범용토양유실공식(USLE)을 이용한 유역 유사유출량 산정에 관한 연구

Abstract

산업발전에 따른 급격한 도시화는 토지 개발을 수반하며, 이로 인해 토양의 변화가 일어난다. 이는 유역에서의 토양침식량 뿐만 아니라 하천유사량(River Sediment)의 규모를 증대시켜 하천 하상의 높이와 통수 단면적을 축소시키고 홍수와 같은 자연재해를 유발시키는 요인이 되고 있다. 또한 하천제방이나 하천구조물의 하상을 침식시켜 붕괴시키고, 교량이나 배수문, 보, 어도, 주운시설 등을 훼손하여 국민의 생명과 재산을 위협하는 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 만경강 유역의 봉동 수위관측소 유역을 연구대상으로 선정하여 범용토양유실공식(USLE; Universal Soil Loss Equation)으로 토양침식량과 유역 유사유출량을 모의하였다. 토양침식량을 유역 유사유출량으로 변환하기 위해 Vanoni(1975), Boyce(1975), USDA(1972)가 제안한 유사전달비(SDR; Sediment Delivery Ratio) 공식을 각각 적용하였으며, 이를 통해 유역 유사유출량을 산정하였다. 또한 USLE 모형과 SDR를 적용하여 모의된 유역 유사유출량을 검증하기 위해 대상유역에서 실측된 부유사와 하상토 자료를 활용하였으며, USLE 모형으로 모의된 토양침식량과 유역 유사유출량의 적정성을 검증하기 위한 수단으로 실측된 부유사(Suspended Load) 측정 자료를 사용하였다. 아울러 총유사량(Total Sediment Load)은 유량조사사업단에서 개발한 SDSC(Modified Einstein Module)로 추정하였다. 본 연구에서는 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)과 범용토양유실공식(USLE)을 활용하여 강우침식인자(R), 토양침식인자(K), 지형인자(LS), 식생피복인자(C), 경작인자(P)에 대한 주제도를 작성하였고, 토양침식량의 정도를 공간적으로 구현하였다. ArcView의 Map Calulator에서 각각의 인자를 곱하여 유역의 토양침식량을 산정한 결과, 206.700ton/km2/year의 값을 가졌으나 대부분의 유역에서는 토양침식량이 발생되지 않았다. 또한 유사전달비를 산정하기 위해서 Vanoni, Boyce, USDA 등이 제시한 공식을 적용한 결과, Vanoni와 USDA는 0.228과 0.298의 값을 가져 비교적 유사하였으나, Boyce는 0.093의 상당히 적은 값을 나타냄을 알 수 있었다. 유사전달비에 토양침식량을 곱하여 유사유출량을 산정한 결과는 유사전달비의 값과 마찬가지로 Vanoni와 USDA는 47.128ton/km2/year과 61.594ton/km2/year을 가져 비교적 유사하였으나 Boyce는 19.223ton/km2/year로 다소 작았고, 연간 유사 유출총량을 산정한 결과, 부유사량은 40.72ton/km2/year을, 총유사량은 51.39ton/km2/year로 산정되었다. 실측된 자료를 기반으로 모의된 유역 유사유출량을 검증한 결과, Vanoni(1975)의 유사전달비를 고려한 유사유출량이 보다 실측치에 근접한 결과를 나타내었다.