[논문]산림소유역 토사유출량에 의한 사방댐 시공적지 예측기법 개발

이성재; 김선정; 이은재; 마호섭

doi:10.14578/jkfs.2020.109.4.438

산림소유역 토사유출량에 의한 사방댐 시공적지 예측기법 개발
Prediction of the Suitable Area on Erosion Control Dam by Sediment Discharge in Small Forest Catchments 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.109 no.4, 2020년, pp.438 - 445

이성재 (서울대학교 학술림) , 김선정 (경상남도산림환경연구원) , 이은재 (국립산림과학원 산림기술경영연구소) , 마호섭 (경상대학교 환경산림과학부(농업생명과학연구원))

초록
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본 연구는 산림소유역에 시공되어 있는 사방댐내의 토사유출량에 영향을 미치는 산림환경 인자를 분석하고 수량 화이론(I)를 이용하여 예방적인 측면에서 사방댐 시공적지를 선정하고 예측하였다. 각 산림환경 인자의 범위를 추정한 결과, 준설경과년수(0.7495)가 가장 높게 나타나 산림소유역 토사유출량에 큰 영향을 미치는 것으로 추정되었으며, 다음으로는 경급(0.6000), 소밀도(0.5318), 유역면적(0.3416), 사면경사(0.3207), 강수량(0.3160), 고도(0.2990), 토양형(0.2192)순으로 나타났다. 각 인자의 범주별 상대점수를 74개 사방댐의 각종 인자에 반응시켜 사방댐의 시공적지를 예측할 수 있는 판정표를 개발하였고, 판정표를 이용하여 시공적지를 I급지(Very suitable site) 2.2496 이상, II급지(Suitable site) 1.1248~2.2495, III급지(Poor suitable site) 1.1247 이하로 구분하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The characteristics of forest environmental factors were analyzed using the quantification theory (I) for prediction of the suitable area of erosion control dams. The results indicated that sediment discharge in small forest catchments was significantly correlated with dredging passage (0.7495) and age class (0.6000). In contrast, area (0.3416), slope gradient (0.3207), rainfall (0.3160), altitude (0.2990) and soil type (0.2192) were poorly correlated. Following quantification theory (I), we developed a selection decision table for erosion control dams based on sediment discharge rate as class I (highly suitable site, greater than 2.2496), class II (suitable site, 1.1248~2.2495), and class III (poorly suited site, lower than 1.1247).

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. Map of the study sites.
그림 Figure 2. The survey method of sedimentation in erosion control dam.
표 Table 1. Classification and reactionary number of each factor by category.
표 Table 2. Stepwise regression analysis to estimate the soil sediment discharge.
표 Table 3. Normalized score of each category and range.
표 Table 4. Score table for suitable site of erosion control dam.
표 Table 5. Prediction score for suitable site for erosion control dam by normalized seore.
표 Table 6. The number of soil sediment occurred by hazard class.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 1986년부터 2007년까지 경상남도에 시공된 사방댐을 대상으로 토사유출량 및 주변 산림환경 인자를 현장조사 하여, 사방댐을 적지적소에 배치 할 수 있도록 판정표를 개발하는 것을 목적으로 하였다. 이를 통하여 산지사면에서 발생한 각종 재해에 대한 피해를 최소 할 할 수 있는 산림소유역 관리에 대한 기술적 기초자료를 제공하고자 수행하였다.
판정표를 개발하는 것을 목적으로 하였다. 이를 통하여 산지사면에서 발생한 각종 재해에 대한 피해를 최소 할 할 수 있는 산림소유역 관리에 대한 기술적 기초자료를 제공하고자 수행하였다.

제안 방법

ha, 401 ha 이상으로 구분하였다. 고도는 사방댐이 위치한 유역의 최고점의 고도를 측정하였으며, 100 m 미만, 101∼300 m, 301∼500 m, 501 m 이상으로 구분하여 조사하였으며, 계상물매는 산림청 산림공간정보시스템(FGIS: Forest Geospatial Information System, www.forest.go.kr)을 활용하여 사방 주변의 계상물매를 수집하여 10˚미만, 11∼15˚, 15 ∼20˚, 21∼25˚, 25˚이상으로 구분하였다. 방위는 NE, NW, SE, SW로 구분하여 조사하였으며, 임상은 산림입지도 (1:5000)를 이용하여, 침엽수림, 활엽수림, 혼효림으로 구분하였다.
이상과 같은 과정을 거쳐 상대점수를 기준으로 토사 유출량을 이용하여 사방댐의 시공적지 판정 기준표를 개발하고, 판정 기준표를 이용하여 Ⅰ등급(Very suitable site), Ⅱ등급(Suitable site), Ⅲ등급(Poor suitable site)으로 평가하였다. 또한 예측점수를 실재 사방댐 시공지에 직접 대입하여 적절성을 평가하였다.
kr)을 활용하여 사방 주변의 계상물매를 수집하여 10˚미만, 11∼15˚, 15 ∼20˚, 21∼25˚, 25˚이상으로 구분하였다. 방위는 NE, NW, SE, SW로 구분하여 조사하였으며, 임상은 산림입지도 (1:5000)를 이용하여, 침엽수림, 활엽수림, 혼효림으로 구분하였다. 흉고직경은 임상도(1:25000)를 활용하여 소경목, 중경목, 대경목으로 구분하였으며, 영급은 임상도 (1:25000)를 활용하여 Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ급으로 구분하였다.
사방댐 토사유출량은 많은 인자가 복합적으로 영향을 미치고 있으므로, 이들 산림환경 인자가 어느 정도의 영향을 미치고 있는가를 추정하기 위하여, 종속변수(토사유출량 (㎥))가 독립변수(산림환경 인자)에 의하여 변화함을 가정하여 토사유출량별 범주는 Table 1에 표시한 것과 같이 요인의 특성을 명확하게 구분하여 나타내었다. 분류한 범주는 가급적 균일하게 배치되도록 하였으며, 결과 해석자료의 객관적 근거를 고려하여 각 산림환경 인자와 토사 유출량과 상관 및 단계별회귀분석을 통하여 높은 상위 인자 선별작업으로 범주를 재분류하여 최종적으로 사방댐 적지 판정 기준표를 개발하였다. 본 연구에서는 통계프로그램 package SPSS 21.
종속변수(Y: 토사유출량 (㎥))가 p- 1개의 독립변수(Xn: 산림환경 인자)에 의하여 변화함을 가정한 후, 단계별 회귀분석(stepwise regression analysis)을 실시하였다(Lee, 2014; Lee and Ma, 2018). 사방댐 토사유출량은 많은 인자가 복합적으로 영향을 미치고 있으므로, 이들 산림환경 인자가 어느 정도의 영향을 미치고 있는가를 추정하기 위하여, 종속변수(토사유출량 (㎥))가 독립변수(산림환경 인자)에 의하여 변화함을 가정하여 토사유출량별 범주는 Table 1에 표시한 것과 같이 요인의 특성을 명확하게 구분하여 나타내었다. 분류한 범주는 가급적 균일하게 배치되도록 하였으며, 결과 해석자료의 객관적 근거를 고려하여 각 산림환경 인자와 토사 유출량과 상관 및 단계별회귀분석을 통하여 높은 상위 인자 선별작업으로 범주를 재분류하여 최종적으로 사방댐 적지 판정 기준표를 개발하였다.
흉고직경은 임상도(1:25000)를 활용하여 소경목, 중경목, 대경목으로 구분하였으며, 영급은 임상도 (1:25000)를 활용하여 Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ급으로 구분하였다. 소밀도 는 임상도(1:25000)를 활용하여 소, 중 밀로 구분하였으며, 토양형은 산림입지도(1:5000)를 활용하여 B1, B2, B3, B4, Rb2로 구분하였으며, 모암은 한국지질연구원의 지질도(1:50000)를 활용하여 퇴적암, 화성암, 변성 암으로 구분하였다. 준설경과년수는 사방댐관리대장에서 수집하여 0∼1년, 2년 이상으로 구분하였으며, 강수량은 기상청 홈페이지의 지역별 자동기상관측소(AWS)에서 제공하는 강우 자료를 4년 평균(2010∼2013년)하여 1, 300 mm 미만, 1, 301∼1,500 mm, 1, 501∼1, 700 mm, 1, 700 mm 이상으로 구분하였다.
유역면적은 사방댐 시공된 지점을 중심으로 유역면적을 측정하였으며, 100 ha 미만, 101∼200 ha, 201∼300 ha, 301∼400 ha, 401 ha 이상으로 구분하였다. 고도는 사방댐이 위치한 유역의 최고점의 고도를 측정하였으며, 100 m 미만, 101∼300 m, 301∼500 m, 501 m 이상으로 구분하여 조사하였으며, 계상물매는 산림청 산림공간정보시스템(FGIS: Forest Geospatial Information System, www.
0을 이용하여 통계분석을 실시하였다. 이상과 같은 과정을 거쳐 상대점수를 기준으로 토사 유출량을 이용하여 사방댐의 시공적지 판정 기준표를 개발하고, 판정 기준표를 이용하여 Ⅰ등급(Very suitable site), Ⅱ등급(Suitable site), Ⅲ등급(Poor suitable site)으로 평가하였다. 또한 예측점수를 실재 사방댐 시공지에 직접 대입하여 적절성을 평가하였다.
6%로서 매우 높게 예측하였다. 특히, 산림소유역 토사유출지역에 실제 조사된 토사 유출량에 영향을 많이 미치는 12개의 인자들만을 이용하여 수량화 이론(I)에 의하여 얻어진 사방댐 시공적지 판정표를 각종 산지재해로부터 예방적인 차원의 사방사업인 사방댐을 건설하고자 할 때 객관적인 지표로 이용하여 시공에 따른 타당성과 시공적지를 예측함으로서 사방댐 자체의 기능을 극대화 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 또한 앞으로 사방사업은 복구차원이 아닌 예방적 측면에서 재해의 위험성을 예지하고 효과적인 사방댐의 적지선정 기준을 마련하여 사방댐 자체의 목적과 그 기능을 극대화시킬 수 있는 기술개발이 필요할 것으로 사료된다.
방위는 NE, NW, SE, SW로 구분하여 조사하였으며, 임상은 산림입지도 (1:5000)를 이용하여, 침엽수림, 활엽수림, 혼효림으로 구분하였다. 흉고직경은 임상도(1:25000)를 활용하여 소경목, 중경목, 대경목으로 구분하였으며, 영급은 임상도 (1:25000)를 활용하여 Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ급으로 구분하였다. 소밀도 는 임상도(1:25000)를 활용하여 소, 중 밀로 구분하였으며, 토양형은 산림입지도(1:5000)를 활용하여 B1, B2, B3, B4, Rb2로 구분하였으며, 모암은 한국지질연구원의 지질도(1:50000)를 활용하여 퇴적암, 화성암, 변성 암으로 구분하였다.

대상 데이터

본 연구는 경상남도에서 1986년부터 2007년까지 시공된 경상남도(거제시, 김해시, 밀양시, 양산시, 진주시, 창원시, 거창군, 고성군, 남해군, 산청군, 의령군, 창녕군, 하동군, 함안군, 함양군, 합천군 등) 16개 시ㆍ군 사방댐 시행지 256개소 중 사방댐관리사업(준설)을 시행한 74개소의 사방댐을 연구대상으로 현장조사를 실시하였다(Figure 1). 산림유역 사방댐의 토사유출에 미치는 주요 영향인자 중 총 12개의 인자를 선정하고 각 인자를 Table 1과 같이 구분하였다.
1). 산림유역 사방댐의 토사유출에 미치는 주요 영향인자 중 총 12개의 인자를 선정하고 각 인자를 Table 1과 같이 구분하였다. 특히, 기존의 자연사면, 임도 및 암반사면 붕괴 등 토사유출량과 관련된 선행연구를 참고하여 산림유역 사방댐의 토사유출 취약성에 영향을 미치는 요인을 도출하였다(Choi, 1986; Ma, 1994; Ma and Jeong, 2007; Jung, 2010; Park et al.
소밀도 는 임상도(1:25000)를 활용하여 소, 중 밀로 구분하였으며, 토양형은 산림입지도(1:5000)를 활용하여 B1, B2, B3, B4, Rb2로 구분하였으며, 모암은 한국지질연구원의 지질도(1:50000)를 활용하여 퇴적암, 화성암, 변성 암으로 구분하였다. 준설경과년수는 사방댐관리대장에서 수집하여 0∼1년, 2년 이상으로 구분하였으며, 강수량은 기상청 홈페이지의 지역별 자동기상관측소(AWS)에서 제공하는 강우 자료를 4년 평균(2010∼2013년)하여 1, 300 mm 미만, 1, 301∼1,500 mm, 1, 501∼1, 700 mm, 1, 700 mm 이상으로 구분하였다.

데이터처리

작용에 의해 발생하게 된다. 사방댐이 설치된 유역의 토사유출량과 산림환경 인자와의 관계를 위해 단계별 회귀분석을 실시하였으며, 이를 분석한 결과는 Table 2와 같다. 토사유출량에 영향을 미치는 요인 중 가장 상관성이 높은 변수는 2년 이상(준설경과년수)이며, 다음으로 11∼20˚ (사면경사), 1, 701 mm 이상(강수량), 101∼300 m(고도), 401ha(유역면적), B3/갈색적윤산림토양(토양형), Ⅵ(영급), 71%<(소밀도)순으로 모두 8개의 인자가 도입되었다.
설명변수로 구분할 수 있다. 종속변수(Y: 토사유출량 (㎥))가 p- 1개의 독립변수(Xn: 산림환경 인자)에 의하여 변화함을 가정한 후, 단계별 회귀분석(stepwise regression analysis)을 실시하였다(Lee, 2014; Lee and Ma, 2018). 사방댐 토사유출량은 많은 인자가 복합적으로 영향을 미치고 있으므로, 이들 산림환경 인자가 어느 정도의 영향을 미치고 있는가를 추정하기 위하여, 종속변수(토사유출량 (㎥))가 독립변수(산림환경 인자)에 의하여 변화함을 가정하여 토사유출량별 범주는 Table 1에 표시한 것과 같이 요인의 특성을 명확하게 구분하여 나타내었다.

이론/모형

사방댐 설계 도서를 참고하여 시공당시 사방댐의 내용 적과 실측에 의한 현재의 내용적을 조사비교하여 그 차이를 토사유출량으로 하는 내용적 면전감소법(Jeong, 2001; Ma and Jeong, 2007)을 이용하였고, 측정방법은 Figure 2 와 같다.

성능/효과

4%로 나타났다. Ⅰ등급, Ⅱ등급에서 73개소가 발생되어 예측 비율이 98.6%로서 매우 높게 분석되었으며, 경상남도 산림소유역 토사유출량의 사방댐 시공적지를 분석하는데 유용하게 이용할 수 있을 것으로 사료된다.
각 인자의 범위를 분석한 결과, 준설경과년수(0.7495)가가장 높게 나타나 산림소유역 토사유출량 발생에 큰 영향을 미치는 것으로 추정되었으며, 다음으로는 경급(0.6000), 소밀도(0.5318), 유역면적(0.3416), 사면경사(0.3207), 강수량(0.3160), 고도(0.2990), 토양형(0.2192)순으로 나타났다. 상대점수 방법의 단점을 보완하기 위하여 사방댐 시공 적지 판정표를 기준으로 8개의 산림환경 인자의 범주별 점수를 계산한 점수범위는 0점에서 3.
각인 자의 범위를 산정한 결과, 준설경과년수(0.7495)이 가장 높게 나타나 산림소유역 토사유출량 발생에 큰 영향을 미치는 것으로 추정되었으며, 다음으로는 경급(0.6000), 소밀도(0.5318), 유역면적(0.3416), 사면경사(0.3207), 강수량 (0.3160), 고도(0.2990), 토양형(0.2192)순으로 나타났다.
준설 경과년수의 경우 2년 이상이 토사유출량에 가장 큰 것으로 나타났으며, 영급은 Ⅵ영급에서 토사유출량에 안정 측에 기여하는 것으로 분석되었다. 사면경사 범위가 11∼20°에서 토사유출량에 가장 큰 것으로 나타났으며, 유역면적은 401 ha 이상에서 가장 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과는 붕괴지역에서 생산된 토사가 계류에 퇴적과 침식 및 하류로 이동을 반복하는 과정에서 유역면적이 큰 수록 사방댐 토사유출량이 많이 발생하기 때문인 것으로 나타나 유역면적과 토사유출량 사이에는 비례의 관계가 성립하는 것으로 사료되었다.
1247 이하로 나타났다. 이를 이용하여 산림소유역 토사유출지에 실제 대입한 결과Ⅰ등급, Ⅱ등급에서 73개소가발생되어 예측 비율이 98.6%로서 매우 높게 예측하였다. 특히, 산림소유역 토사유출지역에 실제 조사된 토사 유출량에 영향을 많이 미치는 12개의 인자들만을 이용하여 수량화 이론(I)에 의하여 얻어진 사방댐 시공적지 판정표를 각종 산지재해로부터 예방적인 차원의 사방사업인 사방댐을 건설하고자 할 때 객관적인 지표로 이용하여 시공에 따른 타당성과 시공적지를 예측함으로서 사방댐 자체의 기능을 극대화 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
상대점수의 범주별 점수는 부(-)의 값을 나타내는 범주는 안정하다는 측에 작용하는 요인이며, 반대로 정(+)의 값을 가지는 범주는 불안하다는 측에 작용하여 산림소유역 토사유출량에 기여를 많이 하는 것을 의미한다. 준설 경과년수의 경우 2년 이상이 토사유출량에 가장 큰 것으로 나타났으며, 영급은 Ⅵ영급에서 토사유출량에 안정 측에 기여하는 것으로 분석되었다. 사면경사 범위가 11∼20°에서 토사유출량에 가장 큰 것으로 나타났으며, 유역면적은 401 ha 이상에서 가장 큰 것으로 나타났다.
437(소밀도 71%<)로 개발되었다. 추정된 회귀모형식를 이용하여 적합도에 대한 F 통계량은 30.315 분석되었으며, R²값은 0.626으로 나타났다. Jeong and Ma(2006) 은수량화이론(I) 을 사용하여 산림유역 붕괴위험지역 인자는 모암, 임상, 석력함량, 주 하천길이, 총 하천차수 등 13가지 산림 환경인자가 붕괴위험발생에 영향을 준다고 보고하였다.
사방댐이 설치된 유역의 토사유출량과 산림환경 인자와의 관계를 위해 단계별 회귀분석을 실시하였으며, 이를 분석한 결과는 Table 2와 같다. 토사유출량에 영향을 미치는 요인 중 가장 상관성이 높은 변수는 2년 이상(준설경과년수)이며, 다음으로 11∼20˚ (사면경사), 1, 701 mm 이상(강수량), 101∼300 m(고도), 401ha(유역면적), B3/갈색적윤산림토양(토양형), Ⅵ(영급), 71%<(소밀도)순으로 모두 8개의 인자가 도입되었다. 산림소유역에서 발생한 토사유출량(㎥)에 대한 추정 식은 Y= 1661.

후속연구

특히, 산림소유역 토사유출지역에 실제 조사된 토사 유출량에 영향을 많이 미치는 12개의 인자들만을 이용하여 수량화 이론(I)에 의하여 얻어진 사방댐 시공적지 판정표를 각종 산지재해로부터 예방적인 차원의 사방사업인 사방댐을 건설하고자 할 때 객관적인 지표로 이용하여 시공에 따른 타당성과 시공적지를 예측함으로서 사방댐 자체의 기능을 극대화 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 또한 앞으로 사방사업은 복구차원이 아닌 예방적 측면에서 재해의 위험성을 예지하고 효과적인 사방댐의 적지선정 기준을 마련하여 사방댐 자체의 목적과 그 기능을 극대화시킬 수 있는 기술개발이 필요할 것으로 사료된다.

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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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