Web GIS기반의 복합적 토양 질 평가 시스템 개발

성윤수 ( Yunsoo Sung ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

전 세계적인 기후변화로 인한 기상이변현상으로 국지성 호우가 빈번하게 발생하고 있는 시점에 강우로 인한 토양유실 문제가 심각하게 대두되고 있다. 또한 토양의 표토부분에서는 급격한 도시, 산업화의 진행으로 인한 오염이 심각하게 이루어져 있어 강우로 인한 토양유실이 생태계의 악영향을 미치고 있다. 하지만 국내의 표토에 대한 연구는 농업적인 측면과 산지사방에 대한 측면으로 연구되어 오다가 최근에 들어 표토 유실량에 대한 연구가 진행되고 있는 추세이다. 이에 본 연구는 생태계의 근본인 토양의 물리, 화학, 생물학적인 질 평가를 위해 표토의 기능성 방법 체계 및 모델을 구축하여 Open source기반으로 만들어진 Heron-mc시스템에 적용하여 사용자로 하여금 아무런 제약 없이 시스템을 이용하고 접근성과 활용성이 높은 시스템을 개발하는 것에 있다. 선행연구로 시행된 토양의 질 평가 방법은 국내의 1700여지점의 15000여 물리, 화학, 생물학적 데이터의 통계적 분포를 파악한 후, 최소단위군 설정과 지수화를 걸쳐 개발되었다. 또한 표토 기능에 따른 지표를 설정하고, 복합적 질 평가기법을 구축하고, 국내의 표토 유실량을 등급화하여 전국 지역, 토지이용, 강수량별 표토 특성을 분석하는 시스템을 개발하였다. 이를 이용하여 Web기반 GIS를 이용하여 국내의 복합적 표토 질 평가 시스템을 개발하였다. 복합적 표토 질 평가 시스템은 OpenLayers와 Javascript, Fortran을 이용하여 구성하였다. 그리고 이 시스템을 이용하는 사용자가 이용하기 편한 인터페이스 구축을 위해 매뉴얼을 구축하고, 이용자의 편의성을 위해 평가 결과를 그래프로 제공하도록 하였다. 본 연구를 통해 Web기반으로 개발된 전국 복합적 표토 질 평가 시스템은 비용, 인력, 시간에 제약이 적어 정책 결정자가 표토 유실 관리가 필요한 지역을 선정하고, 표토 관리 기준을 마련하거나 제도적 관리방안을 만들 때 활용될 것이라 판단된다.

지형 및 경작 방법을 반영한 범용토양유실량 산정공식 보전관리 인자 개선 연구

성윤수(Yunsoo Sung),이관재(Gwanjae Lee),이동준,한정호(Jeongho Han),김종건(Jonggun Kim),임경재(Kyoung Jae Lim),김기성(Ki Sung Kim) 한국습지학회 2019 한국습지학회지 Vol.21 No.2

본 연구는 토양유실량 산정을 위해 사용되는 USLE P factor 선정의 문제점 확인 및 개선방향 제시에 대한 연구이다. USLE P factor는 경작지를 어떻게 관리하여 사용하느냐에 따라 그 값이 달라지는 계수이다. 하지만 기존 연구들은 경작지 상황에따른 선정이 아닌 유역의 경사도에 대한 P factor를 선정함에 따라 토양유실량이 과다 산정되는 경향이 있다. 뿐만 아니라처음에 이 식은 제안한 Wishmeier와 Smith에 의해 정의된 다양한 조건들에 부합되지 않게 인자를 선정하고 있어 토양유실량 산정에 대한 정확성이 떨어지고 있다. 이에 환경부에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 표토관련고시를 제정하고 이에따른 P factor를 선정하도록 제안하고 있다. 하지만 미국에서 제안된 조건을 그대로 국내 사정에 적용하도록 되어 있어 많은문제점을 야기하고 있다. 이에 본 연구에서는 실제 토양유실이 심각하게 이루어지고 있는 유역(양구 해안면 유역, 홍천 내면자운리 유역, 안동 임하면 반변천 상류유역)을 선정하여 경사장과 경사도를 측정하고 각 필지에 적용된 관리방법과 경운방법을 조사하여 각 조건들에 적용한 후 고시에 의거하여 제시된 조건을 통해 선정된 인자와의 비교를 통해 고시의 문제점을 확인하였고, 문헌연구를 통한 새로운 조건에 대입하여 새로운 인자들을 선정하였다. 연구 결과, 환경부에서 제시한 표토관련고시에 의거하여 선정된 P factor의 경우 대상 유역 3곳에서 0.8~1.0사이의 값을 제시하고 있었다. 하지만 처음 제안된 조건들을 대입하여 P factor를 선정해본 결과 각 경사도 및 경사장 조건에 부합하여 선정된 값은 고시를 통해 선정된 값과는 차이가 있음을 확인하였다. 이를 통해 국내 환경에 적합한 P factor를 선정하기 위한 조건을 개발하기 위한 연구가 지속적으로이루어져야 한다고 판단된다. The USLE P factor is a factor that varies depending on how croplands are managed and cultivated. Previous studies tend to overestimate the amount of soil loss because the factor was estimated from the slope of the watershed rather than the estimate of each cultivated land. In addition, the accuracy of estimating the soil loss is decreasing due to the fact that the factor is calculated without considering various conditions of cultivated land defined by Wishmeier and Smith. In order to overcome these problems, the Ministry of Environment (MOE) has proposed to establish the topsoil notification and calculate the P factor according to the cultivation methods (e.g., tillage system, support practice). However, it is required to apply the conditions proposed in the United States to domestic circumstances as it is causing uncertainties. Thus, this study selected the watersheds where soil loss was serious (Haean, Jaun, Banbyeoncheon), measured the actual slopes and slope lengths, and examined the crop, tillage systems, and support practice for each cultivated land. The P factors were recalculated considering the actual conditions of cultivated land and compared to the factors proposed by the previous studies (MOE). As the result of the study, the P factors calculated based on the previous studies were 0.8 ~ 1.0 in three watersheds. On the other hand, it is confirmed that there is a significant difference between the factors notified by MOE and estimated by reflecting the topography and cultivation methods in this study. Therefore, it is considered that the research for developing the cultivation conditions to calculate the P factor suitable for the domestic environment should be continuously carried out.

HSPF를 이용한 화천댐 유역의 토지이용변화가 직접유출, 기저유출과 침투량, 증발산량에 미치는 영향 분석

성윤수 ( Yunsoo Sung ),신민환 ( Minhwan Shin ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),장춘화 ( Chunhwa Jang ),송지예 ( Jiye Song ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ),최중대 ( Joongdae Choi ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

전 세계적인 기후변화에 따른 강수량의 증가로 인한 환경적/사회적 피해가 발생하고 있다. 또한 무분별한 경작지의 개간과 개발에 따른 수문현상의 변화로 인해 수자원관리의 어려움 또한 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 HSPF 모형을 화천댐 유역에 적용하여 강수량과 토지이용 변화가 증발산, 직접유출, 기저유출, 및 침투량에 미치는 영향을 분석하였다. 대상 유역의 모의 기간 동안 강수량의 변화량은 증가하는 추세를 보였으며, 직접유출과 기저유출에 많은 영향을 미치는 토지이용도의 변화는 불투수지역인 도시화 지역이 2000년에는 1.83%였던 반면에 2007년도에는 2.83%로 1%증가한 것으로 나타났다. 이에 불투수 면적이 많아짐으로 토지이용별 직접유출과 기저유출에 많은 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 또한 경작지 면적 변화는 15.99%에서 10.96%로 대폭 감소로 인해 경작지에서의 증발산에 많은 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구를 통해 화천댐에서 토지이용변화 및 강수량 변화에 따른 적합한 수자원관리 계획이 수립되어야 할 것으로 판단된다.

고랭지밭의 구거복원에 따른 토양유실저감 효과분석

성윤수 ( Yunsoo Sung ),김동진 ( Kim Dong Jin ),이수인 ( Lee Suin ),류지철 ( Jichul Ryu ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Lim Kyoung Jae ),김기성 ( Kim Ki Sung ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2020 한국물환경학회지 Vol.36 No.5

Soil loss is a serious problem frequently caused by local torrential rainfalls due to climate change. In particular, soil loss is occurring in agricultural areas rather than urban areas, and many pollutants are introduced into rivers, causing environmental problems. To reduce soil loss, the Ministry of Environment has designated and managed non-point source management areas. The Jaun-district in Hongcheon-gun, which was designed as a non-point pollution source management area in Gangwon-do, is located in the upper stream of Soyang Lake. Most of the agricultural fields are composed of highland agriculture fields. The highland agricultural fields in the Jaun-district are also composed of large-scale farming areas, and the ditches located near the agricultural fields have been illegally used for farmland. Therefore, the local government in Hongcheon-gun is conducting a project to restore the ditches occupied by agricultural fields. However, an analysis of the amount of soil loss that can be reduced by the restoration of the ditches has not been conducted yet. Thus, the purpose of this study was to analyze the effect of reducing the soil loss from the restoration of the ditches used as agricultural fields in the Jaun-district. The SATEEC L Module was used to analyze the reduction in soil loss by ditch restoration. The SATEEC L Module was constructed to estimate the LS factor using Moore and Burch’s method after calculating the slope length using the digital elevation model and the maximum allowable slope length. The LS factor and the USLE formula were used to estimate the amount of soil loss that could be reduced by ditch restoration. The analysis showed that the ditch restoration could reduce about 16.6% of the soil loss in the Jaun-district. The results of this study will contribute to the study of methods to reduce soil loss in non-point pollution management areas.

범용토양유실량 산정공식 보전관리인자에 관한 연구

성윤수 ( Yunsoo Sung ),이동준 ( Dongjun Lee ),한정호 ( Jeong Ho Han ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

현대 인류는 비약적인 경제성장으로 인하여 급격한 도시화와 산업화를 이루었다. 하지만 이러한 성장을 위해 수반되는 자원개발 및 생활환경조성으로 인한 토지개발이 진행되어 많은 양의 토양이 유실되고 있다. 토양유실을 관리하기 위해서는 모니터링을 통해 관리하는 방법과 모형을 통해 유실되는 토양의 양을 산정하여 관리방안을 제시하는 방법이 있다. 현재 전 세계적으로 사용되고 있는 범용토양유실량 산정공식(USLE)은 사용상의 편리성과 연간 토양유실량을 산정할 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라 국내의 환경부에서는 USLE 공식을 적용한 ‘표토 침식 현황에 관한 고시’를 제정하여 유실되는 표토를 관리하고 있다. 하지만 USLE 공식을 구성하고 있는 인자 중 P factor는 경사도만을 고려하여 인자 값을 제시하고 있으며, 밭에 적용된 관리방법과 작물, 경운방법 등을 고려하지 않아 방법에 차이에 따른 발생되는 토양유실량에 차이가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 고려하여 경작지의 경사도와 적용된 관리방안을 복합적으로 고려한 P factor 선정 체계가 필요한 시점이다. 따라서 본 연구에서는 실제 경작지 조사를 통해 경작지 별 관리방안과 경사도를 고려한 P factor를 제안하고자 한다. 관리방안과 경사도를 복합적으로 고려한 P factor를 제안하기 위해 선정된 유역은 강원도 양구군 해안면 유역과 자운리 유역, 안동시 임동면 반변천 상류 유역을 선정하여 위치하고 있는 밭에 대한 현장조사를 진행하였다. 조사항목은 경작지의 경사도, 재배작물, 관리방법, 경운방법 등을 조사하였으며, 이를 바탕으로 경사도와 관리방법을 복합적으로 고려한 P factor를 재산정 하였다. P factor를 재산정한 결과 대상 유역 내 밭에 적용된 관리방법과 경운방법, 재배작물의 차이로 인해 상이한 값이 산정되었다. 또한 기존 P factor와 재산정된 P factor를 사용하여 산정한 토양유실량의 차이가 약 17%정도 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 재 산정된 P factor는 토양유실에 직간접적으로 관여하는 조건들을 복합적으로 고려한 P factor로써 정확한 토양유실량을 산정하는데 기여할 것으로 판단되며, 본 연구를 바탕으로 전국단위 USLE P factor를 산정을 위한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

Web GIS기반의 복합적 토양 질 평가 시스템 개발

성윤수 ( Yunsoo Sung ),양재의 ( Jae E Yang ),김성철 ( Sung Chul Kim ),류지철 ( Jichul Ryu ),장원석 ( Wonseok Jang ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국물환경학회 2015 한국물환경학회지 Vol.31 No.6

It has been known that torrential rainfall events have been occurring worldwide due to climate change. The accelerated soil erosion has caused negative impacts on water quality and ecosystem of receiving waterbodies. Since soil security issues have been arising in various areas of the world, intensive interests have been given to topsoil management in Korea. Thus in this study, Web GIS-based computing system of physical, chemical, and biological topsoil quality indices were developed. In this study, five soil quality maps at national scale and top soil erosion potential were prepared for evaluation of soil quality based on soil erosion potential. For this system, the open source Web GIS engine, OpenGeo, was used as core engine of the system. With this system, decision makers or related personnel in areas of soil erosion Best Management Practices (BMPs) would be able to find the most appropriate soil erosion BMPs based on soil erosion potential and soil quality at the area of interest. The Web GIS system would be efficiently used in decision making processes because of ease-of-use interface and scientific data used in this system. This Web GIS system would be efficiently used because this system could provide scientific knowledge to decision makers or stakeholders. Currently various BMP database are being built to be used as a decision support system in topsoil management and topsoil quality areas.

고정익 무인항공기를 활용한 C factor 산정방안 연구

성윤수 ( Yunsoo Sung ),이서로 ( Seo Ro Lee ),이동준 ( Dongjun Lee ),이현구 ( Hyungoo Lee ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ),김종건 ( Jong Gun Kim ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

전 세계적인 기후변화로 인한 기상이변 현상으로 국지성 호우가 빈번하게 발생하는 시점에 강우로 인한 토양유실 문제가 심각하게 대두되고 있다. 또한 급격한 도시, 산업화의 진행으로 인해 강우로 인해 유실되는 토양의 양이 증가하여 생태계에 악영향을 미치고 있다. 따라서 국내에서는 토양유실문제를 해결하기 위해 많은 연구를 진행하고 있다. 토양유실문제를 해결하기 위해서는 토양유실현상의 원인을 파악하기 위한 모니터링 연구를 수행하여 현상을 분석하는 것이 가장 정확한 방법이지만 수반되는 인적, 경제적 한계가 발생하게 된다. 따라서 많은 연구자들은 토양유실량 산정 및 유사거동특성을 계산하는 모형을 활용한 연구가 수행되고 있다. 토양유실량을 산정하는 모형 중 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 범용토양유실량산정공식(Universal Soil Loss Equation, USLE)은 5개의 인자를 사용하여 연평균 토양유실량을 산정한다. 국내의 경우 환경부에서 제정한 ‘표토의 침식 현황 조사에 관한 고시’에 표토침식 현황을 조사하는 방법으로 USLE 공식을 사용한다. USLE 모형을 구성하는 인자 중 C factor는 작물의 생육과정에 따른 변화를 고려하지 않고 작물에 대한 획일적인 값을 제시하고 있어 밭에서 발생되는 정확한 토양유실현황을 예측하는데 한계가 있다, 따라서 본 연구에서는 식생피복변화에 따른 C factor산정방안을 제시하기 위해 비점오염원관리지역으로 지정된 자운지구 내 고랭지밭을 대상으로 실측을 통한 C factor를 제안하였다. 식생피복변화에 따른 C factor를 제안하기 위해 우선적으로 제작되어야 하는 NDVI map을 제작하기 위해 본 연구에서는 무인항공기인 ebee와 Multi-spectral 센서를 사용하여 실측을 진행하여 NDVI map을 제작하였으며, C factor를 제안하기 위해 Jamil A.A.Anache et al의 연구결과에 명시된 C factor 산정식을 적용하여 식생피복 변화에 따른 C factor를 산정하였다. 산정결과, 획일적인 값을 제시하는 기존 C factor와 다르게 식생피복에 따라 변화하는 C factor가 산정되었다. 본 연구를 통해 제안된 드론을 사용한 C factor 산정방안을 통해 정확한 토양유실량을 산정하는데 기여할 것으로 판단된다.

산악지역의 토양유실 모의에 있어 DEM이 미치는 효과 분석

성윤수 ( Yunsoo Sung ),이동준 ( Dongjun Lee ),한정호 ( Jeong Ho Han ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

현재 전 세계는 급격한 기후변화로 인한 환경변화로 여러 문제점들이 발생하고 있다. 특히 국지성 호우의 빈번한 출현으로 인한 경작지 및 산악지역에서 심각한 토양유실이 일어나고 있는 실정이다. 국내의 경우 전국표토침식량 예비조사 결과 국토의 30% 이상에서 연평균 ha당 33톤을 초과하는 유실이 진행되고 있다는 연구결과가 제시되고 있다. 이러한 토양유실로 인해 발생되는 문제점은 크게 3가지로 분류된다. 먼저 토양생태계 훼손 및 환경조절기능 악화로 인한 기능상실부분과 유실된 토양의 하천으로 유입 시 하상증가 및 부영양화 등 수질오염을 야기하는 부분과 유실시 재생속도가 매우 느린 유한한 자원인 토양의 유한성 부분으로 분류될 수 있다, 이러한 토양유실관련 문제를 해결하기 위해 국내에서는 유실되는 토양의 가치를 인정하고 이를 보전하기 위한 연구를 활발하게 진행 중이며, 특히 환경부에서는 토양환경보전법 제 6조의 2 (표토의 침식현환 조사)에 의거하여 상수원 보호구역 및 수변구역의 토양 유실량을 측정하는 연구를 진행하고 있다. 뿐만 아니라 직접 측정이 아닌 모형을 통한 토양 유실량 모의로 인해 해당 지역의 최적관리기법 적용방안을 모색하는 연구도 진행 중에 있다. 국내에서는 USLE 기반 평가 모형에 관한 많은 연구가 수행되고 있으나 USLE 모형의 한계로 인해 WEPP/EUROSEM 등의 모형이 사용되기도 한다. 앞서 나열한 여타 연구에서 토양 유실량을 모의하기 위해 수문모형을 사용함에 있어 이에 대한 입력자료의 정확성을 요구하고 있는 실정이다. 하지만 입력자료 중 DEM의 규격에 따른 특별한 규제가 없어 정량회된 규격을 사용하지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 수문모형의 기초 입력자료인 DEM의 셀 사이즈 변화에 따른 토양 유실량 모의 결과의 변화를 확인하고자 한다.

범용토양유실량 산정 공식 보전관리 인자(USLE P)에 관한 연구

성윤수 ( Yunsoo Sung ),이동준 ( Dongjun Lee ),한정호 ( Jeongho Han ),이서로 ( Seoro Lee ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2016 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2016 No.-

월단위 토양유실량 산정을 위한 C factor 산정 방안 연구

성윤수 ( Yunsoo Sung ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ),김종건 ( Jonggun Kim ),금동혁 ( Donghyuk Kum ),박승기 ( Swung Ki Park ),박윤식 ( Youn Shik Park ) 한국물환경학회 2017 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2017 No.-