• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.229-229
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• 2021

최근 이상기상으로 국지성 집중호우가 빈번하게 발생함에 따라 토사유출에 의해 피해가 증가하고 있다. 급경사 사면을 갖는 교란산지와 개발지의 경사면은 토양침식 위험에 노출되어 있다. 특히 지표유출수의 집중흐름에 의한 세류발달은 세류간침식에 비해 많은 토양침식과 토사유출을 발생시킨다. 이러한 급경사 사면에서의 세류발달에 대한 수리학적 메터니즘과 한계조건을 파악하고자 강우와 유입수 모의를 통한 토양침식 실험을 수행하였다. 강우와 유입수의 상호작용에 의한 세류발달의 특성과 토사유출량 증가를 파악하고자, 강우량의 증가와 유입수 유무에 따른 실험이 이루어졌다. 강우강도의 범위는 100~140mm/hr이고, 유입수는 170ml/s 이였다. 유입수량은 합리식으로 계산하였으며, 토양상자 상단에서 균등분사식으로 유입되었다. 세류발달의 수리학적 특성치를 취득하기 파악하기 위해, 염료주입 지표수 거동에 대한 동영상을 판독하였다. 세류발달은 유입수가 없는 경우 3분 이내 그리고 유입수가 있는 경우 30초 이내에 발생하였다. 토양상자내의 평균 유속범위는 7.83~29.27 cm/s 이였다. 실험에서 발달된 세류는 15분경과 후부터 평형상태를 유지하였다. 경사실험조건별로 세류 차수분석을 위해 각 세류의 최대길이, 폭, 넓이를 측정한 결과 세류의 차수는 강우만 있는 경우 1~2차로 발달하였으며, 유입수가 있을 때는 2~3차로 발달하였다. 지표유출이 증가하면서 세류발달의 개수는 줄었지만 규모는 더 크게 나타났다. 세류가 발달하는 시점의 한계유속은 10~20cm/s 범위인 것으로 파악되었다. 지표유출이 증가하면서 세류의 발달도 더 심화되지만, 동일한 강우에 일정시간동안 노출되면서 세류는 평형상태가 되어 더 이상 침식이 활발하게 진행되지는 않았다. 유입수가 있는 조건에서 수량은 약 2배가 증가하였지만, 토사유출량은 세류확장에 의해 약 4배가 증가하는 것으로 나타났다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.1
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• pp.21-32
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• 2023

Interrill erosion dominates in forest areas, and the erosion rate in surface-disturbed areas is significantly increased by the development and expansion of rill. In this study, soil erosion experiments using simulated rainfall and inflow were performed to understand the development and the micromorphological changes of rill on steep slopes. The characteristic factors of the micromorphology, such as the rill cross section, rill volume, rill density, rill order, and rill sharpness, were analyzed according to steepness and location (upper or lower) of slope. The head-cut of the simultaneous incised rills by rainfall simulation moved rapidly upslope, and the randomly developed rills expanded deeply and widely with their connection. The rill cross section evolved to downslope gradually increased. The rill volume occupied about 78 % of the sediment volume, confirming that the contribution of the sediment from the rill erosion is greater than that of the interrill erosion. Although the rate of increase in rill order slowed as the slope increased, the total length and density of the rill generally increased. As the slope increased from 15° to 20°, the bed incision of rills became larger than the sidewall expansion, and the rill sharpness increased by 1.6 times. The runoff coefficient on the lower slope decreased by 12.3 % than that on the upper slope. It was evaluated that the subsoil exposures and formation changes by the rill expansion increased the infiltration rate. Although the sediment accompanying the rills generally increased with slope increase, it was directly influenced by the hydraulic velocity of enhanced rill with the local convergence and expansion in the process of the rill evolution.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.194-194
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• 2023

세류침식은 급경사 나지사면에서 증가하는 지표흐름에 의해 빈번하게 발생하고, 과도한 토사유출로 인해 홍수 및 토사재해 위험 증가와 수질오염 등의 문제를 야기한다. 본 연구는 개발지역의 마사토를 활용하여 1.2 m × 5.5 m 규모의 3개 중규모 플롯에서 세류발달 특성, 유출 및 토사유출량을 파악하고자 강우와 유입수 모의실험을 수행하였다. 경사 조건 15°와 20°에서 유입수 유무에 따른 4회의 반복실험이 진행되었으며 마사토의 평균입경은 0.89 mm이다. 강우강도 범위는 90~140 mm/hr이며, 유입수 유량은 합리식으로 계산하였으며 100~130 ml/sec이다. 하천 차수분석방법인 Horton방법을 사용하여 세류별 차수를 나누었다. 세류절개는 유입수가 없는 경우 실험 시작 약 1분 후에 발생하였고, 최대 2차수까지 세류가 발달하였으며, 유입수가 있는 경우 약 30초 후 발생하였고, 최대 3차수까지 세류가 발달하였다. 세류발달에 대한 수리학적 특성을 파악하기 위하여 염료 추적방법에 의한 동영상 이미지 분석결과 유속은 0.06~0.43 m/s의 범위를 보였다. 유입수와 강우가 함께 공급되는 경우 강우모의 공급수량에 비해 1.32~1.69배 증가했고, 이에 따라 지표유출수는 1.13~3.93배로 증가폭의 범위가 넓었다. 세류발달에 의한 토사유출량은 유입수 유무에 따라 6.7~32.3배로 증가하였다. 결론적으로 강우와 유입수가 상호작용하는 경우 강우에 의한 박리현상보다 유입수에 의한 측벽붕괴 활동이 활발하게 진행되었고 이는 세류 발달 과정에서 지배적으로 이루어졌기 때문으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.8
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• pp.665-676
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• 2018

Interrill erosion on a hillslope results from the combined action of the detachment of soil particles by raindrop impact and the sediment transport of surface runoff. This study newly defined the rainfall power which detaches soil particles and the sheet-flow power contributed to sediment transport in terms of energy expenditure rate of soil erosion and presented the effective power equation for interrill erosion by rainfall-induced sheet flow. The rainfall and sheet-flow power was evaluated by factors related with rainfall, slope, and runoff and coefficients of the power equation were analyzed based on references. Futhermore it was confirmed that the relative scales between the rainfall power and the sheet-flow power according to rainfall intensity reflect on the hydrological response and physical process of interrill erosion. From application of the field data for surface runoff and soil erosion it was verified that the rainfall and sheet-flow power is an appropriate equation to estimate a interrill erosion.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.448-448
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• 2015

급경사면의 세류간 토양침식은 지표면과의 강우입자 충돌에 의한 튀김현상과 면상흐름에 의한 토사이송 능력의 상호작용에 의해 영향을 받는다. 강우운동에너지와 면상흐름이 세류간 토양침식 및 토사유출 발생에 있어서 상대적인 기여도에 대한 연구는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 미흡하다. 본 연구에서는 강우현상을 재현할 수 있는 강우모의 실험장비와 사면 토양침식 실험을 위한 소규모 토양플롯을 제작하여 실험에 사용하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우의 운동에너지 산정식의 계산결과와 비교했을 때, 약 0.58배의 규모를 재현했다. 강우입자의 충돌을 제어하기 위한 스트립을 토양플롯에 올려놓은 경우와 커버가 없는 나지상태에서 강우모의 실험을 한 경우 사면에서 발생한 지표유출수, 지표하유출수 및 토사유출 자료를 측정하고 분석하였다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고, 지표하유출량은 상대적으로 감소했다. 지표커버는 지표유출의 첨두유량 발생시간을 지연시켰으며, 지표유출량과 지하수량의 변화를 초래했다. 지표커버에 의해 지표유출량은 평균 1.82배 감소하지만, 토사유출량은 평균 4.93배로 상대적으로 크게 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량과 관계를 분석한 결과 강우운동에너지는 토양입자의 튀김현상에 의한 침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수의 유속을 증가시켜 토사이송능력을 가중시키는 것을 확인하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.6
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• pp.565-574
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• 2008

Fire-enhanced soil hydrophobicity often increases runoff and erosion in the mountain hillslope following severe wildfires. Estimation techniques for WEPP's parameters were studied in burnt mountain slopes. In burnt mountain slopes, the model over-predicted runoff in the small runoff and under-predicted runoff in the great runoff, and in the lower sediment runoff it had a tendency to over-predict soil loss. The effective hydraulic conductivity was most sensitive in the WEPP's runoff and its sediment runoff was mainly effected by the effective hydraulic conductivity, initial saturation, rill erodibility, and interrill erodibility. To improve the applicability of the WEPP, the adjustment coefficient of effective hydraulic conductivity was defined for runoff and the adjustment coefficient of rill erodibility and interrill erodibility was presented for sediment runoff. The adjustment coefficient of effective hydraulic conductivity in wildfire mountain slopes increased with maximum rainfall intensity of single storm and the vegetation height index. The adjustment coefficients of rill erodibility depended on soil components of size distribution curve and total rainfall depths in single storm. The adjustment coefficients of interrill erodibility decreased with increases of maximum rainfall intensity and vegetation height index. These results may be used in the application of WEPP model for wildfire mountain slopes.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.29 no.1
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• pp.49-59
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• 2013

Heavy rainfall intensity may cause shallow slope failures and debris flow by rill erosion and scour on land surface. The paper represents the difference between native soil (weathered soil) and reinforced soil, which is mixed by hardening agent with flyash as main material, for investigating experimental findings of rill erosion and erosion. Results obtained from artificial rainfall simulator show that erosion rate of reinforced soil mixed with hardening agent is reduced by 20% because an amount of eroded soil on slope surface is inversely proportional to the increase of soil strength. For example, rainfall of 45mm (at the elapsed time of 25mins in rainfall intensity of 110mm/hr) triggers rill erosion on native soil surface, but the rill erosion on reinforced soil surface does not even occur at 330mm rainfall (at the elapsed time of 3hrs in rainfall intensity of 110mm/hr). As a result of slope stability analysis, it was found that the construction method for reinforced soil surface would be more economical, easy and fast construction technology than conventional reinforcement method.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1556-1560
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• 2006

유역 전체의 토양침식량에 대한 토사유출량의 비로 정의되는 토사유출률은 유역의 크기가 커지면 토사가 유출되는 과정에서 퇴적되거나, 저류될 수 있는 지형적인 요인이 많아지게 되어 상대적으로 감소한다. 우리나라 산불지역의 유역에 대량의 토사유출을 제어하기 위해 설치된 여러개의 사방댐을 활용하여 강우사상별 댐 저류지에 퇴적되는 토사량 측정하였다. 실측된 토사유출량과 산지사면을 대상으로 개발된 토양침식 모형인 SEMMA에 의해 예측된 토양침식량과를 비교하여 유역크기에 따른 토사유출률의 관계를 분석하였다. SEMMA는 강우에 의한 토양입자의 분리현상과 지표유출에 의한 세류와 세류간 침식에 의해 발생하는 토양침식량을 산정하지만, 구곡이나, 유역의 수로에서의 침식은 고려하지 않는다. 보편적으로 토사유출률은 1.0을 넘지 않으나, 본 연구에서는 토사유출률이 대부분 1.0을 넘는 결과를 보여 산불 지역의 유역에서는 수로발달과 수로확장에 의한 침식이 심각했다. 토사유출률이 산지 유역이 커짐에 따라 감소하는 경향은 세계의 다른 유역에서의 조사된 결과와 비슷한 결과를 보였으나, 수치적인 차이가 큼을 알 수 있었다. 또한 토사유출률은 강우사상의 크기에도 상관성이 있음이 확인되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.7
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• pp.595-604
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• 2015

Interrill erosion by the rainfall is divided into a detachment of soil particles by raindrop splash when raindrops having kinetic energy strike on the surface soil and a sediment transport by sheet flow of surface runoff. Rainfall kinetic energy is widely used as an indicator expressing the potential ability to separate the soil particles from soil mass. In this study, the soil erosion experiments of rainfall simulation were operated to evaluate the effects of rainfall kinetic energy on interrill erosion as using the strip cover to control raindrop impact. The kinetic energy from rainfall simulator was 0.58 times to that of natural rainfall. Surface runoff and subsurface runoff increased and decreased respectively with increase of rainfall intensity. Surface runoff discharge from plots of non-cover was 1.82 times more than that from plots with cover. The rainfall kinetic energy influenced on the starting time of surface and subsurface runoff. Soil erosion quantity greatly varied according to existence of the surface cover that can intercept rainfall energy. Sediment yields by the interaction between raindrop splash and sheet flow increased 3.6~5.9 times and the increase rates of those decreased with rainfall intensity. As a results from analysis of relationship between stream power and sediment yields, rainfall kinetic energy increased the transport capacity according to increase of surface runoff as well as the detachment of soil particles by raindrop splash.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.605-609
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• 2010

기상변화와 지구온난화로 인해 국지성 호우의 강도와 빈도가 늘어나고 있으며 이로 인해 소양강, 도암댐, 임하댐 유역의 탁수 문제 등, 토양 유실에 관한 문제가 심각해지고 있다. 정확한 토양 유실 모의를 위하여 지난 수 십 년간 Universal Soil Loss Equation(USLE) 등의 모형이 사용되었지만 이러한 모형들에 관한 연구 중 강한 집중 호우에 의해 발생하는 걸리 침식(Gully Erosion)을 적용한 경우는 많지 않다. 이에 본 연구에서는 걸리 침식을 고려한 토양 유실량 및 유사량 산정을 위하여 입력자료가 간단하고 ArcView GIS를 기반으로 융합이 가능한 Sediment Assessment Tool for Effective Erosion Control (SATEEC) system, nLS, Unit Stream Power-based Erosion/Deposition (USPED) 연계 모형을 개발하여 강원도 양구군 해안면 유역에 적용하였다. 기존 SATEEC system에서는 강우 시 유역에서 발생하는 면상 침식(Sheet Erosion), 세류 침식(Rill Erosion)의 모의만이 가능하였지만, 본 연구에서 개발한 연계모형에서는 nLS 모형을 이용한 걸리 헤드 발생 지역 선정과 USPED 모형을 이용한 걸리 발생 지역에서의 토양 유실량 산정이 가능하기 때문에, 걸리 침식을 고려한 토양 유실량 산정이 가능하다. 연계 모형의 모의 결과 해안면 유역의 최종 유출구에서 발생하는 평균 유사량은 101,933 ton/year 로 산정 되었다. 토양 유실량과 유사량을 모의함에 있어, 면상, 세류, 걸리 침식을 종합적으로 고려해야 실제 지형에서 발생하는 토양 유실량 및 유사량을 좀 더 정확하게 예측할 수 있을 것이며, 본 연구에서 개발된 연계 모형을 이용한다면 실제 유역에서 발생하는 여러 형태의 토양 유실을 모의 할 수 있을 것이라 판단된다.