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문제 정의
- 한다. 여기서는 비교적 신뢰도 높은 유입량 자료를 확보하고있는 대청댐 유역을 대상으로 DAWAST 모형을 선정하여 각종 용수의 회귀수를 고려하여 유출모의에 용수 수요의 적용성을 판단하고자 한다.
- 상대오차 등을 사용하였다. 이 연구에서는 용수수요를 고려하였을 때 전체 유출체적의 비교를 위해 유출체적비인 모의/관측 유출비율을 살펴보고, 일별 순별 관측-모의 등가선에 의해 모의 결과를 평가하였다.
제안 방법
- 생공용수의 회귀율은 추정 일 생공용수 수요량의 65 %, 농업용수의 회귀율은 모의한 일 농업용수 수요량의 35 % 를적용하고, DAWAST 모형에 의한 유량을 더하여 매개변수를 결정하였다 또한 생공용수는 빠르게 농업용수는 느리게 회귀수로 반응한다고 볼 수 있으나 정확한 시간을 알기 위해서는 면밀한 실험에 의하여야 하지만 생공용수는 하루 중에 반영되는 것으로 보았고 농업용수는. 10 일 지체시켜 적용하였다.
- 개념적 집중형 모형인 DAWAST 모형으로부터 모의 되는 유량에 용수수요에 따른 회귀수량을 반영하였을 때의 매개변수를 결정하여 적용가능성을 판단하였다.
- 논의 용수 수요량은 벼의 증발산량과 침투량 및 유효 우량을 고려하여 산정한다. 증발산량은 일조 온도 습도 바람 등 기상 조건에 따라 변화하고, 침투량은 재배토양의 토성, 지하수위 등에 의해 영향을 받으며, 유효 우량은 강우량에 의해 결정된다.
- 대청댐 유역을 5개 소유역으로 분할하여 전국용수 이용현황(한국수자원공사, 2001)으로부터 대청댐 유역을 포함하고 있는 12 시군의 통계자료를 정리하여 일별 생활용수, 공업용수자료를 생성하였다. 또한 논 용수 수요량 추정 모형에 대청댐 유역의 논 면적 29, 634 ha 를 적용하여 일별 농업용수 자료를 생성하였다.
- 공업용수자료를 생성하였다. 또한 논 용수 수요량 추정 모형에 대청댐 유역의 논 면적 29, 634 ha 를 적용하여 일별 농업용수 자료를 생성하였다.
- 생활용수 및 공업용수는 월평균값에 월별 가중계수를 고려하여 일별로 용수 수요량을 계산하였다 농업용수는 논&수, 밭용수, 축산용수 등으로 구성되지만 회귀 수로 반영되는 것은 논용수에 국한하는 것으로 보아 수요량을 추정하였다.
- 용수수요를 고려하지 않은 기존의 DAWAST 모형에 의해 용수수요를 고려한 경우와 똑같은 조건으로 매개변수를 결정하고 관측-모의 등가선에 의해 모의 결과를 평가하였다.
- 유효우량을 고려하고, 침투량 5 mm, 최대 담수심 60 mm, 시설관리용수량 15 %, 재배관리용수량 20 % 를 적용하여 일별 논 용수량을 모의하였으며, 그림 3은 모의 예로서, 일별 강우량 계기 증발량 증발산량 담수심, 논 용수 수요량 변화를 나타내고 있다.
- 직접 유출은 강우 증발산 침투 등 물수지에 의해 상부토양층의 토양수분을 일별로 추적하여 이를 바탕으로 계산하며, 기저 유출은 하부토양층의 수분량에 따라 감수 곡선 계수에 의해 계산한다.
대상 데이터
- 모의 결과의 검증을 위해서 보정기간과 검정 기간을 다르게 설정하는 것이 보통이지만 전기간의 모의결과를 평가하기 위해 1983년부터 2001년까지 기간중 보정 기간을 1989년~1991년 3년간으로 설정하였고, 검정 기간을 전기간으로 하였다.
- 강우시에는 직접유줄량과 기저 유줄량을, 무강우시에는 기저 유줄량을계산하여 총 유출량을 모의 발생 시작일부터 종료일까지 기간은 무한대로 연속적으로 계산할 수 있게 구성되어 있다. 입력 자료는 일별 강우량 계기 증발량이다.
이론/모형
- DAWAST 모형을 선정하여 용수수요를 고려한 경우 유출 모의의 적용성을 판단하였다. 대청댐 유입량 자료를 이용하여 분석하였으며, 1983년부터 2001년까지 19년간 연평균하여 강우량은 1184.
- DAWAST 모형의 추적 매수변수는 상수화시켜 놓았으며, 결정될 매수변수는 5개의 물수지 매개변수이다. DAWAST 모의 시스템(노재경, 1999)에는 매개변수추정 빙「법인 Simplex 빙-법(Nelder and Mead, 1965) 이 탑재되어 있다.
- 있다. 그러나, 여기서는 DAWAST 모의 시스템(노재경, 1999)에 탑재되어 있는 최적화 기법인 Simplex 방법에 의해 매개변수를 결정하였다.
- 하류 등 위치에 따라 다양하게 나타난다. 그러나, 용수수요의 적용 가능성 평가를 위해 수자원 장기종합계획(2000)에 적용한 값을 사용하였다. 생공용수의 회귀율은 추정 일 생공용수 수요량의 65 %, 농업용수의 회귀율은 모의한 일 농업용수 수요량의 35 % 를적용하고, DAWAST 모형에 의한 유량을 더하여 매개변수를 결정하였다 또한 생공용수는 빠르게 농업용수는 느리게 회귀수로 반응한다고 볼 수 있으나 정확한 시간을 알기 위해서는 면밀한 실험에 의하여야 하지만 생공용수는 하루 중에 반영되는 것으로 보았고 농업용수는.
- 모의 결과의 평가방법으로 이상호 등(2003)은 평균편차 비율, 오차비율추정량 Nash- Sutcliffe 효율, 유출 체적비 등을 사용하였으며, 강민구 등(2002)은 상관계수 표준오차, 평균편차비율, Nash-Sutcliffe 효유모형 지속효율, 상대오차 등을 사용하였다. 이 연구에서는 용수수요를 고려하였을 때 전체 유출체적의 비교를 위해 유출체적비인 모의/관측 유출비율을 살펴보고, 일별 순별 관측-모의 등가선에 의해 모의 결과를 평가하였다.
- 토양수분저류에 의한 유출 모의 개념을 DAWAST 모형에 처음 도입한 이후 TPHM 모형(김현준, 2001) 에서 쌍곡선 함수에 의해 이를 도입하였고, SWAT 모형(김철 겸과 김현준, 2003 등)에서는 CN 값으로 이를 표현하고 있다. 토양수분저류에 의해 유출모의를 획기적으로 개선한 부분은 분명하지만 아직 개선할 부분이 남아 있다.
성능/효과
- DAWAST 모형은 일별 토양수분변화에 근거하고 있으며, 기본 구조를 그대로 둔 상태로 유출 모의에서 용수 수요의 적용 가능성을 살펴본 결과 기존 DA- WAST 모형에 의한 결과보다 양호한 결과를 얻었다. 대청댐 유입량의 19년간의 충분한 자료를 분석하여 얻은 성과로 판단해 볼 때 유-출모의에 용수수요 적용 가능성은 충분하다고 판단할 수 있다.
- 결정된 매개변수에 의해 모의한 예는 그림 13과 같으며, 1116.3 mm 의 강우에 541.0 mm 의 유입량^ 모의되어 용수수요를 고려한 경우의 586.6 mm 에 비해 45.6 mm 가 적게 나타났으며, 관측 유입량 580.5mm 에 대한 비율도 93 2 % 로 용수수요를 고려한 경우의 101.0 % 에 비해 낮은 값을 보여주었다 그러나 수문곡선 형상은 홍수기 평수기 모두 용수 수요를 고려한 경우와 마찬가지로 양호한 값을 나타내고 있다. 1983년~2001년 연평균한 값은 강우량 1184.
- 유출 모의의 적용성을 판단하였다. 대청댐 유입량 자료를 이용하여 분석하였으며, 1983년부터 2001년까지 19년간 연평균하여 강우량은 1184.6 mm, 관측 유입량은 667.3 mm 이었으며, 용수수요를 고려한 경우 모의 유입량은 652.6 mm, 고려하지 않은 경우 모의유입량은 606.8 mm 로 나타났으며, 모의/관측 유입량 비율은 각각 97.8 %, 90.9 %로 나타났다. 즉, 용수 수요를 고려한 경우가 관측값에 보다 가깝게 접근하는 결과와 수문곡선 형상도 용수수요를 고려하지 않은 기존모형과 거의 유사하게 나타났으며, 일별 순별 관측 모의 유출량 등가선 비교에서도 유사한 결과로부터 판단해 볼 때 유출 모의에 용수수요의 적용가능성은 충분하다고 판단한다.
- 얻었다. 대청댐 유입량의 19년간의 충분한 자료를 분석하여 얻은 성과로 판단해 볼 때 유-출모의에 용수수요 적용 가능성은 충분하다고 판단할 수 있다.
- 또한 최근 토양수분저류에 기반을 둔 SWAT 모형, TPHM 모형, DAWAST 모형 등 유출 모형이 각광을 받고 있으며, 용수수요를 토양수분저류의 수지 계산에 직접 적용할 여지도 있다는 가능성을 발견하였다. 수자원 계획에서 분산형 물리적 모형 보다는 개념적 집중형 모형이 지금까지 실무 적용에서 선호하고 있다는 사실로부터 개념적 모형의 발전도 추진해야 할 일이다.
- 그러나, 용수수요의 적용 가능성 평가를 위해 수자원 장기종합계획(2000)에 적용한 값을 사용하였다. 생공용수의 회귀율은 추정 일 생공용수 수요량의 65 %, 농업용수의 회귀율은 모의한 일 농업용수 수요량의 35 % 를적용하고, DAWAST 모형에 의한 유량을 더하여 매개변수를 결정하였다 또한 생공용수는 빠르게 농업용수는 느리게 회귀수로 반응한다고 볼 수 있으나 정확한 시간을 알기 위해서는 면밀한 실험에 의하여야 하지만 생공용수는 하루 중에 반영되는 것으로 보았고 농업용수는. 10 일 지체시켜 적용하였다.
- 용수수요를 고려한 경우와 똑같이 보정기간을 1989 년~1991년 검정기간을 1983년~2002년으로 설정하여 일별, 순별 관측-모의 유입량 등가선을 작성하였으며, 그림 14, 그림 15는 각각 보정기간에 대한 일별 순별 등 가선으로서 순별 등가선은 45°선을 중심으로 비교적 편차가 적게 고르게 분포하였으나 일별 등가선은 편차가 순별에 비해 크게 나타났다 RMSE는 각각 1.71, 6.92 mm 로 나타났으며, 용수수요를 고려한 경우와 일별값은 같았고 순별값은 오히려 작은 값을 보여주었다 그림 15, 그림 16은 각각 검정기간에 대한 일별 순별 등가선으로서 보정기간과 마찬가지로 순별 등가선은 45°선을 중심으로 비교적 편차가 작고 고르게 분포 하였으나 용수수요를 고려한 경우와 마찬가지로 일별 등가 선은 편차가 순별에 비해 크게 나타났으며, RMSE 는 각각 2.04, 7.25 mm 이었다
- 자료수집현황을 고려하여 분석기간은 1983년에서 2001년까지로 하였으며, 그림 4는 논 용수의 일별 담수심과 수요량 변화를 중첩X킨 것으로서 생육 시기별로 수요량 변화가 크게 나타났다
- 전기간 평균한 결과는 표 2와 같으며, 강우량 1184.6 mm 에 관측 유입량 667.3 mm, 모의 유입량 652.6 mm 를 나타내 모의/관측 유입량 비율은 97.8 % 를 보여주었다.
- 9 %로 나타났다. 즉, 용수 수요를 고려한 경우가 관측값에 보다 가깝게 접근하는 결과와 수문곡선 형상도 용수수요를 고려하지 않은 기존모형과 거의 유사하게 나타났으며, 일별 순별 관측 모의 유출량 등가선 비교에서도 유사한 결과로부터 판단해 볼 때 유출 모의에 용수수요의 적용가능성은 충분하다고 판단한다. 아울러 용수수요의 적용 가능성을 확인하였다는 것은 자연유출 모의 모형으로의 발전 가능성도 크다고 할 수 있다
- 편차가 순별에 비허 크게 나타났다. 평균오차 제곱근(Root Mean Square Error, RMSE)은 각각 1.71, 7.29 mm 로 나타났으며, 용수수요를 고려하지 않은 유출모의 값과 비교할 것이며 이 값은 작게 나올수록 모의결과가 양호한 것으로 판단한다. 그림 10, 그림 11은 각각 검정기간에 대한 일별 순별 등 가선으로서 보정기간과 마찬가지로 순별 등가선은 45°선을 중심으로 비교적 편차가 작고 고르게 분포하였으나 일별 등가 선은 편차가 순별에 비해 크게 나타났으며, RMSE는 각각 2.
후속연구
- 그러므로 유효우량은 식(4)와 같이 나타낼 수 있다. 그러나 실제 논에서 담수심의 변화는 당일의 강우량과 필요수량 및 담수심의 관계에서 구해야 하며 이는 가정한 물꼬높이 Dmax 및 상시관리 담수심 Dmin에의해 제한된다.
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