• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.286-286
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• 2023

물의 전체 순환 구조에서 토양수분이 차지하는 정량적 비중은 상대적으로 작지만, 강우-유출 과정의 비선형에 영향을 미치는 지배적 요인 중 하나이고, 토양 침식과 산사태, 농업생산량, 기후 변화 대응 등 광범위한 주제와 연관되어 있어, 토양수분의 물리과정에 대한 이해 증진과 예측 기술의 지속적인 개선이 필요하다. 본 연구에서는 금오공과대학교 유역 내에서 토양수분과 기상 요소를 실시간 관측하고, 기계학습 기법을 이용하여 토양수분을 단기 예측하는 기술을 개발하고 평가한다. 구체적으로는, 토양 관측 장비인 TEROS를 사용하여 표층 지점의 10cm, 심층 지점의 40cm에서의 토양수분, 토양장력과 토양온도를, 기상 관측 장비인 ATMOS를 사용하여 태양복사, 강수량, 기온, 풍속, 대기압 등 다양한 기상 요소를, 실시간 클라우드 방식으로 1여 년간 수집한 데이터를 활용한다. 또한, 과거 및 실시간 데이터를 기반으로 LSTM(Long-Short Term Memory) 기법을 사용하여 토양수분 예측 모형을 구축하고, 선행 예측 시간에 따른 모의 정확도를 평가한다. 기상 요소의 누적 등 자료 분석 방법이 표층 및 심층 토양수분 예측에 미치는 영향, 그리고 예측 모형 개선 방향에 대해 토의한다. 실시간 현장 관측 자료 및 인공지능 기반 단기 토양수분 예측 모의 기술은 소규모 유역의 수문순환 분석 및 물리기반 모형의 개선 등 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제28권3호
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• pp.227-232
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• 1995

토양수분장력을 실측하지 않고도 토양수분장력을 추정하기 위하여, 입경분포가 서로 다른 10가지 토성의 134점 토양시료를 채취하여 토양수분함량과 토양 수분장력을 측정한 후 scaling technique을 이용하여 토양수분특성곡선을 추정할 수 있는 모형을 개발하고, 별도의 205개 토양에 대하여 이 모형에 대한 실효성 검정을 한 결과는 다음과 같다. 1. 토양수분함량 측정치(${\theta}i$)에 대하여 토양수분장력이 10KPa 때와 1.5MPa 때의 수분함량을 이용하여 ${\theta}^*=[{\theta}i-{\theta}(1.5MPa)]$/$[{\theta}(10KPa)-{\theta}(1.5MPa)]$와 같이 scale변화된 수분함량(${\theta}^*$)을 구하도록 하였다. 2. Scale변환된 수분함량(${\theta}^*$)을 이용하여 토양수분 특성곡선을 구한 결과 토성별 계수의 차이가 거의 없이 H[unit : 0.1MPa]=$0.13{\cdot}({\theta}^*)^{-2.04}$로 나타낼 수 있었다. 3. 포장용수량과 위조점에서의 수분함량은 scale변환된 모래([S]) 및 미사함량([Si])과 유기물함량([OM])을 다음 식에 의해 그 추정이 가능하였다. ${\theta}(10KPa)=26.80-3.99ln[S]+2.36{\sqrt{[Si]}}+2.88[OM]$ ($R=0.81^{**}$) ${\theta}(1.5KPa)=15.75-2.86ln[S]+0.55{\sqrt{[Si]}}+0.70[OM]$ ($R=0.76^{**}$) 위 식에 의해 205개 토양별로 $\theta$(10KPa) 및 $\theta$(1.5MPa)를 측정한 후 이 값에 의거하여 산출된 ${\theta}^*$를 추정식에 적용하여 ${\theta}(1/30MPa)$를 추정하고 이 추정치와 실측치를 1 : 1 line상에서 비교해 본 결과, 실측치와 추정치는 아주 근사한 값($R=0.85^{**}$)을 나타내었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제22권4호
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• pp.341-348
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• 2013

본 연구에서는 토성에 따른 물의 이용효율을 높이면서 재배 작물의 생산성을 최대화하기 위한 효율적인 자동관개 로직을 개발하고자, 수분장력값을 관수 개시점으로 하여 물 공급 유지와 멈춤을 간헐적으로 수행하는 펄스형 관개방식과 측정한 수분장력값을 이용하여 토양수분량을 예측해 재배작물에 적합한 물량을 추가 투입하는 필요물량계산 관수방식을 적용하여 토성이 다른 실험베드에서 2년간 토마토 작물을 재배하면서 토양수분 함량과 장력의 변화를 측정비교하였다. 물공급 30초와 멈춤 30분 및 15분 조건을 이용한 펄스형 관수방식과 필요물량계산 방식에서 얻어진 수분장력값은 목표한 -20kPa 조건에 비해 각각 -42~-8kPa, -20~-10kPa로 나타나 필요물량 계산방식이 균일한 수분장력을 유지하는 측면에서는 유리하였으나 토양수분상태는 상대적으로 습하였다. 공시 토성 모두에서 수분함량은 수분장력에 비해 시간반응이 빠르면서 물공급에 따라 비례적으로 증가하는 경향이 뚜렷하였다. 수분변화 값은 펄스형 관수와 필요물량계산 관수방식의 경우 사양토 기준으로 각각 17~24%, 19~31%로서 펄스형 관수방식이 수분변화 값이 작으면서 시간에 따라 안정적인 값을 유지한 것으로 나타났는데 이는 물공급에 따른 수분함량의 시간변화가 수분장력에 비해 뚜렷하게 빠름과 관계가 있는 것으로 판단하였다. 이러한 결과로부터 펄스형 관수방식은 수분함량값을 이용하여 수분을 조절하는 것이 유리함을 의미한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.223-223
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• 2023

토양수분은 지표면과 지하 영역 사이에 존재하는 수분 및 열에너지의 분배를 제어하거나, 토양 영양분, 식물 성장 및 미생물 활동과 같은 다양한 환경 과정에 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 토양수분은 생태수문학 및 생지화학적 역학, 저수지 관리, 가뭄 및 홍수의 경고, 토양 수분 변화에 따른 작물 수확량 등을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 따라서, 토양 수분의 정확한 측정은 필수적이며, 이러한 필요성에 따라 중력 측정법, 장력 측정법, 전기 저항법 및 시간-주파수 영역반사측정법 등의 다양한 측정 방법들이 다년간 개발되어 사용되었다. 다만, 앞선 방법들은 철저한 실험을 통해 높은 정확성을 확보하였지만, 토양 교란이 발생하는 단점이 존재하며 실험 현장 토양의 물리적, 생물학적, 그리고 화학적 특성의 보존은 매우 어려운 한계점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 연구에서는 레일리파를 이용한 비접촉식 비교란 토양수분 센서 개발을 목표로 한다. 모래, 실트, 점토와 같은 세 가지 특징적인 토양 유형에 따른 파동을 측정하고, 측정된 파동으로부터 토양 수분을 추정하기 위해 기존에 개발된 시간-주파수 방법을 활용하여 토양수분을 함께 측정하였다. 비접촉 파동신호를 토양수분으로 변환하기 위하여, fully convolutional network을 개발하였다. 개발한 모델의 결과 검증은 RMSE(Root Mean Square Error)를 활용하여 검증하였으며, 모래, 실트, 점토에서 각각 0.0131, 0.0021, 0.0034 m³ m^-3으로 상대적으로 높은 정확성을 보였다. 즉, 본 연구에서 제시한 누출 레일리파를 사용한 비교란-비접촉 토양수분 측정 방법으로, 토양을 교란하지 않고 토양수분을 측정 할 수 있는 높은 가능성을 제시하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제23권3호
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• pp.173-179
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• 1990

초흡수성 고분자중합체(高分子重合體)인 K-sorb를 처리수준을 달리하여 공시토양(供試土壤)에 중량비로 각각 0.0, 0.05, 0.2 및 0.5%로 처리하여 수분보유에 미치는 처리별 효과 및 그 지속성(持續性)을 조사하였다. 모든 처리에서 토양시료의 수분보유력(水分保有力)을 보양수분 압출장치를 사용하여 측정하였다. 각 시료의 수분보유력(水分保有力) 자료로부터 유효수분(有效水分) 및 수분장력 0.01, 0.3 및 15b때의 3상분포를 계산하였다. 수분보유에 미치는 처리(0.0, 0.05, 0.1 및 0.2%)간 효과 및 지속성(持續性)을 검토하기 위하여, 중동(中東) 사양토의 포장에서 배추를 공시작물(供試作物)로 한 난괴법(亂塊法) 실험을 수행하였다. 양질사토와 사양토, 양토의 수분보유력(水分保有力)은 K-sorb를 0.2 또는 0.5% 처리하였을 경우, 각각 무처리토양보다 증가하였다. K-sorb처리는 양질 토양보다 사질토양에서 보다 효과적이었다. K-sorb를 0.5%씩 처리한 토양의 수분함량은, 각각의 수분장력에서 0.2%의 수분함량보다 훨씬 높았다. K-sorb를 0.5%처리한 경우에만, 수분보유력(水分保有力) 증진효과가 12개월 동안 건습을 반복한 후에도 지속되었다. 배추의 생체중(生體重)에 미치는 K-sorb의 효과는 Duncan의 다중검정(多重檢定) 결과 2개월 후에는 0.2%처리에서만 나타났으며, 10개월 후에는 처리별로 뚜렷한 차이가 없었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제29권1호
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• pp.20-27
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• 2020

본 연구는 적외선 열 영상 장치를 이용하여 2년생 '유미' 복숭아나무의 토양수분 수준에 따른 엽온 및 CWSI를 분석하여 수분스트레스 측정 가능성을 검토하였다. 엽온은 대기온도와 유사한 일변화를 보이며 낮 시간대에는 대기온도보다 높은 양상을 보였다. 엽온은 전일(24시간) 기준으로 대기온도(r² =0.95), 일사량(r² =0.74), 상대습도(r² =-0.88)와 모두 높은 상관계수를 나타났다. 또한 토양수분장력은 낮 시간대(11~16시)에 엽온(r² =-0.57), 엽-대기온도차(r² =-0.71), CWSI(r² =-0.72)와 높은 부의상관을 나타냈다. CWSI와 엽온, 엽-대기온도차의 상관계수는 24시간 기준으로 매우 높았고(r² =0.90, r² =0.92), CWSI와 토양수분장력의 상관분석에서 24시간 기준으로는 상관관계가 낮았으나(r² =-0.27), 낮 시간대(11~16시)에는 상관관계가 매우 높았다(r² =-0.72). CWSI (y)와 토양수분장력(x)의 상관관계 결정계수(r² )는 11~12시간대에 가장 높았으며(r² =0.68), 이때 회귀식은 y = -0.0087x + 0.14로 조사되었다. 일반적인 토양수분스트레스 시점인 -50 kPa에 해당되는 CWSI는 0.575로 계산된다. 따라서 적외선 열 영상 장치를 이용한 엽온 및 CWSI는 토양수분장력에 대해 높은 상관계수를 나타낸 것으로 보아 복숭아나무의 수분스트레스 진단에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.154-154
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• 2012

지표에서의 토양수분은 작은 구성비를 가짐에도 불구하고 여러 수문 현상을 연계하는 매우 중요한 인자로써 최근 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 토양수분은 침투나 침루를 통하여 강우와 지하수를 연결하는 기능을 함과 동시에 강우사상에 따른 유출특성에 직접적인 영향을 미치며 증발산을 통하여 에너지 순환을 연결하는 중요한 기능을 한다. 토양수분을 측정하는 방법에는 세타 탐침(Theta Probe), 장력계, TDR(Time Domain Reflectrometry) 등이 이용되고 있으며, 광역 토양수분자료의 보다 정확한 공간 변동성의 관측을 위하여 항공원격탐사와 인공위성 원격탐사기술이 개발되어 적용되고 있다. 인공위성 영상은 자료의 분석이 간편하며, 공간자료이므로 공간 변화를 분석하는 데 있어 매우 편리하다. 그 중 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상은 저해상도 영상으로 극궤도 위성인 Terra와 Aqua 위성에 장착되어 있으며, NASA에서 필요한 정보를 받아 사용할 수 있다. 본 연구에서는 유역의 물리적 지형자료와 같은 방대한 양의 자료 수집 없이도, 모형이 구축되면 인공위성자료와 강우자료만으로도 신뢰성 높은 결과를 단시간 내에 효율적으로 산정할 수 있는 자료 지향형 모형인 ANFIS(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)를 사용하였다. 사용된 퍼지변수로는 시험유역의 토양수분 관측자료와 강수량 및 인공위성 자료인 MODIS NDVI(Normalize Difference Vegetation Index), MODIS LST(Land-Surface Temperature) 영상을 이용하였다. MODIS NDVI는 시간 해상도 8일, 공간해상도 250 인 Level 3 영상이며, MODIS LST는 시간 해상도 1일, 공간해상도 1 km인 Level 3 영상을 사용하였다. 위성자료를 사용하기 위해 Korea TM 좌표체계로 변환한 뒤, 토양수분 관측지점이 속한 각 셀의 속성값을 추출하였다. 위성자료와 수집된 자료 및 토양수분자료와의 관계를 분석하기 위하여 입력자료를 다양한 방법으로 구성하여 입력 변수를 생성하였다. 생성된 입력 변수와 ANFIS 모형을 연계하여 각각의 토양수분 산정모형을 구축하고 대상지점에 대한 토양수분을 산정 및 비교 분석하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제24권3호
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• pp.159-164
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• 1991

토양수분(土壤水分) 조건을 달리하였을 때 토양(土壤)에 시용한 양분(養分)이 작물(作物) 생육시기별(生育時期別)로 어떻게 이동(移動)하는가를 구명(究明)하기 위하여 본양(本良) 사양토(砂壤土) (Typic Udifluvents)에서 Ladino clover를 공시작물(供試作物)로 하여 microplot(D 20cm, L 85cm)시험(試驗)을 수행하였다. 토양수분장력(土壤水分張力)을 0.2, 1.0, 5.0 bar, 및 무관수의 4수준으로 하였을때 염소(鹽素) 이온의 하향(下向)이동은 토양수분(土壤水分) 조건이 좋을수록 빠르게 진행되어 관수점(灌水点) 0.2bar 처리구에서는 5.5개월후에는 모든 처리구에서 microplot 내 토층(土層)에서 Cl이온은 검출되지 않았다. 공시토양(供試土壤)은 유효인산(有效燐酸)함량이 매우높고 사질(砂質)임에도 인산비료(燐酸肥料)로 용과린을 사용하였기 때문에 인산(燐酸) 시용량이 많으며, 관수량이 많았으나 인산(燐酸)이 거의 이동(移動)되지 않아 시용 인산(燐酸)의 대부분이 시비지점(施肥地點)에 분포되어 있었다. 토양수분장력(土壤水分張力)이 낮게 유지된 구의 토양(土壤)일수록 유효태(有效態)로 침출되는 인산(燐酸)이 많고 식물체(植物體)에 의하여 흡수되는 양도 증가 하였다. 최종수확기(最終收穫期)에 무관계구에서는 시용(施用) 인산(燐酸)의 13%가 유효태(有效態)로 침출되고 14%가 작물(作物)에 흡수되었는데 비해 관수점(灌水点) 0.2bar 처리구에서는 24%가 침출되고 23%가 작물(作物)에 의해 흡수(吸收)되었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제42권5호
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• pp.385-392
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• 2009

대표적인 흑색 화산회토인 남원통은 Ap, BA 및 Bw층에서 Oxalate 침출성 (Al + 1/2 Fe) 함량이 각각 5.2%, 7.4%, 9.8%로 높고 인산보유능이 각각 85.4%, 98.4% 98.3%로 매우 높다. 용적밀도가 각각 $0.72,\;0.62,\;0.76Mg\;m^{-3}$으로 매우 낮다. 전 토층이 Andic 토양 특성을 보유하고 있어서 Andisols로 분류 된다. Udic 토양수분상을 보유하고 있으며, 토양수분 장력 1,500 kPa에서의 토양수분함량이 전토층에서 15% 이상이므로 아목은 Udands로 분류된다. Ap층과 BA층에서는 Allophane과 Al-유기복합체가 혼재되어 있으나, Bw층에서는 활성 Al이 주로 Allophane의 구성분으로 존재하고 있으며, 전 토층을 통하여 Allophane과 Ferrihydrite 함량이 높다. 습윤시 명도와 채도 값이 Ap, BA 및 Bw층 모두에서 2 이하이고, 유기탄소 함량이 각각 $125,\;115,\;42g\;kg^{-1}$이며, melanic index가 각각 1.53, 1.50, 1.55이다. 0 에서 72 cm 깊이까지 모든 층위에서 melanic 감식표층의 분류조건을 충족시키고 있다. 따라서 대군은 Melanudands로 분류된다. Ap, BA 및 Bw층에서 토양수분장력 1,500 kPa일 때 토양수분함량이 풍건 시료의 경우 각각 28.9, 29.1, 27.6%로 15% 이상이며, 비풍건 시료의 경우 34.2, 55.3, 48.7%로 70% 이하이다. 0~72 cm의 깊이에서 유기탄소 함량이 $60g \;kg^{-1}$ 이상이며, 습윤시 명도와 채도 값이 2 이하이므로 아군은 Pachic Melanudands 로 분류된다. 토양수분 제어부위에서 토양수분장력 1,500 kPa일때 토양수분함량이 풍건 시료의 경우 12% 이상이며, 비풍건 시료의 경우 30~100% 범위 내에 있으므로 대체 토성속은 medial에 속한다. 8 x acid oxalate 침출 Si(%) + 2 x acid oxalate 침출 Fe(%) 값이 광물속 제어부위에서 12.3~19.5로 5 이상이다. 또한 2 x acid oxalate 침출 Fe 값이 8 x acid oxalate 침출 Si(%) 값보다 크므로 광물속은 ferrihydritic에 속한다. 남원통은 thermic 토양온도상을 보유하므로 ashy, thermic family of Typic Melanudands가 아니라 medial, ferrihydritic, thermic family of Pachic Melanudands로 분류되어야 한다.

• 한국토양비료학회지
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• 제17권1호
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• pp.7-11
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• 1984

토양(土壤)의 불포화수리전도도(不飽和水理傳導度)와 수분특성곡선(水分待性曲線)을 동시(同時)에 구(求)할 수 있는 방법(方法)을 제안(提案)하기 위하여 Gardner의 유출양법(流出量法)을 변형(變形)하여 soil moisture pressure-plate extractor를 이용(利用)하여 공시토지(供試土壤)에 대(對)하여 실험(實驗)을 수행(遂行)하였다. Cardner의 pressure-plate 유출방정식(流出方程式)을 이용(利用)하여 상이(相異)한 수분장력(水分張力)에서 pressure-plate extractor내(內) 수분함량변화(水分含量變化)로부터 불포화수리전도도(不飽和水理傳導度)를 계산(計算)하였다. 수분장력(水分張力) 30mbar에서 10bar까지 본량(本良) 사양토(砂壤土), 예산(禮山) 미사질양토(微砂質壤土) 및 포곡(浦谷) 식양토(埴壤土)의 불포화수리전도도(不飽和水理傳導度)는 각각(各各) $3.09{\times}10^{-2}cm/day{\sim}4.06{\times}10^{-6}cm/day$, $1.34{\times}10^{-2}cm/day{\sim}7.30{\times}10^{-6}cm/day$ 및 $1.83{\times}10^{-2}cm/day{\sim}8.50{\times}10^{-6}cm/day$로 변(變)하였다. 유출양법(流出量法)과 비교(比較)하여 적당(摘當)한 시간(時間) 간격(間隔)으로 수분정량(水分定量)을 하여야 하고 그때마다 압력(壓力)을 조정(調整)하여야 하는 불편(不便)이 있으나, 동시(同時)에 여러 토양(土壤)의 불포화수리전도도(不飽和水理傳導度)의 계산(計算)이 가능(可能)한 장점(長點)이 있었다. soil moisture pressure-plate extractor내(內) 토양수분함량변화(土壤水分含量變化)로부터 불포화수리전도도(不飽和水理傳導度)의 계산(計算)이 가능(可能)하였다.