제주도 중산간지대의 지표수 이용시설에 대한 수문지형학적 접근

A Hydrogeomorphological Approach to Irrigation Facilities in the Transition Zone to Mountain Area of Jeju Island

  • cc icon
  • ABSTRACT

    Before supplying underground water through a tubular well, irrigation facilities for surface water were used in the transition zone to mountain area of Jeju Island. This paper has examined the hydrogeomorphologic characteristics of irrigation facilities in Dongbaekdongsan such as distribution, structure, water source and water balance. There are ten facilities including two wells and eight reservoirs. The well was constructed in a collapsed hollow of lava flow and has a stair to scoop up water which originates from boundaries between lava flow units below two or three meters deep. By contrast, the reservoir was constructed on a lava flow abundant in a micro-relief by building a stone wall with a sluice to have surface water easily introduced into the reservoir. Since a lava flow, particularly pahoephoe, often produces an impermeable layer, depressions and collapsed hollows developed in the lava flow could become small wetlands largely maintained by rainfall and provide a base for constructing irrigation facilities. Surface water flows into four reservoirs through temporary channels in addition to direct rainfall. Water storage of Meonmulggak consists of direct rainfall of 60.8% and water flow of 39.2%. Heavy rainfall produces overflow and subsequent surface runoff from Meonmulggak which contains an annual water volume of 1,860 m3. The water balance of catchment area including Meonmulggak demonstrates that rainfall is partitioned into evapotranspiration of 31.4%, deep percolation of 67.8% and surface water runoff of 0.8%, respectively.

  • KEYWORD

    reservoir , well , water balance , Dongbaekdongsan , transition zone to mountain area , Jeju Island

  • I. 서 론

    제주도에 일년간 유입되는 우수 총량은 33.9억 톤이며, 이 가운데 44%를 차지하는 14.9억 톤이 지하수를 함양하고 있다(Jeju Province, 1997). 한반도의 평균 함양율 18%를 훨씬 상회하는 제주도의 높은 지하수 함양율은 화산섬 특유의 투수성 지질구조에 크게 기인한다. 이런 상황을 반영하여 현재 제주도에서는 지하수관정을 개발하여 수자원 이용량의 83.9%를 지하수로 공급하고 있으며, 지하수가 직접 지표로 용출되는 용천수도 전체 이용량의 8.5%를 차지하고 있다(Jeju Special Self-Governing Province, 2013).

    지하수관정이 본격적으로 개발되기 이전에는 영구하천(perennial stream)이 발달하여 상대적으로 지표수가 풍부한 해안지대에서는 하천수와 용천수가 수자원으로 이용되었으며, 그 결과 제주도의 주요 취락도 대부분 해안 용천대를 따라 입지하였다. 반면에 영구하천이 발달하지 않는데다 용천도 드물게 분포하는 내륙의 중산간지대에서는 강수와 지표유출수를 모으는 작은 저류지를 조성하여 생활용수와 농업용수로 이용하였다(Oh, 1969; Kim et al., 1998; Song and Kang, 2001).

    그러나 중산간지대는 암괴상 아아용암류(aa rubble flow)로 이루어진 곶자왈이 넓게 분포하므로 표면저류와 지표유출이 발생하기 어렵다. 따라서 중산간 취락마다 지표수를 효과적으로 저류하기 위한 다양한 방법을 강구하였다. 용천수 수량이 풍부한 곳에서는 용천 하류에 여러 개의 웅덩이를 파 저류지를 만들었고(Figure 1-a), 용천수 수량이 많지 않은 곳에서는 집수에 유리한 저지대 용천을 중심으로 웅덩이를 파 저류지를 만들었다(Figure 1-b). 또한 용천이 없는 경우에는 치밀한 파호이호이용암 암반의 불투수성을 이용하여 용암류에 담을 쌓아 저류지를 만들거나 건천 유로를 가로지르는 보를 쌓아 하도 저류지를 만들었다(Figure 1-c).

    이와 같이 제주도 중산간지대에서는 지형지질을 활용한 여러 유형의 저류지를 쉽게 찾아볼 수 있음에도 불구하고 이들 지표수 이용시설의 형태, 구조 및 입지와 관련된 지형학적 연구는 물론 이용된 수자원에 대한 수문학적 연구도 전혀 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 논문에서는 지하수 개발로 인해 점차 사라져가고 있는 중산간지대의 지표수 이용시설 가운데 아직 저류지와 우물이 남아 있는 제주도 동백동산을 대상으로 지표수 이용시설의 구조와 분포를 비롯하여 수자원의 함양원과 물수지 등 수문지형학적 특성을 규명하였다.

    II. 연구지역 및 방법

       1. 연구지역

    제주도는 동서방향 73km, 남북방향 31km 길이의 타원형 섬으로 면적은 1,825km2이다. 해안에서 14km 떨어져 있는 한라산 정상의 표고는 1,950m이므로 지역범위에 비해 고도변화가 크다. 따라서 제주도에서는 해발고도를 기준으로 해안, 중산간 및 산간으로 지역을 구분하는데, 연구지역은 한라산에서 북동쪽으로 25km 떨어진 표고 100~150m 중산간 용암류대지의 완사면에 놓여 있다(Figure 2).

    연구지역이 위치하는 제주시 조천읍 선흘리 동백동산은 2010년 11월 12일 제주도의 네 번째 환경부 습지보호지역으로 지정되었으며, 2011년 4월 22일 국내 15번째 람사르협약 습지로 등재되었다. 제주도 동부 중산간지대의 선흘곶자왈에 속하는 동백동산은 습지, 동굴, 상록활엽수림이 어우러져 1981년 제주도 문화재보호구역으로 지정되는 등 일찍부터 관심을 끌었다.

    연구지역의 지표지질은 용암류 사이에 클링커가 잘 나타나지 않는 두께 40cm 정도의 암회색 용암류로 이루어진 선흘리 현무암질 안산암이다. 지표 쪽에서는 두께가 5~20cm로 얇고 유동구조를 보이며 도처에 높이 3~5m의 투물러스(tumulus)를 만들고 있다. 이 용암류의 SiO2 함량은 52.7~53.4%이다(Jeju Province, 1998). 또한 연구지역 일대 용암류대지에는 구좌통이 넓게 분포한다. 구좌통은 제주도에서 뜬땅으로 불리는 농암갈색 화산회토로 토심이 깊지 않은 미사질 토양이다. 토양용적밀도는 0.8g/cm3로 낮고, 염기포화도는 10% 미만이며 유기물 함량은 20% 정도이다(Jeju Folklore & Natural Museum, 2000).

       2. 연구방법

    문헌자료와 축척 1:5,000 지형도, 항공사진 등 도면자료를 토대로 연구지역의 지형환경을 파악하고, 지리정보시스템(GIS)을 이용하여 수계를 분석하였다. 야외에서는 GPS와 간이 계측장비를 이용하여 지표수 이용시설의 분포와 규모를 조사하였다. 또한 지표수 이용시설 주변의 노두를 관찰하고 특징적인 지형에 대해서는 계측과 함께 사진도 촬영하였다.

    연구지역의 주요 지표수 이용시설인 먼물깍과 인근의 우물에서 수위를 관측한 후 강수량과 수위변화 그리고 증발산량과 수위강하량의 관계를 분석하고 먼물깍의 물수지와 저류능력을 산정하였다. 수위는 자동수위측정기(Schlumberger사Diver)를 먼물깍과 우물 바닥에 설치하여 수면까지 높이를 측정한 후 인근에 설치한 대기압 보정센서로 보정하였다. 먼물깍에서는 2012년 6월 10일부터, 우물에서는 7월 14일부터 관측을 시작하여 2012년 10월 19일까지 실시하였다.

    연구지역의 물수지는 소유역을 추출한 후 다음 식을 이용하여 2002년 1월 1일부터 2012년 12월 31일까지 계산하였다.

    image

    여기에서 P는 강수량(mm), R은 유역유출량(mm), AET는 실제증발산량(mm), DP는 깊은 침투량(mm), △S는 유역내 토양층과 수관부의 수분변화량이다. 연구지역에서 깊게 침투한 물은 지하 수십 미터 깊이의 지하수 대수층으로 중력이동하거나 용암류 대수층을 따라 횡적으로 유동할 것이다. 그러나 연구지역에는 영구하천이 없으므로 깊게 침투한 물이 하천으로 이동하여 유출되지는 않는다.

    물수지 분석의 세부절차는 An and Choi(2006)와 같으며, 강수량은 연구지역에서 6.5km 떨어진 선흘 AWS의 자료를 사용하였다. 직접유출량은 미국 토양 보존국의 SCS법으로 추정했는데, 이를 위한 유출곡선지수(CN)는 토양의 수문학적 분류군과 토지피복 유형을 근거로 결정하였다. 증발산량은 FAO56 Penman-Monteith법으로 기준잠재증발산을 계산하고, 유역의 작물계수를 적용하여 잠재증발산량을 계산하였다. 실제증발산량은 토양수분 평형법으로 구하였다. 일단위 물수지 계산시 토양수분 보유능을 초과하는 물은 식물뿌리지대를 통과하여 깊게 침투하는 것으로 계산하였다(Table 1).

    III. 지표수 이용시설의 특징 및 지형지질과의 관계

    연구지역에는 지표수를 이용할 목적으로 조성한 수리시설물이 10개 분포하는데, 8개는 소규모 저류지이고 2개는 우물이다(Figure 2). 이들 시설은 1965년 짐서리왓에서 지하수관정을 개발하여 본격적으로 지하수를 공급하기 전에는 생활용수 및 축산용수원으로 이용되었으나 현재는 2개의 저류지만 이용되고 있다(Jeju Special Self-Governing Province, 2010).

    저류지의 규모는 장경 7~30m, 깊이 1~2m로 다양하다. 이들은 한반도 평야지대에서 충적층을 굴착하여 만든 저류지와 달리 용암류 암반에 조성한 시설이다(Figure 3). 먼물깍(R1)은 최대면적 445m2의 자연습지에 가까운 저류지로 동백동산 습지보호지역의 주습지이다(Ministry of Environment, 2005). 암반요지에 발달하므로 저류지 가장자리를 따라 용암류 암반이 노출한다. 일부 구간에는 석축을 쌓았고 하류 쪽은 탐방객 편의를 위해 최근 복토하였다. 뒌밧산점물(R5)은 현재 이용하지 않는 저류지로 바닥에는 퇴적물이 40cm 이상 쌓여 있고 초본식물이 밀생한다. 석축으로 둘러싸여 있으며 한사람이 겨우 통행할 수 있는 좁은 입구가 있다. 저류지 가운데 돌을 쌓아 섬과 같은 구조물을 만들었는데 이런 구조물은 R2에도 나타난다. 현재 말 사육에 이용되고 있는 새로판물(R7)은 연구지역에서 가장 최근에 조성한 저류지이다(Jeju Special Self-Governing Province, 2010). 뒌밧산점물(R5)과 달리 저류지 바닥에 퇴적물은 없으며 암반이 노출한다. 석축으로 둘러싸여 있고 물이 유입되도록 수로를 조성하였다.

    과거 생활용수원으로 이용되었던 우물은 원형의 요지로 2개가 서로 인근에 위치한다. 우물 주변에 4개의 저류지가 분포한다(Figure 2). 말이나 야생동물의 출입을 막으려고 우물 주위에는 돌담을 설치하였다. 우물 W1의 장경은 6.4m이며, W2는 이보다 3배 정도 더 크다. 우물에는 계단이 갖추어져 지면으로부터 2~3m 아래 수면까지 내려가 물을 뜰 수 있도록 만들었다. W1의 경우 2011년 10월 조사 당시 지면에서 수면까지의 깊이는 2.3m이고, 수면 부근에서 용암류 경계면을 확인할 수 있었다(Figure 4-a). 한반도 평야지대에서는 충적층을 기반암까지 굴착한 후 웅덩이 측벽에 돌을 쌓아 우물을 만들고 두레박을 이용하여 물을 뜨는 반면 제주도에서는 용암류에 발달한 자연적인 요지에 계단을 만들어 물을 뜬다(Figure 4-b).

    지표수 이용시설이 소재하는 동백동산에 분석구는 발달하지 않는다. 용암류 분출원에 해당하는 장소가 다소 높은 구릉을 이루는데, 연구지역 남동쪽 표고 161m 지점과 북쪽 구사산이 주요 분출원으로 보인다(Figure 2). 동백동산은 용암류 대지에 위치하므로 지표면의 고도변화는 크지 않은 반면 용암류에 발달한 프렛셔릿지(pressure ridge)와 투물러스로 인해 지표면은 요철이 풍부한 미기복으로 이루어져 있다. 프렛셔릿지와 투물러스는 용암류 표면이 볼록하게 솟아오른 미지형으로서, 유동하던 용암류가 정체될 때 뒤이어 흘러온 용암류에 의해 굳은 표면이 밀려 올라가거나 굳은 용암류 속에 갇혀 있던 가스가 팽창함으로써 표면이 솟아올라 만들어진다(Figure 5-a).

    연구지역의 미기복은 프렛셔릿지나 투물러스뿐 아니라 암반의 함몰에 의해서도 만들어진다. 현무암질 용암류는 지하에 용암동굴 이외에 제주어로 궤라고 부르는 작은 동굴을 만든다. 궤는 용암에 포함되어 있던 다량의 가스가 팽창하다가 터지면서 남겨진 공동이므로 용암동굴과는 구분된다(Figure 5-b). 그러나 궤도 천장이 얇고 구갑상 절리가 발달한 경우에는 용암류의 침식과정에서 붕괴되어 작은 함몰지를 만들 수 있다(Figure 5-c). 다양한 미기복이 발달한 연구지역에서 저류지는 프렛셔릿지와 투물러스 사이의 저지대에 조성되었으며, 우물은 용암류 표층이 붕괴되어 출현한 함몰요지에 만들어졌다.

    제주도 중산간지대에는 암괴상 아아용암류로 이루어진 곶자왈이 넓게 나타나는데, 동백동산에는 조천-함덕 곶자왈에 속하는 선흘 곶자왈용암류가 분포한다(Song, 2000). 곶자왈의 수문특성으로 지표류의 미발달을 들 수 있듯이 연구지역에도 하천은 출현하지 않는다. 현무암질 용암 가운데 점성이 큰 아아용암은 유동중에 쉽게 부수어지며 곶자왈용암을 만들며, 점성이 작은 파호이호이용암도 온도저하로 점성이 낮아지면 암괴 크기로 부수어져 곶자왈용암을 만든다(Williams and McBirney, 1979). 암괴를 많이 만드는 용암류로 이루어진 곶자왈은 공극률과 투수성이 크므로 우수 유입량이 많고 저류능력도 커 제주도의 대표적인 지하수 함양역으로 알려져 있는 반면 표면저류와 지표유출은 잘 일어나지 않기 때문에 하천과 호소가 발달하기는 어려운 장소이다(Jeju Province, 2000).

    그러나 지리정보시스템(GIS)에 의해 동백동산 일대의 표고를 바탕으로 수계를 분석하면, 4개의 저류지(R1, R2, R5, R6)가 유로에 위치하며, 특히 R1과 R2는 동일 유로에 놓여 있으므로 홍수시 R1에서 월류한 물은 R2로 유입될 수 있다(Figure 2). 연구지역은 3개의 소유역으로 구분되는데, 각 저류지를 출구로 삼아유역을 추출하면 유로에 위치한 R1, R2, R5, R6는 강수 발생시 지표수를 공급하는 기여지역을 갖고 있는 반면 유역경계에 위치한 R3, R4, R7, R8은 기여지역을 갖고 있지 않다. 따라서 저류시설은 GIS분석으로 확인되는 미약하게 발달한 유로를 통해 상류로부터 지표수를 공급받는 저류지와 지표수 공급이 불가능한, 즉 저류지에 직접 내린 강수와 저류지 주변에서 유입되는 지표수로 함양되는 저류지로 구분할 수 있다. 우물은 유역경계에 위치하므로 유로를 통해 지표수가 유입되지 않는 시설이다.

    IV. 지표수 이용시설의 수문특성

    먼물깍(R1)에서 수위관측이 이루어진 132일간의 총강수량은 1,868mm이며, 일 최대강수량은 354.5mm이다. 또한 총기준잠재증발산량은 372mm, 1일 기준잠재증발산량은 0.99~5.04mm이다. 과거 10년간 기상자료에서 구한 동기간(6.10~10.19)의 평균강수량과 잠재증발산량은 1,508mm 및 394mm이므로 관측기간의 강수량이 평년보다 360mm 많은 반면 증발산량은 39.5mm 작은 것으로 추정된다.

    먼물깍과 우물(W1)의 수위는 강수량이 많은 8월과 9월에 높고, 강수량이 상대적으로 작은 6월과 7월에는 낮았다. 먼물깍 수위는 15.1~186.1cm 사이에서 오르내리며 171cm의 변동폭을 보인 반면 우물은 32.1~115.6cm 사이에서 83.5cm의 변동폭을 보여 먼물깍 수위가 우물 수위보다 2배 이상 큰 폭으로 변동하였다(Figure 6).

    먼물깍 수위는 강수 발생과 동시에 상승하고 강수가 끝나면 수위상승도 멈추거나 또는 강수종료 1일 이내에 최대수위까지 상승하는 등 강수에 대해 빠르게 반응하였다(Figure 7-a). 먼물깍의 저류능력은 수위 자동측정기 설치지점을 기준으로 112cm로 수위가 이보다 더 상승하면 물이 저류지 밖으로 유출되는데, 관측기간 전부 3회에 걸쳐 저류수가 월류하였다. 먼물깍은 호우시 유로로 변할 수 있는 지점에 위치하고 있을 뿐 아니라 실제로 저류지 동쪽으로부터 우곡이 유입하고 있다.

    먼물깍 경계는 동쪽 일부를 제외하면 경사가 급한 암반으로 둘러싸여 있으므로 월류하기 전에는 수위변화에 따라 먼물깍의 수면적이 크게 변하지 않는다. 따라서 먼물깍의 수위변화량은 저류지로 유입 또는 유출되는 물의 체적에 비례한다고 볼 수 있다. 강수시 먼물깍 수위는 수면에 직접 내리는 직달강수량, 저류지 주변으로부터의 물 유입량, 저류지 측벽이나 바닥을 통한 지하유출량, 수면의 증발량에 따라 변화한다. 강수 발생전 수위하강은 주로 지하유출과 수면증발산에 의해 일어나므로 강수에 의한 수위상승량을 Figure 7-a와 같이 강수 발생전 수위하강선을 최대 수위가 나타난 시점까지 연결하여 구한 수위와 최대 수위의 차로 구하면 직달강수와 저류지 주변에서 유입되는 물의 양을 평가할 수 있다. 이런 방식으로 수위상승량을 구하면 수위상승이 직달강수에만 의존하는 경우 수위상승량은 강수량과 거의 같지만, 직달강수 이외의 외부유입이 발생하면 수위상승량이 강수량보다 커진다.

    관측기간에 발생한 10개 강수이벤트 가운데 7월 10일부터 7월 20일 기간에 발생한 2개 강수이벤트는 주로 저류지 수면에 내린 직달강수에 의해 수위가 상승했으므로 먼물깍의 수위상승량과 강수량이 비슷하다. 그러나 8개 강수이벤트의 수위상승량은 강수량의 1.9~3.7배이므로 직달강수 이외의 유입된 물에 의해 상승했다고 볼 수 있다(Table 2). 외부에서 유입되는 물로는 상류로부터 우곡을 통해 유입되는 하천수를 비롯하여 먼물깍 주변 지표면에 노출되어 있는 암반을 우수가 침투하지 못함으로써 발생하는 지표류, 얇은 토양층 하부에 있는 암반을 우수가 침투하지 못함으로써 발생하는 토양수, 암반의 수직절리로 침투한 우수가 용암류 경계면을 따라 횡적으로 유동하여 유입되는 지중수 흐름 등을 들 수 있다.

    한편, 우물의 수위변화는 강수에 의해 빠르게 상승했다가 강수종료 1일 이내에 65cm까지 급격하게 하강한다. 이후 저류지에 비해 매우 느리게 하강하여 일정기간 60~65cm의 수위를 유지하다가 다시 수위하강율이 커진다(Figure 7-b). 이런 수위변화는 우물구조와 관계가 있다. 우물에서는 직달강수나 지표류의 유입으로 강수중에 수위가 빠르게 상승할 수 있는 반면 우물 주변부에서는 우수가 토층과 수직절리를 통과하여 용암류 경계면까지 이동해야 하므로 우물 주변부 수위는 우물 수위보다 느리게 상승한다. 따라서 강수중 또는 강수종료 직후 우물의 수위는 주변부의 용암류 경계면보다 높으므로 우물에서 주변부로 우물 측벽의 용암류 경계면(Figure 4-b)을 통해 물이 흘러나가 평형이 될 때까지 수위가 빠르게 낮아진다. 이후 주변부 지하의 용암류 경계면에 수직절리를 통해 유입된 물이 공급되므로 60~65cm의 수위를 일정기간 유지한다. 우물의 수위상승량은 강수량의 0.9~1.9배로 저류지보다 작은데, 이는 강수의 일부가 수목에 차단되는데다 우물에 지표류 형태로 물을 공급할 수 있는 주변부의 면적이 작고 또 수위 상승중에 오히려 주변부로 용암류 경계면을 통해 물이 유출되기 때문으로 판단된다.

    먼물깍은 우마용 음수원이었으나 현재는 사용하지 않으므로 저장된 물은 증발산되거나 저류지 측벽과 바닥을 통해 지하로 유출되며 또 일부는 야생동물에 의해 손실된다. 무강수기간에 먼물깍 수위는 거의 균일하게 내려가며 수위가 높을수록 강하량은 크게 나타난다(Figure 8). 6월부터 10월 사이의 무강수기간에 저류수의 손실량은 1일 8.4~38mm이며, 이 가운데 증발산량1)은 2.2~4.5mm로 전체 손실량의 5.8~40.5%2)를 차지한다(Table 3). 지하유출량(동물섭취량을 포함)은 1일 5~35.8mm로 적으므로 저류지의 측벽과 바닥은 침투능이 비교적 작은 치밀한 용암으로 이루어진 것으로 판단된다.3)

    1)먼물깍 수면의 실제증발산량은 기준잠재증발산에 최대높이 30cm의 식물이 자라는 온대습지의 작물계수 1.1(Allen et al., 1998)을 곱하여 구하였다.  2)수위강하량이 큰 기간(9.26~9.30)을 제외하면 27.2~40.5%를 차지한다.  3)먼물깍 저층퇴적물의 입경분포는 자갈 0.4%, 모래 4.9%, 실트 89.7%, 점토 4.9%이다(Ministry of Environment, 2005).

    V. 지표수 이용시설 및 유역의 물수지

       1. 저류지의 물수지

    저류지로의 유입은 직달강수를 비롯하여 지표수 또는 지중수의 형태로 발생하며 지하수는 지표면 수십 미터 깊이에 위치하므로 저류지의 물수지는 Figure 9로 개념화할 수 있으며, 물수지식은 다음과 같이 정리할 수 있다.

    image
    image

    여기에서 P는 직달강수량(mm), Isf와 Iif는 지표수 및 지중수 유입량(mm)이다. 또한 Osf는 지표수 유출량(mm), AET는 실제증발산량(mm), DP는 깊은 침투량(mm), Oif는 지중수 유출량(mm), AC는 동물섭취량(mm), △Sp는 저장량의 변화(mm)이다.

    먼물깍의 저류능력내(즉 수위 112cm 이하) 공간에 대한 물수지를 계산하면 월류했을 때 저류능력을 초과하여 유출입되는 성분을 제외할 수 있으므로 관측기간중 저류지에 저장된 물의 물수지를 다음과 같이 구하였다.

    image

    수위상승량이 강수량보다 큰 경우에는 외부유입이 있었음을 의미하므로 수위상승량에서 직달강수량을 빼 외부유입량(Ia)을 구했으며, 월류한 경우의 최대수위는 저류지가 저장할 수 있는 수위(112cm)로 정하였다. 수위가 최대로 상승한 후 지중수의 지체된 유입이 발생할 수도 있으나 수위변화 곡선에서 이런 유입량을 분리하기 어려우므로 지체된 유입량은 고려하지 않았다. △Sp는 관측개시와 종료시기의 수위차로 구했으며, Oug와 AC의 합계는 식(4)에 다른 값을 적용한 후 그 차이로부터 구하였다.

    관측기간 총유입량 3,054mm 가운데 직달강수량은 1,856mm로 60.8%를 차지한다. 그러나 외부유입량도 39.2%인 1,196.9mm로 큰 비중을 보인다. 저류지 밖으로 유출된 물은 2,896mm이며, 이 가운데 증발산량은 384mm로 13.3%에 불과한 반면 지하유출과 동물섭취가 86.7%인 2,512mm로 대부분 지하유출과 동물섭취로 유출된다. 먼물깍의 최대면적 445m2을 적용하여 저장된 물의 체적을 계산하면 관측기간에 저류지는 1,360m3의 물을 저장하였다. 따라서 과거 10년간(2002~2011년) 연평균 강수량(2,541mm) 및 관측기간 강수량에 대한 외부유입량의 비율을 근거로 개략적으로 구한 연간 총유입량은 1,8603이므로 먼물깍은 연간 1,8603의 물을 저장, 공급할 수 있는 저수지이다.

       2. 유역의 물수지

    Figure 2에서 추출된 세 유역 가운데 먼물깍이 들어 있는 가장 큰 유역의 물수지를 산정하였다. 유역 유출은 SCS법으로 구하였다.4) 현장조사 결과 유역 유출지점에는 하도가 출현하지 않으며 현재 밭으로 이용되고 있다. 2012년 8월 23일~24일 345.5mm, 8월 27일~28일 195mm의 강수 발생 후 9월 8일 실시한 현장조사에서 유출지점의 밭과 그 하류에 위치한 과수원에서 유출로 인한 침식의 흔적을 발견할 수 없었다. 따라서 유역 내부의 먼물깍 인근에서는 지표유출이 발생하더라도 유역 내부의 요지에 물이 저류되어 유역 출구지점을 통해 유역 밖으로 배수되는 물은 많지 않은 것으로 보인다. 유역에 분포하는 구좌통도 SCS법의 4개 수문학적 분류군 가운데 유출이 가장 적고 토양으로의 침투가 많은 A형으로 분류된다(Jung et al., 1995).

    물수지 분석기간(2002.1.1.~2012.12.31.)에 유역에서 발생한 연강수량은 2,541mm이다. 유로를 통해 유역출구로 유출되는 직접유출량은 강수량의 0.8%에 해당하는 20mm이며, 실제증발산량은 강수량의 31.4%를 차지하는 797mm으로 산정되었다. 식물뿌리지대를 통과하여 지하로 깊게 침투하여 지하수를 함양하는 깊은 침투량은 강수량의 67.8%를 차지하는 1,724mm이다. 지표수 유출량이 강수량의 0.8%로 매우 작게 나타나는데, 이는 자연습지와 저류지 등 저류공간을 많이 지닌 유역의 지형특성을 반영하는 것으로 볼 수 있다.

    4)SCS법의 유역유출을 산정에 이용되는 유출곡선지수(CN II)는 토양과 토지피복 유형에 의해 결정되는데, 토양은 구좌통의 수문학적 분류군인 A, 토지피복 유형은 삼림(Forest)을 적용하였다. 삼림은 토양심도와 유기물함량에 의해 수문학적 조건이 세부적으로 결정되는데, 정밀토양도(Rural Development Administration, 1976)에 의하면 본 유역의 토양심도는 20cm, 유기물 함량은 5% 이상이므로 수문조건이 매우 양호(Best)인 경우를 적용하였다. 기준잠재증발산량 산정에는 선흘 AWS의 일최고기온, 일최저기온, 일평균 풍속 그리고 상대습도와 일사량의 추정치(Allen et al., 1998)를 이용하였다. 선흘 AWS 인근에 소재하는 제주특별자치도개발공사 기상관측소의 실측치로부터 산정한 잠재증발산량은 상대습도와 일사량의 추정치로 산정한 잠재증발산량의 0.98배로 나타났으므로 선흘 AWS의 자료로 산정한 잠재증발산량에 0.98배를 적용하여 보정하였다. 본 유역은 곰솔, 종가시나무 및 동백나무가 우점하므로 증발산량 산정에 필요한 작물계수는 소나무에 해당하는 1을 적용하였다. 토양수분 보유능(SWRC)은 식물뿌리지대의 평균토심을 50cm로 하고 구좌통의 대표토양에 대한 0.5bar와 100bar에서의 수분량과 가비중값을 적용하여 구한 토양수분 보유능 77mm를 적용하였다. 구좌통은 암반까지의 깊이가 10~50cm이나 주로 교목이 생육하는 지역임을 고려하여 평균토심을 50cm로 정하였다(http://soil.rda.go.kr/soil/koreaSoils/soilSearch.jsp).

    VI. 결 론

    화산성 지질특성으로 인해 제주도는 지표수보다 지하수에 대한 의존도가 매우 높은 지역이다. 그러나 지하수관정을 개발하여 지하수를 본격적으로 공급하기 전에는 용천수와 표면저류수인 봉천수가 주요수자원이었다. 아아용암류가 분포하는 중산간지대에서는 제한적인 수자원 때문에 지형지질 조건에 맞는 다양한 형태의 지표수 이용시설이 만들어졌는데, 동백동산의 연구지역에도 2개의 우물과 8개의 저류지가 분포한다. 우물은 용암류 표층의 함몰요지에 만들어져 물을 기르기 위한 계단시설을 갖추고 있고, 지하 2~3m의 용암류 경계면에 부존하는 지중수로 함양된다. 저류지는 용암류의 미기복에 집수를 위한 물 유입구와 석축을 만들어 조성했는데, 용암류 표면이 불투수층을 만들 때 프렛셔릿지와 투물러스 사이의 저지대에 출현하는 강수로 함양되는 습지가 저류지 조성을 위한 토대가 되었다.

    연구지역은 지표수 흐름이 발생하지 않는 것으로 알려진 곶자왈에 위치하고 있으나, GIS에 의한 수계 분석과 현장조사에 의하면 저류지로 우곡이 유입하는 곳도 있고 일부 저류지는 동일 유로에 놓여 있어 수계로 이어지고 있다. 따라서 미약하게 발달한 유로를 통해 상류로부터 지표수를 공급받는 저류지와 지표수의 공급이 불가능한, 즉 직달강수에 의해서만 함양되는 저류지로 구분할 수 있다.

    직달강수뿐 아니라 일시적인 유로를 통해서도 지표수를 공급받는 대표적인 저류지는 먼물깍으로서, 먼물깍의 저류량 가운데 직달강수량이 60.8%를 차지하며, 나머지 39.2%는 지표수 유입 등 외부유입량으로 채워지고 있다. 또한 먼물깍의 수위변화를 통해 호우가 발생하면 먼물깍의 저류수가 월류함으로써 하류 쪽으로 지표유출이 발생함을 확인할 수 있다. 최대면적 445m2의 먼물깍에 관측기간 1,3603의 물이 저류되었으므로 과거 10년간 연평균 강수량과 관측기간 강수량에 대한 외부유입량의 비율을 근거로 산정하면 먼물깍은 연간 1,8603의 물을 저장, 공급할 수 있는 저수지라고 할 수 있다.

    먼물깍이 소재하는 유역의 물수지를 정리하면, 유역에 유입되는 강수량은 2,541mm이고 유역 밖으로 유출되는 성분은 증발산량 797mm, 깊은 침투량 1,724mm, 지표수 유출량 20mm로 분배된다. 유출성분 가운데 지표수 유출량이 전체 강수량의 0.8%로 매우 작게 나타남으로써 자연습지와 저류지 등 저류공간을 많이 지닌 곶자왈의 유역특성을 잘 보여주고 있다.

  • 1. Allen R. G., Pereira L. S., Raes D., Smith M. 1998 Crop Evapotranspiration, FAO irrigation and Drainage Paper P.56 google
  • 2. An J., Choi M. 2006 Parameter estimation of water balance analysis method and recharge calculation using groundwater levels [Journal of Korea Water Resources Association] Vol.39 P.299-311 google doi
  • 3. 2000 An Illustrated Guide to Jeju Soils google
  • 4. 1997 Let’s Protect Underground Water in Jeju Island Like This google
  • 5. 1998 Geological Map of Korea: Jeju-Aewol google
  • 6. 2000 Reports on conservation and management of underground water in Jeju Island google
  • 7. 2010 Seonheul1-ri google
  • 8. 2013 General planning on management of water resources in Jeju Island: 2013~2022 google
  • 9. Jung J., Jang S., Kim J., Jung Y., Hu K., Park H. 1995 Classification of hydrologic soil group to estimate runoff ratio [Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers] Vol.27 P.12-23 google
  • 10. Kim J., Kang G., Son M. 1998 Korea I google
  • 11. 2005 Survey report on inland wetlands in Korea: Dongbaekdongsan and Yongsu Reservoir google
  • 12. Oh H. 1969 A study of settlements location in Cheju Island with special emphasis to changing processes and factors [Journal of Geography] Vol.4 P.41-54 google
  • 13. 1976 Detailed Soil Map: Jeju Province google
  • 14. Song S. 2000 Distributions and lithology of the aa rubble flows in Cheju Island, Korea google
  • 15. Song S., Kang M. 2001 A study on landscape of government-installed ranches in Cheju Island during the Choson Dynasty [Journal of Cultural and Historical Geography] Vol.13 P.143-162 google
  • 16. Williams H., McBirney A. R. 1979 Volcanology google
  • 17. http://soil.rda.go.kr/soil/koreaSoils/soilSearch.jsp google
  • [Figure 1.] Irrigation facilities in the transition zone to mountain area of Jeju Island
    Irrigation facilities in the transition zone to mountain area of Jeju Island
  • [Figure 2.] Irrigation facilities and catchment areas in the study area
    Irrigation facilities and catchment areas in the study area
  • [] 
  • [Table 1.] Analysis methods, materials, and parameters used for water balance
    Analysis methods, materials, and parameters used for water balance
  • [Figure 3.] Reservoirs in the study area
    Reservoirs in the study area
  • [Figure 4.] Structure of wells
    Structure of wells
  • [Figure 5.] Micro-relief of lava flows around irrigation facilities in the study area
    Micro-relief of lava flows around irrigation facilities in the study area
  • [Figure 6] Variation of hydrological elements
    Variation of hydrological elements
  • [Figure 7.] Changes of water levels according to rainfall events
    Changes of water levels according to rainfall events
  • [Table 2.] Water levels of Meonmulggak(R1) and well(W1)
    Water levels of Meonmulggak(R1) and well(W1)
  • [Figure 8.] Drop of water level of Meonmulggak during the period without a rainfall.
    Drop of water level of Meonmulggak during the period without a rainfall.
  • [Table 3.] Drop of water level, evapotranspiration, and subsurface runoff of Meonmulggak(R1) during the period without a rainfall
    Drop of water level, evapotranspiration, and subsurface runoff of Meonmulggak(R1) during the period without a rainfall
  • [] 
  • [] 
  • [Figure 9.] Schematic Diagram for water balance of irrigation facilities
    Schematic Diagram for water balance of irrigation facilities
  • []