[논문]실외인공강우에 의한 경사밭의 토양 유실량 모의

신현준; 원철희; 김태유; 최으뜸; 최중대

실외인공강우에 의한 경사밭의 토양 유실량 모의
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신현준 (강원대학교) , 원철희 (강원대학교 환경연구소) , 김태유 (강원대학교) , 최으뜸 (강원대학교) , 최중대 (강원대학교)

호우기간 동안 내리는 빗방울의 타격에 의해 흙 입자는 침출수와 함께 이동하여 지표 아래 공극을 막는다. 다져진 지표면은 유출과 토양 유실의 원인이 된다. 발생원으로부터 유실되는 토양을 Polyacrylamide(PAM)과 지표피복재를 이용하여 저감하는 연구를 하였다. PAM은 토양 입자의 결합력을 강화시키고 이탈을 방지하여 토양 유실을 감소시키는데 효과적이다. 이 연구의 목적은 PAM을 덧붙인 볏짚거적, 볏짚거적+톱밥, 볏짚거적+왕겨 등을 이용하여 인공강우 동안 토양 유실을 저감하는 효과를 조사하는 것이다. 실험은 1시간 동안 강우를 모의했으며, 실험 도중에 6~7회 수질 샘플을 채취하였다. 초기유출시간은 총 4차 실험중에 2차를 제외한 나머지에서 볏짚거적+왕겨+PAM이 가장 느리게 유출되었다. SS와 탁도 항목에서 1차 실험을 제외한 나머지 실험에서 볏짚거적+톱밥+PAM이 효과적이었다. 단순히 PAM을 사용하는 것보다 잔여물(residue)을 같이 혼합한 피복재료가 토양 유실과 유출을 저감하는데 더욱 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 향후 농촌지역에 토양 유실저감에 필요한 자료로 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

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문제 정의

연구는 볏짚+PAM, 볏짚+톱밥+PAM. 볏짚+왕겨+PAM, 나지의 4개 시험포를 대상으로 인공강우를 통해 유출수 및 유사량의 저감을 비교하기 위해 실행하였다. 강우량의 측정을 위해 간이 강우량계를 시험포 상단부터 하단까지 균등하게 좌, 우로 한 시험포 당 6개씩 설치하였다.
토양유실에 효과적인 두 가지 방법을 혼용한 실험은 아직 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 연구는 더욱 효과적인 최적관리방법(BMP)을 제안하기 위해 지표피복재인 볏짚거적과 잔여물(residue) 그리고 PAM을 이용하여 토양유실 및 유출수 저감 효과를 알아보았다.

제안 방법

볏짚+왕겨+PAM, 나지의 4개 시험포를 대상으로 인공강우를 통해 유출수 및 유사량의 저감을 비교하기 위해 실행하였다. 강우량의 측정을 위해 간이 강우량계를 시험포 상단부터 하단까지 균등하게 좌, 우로 한 시험포 당 6개씩 설치하였다. 실험은 1시간 동안 진행하였고 1~2주 간격으로 총 4차례 실시하였다.
본 연구는 경사지 밭에서 지표피복 유무와 소재에 따라 강우 시 발생되는 유출량, 유사량을 비교 분석하였다. 연구 결과 지표를 피복할 경우 빗물의 토양 침투가 증가 하였으며, 유출수 발생시 유속을 줄여 토양 유실을 방지하는 효과를 보였다.
수질시료는 최초 유출이 발생한 시간부터 임의 채수하였다. 실외인공강우를 1시간 실행한 후 유출종료시간과 유출된 토사량을 측정하였다. SS농도는 환경부 제정 수질공정시험법에 의해 분석하였고, 탁도는 2100P Turbidmeter(HACH, USA)를 이용하여 측정하였다.
강우량의 측정을 위해 간이 강우량계를 시험포 상단부터 하단까지 균등하게 좌, 우로 한 시험포 당 6개씩 설치하였다. 실험은 1시간 동안 진행하였고 1~2주 간격으로 총 4차례 실시하였다. 유출량은 최초 유출이 시작할 때부터 2분 간격으로 실험 종료시 까지 일정 시간 유출수를 받아 측정하였다.
실험은 1시간 동안 진행하였고 1~2주 간격으로 총 4차례 실시하였다. 유출량은 최초 유출이 시작할 때부터 2분 간격으로 실험 종료시 까지 일정 시간 유출수를 받아 측정하였다. 수질시료는 최초 유출이 발생한 시간부터 임의 채수하였다.

대상 데이터

본 연구를 수행한 시험포는 강원도 춘천시 신북읍 천전리에 소재한 강원대학교 농장에 있는 경사지 밭으로 선정하였다. 시험포는 폭 5 m, 길이 30 m로 면적은 약 150 m 2의 크기로 4개를 조성하였다.
본 연구를 수행한 시험포는 강원도 춘천시 신북읍 천전리에 소재한 강원대학교 농장에 있는 경사지 밭으로 선정하였다. 시험포는 폭 5 m, 길이 30 m로 면적은 약 150 m 2의 크기로 4개를 조성하였다. Fig.

이론/모형

실외인공강우를 1시간 실행한 후 유출종료시간과 유출된 토사량을 측정하였다. SS농도는 환경부 제정 수질공정시험법에 의해 분석하였고, 탁도는 2100P Turbidmeter(HACH, USA)를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

1시간의 실험시간 동안 6∼7 차례에 걸쳐 채취한 수질시료의 SS 농도와 탁도는 유출이 시작된 중기에 높은 값을 보이다가 실험 종기에는 낮은 값으로 나타났다.
또한, 톱밥, 왕겨와 같은 잔여물을 혼합한 볏짚피복의 경우 일반 볏짚과 비교하였을 때 50배의 유사량 저감과 약 2∼3배의 유출량 감소가 나타났다. 따라서 잔여물을 혼합한 볏짚피복은 단순히 볏짚만을 피복한 경우에 비해 비용 대비 유사량 저감과 유출량 감소에 큰 효과를 보였고, 나아가 탁수 발생을 줄이는데 도움이 될 것으로 판단된다. 본 연구는 작은 시험포에서 이루어졌기 때문에 실제 영농과는 차이를 보일 수 있으며, 차후 현장에 적용하여 실험할 계획이다.
또한, 톱밥, 왕겨와 같은 잔여물을 혼합한 볏짚피복의 경우 일반 볏짚과 비교하였을 때 50배의 유사량 저감과 약 2∼3배의 유출량 감소가 나타났다.
본 연구는 경사지 밭에서 지표피복 유무와 소재에 따라 강우 시 발생되는 유출량, 유사량을 비교 분석하였다. 연구 결과 지표를 피복할 경우 빗물의 토양 침투가 증가 하였으며, 유출수 발생시 유속을 줄여 토양 유실을 방지하는 효과를 보였다. 또한, 톱밥, 왕겨와 같은 잔여물을 혼합한 볏짚피복의 경우 일반 볏짚과 비교하였을 때 50배의 유사량 저감과 약 2∼3배의 유출량 감소가 나타났다.
본 연구는 작은 시험포에서 이루어졌기 때문에 실제 영농과는 차이를 보일 수 있으며, 차후 현장에 적용하여 실험할 계획이다. 연구 결과에 기초할 때 경사지 밭 및 고랭지 지역에서 지표를 피복하여 영농할 경우 강우시 토양유실과 유출을 저감할 수 있을 것으로 사료된다.
2는 1∼4차까지 유출량곡선을 나타낸 그래프이다. 유출이 시작되면서 나지와 볏짚+PAM의 시험포는 유출량이 급격한 증가를 보였고, 볏짚+톱밥+PAM, 볏짚+왕겨+PAM의 시험포는 서서히 증가하는 경향을 보였다. 특히, 초기유출시간은 2차 실험을 제외하고 모든 실험에서 볏짚+왕겨+PAM의 시험포가 가장 늦었다.

후속연구

따라서 잔여물을 혼합한 볏짚피복은 단순히 볏짚만을 피복한 경우에 비해 비용 대비 유사량 저감과 유출량 감소에 큰 효과를 보였고, 나아가 탁수 발생을 줄이는데 도움이 될 것으로 판단된다. 본 연구는 작은 시험포에서 이루어졌기 때문에 실제 영농과는 차이를 보일 수 있으며, 차후 현장에 적용하여 실험할 계획이다. 연구 결과에 기초할 때 경사지 밭 및 고랭지 지역에서 지표를 피복하여 영농할 경우 강우시 토양유실과 유출을 저감할 수 있을 것으로 사료된다.

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