에서 33∼75 %의저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 연구결과 대패밥과 볏짚거적으로 저감된 유출량 저감효과는 대패밥을 피복한 시험포에서 약 4∼30 %, 볏짚거적을 처리한 시험포에서 33∼75 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 1 %의 오염부하 저감효과가 나타났다. 오염부하는 유출량과 동일하게 강우가 적게 발생하였을 때 저감효과가 큰 것으로 나타났으며, 강우량이 증가할수록 저감효과가 점차 감소하는 경향을 보였다. 또한 대패밥을 이용하여 지표를 피복하였을 때 보다 볏짚거적을 이용하여 지표를 피복할 경우 오염부하량의 저감효과가 큰 것으로 나타났다.
- 본 연구결과와 같이 300 mm 이상의 매우 높은 강우사상에서도 유출량과 유출률이 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 유출량과 유출계수의 감소율은 강우량과 강우강도가 적을수록 크게 나타나 지표피복의 효과가 높게 측정되었다.
- 측정결과 관행시험포에 퇴적된 양은 164 kg, 대패밥을 처리한 시험포에서는 106 kg 그리고 볏짚거적을 피복한 시험포에서는 34 kg 인 것으로 조사됬다. 저감효과를 보면대패밥 시험에서 35 %, 볏짚거적 시험포에서 79 %인 것으로 나타났다. 대패밥 시험포의 경우 대패밥이 강우유출수와 함께 유출된 후 웅덩이에 퇴적되었기 때문에 저감효과가 줄어든 것으로 판단된다.
- 또한 볏짚거적의 경우 강우시 피복재의 유실이나 이동이 없기 때문에 지속적으로 지표를 피복하여 강우에너지를 상쇄시켜 토양유실을 방지하고, 토양의 침투능을 높게 유지하여 밭에서 발생하는 비점오염원을 저감시키는 것으로 나타났다. 지표를 대패밥과 볏짚거적으로 피복할 경우 생산성과 효율성 측면에서 고려할 때 생산성에서는 두 피복재 모두 증가하는 것으로 나타났으나, 효율성에서는 볏짚거적을 이용하여 지표를 피복하였을 경우에만 증가하는 것으로 나타났다. 즉 지표를 볏짚거적으로 피복할 경우 생산성뿐만 아니라 효율성에서도 긍정적인 결과가 나타날 것으로 판단된다.
- 이는 강우량에 의한 유출량 그리고 수질농도의 차이 때문인 것으로 판단된다. 지표피복으로 인한 오염부하의 저감효과를 분석한 결과, 관행시험포를 기준으로 대패밥과 볏짚거적을 피복한 시험포에서 각각 BOD5 항목은 36.8 %와 64.3 %, SS 41.1 %와 80.8 %, CODMn 42.7 %와 66.7 %, DOC 71.0 %와 80.2 %, T-N 28 %와 56.6 % 그리고 T-P 34 %와 56.1 %의 오염부하 저감효과가 나타났다. 오염부하는 유출량과 동일하게 강우가 적게 발생하였을 때 저감효과가 큰 것으로 나타났으며, 강우량이 증가할수록 저감효과가 점차 감소하는 경향을 보였다.
- 총 세번의 강우사상에서 대패밥과 볏짚으로 저감된 유출량 저감효과는 대패밥을 피복한 시험포에서 약 4∼30 %, 볏짚거적을 처리한 시험포에서 33∼75 %의저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 여기에는 부유물질로 포함되어 유출된 유사량이 배제되었으며, 함수비를 고려하여 퇴적된 양을 비교하였다. 측정결과 관행시험포에 퇴적된 양은 164 kg, 대패밥을 처리한 시험포에서는 106 kg 그리고 볏짚거적을 피복한 시험포에서는 34 kg 인 것으로 조사됬다. 저감효과를 보면대패밥 시험에서 35 %, 볏짚거적 시험포에서 79 %인 것으로 나타났다.
후속연구
- 이는 밭에서 작물을 재배할 때 필요한비료종류와 시비량의 차이로 판단된다. 따라서 정확한 농도의 비교를 위해서는 동일한 작물과 비료량 등으로 처리하여 비교하여야 농도 발생량의 정량화가 가능 할 것으로 판단된다.
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