• Journal of Environmental Impact Assessment
• /
• v.25 no.6
• /
• pp.369-383
• /
• 2016

A distributed watershed model CAMEL(Chemicals, Agricultural Management and Erosion Losses) was applied to a part of grazing grassland and vegetation buffer strip(VBS) located in Daegwanryeong, Korea. A set of scenario analyses was carried out for grassland and VBS with various combinations of VBS widths, soil textures and ground surface slopes. The simulation results indicate that annual direct runoff decreases with wider VBS and the removal efficiency of pollutants generally decrease with steeper slopes. The removal efficiency of sediment is not significantly different with VBS widths. For gentle and medium slopes($10^{\circ}$, $20^{\circ}$), the removal efficiency of TOC and TN is not significantly different with VBS widths. As for a steep slope($30^{\circ}$), however, the removal efficiency of TOC and TN increases with narrower VBS. The removal efficiency of TP is generally high except for medium and steep slope of sandy loam where the removal efficiency of TP increases with wider VBS. This result of TP is contrary to the results of TOC and TN due to the adsorption characteristics of phosphorus associated with fine sediment particles. It is expected that CAMEL can be used for evaluating the effectiveness of VBS to reduce non-point source pollution discharges.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.279-279
• /
• 2019

본 연구는 안동 하천실증연구센터에서 수행된 RIED 실험의 일환으로 실험수로내 식재된 버드나무 식생패치의 밀도에 따른 표면흐름의 특성을 검토하는 실험이다. 실험의 목적은 식생의 침수수위에 따른 식생주변 및 하도의 흐름특성을 검토하는 것으로 침수 수위조건은 유량공급조건의 변화를 통해 재현하였다. 본 연구에 사용된 LSPIV 기법은 하도내 입자투여를 통해 영상을 이용하여 입자간 이동속도를 분석하여 흐름장을 분석하는 것으로 본 연구에서 사용된 입자는 강랭이를 사용하였으며, 영상촬영은 크레인을 이용하여 캠코더를 이용하여 수로 상부에서 흐름영상을 취득하였다. 실험수로는 저면폭 3m, 만제폭 11m 사면경사 1:2의 구조로 이루어진 사다리꼴 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 식생패치는 동일수로내 상부기준 32m 간격으로 설치되어 있으며 패치의 크기는 $4{\times}1.5m$의 크기로 이루어져 있다. 그림 1은 상공에서 촬영된 영상을 나타낸 그림으로 실험수로 및 LSPIV 분석을 위해 투하된 입자를 나타내는 그림이다. PIV 분석프로그램을 이용하여 분석된 식생대 및 하도영역에서의 유속장은 그림 2와 같다. 영상분석은 30초영상(900 frame)을 이용하여 분석하였다. 실험결과 식생패치 설치지점에서는 주흐름이 발생하는 우안측에서 높은 유속이 발생하고 약간의 편향된 흐름이 나타나는 것으로 확인되었다. 식생후면에서는 식생으로 인한 흐름의 차단 및 스크린효과로 인해 유속의 저감되는 것을 확인할 수 있다. 밀도에 따른 패치 후면부에서는 높은 밀도를 갖는 첫 번째 패치에서 유속의 저감효과가 높게 나타났으나 유량조건에 차이가 발생하는 것으로 나타났는데 이는 수위상승으로 인한 식생의 침수면적과 관계가 있는 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
• /
• v.17 no.3
• /
• pp.51-58
• /
• 2001

본 연구에서는 종자와 비료, 부직포 지오텍스타일, 마 네트로 구성된 토목섬유 식생매트 시스템을 개발하였다. 개발된 식생매트를 흙 사면에 설치한 결과 사면의 식생성장과 사면안정에 긍정적인 효과를 얻었으며 이것은 실물시험을 통하여 강우와 사면에서의 유출수량, 부유물질, 토사침식량 등을 8개의 시험구에 식생매트를 분석하였다. 유출수량은 모든 시험구에서 강우량이 클수록 증가하였으며 식생매트를 설치한 곳이 안한 곳보다 유출수량이 작았으며 총부유물질은 유출수량에 크게 영향을 받는다. 식생매트는 흙 침식과 부유물질의 이동을 감소시켜 흙사면의 안정에 매우 유익하다. 또한 식생성장환경을 개선하며 특히 가뭄시에 성장에 매우 효과적이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.57-57
• /
• 2020

최근들어 우리나라 하천에는 많은 식생이 발생하고 있다. 과거 댐에 의한 유황 조절효과로 댐 하류에 식생이 과도하게 발생하는 사례는 많았지만 최근 발생하는 식생은 댐의 유무에 직접 관련되지 않고 있다. 또한 하천의 규모나 위치 등과도 관계없이 거의 모든 하천에서 대규모로 발생하고 있다. 이와같은 식생은 하천의 통수능을 줄여서 홍수위를 상승시키는 역할과 더불어 하천의 육역화를 일으켜서 하천의 모습을 상실하게 하는 역할도 한다. 일본 등의 경우에도 하천에 과도하게 발생하고 있는 식생으로 인해 하천관리의 문제로 대두되고 있다. 해외의 경우 하천내 식생 발생 메카니즘에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 유황의 변화, 하천 지형의 변화, 영양물질의 변화 등으로 인해 발생하는 식생의 현황과 원인을 규명하고 있다. 더불어 식생의 지속적인 제거를 위해서 기계적인 방법, 화학적인 방법, 수문학적 방법 등의 개발과 적용에 대해서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 중소하천에서 발생하고 있는 식생의 현황을 파악하고 하천내 지형조건과 식생 발생의 연결 고리를 분석하였다. 최근 10년 이내 많은 중소하천에서 하천내 많은 면적을 식생이 차지하게 되었는데 이와 같은 현상의 원인은 크게 두 가지로 분석되었다. 첫 번째는 유황의 변화이다. 최근들어 대규모의 홍수발생 빈도가 급격하게 줄어들어 식생이 발생할 수 있는 조건이 크게 확대된 것으로 파악되었다. 홍수 발생 감소로 봄이나 여름철에 하천내 흐름이 발생하여 씨앗이나 어린 식생이 쓸려 내려갈 기회가 감소되었다. 두 번째는 과거 조성된 복단면 형상으로 인해 고수부지의 경우 흐름이 발생할 기회가 현저하게 감소하여 고수부지가 육역화되는 현상이 발생하고 있다. 특히 이 두가지 요인이 중첩되면서 하천내 식생의 증가는 급속하게 발생되고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 하천 단면 지형의 연도별 변화, 수위의 변화, 식생의 변화를 연계하여 식생의 발생 원인을 물리적으로 규명하였다. 본 연구의 결과를 활용하면 하천에서 발생하고 있는 과도한 식생의 원인을 추정할 수 있고 이를 해소하기 위한 대안으로 하천 단면의 관리 방안을 검토할 수 있다. 기후변화 등의 외부적인 요인으로 인해 발생하는 유황의 변화가 과거와는 다르게 발생하고 있는 점을 감안하면 하천내 식생의 발생 현황 및 제거 방안을 도출하는 것은 시급한 과제라고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.3-3
• /
• 2021

하천의 식생은 생태서식처 제공, 강턱이나 하안 경사의 안정, 영양염류나 오염물 차단에 의한 수질 개선 등의 다양한 생태서비스를 제공하는 반면, 과도하고 편중된 식생 분포로 인해 흐름저항이 증가하고 이로 인한 홍수위 상승과 홍수피해 위험이 가중될 수 있다. 기후변화 영향과 토지이용 변화에 따른 수리수문 특성 변화와 유역으로부터 영양염류의 유입은 하천내 식생이 과도하게 퍼지는 직접적인 원인이 될 수 있다. 과도한 식생분포로 인한 흐름저항과 홍수위 상승을 평가하기 위해 식생하도의 흐름저항과 관련된 매개변수의 다양성과 복잡성에 따른 해석상의 한계에도 불구하고 이에 대한 이론적 해석과 수학모형의 개발, 실험실 수로와 하천현장조사, 수치모형을 이용한 예측 등의 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 소규모 실험실 수로에서 단순화된 식생 구조와 배열이 적용되는 한계성과 상류에서 유입되는 유량과 유속 등의 수리조건을 통제할 수 없는 현장실험의 한계성을 보완하고자 목본류 형태의 식생패치를 실규모 하천실험 수로에 조성하여 통제된 수리조건에서의 식생하도의 구간 흐름저항을 추정하기 위한 계측 실험을 수행하였다. 실규모 실험에서는 피에조미터 형식의 정밀 압력식 센서를 이용하여 수위와 수면경사를 계측하였으며, 실험구간의 접근 수로에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 유입 유량에 대한 정보를 수집하였다. 전체 수로 길이 약 600 m, 하폭 11 m, 깊이 2 m 규모의 실규모 하도 일부 80 m 완경사 구간에 식생패치를 설치하고 구간 수면경사를 실측함으로써 식생하도의 흐름저항을 직접 산정하였다. 이러한 실규모 식생하도의 실험을 통해 식생패치의 밀도, 횡적 차단면적, 구간 차단부피, 목본 식생의 물리적 특성, 식생패치의 배열 등의 다양한 식생분포 조건에 따른 수리조건별 흐름저항 값의 변화를 분석할 수 있다. 식생하도에 대한 정확한 흐름저항 추정과 홍수위 변화에 대한 해석은 하천 식생의 생태서비스와 홍수방어의 하천 치수효과의 최적 솔루션을 제시하기 위한 하도관리의 다양한 방안을 제시하는데 필수적인 정보로 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
• /
• 2002.10a
• /
• pp.417-420
• /
• 2002

Non-point source pollution of sediment, plant nutrients and pesticides from cropland has been identified as a significant environmental problem. Vegetative Filter Strips have been identified as one of BMPs to control nonpoint source pollution. This paper reviews the concept, functions, design criteria and management of VFS to control nonpoint source pollution.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2004.05b
• /
• pp.1183-1187
• /
• 2004

본 연구에서는 유역내 식생변화에 따른 장기적인 측면에서의 유역 물수지 변화를 살펴보기 위하여, 보청천 유역을 내상유역으로 선정하고, 준분포형 매개변수 모형인 SWAT 모형을 적용하여, 다양한 식생변화 시나리오에 따른 증발산, 지표수, 지하수, 유출의 변화를 검토하였다. 침엽수, 활엽수, 밭, 초지의 식생별 물수지 영향과, 침엽수에서 다른 식생으로의 변화에 따른 유역 물수지 영향을 비교해 본 결과, 산림식생의 강우 차단의 영향으로 증발산 증가, 유출 감소의 영향을 뚜렷하게 파악할 수 있었으며, 특히 침엽수가 활엽수에 비해 증발산 증가 및 유출 감소에 더 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 밭의 경우에는 이와 반대로 강우 차단 효과가 미흡하여 다른 식생에 비해 증발산의 감소 및 유출의 증가가 크게 나타나는 것으로 파악되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.346-350
• /
• 2011

최근에 경제성장과 도시화로 인하여, 하천의 복원사업이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 하천복원 사업은 생태계 및 경관의 기능이 강조되고 있으며, 사회적으로 이에 대한 요구가 매우 높아지고 있다. 하천복원 사업을 추진함에 있어서 하천의 제방 법면의 처리에 대하여 많은 시도가 진행되고 있다. 특히, 식생매트는 안정적이면서 자연재료를 활용하여 생태계의 다양성과 녹색 경관을 형성할 수 있어서 많이 도입되고 있다. 그러나 이에 대한 홍수의 안정성 검토가 거의 이루어지지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 식생매트에 대하여 실외실험을 통하여 홍수에 대한 안정성 및 내침식성 특성을 파악하였다. 식생매트의 표면에 있는 돌기는 유수 중에 부력에 의해 위로 상승하며 수중에서 식생의 역할을 하게 되며, 유수의 직접적인 영향을 저감시키는데 매우 중요한 역할을 하게 된다. 따라서 흐름에 대한 식생매트의 법면보호 효과를 증대시키기 위해서는 법면과 식생매트의 부착을 크게 하고, 식생매트를 부착시키는 앵커의 수중 노출을 최대한 저감하며, 유수 중에 앵커의 식생매트의 부력에 대한 지지력을 증가시키는 것이 중요하다. 또한 식생매트와 식생매트의 접합부에 유수 중에서 흐름의 집중이 발생하지 않도록 시공이 필요할 것으로 사료된다. 연구의 실험 결과는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)이 제시한 식생의 활착에 의해 뿌리의 깊이에 대한 내침식성 특성과 비교하였다. 부직포가 2겹일 경우에 식생매트의 내침식성 강도는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)에 의하여 제시된 식생뿌리 깊이가 10 cm 인 경우보다 약간 작으나, 부직포가 3겹일 경우에는 경우에는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)에 의하여 제시된 식생뿌리 깊이가 10 cm 인 경우와 잘 일치하는 것을 보여주고 있다. 또한 부직포가 4겹일 경우에는 식생매트의 내침식성 강도는 복강첩이(福岡捷二)등(1987)에 의하여 제시된 식생뿌리 깊이가 10 cm 인 경우보다 큰 것을 보여주고 있다. 또한 평균 침식깊이는 부직포가 2겹일 경우에 평균 3.8 cm이며, 부직포가 3겹일 경우에 평균 3.4 cm 이었다. 부직포가 4겹일 경우에는 평균 침식깊이는 3.0 cm 이었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.313-313
• /
• 2023

이 연구에서는 침수식생 조건에서 식생 형태 별 frontal area, solid volume fraction이 유속 분포에 미치는 영향을 분석하고, 흐름측정결과로부터 식생 형태에 따른 난류흐름특성을 분석하기 위하여 수행 되었다. 식생흐름 구현을 위하여 5 cm의 간격으로 총 257개의 모형식생을 전체 영역에 배치했다. 유속측정위치는 수위측정결과에 따라 흐름이 안정화되는 구간에서 연직방향으로 17개 지점에서 측정한 후 앙상블 평균하여 분석했다. Branch의 유무에 따라 Type I과 II로 구분하여 각 식생에 대해 유속의 연직분포를 측정한 결과, Branch가 없는 Type I에서는 유속이 지속적으로 감소하는 반면, Type 2에서는 Frontal area가 급격히 증가하는 Branch 구간에서 유속이 급격히 감소한 후 Trunk 구간에서 유속이 다시 증가하는 변화를 보였다. Velocity Spectrum 분석 결과, 모든 지점에 대해 평균한 결과 고주파수 영역에서 -5/3 law를 따르는 것으로 나타나 전체 영역에서 isotropic & homogeneous 난류흐름이 발생함을 확인했다. 난류흐름특성 계산결과, Turbulent kinetic energy(k)를 mean kinetic energy(K)로 무차원화하여 연직분포를 비교했을 때 -k/K는 모두 식생에 근접하며 증가했다. Shear production(P_s)의 계산결과로부터 전단흐름에 의한 난류운동에너지 생성영향분석결과, Type I과 II가 식생경계의 mixing interface 부근에서 급격히 증가하는 분포를 보였으며, 이는 시간평균유속분포에서 분석한 결과와 일치한다. Wake production(P_w)의 연직분포계산결과, P_s와 유사하게 식생경계 부근에서 상승하는 결과가 나타났으며, 이는 식생경계에서 발생하는 Large scale eddy로 인해 발생함을 알 수 있다. 마지막으로 x-방향 난류확산계수로부터 scale factor(α_x)의 연직분포를 계산한 결과, 식생경계부근의 mixing interface에서 증가한 후 식생영역 내에서 감소하는 분포를 나타냈다. z-방향 난류확산 계수의 scale factor(α_z)는 α_x에 비해 작게 계산되었다. 이러한 결과는 오염물질의 연직확산이 식생경계에서 증가한 후 식생 내부에서 감소하여 오염물질, 부유사 등의 축적이 이뤄질 것으로 예상된다. 이는 가지로 인해 식생저항이 증가할 경우 용존성 물질의 혼합이 감소하여 식생의 저장대 효과가 증가함을 의미한다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
• /
• v.24 no.5
• /
• pp.516-531
• /
• 2015

In this study, a software module to predict the effectiveness of vegetation buffer strip (VBS) has been developed for using with Chemicals, Agricultural Management and Erosion Losses (CAMEL), a distributed watershed model. Most basic functions for the VBS module are same as CAMEL except functions newly developed to implement sedimentation enhancement by vegetation and level spreaders. For verification of the VBS module, sensitivity analyses for length, roughness, soil and vegetation type of VBS were carried out using a test grid cell. The surface discharge of sediment are highly sensitive to the roughness coefficient of VBS. The removal efficiencies of VBS for the surface discharges of sediment and TP are generally high regardless of environment changes. The surface discharges of TOC and TN are highly sensitive to the length and soil of VBS. The removal efficiencies of VBS for the surface discharges of TOC and TN are generally lower than those of sediment and TP. The newly developed VBS module reasonably simulates the removal efficiencies of surface discharges that vary according to the environment changes. It is expected that this VBS module can be used for evaluating the effectiveness of VBS-based best management practices to be applied to reduce pollution discharges from various non-point sources.