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국문초록

목차

I. 서론 15

II. 연구사 17

2.1. 고랭지밭 현황 17

2.2. 고랭지밭의 토사유출발생원인 18

2.3. 토사유출저감에 대한 연구현황 21

2.4. 소양호의 흙탕물 발생 현황 23

2.5. 중간지 관리방법과 침사지의 필요성 25

2.6. WEPP 모형의 개요 27

III. 연구방법 및 분석 29

3.1. 연구대상지 29

3.1.1. 대상지의 개요 29

3.1.2. 대상지의 토사유출저감시설 33

3.2. 이중원통형침사지를 이용한 흙탕물 저감효과 분석 36

3.2.1. 이중원통형침사지의 개요 36

3.2.2. 침사지 설계 및 시공 38

3.2.3. 현장조사 및 모니터링 45

3.3. 그물망침사지를 이용한 흙탕물 저감효과 분석 48

3.3.1. 그물망침사지의 개요 48

3.3.2. 침사지 설계 및 시공 49

3.4. 멀칭 유무에 따른 고랭지밭 흙탕물의 유출특성 분석 52

3.4.1. 2007, 2008년도 강우 특성과 환경유형별 분석 방법 52

3.5. 고랭지밭 경사도별 침사지적정용량 산정 52

3.5.1. WEPP 모델을 이용한 경사도별 유출량 산정방법 52

3.5.2. 침사지 적정 용량 산정 방법 54

3.5.3. 침사지 용량의 적정성 검증 방법 58

3.5.4. 경사도별 침사지 적정 용량 산정 방법 59

3.5.5. 적용 가능한 침사지 크기 및 유효 용량 산정 방법 60

IV. 결과 및 고찰 62

4.1. 이중원통형침사지를 이용한 흙탕물 저감효과 연구 62

4.1.1. 모니터링 결과 종합 평가 62

4.1.2. 현장조사 결과 평가 76

4.2. 그물망침사지를 이용한 흙탕물 저감효과 연구 81

4.2.1. 모니터링 결과 종합 평가 81

4.2.2. 현장조사 및 모니터링 결과 평가 88

4.3. 멀칭 유무에 따른 고랭지밭 흙탕물의 유출 특성에 대한 연구 95

4.3.1. 강우 특성과 환경 유형별 분석 95

4.3.2. 강우량과 표면유출량 및 토사 제거량 96

4.3.3. 강우량과 SS 100

4.4. 고랭지밭 경사도별 침사지 적정용량 산정 102

4.4.1. 다양한 경사 조건하에서의 토양유실량 예측 102

4.4.2. 침사지 적정 용량 산정 105

4.4.3. 침사지 용량의 적정성 검증 106

4.4.4. 경사도별 침사지 적정 용량 산정 107

4.4.5. 적용 가능한 침사지 크기 및 유효 용량 111

V. 결론 112

VI. 참고문헌 116

Abstract 122

표목차

Table 2.1. Turbid water outbreak dates of Soyang lake's effluents 24

Table 3.1. Distribution of highland agricultural fields in Korea 29

Table 3.2. Reasonable settling pond surface for the agricultural field's... 58

Table 3.3. The adaptable settling pond sizes and the available volume 60

Table 4.1. Soil erode amounts per each days 63

Table 4.2. Raindrops, total rain amounts, surface loss amounts and surface loss... 65

Table 4.3. SS variations and treatment efficiencies of the influx and the outflow 67

Table 4.4. Water analysis results at the thawing season 68

Table 4.5. Water analysis results from June to july 69

Table 4.6. Water analysis results at the rainy season 71

Table 4.7. After the heavy rain, water analysis results by the flow distances 73

Table 4.8. At the heavy rain, water analysis results I 78

Table 4.9. Daily erode soil outbreak amounts 81

Table 4.10. Total rain amounts, surface loss amounts and surface loss rates per... 84

Table 4.11. SS variations and treatment efficiencies of the influx and the... 87

Table 4.12. Water analysis results(June 18th, 2008) 89

Table 4.13. Water analysis results(July. 20th, 2008) 90

Table 4.14. Water analysis results(July. 24th, 2008) 94

Table 4.15. The rain characters and the circumstance's factors in 2007 and... 96

Table 4.16. Annual comparing between the rain amounts and the surface loss... 97

Table 4.17. Annual comparing between the rain amounts and the influx's SS... 101

Table 4.18. Comparison of Runoff Generation under Various Slop Conditions (2~15%) 103

Table 4.19. Comparison of Runoff Generation under Various Slope Conditions (18~30%) 104

Table 4.20. The settling velocities and the surface for soil particule... 106

Table 4.21. The reasonable settling pond volume rates for each declines 108

Table 4.22. The reasonable settling pond volume for the decline 0~3% 109

Table 4.23. The reasonable settling pond volume for the decline 3~5.5% 109

Table 4.24. The reasonable settling pond volume for the decline 5.5~8% 109

Table 4.25. The reasonable settling pond volume for the decline 8~10% 110

Table 4.26. The reasonable settling pond volume for the decline 10~13% 110

Table 4.27. The reasonable settling pond volume for the decline 13~15% 110

Table 4.28. The adaptable settling pond sizes and the available volume 111

그림목차

Fig. 2.1. The turbid water movement schema in Soyang lake 25

Fig. 3.1. Panorama view for settling pond 32

Fig. 3.2. Soil erosion prevention equipments on Yeuljeon3 ri,... 34

Fig. 3.3. Soil reforming situation on Jawon ri, Nea meon, Hongcheon... 35

Fig. 3.4. Soil erosion prevent equipments on Doonnea meon, Hoengseong... 36

Fig. 3.5. The diagram of drain pipes and settling... 37

Fig. 3.6. Settling pond schema 38

Fig. 3.7. The first type settling in the ideal condition... 40

Fig. 3.8. The schema Which for individual... 41

Fig. 3.9. Settling pond schema(side view) 42

Fig. 3.10. Settling pond schema(flat view) 43

Fig. 3.11. The schema of settling pond monitoring system 43

Fig. 3.12. Establishing the drain pipes and settling pond 44

Fig. 3.13. Establishing the monitoring equipments 44

Fig. 3.14. At the heavy rain, turbid water... 47

Fig. 3.15. Comparing picture, Jawon... 48

Fig. 3.16. Net type settling pond schema (side view) 50

Fig. 3.17. Net type settling pond schema (flat view) 50

Fig. 3.18. Structural improvement of the settling pond 51

Fig. 3.19. Monthly Rainfall and Average Maximum Air Temperature in 2007. 53

Fig. 3.20. Monthly Rainfall and Average Maximum Air Temperature in 2008. 54

Fig. 3.21. Surface loss amounts variation by raindrops 55

Fig. 3.22. Ideal settling pond schema 56

Fig. 4.1. Relationship between Rainfall and Settled... 64

Fig. 4.2. The variations of the agricultural fields surface loss... 66

Fig. 4.3. SS daily variations in the turbid influx and the outflow 68

Fig. 4.4. Variation of Runoff by Rainfall. 70

Fig. 4.5. The highland agricultural field picture which... 72

Fig. 4.6. After the heavy rain, turbidity variation by the flow... 73

Fig. 4.7. Turbidity test sample site through the... 74

Fig. 4.8. Monitoring Results of Runoff, Inflow and Outflow SS. 75

Fig. 4.9. The turbid water incoming... 76

Fig. 4.10. At the heavy rain, turbid water... 79

Fig. 4.11. Comparing picture, Jawon... 79

Fig. 4.12. Monitoring Results of Runoff, Inflow and Outflow SS. 80

Fig. 4.13. Relationship between Rainfall and Settled Sediment. 82

Fig. 4.14. Erode soil that was settled in the... 83

Fig. 4.15. Variation between Daily Rainfall and Surface... 85

Fig. 4.16. Relationship between Rainfall and Surface Runoff... 86

Fig. 4.17. Daily SS Variation of Inflow and Outflow. 88

Fig. 4.18. Monitoring Results of Runoff, Inflow and Outflow SS. 90

Fig. 4.19. The picture of the highland... 91

Fig. 4.20. Monitoring Results of Runoff, Inflow and Outflow SS. 92

Fig. 4.21. The turbid water incoming picture... 93

Fig. 4.22. Monitoring Results of Runoff, Inflow and Outflow SS. 95

Fig. 4.23. Annual comparing between the rain amounts and... 98

Fig. 4.24. Annual comparing between the rain amounts... 99

Fig. 4.25. Annual comparing between the rain amounts and... 100

Fig. 4.26. The SS treatment efficiencies with the rain... 102

Fig. 4.27. Surface loss amounts variation by raindrops 106

초록보기

 강원도 지역의 고랭지밭은 전국 고랭지밭의 약 63%(232 km²)를 차지하고 있으며 고랭지밭의 강우 집중강우발생 시 토사유출에 의한 탁수문제 일으켜 탁수저감에 대한 방안이 필요하였다. 본 연구에서는 실제 규모의 침사지(이중원통형침사지와 그물망침사지)를 설계·설치하고, 원격 모니터링을 통해 처리 효율을 연구하고 모델링 기법을 사용하여 경사도별 침사지의 적정용량을 산정하였다.

이중원통형침사지의 경우 사업 기간 중 작물의 생육 정도, 강우의 연속성 등에 따라 그 경향이 달랐지만 10~20 mm/일 이상의 강우 시 흙탕물이 발생되었다. 침사지에는 일 강우량이 137 mm로서 최대치를 보였던 8월9일에 3.1 m³의 토사가 침전되어 가장 많은 토사가 침전되었으며, 2007년도 전체 사업기간 중 침사지 내에는 약 8.5 m³(약 22톤, 마사토 비중 약 2.6이므로)의 토사가 침전된 것으로 실측되어 침사지의 효과를 확인하고 계량할 수 있었다.

그물망침사지의 경우 일 강우량이 215 mm로서 최대치를 보였던 시기에 약 3 m³의 토사가 침전되어 가장 많은 토사가 침전되었으며, 2008년도 전체 사업기간 중 침사지 내에는 약 6.1 m³(약16톤)의 토사가 침전된 것으로 실측되어 침사지의 효과를 확인하고 계량할 수 있었다. 이러한 결과를 고려할 때 고랭지밭에 침사지를 설치하면 흙탕물 중의 토사의 총량을 상당 부분 저감시킬 수 있다고 평가되었다.

연도별 강우량과 침사지의 연평균SS제거효율은일별 60% 내외였다. 흙탕물 중의 토사, 즉 SS의 제거효율은 침사지의 용량에 따라 결정된다. 침사지의 표면적과 용량에 따라 제거되는 토사의 입도가 결정되므로, 고랭지밭 토양의 성상이 비슷한 경우에는 침사지의 크기, 구체적으로는 침사지의 표면적이 토사의 제거효율을 결정하는 주요 요소로 작용하는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 우선 현장 모니터링시스템으로 평가한 분당 최대 강우량 2 mm를 첨두유출량으로 하고, 실험기간 중 흙탕물의 최대표면유출 비율이 49.6%였으므로, 여유 용량을 고려하여 최대 60%의 흙탕물이 밭 표면에서 유실되는 것을 기준으로 하여 침사지의 적정 용량을 산정하였다. WEPP모델에 의해 경사도에 따른 홍천군 자운리 예측 유사량 자료 중 밭 경사도 5.5%의 자료를 100%로 한 후 경사도 별 적정 침사지 용량 비율을 ±%로 환산하였다. 밭 경사도가 10%일 경우에는 174%의 토사가 발생되고, 경사도가 15%일 경우에는 252%의 토사가 발생되고, 경사도가 20%일 경우에는 322%의 토사가 발생되는 등 경사도가 심할수록 토사의 예측 발생량이 높았다. 경사도가 심할수록 침사지의 용량도 그만큼 더 요구되는 것이다.

본 연구에서는 효과적인 토사유출저감평가를 위하여 침사지의 용량을 산정하게 되었으며 본 연구의 결과가 모든 연구지에 적용이 가능할 수 없음을 판단하여 WEPP모델을 이용하여 경사도별 침사지의 적정용량산정이 가능하여 다른 연구지에 적용이 가능할 수 있도록 하였다.

침사지의 구조는 직사각형이나 정사각형 구조가 바람직하다. 현장에 적용 가능한 침사지의 크기를 제시했지만 실제적으로는 침사지를 2기 연결하거나 분리해서 설치할 수도 있다. 만약 6 m³을 초과하는 침사지 용량이 필요하다면, 작은 용량의 침사지를 2기 분리해서 설치하는 것이 바람직하다. 또한 여러 가지를 감안하면 침사지 유효 용량은 12 m³ 이하의 규모로 설비하는 것이 바람직하다는 결론을 내렸다.

본 연구에서 제시한 소규모침사지는 일명 '마사토'로 성토를 하는 밭에서 발생하는 토사 총량의 60~80% 혹은 그 이상을 제거한다. 이러한 소규모 침사지를 흙탕물(토사) 발생 문제가 우려되는 고랭지밭에 설치하면 그로 인한 탁수 문제의 장기화, 하천수의 심미적 문제, 생태계의 피해, 호소의 탁수 문제, 정수장의 정수 처리 문제, 농업 환경 문제 등의 개선에 기여할 것이라 기대된다.

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