본 연구는 기후변화가 유역의 유출량과 수자원에 미치는 영향을 조사하고 평가하는데 목적이 있다. 이를 위하여 먼저, YONU GCM의 제한실험과 점증실험을 실시하여 전구적 규모의 기후변화 시나리오를 작성하였으며, 통계학적 축소기법과 추계학적 일기발생기법을 이용하여 대상지점의 일 수문기상 시계열을 모의하였다. 이렇게 얻은 시계열자료를 2CO2 상황에서의 유출량자료로 변환하기 위해 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형에 입력하였다. 본 연구에서는 이 방법을 용담댐 유역에 적용하였으며, 그 결과, 기후변화시 연 평균 유출량의 경우 현재상황에 비해 약7.6％ 감소하는 것으로 모의되었으며, 계절적으로 볼 때 겨울철과 가을철에는 유출량이 증가하였으나 여름철에는 감소하였다. 그러나, 유출량의 계절적 패턴은 변화가 없는 것으로 모의되었다.
본 연구는 기후변화가 유역의 유출량과 수자원에 미치는 영향을 조사하고 평가하는데 목적이 있다. 이를 위하여 먼저, YONU GCM의 제한실험과 점증실험을 실시하여 전구적 규모의 기후변화 시나리오를 작성하였으며, 통계학적 축소기법과 추계학적 일기발생기법을 이용하여 대상지점의 일 수문기상 시계열을 모의하였다. 이렇게 얻은 시계열자료를 2CO2 상황에서의 유출량자료로 변환하기 위해 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형에 입력하였다. 본 연구에서는 이 방법을 용담댐 유역에 적용하였으며, 그 결과, 기후변화시 연 평균 유출량의 경우 현재상황에 비해 약7.6％ 감소하는 것으로 모의되었으며, 계절적으로 볼 때 겨울철과 가을철에는 유출량이 증가하였으나 여름철에는 감소하였다. 그러나, 유출량의 계절적 패턴은 변화가 없는 것으로 모의되었다.
The main purpose of this study is to investigate and evaluate the impact of climate change on the runoff and water resources of Yongdam basin. First, we construct global climate change scenarios using the YONU GCM control run and transient experiments, then transform the YONV GCM grid-box prediction...
The main purpose of this study is to investigate and evaluate the impact of climate change on the runoff and water resources of Yongdam basin. First, we construct global climate change scenarios using the YONU GCM control run and transient experiments, then transform the YONV GCM grid-box predictions with coarse resolution of climate change into the site-specific values by statistical downscaling techniques. The values are used to modify the parameters of the stochastic weather generator model for the simulation of the site-specific daily weather time series. The weather series fed into a semi-distributed hydrological model called SLURP to simulate the streamflows associated with other water resources for the condition of $2CO_2$. This approach is applied to the Yongdam dam basin in southern part of Korea. The results show that under the condition of $2CO_2$, about 7.6％ of annual mean streamflow is reduced when it is compared with the observed one. And while Seasonal streamflows in the winter and autumn are increased, a streamflow in the summer is decreased. However, the seasonality of the simulated series is similar to the observed pattern.
The main purpose of this study is to investigate and evaluate the impact of climate change on the runoff and water resources of Yongdam basin. First, we construct global climate change scenarios using the YONU GCM control run and transient experiments, then transform the YONV GCM grid-box predictions with coarse resolution of climate change into the site-specific values by statistical downscaling techniques. The values are used to modify the parameters of the stochastic weather generator model for the simulation of the site-specific daily weather time series. The weather series fed into a semi-distributed hydrological model called SLURP to simulate the streamflows associated with other water resources for the condition of $2CO_2$. This approach is applied to the Yongdam dam basin in southern part of Korea. The results show that under the condition of $2CO_2$, about 7.6％ of annual mean streamflow is reduced when it is compared with the observed one. And while Seasonal streamflows in the winter and autumn are increased, a streamflow in the summer is decreased. However, the seasonality of the simulated series is similar to the observed pattern.
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문제 정의
본 연구에서는 기후변화가 용담댐 유역의 수자원에 미치는 영향을 평가하기 위해 앞 절에서 기후변화시나리오와 WGEN을 통해 모의된 일 수문기상자료를 입력자료로 하여 강수-유출모의를 실시하였다. 서론에서 언급한 바와 같이 문헌과 연구사례 조사를 통해 적절한 유출모형 을 선 택 하였다.
또한, 강우-유출모형인 SAC-SMA 모형과 연계하여 사용된 적도 있다(Dubrovsky, 2001). 본 연구에서는 용담댐 유역의 장수, 무주, 진안, 계북 관측소에 대하여 YONU GCM의 기후모의실험 기간과 동일한 20년치의 일 강수량과 최고 최저 기온을 모의하였다. 표 1은 축소기법을 이용하여 얻은 용담댐 유역의 기후변화시나리오를 수록한 것이며, 그림 2와 3은 각 지점별 모의결과 중 장수와 무주지점을 나타낸 것이다.
가설 설정
유출량을 모의하였다. 이때 SLURP 모형의 매개변수는 현재의 지상학적 인자가 미래에도 변화가 없다는 가정 하에서 앞 절에서 추정된 현재의 매개 변수를 이용하였다. 그림 8은 SLURP 모형에 의해 모의된 2CO2 상황에서의 유출량 수문곡선을 나타낸 것이다.
제안 방법
(2) SLURP 모형을 이용하여 용담댐 유역에서 1996 년부터 1998년까지의 일 유출모의를 실시하여 최적 매개변수를 추정하였다. 또한, 관측 유출량과 비교해 본 결과 SLURP 모형의 모의 유출량이 관측치를 잘 재현함을 확인하였다.
1CO2 제어실험(control run)과 2CO2 배증실험을 실시하였으며, 현재의 CO2의 농도는 345ppm으로 처방하였다. 또한, 2C6의 상황의 점증실험은 CO2의 농도를 매년 1%씩 증가시켜 70년이 되는 해(ITOC, 1996)에 CO 2가 배증되도록 적분하였으며, CO 2가 배증되는 70년을 전후로 하여 61년부터 80년까지의 20년 기간에 대한 기후를 추정하였다.
즉, YONU GCM의 기후변화실험에 의해 작성된 우리나라의 기후변화 시나리오를 전이함수 모형 (Wilby 등, 2001)을 이용하여 용담댐 유역의 기후변화 시나리오로 축소 (downscaling)하였으며, 이 시나리오를 이용하여 일기발생모형 (Weather Generation model, WGEN) (Dubrovsky, 2001)의 매개변수를 수정, 2CO2 상황의 일 수문시계열자료를 모의하였다. 또한 여기서 작성된 일 수문기상 시계열을 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형에 입력하여 기후변화가 용담댐 유역의 유출량 및 수자원에 미치는 영향을 평가하였다. 그림 1은 본 연구의 절차를 도식적으로 표현한 것이다.
또한, 2C6의 상황의 점증실험은 CO2의 농도를 매년 1%씩 증가시켜 70년이 되는 해(ITOC, 1996)에 CO 2가 배증되도록 적분하였으며, CO 2가 배증되는 70년을 전후로 하여 61년부터 80년까지의 20년 기간에 대한 기후를 추정하였다. 그러므로, 본 연구에서 실시한 기후변화실험의 기간은 현재( ICO2 )는 1961년 부터 1980년이며 미래 ( 2CO2 )는 2031년부터 2050년을 의미한다.
적용성을 확인하였다. 또한, 2CO2상황에서의 일 강수량, 최고, 최저 온도 자료를 SLURP 모형에 입력자료로 이용하여 2CC)2상황에서의 일 유출 모의를 실시하였으며, 이수관련 계획변수를 추정할 경우 현재와 기후변화 시 어떠한 차이가 있는지를 판단하고자 유황분석을 실시하였다. 본 연구의 내용을 요약하면 다음과 같다.
또한, 월 유출량의 경우 7월과 8월의 유출량은 감소하였고 계절별 유출량은 겨울철과 가을철에 관측 유출량보다 증가하였으며 여름철에는 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 산정된 모의일 유출량 자료를 이용하여 이수관련 계획변수를 추정할 경우 현재와 기후변화시 어떠한 차이가 있는지를 판단하고자 용담수위표 지점의 관측 일 유출량 자료 (1963.1.1 〜 1998.12.31)와 모의 일 유출량 자료(2031.1. 1~2050.12.31)를 이용하여 유황분석 결과를 비교하여 보았으며 표 2와 그림 11은 그 결과를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 기후변화시 관측치에 비해 평균 풍수량과 평수량은 작아지는 반면에 평균 갈수량이 커짐을 알 수 있다.
본 연구에서는 YONU GCM에 의한 기후변화 실험을 실시한 후 통계학적 축소기법과 일기발생 모형 (WGEN)을 이용하여 일 강수량 및 일 최고 온도, 일 최저 온도 자료를 모의하였으며, SLURP 모형을 일 유출모형으로 선택한 후 용담댐 유역에 적용하여 국내 유역에서의 적용성을 확인하였다. 또한, 2CO2상황에서의 일 강수량, 최고, 최저 온도 자료를 SLURP 모형에 입력자료로 이용하여 2CC)2상황에서의 일 유출 모의를 실시하였으며, 이수관련 계획변수를 추정할 경우 현재와 기후변화 시 어떠한 차이가 있는지를 판단하고자 유황분석을 실시하였다.
본 연구에서는 용담댐 유역을 대상으로 YONU- GCM에 의한 기후모의 실험과 통계학적 축소기법을 통해 얻은 수문기상자료를 준 분포형 강우-유줄모형인 SLURP 모형에 입력 자료로 사용하여 유출량을 산정한후 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 분석하였다. 즉, YONU GCM의 기후변화실험에 의해 작성된 우리나라의 기후변화 시나리오를 전이함수 모형 (Wilby 등, 2001)을 이용하여 용담댐 유역의 기후변화 시나리오로 축소 (downscaling)하였으며, 이 시나리오를 이용하여 일기발생모형 (Weather Generation model, WGEN) (Dubrovsky, 2001)의 매개변수를 수정, 2CO2 상황의 일 수문시계열자료를 모의하였다.
본 절에서는 앞에서 작성된 2CO2 상황에서의 일 강수량, 일 최고기온, 일 최저기온 그리고 일 일사량 자료를 SLURP 모형에 입력자료로 사용하여 2CO2 상황에서의 유출량을 모의하였다. 이때 SLURP 모형의 매개변수는 현재의 지상학적 인자가 미래에도 변화가 없다는 가정 하에서 앞 절에서 추정된 현재의 매개 변수를 이용하였다.
하여 강수-유출모의를 실시하였다. 서론에서 언급한 바와 같이 문헌과 연구사례 조사를 통해 적절한 유출모형 을 선 택 하였다. 2CC)2 상황에 서 의 유출모의를 위해 기존 국내외의 연구성과나 유출모형의 인지도, 그리고 연구의 적합성 등을 고려하여 SLURP 모형을 선정하였다(김병식 등, 2003).
즉, YONU GCM의 기후변화실험에 의해 작성된 우리나라의 기후변화 시나리오를 전이함수 모형 (Wilby 등, 2001)을 이용하여 용담댐 유역의 기후변화 시나리오로 축소 (downscaling)하였으며, 이 시나리오를 이용하여 일기발생모형 (Weather Generation model, WGEN) (Dubrovsky, 2001)의 매개변수를 수정, 2CO2 상황의 일 수문시계열자료를 모의하였다. 또한 여기서 작성된 일 수문기상 시계열을 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형에 입력하여 기후변화가 용담댐 유역의 유출량 및 수자원에 미치는 영향을 평가하였다.
이론/모형
서론에서 언급한 바와 같이 문헌과 연구사례 조사를 통해 적절한 유출모형 을 선 택 하였다. 2CC)2 상황에 서 의 유출모의를 위해 기존 국내외의 연구성과나 유출모형의 인지도, 그리고 연구의 적합성 등을 고려하여 SLURP 모형을 선정하였다(김병식 등, 2003).
본 절에서는 통계학적 축소기법(statistical down- sacle techique)을 이용하여 유역규모의 기후변화시나리오를 작성하였으며, WGEN기법(Wilks, 1992)에 의하여 일 강수량 최고기온, 최저기온같은 기상 자료계열을 작성하기로 한다(김병식 등, 2003). 이 기법은 Richardson(1981)에 의해 개발되었으며 처음에는 단순히 정상상태 (stationarity) 기상변수를 추계학적으로 모의하기 위해 사용되었다.
성능/효과
(1) 용담유역의 기후변화 시나리오와 WGEN 모형을 이용하여 무주, 장수, 진안, 계북 지점에 대하여 각각일 강수량, 최고 온도, 최저 온도 자료계열을 20년치 모의하였으며 그 결과 온도의 경우 현재에 비해 약간 상승함을 확인할 수 있었다. 강수 사상의 경우 양적인 면에서는 거의 차이가 없었으나 습윤 지속기간은 길어지고 건조지속기간이 짧아짐을 확인하였다.
(3) SLURP 모형을 이용하여 2CC)2 상황에서의 용담 유역의 유출량을 모의하였으며, 그 결과 연 평균 유출량이 감소하였고 특히, 겨울철과 가을철의 유출량은 관즉 유줄량에 비해 증가하고 여름철은 감소하는 것으로 나타났다.
(4) 이수관련 계획변수를 추정할 경우 현재와 기후변화시 어떠한 차이가 있는지를 판단하고자 용담수위표 지점의 관측 일 유출량 자료(19631.1 〜 1998.12.31) 와 모의 일 유출량 자료(203L1.1 〜 2050.12.31) 를 이용하여 유황분석을 실시해 본 결과, 기후변화시 관측치에 비해 평균 풍수량과 평수량은 작아지는 반면에 평균 갈수량이 커짐을 알 수 있었다.
강수 사상의 경우 양적인 면에서는 거의 차이가 없었으나 습윤 지속기간은 길어지고 건조지속기간이 짧아짐을 확인하였다.
매개변수를 추정하였다. 또한, 관측 유출량과 비교해 본 결과 SLURP 모형의 모의 유출량이 관측치를 잘 재현함을 확인하였다.
참고문헌 (16)
김병식, 서병하, 김남원(2003). 전이함수 모형과 일기발생 모형을 이용한 유역규모 기후변화시나리오의 작성, 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회 제 36권 제 3호, pp. 345-363
한국건설기술연구원 (2000). 수차원계획의 최적화 연구 (IV) ; 기후변화에 따른 수자원계획의 영향 평가. 건설교통부
Dubrovsky, M. (2001). 'Interdiurnal And Interannual Variability in Stochastic Daily Weather Generator.; Modelling and the Role in Agricultural And Hydroligic Studies.' 8th international Meeting on the Statistical
IPCC, (1996). Climate Change 1995; Impacts, Adaptations And Mitigation of Climate Change
Kite, G.W., Dalton, A. and Dion,K. (1994) Simulation of streamflow in a macro-scale watershed using GCM data. Water Resources Research, Vol. 30, No. 5, pp. 1546-1559
Kite, G. W. and Haberlant, U. 91999). Atomospheric model data for macroscale hydrology, Journal of Hydrology, vol. 217, pp. 303-313
Miller, N. L. and Jin Won, Kim(2001). 'Coupled Precipitation-Streamflow Simulations at the GAME/HUBEX Site:Xixian Basin' Journal of the Meteorological Society of Japan., Vol(79), pp985-998
Richardson, C.W. (1981). 'Stochastic Simulation of Daily Precipitation, Temperature and Solar radiation.' Water Resources Research., Vol. 17, pp. 182-190
Wilby, R. L., Wigley, M. L., and Conway, D. (2001). 'Statistical downscaling of GCM simulations to Streamflow.' Journal of Hydrology., Vol. 252 pp. 221-263
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