• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.469-469
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• 2023

고랭지밭은 집중호우시 토사가 유실되고 고농도의 흙탕물이 하천으로 유입되면서 하류지역의 수질 악화로 사회적·환경적 문제를 초래하고 있다. 이에, 환경부는 비점오염원관리지역을 지정하고 비점오염저감시설을 보급하고 있으나, 저감 노력에도 불구하고 집중호우시 수질 악화는 지속적으로 나타나고 있다. 따라서 발생원 관리 노력이 더욱 많이 필요한 실정인데, 최근 강원도와 환경부에서는 토사유실에 취약한 고랭지밭의 지형적 조건을 개선하여 토양유실을 저감하는 고랭지밭 경사도 완화 사업을 추진하고 있다. 고랭지밭 경사도 완화는 급경사지 및 경사장의 경작지를 계단식으로 조성하여 비점유출을 최소화시키는 발생원 관리방안이다. 그러나, 고랭지밭 경사도 완화에 따른 정량화된 비점유출 저감효과 분석에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 홍천군 광원리와 창촌리에 조성된 경사도 완화 경작지를 대상으로 강우유출수 모니터링을 수행하였으며, 비점저감효과 정량화를 위해 인근의 경사지 밭에서도 강우유출수 모니터링을 수행하여 대조구로 분석하였다. 강우유출수 모니터링은 2020년 8월에 총 3회(광원리 2회, 창촌리 1회) 수행되었으며, 분석 결과 광원리의 경사도 완화 경작지 평균 수질농도는 탁도 124.4 NTU, SS 111.5 mg/L, TOC 4.6 mg/L로 나타났으며, 대조구의 평균 수질농도는 탁도 1,741.7 NTU, SS 673.3 mg/L, TOC 30.6 mg/L로 나타났다. 광원리의 경사도 완화 경작지는 대조구 대비 수질항목별 83.4 ~ 92.9%의 비점저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 창촌리의 경사도 완화 경작지의 평균 수질농도는 탁도 598.1 NTU, SS 414.5 mg/L, TOC 8.5 mg/L로 나타났으며, 대조구 평균 수질농도는 탁도3,487.3 NTU, SS 3,081.2 mg/L, TOC 40.3 mg/L로 나타났다. 창촌리의 경사도 완화 경작지는 대조구 대비 수질항목별 78.9 ~ 86.5%의 수질저감효과가 있는 것으로 나타났다. 경작지의 경사도 완화로 밭에서 발생하는 비점오염 발생을 SS는 최대 86.5%, TOC는 최대 84.9% 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 본 연구 결과는 단년간 모니터링을 통해 도출된 결과이므로 정량화된 비점오염저감효과 도출을 위해서 다양한 강우조건 등을 고려한 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단되며, 향후 연구에서는 2022년도에 인제군 북면 월학리 신규 조성된 경사도 완화 경작지를 대상으로 강우유출수 모니터링을 수행할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.399-399
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• 2015

밭에서의 비점오염은 경사에 따른 토양유실과 높은 비료 시용량으로 부하가 상대적으로 높아 이에 대한 관리의 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 연구에서는 4개의 강우 사상에 대하여 경사지 밭에서 유출되는 오염물질의 농도와 특성을 파악하여 밭에서의 비점오염 관리의 기초 자료로 제공하고자 한다. 본 연구의 조사 지구는 충청북도 청주시 상당구 미원면 옥화리에 위치한 경사지 밭으로 면적은 0.77 ha이며, 중앙에 위치한 배수로 말단에 삼각위어를 설치하여 4개의 강우사상에 대해 모니터링을 수행하였다. 연구결과 강우사상의 강우량은 17.0~33.6 mm의 범위로 나타났으며, 평균 강우강도는 1.0~4.8 mm/h로 나타났다. 유출률은 3.1~26.8 %로 나타났는데, 선행강우가 높은 강우사상에서 가장 높은 값을 보였다. 오염물질 유량가중평균농도(Event Mean Concentration; EMC)는 TN 5.6~13.1 mg/L(평균 10.8 mg/L), $NO_3-N$ 4.1~12.9 mg/L(평균 9.3 mg/L), TP 0.46~1.34 mg/L(평균 0.8 mg/L), $PO_4-P$ 0.3~0.8 mg/L(평균 0.5 mg/L), SS 1,099~6,547 mg/L(평균 3,438 mg/L) 및 COD 27.1~38.6 mg/L(평균 33.1 mg/L)의 범위를 보였다. TN과 TP의 유량가중평균농도 평균값은 강우시 농촌유역 유출수의 유량가중평균농도인 3.1, 0.3 mg/L보다 높게 나타나 밭으로부터의 유출수가 유역 유출수의 농도를 높이는 것으로 판단된다. 또한 TN 농도는 시비의 영향을 받고, TP 농도는 강우강도와 작물 부분 토양 피복도의 영향을 받는 것으로 나타났다. SS 농도는 평균 강우강도에 비례하는 것으로 나타났다. 강우에 따른 오염물질 농도변화를 보면 TN의 농도는 강우 초기에 높게 나타났으며, 유량이 증가함에 따라 감소하고, 유량이 감소하면서 다시 증가하는 경향을 보였다. TP, SS 및 COD의 농도는 유량이 증가함에 따라 증가하고, 유량이 감소하면서 다시 감소하는 경향을 보였다. 또한, SS의 경우 최대농도가 첨두유량 앞에서 나타나는 초기 세척현상(First flush)을 보였다. 향후 보다 많은 강우사상을 대상으로 밭 유출수의 농도 및 오염부하에 대한 추가적인 모니터링을 통해 오염물질의 유출특성을 파악해야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1036-1040
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• 2008

수질 개선을 위한 많은 노력과 투자를 하고 있다. 하지만 농경지의 부적절한 관리로 인한 토양유실로 발생하는 오염은 여전히 큰 비중을 차지하고 있다. 특히 강원도는 산이 많아 농경지의 대부분이 경사지에 위치하고 있다. 경사진 농경지는 그 특성상 토양유실이 일어나기 쉬운 조건에 있다. 경사지의 토양 유실은 지력을 저하시킨다. 또한 토양과 함께 유실되는 유기물 및 양분은 농경지의 손실이며 주변 수역으로 유입되어 수질 오염의 원인이 된다. 이런 토양 유실은 직접유출량과 큰 연관이 있다. 본 연구에서는 강우강도, 경사도, 피복도를 동일하게 조정할 수 있는 실내 인공강우 시험기를 사용하여 직접유출율을 산출하였다. 피복재료는 볏짚거적을 사용하였다. 강우강도는 30 mm/h와 60 mm/h 그리고 경사도는 10 %와 20 %를 사용하였다. 볏짚거적 피복처리는 0 kg/ha (나지), 3,000 kg/ha (볏짚 1겹), 6,000 kg/ha (볏짚 2겹), 10,000 kg/ha (볏짚 3겹) 이었다. 강우강도 30 mm/h, 경사도 10 % 인 시험포는 볏짚 1겹으로만 피복하여도 직접유출율이 0.77 %로 유출이 거의 발생하지 않았다. 강우강도 30 mm/h, 경사도 20 % 인 시험포의 직접유출율은 피복이 볏짚 1겹인 경우 16.9 %, 볏짚 2겹인 경우는 0 %로 매우 낮았다. 강우강도 60 mm/h, 경사도 10 % 인 시험포는 피복이 볏짚 2겹인 경우 3.4 % 로 매우 낮았다. 강우강도 60 mm/h, 경사도 20 % 인 시험포는 피복이 볏짚3겹인 경우 16.58 % 로 나타났으며, 볏짚 피복을 4겹 이상으로 할 경우 더 큰 저감 효과를 가져 올 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 결과로 경사진 농경지의 직접유출량을 저감시켜 토양유실과 탁수를 줄이기 위한 방법으로 볏짚 피복을 선택하면 효과적인 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.336-336
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• 2011

본 연구에서는 강우시 경사지 밭에서 발생하는 토양유실량을 저감하기 위하여 지표피복재의 유무와 강우강도를 달리하여 실외인공강우 실험을 통하여 평가하였다. 인공강우 실험은 경사도 28%와 각 시험포는 $5\times30m$의 크기로 strawmat+PAM+sawdust, control(bare), strawmat+PAM, strawmat+PAM+rice husks를 4개 조성하고, 각 시험포는 하단부에 강우유출수를 채취할 수 있는 설비(flume)를 설치하였다. 대조구 실험을 위하여 각 시험포에서 발생하는 직접유출량과 유사량을 비교 분석하였다. 시험포의 토양은 양질사토로 일반 고랭지 밭의 흙과 동일한 성질을 가지고 있는 토양을 사용하였고, 지표 피복처리는 straw mat, saw dust, rice husk 그리고 PAM 등 4개의 재료를 사용하였다. 인공강우 실험은 1차 10월 18일, 2차 10월 24일, 3차 10월 30일, 4차 11월 7일로 총 21일간 각각 약 1주일의 간격을 두고 실시하였으며 인공강우 시험기의 강우강도는 각 31.1 ~ 44.4 mm/hr로 모의하였다. 연구결과 시험포에서 발생한 유출량은 지표피복을 하지 않은 대조구 시험포보다 지표를 피복한 시험포에서 약 15.7 ~ 19%의 감소한 것으로 나타났다. 유사량은 대조구 시험포보다 약 93.1 ~ 99.3% 감소한 것으로 나타났으며, 유출량과 유사량은 straw mat+PAM+sawdust와 straw mat+PAM+rice husk를 적용한 시험포에서 저감효과가 큰 것으로 나타났다. 이와 같이 지표피복처리는 강우가 발생하였을 때 강우타격력의 감소와 유출수의 유속감소 그리고 침투능을 증가하는 역할을 하여 경사지, 농경지 및 공사현장에서 토양 유실을 저감하며, 하천이나 강으로 유입되는 탁수량의 저감에 큰 효과가 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.242-242
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• 2020

도시화와 산업화에 따른 유출환경의 변화로 인해 도심지에서 발생하는 대부분의 유출은 도로표면을 따라 이동하고 도로변에 설치된 빗물받이에 의해 배수된다. 이 때 빗물이 원활하게 배수되지 않아 노면수가 정체되고, 이 노면수가 인근 주택지로 유입되어 침수 피해가 발생한다. 이러한 현상은 유출량이 집중되는 도심지 저지대에서 주로 발생하며 설계 한도를 초과하지 않는 정상적인 강우 조건에서도 빈번히 나타나고 있다. 이는 최근의 기후 변화로 인한 집중 호우 등을 고려하여 설계 기준이 지속적으로 조정되어야 함과 동시에 도로 노면수의 배수 능력 평가를 위한 실제적인 연구가 이루어져야 한다는 필요성을 나타내고 있다. 특히 도로 빗물받이의 효율은 주로 종경사 및 횡경사 등의 도로 조건, 표면 유출 우수량, 빗물받이의 형상 등에 의존한다. 그러므로 상향된 설계빈도 및 도로 조건을 고려한 도로 표면 유출에 대한 흐름 분석과 빗물받이 특성을 고려한 실증연구의 분석 및 설계 해석 알고리즘의 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 도로 노면수의 배수 능력 증대를 위해 연속 설치된 빗물받이 조건 및 도로 경사조건을 고려하여 도로 배수시설의 표면 유출 모델 설계 알고리즘을 개발하였다. 표면 유출 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(종경사 2~10% 및 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)를 고려하였으며 유량이 노면 진행방향을 따라 연속적으로 증가하는 부등류 흐름 해석 방법을 채택하였다. 또한, 빗물받이 설치간격(L)과 도로의 폭(W)의 곱으로 계산되는 단순 직사각형 형태의 노면 형상이 아닌 도로 종경사 및 횡경사에 따른 유달거리를 산정하여 평행사변형 형태의 노면 형상을 계산하고 이에 따른 면적(A), 도달시간(tc) 및 강우강도(I)를 산정하였다. 이와 같은 1차원 흐름분석을 통해 도로 표면흐름 및 빗물받이 설치 간격을 제시하고 기존의 제시된 빗물받이 설치 간격과 비교하여 본 연구에서 제시한 설계 알고리즘을 검증하였다. 또한, 수리 실험을 통해 측정된 빗물받이 차집효율을 이용하여 연속 구간에서의 도로 표면 유출 모델의 적용성을 제시하였다. 이는 빗물받이 유입구를 통해 모든 유량이 유출된다고 가정하고 단독 구간에서의 수리분석 결과만을 고려하여 이를 확장시켜 개발된 기존의 도로 표면 유출 모델을 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서 제시하고 있는 설계 알고리즘을 적용한다면 도로 전체 구간에서의 흐름 변화 분석과 배수효율의 정량적인 분석이 가능하므로 향후 도로 표면 침수 피해 저감 및 배수능력 증대를 위한 실증적이고 정량적인 분석 방법이 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.114-114
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• 2019

최근 들어 집중호우 및 토지이용 변화로 인한 고탁수 문제가 빈번히 발생하고 있다. 이러한 탁수 및 수질오염 문제를 해결하기 위해 환경부는 비점오염원 관리지역을 선정하였으며, Best Management Pratices(BMPs), Low Impact Development(LID) 등 다양한 저감 대책을 시행하고 있다. 비점오염원의 발생원인과 발생위치를 정확하게 증명할 수 없으므로 유역 내 수문 및 수질을 모의할 수 있는 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모델이 다양한 비점오염원 연구에 널리 활용되고 있다. 그러나 SWAT 모델은 Hydrologic Response Unit(HRU)의 경사도와 경사장을 산정할 때 소유역 내 평균 경사도를 이용하여 토양유실량 및 유출특성을 모의에 필요한 매개변수들을 산정한다는 한계점이 있다. 본 연구에서는 이러한 SWAT 모형의 단점을 보완하기 위하여 실제 경작지를 기준으로 HRU를 생성하고, 실측 경사도와 경사장을 적용하기 위한 기술을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 기술을 고탁수로 인해 비점오염원 관리지역으로 지정된 도암호 유역에 적용하여 실측 경사도와 경사장을 적용하여 모의한 유출량과 기존의 SWAT 모델을 통해 모의한 유출량을 비교 분석하였다. 기존 모델의 결과와 본 연구에서 개발한 기술을 적용하여 모의한 결과를 비교하였을 때 수문 컴포넌트 중 중간유출과 기저유출에 있어서 차이가 발생한 것을 알 수 있었다. 또한 본 연구에서 개발된 기술을 적용함으로써 도암호 유역에서 비교적 정확한 토양유실과 Suspended Solids(SS) 모의 결과를 나타냈다. 하지만 본 연구는 도암호 유역만을 대상으로 수행되었기 때문에 다른 비점오염 관리지역에 확대 적용하여 본 연구의 결과를 재검토할 필요가 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.5
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• pp.559-568
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• 2013

Surface compaction significantly impacts runoff and soil erosion under rainfall since it leads to changes of soil physical characteristics such as increase of bulk density and shear stress, change of microporosity, and decrease of hydraulic conductivity. This study addressed surface compaction effects on runoff and soil loss from bare and disturbed soils that are commonly distributed on construction sites. Thirty-six rainfall simulations from three replicates of each involving rainfall intensities (68.5 mm/hr, 95.6 mm/hr) and plot gradients ($5^{\circ}$, $12.5^{\circ}$, $20^{\circ}$) were conducted to measure runoff and soil loss for two different soil surface treatments (compacted surface, non-compacted surface). Compacted surface increased significantly soil bulk density and soil strength. However, the effect of surface treatments on runoff changed with rainfall intensity and plot gradient. Rainfall intensity and plot gradient had a positive effect on mean soil loss. In addition, the effect of surface treatments on soil loss responded differently with rainfall intensity and plot gradient. Compacted surfaces increased soil loss at gentle slope ($5^{\circ}$) while they decreased soil loss at steep slope ($20^{\circ}$). These results indicate that there exists transitional slope range ($10{\sim}15^{\circ}$) between gentle and steep slope by surface compaction effects on soil loss under disturbed bare soils and simulated rainfalls.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.33-37
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• 2010

본 연구는 암거흐름 8형식 중 Class-II군 즉, 암거 유입부가 잠수된 조건하에서 저류지 방류암거의 흐름 특성을 분석한 것으로서 유입부 수위가 저류지의 제방고를 넘지 않는 범위에서 저류지 방류암거 설계인자들의 관계를 분석하여 설계범위를 결정해 본 결과 암거의 직경과 유출부 초기수위의 변동은 유입부 수위의 변동에 큰 영향을 주었으며, 상대적으로 암거의 경사와 연장은 그 영향이 미미하였다. 또한 암거 흐름분류가 Class-II군 Type-2에 속하는 경우에는 암거 직경이 일정하여도 유입부의 수위가 변동되지 않으면서 적정 유출량을 방류시킬 수 있었으며, 암거 흐름분류가 Class-II군Type-3에 속하는 경우에는 유출부 수위변화에 따라 암거직경변화가 크게 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.255-259
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• 2005

본 연구는 1981-1991년 농업과학기술원 라이시미터에서 수집한 결과를 이용하여 집중강우시 경사지 밭토양의 물유출 특성을 구명하였다. $7\~9$월 집중강우시 토양 침투수나 지표 유거수는 농업지역에서 환경으로 물질이 이동하는 주요 경로이며 특히 경사지 밭토양에서 지표 유거수는 토양유실의 주원인 중 하나이기 때문에 이에 대한 이해는 매우 중요하다. 이를 위해 강우량, 지표 유거수량, 지하 침투수량 측정 자료 중 호우주의보가 발령되는 일강우량 80mm이상일 때를 대상으로 하여 토성과 경사도에 따른 강우량과 유거수, 침투수의 관계를 분석하였다. 강우량이 적을 때 강우에 대한 침투수와 유거수의 비율은 강우시 표토의 토양수분함량에 많은 영향을 받는다. 이는 표토의 토양수분함량에 따라 유출 또는 침투 발생 유효강우량이 결정되기 때문이다. 강우량이 적을 때의 유거수량과 침투수량을 판단하기 위해 범용토양유실예측공식(Universal soil loss equation, USLE)에서는 0.5 inch 즉, 12.5 mm 이상의 강우를 유출에 대한 유효강우로 가정하고 있으며 많은 모형에서 토양의 침투속도, 포장용수량, 강우시점의 토양수분함량의 함수로 유출 또는 침투 유효강우량을 산정하고 있다. 그러나 강우량이 클 때는 강우에 대한 침투수와 유거수에 비율에 토양수분함량이 미치는 영향이 비교적 적기 때문에 토양의 수분함량에 대한 고려없이 강우와 침투수, 유거수에 대한 관계를 평가하는 것이 가능하였다. 경사도 $10\%$, 경사장 15m, 피복작물 콩인 양토를 기준으로 할 때 강우량과 침투수의 관계는 $I_{10}(mm)=0.44R(mm)+5.8(r^2=0.55)$이었다. y절이 발생한 이유는 이전 강우에 의해 침투되고 있는 물이 있음을 함축하며 기울기 0.40은 강우의 $40\%$가 지하로 침투하였음을 의미한다. 침투수량은 토성별로 양토를 1.0으로 기준할 때 사양토가 1.12로 가장 컸고, 식양토 0.94, 식토 0.91로 평가되었다. 이는 토성간의 침투속도 및 투수속도의 경향이 반영된 것이다. 경사에 따라서는 경사도가 증가할수록 지수적으로 감소하였으며 $10\% 경사일 때를 기준으로 $I(mm)=I_{10}{\times}1.17{\times}e^{-0.0164s(\%)}$로 나타났다. 같은 조건에서 강우량과 유거수의 관계는 $Ro_{10}(mm)=5.32e^{0.11R(mm)}(r^2=0.69)$로 나타났다. 이는 토양의 투수특성에 따라 강우량 증가에 비례하여 점증하는 침투수와 구분되는 현상이었다. 경사와 토양이 같은 조건에서 나지의 경우 역시 $Ro_{B10}(mm)=20.3e^{0.08R(mm)(r^2=0.84)$로 지수적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 유거수량은 토성별로 양토를 1.0으로 기준할 때 사양토가 0.86으로 가장 작았고, 식양토 1.09, 식토 1.15로 평가되어 침투수에 비해 토성별 차이가 크게 나타났다. 이는 토성이 세립질일 수록 유거수의 저항이 작기 때문으로 생각된다. 경사에 따라서는 경사도가 증가할수록 증가하였으며 $10\% 경사일 때를 기준으로 $Ro(mm)=Ro_{10}{\times}0.797{\times}e^{-0.021s(\%)}$로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.137-137
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• 2017

우리나라는 산지가 64%를 차지하고 있기 때문에 토양침식 위험성이 큰 급경사지가 많다. 산지사면 토양은 대부분 사질토와 사양토로 이루어졌다. 급경사면에서의 토양침식이 많이 발생함에도 이에 대한 연구결과는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 사양토로 구성된 나지사면에 대한 토양침식 특성을 파악하고자 강우모의 실험을 수행하였다. 강우모의 실험의 강우강도는 전국의 확률강우분포 3~200년 빈도의 30분 강우강도인 60mm/hr~130mm/hr의 범위였다. 사면경사는 급경사지 범위을 대표하는 $24^{\circ}$와 $28^{\circ}$에서 실험을 하였다. 실험은 발생하는 지표유출과 지표하유출를 수집하여 측정하였으며, 지표표면에 잉크를 뿌린 다음 실험을 동영상 촬영하여 속도를 측정하였다. 지표유출량을 건조로에 넣고 건조시켜 토양침식량을 측정하였다. 그리고 강우운동에너지는 광학디스트로메터(Pasivel)을 이용하여 측정하였다. 강우운동에너지를 측정한 결과 $800J/m^2{\sim}1700J/m^2$ 범위였다. 강우강도가 클수록 지표유출량과 토사유출량은 증가하였다. 경사가 증가함에 따라 지표유출량은 큰 변화가 없으나, 토양침식량은 크게 증가하였다. 지표하유출량은 강우강도와 경사가 증가하여도 큰 변화가 없었으며, 강우 발생이 멈추면 즉시 감소하였다. 사양토의 점토성분이 강우의 침투를 저해하고, 모래보다 많은 양의 물을 함유하는 있는 것으로 파악 되었다. 그러나 사질토보다 토양입자가 작은 사양토에서 상대적으로 많은 토양침식이 발생하였다. 강우에너지가 증가하면 유사농도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 강우에너지가 증가함에 따라 지표유출량의 증가율에 비해 토양침식량의 증가율이 작기 때문인 것으로 판단된다.