[논문]효율적 표토 관리를 위한 표토침식지표 연구

정영훈; 금동혁; 한정호; 장춘화; 양재의; 임경재; 김기성

doi:10.15681/kswe.2015.31.5.543

효율적 표토 관리를 위한 표토침식지표 연구
Study on Topsoil Erosion Indices for Efficient Topsoil Management 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.31 no.5, 2015년, pp.543 - 555

정영훈 (K-water연구원) , 금동혁 (강원대학교 지역건설공학과) , 한정호 (강원대학교 지역건설공학과) , 장춘화 (강원대학교 지역건설공학과) , 양재의 (강원대학교 바이오자원환경학과) , 임경재 (강원대학교 지역건설공학과) , 김기성 (강원대학교 지역건설공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The existing standard for soil erosion risk assessment has limitations in sustainable topsoil management since the fixed criteria are applied to determination of soil erosion risk areas regardless of land use types. It may not be necessary to apply soil erosion best management practices to agricultural areas with high potential of soil erosion because human or economic damage derived from soil erosion might be tiny in that region. Furthermore, the fixed criterion with absolute values can select too many hot spots of soil erosion to conduct efficient soil erosion management. Thus, objective of this study was to suggest the relative criteria using statistical analysis for efficient soil erosion management. In future, the relative indices for soil erosion prevention should be improved to provide a priority of soil erosion management considering economic damage from soil erosion or functional values of soil with quantitative soil erosion. Additional researches will be needed to reflect a regional characteristics and to consider various land use types and different criteria.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이렇게 산정된 표토침식량 결과에 정량적 표토침식기준을 적용 하면 표토침식관리면적 또한 너무 커지거나 적어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 OECD 및 환경부 표토고 시에 제시하고 있는 표토침식지표들의 제한점을 보완하고자 누적확률을 기준으로 상대적 표토침식지표를 제시하였다. 이 누적확률을 고려한 상대적 표토침식지표를 적용하는 방법은 셀 단위의 표토침식량 산정결과를 내림차순으로 정렬시켜 상위 10%, 20%, 30%, 40%, 50%에 해당하는 표토침식량을 기준으로 표토침식지표를 설정하는 방법이다.
그리고 75 ton/ha/yr 미만의 표토침식량이 발생할 때는 표토침식 우려 지역으로 표토침식지표를 제시하고 있다. 따라서 본 연구에서는 토지이용별 표토침식량 산정결과를 토대로 OECD 표토침식지표와 환경부 표토침식지표를 적용하였을 때 표토침식관리 대상지역이 얼마만큼의 면적을 차지하는지에 대해 평가하면서 이 기준들을 적용하였을 때 산정된 표토침식관리면적이 관리가능면적인지에 대해 분석해보았다.
본 연구에서는 OECD 및 환경부 표토고시에서 제시하고 있는 절대적 표토침식지표의 한계점을 분석하고 새로운 누적확률을 고려한 상대적 표토침식지표를 제시하였다. OECD 및 환경부 표토고시에 따른 표토침식지표로 표토침식 관리 대상 지역을 분석할 경우 정량적 기준을 토지이용에 관계 없이 일괄적으로 적용해야 하기 때문에 정확한 표토침식 관리대상 선정이 어려워진다.

제안 방법

따라서 이러한 특성을 고려하기 위하여 토지이용에 따른 표토침식량을 산정하고 효율적인 표토침식관리기준을 설정하기 위해 토지 이용별 표토침식량의 분포를 분석하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 1) 임하댐 유역을 대상으로 USLE방법을 사용하여 표토침식량을 토지이용에 따라 산정하였으며, 2) 효율적 표토침식관리를 위하여 상대적 표토침식지표를 제안하고 3) 다양한 토지이용 중 밭을 대상으로 하여 본 연구에서 제시하고 있는 표토침식지표에 대한 적정성평가를 하였다.
2(f)). 경사도는 DEM을 사용하여 Slope를 degree단위로 산정하였다(Fig. 2(c)).
2(a)). 그러나 이 값들은 실제 위치 좌표가 없는 지역별 강우인자임으로 행정구역도를 토대로 각 행정구역에 중심점을 설정하여 강우인자를 넣고 공간보간법(IDW)을 사용하여 강우인자 지도를 구축하였다. 공간보간법은 두 점사이의 거리가 가까울 수록 높은 가중값이 적용되고 반대로 두 점사이의 거리가 멀어질수록 가중되는 값의 영향력은 줄어들게 고려할 수 있는 방법이다.
그리고 토지이용에 따른 표토침식량 차이를 평가하기 위하여 과수원, 기타재배지, 나지, 도시, 논, 밭, 산림, 습지, 초지의 총 9가지 토지이용별 표토침식량을 산정하였다. 그러나 임하댐에 포함되어 있는 토지이용 중 하우스재배지에서는 실제 표토침식이 발생하지 않으므로 이 지역에 대한 표토침식량을 0 ton/ha/yr로 평가하였다.
2(d), (e)). 그리고 작물경작인자의 경우 경사도를 고려하여 인자를 산정하였다.
본 연구에서는 위와 같이 5가지의 USLE인자에 대한 입력자료를 구축한 후 GIS를 사용하여 셀 단위 표토침식량을 산정하였다. 그리고 토지이용에 따른 표토침식량 차이를 평가하기 위하여 과수원, 기타재배지, 나지, 도시, 논, 밭, 산림, 습지, 초지의 총 9가지 토지이용별 표토침식량을 산정하였다. 그러나 임하댐에 포함되어 있는 토지이용 중 하우스재배지에서는 실제 표토침식이 발생하지 않으므로 이 지역에 대한 표토침식량을 0 ton/ha/yr로 평가하였다.
본 연구에서는 위와 같이 5가지의 USLE인자에 대한 입력자료를 구축한 후 GIS를 사용하여 셀 단위 표토침식량을 산정하였다. 그리고 토지이용에 따른 표토침식량 차이를 평가하기 위하여 과수원, 기타재배지, 나지, 도시, 논, 밭, 산림, 습지, 초지의 총 9가지 토지이용별 표토침식량을 산정하였다.
본 연구에서는 표토침식량을 토지이용별로 산정한 후 기존에 있던 OECD 및 환경부 표토 고시 표토침식지표를 적용 하여 표토침식관리대상 면적 분석을 하였다(Fig. 4(a) ~ (j)).
본 연구에서는 현재 환경부 표토 고시가 해상도 10 m로 모든 USLE인자를 구축하여 표토침식량을 평가하였으므로 본 연구에서도 모든 USLE인자를 해상도 10 m로 구축하였다.

대상 데이터

강우인자는 임하댐 인근 10개 지역에 대한 강우인자를사용하였으며, Park et al. (2000)이 제시한 1973년~1996년까지의 강우인자를 사용하였다(Table 2, Fig. 2(a)). 그러나 이 값들은 실제 위치 좌표가 없는 지역별 강우인자임으로 행정구역도를 토대로 각 행정구역에 중심점을 설정하여 강우인자를 넣고 공간보간법(IDW)을 사용하여 강우인자 지도를 구축하였다.
본 연구의 연구대상지역은 북위 35˚35’~36˚00’, 동경 127˚20’~127˚45’에 위치한 임하댐 유역으로 낙동강유역 면적의 5.7%를 차지하는 지역이다(Fig. 1).
토양침식인자는 흙토람(http://soil.rda.go.kr)에서 제공하고 있는 토양통별 토양침식인자를 사용하였으며, 토양침식인자지도를 구축하기 위하여 토양도의 토양통과 테이블을 매치 하였다(Fig. 2(b)).

이론/모형

본 연구에서는 표토침식량 산정을 위하여 USLE 모델을 사용하였으며, 이 모델은 근 30년간 토양유실량을 산정하기 위해 다양한 연구에서 사용되고 있다(Bagarello et al., 2012; John et al., 2011; Park et al., 2011; Shengpan et al., 2013; Zhenlan et al., 2012). 이 모델은 미국에서 Wischemeier and Smith (1965)에 의해 개발되었으며, 이후 다양한 연구자들을 통해 모델 개선이 이루어지고 있다(Jung et al.
작물피복인자와 작물경작인자는 MOE (2012a, b)와 Shin (1999)가 제시한 값을 사용하였으며, 토지이용도를 사용하여 인자를 구축하였다(Table 3, Fig. 2

성능/효과

그러나 OECD 표토침식지표를 적용하게 되면 방대한 면적을 관리해야 함으로 경제적, 시간적, 인력적 문제가 크다고 볼 수 있다. 따라서 환경부 표토 고시에 제시되어 있는 표토침식 대책지역(50 ton/ha/yr 초과)와 표토침식 우려지역 (75 ton/ha/yr 초과) 기준을 고려하여 표토관리 면적을 분석한 결과를 보면 OECD 표토침식지표를 적용하였을 때 보다 관리면적의 차이가 크게 변동되는 토지이용들이 분석되 었다. 특히 산림, 초지의 경우 표토침식지표 기준이 달라짐에 따라 큰 변동 폭을 보여 셀 단위 표토침식량 결과 분포가 다른 토지이용에 비해 넓게 산정되었음을 알 수 있다.
임하댐 유역의 전체 평균 표토침식량은 29.42 ton/ha/yr로 나타났으며, 최대 표토침식량을 갖는 셀은 4,168.99 ton/ha/yr 로 나타났다. 토지이용별로 평균 표토침식량을 살펴보면 나지에서의 평균 표토침식량이 124.
본 연구에서 제시하는 그래프는 OECD severe에 해당하는 기준인 33 ton/ha/yr 이상에 해당하는 면적, 환경부 표토고 시에서 제시하고 있는 표토침식 대책지역(50 ton/ha/yr 초과) 와 표토침식 우려지역(75 ton/ha/yr 초과)에 대한 면적과 그이하에 해당하는 면적에 대한 것이다. 토지이용에 따라 OECD 표토침식지표를 적용하였을 때 임하댐에서 가장 많은 면적에 관리가 필요한 토지이용은 산림을 제외하였을 때 밭으로 나타났으며, 그 면적이 9789 ha에 달하는 것으로 분석되었다. 그 다음으로는 논(933.

후속연구

그러나 본 연구에서 제시하고 있는 누적확률을 고려한 상대적 표토침식지표가 가장 올바른 방법이라 보기엔 한계 점을 가지고 있다. 본 연구에서 다양한 토지이용에 따라 % 로 표토침식지표를 구분하는 이유 중에 하나는 토지이용별로 토양의 가치가 다르기 때문에 토양유실에 의한 피해액이 다르게 산정될 수 있기 때문이다.
OECD와 환경부 표토고시에서 제시하고 있는 표토침식지표는 정량적으로 값을 제시함으로써 토지이용에 따른 표토침식대상지역을 선정할 때 토지이용에 따라 같은 기준을 적용하기 때문에 정확한 대상지역 분석을 하는데 한계점을 갖게 된다. 그러나 본 연구에서 제시하고 있는 누적확률을 고려한 상대적 표토침식지표를 사용하면 토지이용에 따라 다른 표토침식지표가 생성되기 때문에 다양한 토지이용을 고려한 표토침식지표 설정이 가능해진다. 그리고 표토침식량을 산정하기 위해서 우리나라에서는 GIS를 사용한 USLE 방법을 주로 사용하기 때문에 해상도가 미치는 영향을 무시할 수 없다.
만약 다른 토지이용에서 같은 표토침식이 발생했을 때에는 피해액에 따라 관리 우선순위를 설정할 필요가 있다. 그러나 본 연구에서는 토지이용별 가치를 평가하지 못하고 토양기능에 따른 가치 또한 평가할 수 없으므로 이러한 점들을 고려하지 못했다는 점이 본 연구에서 제시한 표토침식표가 갖는 한계점이라 판단된다. 또 다른 한계점은 본 연구에서는 토지이용별 표토침식량에 대하여 일정한 누적확률을 기준으로 상대적 표토침식지표를 제시하고 있다.
이 누적확률을 고려한 상대적 표토침식지표를 적용하는 방법은 셀 단위의 표토침식량 산정결과를 내림차순으로 정렬시켜 상위 10%, 20%, 30%, 40%, 50%에 해당하는 표토침식량을 기준으로 표토침식지표를 설정하는 방법이다. 그리고 이 지표는 다양한 토지이용에 따른 표토침식량 결과에 적용할 수 있기 때문에 농경지를 대상으로 세워진 OECD 표토침식지표 보다 적용 폭이 넓으며, 여러 토지이용에 모두 같은 기준을 적용하고 있는 환경부 표토고시의 표토침식지표보다 다양한 토지이용에 따른 최우선 표토침식관리 지역을 선정할 수 있어 효과적인 표토침식관리에 큰 도움이 될 수 있을 것이라 판단된다.
또한 USLE 방법을 사용하여 표토침식량을 산정하기 위해서는 GIS를 사용하여야 하는데 USLE 입력자료의 해상도가 표토침식량 산정에 미치는 영향이 크므로 정량적인 표토침식지표 반영보다는 누적확률을 고려한 표토침식지표를 적용하였을 때 더 정확한 표토 침식 관리대상 선정이 가능할 것이라 판단된다. 대상유역인 임하댐에서 각 토지이용에 대하여 누적확률별 표토침식량을 산정한 결과를 바탕으로 기존 절대적인 표토침식지표를 반영하였을 때 표토침식 관리대상 면적이 매우 넓어지거나 습지의 경우 표토침식관리가 불필요할 수도 있으나 OECD 나 환경부 표토고시에서 제공하고 있는 표토침식지표를 적용할 시 관리대상면적으로 선정되어 많은 예산, 시간과 인력이 소요된다는 한계점을 가질 수 있다. 이러한 분석결과로 알 수 있는 점은 현재 사용되고 있는 표토침식지표가 비효율적일 수 있다는 점이다.
본 연구에서는 10m DEM을 사용하여 표토침식량을 산정함으로 실제 논이 평탄한 지역임에도 불구하고 그 형태를 고려하지 못한다. 따라서 정확한 표토침식 관리대상 분석을 위해서는 더 세분화된 기준이 필요할 것으로 판단되며, 더욱이 나지, 밭의 경우에는 표토침식이 매우 많이 발생하는 토지이용이므로 표토침식지표에 따라 관리정책마련에 큰 영향을 미칠 수 있음으로 정확한 분석이 필요한 지역이라 판단된다.
그 이유는 지역특성에 따라 토지이용별 표토침식의 양이 매우 상이하기 때문이다. 따라서 향후 지역적 특성에 맞게 각각의 토지이용별로 그 기준을 다르게 설정 하는 추가적 연구가 필요하다.
그러나 본 연구에서는 토지이용별 가치를 평가하지 못하고 토양기능에 따른 가치 또한 평가할 수 없으므로 이러한 점들을 고려하지 못했다는 점이 본 연구에서 제시한 표토침식표가 갖는 한계점이라 판단된다. 또 다른 한계점은 본 연구에서는 토지이용별 표토침식량에 대하여 일정한 누적확률을 기준으로 상대적 표토침식지표를 제시하고 있다. 그러나 어떠한 일관된 누적 확률에 의하여 모든 토지이용별 그 기준을 적용하기에는 한계가 있다.
OECD 및 환경부 표토고시에 따른 표토침식지표로 표토침식 관리 대상 지역을 분석할 경우 정량적 기준을 토지이용에 관계 없이 일괄적으로 적용해야 하기 때문에 정확한 표토침식 관리대상 선정이 어려워진다. 또한 USLE 방법을 사용하여 표토침식량을 산정하기 위해서는 GIS를 사용하여야 하는데 USLE 입력자료의 해상도가 표토침식량 산정에 미치는 영향이 크므로 정량적인 표토침식지표 반영보다는 누적확률을 고려한 표토침식지표를 적용하였을 때 더 정확한 표토 침식 관리대상 선정이 가능할 것이라 판단된다. 대상유역인 임하댐에서 각 토지이용에 대하여 누적확률별 표토침식량을 산정한 결과를 바탕으로 기존 절대적인 표토침식지표를 반영하였을 때 표토침식 관리대상 면적이 매우 넓어지거나 습지의 경우 표토침식관리가 불필요할 수도 있으나 OECD 나 환경부 표토고시에서 제공하고 있는 표토침식지표를 적용할 시 관리대상면적으로 선정되어 많은 예산, 시간과 인력이 소요된다는 한계점을 가질 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	표토의 역할은 무엇인가?	표토는 인간에게 생활터전을 제공할 뿐만 아니라 양분 및 수분공급 등 생태계 유지에 근간을 이루고 있다. 이러한 표토 유실로 인해 토양 생태계 훼손, 각종 환경조절 기능 약화 등의 문제가 발생되며, 강수 발생으로 유실된 표토는 하천에 유입되게 되어 하상증가, 부영양화, 탁수 등의 문제를 야기한다(MOE, 2012a; MOE, 2012b).
	표토 유실은 무엇 때문에 발생하는가?	표토는 인간에게 생활터전을 제공할 뿐만 아니라 양분 및 수분공급 등 생태계 유지에 근간을 이루고 있다. 이러한 표토 유실로 인해 토양 생태계 훼손, 각종 환경조절 기능 약화 등의 문제가 발생되며, 강수 발생으로 유실된 표토는 하천에 유입되게 되어 하상증가, 부영양화, 탁수 등의 문제를 야기한다(MOE, 2012a; MOE, 2012b). 또한 표토침식은 현재 환경, 수문, 농업의 문제뿐만 아니라 자원손실로 인식되고 있다.
	표토침식지표에 대한 국제적 지표중 OECD의 등급 분류는?	대만의 경우에도 수토보전법을 제정하고 USLE모델을 통한 구체적 표토침식량 산정 방법 기술 및 일정 수준의 경사지, 저수지 유역, 농경지 등에 대한 관리 방안을 제시하고 있으나 표토침식관리 우선순위를 설정하기 위한 표토침식지표를 제공하고 있지 않다(TEPA, 1983). 한편 OECD에서는 여러 나라의 토양 유실 현황 보고서를 취합하여 토양유실의 위험성을 평가하기 위하여 각 나라별 농경지를 대상으로 한 표토침식지표를 “Tolerable, Low, Moderate, High, Severe”의 5등급으로 제시하고 있다(OECD, 2008; OECD, 2013). 우리나라에서는 표토침식 우심지역 선정 및 보전관리를 위한 기준으로 OECD 표토침식지표를 기준으로 평가하고 있으며, 국내 표토 보고서 및 표토고시에 따르면 연평균 표토침식량이 50 ton/ha/yr을 초과하면 표토침식관리를 위한 현장조사를 실시하도록 되어 있으며, 표토침식량이 75 ton/ ha/yr를 초과하면 표토침식 대책지역, 75 ton/ha/yr를 초과하지 않는 경우를 표토침식 우려지역으로 표토침식량이 증가할 우려가 있는 경우 대책을 검토할 필요가 있다는 기준을 제시하고 있다(MOE, 2012a; MOE, 2012b).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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