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
- 임도의 노면침식은 주로 강우에 의한 지표유출에 의해 발생하게 된다. 본 연구에서는 임도노면에 대한 지표식생의 피복효과를 알아보고자 인공강우실험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 임도노면의 식생피복이 지표유출 및 토양침식에 미치는 영향을 실험적으로 분석하였다. 이를 위하여 인공강우실험장치를 개발하여 현장실험을 실시하였으며, 지표유출량과 토양유실량의 시간별 변화정도를 분석하였다.
제안 방법
- 강우 전 토양 수분 조건은 실험 전 3일 이상 강우가 발생하지 않은 건조조건, 건조조건 실험 하루 뒤에 수행된 습윤조건, 습윤조건에서의 실험 후 30분 이내에 실시된 포화조건으로 설정하였다. 이는 각각 장기간 강우의 영향을 받지않은 토양의 선행수분조건, 주기적인 강우의 영향을 받는 토양의 선행수분조건, 그리고 연속적인 강우의 영향을 받는 토양의 선행수분조건을 각각 모사하기 위함이다(Ziegler et al.
- 4m로 설정하여 해당 분사각도에서 조사구 내에 강우가 고르게 분사되도록 하였다. 강우강도는 실험에서 사용한 펌프의 안정적인 분사강도를 고려하여 220mm hr-1로 설정하여 30분 동안 강우실험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 임도노면에서 발생하는 토양유실과정을 인공강우실험을 통해 정량적으로 분석하였다. 이를 통해 노면의 식생에 의한 토양유실 저감 효과를 살펴보았다.
- 본 연구에서는 토양수분조건을 건조, 습윤, 포화의 3단계로 구분하여 실험을 진행하였다. 이는 강우 형태의 유형을 모사한 것으로, 건조 조건은 집중적인 강우가 내리기 전의 건조한 환경에서의 강우조건이며, 습윤조건은 연속적인 강우가 발생하는 과정의 강우조건을 나타내며, 연속적인 강우에 의해 토양이 포화된 상태에서 내리는 강우조건은 포화조건으로 가정할 수 있다(Ziegler et al.
- 사용된 노즐은 국제노즐의 ¼R10W, 분사각도는 120°로, 인공강우장치의 이동성을 고려하여 노즐 높이를 1.4m로 설정하여 해당 분사각도에서 조사구 내에 강우가 고르게 분사되도록 하였다.
- 본 연구에서는 임도노면의 식생피복이 지표유출 및 토양침식에 미치는 영향을 실험적으로 분석하였다. 이를 위하여 인공강우실험장치를 개발하여 현장실험을 실시하였으며, 지표유출량과 토양유실량의 시간별 변화정도를 분석하였다.
- 본 연구에서는 임도노면에서 발생하는 토양유실과정을 인공강우실험을 통해 정량적으로 분석하였다. 이를 통해 노면의 식생에 의한 토양유실 저감 효과를 살펴보았다. 그러나 실험의 반복이 충분히 이루어지지 않아 통계적 해석에는 한계를 보였다.
- 인공강우실험은 작업임도에 설치된 0.5m×1.0m 조사구마다 Figure 2와 같이 소형 강우장치(rainfall simulator)를 통해 실시하였다.
- 지표유출은 집수장치에서 500mL 샘플통을 이용하여 수집하였고, 최초 유출이 발생한 시점과 각 샘플통을 수집한 시간을 각각 기록하여 실험이 진행되는 동안 발생한 총유출량을 측정하였으며, 인공강우실험이 진행되는 동안 최대 유출속도를 보이는 시점인 강우 종료시점에서 유출속도를 계산하였다. 토양유실량은 수집한 지표유출을 최초 유출 발생시간을 기준으로 5분 간격 사이에 수집한 샘플통을 혼합하여 1개 실험 당 총 6개의 혼합샘플을 획득하고, 각 혼합샘플 100mL 내의 유실토양의 전건무게를 측정하여 유실된 토양을 계산하였다.
- 토양유실량 실험은 3종류의 지표식생 조건 (나지, 식생, 식생 지상부 제거)과 3종류의 강우전 토양 조건(건조, 습윤, 포화)으로 설계하였다. 지표식생이 지표유출 및 토양 유실에 미치는 영향을 알아보기 위해 지표면에 식생이 있는 3개의 식생조사구와 3개의 나지조사구를 각각 설치하였다.
- 지표유출은 집수장치에서 500mL 샘플통을 이용하여 수집하였고, 최초 유출이 발생한 시점과 각 샘플통을 수집한 시간을 각각 기록하여 실험이 진행되는 동안 발생한 총유출량을 측정하였으며, 인공강우실험이 진행되는 동안 최대 유출속도를 보이는 시점인 강우 종료시점에서 유출속도를 계산하였다. 토양유실량은 수집한 지표유출을 최초 유출 발생시간을 기준으로 5분 간격 사이에 수집한 샘플통을 혼합하여 1개 실험 당 총 6개의 혼합샘플을 획득하고, 각 혼합샘플 100mL 내의 유실토양의 전건무게를 측정하여 유실된 토양을 계산하였다.
- 지표식생이 지표유출 및 토양 유실에 미치는 영향을 알아보기 위해 지표면에 식생이 있는 3개의 식생조사구와 3개의 나지조사구를 각각 설치하였다. 한편, 식생조사구에서는 실험 이후에 지상부의 식생을 모두 제거하여 2주간 방치한 후에 다시 인공강우실험을 실시하여 식생의 지상부가 지표유출과 토양유실에 미치는 영향을 분석하였다.(Figure 1).
대상 데이터
- 강우로 인해 임도노면에서 발생하는 토양침 식량을 조사하기 위하여 서울대학교 부속 중부 학술림(경기도 광주시 도척면 상림리 69-1)에 위치한 작업임도를 선정하였다. 대상임도는 2011년 완공된 이후 풀베기 작업 이외의 임도관리 내역이 없으며, 2013년부터 방치되어 자연적으로 임도노면에 지표식생이 자라고 있고, 일부에는 관목이 자라고 있었다.
- 토양유실량 실험은 3종류의 지표식생 조건 (나지, 식생, 식생 지상부 제거)과 3종류의 강우전 토양 조건(건조, 습윤, 포화)으로 설계하였다. 지표식생이 지표유출 및 토양 유실에 미치는 영향을 알아보기 위해 지표면에 식생이 있는 3개의 식생조사구와 3개의 나지조사구를 각각 설치하였다. 한편, 식생조사구에서는 실험 이후에 지상부의 식생을 모두 제거하여 2주간 방치한 후에 다시 인공강우실험을 실시하여 식생의 지상부가 지표유출과 토양유실에 미치는 영향을 분석하였다.
데이터처리
- 실험을 통해 측정된 지표유출, 유출속도, 토양유실량은 지표식생의 피복과 선행토양수분조건에 대해 Two-way mixed model ANOVA 및 Tukey 사후검정(α=0.05)를 통해서 유의성을 검정하였다.
- 05)를 통해서 유의성을 검정하였다. 통계패키지는 R 3.0.1를 사용하였고 이때 모든 자료가 ANOVA의 가정인 등분산성, 선형성 및 정규성을 만족하는 것을 확인하였다.
성능/효과
- 토양유실은 지표식생의 지상부의 유무에 대해 지표유출과는 다른 거동을 보였는데, 이는 식생을 제거한 뒤 인공강우실험을 수행하기까지 나지와 같은 정도로 토양입자가 지표면에서 분리되지 않았기 때문이다. 강우 전 토양수분 조건은 지표유출이 보다 빠르게 발생하도록 하는 효과를 보였으나, 총 지표유출량과 최대 유출속도에 대해서는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 토양유실은 토양이 포화됨에 따라서 점차 감소하는 경향을 보였으나, 본 실험의 강우 조건에서는 유의한 수준의 효과는 나타나지 않았다.
- 토양유실의 경우, 통계적으로 유의한 결과를 보이지는 않았으나, 건조상태에서 포화상태로 갈수록 토양유실량이 감소하는 경향을 보인다(Figure 6). 이 결과에 대해서, 강우에 의해 토양이 포화됨에 따라 실질적인 토양유실은 감소하지만, 본 실험의 조건으로 발생한 토양유실에 비해 적은 감소폭을 보여 통계적인 유의성을 보이지 않은 것으로 추정된다.
- 인공강우실험 결과, 총 지표유출량과 최대 유출속도는 강우 전 토양수분조건에 대해서는 유의한 차이를 보이지 않았다. 이는 토양수분의 영향보다는 식생의 지상부에 의한 영향이 더 크게 나타났기 때문인 것으로 보인다.
- 인공강우실험의 결과, 지표식생이 발달되면 임도노면의 지표유출과 토양침식을 크게 감소하였다. 이는 기존의 인공강우실험에서 얻은 결과들과 잘 일치하는 것으로, 지표식생의 지상부는 강우에 의한 에너지가 지표면에 직접적으로 전달되는 것을 방지함으로써 지표면에서 발생하는 공극 폐쇄 현상을 차단하는 역할을 수행하여 더 많은 양의 물이 토양으로 흡수되도록 한다.
- 49g 으로 매우 높게 나타났다(Figure 5). 지표식생이 있는 임도노면의 토양유실량은 각각 8.06g, 유실 토양농도는 0.3g L-1이었으며, 지상부 식생이 제거된 경우에 토양유실이 증가하였으나 상대적으로 지표유출에 비해서는 적은 증가폭을 보였다.
- Figure 3, 4와 같이 지표유출은 전반적으로 강우가 시작되고 수 분 이내에 발생하며, 점차 유출량이 증가하여 비교적 일정한 유출속도를 보이다가 강우가 종료됨에 따라 급격히 유출이 감소하는 양상을 보인다. 지표유출량과 유출속도는 식생이 있는 경우에서 가장 낮은 결과를 보였고, 강우조건에 따라서는 차이가 없었다. 지상부 식생을 제거한 경우는 나지에서의 경우와 거의 유사하게 나타났다.
- 로 가장 빠르게 나타났다. 총유출량은 식생조사구가 21.71-27.96L의 범위로, 나지 및 지상부 제거 조사구 37.51-42.10L의 범위에 비해 상당히 적게 나타났다. 토양수분조건에 대해서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 토양수분조건에 대해서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 최대 유출속도는 식생조사구와 지상부 제거 조사구의 경우는 토양이 포화될수록 유출속도가 증가하여 식생조사구의 건조조건에서 14.04ml s-1로 가장 작게 나타났다. 그러나 나지조건에서는 건조한 토양조건에서 27.
- 72L)보다 낮게 나타났다(Figure 5). 최종 유출속도 또한 지상부식생이 존재할 때는 16.75ml s-1로 가장 낮은 값으로 나타났고, 나지와 지상부를 제거한 실험조건에서는 각각 26.33mL s-1, 25.26mL s-1로 나타나 총 유출량과 유사한 경향을 보인다. 특히, 지상부 식생이 제거된 경우와 나지의 경우가 상당히 유사한 경향을 보였는데, 이로부터 지표유출량과 유출속도는 지표식생 피복에 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
- 인공강우실험을 통해서 나타난 지표유출 및 토양유실에 대한 실험결과는 Table 2와 같다. 최초유출시간은 식생의 지상부가 존재하고 토양이 포화될수록 빠르게 발생하는 경향을 보였으며, 식생조사구의 건조조건에서 가장 늦게 나타났으며(78.67sec.), 나지조사구의 포화조건에서 17sec.로 가장 빠르게 나타났다.
- 66ml s-1로 가장 빠르게 나타나 앞선 두 식생조건과는 반대 경향을 보였다. 토양유실량은 토양이 포화될수록 더 적게 나타났고, 나지 조사구에서 62.97-76.54g의 토양유실을 보인 반면, 식생 조사구는 4.85-9.94g, 지상부 제거 조사구에서는 9.75-21.53g의 범위를 보여 나지에서 상당히 많은 토양이 유실되었음을 알 수 있다.
- 강우 전 토양수분 조건은 지표유출이 보다 빠르게 발생하도록 하는 효과를 보였으나, 총 지표유출량과 최대 유출속도에 대해서는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 토양유실은 토양이 포화됨에 따라서 점차 감소하는 경향을 보였으나, 본 실험의 강우 조건에서는 유의한 수준의 효과는 나타나지 않았다.
- 26mL s-1로 나타나 총 유출량과 유사한 경향을 보인다. 특히, 지상부 식생이 제거된 경우와 나지의 경우가 상당히 유사한 경향을 보였는데, 이로부터 지표유출량과 유출속도는 지표식생 피복에 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 이는 기존의 연구결과와 일치하는 경향을 보인다(Loch 2000; Ziegler et al.
후속연구
- 그러나 실험의 반복이 충분히 이루어지지 않아 통계적 해석에는 한계를 보였다. 향후 실험에 대한 보완을 통해 임도 노면관리를 위한 대안들의 효과를 비교하여 제시할 것으로 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.