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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 사질토양의 조건하에서 경운방법이 초기유출시간, 유출량, 유사량 그리고 비점오염부하에 미치는 영향을 인공강우 조건에서 비교·평가하고자 하였다.
- 본 연구는 인공강우 시험을 통하여 경운방법 (CT, CT-RSB, NT)에 따른 초기유출시간, 유출수량, 비점오염부하 그리고 유사 량을 비교·평가하기 위하여 수행하였다. 또한 이 결과에 기초하여 경운방법에 따른 비구조적 삭감효과를 정량화하고자 하였다. 시험포 8개 (3 % 내외 4개, 8 % 내외 4개)를 조성하여 경운 (CT), 침투짚단 (CT-RSB), 무경운 (NT)으로 실험처리를 하였 으며, 한 시간 동안 인공강우 실험을 실시하였다.
- 본 연구는 인공강우 시험을 통하여 경운방법 (CT, CT-RSB, NT)에 따른 초기유출시간, 유출수량, 비점오염부하 그리고 유사 량을 비교·평가하기 위하여 수행하였다.
제안 방법
- 시험포 8개 (3 % 내외 4개, 8 % 내외 4개)를 조성하여 경운 (CT), 침투짚단 (CT-RSB), 무경운 (NT)으로 실험처리를 하였 으며, 한 시간 동안 인공강우 실험을 실시하였다.
- Table 1에는 각 인공강우 실험의 초기유출시간과 평균초기유출시간 그리고 대조구인 CT 대비 지연율을 제시하였다. 인공강우 실험은 1 주일의 선행무강우 후 실시되었기 때문에 초기 토양의 함수율은 분석에서 고려하지 않았다.
- 이는 강우강도가 커질수록 소요되는 물의 양은 증가하나, 현장 여건상 물의 지속적인 공급이 어렵고, 설치한 저수조의 용량을 고려하여 30 mm/hr로 설정하였다. 강우강도를 조절하기 위하여 본 실험에 앞서 관개시스템에 설치된 압력계의 압력을 0.6 kgf/cm2로 조절하여 강우강도 30 mm/hr로 보정을 하였다. 강우유출 모의실험은 1주 간격으로 한 시간 동안 총 3회를 실시하였다.
- 강우량은 간이 강우량계 (3.3 cm×6.5 cm)를 시험포별로 6개씩 설치하여 측정하였다.
- 6 kgf/cm2로 조절하여 강우강도 30 mm/hr로 보정을 하였다. 강우유출 모의실험은 1주 간격으로 한 시간 동안 총 3회를 실시하였다. 인공강우 실험은 바람으로 인해 강우량의 오차가 발생하지 않도록 바람이 없는 맑은 날에 실시하였으며, 선행건기 일수 1주일을 유지하였다.
- 보리는 월동 후 이듬해 2011년 6월에 수확을 하였다. 경운방법에 따른 비구조적 삭감량을 산정하기 위하여 시험포는 경운을 하고 작물을 심는 CT 1개, 경운을 하고 3 m 간격으로 직경 15 cm, 높이 15 cm의 침투짚단 (rice straw bundle)을 매설한 시험포 (CT-RSB) 1개, 그리고 경운하지 않은 무경운 시험포 (NT) 2개로 실험처리를 하였다. 실험처리별 시험포의 위치는 무작위로 배치시켰으며, 경사도 3 %와 8 %를 동일하게 처리하였다.
- 한편 경운과 들깨를 정식하고 바로 실험을 수행할 경우, 경운한 시험포의 토양은 압밀된 상태가 아니고 흩어진 상태로서 비가 내릴 경우 유출이 제대로 발생하지 않을 수 있다. 따라서 인공강우 실험은 들깨 정식 후 1달이 지난 시점부터 실시하였다. 강우량은 간이 강우량계 (3.
- 유량은 수위계 (Thalimedes, Germany)로 측정된 수위와 플륨의 단면적을 이용하여 산출한 수위-유량 곡선으로 산정하였다. 또한 수위-유량곡선으로 산정된 유량의 정확도를 높이기 위하여 양동이 (15 L)를 이용하여 10분마다 실측을 병행하였다. 인공강우 실험이 진행되는 동안 시험포별로 초기유출시간과 유출량을 측정하고 비점오염물질 분석을 위한 시료를 채취하였다.
- 경사도 3%와 경사도 8% 시험포 사이의 간격은 인공강우 실험 시 영향을 받지 않도록 30 m를 이격시켰다. 또한 인공강우 실험에 필요한 물을 저장하기 위한 수조 (D＝7.5 m) 2지를 설치하였으며, 폭 1 m, 깊이 1 m의 배수로를 설치하여 강우유출수를 배재하였다. 조성된 시험포에는 인공강우 실험을 위한 관개시스템과 스프링클러를 설치하였다 (Fig.
- 실험처리별 오염물질의 배출특성은 EMC (event mean concentration)와 유출량으로 산정된 비점오염부하를 이용하여 비교하였다. 또한 인공강우 실험이 종료된 후, 3일 후에 침사구에 퇴적된 유사를 저울을 이용하여 측정하였으며, 건조중량으로 산정하였다.
- 9 kg (60 kg/ha)을 8개 시험포에 동일하게 실시하였다. 시비 후 CT와 CT-RSB 시험포는 경운 후 이랑과 두둑을 조성한 후에, NT는 보리를 베어낸 후 보리와 보리 열 사이에 이랑나비 60 cm, 포기 사이 60 cm로 정식하였다.
- 채취된 시료는 BOD, CODCr, CODMn, SS, TN, TP, DOC 등의 7개 항목에 대하여 분석하였다. 실험처리별 오염물질의 배출특성은 EMC (event mean concentration)와 유출량으로 산정된 비점오염부하를 이용하여 비교하였다. 또한 인공강우 실험이 종료된 후, 3일 후에 침사구에 퇴적된 유사를 저울을 이용하여 측정하였으며, 건조중량으로 산정하였다.
- 5 cm)를 시험포별로 6개씩 설치하여 측정하였다. 유량은 수위계 (Thalimedes, Germany)로 측정된 수위와 플륨의 단면적을 이용하여 산출한 수위-유량 곡선으로 산정하였다. 또한 수위-유량곡선으로 산정된 유량의 정확도를 높이기 위하여 양동이 (15 L)를 이용하여 10분마다 실측을 병행하였다.
- Rainbow 펌프는 시간 당 30∼75 mm의 강우를 모의할 수 있다. 인공강우 실험은 Rainbow 펌프를 이용하여 수조에 저장된 물을 시험포에 설치된 관개시스템 (Fig. 2 right)으로 압송하여 스프링클러를 통해 분사하는 방식으로 실시하였다. 강우강도는 약 30 mm/hr로 고정하였다.
- 최적관리기법의 효과를 측정하기 위하여 경사도 3%와 8%의 시험포를 조성하였다. 시험포는 춘천시 서면 (북위 37°53′17″, 동경 127°40′25″)에 위치하고 있으며 (Fig.
- 우분퇴비의 표준시비량은 10 a 당 1,210 kg (시험포 150 m2 당 180 kg)이나, 새로 조성되는 시험포임을 감안하여 180 kg의 3배 정도인 550 kg을 주입하였다. 퇴비 주입 후 시험포를 경운하고 보리를 파종하였다. 보리는 월동 후 이듬해 2011년 6월에 수확을 하였다.
- 실험처리별 시험포의 위치는 무작위로 배치시켰으며, 경사도 3 %와 8 %를 동일하게 처리하였다. 한편 보리 수확 후 화학비료를 이용하여 시비를 하였는데, 시비량은 질소 0.598 kg (39.9 kg/ha), 인 1.207 kg (80.4 kg/ha) 그리고 칼륨 0.9 kg (60 kg/ha)을 8개 시험포에 동일하게 실시하였다. 시비 후 CT와 CT-RSB 시험포는 경운 후 이랑과 두둑을 조성한 후에, NT는 보리를 베어낸 후 보리와 보리 열 사이에 이랑나비 60 cm, 포기 사이 60 cm로 정식하였다.
대상 데이터
- 설치된 시험포에 강우를 균일하게 분사하는 것은 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 자동차 엔진을 개량한 Rainbow 펌프를 이용하였다. Rainbow 펌프는 시간 당 30∼75 mm의 강우를 모의할 수 있다.
- 따라서 경사도 3 %의 경우 유사가 발생되지 않은 것으로 간주하였다. 따라서 분석은 경사도 8 %의 시험포를 대상으로만 실시하였다. CT 시험포에서는 평균 2,667 kg/ha이발생하였으며, CT-RSB에서의 유사량은 평균 2,000 kg/ha으로서 CT 시험포 대비 25 %의 유사 저감효과가 있었다.
- 인공강우 실험이 진행되는 동안 시험포별로 초기유출시간과 유출량을 측정하고 비점오염물질 분석을 위한 시료를 채취하였다. 시료는 유출이 발생한 시점에 1점을 채취하고, 실험이 종료될 때까지 총 10개를 채취하였다. 채취된 시료는 BOD, CODCr, CODMn, SS, TN, TP, DOC 등의 7개 항목에 대하여 분석하였다.
- 최적관리기법의 하나인 NT 농법을 적용하기 위하여 2010년 가을에 동계피복작물인 보리를 시험포에 재배하였다. 시비는 시험포 인근 농가에서 구입한 우분퇴비를 사용하였다. 우분퇴비의 표준시비량은 10 a 당 1,210 kg (시험포 150 m2 당 180 kg)이나, 새로 조성되는 시험포임을 감안하여 180 kg의 3배 정도인 550 kg을 주입하였다.
- 시험포는 춘천시 서면 (북위 37°53′17″, 동경 127°40′25″)에 위치하고 있으며 (Fig. 1), 토성은 사질토양이다.
- 1), 토성은 사질토양이다. 유출시험포의 면적은 150 m2 (폭 5 m, 경사장 30 m)이며, 8개 (경사도 3% 4개, 경사도 8% 4개)를 조성하였으며 (Fig. 2 (left)), 각 시험포의 하단에는 유실되는 토양을 포집할 수 있는 작은 침사구와 수위 측정에 필요한 H-플륨을 설치하였다.
- 또한 수위-유량곡선으로 산정된 유량의 정확도를 높이기 위하여 양동이 (15 L)를 이용하여 10분마다 실측을 병행하였다. 인공강우 실험이 진행되는 동안 시험포별로 초기유출시간과 유출량을 측정하고 비점오염물질 분석을 위한 시료를 채취하였다. 시료는 유출이 발생한 시점에 1점을 채취하고, 실험이 종료될 때까지 총 10개를 채취하였다.
- 시료는 유출이 발생한 시점에 1점을 채취하고, 실험이 종료될 때까지 총 10개를 채취하였다. 채취된 시료는 BOD, CODCr, CODMn, SS, TN, TP, DOC 등의 7개 항목에 대하여 분석하였다. 실험처리별 오염물질의 배출특성은 EMC (event mean concentration)와 유출량으로 산정된 비점오염부하를 이용하여 비교하였다.
- 최적관리기법의 하나인 NT 농법을 적용하기 위하여 2010년 가을에 동계피복작물인 보리를 시험포에 재배하였다. 시비는 시험포 인근 농가에서 구입한 우분퇴비를 사용하였다.
성능/효과
- 따라서 분석은 경사도 8 %의 시험포를 대상으로만 실시하였다. CT 시험포에서는 평균 2,667 kg/ha이발생하였으며, CT-RSB에서의 유사량은 평균 2,000 kg/ha으로서 CT 시험포 대비 25 %의 유사 저감효과가 있었다. NT의 유사발생량은 1,200 kg/ha으로서 CT의 45 % 수준 (55 % 저감) 이었으며, CT-RSB에서 발생한 유사의 60 % 수준 (40 % 저감) 으로 조사되었다.
- 2 %의 범위로 조사되었다. CT-RSB의 유출율은 41.1～62.9 %의 범위로서, CT 대비 평균 9.6 %의 저감효과가 있었다. NT의 유출율은 10.
- CT 시험포에서는 평균 2,667 kg/ha이발생하였으며, CT-RSB에서의 유사량은 평균 2,000 kg/ha으로서 CT 시험포 대비 25 %의 유사 저감효과가 있었다. NT의 유사발생량은 1,200 kg/ha으로서 CT의 45 % 수준 (55 % 저감) 이었으며, CT-RSB에서 발생한 유사의 60 % 수준 (40 % 저감) 으로 조사되었다. Puustine et al.
- 6 %의 저감효과가 있었다. NT의 유출율은 10.7～24.6 %의 범위로서, CT 시험포 유출량 대비 약 72 %가 저감되는 것으로 조사되었다. 경사도 9 %의 유출시험포에서 수행된 Tiscareno-Lopez et al.
- 3 %의 유출량 저감효과를 얻을 수 있었다. NT의 유출율은 21.7～ 23.0 %의 범위로서 CT 시험포 대비 62.3 %의 유출량을 삭감할 수 있었다. 경사도 8 %의 경우, CT의 유출율은 46.
- 4에는 실험처리별 평균 유출율과 CT 대비 저감율을 나타내었다. 경사도 3 % 시험포에서 CT 시험포의 유출율은 58.7～61.8 %의 범위로 조사되었으며, CT-RSB의 유출율은 32.4～49.4 %의 범위로서 침투짚단을 매설함으로써 평균 29.3 %의 유출량 저감효과를 얻을 수 있었다. NT의 유출율은 21.
- 오염항목 중 CODCr은 중크롬 산을 이용하여 측정한 화학적 산소요구량이며, CODMn은 과망간산칼륨을 이용하여 측정한 화학적 산소 요구량이다. 경사도 3 % 와 8 % 모두 CT의 오염부하량이 가장 높았으며, NT에서 오염 부하량이 가장 낮은 것으로 조사되었다. 경사도 3 %의 경운 후 CT-RSB에서 BOD는 25.
- 7 %가 삭감된 것으로 나타났다. 경사도 3 %의 NT의 오염부하량은 대조구인 경운시험포 대비 BOD는 57.5 %, DOC는 63.8 %, TN과 TP는 각각 65.4 %와 73.1 %가 저감되었다. 경사도 8 %에서 NT의 오염부하량은 CT 대비 BOD 71.
- 경사도 3 % 와 8 % 모두 CT의 오염부하량이 가장 높았으며, NT에서 오염 부하량이 가장 낮은 것으로 조사되었다. 경사도 3 %의 경운 후 CT-RSB에서 BOD는 25.4 %가 CT 대비 저감되었으며, COD Cr은 20.5 %, DOC는 40.8 %, 영양염류인 TN과 TP는 각각 23.0 %와 8.7 %가 삭감된 것으로 나타났다. 경사도 3 %의 NT의 오염부하량은 대조구인 경운시험포 대비 BOD는 57.
- 경사도 8 %에서 NT의 오염부하량은 CT 대비 BOD 71.2 %, CODCr 75.0 %, 영양염류인 TN과 TP는 각각 70.2 %와 70.0 %가 삭감된 것으로 나타났다.
- 7분으로써, CT 농법 대비 각각 10 %와 192 %의 유출지연효과를 보였다. 경사도 8 %의 CT, CT-RSB 그리고 NT의 초기 유출시간은 각각 9.7분, 12.0분, 25.5분으로써 경사도 3 %와 유사한 경향을 보였으나, 동일한 실험처리에서는 경사도 3 %에 비하여 유출이 빠르게 발생하였다. 경사도 8 %의 CT-RSB와 NT의 초기유출시간은 CT 시험포 대비 24 %와 165 %의 유출 지연효과가 있는 것으로 조사되었다.
- 5분으로써 경사도 3 %와 유사한 경향을 보였으나, 동일한 실험처리에서는 경사도 3 %에 비하여 유출이 빠르게 발생하였다. 경사도 8 %의 CT-RSB와 NT의 초기유출시간은 CT 시험포 대비 24 %와 165 %의 유출 지연효과가 있는 것으로 조사되었다. 종합적으로 CT-RSB의 초기유출은 CT 시험포에 비하여 늦게 발생하였으나, 큰 차이를 보이진 않았다 (CT 대비 지연율 10～24.
- 경사도 3 %의 CT 시험포에서는 13분에 유출이 시작되었다. 그러나 CT-RSB와 NT의 초기 유출시간은 각각 14.3분과 32.7분으로써, CT 농법 대비 각각 10 %와 192 %의 유출지연효과를 보였다. 경사도 8 %의 CT, CT-RSB 그리고 NT의 초기 유출시간은 각각 9.
- 0 %가 삭감된 것으로 나타났다. 또한 CT-RSB에서도 오염부하량이 저감되었는데, BOD는 19.6 %, COD Cr은 7.8 %, DOC는 5.1 % 그리고 TN과 TP는 각각 15.5 %와 11.2 %가 삭감된 것으로 조사되었다. 또한 NT를 할 경우 오염부하량은 CT-RSB 보다도 낮게 나타났는데, 경사도 3 %에서는 약 40～70 %가 저감된 것으로 조사되었으며, 경사도 8 %에서는 약 60～80 %의 오염부하가 삭감되었는데, 이는 본 연구의 경우 유출량의 감소에 그 원인이 있는 것으로 판단된다.
- 2 %가 삭감된 것으로 조사되었다. 또한 NT를 할 경우 오염부하량은 CT-RSB 보다도 낮게 나타났는데, 경사도 3 %에서는 약 40～70 %가 저감된 것으로 조사되었으며, 경사도 8 %에서는 약 60～80 %의 오염부하가 삭감되었는데, 이는 본 연구의 경우 유출량의 감소에 그 원인이 있는 것으로 판단된다. 그러나 유출량은 시험포의 크기, 기후, 토양 그리고 작물의 종류에 영향을 받기 때문에 (Armand et al.
- 실험결과 경사도에 따라 차이는 있으나, NT로 영농할 경우 초기유출시간은 CT 대비 약 165～190 %까지 지연되었으며, NT의 비점오염부하는 CT 대비 57～75 %까지 저감이 가능하였다. 또한 경사도 3 %에서 유사는 발생하지 않았으며, 경사도 8 %에서 NT의 유사발 생량은 CT 대비 55 %까지 삭감이 되었다. CT-RSB 시험구에서도 CT 대비 유출량과 비점오염부하의 삭감효과가 관측되었다.
- 실험결과 경사도에 따라 차이는 있으나, NT로 영농할 경우 초기유출시간은 CT 대비 약 165～190 %까지 지연되었으며, NT의 비점오염부하는 CT 대비 57～75 %까지 저감이 가능하였다.
- 이상의 선행연구 결과에 기초할 때, NT 시 추가적인 방법 (쟁기질 등)을 조합하지 않을 경우, 배출되는 비점오염물질의 농도는 CT보다 낮을 것으로 예상된다. 그러나 강우유출수량은 연구자에 따라 차이를 보이고 있기 때문에 NT를 국내에 적용하려면 많은 실험적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 인공강우 실험 시 각 시험포에서 측정된 유출량은 경운을 한 CT 시험포에서 가장 많았으며, 경운하지 않고 들깨를 심은 NT에서 적게 발생하였다 (Fig. 3). 경사도에 따라 일부 차이는 있으나, 3회의 실험 시 모두 Fig.
- 경사도 8 %의 CT-RSB와 NT의 초기유출시간은 CT 시험포 대비 24 %와 165 %의 유출 지연효과가 있는 것으로 조사되었다. 종합적으로 CT-RSB의 초기유출은 CT 시험포에 비하여 늦게 발생하였으나, 큰 차이를 보이진 않았다 (CT 대비 지연율 10～24.1 %). 그러나 NT를 할 경우 초기유출은 크게 지연되는 것으로 조사되었는데 (CT 대비 약 165～190 %), 이는 NT로 영농 시토양의 침투율이 증가되기 때문으로 판단된다 (Soane et al, 2012).
후속연구
- 따라서 경운방법에 따른 비점오염부하의 삭감량을 정량화하기 위해서는 보다 다양한 조건하에서 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 이상의 선행연구 결과에 기초할 때, NT 시 추가적인 방법 (쟁기질 등)을 조합하지 않을 경우, 배출되는 비점오염물질의 농도는 CT보다 낮을 것으로 예상된다. 그러나 강우유출수량은 연구자에 따라 차이를 보이고 있기 때문에 NT를 국내에 적용하려면 많은 실험적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 사질토양의 조건하에서 경운방법이 초기유출시간, 유출량, 유사량 그리고 비점오염부하에 미치는 영향을 인공강우 조건에서 비교·평가하고자 하였다.
- , 2009) 유출량이 달라질 경우 비점오염부하도 달라질 수 있다. 따라서 경운방법에 따른 비점오염부하의 삭감량을 정량화하기 위해서는 보다 다양한 조건하에서 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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