지표면 유출

Surface runoff
빗물 배수구로 흘러드는 유출물
시리즈의 일부
오염
Air pollution3.jpg
대기 오염
생물학적 오염
디지털 오염
전자 오염
자연 오염
소음 공해
방사능 오염
토양 오염
고형 폐기물 오염
우주 오염
열오염
시각 오염
전쟁 오염
수질 오염
기타
리스트

분류

지표면 유출(육지 흐름이라고도 함)은 과도한 빗물, 빗물, 녹은 물 또는 다른 원천이 토양에 충분히 빠르게 침투할 수 없을 때 지표면에서 발생하는 물의 흐름입니다.이것은 토양이 물에 완전히 포화되어 비가 흙이 흡수할 수 있는 것보다 더 빨리 올 때 발생할 수 있다.지표면 유출은 종종 (지붕이나 포장 등) 불침투 구역이 물이 지상으로 스며드는 것을 허용하지 않기 때문에 발생한다.또한, 유출은 자연 [1]또는 인공 과정을 통해 발생할 수 있습니다.지표면 유출은 물 순환의 주요 구성요소이다.그것은 [2][3]물에 의한 토양 침식의 주요 원인이다.공통 지점으로 흘러내리는 유출물을 생성하는 토지는 배수 유역이라고 불린다.

수로에 도달하기 전에 지표면에서 발생하는 유출물은 인간이 만든 오염물질이나 자연적인 오염 형태(예: 썩은 잎)를 운반할 수 있기 때문에 오염의 비점원이 될 수 있습니다.유출된 오염물질에는 석유, 살충제, [4]비료 등이 포함된다.

도시 지역의 지표면 유출은 침식과 오염을 야기할 뿐만 아니라, 재산 피해, 지하실의 습기와 곰팡이, 도로 침수의 주요 원인이 될 수 있다.

시대

토양 포화 후 언덕길에서 지표면 유출

지표면 유출은 지표면 [6]아래로 통과하지 않고 지표면에 도달하는 강수량(비, 눈, 진눈깨비 또는[5] 우박)으로 정의된다.이는 강우나 녹는 폭설 직후 지표면에 도달하는 직접 유출과 구별되며, 눈 덩어리나 [7]빙하가 녹으면서 발생하는 유출은 제외된다.

눈과 빙하가 녹는 현상은 영구히 형성될 만큼 추운 지역에서만 발생합니다.전형적으로 눈이 녹은 것은[8] 봄에 최고조에 달하고, [9]빙하는 여름에 녹으며,[10] 이로 인해 영향을 받는 강에서 유량이 가장 많아진다.눈이나 빙하가 녹는 속도의 결정 요인은 대기 온도와 [11]햇빛 지속시간이다.높은 산간 지역에서는 맑은 날 개울물이 불어나고 흐린 날 개울물이 내리는 경우가 많다.

눈이 내리지 않는 지역에서는 빗물이 흐를 것이다.하지만, 토양으로부터 축적된 것은 가벼운 소나기를 흡수할 수 있기 때문에 모든 강우량이 유출되는 것은 아닙니다.호주와 남아프리카의 [12]매우 오래된 토양에서, 뿌리털의 매우 촘촘한 네트워크를 가진 프로테로이드 뿌리는 상당한 양의 비가 내려도 유출을 막을 수 있을 만큼 많은 빗물을 흡수할 수 있다.이러한 지역에서는 불임 균열이 적은 점토 토양에서도 지표면 유출물을 생성하기 위해 많은 양의 강우량과 잠재적 증발이 필요하며, 이로 인해 매우 가변적인(일반적으로 일시적인) 하천에 대한 전문적 적응이 이루어진다.

육로 유입 초과

나무를 이용한 빗물 관리(애니메이션)

이는 지표면의 강우 속도가 지면에 물이 침투할 수 있는 속도를 초과하고 움푹 패인 저장소가 이미 채워졌을 때 발생합니다.이것은 (Robert E의 이름을 따서) Hortonian 육지 흐름이라고도 불립니다. Horton)[13] 또는 불포화 육로류.[14]이는 강수 강도가 높고 지표면 밀봉으로 토양 침투 능력이 떨어지는 건조 및 반건조 지역이나 포장도로가 물이 침투하는 [15]것을 막는 도시 지역에서 더 흔하게 발생한다.

포화 과잉 육로류

토양이 포화되어 저압 저장고가 가득 차서 비가 계속 내리면, 강우량은 즉시 지표면 유출을 일으킨다.선행 토양 수분의 수준은 토양이 포화될 때까지의 시간에 영향을 미치는 한 요인이다.이 유출을 포화 초과 육로류,[15][16] 포화 육로류 또는 던 [17]유출이라고 합니다.

선행 토양 수분

토양은 비가 온 후에도 일정 정도의 수분을 유지한다.이 잔류 수분은 토양의 침투 능력에 영향을 미칩니다.다음 강우 시 침윤능력에 따라 토양이 다른 속도로 포화됩니다.선행 토양 수분의 수치가 높을수록 토양은 더 빨리 포화된다.토양이 포화되면 유출이 발생합니다.따라서 지표면 유출은 중저강도 [18]폭풍 후 토양 수분 조절에 중요한 요소이다.

지표면 하류

언덕의 경사면에서 물이 토양에 침투한 후, 물은 토양을 통해 가로 방향으로 흘러 수로에 가깝게 유출될 수 있다.이를 지표면하 리턴 플로우 또는 스루플로라고 합니다.

유출물이 흐를 때, 유출물의 양은 여러 가지 방법으로 감소될 수 있습니다. 즉, 유출물의 일부분이 증발할 수 있고, 물이 일시적으로 미세 지형 함몰에 저장될 수 있으며, 육지로 흐를 때 그 일부가 침투할 수 있습니다.남은 지표수는 결국 강, 호수, 하구 또는 [19]바다와 같은 수역으로 흘러 들어간다.

인간의 영향

국지하천으로 유입되는 침전물 세척
도시 지표수 유출

도시화는 흙을 통해 물이 대수층으로 스며드는 것을 허용하지 않는 포장도로와 건물과 같은 더 많은 불침투성 표면을 만들어 지표면 유출을 증가시킨다.대신 하천이나 빗물 유출수로에 직접 투입되며, 침식과 침사가 심각한 문제가 될 수 있으며, 홍수가 발생하지 않을 때도 마찬가지입니다.유출량이 증가하면 지하수 재충전이 줄어들어 수위가 낮아지고 가뭄이 더욱 심해진다. 특히 우물에 의존하는 농업 농부들과 다른 농부들에게 말이다.

인위적인 오염물질이 유출물에 용해되거나 부유되면, 인간의 영향이 확대되어 수질 오염을 발생시킨다.이 오염물질의 하중은 하천, 강, 호수, 강어귀, 바다와 같은 다양한 수역에 도달할 수 있으며, 이로 인해 이러한 수계 및 관련 생태계에 대한 물의 화학적 변화가 발생할 수 있습니다.

인간이 대기에 온실가스를 추가함으로써 기후를 계속 변화시키고 있기 때문에, 수증기의 대기 용량이 증가함에 따라 강수 패턴도 변화할 것으로 예상된다.이것은 결선 [20]투표량에 직접적인 영향을 미칠 것이다.

도시 유출

이 섹션은 도시 결선투표에서 발췌한 것이다.[편집]
빗물 배수구로 유입되는 도시 유출

도시 유출은 도시화에 의해 생긴 빗물의 표면 유출, 경관 관개, 세차이다[21].차수 표면(도로, 주차장 및 보도)은 토지 개발 중에 건설된다.비, 폭풍, 그리고 다른 강수 사건 동안, 지붕과 함께, 이 표면들은 오염된 빗물을 [22]흙을 통해 스며들게 하는 대신 빗물을 빗물 배수구로 운반합니다.이는 지하수 재충전이 줄어들기 때문에 수위가 낮아지고 지표면에 남아 있는 물의 양이 [23][24]많아지기 때문에 홍수를 일으킨다.대부분의 시립 빗물 하수 시스템은 처리되지 않은 빗물을 하천, 강 및 만으로 배출합니다.이 여분의 물은 지하실의 백업과 건물 벽과 바닥을 통해 사람들의 재산으로 들어갈 수도 있다.

도시 유출은 전세계 도시 공동체에서 도시 홍수와 수질 오염의 주요 원인이 될 수 있다.
버드나무 울타리는 프랑스 북부의 유출 제한에 대한 매력으로 강화되었다.
집중적으로 경작된 농지의 물에 의한 토양 침식.

산업 유출

이 섹션은 산업용 폭풍우에서 발췌한 것이다.[편집]
산업용 빗물은 산업 현장(예: 제조 시설, 광산, 공항)에 내리는 강수(비, 눈, 진눈깨비, 얼어붙은 비 또는 우박)의 유출물이다.이 유출은 종종 현장에서 취급되거나 보관되는 물질에 의해 오염되며, 시설은 배출을 통제하기 위한 규제를 받는다.

지표면 유출의 영향

침식 및 퇴적

지표면 유출은 지구 표면의 침식을 야기할 수 있으며, 침식된 물질은 상당히 멀리 퇴적될 수 있다.물에 의한 토양 침식에는 4가지 주요 유형이 있습니다: 물벼락 침식, 시트 침식, 릴 침식, 그리고 협곡 침식.스플래시 침식은 빗방울이 토양 표면과 기계적으로 충돌한 결과입니다. 충격에 의해 제거된 토양 입자는 표면 유출과 함께 이동합니다.시트 침식은 잘 정의된 수로가 없는 유출에 의한 퇴적물의 육로 운송이다.토양 표면 거칠기의 원인으로 인해 유출물이 좁은 유로로 집중될 수 있습니다.이러한 이유로 형성되는 작지만 잘 정의된 채널을 릴이라고 합니다.이러한 채널은 폭이 1센티미터 또는 몇 미터만큼 작을 수 있습니다.만약 유출이 계속해서 갈라지고 확대된다면, 그것들은 결국 갈매기가 될 수도 있다.협곡 침식은 짧은 시간에 많은 양의 침식 물질을 운반할 수 있습니다.

농작물 생산성의 감소는 보통 침식으로부터 비롯되며, 이러한 영향은 토양 보존 분야에서 연구된다.유출된 토양 입자는 지름이 약 0.001mm에서 1.0mm까지 다양하다.큰 입자는 짧은 수송 거리에 걸쳐 침하하는 반면, 작은 입자는 물기둥에 매달린 먼 거리에 걸쳐 운반될 수 있습니다.작은 입자를 포함한 실티토양의 침식은 혼탁을 발생시키고 빛의 투과성을 감소시켜 수생 생태계를 교란시킨다.

국가의 모든 부분이 침식으로 인해 비생산적으로 변했다.마다가스카르의 중앙 고원에서는 국토 면적의 약 10%가 식생하지 않고 있으며, 침식성 고랑의 깊이는 보통 50미터가 넘고 너비는 1킬로미터가 넘습니다.이동 재배는 때때로 세계 일부 지역에서 슬래시 앤 분쇄 방식을 채택하는 농업 시스템이다.침식은 비옥한 꼭대기 토양의 상실을 초래하고 비옥한 토양의 비옥함과 농산물의 질을 떨어뜨린다.

현대 산업 농업은 침식의 또 다른 주요 원인이다.미국 콘벨트의 3분의 1 이상이 [25]표토를 완전히 잃었다.노틸(No-till) 관행을 바꾸면 미국 농경지의 토양 침식을 70% [26]이상 줄일 수 있을 것이다.

환경에 미치는 영향

유출과 관련된 주요 환경 문제는 이러한 시스템으로의 수질 오염 물질 수송을 통해 지표수, 지하수 및 토양에 미치는 영향이다.궁극적으로 이러한 결과는 인간의 건강 위험, 생태계 교란 및 수자원에 대한 미적 영향으로 이어진다.유출에서 발생하는 지표수에 가장 큰 영향을 미치는 오염물질은 석유 물질, 제초제 및 비료이다.살충제 및 기타 오염물질의 표면 유출에 의한 정량적 흡수는 1960년대부터 연구되어 왔으며, 살충제가 물과 접촉했을 때 [27]식물독성을 높이는 것으로 알려져 있었다.지표수의 경우 하천과 하천이 다양한 화학 물질이나 퇴적물을 운반하는 유출물을 받았기 때문에 그 영향은 수질 오염으로 이어진다.지표수를 음용수로 사용할 경우 건강 위험과 식수 미관(즉, 냄새, 색채 및 탁도 영향)에 대해 타협할 수 있습니다.오염된 지표수는 그들이 숙주하는 수생 종의 대사 과정을 바꿀 위험이 있다; 이러한 변화는 물고기 살처분과 같은 죽음을 초래할 수 있고 존재하는 개체군의 균형을 바꿀 수 있다.다른 특정한 영향은 동물의 짝짓기, 산란, 알과 유충의 생존력, 어린 시절의 생존력, 그리고 식물의 생산성에 있습니다.일부 연구는 DDT와 같은 살충제의 표면 유출이 유전적으로 어종의 성별을 바꿔 수컷을 암컷 [28]물고기로 바꿀 수 있다는 것을 보여준다.

숲 속에서 발생하는 지표면 유출은 부영양화를 일으키는 높은 미네랄 질소와 인을 호수에 공급할 수 있다.침엽수림 내의 유출수는 또한 부식산으로 풍부해지고 수역의 부식화를 초래할 수 있다. 또한 열대 및 아열대의 높은 입지와 어린 섬은 높은 토양 침식률을 겪을 수 있고 또한 연안 바다에 큰 물질 플럭스를 기여할 수 있다.이러한 토양에서 유래한 퇴적물, 탄소 및 오염물질의 유출은 전세계 생물 지구 화학적 순환과 해양 및 해안 생태계에 [30]큰 영향을 미칠 수 있다.

지하수의 경우 대수층이 인간의 사용을 위해 추출된 경우 주요 문제는 식수 오염이다.토양 오염과 관련하여 유출수는 두 가지 중요한 우려 경로를 가질 수 있다.첫째, 유출수는 토양 오염 물질을 추출하여 수질 오염의 형태로 더욱 민감한 수생 서식지로 운반할 수 있다.둘째, 유출은 오염물질을 오염토양에 퇴적시켜 건강이나 생태학적 결과를 초래할 수 있다.

농업 문제

농업 문제의 또 다른 맥락은 지표면 유출을 통한 농약(질산염, 인산염, 살충제, 제초제 등)의 운송이다.이 결과는 높은 강수량과 관련하여 화학약품 사용이 과도하거나 타이밍이 좋지 않을 때 발생합니다.오염된 유출은 농약의 낭비일 뿐만 아니라 하류 생태계에 대한 환경적 위협이다.소나무 빨대는 종종 토양 침식과 잡초 [31]생장으로부터 토양을 보호하기 위해 사용된다.그러나 이러한 작물을 수확하는 것은 토양 침식의 증가를 초래할 수 있다.

경제적 문제

농지 유출

지표면 유출은 상당한 경제적 효과를 가져온다.소나무 빨대는 지표면 유출에 대처하는 비용 효율이 높은 방법입니다.또한 지표면 런오프는 코끼리 덩어리의 성장을 통해 재사용될 수 있다.나이지리아에서 코끼리 잔디는 지표면의 유수와 침식을 [32]줄일 수 있는 경제적인 방법으로 여겨진다.또한, 중국은 채소와 같은 대부분의 경제 작물에 대한 지표면 경사로 인해 심각한 영향을 받고 있다.따라서 [33]토양에서 영양소(질소와 인)의 손실을 줄이는 시스템을 구현한 것으로 알려져 있다.

플래딩

홍수는 수로가 하류로 흐르는 유출수의 양을 전달할 수 없을 때 발생한다.이 발생 빈도는 반환 주기에 의해 설명됩니다.홍수는 생태계의 구성과 과정을 유지하는 자연스러운 과정이지만, 하천 공학과 같은 토지 이용 변화에 의해서도 바뀔 수 있다.홍수는 사회에 이롭거나 피해를 줄 수 있다.나일강 범람원의 농업은 농작물에 유익한 영양분을 축적하는 계절적 홍수를 이용했다.그러나 침하의 수와 민감도가 증가함에 따라 홍수는 점점 더 자연재해가 된다.도시 지역에서 지표면 유출은 반복적이고 비용이 많이 드는 지역사회의 영향으로 [34]알려진 도시 홍수의 주요 원인이다.악영향은 인명 손실, 재산 피해, 상수원 오염, 농작물 손실, 사회적 혼란과 일시적인 노숙을 포함한다.홍수는 자연재해 중 가장 파괴적인 것 중 하나이다.보조 관개 사용은 옥수수 등의 작물이 토양에 질소 비료를 보유할 수 있어 농작물 물의 가용성이 [35]향상되는 중요한 방법으로도 인식된다.

경감 및 치료

유출 방지 연못(워싱턴 노스 벤드의 고지 인근)

유출의 악영향 완화는 다음과 같은 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

토지 이용 관리많은 세계 규제 기관들은 불필요한 경관을 [36]피함으로써 총 지표면 유출을 최소화하는 방법에 대한 연구를 장려해왔다.많은 지방자치단체가 최소한의 폭 보도, 차도 및 보도용 페이버 사용 및 도시 환경에서의 최대 수분 침투를 허용하는 기타 설계 기법을 권장하는 토지 개발자를 위한 지침과 코드(구역 설정 및 관련 조례)를 작성했다.건물과 부동산에 대한 설계 요건, 시공 관행 및 유지관리 요건을 지정하는 로컬 프로그램의 예는 캘리포니아 [37]주 산타모니카에 있습니다.

상세정보 : 저영향 개발 (캐나다/미국)
상세정보 : 빗물집수

침식 조절은 농부들이 토양 자원을 보호하기 위한 등고선 농업의 중요성을 깨달은 중세 이후 나타났다.1950년대부터 이러한 농업 방법은 점점 더 정교해졌다.1960년대에 일부 주정부와 지방정부는 건설업자에게 침식 및 침전물 관리(ESC)를 실시하도록 요구함으로써 건설 유출의 완화에 노력을 집중하기 시작했다.여기에는 슬로프에서의 느린 유출을 위한 짚보 및 장벽 사용, 침전 울타리 설치, 강우량이 적은 수개월에 대한 프로그래밍 공사, 노출된 경사 영역의 범위 및 지속 시간 최소화 등의 기술이 포함되었다.메릴랜드 주 몽고메리 카운티는 1965년에 최초의 지방 정부 침전물 관리 프로그램을 시행했고,[38] 1970년에 메릴랜드 주에서 주 전체 프로그램을 시행했다.

20세기 전반부터 홍수 통제 프로그램은 하천 시스템의 최대 흐름을 예측하는 양적 요소가 되었다.피크 흐름을 최소화하고 채널 속도를 낮추기 위한 점진적 전략이 개발되었습니다.일반적으로 적용되는 기법으로는 하천 피크 흐름을 완충하기 위한 저류 연못(저류 분지 또는 균형 호수로도 불린다), 유속 감소를 위한 수로의 에너지 소멸기 사용, [39]유출을 최소화하기 위한 토지 사용 제어 등이 있다.

화학약품 사용 및 취급.1976년 미국 자원보전 및 회수법(RCRA)과 1987년 수질법이 제정된 이후 주 및 도시는 독성 화학물질의 격납 및 보관을 보다 엄격하게 통제함으로써 유출과 유출을 방지하고 있다.일반적으로 적용되는 방법은 지하 저장 탱크의 이중 격납 요건, 위험 물질 사용 등록, 허용되는 살충제 수 감소, 경관 유지에 있어 비료 및 제초제의 보다 엄격한 규제 등이다.많은 산업 사례에서 오염 물질이 위생 또는 빗물 하수구로 유출되는 것을 최소화하기 위해 폐기물의 전처리가 필요합니다.

미국 청정수법(CWA)은 도시화된 지역의 지방정부(센서스 뷰로 정의)가 배수 [40][41]시스템에 대한 빗물 방류 허가를 받아야 한다고 규정하고 있다.기본적으로 이는 해당 지역이 시 분리형 빗물 하수 시스템("MS4")으로 유입되는 모든 지표면 유출물에 대해 빗물 관리 프로그램을 운영해야 한다는 것을 의미한다.EPA와 주 규제 및 관련 간행물은 각 지역 프로그램이 포함해야 하는 6가지 기본 구성요소를 개략적으로 설명한다.

  • 공교육(개인, 가정, 기업에 빗물 오염 방지 방법에 대한 정보 제공)
  • 공공 참여(지역 프로그램 구현에 공공 참여 지원)
  • 불법 방류 탐지 및 제거(MS4에 대한 위생 하수구 또는 기타 비폭수 연결 제거)
  • 건설현장 유출관리(예: 침식 및 침전물관리)
  • 건설 후(즉, 영구) 빗물 관리 제어
  • 오염 방지(예: 자동차 연료 및 석유, 비료, 살충제 및 도로 제빙제 관리 등 화학물질 취급 개선) 및 "좋은 하우스키핑" 조치(예: 시스템 유지관리)

주 고속도로 시스템, 대학, 군 기지 및 교도소 등 지방 자치체와 유사한 빗물 배수 시스템을 운영하는 다른 소유주들도 MS4 허가 요건을 따릅니다.

측정 및 수학적 모델링

유출은 다양한 수질 표본 추출 방법과 함께 수학적 모델을 사용하여 분석됩니다.특정 유기 또는 무기화학물질, pH, 탁도 등 오염물질을 대상으로 한 지속적인 자동 수질분석기기를 이용하여 측정할 수 있다.또는 용존산소와 같은 2차 지표가 대상입니다.또한 단일 물 샘플을 추출하고 해당 샘플에 대해 화학 또는 물리적 테스트를 얼마든지 수행하여 일괄적으로 측정할 수 있습니다.

1950년대 이전 수문학 운송 모델은 주로 홍수 예측을 위해 유출량을 계산하는 것으로 나타났다.1970년대 초에 컴퓨터 모델이 개발되어 수질 오염 물질을 운반하는 유출물의 수송을 분석하기 위해 다양한 화학 물질의 용해율, 토양으로의 침투 및 수용 수역에 전달되는 최종 오염 물질 부하를 고려했습니다.1970년대 초 미국 환경보호청(EPA)[42]과 계약하여 유출과 그로 인한 수송에 대한 화학 용해 문제를 다루는 초기 모델 중 하나가 개발되었습니다.이 컴퓨터 모델은 토지 사용과 화학물질 취급 통제에 대한 전략으로 이어진 많은 완화 연구의 기초를 형성했다.

빗물 실무자들은 유출수의 품질과 양에 영향을 미치는 다중 변수의 자연스러운 변화 때문에 빗물 과정을 시뮬레이션할 몬테 카를로 모델의 필요성을 점점 더 인식하고 있다.몬테카를로 분석의 장점은 입력 통계의 불확실성을 줄이는 것이 아니라 수질 이탈의 잠재적 위험을 결정하는 변수의 다양한 조합을 나타낸다는 것이다.이러한 유형의 폭풍우 모델의 한 예는 확률적 경험적 하중 및 희석 모델(SELDM)[43][44]이 폭풍우 수질 모델이다.SELDM은 복잡한 과학 데이터를 수용수에 대한 유출의 악영향 위험, 완화 조치의 잠재적 필요성 및 이러한 위험을 줄이기 위한 관리 조치의 잠재적 효과에 대한 의미 있는 정보로 변환하도록 설계되었다.SELDM은 (다른 확률 분포를 가진) 수문 변수들 사이의 상호작용을 모델링하기 때문에 그렇지 않으면 얻기가 어렵거나 불가능한 정보의 신속한 평가를 위한 방법을 제공한다. 이는 유출 과정과 di의 잠재적 효과로부터 가능한 장기적 결과를 나타내는 값의 모집단을 낳는다.구분이 있는 완화 조치.SELDM은 또한 수질 Excursion 위험에 대한 다양한 입력 가정의 잠재적 영향을 결정하기 위해 민감도 분석을 신속하게 수행할 수 있는 수단을 제공한다.

다른 컴퓨터 모델(DSSAM 모델 등)은 강 유로를 통한 지표면 유출을 반응성 수질 오염 물질로 추적할 수 있도록 개발되었습니다.이 경우 지표면 유출은 수용수에 [45]대한 수질 오염의 선원으로 간주될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

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외부 링크

무료 사전인 Wiktionary에서 지표면 유출을 검색합니다.