[논문]유역내 식생변화에 따른 증발산 및 유출 변화

김남원; 김철겸

유역내 식생변화에 따른 증발산 및 유출 변화
Variation of evapotranspiration and runoff with vegetation change in a watershed 원문보기

김남원 (한국건설기술연구원 수자원연구부) , 김철겸 (한국건설기술연구원 수자원연구부)

본 연구에서는 유역내 식생변화에 따른 장기적인 측면에서의 유역 물수지 변화를 살펴보기 위하여, 보청천 유역을 내상유역으로 선정하고, 준분포형 매개변수 모형인 SWAT 모형을 적용하여, 다양한 식생변화 시나리오에 따른 증발산, 지표수, 지하수, 유출의 변화를 검토하였다. 침엽수, 활엽수, 밭, 초지의 식생별 물수지 영향과, 침엽수에서 다른 식생으로의 변화에 따른 유역 물수지 영향을 비교해 본 결과, 산림식생의 강우 차단의 영향으로 증발산 증가, 유출 감소의 영향을 뚜렷하게 파악할 수 있었으며, 특히 침엽수가 활엽수에 비해 증발산 증가 및 유출 감소에 더 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 밭의 경우에는 이와 반대로 강우 차단 효과가 미흡하여 다른 식생에 비해 증발산의 감소 및 유출의 증가가 크게 나타나는 것으로 파악되었다.

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문제 정의

본 연구에서는 이러한 장기 유출 해석을 위해 물리적 매개 변수를 취하는 준분포형 유역관리 모형인 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 토지이용 변화에 따른 물수지 변화를 살펴보았다. 특히, 위의 여러 요인 중 산림식생의 변화에 따른 영향을 평가하기 위해 대상 유역을 가상의 토지 피복을 가지는 유역으로 설정하여, 유역 내 식생에 따른 물수지 영향을 평가하고, 또 장기적인 측면에서의 수문 변화를 분석하기 위해 식생변화에 따른 유역물수지 변화를 정량적, 정성적으로 검토하였다.
본절에서는 유역 내 인위적인 토지이용 변화 중 우리나라 유역에서 많은 비중을 차지하고 있는 산림 식생에 의한 영향을 보다 정량적으로 규명하기 위해서, 보청천 유역을 대상 유역으로 선정하고, 물리적 매개변수모형인 SWAT 모형을 적용하여 식생 피복의 변화에 따른 장기적인 유역물수지 변화 영향을 검토하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

(1) 식생 변화에 따른 영향 검토를 위하여 대상 유역을 하나의 토지피복 상태를 가지는 가상의 유역으로 설정하여, 각 식생별(침엽수, 활엽수, 밭, 초지) 증발산, 지표수, 지하수, 총유출에 대한 영향을 검토하고, 또한 현재 유역 내 토지피복 중 가장 큰 면적을 나타내는 침엽수가 다른 식생으로 변화되었다고 가정하였을 때의 물수지 변화를 검토하였다.
우선 식생변화 시나리오를 크게 두 부분으로 나누어 검토하였다. 하나는 각 식생별 영향을 파악하기 위해 유역을 한 개의 토지피복(침엽수, 활엽수, 밭, 초지)을 가지는 가상 유역으로 설정하였으며, 다른 하나는 현재 유역 내 토지피복 중 가장 큰 비율을 차지하고 있는 침엽수림에 대해 각각 활엽수, 밭, 초지로 바뀌었다고 가정하였을 경우의 수문 변화를 검토하였다.
6%를 차지하고 있다. 유출 해석을 위해 산성교, 탄부교, 기대교 수위 표 지점을 기준으로 3 개의 소유역으로 구분하였으며, 이에 대한 토지이용 현황은 표 1과 그림2에 나타난 바와 같다.
특히, 위의 여러 요인 중 산림식생의 변화에 따른 영향을 평가하기 위해 대상 유역을 가상의 토지 피복을 가지는 유역으로 설정하여, 유역 내 식생에 따른 물수지 영향을 평가하고, 또 장기적인 측면에서의 수문 변화를 분석하기 위해 식생변화에 따른 유역물수지 변화를 정량적, 정성적으로 검토하였다.
우선 식생변화 시나리오를 크게 두 부분으로 나누어 검토하였다. 하나는 각 식생별 영향을 파악하기 위해 유역을 한 개의 토지피복(침엽수, 활엽수, 밭, 초지)을 가지는 가상 유역으로 설정하였으며, 다른 하나는 현재 유역 내 토지피복 중 가장 큰 비율을 차지하고 있는 침엽수림에 대해 각각 활엽수, 밭, 초지로 바뀌었다고 가정하였을 경우의 수문 변화를 검토하였다. 이때 산림지 (침 엽수, 활엽수에 대한 엽 면적지수의 모형에서의 입력 치는 4로 적용하였다.

대상 데이터

대상 유역으로서 IHP 대표 유역 중의 하나인 금강수계의 보청천 유역을 선정하였으며, 선정된 하천 구간 및 유역은 그림1에 나타난 바와 같이 기대교 상류 유역으로서 유역 면적은 348.15 加이며, 농경지 면적은 57.79 knf로서 유역의 16.6%를 차지하고 있다. 유출 해석을 위해 산성교, 탄부교, 기대교 수위 표 지점을 기준으로 3 개의 소유역으로 구분하였으며, 이에 대한 토지이용 현황은 표 1과 그림2에 나타난 바와 같다.

성능/효과

(2) 침엽수, 활엽수, 밭, 초지의 식생별 물수지 영향 검토에서는, 증발산은 침엽수>활엽수> 초지>밭, 지표수는 밭>초지>활엽수> 침엽수, 지하수는 활엽수>초지>침엽수> 밭, 총유출은 밭>초지>활엽수>침엽수의 순으로 나타나, 밭이나 초지보다 산림지역이 증발산 증가 및 유출 감소 효과가 큰 것으로 파악되 었다.
(3) 유역 내 현재 토지 피복 중 침엽수가 다른 피복 상태로 변환되었다고 가정하여 물수지 영향을 검토한 결과, 증발산은 산림식생인 활엽수로 변화한 경우 가장 크게 나타났으며, 유출은 식생차단 효과가 제일 미흡한 밭으로 변화한 경우 크게 증가하는 경향을 나타내었다.
증발산의 경우, 현재 피복 상태보다 모두 감소한 결과를 보였으며, 특히 침엽수 지역이 밭으로 바뀌었다고 가정했을 때 가장 큰 감소를 나타내었다. 초지로 변하였을 경우 7, 8월경에는 반대로 증가하는 경향을 나타내었는데, 이는 작물의 생장 특징상 7, 8월경에 초지의 생장이 활발하기 때문인 것으로 파악된다.
지표수의 경우는, 밭인 경우를 제외하고는 모두 현재보다 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 산림화되었을 경우 식생차단의 영향으로 침엽수, 활엽수 모두 상당 부분 감소하는 경향을 나타내었다. 밭의 경우는 차단 효과가 작기 때문에, 강우량이 클수록 지표수가 크게 증가하는 것으로 나타났다.
지하수의 경우, 밭으로 변환된 경우만 감소되었으며, 활엽수 또는 초지로 변환된 경우는 현재보다 약간 증가한 결과를 보였다.
지하수의 경우는, 지표수와 반대로 밭을 제외하고 현재보다 모두 증가하는 경향을 보였으며, 특히 초지와 활엽수 상태일 때 크게 증가하였으며, 침엽수일 경우는 건기보다 우기에 강우 차단 효과로 인해 그 차이가 큰 것으로 나타났다.
총 유출의 경우, 모두 현재보다 약간씩 증가하였으며, 밭으로 된 경우 가장 큰 증가를 보였다.
표2 및 그림7과 같이 10년간 모의된 평균치를 비교해본 결고}, 증발산은 침엽수>활엽수> 초지>밭, 지표수는 밭>초지>활엽수> 침엽수, 지하수는 활엽수>초지>침엽수> 밭, 총유출은 밭>초지>활엽수>침엽수의 순으로 유역물수지에 영향을 주는 것으로 나타났다.
표3과 그림 12에 나타난 바와 같이, 1990~1999년의 10년 평균 물수지를 비교해보면, 증발산은 침엽수 —활엽수>침엽수—초지>침엽수—밭의 순으로 영향을 미치고 있으며, 지표수는 밭> 초지>활엽수, 지하수는 활엽수 =초지>밭 총 유출은 밭> 초지>활엽수의 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.

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