하이드로폰을 이용한 산불피해지 계류의 토사유출 특성 분석

이기환1*, Taro Uchida2, 서준표1, 우충식1, 유송1, 강민정1

(1국립산림과학원 산림방재연구과, 2츠쿠바대학교 생물자원학과, 일본 국토기술정책총합연구소)

Analysis of Sediment Characteristics on Forest Fire Area using Hydrophone

KiHwan Lee1*, Taro Uchida2, Jun-Pyo Seo1, Choongshik Woo1, Song Eu1, Min-Jung Kang1,

(1Division of Forest Disaster Management, National Institute of Forest Science, Korea

2Faculty of Life and Environmental Sciences, Tsukuba University, Japan)

요약: 본 연구는 산불피해 후 수토보전기능이 저하한 산림유역에서 산림환경 변화가 가장 심했던 3년 동안 강우량과 수위, 그리고 토사유출량을 모니터링하였다. 토사유출량 모니터링은 유역출구에 설치한 길이 0.5m의 하이드로폰과 용량 10kN(≒1,019.7kgf)의 피트 유사계를 이용하였다. 하이드로폰은 계상에 마이크로폰을 삽입한 금속 파이프를 설치, 파이프에 충돌하는 토사의 반향음을 계측하여 토사유출량을 추정하는 관측 기기이다. 본 연구에서는 하이드로폰에 입력된 반향음이 미리 설정한 임계 값을 초과한 횟수를 나타내는 펄스 값을 이용하여 계류의 수문 조건에 따른 토사유출량 변화를 검토하였다. 모니터링 기간 발생한 세 번의 호우 이벤트를 분석한 결과, 산불피해지 계류에서 토사유출량은 강우 초기에 반응을 시작하였으며, 수위 피크 이후 하강기에도 토사 이동이 발생하는 것으로 나타났다. 이는 산림 훼손 이력이 없는 일반산지에서 관찰한 토사유출 특성과 명확히 상반되는 결과였다. 또한, 토사는 산불 발생 이듬해의 호우 이벤트에서 가장 많은 양이 유출된 것으로 나타났다.

Abstract: We observed rainfall, flow depth, and sediment discharge for three years in a small mountain catchment where forest fire derived a severe deterioration in forest environments. Sediment observation was conducted at the catchment outlet using a 0.5m long hydrophone and a pit-sampler with a capacity of 10kN (≒1,019.7kgf). The hydrophone consists of a steel pipe deployed across a riverbed. A microphone inserted inside the device detects vibrations generated by the collision of sediment particles on the pipe. To measure sediment discharges, we used a pulse corresponding to the number of collision signals that exceeded a preselected threshold value. The data obtained from three heavy rainstorms showed that sediment discharges sensitively responded to initial rainfall and were observed during falling limbs in the hydrograph. This was contrary to our earlier findings on the sediment characteristics in a catchment undamaged. Moreover, the largest bedload discharge was recorded at the rainstorm event that occurred in the year following the forest fire occurrence.