2.1 연구대상유역 선정

고랭지밭으로 점용되어 사용되는 구거 복원에 따른 토양유실량 저감효과를 분석하기 위해 비점오염원관리지역으로 지정되어 관리되고 있는 내린천 유역 자운지구를 대상으로 분석을 진행하였다(Fig. 1).

Fig. 1. Collected input file for the Jaun-district.

자운지구는 홍천군 내면 자운리, 창촌리, 광원리에 위치하고 있으며, 유역 내 하천은 내린천의 지류인 자운천이 흐르고 있다. 자운지구의 고랭지밭은 자운천 주변으로 밀집된 지형적 특징이 있다. 자운지구는 최대 표고 1,560 m, 최소고도 520 m로 구성되어 있는 산지유역이며, 전체 면적중 96.5%가 해발 600 m 이상에 고랭지밭이 위치하고 있다. 환경부의 고랭지밭에 대한 정의에 따르면 해발 400 m 이상인 지역을 고랭지로 분류(^{ME, 2004})하고 있으므로, 자운지구 내 경작지는 고랭지밭으로 정의할 수 있다. 현재 자운지구에서는 고랭지밭에 점용되어 밭으로 사용되고 있는 구거(도랑)살리기 사업을 진행하고 있어 사업을 통한 토양유실저감효과에 대한 분석을 하기 위해 본 연구의 대상유역으로 선정하였다.

2.2 연구대상유역의 고랭지밭 및 지적도상 구거 현황

구거를 점용하여 경작하는 고랭지밭을 파악하기 위해서는 실제 자운지구내 고랭지밭의 위치와 면적에 대한 공간 정보가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 항공정사영상과 자운지구의 지적도를 사용하여 고랭지밭과 구거현황을 파악하였다.

자운지구내 고랭지밭 현황을 파악하기 위해 국토지리정보원(^{MOLIT, 2018})에서 제공 중인 항공정사영상을 사용해 실제 고랭지밭 경계를 추출하였다(Fig. 1a). 사용한 항공정사영상은 2016년에 촬영하여 2017년부터 공개한 자료를 사용하였으며, 사용된 정사영상의 해상도는 50 cm로 제작되어 배포되고 있는 자료를 사용하였다. 자운지구내 고랭지밭 경계추출은 ArcGIS의 디지타이징 기능을 활용하였다. 디지타이징을 통해 추출한 고랭지밭 경계를 통해 고랭지밭의 실제 면적 등을 산출하였고, 실제 일부 고랭지밭 면적측량을 통한 검증을 진행하여 사용된 자료의 정확성을 확인하였다.

자운지구 내 위치한 구거현황은 국가공간정보포털(^{MOLIT, 2018})에서 제공 중인 자운지구의 연속 지적도상 기재되어 있는 구거의 공간적 위치과 면적정보를 추출하여 사용하였다(Fig. 1b). 지적도상 구거와 실제 고랭지밭 경계를 중첩하여 점용되어 고랭지밭으로 사용되고 있는 구거 현황을 파악하였다.

2.3 USEL 모형 및 SATEEC L Module을 활용한 입력 자료 생성

2.3.1 강우인자(R factor)

USLE 모형의 강우인자는 단순 강우량을 사용하여 산정하는 것이 아니라, 강우가 지표에 낙하될 때 발생되는 운동에너지를 이용하여 산정하도록 구성되어 있다. 강우인자의 산정을 위해 본 연구에서는 ^{Wischmeier and Simth (1978)}에 제시한 방법을 사용하였다. ^{Wischmeier and Simth (1978)}가 제시한 강우인자 산정방법은 강우강도를 강우사상별로 구분하여 산정한 다음 연도에 대해 평균해서 산정하도록 구성되어 있다. 따라서 본 연구에서는 대상지역의 기상대인 홍천군 내면기상대의 5년치(2011~2015)의 60분 단위 기상자료(^{KMA, 2018})를 사용하여 자운지구의 강우인자를 산정하였다(Fig. 2a).

Fig. 2. USLE factor maps for the jaun-district.

2.3.6 SATEEC L Module을 활용한 지형인자 산정

본 연구에서 고랭지밭의 구거 복원에 따른 토양유실량 저감효과 분석을 위해 사용된 모듈은 SATEEC System의 L Module이다. 먼저 SATEEC System은 토양유실량을 산정하는 USLE 모형의 입력자료(Rainfall, Soil erodibility, Crop management, Practice factice)와 지형자료인 DEM을 이용하여 유역 내 토양유실 및 유사발생을 모의할 수 있는 시스템이다(Fig. 3)(^{Woo et al., 2011}). SATEEC System 중 SATEEC L Module은 ^{Kang et al. (2009)}에 의해 개발된 모듈로서 SATEEC System의 입력자료인 수치표고모형과 경사도별 최대 허용 경사장을 이용하여 유역내 경사장을 산정하는 모듈이다. 이렇게 산정된 경사장과 수치표고모형에서 추출한 경사도를 Moor and Burch의 방법에 적용하여 지형인자를 산정한다. 일반적인 경사장의 범위는 10.7 m에서 91.4 m이나, SATEEC L Module에서는 자연상태에서 세류가 일어나기 시작하는 경사장 122 m를 최대 경사장으로 지정하여 LS factor를 산정하도록 구성되어 있다. 뿐만 아니라 SATEEC L Module은 경작지 내 도로 및 구거(수로)의 생성으로 인해 줄어든 경사장을 모의할 수 있을 것으로 알려져있다. ^{Kang et al. (2009)}의 연구결과에는 기존 농업지역의 토양유실량 산정을 위해 사용되는 유역모델인 SWAT과 함께 농경지에 적용된 BMP`s의 효과를 분석하는데 적절한 것으로 평가되어 있다. 따라서 본연구에서는 SATEEC L Module을 사용하여 고랭지밭 내 점용된 구거를 복원할 경우 변경될 고랭지밭의 지형인자를 산정하였다(Fig. 4).

Fig. 3. Overview of the SATEEC System (Woo et al., 2011).

Fig. 4. Comparison of the LS facor map applying the SATEEC L Module.

3.1 내린천 유역 자운지구의 구거현황조사 결과

홍천군 자운지구내 위치한 지적도상 구거의 현황을 조사한 결과, 자운리에 약 130.7 ha, 창촌리 약 44.7 ha, 광원리 약 47.7 ha의 면적의 구거가 위치한 것으로 확인되었다. 실제 자운지구내 고랭지밭에 점용되어 경작지로 사용되는 구거의 면적현황은 자운리 약 40.06 ha, 창촌리 약 4.59 ha, 광원리 약 5.99 ha의 구거가 경작지로 점용되어 사용되고 있는 것으로 확인되었다(Fig. 5).

Fig. 5. Distribution of ditches in the Jaun-district.

3.2 자운지구내 고랭지밭의 구거 복원에 따른 연평균 토양유실량 저감효과

자운지구내 점용된 구거를 복원했을 시 고랭지밭의 연평균 토양유실량 저감효율을 분석하기 위해 구거를 점용하여 경작하고 있는 고랭지밭을 선정하였다. 본 분석에서는 각 리별 4개의 고랭지밭을 선정하였으며, 점용된 구거의 경사방향이 해당 고랭지밭의 경사방향에 대해 수직방향으로 위치한 고랭지밭을 선정하였다(Fig. 6).

Fig. 6. Selected farm lands for ditch restoration analysis.

선정된 고랭지밭에 대한 연평균 토양유실량 저감효과를 분석해본 결과(Table 1), Farm land1(자운리)의 경우 구거 복원 전 단위 면적당 연평균 토양유실량은 약 42.80 ton/ha/yr이며, Farm land1의 면적(2.42 ha)을 적용한 연평균 토양유실량은 약 103.56 ton/yr로 산정되었다. 구거 복원 후 단위 면적당 연평균 토양유실량은 약 31.13 ton/ha/yr로 분석되었으며, 구거를 복원한 Farm land1의 면적(2.31 ha)을 적용한 연평균 토양유실량은 약 85.86 ton/yr로 분석되었다. Farm land1의 구거 복원 시 연평균 토양유실량 저감효율은 약 17.09%로 분석되었다.

Farm land2(창촌리)의 경우 구거 복원 전 단위 면적당 연 평균 토양유실량은 약 13.52 ton/ha/yr이며, Farm land2의 면적(0.97 ha)을 적용한 연평균 토양유실량은 약 13.05 ton/yr로 산정되었다. 구거 복원 후 단위 면적당 연평균 토양유실량은 약 12.92 ton/ha/yr로 분석되었으며, 구거를 복원한 Farm land2의 면적(0.90 ha)을 적용한 연평균 토양유실량은 약 11.59 ton/yr로 분석되었다. Farm land2의 구거 복원 시 연평균 토양유실량 저감효율은 약 11.19%로 분석되었다.

Farm land3(광원리)의 경우 구거 복원 전 단위 면적당 연평균 토양유실량은 약 128.50 ton/ha/yr이며, Farm land3의 면적(0.23 ha)을 적용한 연평균 토양유실량은 약 30.00 ton/yr로 산정되었다. 구거 복원 후 단위 면적당 연평균 토양유실량은 약 78.60 ton/ha/yr로 분석되었으며, 구거를 복원한 Farm land3의 면적(0.13 ha)을 적용한 연평균 토양유실량은 약 10.15 ton/yr로 분석되었다. Farm land3의 구거 복원 시 연평균 토양유실량 저감효율은 약 66.18%로 분석되었다. Farm land3의 경우, 복원된 구거의 면적이 복원전 고랭지밭의 면적의 약 43%를 차지하고 있어 저감효율이 높은 것으로 판단된다.

3.3 자운지구내 전체 구거 복원에 따른 연평균 토양유실량 저감효과

홍천군 자운지구 내 점용되어 경작되고 있는 구거를 모두 복원했을 때 발생되는 연평균토양유실량 저감 효과분석을 수행하였다. 각 리별(자운리, 창촌리, 광원리) 분석결과(Table 2), 자운리의 경우 구거 복원 전 고랭지밭 면적은 294.98 ha로 계산되었으며, 전체 고랭지밭의 연평균 토양유실량은 약 6,403.11 ton/yr로 산정되었다. 구거 복원 후 변경된 고랭지밭 면적은 255.04 ha로 계산되었으며, 전체 고랭지밭의 연평균 토양유실량은 약 5,067.59 ton/yr로 산정되었다. 자운리의 경우, 점용되어 경작되는 구거를 복원으로 인한 연평균 토양유실량 저감 효율은 약 20.86%로 분석되었다.

창촌리의 경우 구거 복원 전 고랭지밭 면적은 56.11 ha로 계산되었으며, 전체 고랭지밭의 연평균 토양유실량은 약 2,447.13 ton/yr로 산정되었다. 구거 복원 후 변경된 고랭지밭 면적은 51.52 ha로 계산되었으며, 전체 고랭지밭의 연평균 토양유실량은 약 2,107.17 ton/yr로 산정되었다. 창촌리의 경우, 점용되어 경작되는 구거를 복원으로 인한 연평균 토양유실량 저감 효율은 약 13.89%로 분석되었다.

광원리의 경우 구거 복원 전 고랭지밭 면적은 54.16 ha로 계산되었으며, 전체 고랭지밭의 연평균 토양유실량은 약 2,483.91 ton/yr로 산정되었다. 구거 복원 후 변경된 고랭지밭 면적은 48.29 ha로 계산되었으며, 전체 고랭지밭의 연평균 토양유실량은 약 2,112.85 ton/yr로 산정되었다. 자운리의 경우, 점용되어 경작되는 구거를 복원으로 인한 연평균 토양유실량 저감 효율은 약 14.94%로 분석되었다.