[논문]Van Genuchten 모델을 활용한 간척지의 토양수분변화 분석

고대희; 손재권; 이기성; 김정균; 송재도; 박영준

doi:10.5389/ksae.2020.62.4.053

Van Genuchten 모델을 활용한 간척지의 토양수분변화 분석
Analysis of Soil Moisture Changes in Reclaimed Tideland Using Van Genuchten Model 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.62 no.4, 2020년, pp.53 - 61

고대희 (Graduate School of Agricultural Engineering, Chonbuk National University) , 손재권 (Dept. of Agricultural and Rural Engineering, Chonbuk National University) , 이기성 (Graduate School of Agricultural Engineering, Chonbuk National University) , 김정균 (Graduate School of Agricultural Engineering, Chonbuk National University) , 송재도 (Dept. of Agricultural and Rural Engineering, Chonbuk National University) , 박영준 (Rural Research Institute, Korea Rural Community Corpoeration (KRC))

Abstract ▼ AI-Helper

The laboratory model test was conducted by dividing domestic reclaimed tideland into Sandy Loam (SL) and Silt Clay Loam (SiCL) to estimate soil moisture change and water supply according to soil characteristic when establishing irrigation plan for reclaimed tideland upland crop. In addition, the applicability of each scenario was verified using Van Genuchten model, which is the most widely used mathematical model for analyzing soil moisture characteristics of reclaimed tideland uplands crops. The required water supply according to the target soil moisture tension by reclaimed tideland is as follow. In the case of SL, soil depths of 0~10 cm, 10~20 cm were analyzed as 19 mm, 35 mm to reach the field capacity, and SiCL, 33 mm, 63 mm. The required water supply of SiCL was higher than that of SL. The study compared the simulation results from the scenarios of Van Genuchen model and the measured results from the laboratory model test based on according to the reclaimed tidelands. In the case of parameter, θs, θr, α, η were analyzed 0.55, 0.18, 0.064, 1.74 in SL and 0.46, 0.22, 0.105, 1.92 in SiCL. In terms of soil characteristics, SL with better water permeability was found to have higher applicability than SiCL. By Soil depth, applicability was found in 0~10 cm directly affected by water supply.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1 The location of study area
그림 Fig. 2 Layout of laboratory model test
표 Table 1 Soil physicochemical properties in Saemangeum reclaimed tidelands
그림 Fig. 3 Soil water retention curve by reclaimed tidelands
표 Table 2 Volumetric water content according to soil moisture tension by reclaimed tidelands
그림 Fig. 4 Regrssion model for soil water tension and water supply by reclaimed tidelands
표 Table 3 The amount of required water supply for the target soil moisture tension according to the soil of reclaimed tidelands
그림 Fig. 5 Simulation of Van Genuchten model by reclaimed tidelands scenario
표 Table 4 Parameter soil moisture characteristics model by reclaimed tidelands scenario
표 Table 5 RMSE results for value of laboratory model test by scenario of reclaimed tidelands
그림 Fig. 6 Applicability analysis of simulated and laboratory model test values by reclaimed tidelands scenario

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 국내 대표적인 간척지 토양을 대상으로 토양수분변화 및 필요용수공급량을 산정하기 위해 실내모형시험을 실시하였고, 간척지 밭작물의 토양수분특성을 분석하기 위해 수학적 모델에 적용되는 적정 매개변수를 추정하여 적용성을 검증하였다. 본 연구의 목적은 국내 간척지의 토성별 밭작물 관개 계획수립시 토양수분에 대한 기초자료를제공하는데 있다.
이에 본 연구에서는 국내 대표적인 간척지 토양을 대상으로 토양수분변화 및 필요용수공급량을 산정하기 위해 실내모형시험을 실시하였고, 간척지 밭작물의 토양수분특성을 분석하기 위해 수학적 모델에 적용되는 적정 매개변수를 추정하여 적용성을 검증하였다. 본 연구의 목적은 국내 간척지의 토성별 밭작물 관개 계획수립시 토양수분에 대한 기초자료를제공하는데 있다.

제안 방법

본 연구에서는 간척지 밭작물 관개계획 수립시 토양 특성에 따른 토양수분변화, 필요 용수공급량 산정을 위해 국내 간척지를 대표적인 사질계 및 미사질계 토성으로 구분하여 실내모형시험을 실시하였다. 또한, 간척지 밭작물의 토양수분특성을 분석하기 위해 매개변수 예측방법 중 가장 널리 활용되고 있는 수학적 모델인 Van Geunchten (1980)모델을 이용하여 시나리오별 적용성을 검증하였다.
1. 사양토 (새만금 간척지)와 미사질식양토 (화옹 간척지)를 토양심도 0∼10 cm, 10∼20 cm로 구분하여 토양수분장력에 따른 생장저해수분점 (100 kPa), 포장용수량 (33kPa)의 토양 용적수분함량에 대해 분석하였다. 사양토의 경우 심도 0∼10 cm, 10∼20 cm에서의 생장저해수분점에서 용적수분함량은 각각 3.
새만금 간척지 5공구와 화옹 간척지 8공구에서 2018년 11월 19일부터 22일까지 토양 시료를 채취하였고, 토양 전기전도도 (EC), pH, 유기물함량 (OM), 용적밀도, 토성 (USDA, 1987), 투수계수, 양이온치환용량 (C.E.C)등 토양의 이화학적 특성을 분석하였다 (Table 1). 새만금 간척지 토양은 전기전도도가 1.
실내 모형 시험에서 측정한 실측치 자료 및 토양특성곡선을 활용하여 간척지구별 토양심도 0∼10 cm, 10∼20 cm로구분하여 용수공급에 따른 토양수분장력 변화에 대한 회귀모형식을 산정하였다 (Fig. 4).
토양수분특성곡선 작성을 위해 시나리오는 간척지구별로 사양토 (새만금 간척지, SM), 미사질식양토 (화옹 간척지, HO)로 구분하였고, Van Genuchten 모델의 기존 제시된 매개변수 시나리오 (scenario-1), 토양심도 0∼10 cm에서의 매개변수 시나리오 (scenario-2), 10∼20 cm에서의 매개변수 시나리오 (scenario-3)를 작성하였다. 사양토 Van Genuchten 모델의 매개변수 (SM-1)는 θ_s가 0.

데이터처리

모형으로부터의 예측 신뢰도 평가에 대해 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 이용하였다. RMSE는 0에 가까워질수록 추정치와 실측치 간 오차가 적다는 것을 의미한다 (Nash and Sutcliffe, 1970).

이론/모형

본 연구에서는 간척지 밭작물 관개계획 수립시 토양 특성에 따른 토양수분변화, 필요 용수공급량 산정을 위해 국내 간척지를 대표적인 사질계 및 미사질계 토성으로 구분하여 실내모형시험을 실시하였다. 또한, 간척지 밭작물의 토양수분특성을 분석하기 위해 매개변수 예측방법 중 가장 널리 활용되고 있는 수학적 모델인 Van Geunchten (1980)모델을 이용하여 시나리오별 적용성을 검증하였다. 이에 대한 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

성능/효과

2. 간척지구별 목표 토양수분장력에 따른 필요 용수공급량을 산정하면 상대적으로 점토함량이 낮고, 투수계수가높은 사양토의 경우 토양심도 0∼10 cm, 10∼20 cm에서 포장용수량 (33 kPa)에 도달하는데 각각 19 mm, 35 mm로 분석되었고, 점토함량이 높은 미사질식양토의 경우심도 0∼10 cm, 10∼20 cm에서 포장용수량 (33 kPa)의 필요 용수공급량은 33 mm, 63 mm로 상대적으로 높은것으로 나타났다.
3. Van Geunchten모델의 시나리오별 매개변수에 대한 모의치와 실측치간 적용성 분석 (RMSE)결과 사양토 (새만금간척지)의 경우 매개변수는 θ_s가 0.55, θr은 0.18, α는0.064, n은 1.74, 미사질 식양토 (화옹 간척지)의 경우에는 θ_s가 0.46, θr은 0.22, α의 경우 0.105, n은 1.92일 때 적용성이 높은 것으로 분석되었다.
4. Van Genuchten 모델의 모의치와 실측치간 적합도 분석결과 토양 특성상에서는 상대적으로 점토함량이 낮아 투수성이 양호한 사양토가 미사질 식양토보다 적용성이 높게 나타났고, 심도별로는 용수공급의 직접적인 영향을 받는 0∼10 cm 토층에서 적용성이 높은 것으로 나타났다.
토양수분특성곡선 작성을 위해 시나리오는 간척지구별로 사양토 (새만금 간척지, SM), 미사질식양토 (화옹 간척지, HO)로 구분하였고, Van Genuchten 모델의 기존 제시된 매개변수 시나리오 (scenario-1), 토양심도 0∼10 cm에서의 매개변수 시나리오 (scenario-2), 10∼20 cm에서의 매개변수 시나리오 (scenario-3)를 작성하였다. 사양토 Van Genuchten 모델의 매개변수 (SM-1)는 θ_s가 0.41, θr은 0.07, α는 0.075, n은1.89이며, 토양심도 0∼10 cm (SM-2)에서는 θ_s가 0.55, θr은0.18, α는 0.064, n은 1.74였고, 10∼20 cm (SM-3)의 매개변수는 θ_s는 0.59, θr은 0.17, α의 경우 0.076, n은 1.60으로 산정되었다. 미사질식양토에서는 Van Genuchten 모델의 매개변수 (HO-1)는 θ_s가 0.

후속연구

5. 이상의 연구결과로 볼 때 간척지와 같이 특수한 토양에서 밭작물 관개계획 수립 시 토양의 물질이동 특성을 유추하는데 활용성이 높을 것으로 사료되며, 사양토와 미사질 식양토 이외에도 다양한 간척지 토성에서도 적용한 가능할 수 있도록 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

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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