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차단 (수문학)

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1. 개요

차단 (수문학)은 숲에서 강우나 강설의 일부가 수관이나 낙엽층에 포착되어 지표면에 도달하지 못하고 소실되는 현상을 의미한다. 강우 차단은 수관 차단과 리터 차단으로 구분되며, 임외우량, 수관 통과우량, 수간 유량, 차단 손실량 간의 관계식으로 표현된다. 강설 차단은 수관에 눈이 부착되어 소실되는 현상으로, 적설에 비해 저류 용량이 크고 저류 기간이 길며, 수관의 알베도에도 영향을 미친다.

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차단 (수문학)

2. 강우 차단

'''강우 차단'''(rainfall interception영어)은 숲에 내리는 강우의 일부가 수관(나뭇가지와 잎)이나 리터층(낙엽층)에 의해 포착되어 땅에 직접 도달하지 못하는 현상을 말한다. 이는 빗물이 식물 표면에 머무르거나 증발하여 유효우량이 줄어드는 결과를 가져온다.

강우 차단은 크게 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있다. 하나는 수관에서 일어나는 '''수관 차단'''이며, 다른 하나는 리터층에서 발생하는 '''리터 차단'''이다. 숲에 내린 비(임외우)는 이러한 차단 과정을 거치거나, 수관을 통과하거나(수관 통과우), 나무줄기를 타고 흐르는(수간류) 등 다양한 경로를 통해 숲 바닥에 도달하게 된다.

2. 1. 수관 차단

'''수관 차단'''은 숲에 내리는 강우의 일부가 나뭇가지나 으로 이루어진 수관에 의해 붙잡혀 땅에 직접 떨어지지 않는 현상을 의미한다. 이는 넓은 의미의 '''강우 차단'''(rainfall interception영어)의 일부로, 강우 차단에는 수관 차단 외에도 낙엽 등이 쌓인 리터층에서 발생하는 '''리터 차단'''도 포함된다.

숲에 내리는 전체 비의 양(임외우, 林外雨)은 여러 경로를 통해 나뉜다. 일부는 수관을 통과하여 직접 땅에 떨어지거나(직달우), 나뭇잎이나 가지에 맺혔다가 떨어지는 비(낙하우)가 되는데, 이 둘을 합쳐 '''수관 통과우'''(Throughfall영어)라고 한다. 또 다른 일부는 나무줄기를 타고 흘러내리는 '''수간류'''(Stemflow영어)가 된다. 나머지 일부는 수관에 붙잡힌 채 땅에 도달하지 못하고 그대로 증발하는데, 이를 '''차단 손실'''(interception loss영어)이라고 부른다. 좁은 의미의 차단 손실은 수관에서의 증발만을 의미하지만, 넓게는 리터 차단이나 나무줄기에 붙어사는 착생식물에 의한 차단까지 포함하기도 한다.

숲 바깥에 내린 총 강우량(임외우량, PD)은 수관 통과우량(T_f), 수간 유량(S_f), 그리고 차단 손실량(L_i)의 합과 같다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

:PD = T_f + S_f + L_i

일반적으로 전체 강우량 중 수관 통과우량(T_f)이 차지하는 비율은 약 70~80% 정도이며, 수간 유량(S_f)은 10% 이하인 경우가 많다. 수관 차단에 의해 증발하는 양, 즉 차단 손실량(L_i)은 온대림이나 열대림 기준으로 약 10~20% 정도를 차지한다.

차단 손실량(L_i)은 전체 강우량(PD)에서 실제로 임상(숲 바닥)에 도달한 물의 양(수관 통과우량 T_f + 수간 유량 S_f)을 빼서 계산할 수 있다. 또한, 강우 강도(비가 시간당 내리는 양)가 강할수록 차단 손실량도 증가하는 경향을 보인다.

2. 2. 리터 차단

리터층에서의 강우 차단을 '''리터 차단'''이라고 한다.

2. 3. 강우 차단량

'''강우 차단'''(rainfall interceptioneng)은 숲에서 강우의 일부가 수관이나 리터층에 포착되는 현상을 말한다. 이 중 수관에서 일어나는 차단을 '''수관 차단''', 리터층에서 일어나는 차단을 '''리터 차단'''이라고 부른다.

숲에 내리는 비(임외우)는 일부는 수관을 통과하거나(수관 통과우, Throughfalleng) 나무줄기를 타고 흘러내려(수간류, Stemfloweng) 임상(숲 바닥)에 도달하지만, 일부는 수관에서 증발하여 사라지기도 한다(차단 손실, interception losseng).

  • '''수관 통과우'''(throughfalleng)는 수관에 일단 잡혔다가 떨어지는 낙하우와 수관 사이를 그대로 통과하는 직달우를 합한 것이다.
  • '''수간류'''(stemfloweng)는 나무줄기를 따라 숲 바닥으로 흘러내리는 물의 흐름이다.
  • '''차단 손실'''(interception losseng)은 좁게는 수관에서의 증발만을 의미하지만, 넓게는 리터에 의한 차단이나 나무줄기의 착생식물에 의한 차단 등을 포함하기도 한다.


임외우량(숲 바깥 강우량)을 PD, 수관 통과우량을 T_f, 수간 유량을 S_f, 차단 손실량을 L_i라고 할 때, 다음과 같은 관계가 성립한다.

:PD=T_f + S_f +L_i

일반적으로 임외우량 PD에 대한 각 요소의 비율은 다음과 같다.

  • 수관 통과우량(T_f): 70~80%
  • 수간 유량(S_f): 10% 이하
  • 차단 손실량(L_i): 온대림이나 열대림에서 10~20%


차단 손실량(L_i)은 임외우량(PD)에서 수관 통과우량(T_f)과 수간 유량(S_f)을 빼서 계산할 수 있다. 또한, 차단 손실량은 강우 강도가 강해질수록 커지는 경향이 있다.

호우가 내릴 때의 일반적인 차단량(I)은 다음과 같은 실험식으로 나타낼 수 있다.

:I = a + bP^n

여기서 a, b, n은 상수이고, P는 총 강우량(cm)을 의미한다.

3. 강설 차단

(내용 없음)

3. 1. 강설 차단의 특징

'''강설 차단'''이란, 삼림에서 강설의 일부가 수관에 부착되어 소실되는 현상을 말한다. 강설 차단은 적설과 비교하여 강설의 저류 용량이 크고, 저류 기간이 길다. 또한, 강설 차단은 수관의 알베도에도 영향을 미친다.

3. 2. 강설 차단 연구

일본에서는 수목의 설해 대책으로서 강설 차단에 대한 연구가 진행되어 왔다. 한편, 일본 국외에서는 차단 손실 및 에너지 수지 관점에서 연구가 진행되어 왔다.

참조

[1] 서적 Interception. In: Peter Wilderer (ed.) Treatise on Water Science http://www.elsevier.[...] Academic Press 2011
[2] 간행물 Forest floor interception Springer-Verlag, Heidelberg, Germany 2011
[3] 논문 Forests and floods: A new paradigm sheds light on age-old controversies 2009
[4] 논문 The importance of city trees for reducing net rainfall: comparing measurements and simulations https://lirias.kuleu[...] 2019



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