• 자원환경지질
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• 제40권1호
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• pp.103-113
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• 2007

GIS와 연계시켜 만든 분산형 모델의 대표적인 경험식인 USLE model과 물리학기반의 GeoWEPP model을 경기도 이천시에 위치한 소유역에 적용하여 2004년 1월에서 2005년 1월까지 1년간의 토사유출량을 비교하였다. 연구기간동안의 유출된 토사량은 실제관측결과 270.54 ton, USLE 모델 적용 시 358.1 ton, 그리고 GeoWEPP 모델 적용 시 283.30 ton으로 각각 산출되었다. 각각의 모델을 적용한 산출량은 실제 산출량보다 과대하게 산출되었으며, 산출결과만을 볼 때, GeoWEPP 모델을 적용한 토사유출량이 USLE 적용 산출량 보다 관측량에 더 근사한 산출량을 보였다. 모델 적용 산출량이 과대산출 된 원인으로는 실험웨어를 월류하여 빠져나간 부유물에 대한 양이 포함되지 않았기 때문으로 판단된다.

• 환경영향평가
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• 제25권6호
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• pp.525-531
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• 2016

본 연구는 2007년과 2014년 국가토지피복지도에 따른 토양유실량을 평가하기 위해 GIS와 토양유실공식(USLE)을 활용하였다. 토양유실량의 공간분포를 추정하기 위해 USLE 모델의 토지피복변화와 식생인자를 적용하였다. 하지만, 토양유실량은 토지피복지도의 적용방법과 연산과정에 따라 서로 다른 결과가 나타났다. 본 연구에서는 USLE 모델을 적용하기 위해서 환경부의 식생인자와 토지피복지도를 적용하여 2014년 강원도 내린천 유역의 인제스터디움 개발지역 토양유실량 발생을 비교하였다. 연구지역의 토양유실량 산정을 위해 토지피복도, 지형도, 토양도 그리고 강수량 등의 자료들을 사용하였다. 토지피복의 변화는 중분류와 세분류 지도에 의해 평가되었고, 토양유실량은 최대 두 배의 차이가 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.515-515
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• 2015

토양유실량을 산정하기 위한 모델로 Universsal Soil Loss Equation(USLE)가 전 세계적으로 가장 많이 사용되고 있다. USLE 모형은 농경지에서 면상침식(Sheet erosion)과 세류침식(Rill erosion)을 모의할 수 있는 시험포단위 모형(Field-scale)으로 농경지에서 유실된 토양이 하류 하천으로 얼마나 흘러 들어가 하류 수계의 탁수발생과 이에 따른 수질악화에 얼마나 기여하는지, 즉, 유역단위의 토양유실량을 평가하는데 이용될 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 Sediment Assessment Tool for Effective Erosion Control (SATEEC) ArcView 시스템이 개발되어 사용되고 있다. SATEEC ArcView 시스템은 USLE모형의 입력자료와 DEM만으로 유역면적에 따른 유달률을 산정하여 유역에서 유실된 토양이 얼마만큼 하류로 유달되는지를 모의할 수 있으며, 유역 경사도에 의한 유달률도 산정할 수 있어 지형적인 특성을 좀 더 다양하게 분석 할 수 있게 개발 되었다. 그러나 ArcView는 출시한지 오래되어 사용자가 많지 않고, 프로그램상의 오류가 많고, 대용량의 데이터 처리가 가능한 64비트 운영체제에서는 설치가 불가능한 단점이 있다. 또한, ArcView의 프로그래밍 언어인 Avenue는 클래스를 정의한다거나 상속을 한다거나 하는 문법을 제공하지 않기 때문에 객체지향 언어로 보기에는 부족하다고 할 수 있다. 또한, 최근의 ArcGIS 기반의 많은 모델들이 서로 연계하여 사용하고 있으나, Avenue는 기타 다른 프로그래밍 언어와 연계하여 사용하기가 쉽지 않은 단점이 있다. 그러나 최근 ArcGIS 버전들의 프로그래밍 언어인 Python은 간결하고 확장성이 좋으며, 다른 언어와의 연계가 쉽다. 또한, ArcGIS 10.x버전부터 제공되는 arcpy 모듈은 사용자와의 접근성이 매우 향상되었다. 따라서 SATEEC ArcView 버전을 ArcGIS 10.1 기반의 Python 으로 재개발하여 기존의 불편한 접근성과 대용량 데이터의 처리가 불가능했던 부분을 개선하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.450-450
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• 2021

기후변화 보고서에 따르면 집중 호우의 강도 및 빈도 증가가 향후 몇 년동안 지속될 것이라 제시하였다. 이러한 집중호우가 빈번히 발생하게 된다면 강우 침식성이 증가하여 표토 침식에 더 취약하게 발생된다. Universal Soil Loss Equation (USLE) 입력 매개 변수 중 하나인 강우침식능인자는 토양 유실을 예측할때 강우 강도의 미치는 영향을 제시하는 인자이다. 선행 연구에서 USLE 방법을 사용하여 강우침식능인자를 산정하였지만, 60분 단위 강우자료를 이용하였기 때문에 정확한 30분 최대 강우강도 산정을 고려하지 못하는 한계점이 있다. 본 연구의 목적은 강우침식능인자를 이전의 진행된 방법보다 더 빠르고 정확하게 예측하는 머신러닝 모델을 개발하며, 총 월별 강우량, 최대 일 강우량 및 최대 시간별 강우량 데이터만 있어도 산정이 가능하도록 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 강우침식능인자의 산정 값의 정확도를 높이기 위해 1분 간격 강우 데이터를 사용하며, 최근 강우 패턴을 반영하기 위해서 2013-2019년 자료로 이용했다. 우선, 월별 특성을 파악하기 위해 USLE 계산 방법을 사용하여 월별 강우침식능인자를 산정하였고, 국내 50개 지점을 대상으로 계산된 월별 강우침식능인자를 실측 값으로 정하여, 머신러닝 모델을 통하여 강우침식능인자 예측하도록 학습시켜 분석하였다. 이 연구에 사용된 머신러닝 모델들은 Decision Tree, Random Forest, K-Nearest Neighbors, Gradient Boosting, eXtreme Gradient Boost 및 Deep Neural Network을 이용하였다. 또한, 교차 검증을 통해서 모델 중 Deep Neural Network이 강우침식능인자 예측 정확도가 가장 높게 산정하였다. Deep Neural Network은 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 와 Coefficient of determination (R²)의 결과값이 0.87로서 모델의 예측성을 입증하였으며, 검증 모델을 테스트 하기 위해 국내 6개 지점을 무작위로 선별하여 강우침식능인자를 분석하였다. 본 연구 결과에서 나온 Deep Neural Network을 이용하면, 훨씬 적은 노력과 시간으로 원하는 지점에서 월별 강우침식능인자를 예측할 수 있으며, 한국 강우 패턴을 효율적으로 분석 할 수 있을 것이라 판단된다. 이를 통해 향후 토양 침식 위험을 지표화하는 것뿐만 아니라 토양 보전 계획을 수립할 수 있으며, 위험 지역을 우선적으로 선별하고 제시하는데 유용하게 사용 될 것이라 사료된다.

• 대한공간정보학회지
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• 제18권3호
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• pp.3-10
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• 2010

다양한 공간정보와 GIS의 발달로 인해 자연현상의 해석 및 상관관계를 분석하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구의 목표는 1995~2005년 간 낙동강유역의 토양유실량 산출과 "위성영상과 GIS를 이용한 낙동강하구 지형변화 탐지" 연구에서 산출한 하구역 해안섬의 면적변화 산출결과의 상관성을 분석하고자 한다. 토양유실량 산정은 국내에서 주로사용되는 USLE의 수정된 형태인 Revised-USLE 모델을 이용하고, 토양유실량 산정시 해안섬의 면적과 비교를 위해 강우침식인자는 사용된 위성영상의 관측일로부터 1년 이전의 기간동안 전국 관측소에서 관측된 실측값을 이용하였다. 산출한 토양유실량과 해안섬 면적변화의 상관계수는 진우도 0.57, 신자도 0.7, 도요등 0.87로 낙동강의 주된 수로가 흐르는 도요등의 영향이 많은 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 다양한 분야와 인자별 특성파악을 통한 USLE 연구가 실제적으로 자연 현상을 파악함에 유용함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권9호
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• pp.783-793
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• 2018

본 연구의 목적은 한국의 지역별 연평균 강우침식인자 값을 갱신하기 위한 것이다. 2012년 환경부는 표토의 침식 현황조사에 관한 고시를 공포하면서 전국 규모의 토양침식량을 추정하기 위한 모델로서 범용토양유실공식 모델을 채택한 바 있다. 이 고시에는 범용토양유실공식을 적용하기 위해 필요한, 158개 지점에 대한 지역별 강우침식인자가 포함되어 있으나, 이 값은 1997년 이전에 만들어진 데이터를 바탕으로 하고 있기에 개선될 필요가 있다. 본 연구는 우리나라 전국 단위의 연평균 강우침식인자 데이터를 수집하고 분류, 통합하여 분석에 사용하였다. 연구결과 1961~2015년 기간의 54개 지점에 대한 연평균 강우침식인자를 재산정하였으며 새로운 등강우침식도를 제시하였다. 또한 실무에서 활용이 용이하도록 국내 167개 시 군별 연평균 강우침식인자 데이터를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 값은 표토침식량을 예측하기 위한 업데이트된 강우침식인자로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.173-173
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• 2016

토양유실은 수생태계에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 상수원과 수계를 오염시키는 대표적인 오염원으로 간주되고 있다. 이러한 토양유실에 대한 문제를 해결하기 위해서는 무엇보다 토양유실 발생 현황을 파악하는 것이 중요하다. 토양유실 발생 현황을 파악하기 위하여 SWAT, SATEEC, APEX 등 다양한 수문모형 모델들이 개발되어 왔다. 그러나 각각의 수문모형 모델에서 어떠한 토양유실 산정 공식을 사용하였는지에 따라 모의 결과에서 다소 차이를 보이게 된다. 이에 본 연구에서는 우리나라의 필지나 유역을 대상으로 토양유실량을 산정함에 있어 어떠한 공식이 토양유실에 미치는 영향인자를 가장 잘 모의하는지 분석하여 적용하고자 하였다. 본 연구에서는 분지 특성의 유역으로, 유역 내 경작지가 집약적으로 모여 있어 토양유실 문제가 심각한 양구군 해안면 유역을 대상으로 시범 적용하였다. 토양유실량을 모의하기 위한 모델은 USLE, AOF, RUSLE, MUSLE, MUST, MUSS, MUSI의 공식 중에서 사용자가 지정한 공식에 따라 모의가 가능한 APEX 모델로 선정하였다. 본 연구에서는 양구군 해안면의 실측 유량자료를 기반으로 각 공식에 따른 토양유실량에 대하여 검정 작업을 진행하였으며, 이를 양구군 해안면의 토양유실 실측값과 비교 분석하여 해안면 유역에서 토양유실에 미치는 영향인자를 가장 잘 반영할 수 있는 공식이 무엇인지 확인하였다. 본 연구결과를 통해 양구군 해안면 유역에서 발생하는 토양유실량을 예측할 수 있는 최적의 공식을 확인함으로써 토양유실 관련 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 본 연구에서는 양구군 해안면 유역을 대상으로 최적의 토양유실 산정공식을 찾았지만, 타 유역의 토양유실량을 평가하기에는 한계가 있다. 따라서 APEX를 이용한 전국단위 토양유실량 평가를 통해 범용화 할 수 있는 공식을 찾는 추가적인 연구를 진행한다면 보다 정밀한 토양유실량 산정이 가능하게 되어 향후 우리나라 토양유실 관련 연구에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

• Spatial Information Research
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• 제10권1호
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• pp.139-152
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• 2002

본 연구는 토양손실 추정 모형인 RUSLE를 이용하여 안성천의 평택수위관측소 (건교부)를 중심으로한 유역의 토양손실량 및 유실된 토사의 이동경로를 분석하고자 하였다. 모형의 입력자료로 사용되는 지형정보 자료를 RS와 G1S 기법을 이용하여 구축함으로써 RUSLE 모형의 적용성을 평가하였다. 과거에 비하여 다양한 토지피복 형태가 변화된 안성천 유역(583.9 km)에 대하여 Landsat MSS 및 TM 위성자료를 이용하여 토지피복 변화에 대한 GIS 입력자료를 구축하였다. 강우자료는 2개의 강우 관측소의 1993년부터 2000년까지의 연평균 강우자료를 surface interpolation을 수행하여 지점강우를 공간강우로서 변환하여 구축하며 토양손실량을 산정하였다. 그 결과 1990년에 비하여 2000년의 토양손실변화는 25.3 ㎢ 줄어든 산림지역의 토양손실량은 3751.2 ton/yr 감소한 반면, 22.5 km 늘어난 밭지역의 토양손실량은 5395.4 tou/yr 증가하였다. 따라서, 산림지역은 1.1배의 면적감소에 대하여 1.2배의 토양손실량이 감소된 반면, 밭지역은 1.3배의 면적증가에 대하여 4.4배의 토양손실량의 증가를 보여 밭지역이 토양손실량 변화 에 민감함을 확인할 수 있었고, 유역 전체의 토양손실량은 5.4 kg/㎡/yr로 증가하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제23권4호
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• pp.467-473
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• 2007

Although the dominant land use at the Imha-dam watershed is forest areas, soil erosion has been increasing because of intensive agricultural activities performed at the fields located along the stream for easy-access to water supply and relatively favorable topography. In addition, steep topography at the Imha-dam watershed is also contributing increased soil erosion and sediment loads. At the Imha-dam watershed, outflow has increased sharply by the typhoons Rusa and Maemi in 2002, 2003 respectively. In this study, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was evaluated for simulation of flow and sediment behaviors with long-term temporal and spatial conditions. The precipitation data from eight precipitation observatories, located at Ilwol, Subi and etc., were used. There was no significant difference in monthly rainfall for 8 locations. However, there was slight differences in rainfall amounts and patterns in 2003 and 2004. The topographical map at 1:5000 scale from the National Geographic Information Institute was used to define watershed boundaries, the detailed soil map at 1:25,000 scale from the National Institute of Highland Agriculture and the land cover data from the Korea Institute of Water and Environment were used to simulate the hydrologic response and soil erosion and sediment behaviors. To evaluate hydrologic component of the SWAT model, calibration was performed for the period from Jan. 2002 to Dec. 2003, and validation for Jan. 2004 to Apr. 2005. The $R^2$ value and El value were 0.93 and 0.90 respectively for calibration period, and the $R^2$ value and El value for validation were 0.73 and 0.68 respectively. The $R^2$ value and El value of sediment yield data with the calibrated parameters was 0.89 and 0.84 respectively. The comparisons with the measured data showed that the SWAT model is applicable to simulate hydrology and sediment behaviors at Imha dam watershed. With proper representation of the Best Management Practices (BM Ps) in the SWAT model, the SWAT can be used for pre-evaluation of the cost-effective and sustainable soil erosion BMPs to solve sediment issues at the Imha-dam watershed. In Korea, the Universal Soil Loss Equation (USLE) has been used to estimate the soil loss for over 30 years. However, there are limitations in the field scale mdel, USLE when applied for watershed. Also, the soil loss changes temporarily and spatially, for example, the Imha-dam watershed. Thus, the SW AT model, capable of simulating hydrologic and soil erosion/sediment behaviors temporarily and spatially at watershed scale, should be used to solve the muddy water issues at the Imha-dam watershed to establish more effective muddy water reduction countermeasure.

• 한국토양비료학회지
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• 제40권5호
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• pp.383-391
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• 2007

수계 내 농경지로부터의 비점오염은 토양유실과 밀접한 관련이 있어 토양침식 정도를 산정하는 것은 비점오염 관리의 기초가 될 수 있으며 환경오염 예측모델의 정도 향상에도 도움이 될 것이다. 본 연구는 표준유역단위인 소유역에서 토양연접군에 따라 소유역을 분류하고 소유역별로 토양침식 위험성을 산정해 통합적 수계관리의 방향을 제시하고자 수행하였다. 건설교통부 소유역 분류에서 토양조사가 되어 있는 10개의 소유역을 선정해 토양연접군에 따른 분류를 통해 금강본류 21, 남강 03, 동진천, 가평천 01, 경안천 02 소유역은 편마암 유래토양이 50% 이상을 차지하는 편마암 유래토양 소유역 그룹으로 분류되었고, 금강본류 16, 병성천 01, 대신천, 북천 02, 영상강 본류 08 소유역은 화강암 유래토양 면적이 60% 이상인 화강암 유래토양 소유역 그룹으로 분류되었다. 대상유역의 경지이용 형태는 편마암 유래토양이 주로 분포하고 있는 소유역 그룹에서 화강암 유래토양이 주로 분포하는 소유역보다 산림의 면적비율이 높게 나타났고 밭의 분포면적 비율이 그다지 높지 않은 것을 보여주었다. 또한 토양도 상의 경사도 분포는 편마암 유래토양이 주로 있는 소유역에서는 산림면적이 많은 관계로 경사 60% 이상인 E와 F slope이 많았고 화강암 유래토양이 주로 분포하는 소유역에서는 대부분의 유역이 경사도에 따라 고르게 분포하는 경향이었다. 각각의 소유역별 토양유실량 산정에 따른 면적별 분포는 산림이 포함된 관계로 편마암이나 화강암 유래토양 대부분에서 A나 B 등급이 많았으나 전체적으로는 편마암 유래토양이 주가 되는 소유역은 B와 C 등급이 많이 분포하고 있었으며, 화강암 유래토양이 주가 되는 소유역에서는 영산강 08을 제외하면 A와 B 등급에 많이 분포하고 있었다. 산림을 제외하는 경우에는 전체적으로 토양유실 등급의 면적분포가 A 등급이 많아졌고 편마암 유래토양 소유역에서 상대적으로 G 등급의 면적분포가 상승하고 등급별 분포가 고르게 되었다. 소유역에서 경지이용형태별 토양유실량은 논이 가장 작은 값을 보였고, 다음이 산림이었으며 제일 큰 토양유실량을 보인 것은 밭이었다. 토양유실량 산정에 따른 토양연접군별 소유역단위 특성을 살펴보면 송산지곡 연접군으로 분류할 수 있는 편마암 유래토양이 주로 분포하고 있는 소유역들의 연간 평균 토양유실량은 $7.66ton\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었고, 삼각상주 연접군으로 분류되는 금강본류 16, 병성천 01, 대신천, 북천 02 소유역의 평균 토양유실량은 $5.55ton\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었다. 송정백산 연접군으로 분류할 수 있는 영산강 08 소유역의 토양유실량은 $9.6ton\;ha^{-1}\;yr^{-1}$ 이었으나 이 연접 소유역군은 다른 소유역군들처럼 더 많은 분류가 있어야 평균 토양유실량을 산정할 수 있을 것으로 여겨진다. 이런 결과로 보아 토양연접군에 따른 소유역의 분류와 유역그룹별 토양유실량을 산정하면 토양연접군별 소유역그룹의 비점오염 기여도를 파악할 수 있을 것으로 보이며, 이에 따라 다양한 수문 환경 모형들의 적용성을 확대시켜 수계 내 수질 관리의 효율성을 향상시킬 수 있을 것이다.