• 대한환경공학회지
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• 제35권6호
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• pp.422-429
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• 2013

지구온난화와 도시 사막화에 따른 지표면의 온도 상승은 기상과 기후에 대한 실질적은 변화를 야기시킨다는 것은 경험적으로 잘 알려져 있다. 특히 사막화 지역에서는 사막 토양이 침투에 유리한 높은 기공성을 가졌음에도 불구하고 오히려 강우 시 강력한 유출(runoff) 현상에 의한 홍수가 빈번하게 발생하고 있다. 강수시 이러한 높은 유출 특성은 빠른 수분증발과 짧은 수자원순환주기에 의하여 집중호우를 발생시키고 지하수 자원을 고갈시키는 최악의 양극화 현상을 야기시키고 있다. 이러한 현상에 대한 물리적인 기전은 사막과 같은 토양에 높은 온도에 의한 강한 열적 부력현상에 의한 것으로 판단된다. 그러나 이러한 주제의 중요성에도 불구하고 이것에 대한 과학적인 연구가 제대로 이루어지지 않은 것으로 나타나고 있다. 본 논문에서는 이러한 현상에 대한 물리적인 가설에 대한 기전을 밝히기 위해 실험적인 연구와 수치 해석적 연구를 병행하였다. 실험적 연구를 위해 기공도 약 35%에 입도 2.0 mm를 가진 자갈성 모래를 가지고 토양 온도 변화에 따른 실험을 수행하였다. 온도 변화에 대한 구체적인 변수는 case 1의 표준상태의 경우에는 지표면의 온도를 $15^{\circ}C$로 하였고, case 2의 경우는 $70^{\circ}C$ 비교적 높은 고온을 선택하여 각각 10회의 반복실험을 시도하여 평균값을 취하였다. $70^{\circ}C$를 선택한 이유는 캘리포니아 Coachella Valley이 검은 모래가 화씨 191도(섭씨 88도)까지 상승한다는 경험적 자료에 기초하였다. 실험 결과 온도가 $70^{\circ}C$인 경우는 $15^{\circ}C$인 경우에 비하여 유출(runoff)이 온도상승효과에 의하여 약 5% 이상 실질적으로 증가하는 결과를 보였으며 지하로 침투하는 침투량(infiltration)은 빗물의 양을 동일한 양으로 표준화 하여 보정한 경우 온도가 낮을 때 상대적으로 30% 정도 증가하는 현상을 나타내었다. 이러한 결과는 지표면 온도 상승이 지하수 고갈과 그에 따른 지반강하에 중요한 인자가 될 수 있음을 시사한다. 수치해석의 결과는 실험 결과와 비교할 때 온도상승에 의해 약 4.6% 정도 유출이 증가되는 것으로 나타나 실험결과와 비교적 잘 부합하였으며 강우량에 따른 변수 연구의 경우도 물리적으로 일관성이 있었다. 이러한 기본적인 연구 결과에 기초할 때 향후 보다 실질적인 시스템에 대한 연구가 가능할 것으로 판단된다.