An Improvement on Estimation of Runoff Factor Equation for Mountain Area in MUSLE

Williams developed the Modified Universal Soil Loss Equation(MUSLE) by replacing the rainfall energy factor in USLE with runoff energy factor, which was expressed in the function of total runoff volume Q and peak discharge $Q_p$ with the form of ${\alpha}(Q{\cdot}Q_p)^{\beta}$. The coefficients ${\alpha}$ and ${\beta}$ were derived from individual rainfall data of 47 basins and largely depended on the hydrological characteristics of the basins. Therefore, it may occur the inappropriate results when the runoff factor recommended in MUSLE are applied to the basins in Korea without a validation. The purpose of this study is to present the runoff model and the coefficients of the runoff factor which are suitable for mountainous basins in Korea. We used 32 rainfall runoff and sediment yields data measured from 3 small mountainous basins in Korea. In order to achieve our purposes, the total runoff and peak discharge by SCS, Nakayasu, and Clark model were compared with measured data. And the correlation analysis between calculated and measured runoff factor was performed. The results showed that the suitable model for small mountainous basins was Nakayasu model and the range of coefficients ${\alpha}$ and ${\beta}$ was 0.61~6.87 and 0.98~1.02 respectively. And the equation of $5.33(Q{\cdot}Q_p)^{0.91}$ was suggested as the runoff factor in application of MUSLE to small mountainous basins in Korea. For the purpose of the verification, the runoff factor suggested in this study was applied to another basins to estimate sediment yields, and the results showed that the application of the newly suggested runoff factor was more reasonable than that of the runoff factor suggested by Williams(1975).

산지 소유역에 적합한 MUSLE 유출인자 산정식 개선

MUSLE는 단일 호우사상에 대한 토사유출량을 산정하기 위해 미국 47개 유역의 관측 데이터를 기반으로 Williams(1975)에 의해 개발된 식이다. MUSLE의 여러 인자 중 유출인자는 ${\alpha}(Q{\cdot}Q_p)^{\beta}$로 표현되며, 계수 ${\alpha}$, ${\beta}$는 유역의 특성에 따라 많은 차이를 보인다. 따라서, 미국의 관측 데이터로부터 유도된 MUSLE의 유출인자를 국내에 그대로 적용하는 경우 적절한 결과를 기대하기 어렵다. 본 연구에서는 3개의 국내 산지 소유역에서 관측된 32개의 강우유출 및 토사유출 관측자료를 활용하여 우리나라 실정에 맞는 MUSLE의 유출인자 산정 방법을 제시하고자 한다. Q와 $Q_p$의 적정 산정방법 제안을 위해 SCS, Nakayasu, Clark 유출모형에 의한 강우유출량을 관측값과 비교하였고, 우리나라 산지특성에 맞는 유출인자의 계수 ${\alpha}$, ${\beta}$ 값을 유도하기 위하여 계산된 유출인자와 관측된 자료로부터 유도된 유출인자의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 산지 소유역에서 Q와 $Q_p$ 산정에 가장 적절한 강우유출 모형은 Nakayasu 모형으로 나타났고, 유출인자 ${\alpha}$는 유역별로 0.61~6.87 범위의 값, ${\beta}$는 0.98~1.02 범위의 값을 갖는 것으로 산정되었으며, 우리나라 산지유역에 적절한 유출인자 산정식 $5.33(Q{\cdot}Q_p)^{0.91}$을 제안하였다. 제안된 유출인자 산정방법을 다른 소유역에 적용하여 관측값과 비교한 결과, MUSLE에서 제시한 값보다 ${\alpha}$는 작게, ${\beta}$는 크게 산정되었고, 상관계수 0.948, 효율성 계수 0.325로 나타나 본 연구에서 제안한 유출인자 산정방법이 MUSLE에서 제시한 식을 적용하는 것보다 양호한 결과를 보여주는 것으로 나타났다.