• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.229-235
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• 2007

관개나 수분수지 규명을 위한 기본적인 자료는 토양수분 함량이다. 그러나, 포장상태에서의 토양수분 함량은 직접 측정하는 것이 쉽지 않기 때문에 많은 경우 건조기를 이용한 중량수분 함량측정 방법을 이용하거나 토양수분 포텐셜 측정용인 텐시오미터를 이용한 토양수분의 에너지 특성을 관개에 활용하는 것이 현실이었다. 중량수분 함량은 시료를 채취해서 건조하기 때문에 시료채취 당시의 토양수분 함량을 아는 것이 어렵고, 토양수분 포텐셜은 에너지를 측정하는 것이기 때문에 이 역시 토양의 수분함량을 얻는 것이 불가능 하다. 따라서, 최근에 이런 측정상의 어려움을 극복하기 위해 여러 나라에서 포장에서의 토양수분 함량을 직접 측정하는 다양한 센서를 개발하고 있고 있다. 그 중 몇 가지는 현재 우리나라에 공급되고 있는데, 가격 등의 문제로 별로 알려져 있지는 않다. 센서는 현장에서 수분함량을 파악할 수 있는 장점이 있기 때문에 관개에 직접 적용이 가능하며 자동화시설이나 수분수지 모형 산정에도 활용할 수 있다. 본 시험은 우리나라에 소개되어 있는 몇 가지의 토양수분 측정용 센서를 현장에서 코어를 이용해 측정한 용적수분 함량과 비교하여 센서의 정확도나 이용 가능성을 검정하고자 하였다. 코어를 이용해 실측한 토양 용적수분 함량과 비교하고자 7종의 센서를 선택해 실험에 이용하였다. 가격이 비싼 것으로 알려진 TDR 형태의 센서가 2종이었으며, 나머지 5종은 FDR 형태의 센서였다. TDR 센서는 Soilmoisture사에서 제작한 MiniTrase와 Imko 사의 Trime이고, FDR은 Sentek사에서 개발한 EasyAG, EnviroSCAN과 Delta-T사에서 제작한 PR-1과 WET-2 및 Decagon사에서 제작한 $ECH_2O$ 센서였다. 실헙방법은 본량사양토인 포장에서 건조한 상태인 시험구와 물이 포화된 시험구를 만들어 놓고, 그곳에서 센서 종류별로, 측정 깊이별로 토양의 용적수분 함량을 측정하고, 센서로 측정한 위치 바로 옆에서 코어를 이용해 토양시료를 채취하고 이를 건조기에 건조해 용적수분 함량을 측정하였다. 비교결과 TDR인 MiniTrase가 결정계수$(r^2)$가 0.964이고 표준오차(SE)가 0.01로 좋은 결과를 보여줬고 WET-2가 $r^2$와 SE가 0.932와 0.013이였으며 EasyAG는 0.877과 0.0211, EnviroSCAN은 0.803과 0.0259의 값을 보였다. 일반적으로 토양수분 함량 측정오차가 1% 미만인 센서가 정확한 수분함량 해석을 유도할 것이지만 위의 센서 중 MiniTrase를 비롯한 4개의 센서 정도가 토양의 수분 함량을 측정하는데 유용할 것이라는 결론을 얻었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.384-384
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• 2021

토양수분량 측정은 대표적으로 유전율을 측정하는 방식으로 토양수분 측정을 수행하고 있으며 비교적 정확하고 연속적인 자료를 수집할 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 토양수분량은 인근의 동종(homogeneous)의 지형일지라도 측정 위치에 따라 값과 변화 특성의 차이가 발생한다. 이는 각 지점마다 토양, 식생, 지형 등의 다양한 환경 때문에 발생하며, 이러한 다양한 환경을 모두 고려하여 분석하기란 쉽지 않다. 이를 극복하기 위해 시간적 안정성 해석(Temporal stability analysis) 개념을 통해 기 설치된 토양수분의 지속적인 토양수분 패턴을 식별하고 선택된 대표 센서 위치에서 전체적인 평균을 산출하는 연구가 있었으며, 미국에서도 위성을 활용한 지상검증 연구를 위해 측정 그리드(grid)별로 시간적 안정성 해석 개념을 통해 지상 측정 네트워크 체계를 갖추었다. 국내에서도 최근 인공위성을 활용하여 토양수분을 산정하는 연구가 많아짐에 따라 측정 지역의 대표 토양수분 값을 선정하는 연구의 수요가 증가하였으며 수문자료의 지속성을 위해 결측을 최소화 방안으로 관측소 이중화 지점을 선정하는 연구의 필요성도 증가하였다. 따라서 본 연구에서는 기존에 설치되어있는 설마천, 청미천 토양수분 관측소에 구역별 시간 안정성 해석법을 수행하여 추후 지점의 대표 토양수분을 산정할 수 있으며 이중화 설치 지점을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.223-223
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• 2023

토양수분은 지표면과 지하 영역 사이에 존재하는 수분 및 열에너지의 분배를 제어하거나, 토양 영양분, 식물 성장 및 미생물 활동과 같은 다양한 환경 과정에 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 토양수분은 생태수문학 및 생지화학적 역학, 저수지 관리, 가뭄 및 홍수의 경고, 토양 수분 변화에 따른 작물 수확량 등을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 따라서, 토양 수분의 정확한 측정은 필수적이며, 이러한 필요성에 따라 중력 측정법, 장력 측정법, 전기 저항법 및 시간-주파수 영역반사측정법 등의 다양한 측정 방법들이 다년간 개발되어 사용되었다. 다만, 앞선 방법들은 철저한 실험을 통해 높은 정확성을 확보하였지만, 토양 교란이 발생하는 단점이 존재하며 실험 현장 토양의 물리적, 생물학적, 그리고 화학적 특성의 보존은 매우 어려운 한계점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 연구에서는 레일리파를 이용한 비접촉식 비교란 토양수분 센서 개발을 목표로 한다. 모래, 실트, 점토와 같은 세 가지 특징적인 토양 유형에 따른 파동을 측정하고, 측정된 파동으로부터 토양 수분을 추정하기 위해 기존에 개발된 시간-주파수 방법을 활용하여 토양수분을 함께 측정하였다. 비접촉 파동신호를 토양수분으로 변환하기 위하여, fully convolutional network을 개발하였다. 개발한 모델의 결과 검증은 RMSE(Root Mean Square Error)를 활용하여 검증하였으며, 모래, 실트, 점토에서 각각 0.0131, 0.0021, 0.0034 m³ m^-3으로 상대적으로 높은 정확성을 보였다. 즉, 본 연구에서 제시한 누출 레일리파를 사용한 비교란-비접촉 토양수분 측정 방법으로, 토양을 교란하지 않고 토양수분을 측정 할 수 있는 높은 가능성을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.223-223
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• 2016

수문 순환과 물 수지에 관한 연구는 강수량, 지표유출량, 지하수, 토양수분 및 증발산량 등에 대한 관측이 이루어질 때 실제로 규명될 수 있다. 특히 국내 지형의 대부분을 차지하고 있는 산림 사면에서 토양수분량 측정은 물순환을 이해하는데 중요한 것으로 판단된다. 본 연구는 국토교통부의 기초수문자료 구축사업의 일환으로 수행되고 있으며, 수문자료의 다양화 목적을 가지고 TDR(Time Domain Reflectometry, TDR) 장비를 이용하여 2시간 간격으로 2015년 3월부터 12월까지 측정을 수행하였다. 관측지점은 경기도 파주시 적성면 설마리의 설마천 유역 내에 위치한 감악산내 범륜사 주변 사면과, 충청북도 음성군의 청미천 유역내의 수레의산 산지 사면에서 수행하였다. 관측소에서 측정된 토양수분량 자료는 토양수분량의 시공간적 분포 특성을 파악하기 위해 토양수분량의 통계분석(평균, 표준편차, 변동계수)를 수행하였다. 설마천유역의 설마천 관측소에서는 2015년 강수량이 적어 2014년의 토양수분량 평균값보다 낮게 측정되었다(평균 12.96%, 표준편차 2.2%). 청미천유역의 청미천 관측소에서도 설마천관측소와 마찬가지로 과거보다 적은 강수량이 발생하였지만, 설마천 관측소와는 다르게 안정적인 토양수분 평균값을 유지하는 것은 설마천 관측소 보다 토양층이 발달하고 토성의 점토 함량이 상대적으로 높기 때문으로 보인다. 청미천 관측소의 토양수분량은 평균 24.3%, 표준 편차 1.7%로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.76-76
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• 2015

토양수분은 생태수문학에서 식생과의 상호작용의 중요한 인자이자, 대기와의 상호작용으로 인한 총체적인 물 순환에 밀접한 관련이 있다. 수문학적으로는 증발, 침투, 지하수 함량, 토양 침식, 식생 분포 등을 지배하는 중요한 요소이고, 특히 시 공간적 분포특성은 강수 사상 후 토양으로의 침투 및 토양수분의 재분포, 증발산과 불포화대에서의 오염물의 이송을 예측하는데 매우 중요하다. 또한, '07년 하천법 개정으로 증발산량 및 토양수분량이 신규 수문조사 항목으로 추가되어, 토양수분 측정에 대한 필요성이 높아졌다. 따라서, 2008년 5월, K-water연구원에서는 현재 시험유역으로 운영하고 있는 용담시험유역에 토양수분관측망(6개 관측소)을 구축하였다. 토양수분계는 토양수분을 결정하는 가장 중요한 인자인 강우자료의 획득이 이루어지는 지점에 설치하여 정확도와 신뢰도를 높일 수 있도록 용담시험 유역 내 6개 우량관측소에 설치하였다. 하지만 장비의 노후화에 따른 자료 취득의 어려움으로 인하여 2013년 4월, 토양수분계를 전면 교체하였다. 토양수분계는 기존의 FDR 방식에서 EC 농도에 대한 영향이 가장 적고, 플럭스 타워에 위치한 토양수분계 센서와 동일한 TDR 방식의 센서로 장비를 전면 교체하였다. 센서 설치 장소 변경에 따른 TDR 센서의 검증과 그리고 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의한 오차가 발생 여부를 판단하기 위하여 이에 대한 보정을 실시하였다. 원지반 시료채취를 통하여 토양수분량을 측정하였고, TDR 센서에 의해 측정된 토양수분량과 채취된 시료에서 측정된 토양수분량의 결과를 비교하였고, 각 지점별 토양구성비와 전기전도도 조건을 고려하여 각 토층별 계수적용을 달리하여 센서 보정을 실시하였다. 그 결과 기존 센서 제조사에서 제안한 방정식을 그대로 사용하는 것 보다는 센서 검증을 통하여 얻은 계수보정에 의한 토양수분 변환식을 사용하는 것이 정확한 현장 자료를 확보할 수 있고, 신뢰도 높은 자료를 얻을 수 있다고 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.155-162
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• 2003

흙-수분 특성곡선은 토질역학에서 불포화토의 근간이 되는 중요한 물성함수로 불포화토 연구에 있어서 가장 중요한 요소이다. 따라서 이러한 흙-수분 특성곡선을 보다 정확하고 빠르게 또 편리하게 측정할 수 있는 신뢰성 있는 방법이 불포화토 연구에 있어서 우선적으로 요구되고 있다. 본 연구에서는 피스톤 펌프 기법을 이용한 흙-수분 특성곡선 측정방법을 보완, 발전시켰다. 이 방법은 기존의 흙-수분 특성곡선 측정방법들보다 측정하기에 편리하고 빠르며 더욱 정확한 측정이 가능하다. 또한 전체실험 과정을 통하여 완전한 통제가 가능하며 컴퓨터를 이용한 자동화 및 정밀측정이 가능하기 때문에 흙-수분 특성곡선의 상세한 부분까지 연구할 수 있다. 한 점 한 점이 아닌 연속적인 건조곡선이나 습윤곡선의 측정이 가능하고 건조곡선에서의 공기침입값 위치라든지 습윤곡선에서의 공기폐색위치등도 측정 가능하다. 또한 불포화토의 특성중의 하나인 흙-수분 특성곡선의 이방성 측정도 가능하다. 본 연구에서는 실험방법상의 기법을 개발했을 뿐만 아니라 실험결과에 대한 구체적인 해석도 이루어졌다. 실례로 석션조절기법(suction drop measurement)이라는 방법을 개발했으며 이 방법을 이용하면 흙-수분 특성곡선을 보다 편리하고 또 짧은 시간 내 정확하게 측정할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.31-41
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• 2004

국내산지사면의 토양수분 시공간적 분포상황을 파악하기 위한 토양수분 측정법이 개발되었다. 대상유역을 정밀측정하여 수치고도모형을 구성한 다음 흐름분배 알고리즘을 적용하고 공간적 변화의 대표성을 최대화하기 위한 측정체계를 구축하였다. 토양수분이 강우-유출형성과정에 기여하는 기작을 표현하는 유도과정도 전개되었다. 측정은 설마천 유역의 법륜사 우측사면에서 수행되었다. 다중 측정망의 운영을 통하여 시공간적으로 변화하는 토양수분 자료를 획득하였다. 습한 조건에서 토양수분이 토양수분 추정 알고리즘과 비교적 높은 상관도를 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.472-472
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• 2015

토양수분은 수문학에서의 물 순환을 비롯한 여러 다양한 자연과학적 분야에 중요한 인자로 활용되고 있다. 본 연구의 대상사면인 지형학적, 토양학적으로 복합적이고, 불균질한 작은 산지사면에서 토양수분의 시공간적 분포에 대한 지형, 토성인자의 영향에 대해 파악하고자 한다. 토양수분은 TDR방식의 모니터링 시스템을 통해 안정적으로 측정이 되었으며, 각 영향인자들은 사면의 지형분석 및 토성분석을 실시하여 확보되었다. 지형인자는 습윤지수, 기여사면면적, 지역적 경사 그리고 토양깊이 인자이며, 토성은 모래, 실트, 점토함량, 가밀도 값을 이용하였다. 사면의 측정된 토양깊이별 토양수분의 시공간적 변동에서의 각 인자와의 상관분석 및 다변량 분석을 통해, 각 영향인자들의 관련성 평가하였다. 사면 전체측정지점들의 토양수분의 시공간적 분포와 영향인자의 상관분석을 통해서 토양수분의 결정에는 지형보다는 토성의 영향이 지배적으로 나타났지만, 모래함량이 높은 토성을 가진 측정지점들에 한해 분석한 결과에서는 지형의 영향은 증가하였고, 토성의 영향은 오히려 줄어들었다. 토양깊이별 상관분석에서는 토양깊이 10cm의 각 인자와의 관련성이 30, 60cm보다 높은 것으로 나타났다. 토양수분변화에 따른 각 인자와의 상관계수 변화는 토양수분이 약 28~32%정도의 포화되기 전의 습윤한 조건일 때, 각 인자들과의 상관성이 증가한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.308-313
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• 2009

유역에서 물의 평균체류시간은 강우에 의해 토양에 강우 등으로 인해 수분이 침투하여 유출되기까지 소요되는 평균 시간이며, 침식, 식생분포, 유출기작 등을 지배하는 수문학적 과정을 이해하는데 중요한 요소이다. 물의 평균체류시간을 산정하는 대표적인 방법인 방사성 동위원소에 의한 추적자법은 계산과정이 복잡하고 많은 비용이 들면서도 간접적인 방법임으로, 본 연구에서는 토양수분의 거동을 관측해 산지사면에서 물의 평균체류시간을 산정하는 보다 직접적인 방법을 고안하였다. 토양수분의 측정을 위해 광릉 국립수목원에 위치한 산림 소유역에 토양 수분 측정장비인 TDR을 설치하고 1년 동안 2시간 간격으로 깊이별 측정을 수행하였다. 토양수분을 이용해 산정된 물의 체류시간은 대상유역의 불투수 지하면에 가까워질수록 상승하는 경향을 보였고 강우가 집중된 여름에 가장 짧은 것으로 나타났다. 실험에서 얻어진 평균체류시간은 기존의 화학적 방법을 통해 산정된 값과 유사한 경향을 보였는데 이러한 결과들은 토양수분의 측정과 분석을 통한 방법이 방사성 동위원소를 이용한 방법보다 더욱 효율성 있는 측정을 할 수 있다는 것을 나타낸다.

• 한국토양비료학회지
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• 제42권2호
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• pp.110-116
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• 2009

토양의 용적수분 함량을 현장에서 측정할 수 있어 토양 내 물 이동이나 관개관리에 효과적으로 이용할 수 있는 6종의 토양수분 센서에 대한 검정을 실시했다. TDR형태의 센서가 2종으로 토양단면측정용인 TRIME과 탐침형태인 Mini-TRASE이었으며, 4종은 FDR 형태의 센서로 토양단면 측정용인 EasyAG, EnviroSCAN, PR-1과 탐침형태의 WET-1 센서였다. 코어로 측정한 용적수분함량과 비교한 결과 TRIME은 1차 선형식의 관계에서 코어측정값과 약 2.4%의 오차를 나타냈고, Mini-TRASE는 코어 용적 수분함량과 약 1.4%의 오차를 나타냈으며, 이 오차는 실험에 사용했던 7종의 센서들 중에서 가장 작은 값이었다. EasyAG는 SF로 분석했을 때는 코어측정값과 약 2.6%의 오차를 나타냈고, 센서로 측정한 토양 수분 함량을 코어수분함량과 직접적으로 비교했을 때도 역시 약 2.6%의 오차를 나타냈다. EnviroSCAN은 SF로 분석했을 때는 코어측정값과 약 2.8%의 오차를 나타냈고, 센서로 측정한 토양수분 함량을 코어수분 함량과 직접적으로 비교했을 때는 2.6%의 오차를 나타냈다. WET-1은 센서로 측정한 값과 코어로 실측한 값 사이에 약 2.0%의 오차가 있음을 보여주고 있으며, 이것은 검정에 사용했던 FDR 센서들 중에서는 가장 작은 값이었다. PR-1은 측정시 access 튜브 내에서 방향을 조금씩 바꿀 때마다 측정값이 달리 나오는 경우가 많아 수분함량 측정횟수가 많지 않았으나 실측값과 약 4.7%의 오차를 보였다. 결론적으로 센서의 정확성을 검정하기 위해 사용된 6종의 센서 중 PR-1은 현장 측정에 문제가 있을 것으로 여겨진다.