• 한국산림과학회지
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• 제95권5호
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• pp.556-561
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• 2006

This study was conducted to choose end-members and tracers for application of End Member Mixing Analysis (EMMA) model for the coniferous forest catchment, Gwangneung Gyeongi-do near Seoul metropolitan of South Korea (N $37^{\circ}$ 45', E $127^{\circ}$ 09'). This coniferous forest of Pinus Korainensis and Abies holophylla was planted at stocking rate of $3.0stems\;ha^{-1}$ in 1976. Thinning and pruning were carried out two times in the spring of 1996 and 2004 respectively. We monitored two successive rainfall events during ten days from June 26, 205 to July 5, 2005. Two storm events were selected to determine the end members and natural traces for hydrograph separation. The event 1 amounts to 161.9 m for two days from June 26 to 27, 2005. The event 2 precipitates to 139.2 mm for one day of July 1, 205. Throughfall, groundwater, soil water and stream water of the two events above were sampled through the bulk and automatic sampler. Their chemical properties were analyzed for prediction of the main tracer. The end members that contribute to the stream runoff were identified from the three components including groundwater, soil water and throughfall. Each component and stream water in the two events formed the suitable mixing diagram in case of chloride-nitrate ion and sulfate-potassium ion. Especially, chloride-nitrate ion was found to be the most suitable tracers for EMMA model in the two events.

• 한국농공학회논문집
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• 제63권2호
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• pp.51-60
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• 2021

Effective nonpoint source (NPS) pollution management requires frequent water quality monitoring, which is, however, often costly to be implemented in practice. Statistical techniques and machine learning methods allow us to identify and focus on fundamental environmental variables that have close relationships with NPS pollutants of interest. This study developed surrogate models to predict the concentrations of suspended sediment (SS) and total phosphorus (T-P) from turbidity and runoff discharge rates using multiple linear regression (MLR) and random forest (RF) methods. The RF models provided acceptable performance in predicting SS and T-P, especially when runoff discharge rates were high. The RF models outperformed the MLR models in all the cases. Such finding highlights the potential of RF techniques and models as a tool to identify fundamental environmental variables that are measured in relatively inexpensive ways or freely available but still able to provide information required to quantify the concentrations of NP S pollutants. The analysis of relative importance rates showed that the temporal variations of SS and T-P concentrations could be more effectively explained by that of turbidity than runoff discharge rate. This study demonstrated that the advanced statistical techniques such as machine learning could help to improve the efficiency of NPS pollutants monitoring.

• 한국물환경학회지
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• 제23권6호
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• pp.897-905
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• 2007

Approximately 70% of Korea is composed of forest areas. Especially 48% of agricultural field is practiced at highland areas over 400 m in elevation in Kangwon province. Over 90% of highland agricultural farming is located at Kangwon province. Runoff characteristics at the mountainous area such as Kangwon province are largely affected by steep slopes, thus runoff estimation considering field slopes needs to be utilized for accurate estimation of direct runoff. Although many methods for runoff estimation are available, the Soil Conservation Service (SCS), now Natural Resource Conservation Service (NRCS), Curve Number (CN)-based method is used in this study. The CN values were obtained from many plot-years dataset obtained from mid-west areas of the United States, where most of the areas have less than 5% in slopes. Thus, the CN method is not suitable for accurate runoff estimation where significant areas are over 5% in slopes. Therefore, the CN values were adjusted based on the average slopes (25.8% at Doam-dam watershed) depending on the 5-day Antecedent Moisture Condition (AMC). In this study, the CN-based Long-Term Hydrologic Impact Assessment (L-THIA) direct runoff estimation model used and the Web-based Hydrograph Analysis Tool (WHAT) was used for direct runoff separation from the stream flow data. The $R^2$ value was 0.65 and the Nash-Sutcliffe coefficient value was 0.60 when no slope adjustment was made in CN method. However, the $R^2$ value was 0.69 and the Nash-Sutcliffe value was 0.69 with slope adjustment. As shown in this study, it is strongly recommended the slope adjustment in the CN direct runoff estimation should be made for accurate direct runoff prediction using the CN-based L-THIA model when applied to steep mountainous areas.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권1호
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• pp.59-71
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• 2005

빈번하게 발생하고 있는 산불은 산지유역에 과도한 토사유출 문제를 일으키고 있다. 산불 이후 산지사면에서 강우에 의한 토사유출은 지표식생인자에 의해 지배되며 지표식생은 시간의 경과에 따라 점차 회복되고 이는 토사유출을 저감시킨다. 본 연구에서는 민감도를 강우에너지에 대한 유출 및 토양침식량의 비로 정의하고, 지표인자 변화에 따른 유출 및 토양침식 민감도의 특성을 분석하였다. 그 민감도에 대한 매개변수들의 상관관계를 분석한 결과 지표식생지수와의 상관성이 가장 높았으며 지수함수적인 관계를 나타내었다. 산불이후 경과시간에 따른 민감도는 산불피해복구 대책공법과 산불의 강도 모두 적합한 감소 기울기를 보였다. 산불발생 년도에 따른 토양침식민감도의 변화에서는 산불발생 이후 약 5년이 경과하면 토양침식민감도 변화가 적어 안정적인 범위 이내로 접어드는 것이 확인되었다.

• 자원환경지질
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• 제42권4호
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• pp.343-356
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• 2009

제주도의 토지이용 변화에 대한 직접유출량의 변화를 알아보기 위하여 SCS 방법에 의한 직접유출량을 산정하였다. 토지이용자료는 국토해양부에서 운영하는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하는 1975년부터 2000년까지 5년 주기의 위성 영상으로부터 추출 분류된 자료들을 이용하였으며, 토양도, 투수성 지질구조 분포를 토대로 수문학적 토양군을 분류하였다. 제주도의 1975년부터 2000년까지 토지이용은 도시화 및 지역 개발 등에 의한 산림지역의 감소와 시가화 지역과 농지 증가가 뚜렷하게 나타나고 있다. 그에 따라 제주도의 평균 유출곡선지수는 1975년에 65.3이었던 것이 2000년에는 69.6으로 지속적으로 증가되었다. 유출곡선지수의 증가로 인하여, 년간 직접유출량은 1995년도의 강우량을 적용했을 때 299.0 mm에서 351.6 mm로, 직접유출률은 15.1%에서 17.7%로 증가된 것으로 산정되며, 2000년도의 강우량을 적용했을 때에는 직접유출량이 년간 136.9 mm에서 161.5 mm로, 직접유출률은 9.7%에서 11.5%로 증가된 것으로 평가되었다. 이러한 직접유출량의 변화는 지하수 함양량과 지하수 개발 가능량의 변화로 이어지기 때문에, 합리적인 물관리에 있어서 토지이용변화, 지역개발에 의한 물수지 변화 등을 면밀하게 검토할 필요가 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권8호
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• pp.645-653
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• 2005

청계천 유역(유로연장: 13.75 km, 유역면적: $50.95\;km^2$)의 물순환 해석에 물리적 개념의 공간 분포형 강우-유출 모형인 WEP 모형을 적용하였다. 모형 적용 결과, 청계천 유역은 전형적인 도시 유역의 특성을 나타내었는데, 강우시의 지표면 유출량이 크고, 강우의 유출에 대한 반응이 빠르며, 증발산의 경우는 산림지역보다 도시지역이 상대적으로 적었다. 또한 관측값과 비교한 결과 청계천의 하천 유출을 모의하기에 적절함을 알 수 있었고, 이를 토대로 청계천 유역 자체의 복원후 유지유량 공급능력에 대해 추정하였다. WEP 모형의 적용 결과, 2002년 청계천 유역의 물수지는 연간 1,388 mm의 강우에 대하여 830 mm의 지표면 유출이 발생하고 388 mm가 침투되며 397 mm가 증발산에 의해 대기중으로 방출되었다. 하천유출량은 1,228 mm로 이 중 지표면 유출, 중간 유출, 지하수 유출의 비율은 각각 $67.6\%,\;12.7\%,\;19.7\%$이었다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권3호
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• pp.311-316
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• 2007

산림지역 유출수가 하천의 수질에 미치는 영향을 파악하기 위하여 지질과 식생이 다른 한국과 일본 8개 지역 토양용출액과 계류수의 수질을 조사, 비교하였다. $NO_3^-$농도는 표토층에서 높고 토심이 깊을수록 낮아졌으며, 현무암지질의 표층(13.3 mg/g)과 심층 (7.40 mg/g)이 가장 높게 나타났다. $PO_4^{3-}$농도는 토심에 따라 차이가 없었고 화강암과 변성암지질의 중층(60 cm)이 표층(30 cm)보다 높게 나타났다. 토양용출액의 T-N은 침엽수림의 화강암지점 8.03 mg/L, 활엽수의 안산암지점 14.79 mg/L이었고, 계류수는 침엽수림의 화강암지점이 10월에 5.53 mg/L, 1월 6.99 mg/L이었고, 활엽수림의 안산암지점이 $3.61\sim5.11$ mg/L이었다. 토양용출액와 계류수의 T-P은 침엽수림과 활엽수림이 비슷한 값을 보였고, 활엽수림의 현무암지점(0.090$\sim$0.179 mg/L)에서 다소 높게 나타났다. 침엽수림 토양용출액의 pH와 EC, $Ca^{2+}$ 및 $Cl^-$농도는 p<0.01에서 유의한 정의 상관을 보이고, S-Fe, S-Al과는 부의 상관을 보였다. 전기전도도와 $Ca^{2+}$농도 및 $NO_3^-$농도는 p<0.01에서 유의한 상관이 있고, $SO_4^{2-}$농도, S-Fe와는 p<0.05에서 유의한 상관이 있었다. 활엽수림 토양용출액의 pH와 $Ca^{2+}$농도는 p<0.05에서 정의 상관이 있고, $K^+$, S-Fe 및 S-Al농도는 p<0.01에서 부의 상관이 있었다. 전기전도도와 $Ca^{2+}$ 및 $Cl^-$농도는 p<0.05, $NO_3^-$농도와는 p<0.01에서 유의한 정의 상관을 보였다.

• Water Engineering Research
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• 제5권4호
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• pp.185-193
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• 2004

Estimates of annual actual evapotranspiration are needed in water balance studies, water resources management projects, and many different types of hydrologic studies. This study validated a set of 5 empirical equations of estimating annual actual evapotranspiration with climate data on 11 watersheds, and evaluated the further applicability of these forms in estimating annual runoff on watershed level. Five empirical equations generally overestimated annual evapotranspiration, with relative errors ranging $3.3\%$ to $47.2\%$. The results show that Schreiber formula can be applicable in determining annual evapotranspiration in sub-humid region that is classified by aridity index, while Zhang equation gave better results than the remaining methods in humid region. The mean differences for annual evapotranspiration bias over 11 watersheds are Zhang, Schreiber, Budyko, Pike, and Ol'dekop formula from lowest to highest. The empirical equations provide a practical tool to help water resources managers in estimating regional water resources on ungauged large watershed.

• 한국물환경학회지
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• 제24권6호
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• pp.773-783
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• 2008

In this paper, data collected from 22 different rural watersheds during stormflow conditions were analyzed. Those watersheds consisted of forest and cultivated land. EMC data analysis indicates that as agricultural land use increases, EMC values of TSS, COD and TN clearly tends to increase, but TP does not show a significant increase. Pattern of the pollutographs mostly has a similarity in hydrograph shape except nitrogen which inherently shows a variability and complication. The fraction of soluble reactive-P to TP increases as cultivated land use increases while mobile-nitrogen portion was higher in the runoff from forested watersheds than agricultural areas. During stormflow, pollutograph of the nitrogen was determined mainly by change in Particle-TKN as other pollutants but its effect is thought to be masked by decrease of dissolved form of nitrogen due to the dilution.

• 한국산림과학회지
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• 제85권4호
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• pp.634-646
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• 1996

본 연구는 산지유역을 대상으로 하여 임지의 수질정화능을 구명하고자 실시했다. 대한리 및 박달리의 2개 유역에서 임외우 및 수관통과우, 수간류, 토양수, 계류수의 산지 물순환 각 과정에 대한 수량과 산도, 전기전도도, 용존산소 등을 측정하여 수질변화를 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 임외우의 평균 pH는 박달리 7.6, 대한리 6.4로 나타났다. 2. 적송과 리기다소나무의 수간유하수와 수관통과우의 수질을 비교한 결과, 형균 pH는 대한리에서 각각 4.32와 4.22, 박달리에서 각각 3.34와 4.81로 나타났으며, 평균 전기전도도는 박달리에서 각각 $230.0{\mu}S/cm$, $82.0{\mu}S/cm$이었고, 대한리에서 각각 $119.7{\mu}S/cm$, $96.8{\mu}S/cm$로 나타났다. 3. 계류수의 pH는 유출량의 증가에 따라 감소하였으나, 전기전도도 및 용존산소량은 값이 높아지는 것으로 나타났다. 4. 적송의 임내우(수간류와 수관통과우)가 상수리나무의 임내우보다 pH는 낮게 나타났으며, 전기전도도는 높게 나타났다. 5. 두 시험지의 산지 물순환 과정 중에서 산림토양의 수질정화능력이 가장 높은 것으로 나타났다. 6. 물순환 과정에 따라 수질 변화를 분석한 결과, 습성 강하물에 의한 오염물질의 부하보다는 건성강하물에 의한 부하와 수목의 수피에 의한 영향이 더 큰 것으로 판단되었다. 그러나 산성 임내우도 토양을 거치면서 모암에 의해 중화되고 토양입자에 의한 침착이 일어나면서 계류로 유출되는 유출수의 수질은 양호하게 나타났다.