토양 함수비 센서별 측정 정확도 비교 및 전기전도도 기반 보정식 개발

정은수1*, 봉태호1, 전지훈2, 이시은1

(1충북대학교 산림학과, 2충북대학교 농업과학기술연구소)

Comparative Analysis of Measurement Accuracy by Soil Moisture Sensors and Development of EC-Based Calibration Equation

Eunsoo Jeong1*, Taeho Bong1, Jihun Jeon2, Sieun Lee1

(1Department of Forest Science, Chungbuk National University,

2Institute of Agricultural Science & Technology, Chungbuk National University)

요약: 토양 함수비 센서는 강우로 인한 지반의 포화정도를 파악할 수 있는 센서로 산사태 발생 위험 감지에서 중요한 인자인 함수비의 변화를 관측함으로써 가장 먼저 위험을 감지하는 센서이다. 함수비 센서는 제조사 및 측정 방식에 따라 성능에 차이가 있으며, 일반적으로 체적함수비 기준 ±3% 이내의 정확도로 알려져 있다. 센서의 운용에 있어 제조사마다 측정값을 함수비로 변환하는 식을 내장 및 제공하고 있으나 측정 지반의 토성에 따라 측정값이 다르게 나타날 수 있다. 따라서 신뢰성 있는 데이터의 구축 및 모니터링을 위해 대상지 토양에 대한 함수비별 센서 데이터를 보정 하는 것은 필수적이다. 일반적으로 모니터링 시스템 구축에 있어 유전율 기반 함수비 센서가 주로 활용되지만, 해당 방식은 측정 주파수에 따라 토양의 세립분 함량, 밀도, 염분 등 다양한 지반 조건에 간섭을 크게 받는다는 단점이 존재한다. 따라서, 지반 조건에 따른 측정 오차의 저감을 위해 유전율 단일 인자가 아닌 지반의 전기화학적 특성을 반영하는 전기전도도를 함께 고려하여 센서 보정을 수행하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 함수비 센서 보정을 통한 측정값의 정확도 및 범용성을 평가하고자, 측정 방식 및 프로브 형태가 다른 센서들을 소형 컬럼에 설치하여 실제 함수비와 센서값을 비교·분석하였다. 또한 토양 함수비 보정에 있어 측정된 전기전도도를 활용한 보정식을 개발하였으며, 실제 지반을 모사한 컬럼 침투실험을 수행하고 실제 함수비와 보정식에 따른 센서 데이터의 정확도를 비교·분석 하였다.

Abstract: Soil moisture sensors are critical for early landslide detection by monitoring ground saturation. Although generally offering an accuracy of ±3% volumetric water content, standard manufacturer calibrations often deviate depending on specific soil textures. Dielectric-based sensors are widely used for their cost-effectiveness but are susceptible to interference from geotechnical factors such as fines content, density, and salinity. Consequently, accurate monitoring requires site-specific calibration that incorporates Electrical Conductivity (EC) to account for electrochemical interferences, rather than relying solely on permittivity. This study evaluates a multi-variable calibration approach to enhance measurement reliability. Sensors with varying measurement principles and probe configurations were installed in soil columns to compare readings against actual water content. A novel calibration equation utilizing EC was developed and validated through column infiltration experiments simulating real-world ground conditions. This research analyzes the effectiveness of the EC-based correction in minimizing measurement errors and improving the versatility of soil moisture sensors across diverse field conditions.

사사: 이 성과는 산림청(한국임업진흥원) 산림과학기술 연구개발사업´(RS-2025-02213451)´의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.