RUSLE 방법에 의한 토사유출량 산정

RUSLE 방법에 의한 토사유출량 산정

가. RUSLE 방법

(1) RUSLE 방법은 경험공식을 이용하여 중량단위 토양침식량을 산정한다.
(2) 공식의 입력인자는 가급적 동일한 침식특성을 가진 구역으로 세분하여 산정하며 소구역 분할도를 근거로 제시한다.

• RUSLE 방법은 다음과 같은 공식을 적용하여 체적단위 토사유출량이 아닌 중량단위 토양침식량을 산정한다. 한편, 공식의 적용시 토양피복인자(C)와 토양보존대책인자(P)의 곱을 미국교통연구단(TRB)에서 제안한 토양침식조절인자(VM)로 대체할 수 있다.

• 각종 입력인자를 산정하는데 사용되는 조건이 동일 유역에서도 상이해지므로 가급적 비슷한 경사와 지표면 상태 등을 가지는 소구역으로 구분하여 산정하여야 하며, 이에 대한 소구역 분할도를 근거로 제시하여야 한다.
• 각종 계수 산정에 사용된 자료와 산정 결과는 도표로 일목요연하게 제시하여야 한다.

 

나. 토양침식량 산정

1) 강우침식인자(R)

(1) 강우침식인자(R)는 강우의 운동에너지에 의한 토양침식량의 정도를 나타내는 인자로서 연평균 강우침식인자와 단일호우 강우침식인자로 구분하여 산정한다.
(2) 연평균 강우침식인자는 기존 연구 결과를 사용하며, 단일호우 강우침식인자의 결정을 위해서는 단일호우의 강우강도 등을 고려하여 산정한다.

• 강우침식인자는 강우의 운동에너지에 의한 토양침식량의 정도를 나타내는 인자로서 공식의 개발 초기에는 연평균 강우침식인자만을 적용하다가 단일호우 강우침식인자가 추가되었다.
• 연평균 강우침식인자는 연평균 강우량에 의한 토양침식량의 정도를 나타내는 인자로서 기존 연구결과에서 제시하는 우량관측소별 연평균 강우침식인자를 사용한다.
• 단일호우 강우침식인자는 단일호우에 의한 토양침식량의 정도를 나타내는 인자로서 단일호우의 강우강도를 고려하여 산정하므로 단일호우의 재현기간과 지속기간을 결정하는 것이 필요하게 된다. 통상 재현기간은 침사지의 설계빈도와 동일한 30년 빈도, 지속기간은 24시간을 주로 채택한다.
• 단일호우 강우침식인자는 다음과 같은 식을 이용하여 산출한다.

2) 토양침식인자(K)

(1) 토양침식인자(K)는 토양의 침식성에 따른 토양침식량의 변화를 나타내는 인자로서 입도분포, 토양의 구조 및 유기물 함량 등에 관계된다.
(2) 산정 방법에는 Wylie 방법, Erickson 방법, Wischmeier 방법 등이 있으며 그 중 가장 정확한 것으로 알려져 있는 Wischmeier 방법을 채택한다.

• 토양침식인자(K)는 토양의 침식성에 따른 토양침식량의 변화를 나타내는 인자로서 입도분포, 토양의 구조 및 유기물 함량 등에 관계되며, 일반적으로 토양침식인자는 0.13~0.91 tonnes/ha/R의 범위를 갖는다.
• Wischmeier 방법은 다음과 같은 공식으로 표현되며, 이 공식은 극세사와 실트의 구성비가 70% 이하인 경우에 적용이 가능하다.

K : 토양침식인자(tonnes/ha/R)

OM : 유기물 백분율(%)

M : 입경에 있어서 주종을 이루는 토립자와 토사 전체에 대한 비율에 대한 함수

S1 : 토양구조지수(1~4)로 구분

P1 : 투수 지수(1~6)로 구분

MS : 실트 백분율(%)

VFS : 극세사 백분율(%)

CL : 점토 백분율(%)

 

3) 지형인자(LS)

(1) 강우에 의한 토양침식은 경사지역의 길이와 경사도에 따라 달라지므로 토양침식에 대한 지형의 효과를 반영하기 위하여 무차원계수인 지형인자를 도입하고 있다.
(2) 지형에 따른 토양침식량의 변화를 나타내는 지형인자(LS)는 사면길이인자(L)와 사면경사 인자(S)의 곱으로 구성된다.

• 사면길이인자는 지표월류수가 발생되기 시작하는 지점에서부터 경사가 줄어 퇴적되는 지점까지의 길이 또는 유출이 뚜렷하게 나타나는 형태인 수로나 지류로 합류되는 지점까지의 수평거리를 의미한다.
• 무차원 사면길이인자(L)와 무차원 경사인자(S)의 산정방법은 다음과 같다.

• 평면에 투영된 사면길이, 사면경사각 등과 같은 인자 산정 근거를 그림으로 제시한다.

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4) 토양피복인자(C), 토양보존대책인자(P)

(1) 토양피복인자(C)는 지표침식을 제어하는 요인인 지상 및 토양의 피복, 식물의 뿌리, 지형의 특성에 따라 결정되는 무차원 인자이다.
(2) 토양보존대책인자(P)는 산중턱의 등고선을 따라 고랑이나 둑을 설치하거나,  경사지를 계단식으로 깎고 다지는 등 침사지와 같은 통제구조물 등의 지표면에 설치된 토양보전을 위한 대책을 고려하는 무차원 인자이다.

• 농경이나 토양의 관리기법이 침식에 미치는 영향을 반영하거나 토양보존 대책 중 토양의 관리가 토양침식에 미치는 상대적 영향을 비교하기 위하여 토양피복인자(Soil cover management factor)를 적용한다.
• 토양피복인자는 보존대책이 연평균 토양손실량에 미치는 영향 또는 토양손실 잠재능이 건설활동, 농경활동 또는 토양 관리계획 기간 중 시간적으로 어떻게 분포되는가를 나타내는 인자이다.
• 토양보존대책인자는 어떤 토양 보존대책을 세운 사면의 상·하방향 경사지로부터 토양유실에 대한 보존대책에 대한 토양유실의 비로 정의된다. 이는 등고선 경작, 동고선 대상재배, 등고선 단구효과, 지표하 배수, 건조한 농경지의 조도의 효과를 평가하기 위해 사용된다.
• 토양보존대책인자 값은 농경지와 목장지에 대해서만 사용되고 있으나, 건설현장과 지표면 교란지역에 대해서도 약간의 주의를 기울이면 사용할 수 있다.
• 토양피복인자(C)는 Hann(1994)이 제시한 표를 사용하며, 토양보존대책인자(P)는 Wischmeier & Smith(1994)가 제시한 표를 사용한다.
• 토양피복인자(C) 및 토양보존대책인자(P)는 RUSLE방법의 적용을 위한 인자를 결정함에 있어서 산정 기준이 적용상의 임의성이 높은 부분이다.
• 참고로, USLE의 경우는 도표를 이용한 방법을 사용하여 농경지의 토양침식량 산정을 중심으로 기술되어 있어서 건설현장에 대해서는 상대적으로 미약하다. 이를 개선하기 위하여 RUSLE은 지상인자, 지표인자, 지하인자 등과 같은 세부인자(subfactor)를 산정하여 곱하여 결정하는 방법을 채택하고 있으나, 이러한 세부인자 결정시 아직까지 적용하기 곤란하다.
• 불확실한 인자 구 가지를 곱하여 산정되는 결과(C·P)의 임의성이 매우 높으므로 후술되는 토양침식인자(VM)로 대체하는 것을 고려할 필요가 있다.

 

5) 토양침식조절인자(VM)

(1) 토양침식조절인자(VM)는 토양피복인자(C)와 토양보존대책인자(P)의 곱에 대응하는 무차원인자이다.
(2) 토양침식조절인자(VM)는 미국 교통연구단(TRB)에서 제시한 방법을 사용한다.

• 미국 교통연구단(TRB)에서 토양피복인자(C)와 토양보존대책인자(P)의 임의성이 높은 부분을 개선하기 위하여 이들의 곱에 해당하는 토양침식조절인자(VM)을 제시하였다.
• 한편, 미국 교통연구단(TRB)에서 제시한 토양침식조절인자(VM)의 우리나라 실무 적용시에는 선택기준을 간략화 하는 것이 보다 현실적이다.

 

주요 토지이용별 토양침식조절인자 적용 기준

토지이용	토양침식조절인자(VM)	비고
농경지	0.02	논, 밭
나지	0.80	공사장
영구초지	0.01	잔디조성(개발 후)
산림	0.01	자연상태
불투수 지역	0.00	시가지, 개발지
수면	0.00	하천, 저수지

 

다. 유사전달률 및 단위중량을 고려한 토사유출량 산정

(1) RUSLE 방법에 의해 산정되는 것은 유역의 중량단위 토사침식량인 반면 침사지등의 설계에 필요한 것은 유역출구의 체적단위 토사유출량이다.
(2) RUSLE 방법에 의해 산정된 토양침식량에 유사전달률을 곱하고 단위중량을 나누어 토사유출량을 산정한다.

• RUSLE 방법에 의해 산정된 유역의 토양침식량에서 하류로 이송되어진 유역출구의 토사유출량을 산정하기 위해서는 유사전달률(Sediment delivery ratio, SDR) 개념을 도입하여야 한다.
• 유사전달률은 미국 교통연구단(TRB, 1980)에서 유역면적과 유사전달률의 관계를 토립자의 크기에 따라 제시한 그림을 적용하여 산정한다.

유사전달률 산정

 

• 소유역별 Sand 곡선과 Clay 곡선에 해당하는 유사전달률을 먼저 결정한 후, 대상지역의 입도분석 결과에 따라 유사전달률을 가중평균하여 소유역별 유사전달률을 산정한다. 한편, 같은 그림에서 Silt에 대한 값이 없으므로 Silt의 유사전달률은 Clay 곡선을 적용한다.
• 이와 같이 산정된 토사유출량은 중량단위(tonnes/year)이므로 단위중량을 산정하여 침사지 등의 용량 결정에 필요한 체적단위(㎥/year)의 토사유출량으로 환산하는 것이 필요하다.
• 중량단위의 토사유출량은 체적단위의 토사유출량으로 환산하기 위하여 필요한 퇴적토의 단위중량을 다음과 같은 Lane & Koelzer(1953)의 경험공식을 적용하여 산정한다.

• 이와 같은 방법으로 RUSLE에 의해 산정된 토사침식량에 유사전달률을 곱하고 단위중량을 나누어 산정된 연평균 토사유출량과 단일호우 토사유출량을 산정하고, 이 중에서 최종 토사유출량을 채택한다.

 

출처 : 재해영향평가등의 협의 실무지침