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문제 정의
- 따라서 본 연구는 지리산댐의 건설유무에 있어서 보다 효과적이고 효율적인 대체 수자원 및 지속가능한 수자원을 제시하기 위한 근거자료 마련과 경상남도 산청군에 위치한 웅석봉군립공원 내 활엽수림유역을 대상으로 강수와 유출특성 구명을 목적으로 하였다.
제안 방법
- 평지강수는 시험유역과 직선상으로 약 8 km 떨어진 산청 기상관측소(Korea Meteorological Administration, 2016)의 관측 값을 이용하여 월평균강수량, 월평균강수일수, 최대일강수량, 강수강도별 빈도분포를 비교하였다. 산지 강수-유출특성의 경우 시계열적 변화에 따른 녹색댐 기능을 구명하기 위해 계절별, 월별 유출률과 유출량을 산정하였다. 단, 계절의 구분은 사계절(봄: 3~5월, 여름: 6~8월, 가을: 9~11월, 겨울: 12, 1~2월)로 하였다.
- 시험유역의 수문(강수-유출) 특성을 조사하기 위하여 기설치된 수문관측시설을 이용하였으며, 조사기간은 2011년 1월부터 2016년 10월까지이다. 수문관측시설에는 유량을 관측하기 위한 이수댐을 비롯해 전도형 자기우량계(Tipping bucket type)와 부자-엔코더식 수위계(Thalimedes, OTT)를 설치하였으며, 이를 이용해 10분 간격으로 강우와 수위데이터를 수집하였다. 단, 수집된 수문데이터 중 이상테이터와 이수댐 준설 등으로 인한 결측된 데이터는 분석에서 제외하였다.
- 이와 같이 수집된 데이터를 토대로 산지와 평지의 강수 특성 및 시험유역의 유출특성 분석을 실시하였다. 평지강수는 시험유역과 직선상으로 약 8 km 떨어진 산청 기상관측소(Korea Meteorological Administration, 2016)의 관측 값을 이용하여 월평균강수량, 월평균강수일수, 최대일강수량, 강수강도별 빈도분포를 비교하였다.
- 이와 같이 수집된 데이터를 토대로 산지와 평지의 강수 특성 및 시험유역의 유출특성 분석을 실시하였다. 평지강수는 시험유역과 직선상으로 약 8 km 떨어진 산청 기상관측소(Korea Meteorological Administration, 2016)의 관측 값을 이용하여 월평균강수량, 월평균강수일수, 최대일강수량, 강수강도별 빈도분포를 비교하였다. 산지 강수-유출특성의 경우 시계열적 변화에 따른 녹색댐 기능을 구명하기 위해 계절별, 월별 유출률과 유출량을 산정하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상지는 행정구역상 경상남도 산청군 단성면운리 산147 일대에 위치한 웅석봉군립공원 내 활엽수림유역으로 웅석봉에서 직선상으로 3.2 km 떨어진 곳(N 35°20′04.49″, E 127°53′02.38″)에 위치하고 있다(Figure 1).
- 시험유역의 수문(강수-유출) 특성을 조사하기 위하여 기설치된 수문관측시설을 이용하였으며, 조사기간은 2011년 1월부터 2016년 10월까지이다. 수문관측시설에는 유량을 관측하기 위한 이수댐을 비롯해 전도형 자기우량계(Tipping bucket type)와 부자-엔코더식 수위계(Thalimedes, OTT)를 설치하였으며, 이를 이용해 10분 간격으로 강우와 수위데이터를 수집하였다.
- 시험유역의 총 면적은 75.0 ha이며, 수계는 수지형을 이루고 있고 유역 폭은 1~7 m로 계류가 합류되는 지점에서 넓어지는 형상을 나타내고 있다. 표고는 최저부 510m에서 최상부 984 m에 분포하여 표고차가 크고 평균경사는 28°이며, 14~42°의 분포를 나타내어 상부로 올라갈수록 가파른 형상의 험준한 지역이다.
데이터처리
- 단, 계절의 구분은 사계절(봄: 3~5월, 여름: 6~8월, 가을: 9~11월, 겨울: 12, 1~2월)로 하였다. 아울러 유출량과 유출률 변화에 영향하는 인자를 구명하기 위해 강수량과 강수일수를 토대로 Spearman 상관분석을 실시하였다(SAS 9.2).
성능/효과
- 경상남도 산청군 일대에 위치한 웅석봉군립공원 내 활엽수림유역을 대상으로 강수와 유출특성에 대하여 조사한 결과, 산지의 강수량이 평지에 비해 많음과 높은 강수 강도에서의 빈도를 볼 때 국지적 산악성 강수의 효과가 작용하는 것을 알 수 있었다. 그러나 일최대강수량의 경우 평지에서 많았던 것과 평지의 강수량이 평년에 비해 많음, 계절적 강수분배 변화와 같은 경향이 지속되는지에 대하여 산악기상관측망과 인접 기상관측소를 위시로 체계적인 연구가 필요할 것이다.
- 따라서 시험유역의 계절적 유출률은 봄>겨울>여름>가을 순으로 시험유역의 유출률은 강수의 직접적인 영향을 크게 받지 않는 것으로 사료되나, 유출수량의 경우 봄 200,688.6 ton(26.4%), 여름 410,471.3 ton(54.0%), 가을 100,334.5 ton(13.2%), 겨울 49,292.2 ton(6.5%)로 시험유역의 계절적 강수량 분포와 동일한 형태로 유출률과 유출 수량은 서로 다른 인자에 의해 조절되는 것으로 판단된다.
- 산지(시험유역)와 평지(산청 기상관측소)를 대상으로 강수특성을 비교한 결과, 산지의 월평균강수량은 155.8mm로 동일기간 평지의 월평균강수량 131.1 mm에 비해 118.8%의 강수량이 발생되었다. 이러한 결과는 웅석봉군립공원이 지리산의 산줄기로서의 인접성과 남해상으로부터 수십 km 밖에 떨어져 있지 않아 하층에서 열과 수분의 지속적인 공급으로 인한 대류 불안정으로 국지성 호우가 발생하기 좋은 조건이기도 하며(Kim, 1999; Lee, 2013b), 지리산 및 남부해안가에서 남풍과 함께 호우가 발생하는 경우에 지표면 경사에 크게 영향을 받지 않고도 해안선으로부터의 거리에 비례하기 때문으로 판단된다(National Institute of Meteorological Sciences, 1978).
- 시험유역에서 유출수량과 유출률 결과에 영향할 것으로 판단되는 강수량과 강수일수를 토대로 Spearman 상관분석을 실시한 결과(Table 2), 강수량과 일수, 강수량 및 일수는 유출수량과 1% 유의수준 내에서 정의 상관관계를 나타내었다. 즉, 이러한 결과는 시험유역을 위시로 지속되는 강수일수가 강수량의 증가에 기인하며, 장기적으로는 유출수량의 증가에 기인하는 것을 유추할 수 있는 결과이다.
- 시험유역을 대상으로 시계열적 변화에 따른 유출특성을 분석한 결과(Figure 4), 월평균유출률은 52.9%로 나타났으며, 계절적으로 봄(3월 68.3%, 4월 71.7%, 5월 77.8%)의 평균 유출률이 72.6%로 사계절 중 가장 높은 유출률로 나타났고 5월의 유출률은 연중 가장 높은 값을 나타내었다. 이는 연중 유량이 적은 갈수기일 때 적설 및 융설의 영향으로 유출률이 증가한다는 선행연구(Kim and Han, 2001)와 유사한 결과로 시험유역에서 동절기 적설과 표토동결에 의한 지표유거수 발생이 유출률 증가에 기인한 것으로 판단된다.
- 아울러 강수강도별 빈도를 비교한 결과, 30 mm·day-1이하의 강수강도는 평지에서 발생빈도가 높았으나 강수 강도가 증가함에 따라 산지에서 발생빈도가 약 2배가량 높은 것으로 나타났다(Figure 3).
- 1%의 강수량이 발생되었다. 아울러 계절별, 월별 강수량 또한 다소 변화한 것으로 나타났는데, 산청지역(산지와 평지의 동일기간)의 여름의 강수량은 증감 폭이 크지 않았지만 봄과 가을, 겨울의 강수량은 평년에 비해 다소 증가한 것으로, 전체적인 강수량이 증가함과 더불어 강수의 계절적 분배의 차이를 나타내었으며(Figure 2), 이러한 결과는 기후변화에 따른 산청지역 강수패턴의 변화가 기인한 것으로 판단된다.
- 이후 여름(6월 32.2%, 7월 74.0%, 8월 45.3%)의 경우 평균 유출률은 50.5%로 나타났으며, 월평균유출률과 유사한 값을 나타내었는데, 적설 및 토양동결의 융해 후 6월까지 하락하던 유출곡선이 7월의 강수량이 증가함에 따라 상승하여 74.0%로 연중 두 번째로 높은 유출률 값이었다. 이러한 결과는 시험유역이 급경사지와 대부분암괴, 얕은 토양층으로 이루어진 입지특성에 의해 토양층의 침투 · 저류기능이 미진하거나 한계치를 초과하여 대부분 지표유출로 발생한 결과로 판단된다.
후속연구
- 한편, 본 연구에서 이용하지 못한 결측치의 대부분이 계류수가 동결되는 겨울이나 유출이 급격히 증가하는 여름에 포함되어 그 시기의 유출량과 유출률의 변동이 있을 것으로 판단된다. 그러나 본 연구가 진행된 산림유역의 경우 연중 유량이 풍부한 것으로 그 시기와 양을 감안한다면 시험유역에서 발원하는 유출수량은 더욱 방대할 것으로 판단되며, 해당 시기의 데이터 수집 및 보완에 있어서 면밀한 검토가 필요할 것이다.
- 경상남도 산청군 일대에 위치한 웅석봉군립공원 내 활엽수림유역을 대상으로 강수와 유출특성에 대하여 조사한 결과, 산지의 강수량이 평지에 비해 많음과 높은 강수 강도에서의 빈도를 볼 때 국지적 산악성 강수의 효과가 작용하는 것을 알 수 있었다. 그러나 일최대강수량의 경우 평지에서 많았던 것과 평지의 강수량이 평년에 비해 많음, 계절적 강수분배 변화와 같은 경향이 지속되는지에 대하여 산악기상관측망과 인접 기상관측소를 위시로 체계적인 연구가 필요할 것이다. 아울러 본 연구에서는 선행연구와는 달리 겨울철 유출률이 매우 높은 것으로 나타나 산림유출에 있어서 강수에 의존하는 우리나라의 특성과는 다소 상반되게 산지적설의 영향으로 판단되며, 이에 따라 기후 및 강수패턴의 변화에 의해 산지적설과 같은 새로운 계절적 영향 또한 배제 할 수 없을 것으로 판단된다.
- 그러나 유출률과 타 인자 간에는 상관관계가 성립하지 않는 것으로 앞서 제시한 바와 같이 유출수량과 유출률은 서로 다른 인자에 의해 조절되는 것으로 사료된다. 또한 본 연구에서는 토양과 표층상태, 그리고 토양수분조건(선행강우지수)이나 식생현황(증발산 및 차단), 강설일수와 적설량 등의 인자에 대한 영향은 분석하지 못하였으나 차후 다수의 시험유역을 대상으로 유출특성에 미치는 영향인자를 검토할 필요할 것으로 판단된다.
- 아울러 본 연구에서는 선행연구와는 달리 겨울철 유출률이 매우 높은 것으로 나타나 산림유출에 있어서 강수에 의존하는 우리나라의 특성과는 다소 상반되게 산지적설의 영향으로 판단되며, 이에 따라 기후 및 강수패턴의 변화에 의해 산지적설과 같은 새로운 계절적 영향 또한 배제 할 수 없을 것으로 판단된다. 즉, 이러한 결과를 종합적으로 볼 때 식생과 토양, 기후가 관여하는 독특한 수문환경 또한 그 지역과 산림을 대표하는 인자라 할 수 있을 것이다.
- (2016)의 가을철 토양의 저류기간이 길어지는 것에 따른 결과와 유사한 것으로 판단된다. 한편, 산림의 홍수완화 및 갈수완화 기능을 여름과 가을 유출률의 단적인 변화만으로 판단하기는 어려우므로 장기간에 걸친 유출해석을 통해 보다 면밀한 연구가 필요할 것이다.
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