Evaluation of Water Quality Impacts of Forest Fragmentation at Doam-Dam Watershed using GIS-based Modeling System

GIS 기반의 모형을 이용한 도암댐 유역의 산림 파편화에 따른 수(水)환경 영향 평가

The water quality impacts of forest fragmentation at the Doam-dam watershed were evaluated in this study. For this ends, the watershed scale model, Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was utilized. To exclude the effects of different magnitude and patterns in weather, the same weather data of 1985 was used because of significant differences in precipitation in year 1985 and 2000. The water quality impacts of forest fragmentation were analyzed temporarily and spatially because of its nature. The flow rates for Winter and Spring has increased with forest fragmentations by $8,366m^3/month$ and $72,763m^3/month$ in the S1 subwatershed, experiencing the most forest fragmentation within the Doam-dam watershed. For Summer and Fall, the flow rate has increased by $149,901m^3/month$ and $107,109m^3/month$, respectively. It is believed that increased flow rates contributed significant amounts of soil erosion and diffused nonpoint source pollutants into the receiving water bodies. With the forest fragmentation in the S1 watershed, the average sediment concentration values for Winter and Spring increased by 5.448mg/L and 13.354mg/L, respectively. It is believed that the agricultural area, which were forest before the forest fragmentation, are responsible for increased soil erosion and sediment yield during the spring thaw and snow melts. For Spring and Fall, the sediment concentration values increased by 20.680mg/L and 24.680mg/L, respectively. Compared with Winter and Spring, the increased precipitation during Summer and Fall contributed more soil erosion and increased sediment concentration value in the stream. Based on the results obtained from the analysis performed in this study, the stream flow and sediment concentration values has increased with forest fragmentation within the S1 subwatershed. These increased flow and soil erosion could contribute the eutrophication in the receiving water bodies. This results show that natural functionalities of the forest, such as flood control, soil erosion protection, and water quality improvement, can be easily lost with on-going forest fragmentation within the watershed. Thus, the minimize the negative impacts of forest fragmentation, comprehensive land use planning at watershed scale needs to be developed and implemented based on the results obtained in this research.

본 연구에서는 도암댐 유역에서의 산림파편화에 따른 수(水)환경 영향을 평가하였다. 이를 위해서 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 이용하였다. 도암댐 유역에서 산림파편화에 따른 수환경 영향만을 평가하기 위해서는 먼저 기상변화에 따른 영향을 배제시켜야 한다. 1985년과 2000년 강수량 분석결과 계절별 강수량에 상당히 많은 차이가 나타나, 본 연구에서는 1985년 기상자료를 이용하여 산림파편화에 따른 수환경 영향을 평가하였다. 산림 파편화에 따른 영향은 시간적 공간적으로 변화하기 때문에 본 연구에서는 수환경의 시 공간적 영향을 분석하였다. 도암댐 수계중 산림파편화가 가장 많이 발생한 소유역에서는 산림파편화로 인하여 유출량이 겨울철, 봄철, 여름철, 가을철 각각 $8,366m^3/month$, $72,763m^3/month$, $149,901m^3/month$, 그리고 $107,109m^3/month$ 증가하였다. 이렇게 증가된 유출량으로 인하여 상당한 양의 토양유실이 발생하여 하천의 부영양화 등을 초래한 것으로 판단된다. 이러한 토양유실로 인하여 가장 많은 산림파편화가 일어난 소유역에서 겨울철, 봄철, 여름철, 그리고 가을철, 유사농도가 각각 5.448mg/L, 13.354mg/L, 20.680mg/L, 그리고 24.680mg/L 증가하였다. 봄철 유사농도가 많이 증가한 이유는 산림지역과는 달리 농경지에서의 봄철 융설로 인한 토양유실이 많이 발생하였기 때문이다. 여름철과 가을철 유사농도가 증가한 이유 또한 과거 산림지역이었던 곳이 산림파편화로 인하여 상당부분 농경지로 전환되었으며, 이 지역에서의 영농에 따른 토양유실 증가로 유사농도가 증가한 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 종합해 보면 홍수조절, 토양유실 저감, 수질 개선과 같은 산림 고유의 기능은 유역내 산림파편화로 인하여 매우 빨리 손실될 수 있다. 따라서 도암댐 유역 내에서 산림 파편화에 따른 부정적 영향을 최소화시키기 위해서는 복합적인 토지이용계획을 수립하여 이행되어야 한다.