Soil Loss and Pollutant Load Estimation in Sacheon River Watershed using a Geographic Information System

GIS를 이용한 동해안 하천유역의 토양유실량과 오염부하량 평가 -사천천을 중심으로-

Through the integration of USLE and GIS, the methodology to estimate the soil loss was developed, and applicated to the Sacheon river in Gangrung. Using GIS, spatial analysis such as watershed boundary determination, flow routing. slope steepness calculation was done. Spatial information from the GIS application was given for each grid. With soil and land use map, information about soil classification and land use was given for each grid too. Based upon these data, thematic maps about the factors of USLE were made. We estimated the soil loss by overlaying the thematic maps. In this manner, we can assess the degree of soil loss for each grid using GIS. Annual average soil loss of Sacheon river watershed is 1.36 ton/ha/yr. Soil loss in forest, dry field, and paddy field is 0.15 ton/ha/yr, 27.04 ton/ha/yr, 0.78 ton/ha/yr respectively. The area of dry field, which is 4% of total area, is $2.4km^2$. But total soil loss of dry field is 6561 ton/yr, and it occupies 84.9 % of total soil loss eroded in Sacheon river watershed. Comparing with the 11.2 ton/ha/yr of an average soil loss tolerance for cropland, provision for the soil loss in dry field is necessary. Run-off and water quality of Sacheon river were measured two times in flood season: from July 24, 1998 to July 28 and from September 29 to October 1. As the run-off of the river increased, SS, TN, TP concentrations and pollutant loadings increased. SS, TN, TP loads of Sacheon river discharged during the 2 heavy rains were 21%, 39%, and 19% of the total pollutant loadings generated in the Sacheon river watershed for one year. We can see that much pollutants are discharged in short period of flood season.

GIS와 USLE를 접목해서 토양유실량을 산정하는 방법론을 개발하여 동해안의 소규모 하천인 강릉 사천천에 적용하였다. GIS를 이용해서 유역의 수계도를 작성하고, 유로추적, 유역면적의 결정 등의 공간분석을 효과적으로 수행할 수 있었다. 토양도와 토지이용도를 이용해서 유역내 토양과 토지이용정보를 일정한 크기의 그리드별로 입력하였고, 공간분석 결과도 그리드별로 저장하였다. 이들 정보에 기초하여 USLE의 각종 인자에 대한 주제도를 생성하였고, 각각의 주제도를 중첩하여 토양유실량을 산출하였다. 이와 같이 GIS를 활용함으로서 지역별로 토지이용 형태별로 토양유실량의 정도를 효과적으로 평가할 수 있었다. 사천천 유역 전체의 평균 토양유실량은 약 1.36ton/ha/yr로 나타났으며, 임야지에서는 0.15ton/ha/yr, 밭에서는 27.04ton/ha/yr, 논에서는 0.78ton/ha/yr로 산출되었다. 밭은 전체유역면적의 약 4.4%인 $2.4km^2$를 차지하는데 밭에서의 총토양유실량은 약 6561ton/yr로 전체 유실량의 84.9%를 차지하고 있어서 면적에 비해 토양유실량이 많다. 산림지역의 토양침식량은 적은 편에 속하나, 밭에서는 경작지에 대한 토양유실 허용치 11.2ton/ha/yr와 비교하면 밭에서의 토양침식에 대한 대비가 필요함을 알 수 있다. 사천천 하류부에서 98년 7월 24일~28일, 98년 9월 29일~10월 1일 2회의 집중호우시에 유출량과 수질을 실측 조사한 결과, 유출량이 증가함에 따라 SS, TN, TP의 오염물질 농도가 높아지고, 유출오염부하량도 증가하는 경향을 보였다. 따라서 토양유실이 많은 홍수기에 인과 질소의 영양물질의 유출량이 큰 것으로 나타났다. 사천천 유역에서 년간 발생되는 오염부하량 중에서 SS는 21%, TN은 39%, TP는 약 19%가 본 연구에서 조사한 2회의 강우동안에 유출되었다. 따라서 우리 나라의 하천에서는 여름의 홍수기에 단기간에 많은 양의 오염물질이 집중적으로 유출되는 것을 알 수 있다.