A Study on the Rainfall Infiltration Capacity of Soil (A Study on the Mid-Mountain Area of Jeju Island)

강우의 토양 침투 투수성 연구(제주도 중산간 지역을 중심으로)

Abstract

Rainfall infiltration through the unsaturated zone is influenced by a range of factors including topography, geology, soil, rainfall intensity, temperature and vegetation; the actual infiltration varies largely in time and space. The infiltration capacity of soil is a critical factor in identifying groundwater recharge and leakage of surface water. It may differ depending on soil types and geological features of a particular basin or territory as well as on the usage of the land. This study was conducted in forest and farmland region of the mid-mountain area (EL. 50~300 m) of Jeju Island to test soil infiltration capacity of the area where rainfall contributes to groundwater. Results were analyzed using the four soil group classification methods presented by Jeong et al. (1995) and NAS (2007) to discover that the method offered by NAS (2007) is more reliable in the mid-mountain area of Jeju Island. The study compares and reviews the existing classification methods using the results of infiltration capacity tests executed on different soil groups throughout the whole region of the Jeju mid-mountain area. It is expected that this work will serve as a guideline for evaluating surface water recharge and hydraulic characteristics of Jeju Island.

강수가 불포화대를 통해 침투하는데 관여되는 요소는 지형, 지질, 토성, 강우강도, 기온, 식생 등의 영향을 복합적으로 받으므로 실제 발생하는 침투현상은 시 공간적으로 큰 차이를 보인다. 토양의 침투능력은 지하수의 함양량 및 지표수의 이동 유출을 파악하는데 중요한 인자이고, 특정 유역 또는 지역에 따른 토성과 지질의 유형 및 토지이용형태에 따라 침투능이 다르게 나타난다. 본 연구에서는 제주도 중산간 지역인 EL. 50~300 m 임야 및 농경지를 대상으로 강우가 토양을 통해 지하수로 함양되는 중산간 지역에서 토양침투시험을 실시하였으며, 분석결과를 이용하여 Jeong et al. (1995) 및 NAS (2007)가 제시한 4개의 토양군에 따른 투수성을 분석한 결과 NAS (2007) 분류법이 제주도 중산간 지역에서는 신뢰성이 높은 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제주도 중산간 전 지역에 대한 토양별 침투실험을 실시하여 기존의 분류 방법과 비교, 검토함으로서, 향후 제주도의 지표 함양량 평가, 수리특성 평가 시 참고 지침이 될 것으로 기대한다.

서론

토양내의 불포화 지반은 흙입자, 공극수, 공기로 구성된 3상 구조로 되어 있으며, 불포화 지반의 투수성은 물과 공기의 두 유체간의 함수관계에 의하여 결정된다. Richards(1931)가 불포화 지반에 대한 투수계수 실험을 제시한 이후, Bouwer(1964), Mualem(1976, 1978), Ragab et al.(1981) 등이 추가적으로 많은 실험을 하였다. Bouwer(1964)는 포화도가 낮아지면 모관 흡수력이 증가하고, 공기 양이 상대적으로 증가하여 물의 흐름을 방해하여 투수계수가 감소하는 것을 확인하였다.

Lambe and Silva(1992)는 불포화지반의 고유한 특성을 함수특성곡선으로 표현하였다. 불포화지반의 함수특성곡선은 체적함수비(volumetric water content)와 모관흡수력(matric suction)의 관계를 곡선으로 나타낸다. 지반 내 흙 입자에서 물의 이탈 및 흡착은 포화도의 변화로 나타난다. 포화된 토양에서 침투수는 하부로 이동하면서 함수-수리특성에 영향을 미치고, 지형적인 조건에 따라 지하수에 의한 기저유출이 발생되기도 한다. 불투수층 또는 완전 포화된 토양층의 상부에서는 지표가 포화되기 전의 토양에서 발생하는 지표유출로 유출되거나 침투량 이상의 강우량은 지표로 유출된다.

최근까지 침투해석에 관련해서 Mein and Larson(1973)에 의하여 일정 강우량에 적용할 수 있는 Green-Ampt 경험식을 Darcy 법칙을 이용하여 유도하였고, Kim and Bae(2003)은 초지, 산지, 밭, 과수원 등 지표이용형태에 따른 침투실험을 실시하여 각각의 침투특성을 검토하였다. 토양의 침투계수와 병행하여 유출계수 산정법에 대한 연구들이 활발하게 진행되었다. 대표적인 연구로는 Jeong et al.(1995)에 의하여 수행된 수문학적으로 분류된 토양유형을 제안하였고, Jung et al.(1996)는 표면 유출량을 지배하는 토양의 고유특성인 토성, 배수능력, 투수성, 투수저해 유무 및 토층 두께 등을 계수화하여 수문 토양군을 분류하였다. Ahn et al.(2006)는 대상유역을 수치고도자료를 구축하고 수문학적 토양군의 분류기준으로 SCS 유출곡선지수(CN)으로 유출량 해석을 실시하여 분석된 CN의 적합성을 검토하였다.

최근에는 농업과학기술원(NAS, 2007)에 의하여 투수속도 측정에 기반 한 수문학적 토양유형의 분류방법이 제시되었다. 기존에 많이 적용되고 있는 Jeong et al.(1995)의 분류방법은 토양의 생성 과정과 토지이용도에 따른 침투 투수능의 차이를 고려치 못하였으며, 지표 유출에 따른 배수능에 의한 지표유출을 고려치 못함을 보정하여, Jung et al.(2007)은 토양의 침투 특성을 토성속(Soil textural family), 배수등급(drainage class), 불투수층(impermeable layer), 투수성(perme-ability)의 4가지 토양특성을 기준으로 분류를 시도하였다. Lee et al.(2014)은 유역에 발생하는 강우강도와 토양의 특성에 따라 유출계수에 직접적으로 미치는 침투량이 상이함을 고려하여 지표와 지표하의 유출해석을 동시에 수행 가능한 NRCS-CN을 적용한 가상침투해석으로 커플링 모델을 이용하여 유출계수 산정을 수행하였다. Seo et al.(2014)는 저류지의 인공함량 평가를 위하여 대규모의 저류지와 호우시의 하천 유출수를 활용하여 대규모 지표침투시험을 실시한 바 있다.

본 연구에서는 강우가 토양으로 침투되어 지하수 함양의 역할을 하는 제주도의 중산간 지역에서 표토 토양침투시험을 실시한 95개소의 자료를 이용하여 국내에서 적용되고 있는 대표적인 토양군의 분류방법인 Jeong et al.(1995)의 분류방법과 농업과학기술원(NAS, 2007)의 분류방법으로 분석하여 제주도의 적용성을 평가 하였다. 이를 근거로 향후 제주도의 지표 함양량 평가, 수리특성 평가를 수행함에 참고자료로 제공하고자 한다.

토양 침투실험

침투이론

토양내의 불포화 지반을 대상으로 강우 및 지표수의 침투능을 파악하기 위하여 현장 실험을 통한 침투능인 투수계수를 측정하였다. 현장에서 측정하는 토양내의 물의 이동은 지표에서 토양내로 침투와 토양내의 이동인 투수로 구분할 수 있으며, 이러한 침투속도와 투수속도를 실측하는 장비들로서 Double Head Infiltrometer, Tension Infiltrometer, Minidisk Infiltrometer로 침투속도를 측정하고, Guelph Permeameter, Digital Permeameter로 토양 내 투수속도를 측정하고 있다.

초창기의 침투실험은 Double Head Infiltrometer을 사용하였으나 이동 및 공간적 제약조건으로 근래에는 Disk-Tension Infiltrometer를 많이 사용되고 있다. 각각의 시험기들은 원통형의 시험기에서 지중으로 유입 또는 유출되는 수량의 비율을 시간에 따라 변화하는 값을 투수계수로 계산한다.

본 연구에서는 매우 단순하며 건조한 토양에서 침투능에 대한 값을 현장에서 측정하기에 적합한 Mini Disk Infiltrometer를 사용하여 현장시험을 수행하였으며, Zhang(1997)이 제안한 방법으로 시간 대 수두강하를 누적으로 측정하고 그 결과를 함수 식 (1)의 방적식으로 해석하였다.

\(\begin{aligned} &I=C_{1} t+C_{2} \sqrt{t}\\ &Q=\pi r^{2} K_{\text {wet }}\left[1+\frac{4 \lambda_{c}}{\pi r}\right] \end{aligned}\)       (1)

여기서, I (cm): 누적 침투량(Cumulative Infiltration)

I (cm): 누적 침투량(Cumulative Infiltration)

C₁ (m/s): 고유 투수계수(Intrinsic Permeability, K), (LT^-1)

C₂ (m/s-1/2): 토양 흡착력(Soil Sorptivity), (LT^-1/2)

K_wet: 불포화 투수계수(Unsaturated Permeability), (cm³/hr)

λ_c: 대공극의 모세관 길이(cm)

r: 침투계의 디스크 직경(cm)

 

C₁의 고유투수계수(Intrinsic Permeability, K)는 흙 속을 침투하는 액체의 특성과는 상관없이 흙의 특성에 의하여 결정되는 절대 투수계수이며, C₂는 토양의 흡착력(Soil Sorptivity)이다. 토양의 투수계수(k)는 흙의 특성과 액체의 성질을 이용하여 Mini Disk Infiltrometer에서 제안한 공식을 적용하여 경험식에 의해 다음 식 (2)로 부터 계산된다.

\(k=\frac{C_{1}}{A}\)       (2)

C₁은 누적곡선의 기울기 대비 시간의 제곱근을 나타내며, A는 주어진 토양 유형에 대한 Van Genuchten 변수와 디스크의 흡입 속도와 반경과 관련된 값이다. 이에 관련된 경험식은 식 (3)과 (4)와 같다.

\(A=\frac{11.65\left(n^{0.1}-1\right) \exp \left[2.92(n-1.9) \alpha h_{0}\right]}{\left(\alpha r_{0}\right)^{0.91}},(n \geq 1.9)\)       (3)

\(A=\frac{11.65\left(n^{0.1}-1\right) \exp \left[7.5(n-1.9) \alpha h_{0}\right]}{\left(\alpha r_{0}\right)^{0.91}},(n<1.9)\)        (4)

n과 α는 토양에 대한 Van Genuchten변수이고, r₀는 디스크 반경이며, h₀는 디스크 표면에서의 장력이다. C₁을 계산하기 위하여는, 예를 들어 h₀ = -2의 Silt Loam으로 실험한 결과가 Fig. 1과 같은 그래프가 그려지고, 그래프를 통해 기울기를 산정하여 그 기울기 값이 식 (1)에서의 C₁이 되도록 누적함수량(I)는 식 (5)와 같이 표기된다.

\(I=C_{1} t+C_{2} \sqrt{t} \rightarrow y=C_{1} x^{2}+C_{2} x\)       (5)

Fig. 1. Quadratic equation graph (exp, C₁ : inclination).

Fig. 1을 통해 h₀ = -2에서의 A값(sqt)이 7.93이면, 그래프를 통해 C₁ = 0.0028인 것을 구하면 식 (2)를 통해 토양의 투수계수(k)의 값을 식 (6)과 같이 구할 수 있다.

\(k=(0.0028 \mathrm{cm} / \mathrm{s}) \div(7.93)=3.53 \times 10^{-4} \mathrm{cm} / \mathrm{s}\)       (6)

식 (7)에서는 Dohnal et al.(2010)이 제안한 Zhang(1997) 방정식을 통해 Van Genuchten 변수 n < 1.35일 때, 토양의 투수계수(k)의 값을 구하여, 이전 방정식과 비교하여 주어진 토양 유형에 대한 고유 투수계수(K) 값을 다음과 같이 계산 할수 있다.

\(K=\frac{C_{1}\left(a r_{0}\right)^{0.6}}{11.65\left(n^{0.82}-1\right) \exp \left[34.65(n-1.19) a h_{0}\right.}\)        (7)

\(Q(h)=\pi r^{2} K_{s} \exp \left(\frac{h}{\lambda_{c}}\right)\left[1+\frac{4 \lambda_{c}}{\pi r}\right]\)        (8)

여기서, K_s : 포화 투수계수(Saturated Permeability), (cm³/hr)

위의 식 (8)을 통해 장력인 h와 침투율 Q를 측정하여 두개의 파라미터사이의 관계식을 비선형회귀 포화 투수계수를 구하게 된다. h와 Q사이의 비선형 회귀식은 지수함수로 비선형 회귀시켰고, 회귀된 지수함수에서 장력 0일 경우의 추정값과 일정한 장력하에 추정될 수 있는 침투율을 가지고 모세관고를 추정할 수 있다.

현장 시험

토양층의 지표침투시험의 조사범위는 제주도 중산간지역인 EL. 50~300 m 범위에 위치한 임야 및 농경지를 대상으로 300 m 간격으로 실제 침투능을 파악하기 위한 시험을 실시하였다. 시험기간은 강우의 영향을 가장 적게 받으며 기온이 일정한 계절인 2017년 11월에 6일간에 걸쳐 95개 지점을 3개 조로 시험을 수행하였다. 시험 수행 시 지표면의 상부 식생이 분포하는 층을 제거하기 위하여 약 15 cm를 걷어낸 후 표준사로 2~3 cm 두께로 평탄화하였다. 이후에 디스크(Disk)를 토양과 밀착시켜 Fig. 2와 같이 시험을 수행하였다. Fig. 3은 제주도 중산간 지역에 토양침수시험을 실시한 지점의 위치도이다.

Fig. 2. Test view of mini disk infiltrometer.

Fig. 3. Soil infiltration test site in mid mountain region of Jeju island.

결과 및 토의

토성별 투수계수

토양 내의 침투시험 시 표토층의 식생제거와 원 토층의 상태를 파악하기 위한 굴토작업 시 토층의 토성상태를 육안으로 분석하여 기록하였다. 조사에서 확인된 토양분류는 구성입도에 따라 모래, 실트, 모래질 점토, 실트질 점토의 4종류로 구분하였고, 각각의 위치별 토성과 침투시험에 의한 투수계수는 Table 1과 같으며, 95개소의 토성별 투수계수의 특성을 종합하여 Table 2에 집계하였다. 그 결과 모래(sand)로 구성된 토양은 12개소로 K = 0.6~2.68 m/d이며, 모래질 실트(sandy clay)로 구성된 토양이 16개소로 K = 0.12~1.34 m/day로 투수성이 양호한 것으로 나타났다. 그리고 실트(silt)층의 토양은 10개소로 K = 0.03~0.49 m/day이고, 실트질 점토(silty clay)의 토성은 57개소로 가장 많은 분포수를 보이며 K =0.03~0.73 m/day으로 투수성이 불량한 것으로 나타났다.

Table 1. Soil characteristics and permeability by location (K-WATER, 2018)

No.	Soil type	Permeability (K)		No.	Soil type	Permeability (K)		No.	Soil type	Permeability (K)
		10-3 cm/s	m/day			10-3 cm/s	m/day			10-3cm/s	m/day
1	Sandy clay	0.14	0.12	33	Silty clay	0.29	0.25	65	Silty clay	0.30	0.26
2	Silty clay	0.43	0.37	34	Silty clay	0.16	0.14	66	Silty clay	0.21	0.18
3	Sand	0.99	0.86	35	Silty clay	0.21	0.18	67	Silty clay	0.1	0.09
4	Silty clay	0.84	0.73	36	Silty clay	0.09	0.08	68	Sandy clay	0.94	0.82
5	Silt	0.03	0.03	37	Sandy clay	0.97	0.84	69	Sand	1.53	1.33
6	Silty clay	0.7	0.61	38	Silt	0.3	0.26	70	Sand	1.66	1.44
7	Silt	0.04	0.04	39	Silty clay	0.14	0.12	71	Silty clay	0.11	0.09
8	Silty clay	0.25	0.21	40	Sand	1.72	1.48	72	Sand	1.43	1.24
9	Sandy clay	0.55	0.48	41	Silty clay	0.16	0.14	73	Silty clay	0.15	0.13
10	Silt	0.15	0.13	42	Silty clay	0.16	0.13	74	Sandy clay	1.07	0.93
11	Silty clay	0.13	0.11	43	Silty clay	0.22	0.19	75	Silty clay	0.12	0.1
12	Sandy clay	0.99	0.86	44	Silt	0.22	0.19	76	Silty clay	0.2	0.18
13	Silty clay	0.26	0.23	45	Silty clay	0.26	0.22	77	Sandy clay	1.49	1.29
14	Silty clay	0.15	0.13	46	Silty clay	0.21	0.18	78	Silty clay	0.12	0.11
15	Sandy clay	0.75	0.64	47	Silty clay	0.03	0.03	79	Sandy clay	0.63	0.54
16	Silt	0.35	0.31	48	Silty clay	0.16	0.14	80	Silty clay	0.34	0.29
17	Silt	0.42	0.37	49	Sand	1.03	0.89	81	Silty clay	0.2	0.18
18	Sand	0.69	0.6	50	Silty clay	0.1	0.09	82	Silty clay	0.21	0.18
19	Silty clay	0.46	0.39	51	Silty clay	0.14	0.12	83	Silty clay	0.11	0.09
20	Silt	0.57	0.49	52	Silty clay	0.14	0.12	84	Sand	1.63	1.41
21	Sandy clay	0.74	0.64	53	Sandy clay	0.91	0.79	85	Silty clay	0.27	0.23
22	Sand	1.61	1.39	54	Silty clay	0.11	0.09	86	Silty clay	0.27	0.23
23	Sandy clay	1.55	1.34	55	Sandy clay	1.04	0.9	87	Silty clay	0.26	0.22
24	Silt	0.4	0.34	56	Sandy clay	0.58	0.5	88	Silty clay	0.17	0.15
25	Sandy clay	0.7	0.6	57	Silty clay	0.2	0.18	89	Silty clay	0.07	0.06
26	Sand	2.82	2.44	58	Sandy clay	1.21	1.04	90	Silty clay	0.41	0.36
27	Silt	0.15	0.13	59	Silty clay	0.17	0.14	91	Silty clay	0.15	0.13
28	Silty clay	0.16	0.14	60	Sand	1.09	0.94	92	Silty clay	0.15	0.13
29	Silty clay	0.31	0.27	61	Silty clay	0.15	0.13	93	Silty clay	0.08	0.07
30	Silty clay	0.19	0.16	62	Silty clay	0.21	0.18	94	Silty clay	0.35	0.3
31	Sand	3.1	2.68	63	Silty clay	0.12	0.1	95	Silty clay	0.23	0.2
32	Silty clay	0.32	0.28	64	Silty clay	0.17	0.14	-

 

 

토양군과 투수계수

우리나라의 토양군의 분류는 설계홍수량 산정기준(MOLTMA, 2012)에 의하면 수문학적 토양군의 분류로 Jeong et al.(1995)의 분류법을 이용하였으나, 2007년 이후에는 농업과학기술원(NAS, 2007)의 분류법을 적용하고 있다. 농업과학기술원의 분류 방법은 우리나라 전역에 산재하는 1,200여 개의 토양통에 토양부호를 붙이고 토양의 침투율을 고려하여 개별 토양부호별로 SCS(현 NRCS)의 4가지 수문학적 토양군인 A, B, C, D 중의 하나로 분류하였다.

본 연구에서는 금번에 제주도의 중산간 지역을 대상으로 표토 토양침투시험을 실시한 95개소의 자료를 이용하여 Jeong et al.(1995)의 분류방법과 농업과학기술원(NAS, 2007)의 분류방법으로 분류한 후 비교, 분석하였다.

Table 2. Analysis of soil type and permeability

Soil type		Quantity	Permeability (K, m/day)
			Min.	Max.	Aver.
Total		95	0.03	2.68	0.44
A	Sand	12	0.6	2.68	1.39
B	Silt	10	0.03	0.49	0.23
C	Sandy clay	16	0.12	1.34	0.77
D	Silty clay	57	0.03	0.73	0.19

정정화 외(1995) 분류방법

Jeong et al.(1995)는 우리나라에 분포하는 토양통을 대상으로 378개소를 조사하여 토성, 배수등급, 투수성, 투수저해토층(불투수층)의 유무 및 출현 깊이의 4가지 토양특성으로 침투수량을 지배하는 요인들을 조사하여 Table 3과 같이 4개의 수문군으로 분류하였다.

Table 3. Criteria of the hydrologic soil groups for Korean soils (Jeong et al., 1995)

Soil characteristics	Marks denoted according to soil characteristics
	4	3	2	1
Textural family	Sandy (skeletal) Loamy sk. (coarse)	Co. loamy Co. silty Vol. ashes	Fine loamy Loamy sk. (fine)	Fine silty Clayey (F&VF)
Drainage classes	Somewhat excess	Mod. well	Imperfectly	Poorly
Permeability (cm/hr)	Very rapid, Rapid (>12.0)	Mod. rapid (12~6.0)	Mod. M. slow (6.0~0.5)	Slow. V. slow (<0.5)
Impermeable layer appeared (cm)	None exist	100~50	50~25	Within 25
Hydrologic groups divided	A (>13)	B (12~11)	C (10~8)	D (<7)

Fig. 4. Analysis of soil groups by the Jeong et al. (1995) classification.

제주도의 토양군을 Jeong et al.(1995) 분류방법으로 분류한 토양군 분석도에 각각의 현장 시험 한 위치를 표기한 도면인 Fig. 4의 토양군 분포도에 의하면 A는 제주도 중심부인 한라산을 정점으로 동측부가 우세하게 분포(21.1%)하고, B는 A가 분포하는 지역의 인접하여 분포(22.6%)하고 있으며, C는 동부지역과 서부지역을 제외한 전지역에 매우 넓게 분포(46.1%)하고 있으며, D는 서부측의 저지대와 남측 일부에 분포(10.2%)한다. 이를 기준으로 한 토양군과 현장 시험한 자료를 분석한 결과 Table 4와 Fig. 5에 나타난 바와 같이 투수성이 가장 좋은 토양군은 B > C > A > D 순으로 분석되었다. 이는 일반적으로 수문학적인 토양군의 침투능이 일반적으로 A > B > C > D 순으로 나타나는 것과는 다르게 제주도 지역은 다소 상이한 결과가 분석되었다.

Table 4. Permeability of soil groups (Jeong et al., 1995)

NRCS Class	Permeability, K (m/day)
	A	B	C	D
Aver.	0.30	0.51	0.50	0.17
Median	0.18	0.37	0.21	0.16
Min.	0.03	0.07	0.04	0.03
Max.	1.41	1.44	2.68	0.29

 

Fig. 5. Analysis of box plot by the Jeong et. al. (1995) classification.

농업과학기술원(NAS, 2007) 분류방법

기존 사용되고 있는 Jeong et al.(1995) 분류방법은 우리나라에 분포하는 토양군의 분류기준의 문제점으로 제기된 토지이용방법에 따른 배출량 차이, 지표 유거에 의한 배수가 양호한 토양의 경우 지표수의 유출을 과소평가, 얕은 토심의 경우 작은 강우도 유출이 발생함을 고려하여 개선된 수문학적 토양유형을 Table 5와 같이 제시하였다. 수문학적 토양유형은 토양 내 침투수의 침투가 용이할수록 유출은 적게 발생함을 기초로 하여 4가지 유형으로 분류하였다.

Table 5. Criteria of the hydrologic soil groups for Korean soils (NAS, 2007)

 

Soil type	Soil characteristics	Limited infiltration rate (mm/hr)
Type A	- Infiltration: rapid	7.62~11.43 (0.3~0.45 inch/hr)
	- Permeability: rapid
	- Low probability of leakage
	- Soil depth: deep
	- Drainage: good, including gravel, sand
Type B	- Infiltration: normal	3.81~7.62 (0.15~0.30 inch/hr)
	- Soil depth: a slight deep or deep
	- Drainage: a slight normal or normal
	- Soil grain: fine~coarse
	- Permeability: normal
Type C	- Infiltration: slow	1.27~3.81 (0.05~0.15 inch/hr)
	- Including layers that impede the flow
	- Soil grain: fine
	- Permeability: slow
Type D	- Infiltration: very slow	0.0~1.27 (0.0~0.05 inch/hr)
	- Clay layer in surface or shallow depth
	- Soil depth: shallow, including impermeability medium
	- Permeability: very slow

제주도의 중산간지역의 토양군을 NAS(2007) 분류방법으로 분류한 토양군은 A는 한라산을 중심으로 동,서측부 산지에 넓은 면적으로 분포(23.1%)하고, 중산간 및 저지대에 고르게 분포하고 있다. B는 가장 적은 면적으로 동측부 중산간에일부 산포상으로 분포(1.8%)하고, C는 중산간 상부에 광범위하게 분포(36.6%)한다. 그리고 D는 중산간과 동측부와 서측부에 넓게 분포(38.5%)하는 것으로 분석되어 Jeong et al.(1995)의 분류방법과는 상이한 차이점을 보이고 있다(Fig. 6).

Fig. 6. Analysis of soil groups by the NAS (2007) classification.

토양군 분석 도면을 이용하여 현장 시험한 자료를 분석한 결과 Table 6과 Fig. 7에 나타내었다. 투수성이 가장 좋은 토양군은 A > B > D > C 순으로 분석되었다. 이는 일반적으로 수문학적인 토양군의 침투능이 일반적으로 A > B > C > D 순으로 나타나는 것과는 다르게 C군보다 D군이 투수성이 크게 나타나는 것으로 분석되었다.

Table 6. Permeability of soil groups (NAS, 2007)

NRCS Class	Permeability, K = m/d
	A	B	C
Aver.	0.56	0.24	0.41
Median	0.50	0.26	0.18
Min.	0.12	0.09	0.03
Max.	1.48	0.37	2.44

Fig. 7. Analysis of box plot by the NAS (2007)

이는 제주도의 특성상 토양하부에 분포하는 기반암이 투수성지반과 불투수성 지반의 조건에 따라 상이하나 대부분이 투수성이 좋은 현무암 및 응회암이 분포함을 고려하면 적용성이 양호한 것으로 분석되었다. Table 7에 각각의 시험 위치별 좌표, 투수계수, 토성분류, 토양군 분류(정정화 등, 농업과학기술원), 유역명, 지목을 정리하였다.

Table 7. Result list of soil infiltration test

No.	Longitude	Latitude	Permeability (m/d)	Soil type	Jeong (1995)	NAS (2007)	Watershed name	Land
1	126°16'23.983"E	33°16'09.937"N	0.12	KhB	D	A	Deajeong	Field
2	126°33'58.067"E	33°16'19.477"N	0.37	JGC	B	B	M.Seogwi	Forests
3	126°29'59.595"E	33°14'39.810"N	0.86	DwB	C	D	M.Seogwi	Field
4	126°30'03.820"E	33°16'16.074"N	0.73	JeB	C	C	M.Seogwi	Forests
5	126°41'29.235"E	33°17'54.044"N	0.03	AaB	A	C	Namwon	Forests
6	126°41'24.599"E	33°19'33.366"N	0.61	PoC	C	D	Namwon	Forests
7	126°39'14.460"E	33°19'25.070"N	0.04	JrC	C	C	Namwon	Forests
8	126°39'33.511"E	33°17'52.170"N	0.21	HiC	A	A	Namwon	Field
9	126°43'33.865"E	33°17'57.196"N	0.48	JqC	B	D	Namwon	Forests
10	126°37'47.118"E	33°17'51.737"N	0.13	JlD	C	C	E.Seogwi	Field
11	126°45'18.665"E	33°19'28.959"N	0.11	KjC	C	D	Pyosun	Forests
12	126°43'22.385"E	33°20'59.924"N	0.86	OrB	C	A	Namwon	Forests
13	126°43'33.546"E	33°19'32.759"N	0.23	HxC	A	C	Namwon	Forests
14	126°41'38.756"E	33°21'13.164"N	0.13	JrC	C	C	Namwon	Forests
15	126°51'11.116"E	33°26'02.519"N	0.64	KrC	B	D	Seongsan	Forests
16	126°53'07.033"E	33°25'59.515"N	0.31	SLB	B	D	Seongsan	Forests
17	126°49'17.830"E	33°26'00.773"N	0.37	KyC	B	D	Seongsan	Forests
18	126°51'09.823"E	33°24'27.084"N	0.60	KrC	B	D	Seongsan	Forests
19	126°48'53.555"E	33°24'14.243"N	0.39	SLB	B	D	Seongsan	Forests
20	126°51'08.879"E	33°22'50.996"N	0.49	OrB	C	A	Seongsan	Field
21	126°49'19.733"E	33°22'50.492"N	0.64	KjC	C	D	Seongsan	Forests
22	126°26'10.227"E	33°16'12.190"N	1.39	JkC	C	C	W.Seogwi	Forests
23	126°26'06.745"E	33°14'35.524"N	1.34	OrB	C	A	W.Seogwi	Forests
24	126°28'04.302"E	33°16'12.632"N	0.34	OrB	C	A	M.Seogwi	Forests
25	126°31'58.254"E	33°16'16.931"N	0.60	BwD	B	A	M.Seogwi	Forests
26	126°31'57.464"E	33°14'35.687"N	2.44	JeC	C	C	M.Seogwi	Field
27	126°35'50.390"E	33°17'48.523"N	0.13	OrC	C	A	E.Seogwi	Field
28	126°35'53.393"E	33°16'17.804"N	0.14	JmB	B	D	E.Seogwi	Field
29	126°24'10.517"E	33°16'13.537"N	0.27	JlD	C	C	W.Seogwi	Field
30	126°45'34.824"E	33°21'14.782"N	0.16	RB	D	D	Pyosun	Field
31	126°45'35.303"E	33°22'48.586"N	2.68	PoC	C	D	Pyosun	Forests
32	126°43'43.710"E	33°22'25.959"N	0.28	KrB	B	D	Pyosun	Forests
33	126°47'32.404"E	33°21'09.000"N	0.25	KjC	C	D	Pyosun	Forests
34	126°49'10.618"E	33°21'13.568"N	0.14	KjC	C	D	Pyosun	Field
35	126°47'21.073"E	33°19'32.808"N	0.18	JrB	C	C	Pyosun	Field
36	126°47'13.686"E	33°22'46.223"N	0.08	KjC	C	D	Pyosun	Field
37	126°45'13.037"E	33°24'20.214"N	0.84	PdB	C	D	Pyosun	Forests
38	126°47'52.282"E	33°25'49.718"N	0.26	RsD	B	B	Pyosun	Forests
39	126°47'26.482"E	33°24'20.270"N	0.12	JeB	C	C	Pyosun	Forests
40	126°20'17.709"E	33°17'52.601"N	1.48	OrB	C	A	Deajeong	Field
41	126°22'18.169"E	33°16'14.701"N	0.14	OrB	C	A	Andeok	Field
42	126°18'18.077"E	33°16'11.543"N	0.13	JlC	C	C	Deajeong	Forests
43	126°22'08.954"E	33°17'40.638"N	0.19	SDC	B	C	Andeok	Forests
44	126°20'19.925"E	33°16'09.957"N	0.19	JlC	C	C	Andeok	Field
45	126°18'18.537"E	33°17'49.572"N	0.22	LF	D	D	Deajeong	Field
46	126°18'22.422"E	33°14'33.832"N	0.18	JeB	C	C	Deajeong	Forests
47	126°31'52.937"E	33°27'34.768"N	0.03	RB	D	D	M.Jeju	Field
48	126°22'16.251"E	33°27'39.858"N	0.14	AaC	A	C	Awal	Forests
49	126°24'04.664"E	33°27'35.741"N	0.89	DwB	C	D	Awal	Field
50	126°25'55.234"E	33°27'36.725"N	0.09	DwB	C	D	Awal	Field
51	126°22'06.168"E	33°26'03.930"N	0.12	JlD	C	C	Awal	Forests
52	126°23'59.811"E	33°26'03.000"N	0.12	JlC	C	C	Awal	Forests
53	126°20'22.483"E	33°25'51.092"N	0.79	JlC	C	C	Hanlim	Forests
54	126°20'16.964"E	33°24'17.658"N	0.09	AaC	A	C	Hanlim	Forests
55	126°37'36.313"E	33°29'13.392"N	0.90	JeC	C	C	Jochun	Field
56	126°35'51.086"E	33°29'10.263"N	0.50	OrB	C	A	E.Jeju	Field
57	126°29'43.371"E	33°27'33.813"N	0.18	JeC	C	C	M.Jeju	Forests
58	126°37'49.808"E	33°30'57.796"N	1.04	JmB	B	D	Jochun	Forests
59	126°43'42.120"E	33°29'31.125"N	0.14	KrC	B	D	Jochun	Field
60	126°41'35.122"E	33°30'52.691"N	0.94	OrB	C	A	Jochun	Forests
61	126°39'40.657"E	33°30'59.057"N	0.13	JfB	C	C	Jochun	Forests
62	126°39'29.630"E	33°29'13.582"N	0.18	HxD	A	C	Jochun	Field
63	126°41'34.107"E	33°29'16.862"N	0.10	AaC	A	C	Jochun	Forests
64	126°27'57.289"E	33°27'32.784"N	0.14	AaC	A	C	W.Jeju	Forests
65	126°51'03.126"E	33°29'14.492"N	0.26	HxB	A	C	Gujwa	Miscellaneous
66	126°43'55.461"E	33°31'00.321"N	0.18	KjC	C	D	Gujwa	Forests
67	126°51'09.901"E	33°27'46.776"N	0.09	RsE	B	B	Seongsan	Field
68	126°49'21.467"E	33°30'57.055"N	0.82	MbD	A	C	Gujwa	Miscellaneous
69	126°47'29.620"E	33°30'52.003"N	1.33	KrC	B	D	Gujwa	Forests
70	126°49'21.400"E	33°29'19.047"N	1.44	SDC	B	C	Gujwa	Forests
71	126°49'14.520"E	33°27'46.163"N	0.09	MbC	A	C	Gujwa	Forests
72	126°45'00.370"E	33°29'20.374"N	1.24	JmC	B	D	Gujwa	Field
73	126°45'37.488"E	33°30'55.321"N	0.13	JmB	B	D	Gujwa	Forests
74	126°45'26.776"E	33°27'39.541"N	0.93	NwC	B	D	Gujwa	Forests
75	126°47'29.230"E	33°29'18.099"N	0.10	WmB	B	D	Gujwa	Field
76	126°47'38.076"E	33°27'46.821"N	0.18	PdB	C	D	Gujwa	Forests
77	126°44'24.996"E	33°26'2.746"N	1.29	PdB	C	D	Pyosun	Forests
78	126°33'37.679"E	33°27'37.659"N	0.11	JeC	C	C	E.Jeju	Field
79	126°27'54.725"E	33°29'9.956"N	0.54	SZC	B	A	W.Jeju	Field
80	126°33'52.253"E	33°29'15.049"N	0.29	RB	D	D	E.Jeju	Forests
81	126°14'49.096"E	33°21'14.596"N	0.18	LF	D	D	Hankung	Forests
82	126°18'18.916"E	33°24'18.576"N	0.18	AaC	A	C	Hankung	Field
83	126°16'21.943"E	33°22'39.829"N	0.09	KjB	C	D	Hankung	Forests
84	126°18'46.834"E	33°19'40.345"N	1.41	MbD	A	C	Hankung	Forests
85	126°18'12.421"E	33°22'41.476"N	0.23	KjC	C	D	Hankung	Miscellaneous
86	126°18'20.464"E	33°21'03.840"N	0.23	SwD	C	C	Hankung	Forests
87	126°16'27.217"E	33°21'04.635"N	0.22	HvB	D	D	Hankung	Field
88	126°31'48.217"E	33°29'14.657"N	0.15	RB	D	D	M.Jeju	Forests
89	126°12'36.787"E	33°19'22.456"N	0.06	KjC	C	D	Hankung	Forests
90	126°12'34.858"E	33°17'45.663"N	0.36	KjC	C	D	Hankung	Field
91	126°16'35.698"E	33°19'20.716"N	0.13	OrB	C	A	Hankung	Forests
92	126°14'30.756"E	33°17'44.591"N	0.13	YnC	D	D	Deajeong	Forests
93	126°14'27.265"E	33°19'23.076"N	0.07	JmB	B	D	Hankung	Field
94	126°16'21.787"E	33°17'52.081"N	.30	KjC	C	D	Deajeong	Forests
95	126°30'03.404"E	33°28'50.037"N	0.20	DwB	C	D	M.Jeju	Field

 

결론

국내 여러 지역의 토양을 대상으로 침투시험, 지표유출시험, 토양의 물리적 특성에 대한 침투시험, 토지이용별 침투시험이 이루어 진 연구사례는 다수 있으나, 제주도 단일지역을 대상으로 광범위하게 토양 침투시험을 수행한 것은 처음으로 사료된다. 침투시험의 목적은 제주도 토양내의 강우 함양량 평가와 토양의 지표수 유출계수를 산정하는 기초자료의 활용으로 본 연구에서 도출한 결론을 요약해서 정리하면 다음과 같다.

(1) 제주도 중산간지역의 지표침투 시험을 실시하기 위한 표층제거 시 95개 지점의 토성을 입도별로 4개군(A: 모래, B:실트, C: 모래질 실트, D: 실트질 점토)으로 분류하였다. 조사지점의 토양의 분포입도가 모래로 구성된 지역이 12.6%, 실트로 구성된 지역이 10.5%, 모래질 점토로 구성된 지역이 16.9%, 실트질 점토로 구성된 시험지역이 60.0% 나타났다. 이는 화산섬인 제주도의 특성상 토양은 모래지반보다는 점토지반이 우세하며, 토양의 침투율인투수계수는 A > C > B > D 순으로 모래지반이 투수성이 높은 것으로 측정되었다.

(2) 함양량 및 유출량을 분석하기 위하여 사용되는 우리나라의 수문학적 토양군의 분류법으로 국내에서 대표적으로 사용되고 있는 Jeong et al.(1995) 분류법과 NAS(2007) 분류법에 의하여 제주도 토양도를 분석한 결과 서로 상이한 결과를 보이고 있음을 확인하였다.

(3) 강우가 토양으로 침투되어 지하수 함양의 역할을 하는 중산간 지역을 대상으로 토양침투시험을 실시하였으며, 이를 근거로 상기의 두 분류방법에 의한 4개의 토양군과 투수성을 분석한 결과 NAS(2007) 분류법이 상대적으로 신뢰성이 더 높은 것으로 분석되었다.

본 연구에서 토양침투시험을 소규모로 수행하였으므로 제주도의 지형적, 지질적 특성, 토양층의 두께의 불규칙 및 투수성지반의 분포 등을 고려할 때, 시험이 수행된 지점의 투수성이 전 유역을 대변하기는 어렵다. 그러므로 차후 유역별 함양량 및 유출계수 산정 시는 정밀조사에 의한 유출계수를 산정하여 적용함이 적절하다고 사료된다. 향후 연구에서는 토양의 정밀한 입도분포와 다짐도, 단위중량 등을 통한 분석을 병행하는 것이 타당할 것으로 판단되며, 지속적인 연구로 제주지역의 토양군의 분류와 토양군에 적용이 가능한 수문학적인 계수의 선정이 필요 할 것으로 판단된다.