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문제 정의
- 따라서, 세분류 토지피복지도 이용 시, 기존연구에서 가진 한계를 해결할 수 있을 것으로 예상한다. 본 연구는 세분류 토지피복지도를 이용하여 농업 비점오염원에 대한 오염부하량 산정을 위한 개선된 방안을 제안하였으며 비점오염원 관리 측면에서 세분류 토지 피복 지도가 갖는 시사점을 도출하였다.
- 본 연구는 세분류 토지피복지도를 이용하여 농업 비점오염원에 대한 오염부하량과 관리 우선순위를 선정하였으며, 기존에 사용하던 지적도를 이용한 결과와 비교하여 세분류 토지피복지도의 활용이 갖는 시사점을 도출하였다. 연구 결과, 전체 대상지에서 평균 발생부하량의 BOD 10.
- 본 연구에서는 농업비점오염원의 범위를 지적도의 지목 중 전(밭), 답(논), 과수원에 해당하는 지역에서 발생하는 오염물질로 정의하였다. 토지피복지도에서는 대분류 중 농업지역에 포함되는 세분류 항목에 해당하는 지역에서 발생하는 물질을 농업지역으로 정의하였다.
가설 설정
- 3, 4). 연속지적도와 세분류 토지피복지도 모두 2017년에 제작된 지도를 사용하였으며, 지도 제작기간 중에는 토지이용의 변화가 없다고 가정하였다. 경사도 산정을 위해 국토지리정보원에서 제공하는 수치지도를 바탕으로 30 m 해상도의 수치표고모델 (Digital Elevation Model, DEM) 자료를 구축하여 사용하였으며, ArcGIS를 이용하여 평균 경사도를 분석하여 이용하였다(Fig.
제안 방법
- 각 소유역별 유출 특성을 반영하기 위한 가중치로 DEM에서 추출한 평균 경사도를 이용하였으며, 그 결과 발생부하량의 차이가 관리 우선순위 선정에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 두 지도의 이용에 따라 차이가 발생하는 원인을 이용 데이터 구축 목적 및 과정에서 확인하였다. 지적도는 토지이용에 관련 없이 한 필지의 주된 목적을 나타내는 반면, 토지피복지도는 영상자료를 근거로 현재 토지의 피복 상태를 반영하는 지도이다.
- 본 연구는 대상지 내 97개의 소유역에 대해 지적도와세분류 토지피복지도를 이용한 각각의 발생부하량을 산정하고, 소유역별 경사도를 가중치로 적용한 오염부하량을 산정하였다. 이를 통해 각각의 비점오염원 관리 우선순위를 산정하고 두 결과의 비교를 통해 시사점을 도출하였다(Fig.
- 본 연구에서는 수질오염총량제와 연계를 위해 수질오염총량제 단위유역과 소유역을 분석 단위로 사용하였다. 분석 대상 유역은 수질오염총량제의 금본 C(금본 C01~18), 금본 D(금본 D01~12), 금본 E(금본 E01~ 09), 금본 F(금본 F01~32), 보청 A(보청 A02~13), 초강 A(초강 A01~14)로 총 6개의 단위유역과 97개의 소유 역을 포함한다(Fig.
- 소유역별 발생부하량을 산정하기 위해 국토교통부에서 제작하는 연속지적도와 환경부에서 제작하는 토지 피복 지도를 이용하였다(Fig. 3, 4). 연속지적도와 세분류 토지피복지도 모두 2017년에 제작된 지도를 사용하였으며, 지도 제작기간 중에는 토지이용의 변화가 없다고 가정하였다.
- 52 ton과 비교하고 이때 나타내는 비율을 가중치로 산정하였다. 소유역에 해당하는 가중치를 발생부하량에 곱한 값을 기준으로 최종 관리 우선순위를 산정하였다(Appendix 1).
- 아래 Fig. 7의 예시와 같이 지적도와 토지 피복 지도에서 나타나는 농업지역을 2020년 현재를 반영하는 위성영상과 비교하였다. 위성영상은 Daum에서 제공하는 위성사진을 ArcGIS를 이용하여 비교하였다.
- 오염총량관리 기술지침(NIER, 2019) 내 발생원 단위는 지목을 기준으로 제시되어 있으며, 지목에 없는 세분류 항목인 시설재배지와 기타재배지에 대한 발생원 단위를 추가적으로 고려하기 위해 각 항목에 포함되는 지역을 확인하였다. 토지피복지도 작성 지침(MOE, 2018(b))에 따르면, 시설재배지는 비닐, 유리 등 인종적 시설로 된하우스재배지를 말하며 기타재배지는 정원수 및 가로수 등의 시설 식재를 위한 토지를 의미한다.
- 7의 예시와 같이 지적도와 토지 피복 지도에서 나타나는 농업지역을 2020년 현재를 반영하는 위성영상과 비교하였다. 위성영상은 Daum에서 제공하는 위성사진을 ArcGIS를 이용하여 비교하였다. 육안으로 판독한 결과 역시 지적도와 토지피복지도 면적의 차이를 확인할 수 있다.
- and Shin, 2002). 이 중 유역별 토지 피복과 관련한 특징을 반영할 수 있는 경사도를 이용하여 가중치를 산정하였다.
- 산정하였다. 이를 통해 각각의 비점오염원 관리 우선순위를 산정하고 두 결과의 비교를 통해 시사점을 도출하였다(Fig. 2).
- 52 ton으로 산정되었으며, 각 소유역의 평균 경사도를 이용하여 동일한 방식으로 소유역별 토양유실량을 산정하였다. 이후, 각 소유역의 토양유실량을 기준값인 3562.52 ton과 비교하고 이때 나타내는 비율을 가중치로 산정하였다. 소유역에 해당하는 가중치를 발생부하량에 곱한 값을 기준으로 최종 관리 우선순위를 산정하였다(Appendix 1).
- , 2018). 환경부 세분류 토지피복지도는 총 41개의 항목을 기준으로 해상도 1M급 영상자료를 기반으로 토지피복 현황을 판독 및 분류한다. 육안으로 판독이 불가한 지역에 대해서는 현장 조사를 실시하여 토지이용의 현황을 나타낸다(MOE, 2018(b)).
대상 데이터
- 본 연구의 대상지인 대청호 유역은 용담댐 하류부터 대청댐 유역까지 약 3, 200 km2 지역으로 행정구역으로는 대전광역시 일부와 충청북도 옥천군, 보은군, 영동군, 충청남도 금산군 등을 포함하며 전라북도 무주군과 경상북도 상주시의 일부 지역을 포함한다. 유역 내 농업지역은 약 235 km2로 전체 면적의 약 7.
- 사용하였다. 분석 대상 유역은 수질오염총량제의 금본 C(금본 C01~18), 금본 D(금본 D01~12), 금본 E(금본 E01~ 09), 금본 F(금본 F01~32), 보청 A(보청 A02~13), 초강 A(초강 A01~14)로 총 6개의 단위유역과 97개의 소유 역을 포함한다(Fig. 1).
- 앞에서 산정한 가중치에 발생부하량을 곱한 값이 큰 순서대로 상위 10개의 소유역을 선정하였다(Table 5, 6). 발생부하량 기준으로 오염원 관리가 가장 필요한 소유역(Table 3, 4)은 두 지도를 사용하였을 때 모두 초강 A04 소유역으로 확인되었다.
데이터처리
- 경사도에 따른 가중치 산정을 위해, DEM을 이용하여각 소유역별 평균 경사도를 계산하였다. 이후, 경사도에 따른 토양유실량의 관계를 확인하기 위해 Choi et al.
이론/모형
- 연속지적도와 세분류 토지피복지도 모두 2017년에 제작된 지도를 사용하였으며, 지도 제작기간 중에는 토지이용의 변화가 없다고 가정하였다. 경사도 산정을 위해 국토지리정보원에서 제공하는 수치지도를 바탕으로 30 m 해상도의 수치표고모델 (Digital Elevation Model, DEM) 자료를 구축하여 사용하였으며, ArcGIS를 이용하여 평균 경사도를 분석하여 이용하였다(Fig. 5).
- 농업비점오염원의 오염부하량은 발생부하량을 기준으로 하였으며, 발생부하량은 오염총량제의 관리 목표인BOD와 T-P를 대상으로 아래 식과 같이 오염 총량 관리기술지침(NIER, 2019)에 제시된 토지계 오염원 발생부하량 산정방법을 이용하였다(Equation 1).
- 소유역별 평균 경사도를 계산하였다. 이후, 경사도에 따른 토양유실량의 관계를 확인하기 위해 Choi et al. (2009)의 연구 결과로 확인된 관계식을 이용하였다(Fig. 6). 해당 연구는 토양유실량 모의를 위해 WEPP 모형을 사용하였으며, 연구 결과 토양유실량 예측에 대한 결정계수와 유효지수는 각각 0.
성능/효과
- T-P의 경우 역시 초강A04에서 발생하는 오염물질이 가장 많은 것으로 나타났다. 가중치를 적용하면 지적도를 이용한 경우 유출 비율이 상대적으로 적은 초강A14보다 금본F14의 우선순위가 높은 것으로 나타났다. 하지만, 토지 피복 지도를 이용하여 발생부하량을 산정한 경우 금본F14의 발생부하량이 상대적으로 작게 산정되어 가중치를 적용하여도 초강 A04가 가장 우선순위가 높은 것으로 나타났다.
- 6%를 차지하는 차이를 확인하였다. 각 소유역별 유출 특성을 반영하기 위한 가중치로 DEM에서 추출한 평균 경사도를 이용하였으며, 그 결과 발생부하량의 차이가 관리 우선순위 선정에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 두 지도의 이용에 따라 차이가 발생하는 원인을 이용 데이터 구축 목적 및 과정에서 확인하였다.
- 더욱이 세분류 토지피복지도는 정확도 95%를 기준으로 판독되며 판독이 불가한 지역에 대해 현장조사를 실시하여 지적도보다 토지이용 현황을 정확히 반영한다. 따라서 토지 계비 점오염원 부하량 산정을 위해서는 지적도가 아닌 세분류 토지피복지도를 이용하는 것이 정확한 발생부하량 산정에 적합한 것으로 보인다.
- 특히, 지적도 상 논이 밭보다 많은 면적을 나타내지만, 토지피복지도 상 논의 면적이 밭보다 더 작은 면적으로 분포하는 것을 확인하였다. 또한, 지적도 상 과수원의 면적보다 토지 피복지도 상 과수원의 면적이 5배 이상 넓은 것으로 나타나 두 지도에 따른 농업지역의 면적에 차이가 있는 것을 확인하였다(Table 2).
- 발생부하량 기준으로 오염원 관리가 가장 필요한 소유역(Table 3, 4)은 두 지도를 사용하였을 때 모두 초강 A04 소유역으로 확인되었다. 하지만, 가중치를 적용한 후에는 BOD 기준으로 금본F14 소유역이 가장 높은 우선순위를 나타냈다.
- 분석 결과, 지적도 내 전체 농업지역의 면적은 약 502.74 km2, 토지피복지도 내 전체 농업지역의 면적 약 473.79 km2로 산출되어 지적도와 토지피복지도 간 면적 차이가 발생하는 것으로 확인되었다. 특히, 지적도 상 논이 밭보다 많은 면적을 나타내지만, 토지피복지도 상 논의 면적이 밭보다 더 작은 면적으로 분포하는 것을 확인하였다.
- 6% 감소한 것으로 확인되었다. 소유역별 발생부하량을 확인한 결과, 대부분의 소유역에서 토지피복지도를 사용할 경우 발생부하량이 지적도를 사용한 경우보다 감소하는 경향을 나타냈다. 소유역에 따라 감소하는 비율은 지적도 발생부하량 기준 1%에서 80%까지 다양한 것으로 확인되었다.
- 소유역별 발생부하량을 확인한 결과, 대부분의 소유역에서 토지피복지도를 사용할 경우 발생부하량이 지적도를 사용한 경우보다 감소하는 경향을 나타냈다. 소유역에 따라 감소하는 비율은 지적도 발생부하량 기준 1%에서 80%까지 다양한 것으로 확인되었다. 이는 기존 소유역 단위의 연구들에서 소유역별 오염부하량의 범위가 넓게 나온 바와 같이 유역별 농업지역 분포 특성이다양하기 때문으로 추정된다(Park et al.
- 연구 결과, 전체 대상지에서 평균 발생부하량의 BOD 10.9%, T-P 20.6%를 차지하는 차이를 확인하였다. 각 소유역별 유출 특성을 반영하기 위한 가중치로 DEM에서 추출한 평균 경사도를 이용하였으며, 그 결과 발생부하량의 차이가 관리 우선순위 선정에 영향을 미치는 것을 확인하였다.
- 같다(Appendix 2, 3, Table 3, 4). 전체 유역의 발생부하량은 지적도를 기준으로 산정할 경우 BOD 2139.73 kg/day, T-P 469.79 kg/day이며 토지 피복 지도를 기준으로 산정할 경우 BOD 1906.70 kg/day, T-P 373.01 kg/day로 나타났다. 토지피복지도를 이용할 경우가 기존 지적도를 사용할 경우보다 발생부하량이 BOD 기준 약 10.
- 하지만, 토지 피복 지도를 이용하여 발생부하량을 산정한 경우 금본F14의 발생부하량이 상대적으로 작게 산정되어 가중치를 적용하여도 초강 A04가 가장 우선순위가 높은 것으로 나타났다. 즉,발생부하량의 산정이 관리 우선순위 선정을 위한 이후 단계의 결과에도 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.
- 01 kg/day로 나타났다. 토지피복지도를 이용할 경우가 기존 지적도를 사용할 경우보다 발생부하량이 BOD 기준 약 10.9% 감소, T-P 기준 약 20.6% 감소한 것으로 확인되었다. 소유역별 발생부하량을 확인한 결과, 대부분의 소유역에서 토지피복지도를 사용할 경우 발생부하량이 지적도를 사용한 경우보다 감소하는 경향을 나타냈다.
- 79 km2로 산출되어 지적도와 토지피복지도 간 면적 차이가 발생하는 것으로 확인되었다. 특히, 지적도 상 논이 밭보다 많은 면적을 나타내지만, 토지피복지도 상 논의 면적이 밭보다 더 작은 면적으로 분포하는 것을 확인하였다. 또한, 지적도 상 과수원의 면적보다 토지 피복지도 상 과수원의 면적이 5배 이상 넓은 것으로 나타나 두 지도에 따른 농업지역의 면적에 차이가 있는 것을 확인하였다(Table 2).
- 8%를 기준으로 사용하였다. 평균 경사도에서 토양유실량은 3562.52 ton으로 산정되었으며, 각 소유역의 평균 경사도를 이용하여 동일한 방식으로 소유역별 토양유실량을 산정하였다. 이후, 각 소유역의 토양유실량을 기준값인 3562.
- 가중치를 적용하면 지적도를 이용한 경우 유출 비율이 상대적으로 적은 초강A14보다 금본F14의 우선순위가 높은 것으로 나타났다. 하지만, 토지 피복 지도를 이용하여 발생부하량을 산정한 경우 금본F14의 발생부하량이 상대적으로 작게 산정되어 가중치를 적용하여도 초강 A04가 가장 우선순위가 높은 것으로 나타났다. 즉,발생부하량의 산정이 관리 우선순위 선정을 위한 이후 단계의 결과에도 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.
- 6). 해당 연구는 토양유실량 모의를 위해 WEPP 모형을 사용하였으며, 연구 결과 토양유실량 예측에 대한 결정계수와 유효지수는 각각 0.95과 0.91로 경사도에 따른 토양 유실량을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다. 가중치는 유역 전체 평균 경사도인 12.
후속연구
- 다만, 본 연구에서 사용한 발생원단위는 지목을 기준으로 제시되어 환경부 세분류 토지피복지도 항목에 정확히 부합하는 발생원단위를 사용하지 못한 한계를 가지고 있다. 따라서, 향후 정확한 발생부하량을 위해 세분류 토지 피복지도 항목에 따른 발생원단위에 대한 연구가 필요할 것으로 보인다.
- 하지만, 목장 지역은 오염원의 정의에서 점오염원으로 분류되며, 세분류 토지피복지도 이용 시 해당 지역의 면적을 따로 산정할 수 있어 비점오염원 부하량 산정 시 제외할 수 있다. 따라서, 발생부하량 및 오염부하량을 산정할 때 기존 방법보다 높은 정확도의 결과를 얻을 수 있으며, 본 연구에서 제시한 바와 같이 경사도 등의 가중치를 이용한다면 비점오염원의 우선 관리가 필요한 지역을 더욱 효율적으로 선정할 수 있을 것이다.
- 또한, 배포 전 품질 검사를 통해 높은 정확도로 제작된 지도를 제공한다(MOE, 2018(b)). 따라서, 세분류 토지피복지도 이용 시, 기존연구에서 가진 한계를 해결할 수 있을 것으로 예상한다. 본 연구는 세분류 토지피복지도를 이용하여 농업 비점오염원에 대한 오염부하량 산정을 위한 개선된 방안을 제안하였으며 비점오염원 관리 측면에서 세분류 토지 피복 지도가 갖는 시사점을 도출하였다.
- 따라서, 향후 정확한 발생부하량을 위해 세분류 토지 피복지도 항목에 따른 발생원단위에 대한 연구가 필요할 것으로 보인다.
- 지만, 환경부는 2020년부터 전국단위로 해상도 1 m 인 세분류 토지피복지도를 제공하고 있으며, 매년 변경사항을 갱신하여 제공할 계획이다. 또한, 배포 전 품질 검사를 통해 높은 정확도로 제작된 지도를 제공한다(MOE, 2018(b)).
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