[논문]침엽수 인공림에서 강우사상별 계류수 수질의 유출특성 변화

김재훈; 최형태; 유재윤

doi:10.13047/kjee.2015.29.6.917

침엽수 인공림에서 강우사상별 계류수 수질의 유출특성 변화
Short Term Runoff Characteristics Change of Stream Water Quality with Different Rainfall Events in Planted Coniferous Forest 원문보기

한국환경생태학회지 = Korean journal of environment and ecology, v.29 no.6, 2015년, pp.917 - 922

김재훈 (국립산림과학원 산림복원연구과) , 최형태 (국립산림과학원 산림복원연구과) , 유재윤 (한국환경공단 수생태시설처)

초록
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본 연구는 침엽수 인공림에서 강우와 유출에 따른 계류수 용존이온의 특성 밝혀보고자, 경기도 국립수목원 소재의 침엽수 시험림에서 강우, 유량, 용존이온을 조사하였다. 2005년 6월부터 2008년 9월까지 총 23개의 강수사상별 수질시료를 채수하여 분석한 결과 API 값이 낮을수록 유출량이 적었다. 유량변화에 따른 용존이온 특성으로는, $NH_4{^+}$, $K^+$, $Ca^{2+}$ 이온은 시계 방향, $Cl^-$, $NO_3{^-}$ 이온은 반시계 방향의 이력곡선을 나타냈으며, ${SO_4}^{2-}$, $Na^+$, $Mg^{2+}$ 이온은 이력현상을 보이지 않았다. $Cl^-$, $Na^+$, $NH_4{^+}$는 지하수의 영향으로 강수 이전 수준으로 농도가 유지되는 것으로, $NO_3{^-}$는 토양수의 영향으로 강수 이전 보다 높은 농도는 나타내는 것으로 판단된다. $Cl^-$, ${SO_4}^{2-}$, $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$ 이온은 유출량 증가에 따라 강한 희석반응을 보였고, $NO_3{^-}$ 이온은 유출초기 희석 후 농도가 증가하였다. $NO_3{^-}$, $Ca^{2+}$ 이온은 강수 초기에 세탈효과를 나타냈다. 유출량 변화에 따른 이러한 농도변화 특성은 선행강수, 유출량, 지하수 등의 영향으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to investigate solutes concentration change with respect to discharge change in coniferous forest experiment watershed in Gyeonggi-do, Korea. From 2005 to 2008. Precipitation, discharge, solutes has been analyzed from 23 precipitation events. The results showed that low API induced low discharge. $NH_4{^+}$, $K^+$, and $Ca^{2+}$ were indicated by clockwise and $Cl^-$ and $NO_3{^-}$ were represented by counterclockwise hysteresis loop. ${SO_4}^{2-}$, $Na^+$, $Mg^{2+}$ showed no hysteresis loop pattern. $Cl^-$, $Na^+$, $NH_4{^+}$ was relatively constant due to groundwater during precipitation, $NO_3{^-}$ was increased due to soil water compared to early precipitation. $Cl^-$, ${SO_4}^{2-}$, $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$ was diluted with respect to increased discharge and $NO_3{^-}$ was diluted in early precipitation and then increased in the end. $NO_3{^-}$ and $Ca^{2+}$ eluviated in early precipitation. This characteristics was presumed by the effect of API, discharge and ground water.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

산림 소유역으로부터 강우시 발생하는 계류수의 수질변화, 특히 강우시 단기 유출 변화에 따른 계류수질 동태에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 강수 특성 및 시간변화에 따른 유출수 내 용존물질의 동태를 파악하고 단기 유출시 용존물질의 부하 특성을 분석하고자 한다.

제안 방법

강수량은 중량측정형 강우계 (OTT, PLUVIO)를 이용하여 2005년 1월부터 2008년 12월까지 10분 간격으로 측정하였다. 시간단위, 일단위, 월단위, 연단위의 강수량은 10분간격으로 측정된 강수량을 각 단위별로 누적하여 계산하였다.
강수량은 중량측정형 강우계 (OTT, PLUVIO)를 이용하여 2005년 1월부터 2008년 12월까지 10분 간격으로 측정하였다. 시간단위, 일단위, 월단위, 연단위의 강수량은 10분간격으로 측정된 강수량을 각 단위별로 누적하여 계산하였다. 유출량은 동일한 기간에 양수댐의 V-notch를 통과하는 수위를 부자-엔코더 수위계 (OTT, Thalimedes)를 이용하여 10분 간격으로 측정한 다음 유출량으로 환산하였다.
채취된 수질시료는 실험실로 운반하여 먼저 수소이온농도(pH)와 전기전도도(EC)를 측정한 후 여분의 시료는 수질오염공정시험법으로 이온분석 하였다. 여분의 시료는 시린지 필터 (pore size 0.45㎛, PALL)를 이용하여 5㎖로 여과한 다음 이온크로마토그래피 (음이온, Sykam, DE/S-135; 양이온, Dionex, DX-320 IC System)로 이용하여 음이온 (Cl^-, NO₃^-, SO₄^2-)과 양이온 (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺)의 ppm (mg/l) 농도를 각각 분석하였다(Holloway and Dahlgren, 2001). 시린지 필터에 잔존된 물질에 대해서는 별도의 분석을 수행하지 않았다.
시간단위, 일단위, 월단위, 연단위의 강수량은 10분간격으로 측정된 강수량을 각 단위별로 누적하여 계산하였다. 유출량은 동일한 기간에 양수댐의 V-notch를 통과하는 수위를 부자-엔코더 수위계 (OTT, Thalimedes)를 이용하여 10분 간격으로 측정한 다음 유출량으로 환산하였다.
강수시 계류수의 채취는 2005년 6월부터 2008년 9월까지 총 23개의 강수사상별 수질시료를 무균채수병을 이용하여 채수하였다. 채취된 수질시료는 실험실로 운반하여 먼저 수소이온농도(pH)와 전기전도도(EC)를 측정한 후 여분의 시료는 수질오염공정시험법으로 이온분석 하였다. 여분의 시료는 시린지 필터 (pore size 0.

대상 데이터

강수시 계류수의 채취는 2005년 6월부터 2008년 9월까지 총 23개의 강수사상별 수질시료를 무균채수병을 이용하여 채수하였다. 채취된 수질시료는 실험실로 운반하여 먼저 수소이온농도(pH)와 전기전도도(EC)를 측정한 후 여분의 시료는 수질오염공정시험법으로 이온분석 하였다.
연구대상지는 경기도 포천시 소흘읍 직동리 국립수목원 내에 위치한 산림 소유역으로 좌표는 위도 37° 45′48.23″N, 경도 127° 09′23.40″E 이다.
Table 2는 강수사상별 API, 강수량, 최대 강수강도, 유출량 그리고 첨두 유출량을 나타낸 것이다. 해당 강수사상은 관측된 모든 강수사상 중에서 API와 강수량에 따라 유출량의 차이가 큰 8개의 강수사상을 선정한 것이다. 유출량은 API 및 강수량과 관련이 높은데, 총 강우량에 대한 유출량의 비의 값이 낮을수록 낮은 API 값을 보였다.

성능/효과

각 이온들의 경향은 E050701에서도 유사하게 나타났으며 농도의 변화폭만 감소되었다. 계류수 내 용존물질의 반응을 분류하면 E050626과 E050701에서 Cl^-, Na⁺, NH₄⁺이온은 강수 이전 수준으로 농도가 유지되는 형태를 나타내었으며, NO₃^- 이온은 강수 이전보다 높은 농도를 유지하였다. K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 이온의 경우 강수 이전보다 낮은 수준으로 농도가 유지되는 경향이었다.
8의 값으로서 선행강수량의 차이가 컸던 E050626과 E050701을 대상으로 유출량 변화에 따른 용존이온의 농도 변화를 Figure 2에 도시하였다. 두 강수사상 모두 Cl^- 과 NO₃^-이온은 반시계 방향의 이력현상을 보였으며 NH⁴⁺, K⁺, Ca²⁺ 이온은 시계방향의 이력현상을 나타내었다. 그러나 SO₄^2-, Na⁺, Mg²⁺의 경우 강수 초기 높은 농도를 제외하고 이력현상은 미미하였다.
, 2006). 본 연구에서도 E050626 이후 E050701 강수 초기에 NO₃^-와 Ca²⁺ 이온의 농도변화폭이 선행 강수사상에 비하여 작은 것으로 나타나 강수초기 지면 세탈의 효과로 판단된다.
Cl^-, SO₄^2-, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺와 같이 유출량이 증가하면서 강한 희석반응을 보이는 유형, pH, K⁺와 같이 약한 희석반응을 보이는 유형, NO₃^-와 같이 유출 초기에 희석되었다가 다시 증가하여 높은 농도를 보이는 유형 등이다. 본 연구에서도 유사한 경향이었으며 NO₃^-의 경우 연속된 강수사상이 발생하였을 경우에 유출 초기에 약한 희석반응을 나타낸 후 농도가 증가하는 경향을 보였다. Kendall et al.
해당 강수사상은 관측된 모든 강수사상 중에서 API와 강수량에 따라 유출량의 차이가 큰 8개의 강수사상을 선정한 것이다. 유출량은 API 및 강수량과 관련이 높은데, 총 강우량에 대한 유출량의 비의 값이 낮을수록 낮은 API 값을 보였다. TP/TR비가 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산림유역에서 공급되는 수자원이 우리나라 수자원 총량에서 차지하는 비중은 얼마인가?	우리나라는 여름철에 집중된 많은 양의 빗물이 지표 유출을 통해 하천으로 유출되기 때문에 하천 및 댐을 이용한 상수원의 수질에 큰 영향을 미치게 된다. 산림유역에서 공급되는 수자원은 우리나라 수자원 총량의 65% 가량을 차지 하고 있기 때문에 물의 이용 측면에서 매우 중요하다고 할수 있다(Jun et al., 2007).
	강우사상에 따른 단기 유출시의 수질변화를 파악해야하는 이유는 무엇인가?	강수에 의해 계류의 유출량이 변화되면 유출수의 수질은 평상시의 수질과는 다른 특성을 나타내기 때문에 강우사상에 따른 단기 유출시의 수질변화를 파악할 필요가 있다. 강우사상에 기초한 수질 모니터링은 계류수 내 용존물질의 농도와 유량간의 관계를 이해하는데 유용한 접근방법을 제공한다(Drewry et al.
	본 연구의 연구대상지인 경기도 포천시 소흘읍 직동리 국립수목원 내에 위치한 산림 소유역의 주요 수종은 무엇인가?	2°C 이며, 모암은 화강편 마암으로 토성은 사질양토이다. 이 지역의 식생은 4영급의 인공림으로 잣나무와 전나무가 주요 수종을 이루고 있다. 연구대상지의 위치는 Figure 1과 같다.

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