Analysis of Soil Moisture Changes in Reclaimed Tideland Using Van Genuchten Model

Dae-Hee  Ko; Jae-Gwon  Son; Gi-Sung  Lee; Jeong-Kyun  Kim; Jae-Do  Song; Young-Jun  Park

doi:10.5389/KSAE.2020.62.4.053

Preview

Journal of Korean Society of Agricultural Engineers. 2020. 53–61
https://doi.org/10.5389/KSAE.2020.62.4.053

Analysis of Soil Moisture Changes in Reclaimed Tideland Using Van Genuchten Model

Van Genuchten 모델을 활용한 간척지의 토양수분변화 분석

Dae-Hee Ko^a

Jae-Gwon Son^b

Gi-Sung Lee^c

Jeong-Kyun Kim^d

Jae-Do Song^e^†

Young-Jun Park^f

고 대희^a

손 재권^b

이 기성^c

김 정균^d

송 재도^e^†

박 영준^f

^aResearcher, Graduate School of Agricultural Engineering, Chonbuk National University

^bProfessor, Dept. of Agricultural and Rural Engineering, Chonbuk National University

^cResearcher, Graduate School of Agricultural Engineering, Chonbuk National University

^dResearcher, Graduate School of Agricultural Engineering, Chonbuk National University

^eLecturing Professor, Dept. of Agricultural and Rural Engineering, Chonbuk National University

^fResearcher, Rural Research Institute, Korea Rural Community Corpoeration (KRC)

^a전북 대학교 농업 공학 대학원 연구원

^b전북 대학교 농업 농촌 공학과 교수

^c전북 대학교 농업 공학 대학원 연구원

^d전북 대학교 농업 공학 대학원 연구원

^e전북 대학교 농업 농촌 공학과 강의 교수

^f한국 농어촌 공사 (KRC) 농촌 연구소 연구원

^† Corresponding author Tel.: +82-10-7438-0692 Fax: +82-63-270-2517 E-mail: song352@naver.com

ABSTRACT

The laboratory model test was conducted by dividing domestic reclaimed tideland into Sandy Loam (SL) and Silt Clay Loam (SiCL) to estimate soil moisture change and water supply according to soil characteristic when establishing irrigation plan for reclaimed tideland upland crop. In addition, the applicability of each scenario was verified using Van Genuchten model, which is the most widely used mathematical model for analyzing soil moisture characteristics of reclaimed tideland uplands crops. The required water supply according to the target soil moisture tension by reclaimed tideland is as follow. In the case of SL, soil depths of 0~10 cm, 10~20 cm were analyzed as 19 mm, 35 mm to reach the field capacity, and SiCL, 33 mm, 63 mm. The required water supply of SiCL was higher than that of SL. The study compared the simulation results from the scenarios of Van Genuchen model and the measured results from the laboratory model test based on according to the reclaimed tidelands. In the case of parameter, θ_s, θ_r, α, η were analyzed 0.55, 0.18, 0.064, 1.74 in SL and 0.46, 0.22, 0.105, 1.92 in SiCL. In terms of soil characteristics, SL with better water permeability was found to have higher applicability than SiCL. By Soil depth, applicability was found in 0~10 cm directly affected by water supply.

Keywords

Van Genuchten model

laboratory model test

soil moisture changes

reclaimed tideland

MAIN

Ⅰ. 서 론

우리나라 간척지는 광복 이후 기근 해결을 위한 벼 농사위주의 식량 증산 목적으로 소규모 간척이 이루어졌으며, 1970년대 이후에는 농업 종합 개발로 지속되었고, 1990년대 이후에는 다목적 종합 개발로 간척 사업이 추진되었다 (NGII, 2017). 그러나, 최근 국내 1인당 연간 쌀 소비량은 2014년 65.1 kg에서 2018년 61.0 kg으로 감소 (KOSTAT, 2018)하고 있고, 쌀 재고량이 증가하는 상황으로 인해 간척지의 벼 재배면적 확대에 어려움이 있는 실정이다. 정부에서는 간척지의 벼 재배 이외 작물의 다양화 및 부가가치를 향상시킬 수 있는 고소득 작물 생산기반을 조성하여 농업의 경쟁력 강화를 목적으로 한 밭작물 우선 재배 농정을 진행하고 있다 (MAFRA, 2014). 그러나, 간척지에서 밭작물을 재배하는 경우 정상적인 생육이 가능할 정도로 근역의 제염이 이루어져 있다고 할지라도 생육기간 중 모세관현상으로 인한 재염화현상이 발생하여 염해를 받을 수 있으므로 보통 밭에서 행해지는 것과는 다른 관개방법을 강구해야 한다 (Koo et al., 1992; Son et al., 1994). 일반적으로 밭작물을 재배 시 불포화상태의 토양조건이 지배적이며, 불포화 영역은 포화 영역으로부터 인장력을 발휘하여 흙 입자들을 서로 결합시키고, 체적과 질량이 작아 물의 한 부분으로 고려되는 공기와 물의 접촉면을 포함하는 4상구조 (solids, water, air, contractile skin)를 이룬다 (Shin et al., 2004). 토양 내 공극 분포에 따른 물의 이동 특성 및 토양수분 보유력은 토양수분특성곡선 (Soil Water Characteristic Curve, SWCC)을 통해 파악할 수 있다고 알려져 있고 (Seo et al., 2017), 관개시점, 관개량 등과 같은 용수 절약 측면에서의 효율적인 용수관리 체계를 구축할 수 있다 (Hur et al., 2006). 토양수분특성곡선을 모형화하려는 시도는 Brooks and Corey (1964), Mualem (1976), Van Genuchten (1980) 등에 의해 토양수분량과 토양장력의 비선형적인 관계를 식으로 표현되었다. 토양수분특성곡선의 작성에 대해 많은 연구들은 수학적 모델을 적용한 계수추정방법을 이용해 왔고, 추정결과에 대한 모델의 적합성을 검증하였다 (Eom et al., 1995; Hur et al., 2006; Hur et al., 2010; Kang et al., 2002; Ki and Kim, 2008; Kim, 2003; Lee et al., 2005; Too et al., 2014). 계수추정방법을 통해 구명된 토양수분특성 계수들을 이용하는 것은 시간과 돈, 노동력을 절감하는 큰 장점이 있고 (Eom et al., 1995; Hur et al., 2006), 토양수분 측정 실측자료를 이용하여 각 토양 특성에 맞는 계수의 산정 및 토양수분특성곡선을 작성하였다(Seo, 2011; Seo et al., 2017). 현재까지 내륙의 일반 토양을 대상으로 용수공급량 산정과 관련하여 다양한 연구가 이루어졌으나, 간척지 토양에서 밭작물 재배를 위한 용수공급과 관련하여 밭작물 관개용수량 산정연구 (Son et al., 1994) 외에 최근에는 구체화된 시험연구가 진행되지 않아 기초자료가 부족한 상황이다.

이에 본 연구에서는 국내 대표적인 간척지 토양을 대상으로 토양수분변화 및 필요용수공급량을 산정하기 위해 실내모형시험을 실시하였고, 간척지 밭작물의 토양수분특성을 분석하기 위해 수학적 모델에 적용되는 적정 매개변수를 추정하여 적용성을 검증하였다. 본 연구의 목적은 국내 간척지의 토성별 밭작물 관개 계획수립시 토양수분에 대한 기초자료를 제공하는데 있다.

Ⅱ. 연구방법

1. 시험대상지구 선정

국내 간척지 토양의 토성은 미사질계토양과 사질계 토양으로 크게 두 가지로 구분할 수 있다 (KRC, 2016). 미사질계 토양은 미사토 (Si), 미사질식토 (SiC), 미사질식양토 (SiCL) 등으로 국내 간척지 면적의 85.7% 수준을 차지하며, 사질계 토양은 사토 (S), 양질사토 (LS), 사양토 (SL) 등으로 14.3% 수준을 차지하고 있다 (RDA, 2013). 이에 본 연구에서는 국내에서 간척지 중 대표적인 사질계 토양으로 새만금 간척지를 선정하였고, 미사질계 토양으로는 화옹 간척지를 시험대상지구로 선정하였다 (Fig. 1).

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/jksae/2020-062-04/N0740620406/images/PICFA82.png

Fig. 1

The location of study area

2. 시험 대상지구 토양특성

새만금 간척지 5공구와 화옹 간척지 8공구에서 2018년 11월 19일부터 22일까지 토양 시료를 채취하였고, 토양 전기전도도 (EC), pH, 유기물함량 (OM), 용적밀도, 토성 (USDA, 1987), 투수계수, 양이온치환용량 (C.E.C)등 토양의 이화학적 특성을 분석하였다 (Table 1). 새만금 간척지 토양은 전기전도도가 1.4 dS/m, pH 7.1, 유기물함량 (OM)은 0.65%, 토성은 사양토 (SL)로 분석되었으며, 0~10 cm, 10~20 cm에서 투수계수는 각각 1.79910^-4cm/s, 6.63210^-5cm/s로 분석되었다. 또한, 칼슘 (Ca²⁺)은 0.65 cmol/kg, 칼륨 (K⁺)은 3.83 cmol/kg, 마그네슘 (Mg²⁺)은 9.75 cmol/kg, 나트륨 (Na⁺)은 3.89 cmol/kg로 분석되었다. 화옹 간척지 토양의 전기전도도는 7.1 dS/m, pH는 7.2, 유기물함량은 0.85%, 토성은 미사질식양토 (SiCL), 0~10 cm, 10~20 cm의 투수계수는 각각 7.44510^-6cm/s, 8.22110^-6cm/s로 분석되었다. 칼슘 (Ca²⁺)은 3.88 cmol/kg, 칼륨 (K⁺)은 1.56 cmol/kg, 마그네슘 (Mg²⁺)은 8.43 cmol/kg, 나트륨 (Na⁺)은 9.78 cmol/kg로 분석되었다.

Table 1

Soil physicochemical properties in Saemangeum reclaimed tidelands

Description	Unit	Saemangeum	Hwaong
Electric conductivity (EC)	(dS/m)	1.4	7.1
pH (1:5)	-	7.1	7.2
Organic matter (OM)	(%)	0.65	0.85
Bulk density ()	(g/cm³)	1.35	1.44
Sand	(%)	63.0	13.1
Silt	(%)	17.3	58.7
Clay	(%)	19.7	28.2
Soil texture class	-	Sandy Loam (SL)	Silty Clay Loam (SiCL)
K_s(0~10 cm)	(cm/s)	1.79910^-4	7.44510^-6
K_s(0~10 cm)	(cm/s)	6.63210^-5	8.22110^-6
Ca²⁺	(cmol/kg)	0.65	3.88
K⁺	(cmol/kg)	3.83	1.56
Mg²⁺	(cmol/kg)	9.75	8.43
Na⁺	(cmol/kg)	3.89	9.78

3. 실내모형시험 구성

간척지구별 사양토 및 미사질식양토를 대상으로 용수공급에 따른 토양특성변화를 분석하기 위해 실내모형시험을 Fig. 2와 같이 구성하였다. 처리구별로 아크릴 재질의 반지름 40 cm, 높이 49.5 cm의 원통형 모형을 동일하게 준비하였고, 실내 모형 시험분석은 2019년 1월 10일부터 4월 29일까지 110일간 진행하였다. 공시 토양은 시험 모형의 24 cm 높이까지 채웠으며, 자연 상태의 용적밀도와 동일한 상태로 준비하였다. 처리구별 토양수분장력측정을 위해 0~10 cm, 10~20 cm 등 2개의 토양심도로 구분하여 토양수분장력계 (Tensiometer)를 설치하였다. 또한, FDR 센서와 실험 데이터로거를 설치하여 토양 용적수분함량, 토양 전기전도도를 실시간으로 15분 간격마다 측정 및 자료를 수집하였고, 토양수분장력이 0 kPa 및 매트릭포텐셜 (수두, cm)이 -1 cm에 도달할 때 까지 6 mm씩 일정하게 용수를 공급하였다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/jksae/2020-062-04/N0740620406/images/PICFB19.png

Fig. 2

Layout of laboratory model test

4. Van Genuchten 모델

불포화 상태의 토양 함수량은 용적함수비 (Volumetric Water Contents)로 다음 식 (1)과 같다.

(1)

θ = \frac{V_{w}}{V_{t}}

여기서, : 토양 간극의 용적 (m³), : 토양 전체 용적 (m³)

흙 입자의 흡착수나 결합수 때문에 아주 큰 모세관 압력 (Matric Potential)에도 제거되지 않는 함수량을 잔족체적함수비라 하며, 이를 뺀 함수량을 유효체적함수비 (Effective Water Content)라고 한다. 포화도 (S_e)는 식 (2)와 같다.

(2)

S_{e} = \frac{θ - θ_{r}}{θ_{s} - θ_{r}}

여기서, : 포화 용적수분함량 (%), : 잔존 용적수분함량 (%)

: 토양의 임의 용적수분함량 (%)

용적함수비는 토양의 매트릭포텐셜 (Matric Potential, ) 및 모세관 내 작용하는 압력과 관계가 있다. 음 (-)의 압력을 가진 매트릭포텐셜의 절대치가 커질수록 토양이 물 분자에 대한 흡입력이 커지므로 용적함수비는 낮아지게 된다 (Nyle and Raymond, 2009). 따라서, 토양의 공극이 작을수록 수분에 대한 흡인력이 크게 작용하며, 모세관압력은 커지게 된다. 토양의 용적함수비 또는 포화도 (S_e)와 매트릭포텐셜과의 관계를 불포화 토양수분특성곡선 (Soil Water Characteristic Curve, SWCC) 또는 함수포텐셜 곡선 (Soil Water Potential Curve)이라고 한다 (Nyle and Raymond, 2009). 용적함수비와 매트릭포텐셜과의 관계는 식 (3)과 같이 표현할 수 있다. 여기서 , , 은 토성과 조건별로 다를 수 있는 경험 상수들이며, 는 공기흡입력의 역함수, , 은 공극크기에 대한 매개변수이다 (Van Genuchten, 1980; Seo, 2011). 기본 토양자료로부터 토양의 수리적 특성을 예측하는 관계식을 만들어 실험이나 측정을 통하지 않고도 특성을 쉽게 표현할 수 있는 시뮬레이션 모형 Pedo-transfer Function (PTF)을 소개하였으며 (Andrey and Yakov, 2010), 우리나라 토양을 대상으로 , 에서의 토양 용적수분함량에 대한 식을 산정하였으며 (Eom et al., 1995), 식 (4)와 같다.

(3)

θ (h) = θ_{r} + \frac{θ_{s} - θ_{r}}{1 + {(- α h)}^{n^{m}}}

for and

for

여기서, : 공기흡입력 역함수 (1 cm^-1)

, : 공극크기에 대한 매개변수

(4)

θ_{r} = 15.75 - 2.86 \times L n (S a n d) + 0.55 \sqrt{(S i l t)} + 0.7 \times (O M)

여기서, Sand: 모래함량 (%), Silt: 실트함량 (%), OM: 유기물함량 (%)

모형으로부터의 예측 신뢰도 평가에 대해 평균제곱근 오차 (Root Mean Square Error, RMSE)를 이용하였다. RMSE는 0에 가까워질수록 추정치와 실측치 간 오차가 적다는 것을 의미한다 (Nash and Sutcliffe, 1970).

(5)

R MSE = \sqrt{\frac{1}{n} \sum_{n = 1}^{n} {[Q_{f} (i) - Q_{0} (i)]}^{2}}

여기서, : 실측 측정치

: 모형 모의 측정치

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 간척지구별 토양수분특성곡선

간척지구별 사양토와 미사질식양토에 대해 토양수분장력에 따른 토양 용적수분함량을 회귀 모형식을 이용하여 Table 2에서 보는 바와 같이 산정하였다. 이에 대한 회귀모형 도출 결과는 Fig. 3에서 보는 바와 같다.

Table 2

Volumetric water content according to soil moisture tension by reclaimed tidelands

Classification	Depth (cm)	Soil moisture tension (kPa)
Classification	Depth (cm)	0	10	20	30	33	40	50	60	100
Saemangeum	0~10	46.4	35.7	27.6	21.2	19.7	16.4	12.6	9.7	3.4
Saemangeum	10~20	49.4	38.4	29.9	23.3	21.6	18.2	14.1	11.0	4.1
Hwaong	0~10	39.0	25.6	16.8	11.1	9.8	7.3	4.8	3.1	0.6
Hwaong	10~20	56.9	39.3	27.1	18.8	16.8	13.0	8.9	6.2	1.4

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/jksae/2020-062-04/N0740620406/images/PICFC5C.png

Fig. 3

Soil water retention curve by reclaimed tidelands

새만금 간척지 (사양토)의 경우 토양심도 0~10 cm에서는 생장저해수분점 (100 kPa) 상태의 용적수분함량은 3.4%, 포장용수량 (33 kPa)상태에서는 19.7%로 분석되었다. 또한, 10~20 cm에서는 생장저해수분점상태 (ML)의 용적수분함량은 4.1%, 포장용수량상태 (FC)에서는 21.6%로 나타났다. 심도 0~10 cm에서의 토양수분장력에 따른 토양 용적수분함량은 10~20 cm에 비해 상대적으로 낮게 나타났다. 화옹 간척지 미사질식양토 토양에서 심도 0~10 cm, 10~20 cm에서 각각 생장저해수분점 상태의 토양 용적수분함량은 0.6%, 1.4%, 포장용수량 상태의 용적수분함량은 9.8%, 16.8%로 분석되었다.

2. 간척지구별 목표 토양수분장력에 따른 필요 용수공급량산정

실내 모형 시험에서 측정한 실측치 자료 및 토양특성곡선을 활용하여 간척지구별 토양심도 0~10 cm, 10~20 cm로 구분하여 용수공급에 따른 토양수분장력 변화에 대한 회귀모형식을 산정하였다 (Fig. 4).

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/jksae/2020-062-04/N0740620406/images/PICFC8B.png

Fig. 4

Regrssion model for soil water tension and water supply by reclaimed tidelands

Table 3

The amount of required water supply for the target soil moisture tension according to the soil of reclaimed tidelands

Classification	Depth (cm)	Soil moisture tension (kPa)
Classification	Depth (cm)	10	20	30	33	35	40	50	60
Saemangeum	0~10	46	31	22	19	18	15	10	6
Saemangeum	10~20	61	46	37	35	34	31	26	22
Hwaong	0~10	64	46	36	33	32	28	23	18
Hwaong	10~20	97	77	66	63	62	58	52	47

회귀모형식을 통해 목표 토양수분장력에 따른 필요 용수공급량에 대해 산정하면 새만금 간척지 사양토 토양의 심도 0~10 cm의 포장용수량 (33 kPa)까지는 19 mm, 심도 10~20 cm에서 33 kPa에서는 35 mm가 필요한 것으로 나타났다. 화옹 간척지 미사질식양토 토양의 심도 0~10 cm, 10~20 cm에서 포장용수량 (33 kPa) 상태까지 도달하는데 필요한 용수공급량은 33 mm, 63 mm로 분석되었다.

3. 토양수분특성곡선 시나리오 작성 및 매개변수 산정

토양수분특성곡선 작성을 위해 시나리오는 간척지구별로 사양토 (새만금 간척지, SM), 미사질식양토 (화옹 간척지, HO)로 구분하였고, Van Genuchten 모델의 기존 제시된 매개변수 시나리오 (scenario-1), 토양심도 0~10 cm에서의 매개변수 시나리오 (scenario-2), 10~20 cm에서의 매개변수 시나리오 (scenario-3)를 작성하였다. 사양토 Van Genuchten 모델의 매개변수 (SM-1)는 가 0.41, 은 0.07, 는 0.075, 은 1.89이며, 토양심도 0~10 cm (SM-2)에서는 가 0.55, 은 0.18, 는 0.064, 은 1.74였고, 10~20 cm (SM-3)의 매개변수는 는 0.59, 은 0.17, 의 경우 0.076, 은 1.60으로 산정되었다. 미사질식양토에서는 Van Genuchten 모델의 매개변수 (HO-1)는 가 0.43, 은 0.09, 는 0.010, 은 1.23이었고, 토양심도 0~10 cm (HO-2)에서는 가 0.45, 은 0.24, 는 0.100, 은 1.94였고, 토양심도 10~20 cm (HO-3)에서는 가 0.46, 은 0.22, 의 경우 0.105, 은 1.92로 산정되었다 (Table 4).

Table 4

Parameter soil moisture characteristics model by reclaimed tidelands scenario

Scenario			Soil parameter
Scenario						n
Saemangeum (SL)	SM-1	VGM	0.41	0.07	0.075	1.89
	SM-2	0~10 cm	0.55	0.18	0.064	1.74
	SM-3	10~20 cm	0.59	0.17	0.076	1.60
Hwaong (SiCL)	HO-1	VGM	0.43	0.09	0.010	1.23
	HO-2	0~10 cm	0.45	0.24	0.100	1.94
	HO-3	0~20 cm	0.46	0.22	0.105	1.92

4. 시나리오별 모의치와 실측치간 적용성 분석

간척지구별 실내 모형 시험을 통해 얻은 실측자료에 대한 현장 적용성 분석을 위해 시나리오별 Van Genuchten 모델의 모의치와 실측치간의 RMSE 분석 결과는 Table 5에서 보는 바와 같다. 사양토의 경우 SM-1의 모의치는 실측치의 토양심도 0~10 cm, 10~20 cm값과 비교하며 RMSE 결과값은 각각 12.6, 17.9, SM-2는 3.1, 5.9, SM-3은 5.3, 5.5로 분석되었다. 사양토의 경우에는 SM-2의 모의치와 실측치간 RMSE가 3.1로 가장 낮은 것으로 분석되어 Van Genuchten 모델의 매개변수는 는 0.55, 은 0.18, 는 0.064, 은 1.74를 적용하였을 경우 적용성이 높은 것으로 분석되었다. 또한, 미사질양토의 경우 HO-1의 토양심도 0~10 cm, 10~20 cm에서 각각 11.7, 9.5, HO-2는 6.8, 12.9, HO-3은 6.7, 13.2로 분석되어 HO-3 모의치와 실측치간 RMSE가 가장 낮은 6.7로 나타났다. 이를 통해 볼 때, HO-3의 매개변수 는 0.46, 은 0.22, 가 0.105, 을 1.92로 적용할 경우 실측치와 가장 유의한 수준으로 분석되어 Van Genuchten 모델의 적용성이 높은 것으로 나타났다. 따라서, Van Genuchten 모델의 모의치와 실측치간의 모형 적합도는 토양특성상에서는 사양토의 경우 미사질식양토보다 적용성이 높게 나타났고, 심도별로는 용수공급의 직접적인 영향을 받는 0~10 cm에서 높은 것으로 나타났다.

Table 5

RMSE results for value of laboratory model test by scenario of reclaimed tidelands

Soil depth (cm)	RMSE results
	Saemangeum (SL)			Hwaong (SiCL)
	SM-1	SM-2	SM-3	HO-1	HO-2	HO-3
0~10	12.6	3.1	5.3	11.7	6.8	6.7
10~20	17.9	5.9	5.5	9.5	12.9	13.2

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/jksae/2020-062-04/N0740620406/images/PICFE46.png

Fig. 5

Simulation of Van Genuchten model by reclaimed tidelands scenario

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/jksae/2020-062-04/N0740620406/images/PICFE95.png

Fig. 6

Applicability analysis of simulated and laboratory model test values by reclaimed tidelands scenario

Ⅳ. 요약 및 결론

본 연구에서는 간척지 밭작물 관개계획 수립시 토양 특성에 따른 토양수분변화, 필요 용수공급량 산정을 위해 국내 간척지를 대표적인 사질계 및 미사질계 토성으로 구분하여 실내모형시험을 실시하였다. 또한, 간척지 밭작물의 토양수분특성을 분석하기 위해 매개변수 예측방법 중 가장 널리 활용되고 있는 수학적 모델인 Van Geunchten (1980)모델을 이용하여 시나리오별 적용성을 검증하였다. 이에 대한 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

사양토 (새만금 간척지)와 미사질식양토 (화옹 간척지)를 토양심도 0~10 cm, 10~20 cm로 구분하여 토양수분장력에 따른 생장저해수분점 (100 kPa), 포장용수량 (33 kPa)의 토양 용적수분함량에 대해 분석하였다. 사양토의 경우 심도 0~10 cm, 10~20 cm에서의 생장저해수분점에서 용적수분함량은 각각 3.4%, 4.1%, 포장용수량 상태는 각각 19.7%, 21.6%로 분석되었다. 상대적으로 점토함량이 높은 미사질식양토의 경우에는 심도 0~10 cm, 10~20 cm의 생장저해수분점 상태의 용적수분함량은 각각 0.6%, 1.4%, 포장용수량 상태의 용적수분함량은 9.8%, 16.8%로 분석되었다.
간척지구별 목표 토양수분장력에 따른 필요 용수공급량을 산정하면 상대적으로 점토함량이 낮고, 투수계수가 높은 사양토의 경우 토양심도 0~10 cm, 10~20 cm에서 포장용수량 (33 kPa)에 도달하는데 각각 19 mm, 35 mm로 분석되었고, 점토함량이 높은 미사질식양토의 경우 심도 0~10 cm, 10~20 cm에서 포장용수량 (33 kPa)의 필요 용수공급량은 33 mm, 63 mm로 상대적으로 높은 것으로 나타났다.
Van Geunchten모델의 시나리오별 매개변수에 대한 모의치와 실측치간 적용성 분석 (RMSE)결과 사양토 (새만금 간척지)의 경우 매개변수는 가 0.55, 은 0.18, 는 0.064, 은 1.74, 미사질식양토 (화옹 간척지)의 경우에는 가 0.46, 은 0.22, 의 경우 0.105, 은 1.92일 때 적용성이 높은 것으로 분석되었다.
Van Genuchten 모델의 모의치와 실측치간 적합도 분석결과 토양특성상에서는 상대적으로 점토함량이 낮아 투수성이 양호한 사양토가 미사질식양토보다 적용성이 높게 나타났고, 심도별로는 용수공급의 직접적인 영향을 받는 0~10 cm 토층에서 적용성이 높은 것으로 나타났다.
이상의 연구결과로 볼 때 간척지와 같이 특수한 토양에서 밭작물 관개계획 수립시 토양의 물질이동 특성을 유추하는데 활용성이 높을 것으로 사료되며, 사양토와 미사질식양토 이외에도 다양한 간척지 토성에서도 적용한 가능할 수 있도록 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.

감사의 글

본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 농생명산업기술개발사업의 지원을 받아 연구되었음 (과제번호: 317005-4).

REFERENCES

K. G. Andrey and A. P. Yakov, Documentation and User Manual for PTF Calculator (CalcPTF) ver. 3.0., Multimodeling with Pedotransfer Functions., Environmental Microbial and Food Safety Laboratory Beltsville Agricultural Research Center,. USDA-ARS.. (2010)

R. H. Brooks and A. T. Corey, Hydraulic properties of porous media, Hydrology Paper No. 3., Colorado, USA.. Colorado State University (Fort Collins),. (1964)

K. C. Eom, G. C. Song, G. S. Ryu, Y. K. Sonn and S. E. Lee, Korean Journal of Soil Science and Fertilizer, Model equations to estimate the soil water characteristics curve using scaling factor., 28; 227-232 (1995)

S. O. Hur, K. H. Moon, S. K. Ha, H. C. Lim and G. G. Kim, Korean Journal of Soil Science and Fertilizer, Estimation model for simplification and validation of soil water characteristics curve on volcanic ash soil in subtropical area in Korea., 39(6); 329-333 (2006)

S. O. Hur, S. H. Jeon, K. H. Han, H. R. Jo, Y. K. Sonn, S. K. Ha, J. G. Kim and N. W. Kim, Korean Journal of Soil Science and Fertilizer, Application of analysis models on soil water retention characteristics in anthropogenic soil., 43(6); 823-827 (2010)

J. B. Kang, B. J. Lee and B. W. Shin, Journal of Korean Society of Civil Engineers, Soil-water characteristics of partially saturated soils., 22(5-C); 535-543 (2002)

W. S. Ki and S. H. Kim, The Journal of Engineering Geology, Soil water characteristics curve of the weathered granite soil through simulated rainfall system and SWCC cell test., 18(4); 523-535 (2008)

S. N. Kim, Korean Society of Hazard Mitigation, Analysis of influence by soil water- characteristic curve and permeability-suction relationship for the water flow in unsaturated soil., 3(2); 119-125 (2003)

J. W. Koo, K. W. Han, J. G. Son and D. W. Lee, Journal of Korean Society of Agricultural Engineers, Determining irrigation requirements and water management practices for normal growth of dry field crops in reclaimed tidelands., 34(4); 80-96 (1992)

KRC (Korea Rural Community Corporation),, A Study on the Desalination and Artificial Vegetation for Reclaimed Land by Soil Conditioner, (in Korean). (2016)

H. J. Lee, S. J. Lee and S. R. Lee, Journal of Korean Society of Civil Engineers., Estimation of soil water characteristic curve for weathered granite soils considering structural characteristics., 25(4C); 249-258 (2005)

MAFRA (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs),, 2014 Performance Evaluation of Agriculture, Food and Rural Affairs Projects (I) In-depth Evaluation of Farm Competitiveness in the Field, (in Korean). (2014)

Y. Mualem, Water Resources Research, A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media., 12(3); 513-522 (1976)10.1029/wr012i003p00513

J. E. Nash and J. V. Sutcliffe, Journal of Hydrology, River flow forecasting through conceptual models Part 1- A discussion of principles., 10(3); 282-290 (1970)10.1016/0022-1694(70)90255-6

NGII(National Geography Information Institute),, The National Atlas of Korea, (in Korean). (2017)

C. B. Nyle, R. W. Raymond, S. J. Kim, T. Y. Kim, P. J. Kim, H. M. No, M. Park, C. W. Park, T. M. Sa, Y. K. Son, Y. S. Ok, G. W. Jung, Y. S. Jung, J. H. Joo, G. H. Han, S. H. Hyun, H. N. Hyun and S. D. Hong, 3rd Edition. Elements of the Nature and Properties of Soils., Seoul: Kyobobook., New Jersey, Upper Saddle River.:. Prentice Hall.. (2009)

RDA (Rural Development Administration) - NICS (National Institute of Crop Science),, A Look into Recalimed Land Soil, (in Korean). (2013)

D. W. Seo, Salt Transport Model of Unsaturated Soil in Reclaimed Land,, Seoul National University.. (2011)

M. J. Seo, K. H. Han, H. R. Cho, J. H. Ok, Y. S. Zang, Y. H. Seo, K. H. Jung, H. S. Lee and G. S. Kim, Korean Journal of Soil Science and Fertilizer, Interpreting in situ soil water characteristics curve under different paddy soil types using undisturbed lysimeter with soil sensor., 50(5); 336-344 (2017)

E. C. Shin, H. J. Lee and Y. I. Oh, Journal of the Korean Geotechnical Society, Prediction of soil-water characteristic curve and unsaturated permeability coefficient of reclaimed ground., 20(1); 109-120 (2004)

J. G. Son, J. W. Koo and J. K. Choi, Journal of Korean Society of Agricultural Engineers, Soil salt prediction modeling for the estimation of irrigation water requirements for dry field crops in reclaimed tidelands., 36(2); 96-110 (1994)

Statistics Korea (KOSTAT),, Annual Grain Consumption Per Capita Survey., Daejeon.. (2018)

V. K. Too, C. T. Omuto, E. K. Biamah and J. P. Obiero, Open Journal of Modern Hydrology, Review of soil water retention characteristic (SWRC) models between saturation and oven dryness., 4(4); 173-182 (2014)10.4236/ojmh.2014.44017

United States Department of Agriculture (USDA),, USDA Textural Classification Study Guide. Washigton,, Soil mechanics level 1, Module 3., Washigton, DC:. National Employee Development Staff, Soil Conservation Service, U. S. Department of Agriculture.. (1987)

M. T. Van Genuchten, Soil Science Society of America Jouranl, A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils., 44(5); 892-898 (1980)10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x

Journal of Korean Society of Agricultural Engineers ISSN:1738-3692(Print) 2093-7709(Online) 한국농공학회논문집

Preview

Analysis of Soil Moisture Changes in Reclaimed Tideland Using Van Genuchten Model

ABSTRACT

MAIN

Fig. 1

Table 1

Fig. 2

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Table 2

Fig. 3

Fig. 4

Table 3

Table 4

Table 5

Fig. 5

Fig. 6

감사의 글

REFERENCES