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설마천 사면의 토양층 저류량의 분포양상에 관한 연구
Distribution of Soil Water Storage at a Hillslope in Sulmachun Watershed 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.18 no.2, 2016년, pp.88 - 98  

장은세 (부산대학교 환경공학과) ,  김상현 (부산대학교 환경공학과) ,  이정훈 (유량조사사업단)

초록
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설마천 유역의 범륜사 사면에서 2010년 3월26일에서 동년 11월 30일까지 측정된 토양수분자료를 이용하여 사면에서의 저류 특성을 산정하고 분석하였다. 측정지점들을 위치와 특성에 따라 A, B 단면 C 지역으로 구분하여 저류변수들을 계절별로 분석하였으며, 지점별 초과유출과 저류상수도 계산하였다. 설마천의 측정된 토양수분자료를 이용하여 저류량의 시공간적 변화를 분석하였다. 시간적인 저류량의 변동양상은 봄철에 식생의 활동으로 저류량이 낮게 나타났고, 여름철에 강우사상에 의한 증가를 보이다가 가을철과 겨울철에 건조기간으로 인해 감소현상이 나타났으며, 공간적인 저류량의 변동양상은 상부사면은 충전효과가 거의 없는 것으로 나타났고, 중부사면은 상부사면보다 높은 초기 저류량을 가지며 일정량을 유지하는 특성이 나타났고, 하부사면은 강우사상에 의한 증가폭이 크며 감쇄는 완만하게 나타나 상부로부터의 기여와 충전을 확인할 수 있었다. 토양수분증발산으로 추정된 유량과 하부지점인 전적 비교에서 관측된 유량을 비교하였을 때 계절별, 위치별 상이한 연관성이 나타났다. 하부지점으로 갈수록 상관 관계가 높게 나타났고 완충지점인 C단면에서 비교적 높은 연관성이 나타났다. 계절별로는 여름철과 하부지점에서 계산된 유량이 높게 나타난 것을 알수 있는데 이는 하부지점이 사면유출발생 지점이 될 수 있음을 보여주고 것이다. 이와 같은 지점별 유량의 발생은 시간적인 요인보다는 공간적인 특성에 제어되고 있다고 판단된다. 유역의 특성을 고려하여 저류상수 K의 거동은 계절별로는 여름철과 가을철에 높게 나타나고 있다. 이는 여름철에 많은 강우량으로 인해 저류상수가 높게 나타났고 가을철에 저류상수가 높게 나타난 것은 가을철 토양수분의 충전현상이 발달된다는 것을 알 수 있었다. 지점별로 하부지점으로 갈수록 저류상수 값이 증가 하였다. 이는 상부사면으로부터의 기여와 충전으로 설명될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The storage variation in the vadose zone at a hillslope is important to understand the hydrological process. This study explores seasonal changes of soil water storage at a hillslope scale. The study was conducted on a hillslope of Beomrunsa, located in the Seolma-cheon river basin in Paju-si, Gyeon...

주제어

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  • 유역 저류량 계산은 Kirchner(2009)와 Teuliing(2010)이 제안한 Simple Dynamic System에서 계산하였는데, 이 시스템은 유출이 저류량의 변화에만 좌우된다고 가정한다. 유역 저류량을 계산하기 위해 우선, 방출 민감도 함수인 g(Q)는 유역 저류량 내의 변화에 대한 유출 민감도를 설명한다.
  • 유역에 순간적으로 내린 강우의 유출은 유역을 n개의 선형저류조로 고려하였을 때, 연속적인 선형저류조들의 추적에 의해 구할 수 있다고 가정하였다. 유역을 선형 저류조로 가정하면 # 그리고 S와 Q의 선형관계를 나타내는 S = KQ를 이용하여 식(15)와 같이 나타낼 수 있다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
토양수분특성과 관련성이 높은 요인들은 무엇인가? , 1998) 등이라 할 수 있다. 토양수분특성은 국부경사도나 유출발생 지점까지의 거리, 기여사면면적, 지형습윤지수가 토양 수분과 관련성이 높다고 하였다(Kim, 2012). 그리고 강우로 인한 지면과 지표하에서의 순간적인 포화공간의 형성 및 유출의 생성 등을 포함하는 과정과 증발산등은 모두 비포화대 혹은 토양층에서의 토양수분의 함량에 크게 의존한다(Western et al.
토양수분은 어떤 인자들에 의해 영향을 받는가? 토양수분은 여러 가지 수문 과정과 지형, 그리고 다른 영향인자들에 지배 받게 된다. 예를 들면 태양복사 에너지의 영향(Moore et al., 1993), 흐름추적과정(Dunne et al., 1975; Zavalsky and Sinai, 1981; Beven and Kirkby, 1979; Moore et al., 1988), 식생분포와 토양특성(Western et al., 1998) 등이라 할 수 있다. 토양수분특성은 국부경사도나 유출발생 지점까지의 거리, 기여사면면적, 지형습윤지수가 토양 수분과 관련성이 높다고 하였다(Kim, 2012).
토양수분은 무엇인가? 토양수분은 산지 사면의 유출발생의 근원으로 불포화대와 기반암위의 포화대에서 저류량을 결정하는 과정에서 가장 중요한 수분량이다. 토양수분은 여러 가지 수문 과정과 지형, 그리고 다른 영향인자들에 지배 받게 된다.
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참고문헌 (19)

  1. Beven, K., and M. J. Kirkby, 1979: A Physical based, variable contributing area model of basin hydrology. Hydrological Sciences Bulletin 24(1), 43-69. 

  2. Binley, A., P. Henry, and B. Shaw, 1996: Examination of solute transport in an undisturbed soil column using electrical resistance tomography. Water Resources Research 32(4), 736-769. 

  3. Brooks, R. H., and A. T. Corey, 1964: Hydraulic properties of porous media and their relation to drainage design. Transactions of ASAE 7(1), 0026-0028. 

  4. Dunne, T., T. R. Moore, and C. H. Taylor, 1975: Recognition and prediction of runoff- producing zones in humid regions. Hydrological Sciences. Bulletin 20(3), 305-327. 

  5. Heimovaara, T. J., and W. Bouten, 1990: A computercontrolled 36-channel time domain reflectometry system for monitoring soil water contents. Water Resources Research 26(10), 2311-2316. 

  6. Hydrological Survey Center, 2014: Hydrological Survey Report, Hydrological Survey Center. 

  7. Korea Institute of Civil Engeineering and Building Technology, 2011: Operation and Hydrological Characterization Report for an Experimental Watershed. Korea Institute of Civil Engeineering and Building Technology. 

  8. Kim, S. H., 2012: Characterization of annual soil moisture response pattern on a hillslope in Bongsunsa Watershed, South Korea. Journal of Hydrology 448-449, 100-111. 

  9. Kim, S. H., 2009: Characterization of soil moisture responses on a hillslope to sequential rainfall events during late autumn and spring. Water Resources Research 45(9), W09425. (DOI:10.1029/2008WR007239). 

  10. Kirchner, J. W., 2009: Catchments as simple dynamical systems: Catchment characterization, rainfall-runoff modeling, and doing hydrology backward. Water Resources Research 45(2), W02429. (DOI:10.1029/2008WR006912) 

  11. Moore, I. D., G. J. Burch, and D. H. Mackenzie, 1988: Topographic effects on the distribution of surface soil water and the location of ephemeral gullies. Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers 31(4), 1098-1107. (DOI:10.13031/2013.30829) 

  12. Moore, I. D., T. W. Norton, and J. E. Williams, 1993: Modeling environmental heterogeneity in forested landscapes. Journal of Hydrology 150(2-4), 717-747. 

  13. Nash, J. E., 1958: The form of the instantaneous unit hydrograph, International Association of Hydrological Sciences Publication 45(3), 114-121. 

  14. Son, M. N., S. H. Kim, D. H. Kim, D. H. Lee, and J. Kim, 2007: Univariate Analysis of Soil Moisture Time Series for a Hillslope Located in the KoFlux Gwangneung Supersite. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 9(2), 88-99. 

  15. Song, T. B., S. H. Kim, G. Y. Lee, and S. W. Jung, 2013: Spatio-temporal regression analysis between soil moisture measurements and terrain attributes at hillslope scale. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 15(3), 161-170. (DOI:10.5532/KJFM.2013.15.3.161) 

  16. Teuling, A. J., I. Lehner, J. W. Kirchner, and S. I. Seneviratne, 2010: Catchments as simple dynamical systems: Experience from a Swiss prealpine catchment. Water Resources Research 46, W10502. (DOI:10.1029/2009WR008777) 

  17. Western, A. W., G. Bloschl, and R. B. Grayson, 1998: Geostatistical characterisation of soil moisture patterns in the Tarawarra catchment. Journal of Hydrology 205(1-2), 20-37. 

  18. Western, A. W., R. B. Grayson, and G. Bloschl, 2002: Scaling of soil moisture: a hydrologic perspective. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 30, 149-180 (DOI:10.1146/annurev.earth.30.091201.140434). 

  19. Zavalsky, D., and G. Sinai, 1981: Surface Hydrology, I. Explanation of Phenomena. Journal of Hydraulics Division ASCE 107, 1-16. 

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