본 연구에서는 도시하천의 건천화 방지를 위한 지속가능한 수자원계획을 수립하기 위한 절차를 Heathcote가 제안한 다음과 같은 7단계를 토대로 제시하였다. 단계별 절차는 (1) 유역의 물순환 관련 요소 파악, (2) 문제점 도출 및 우선순위의 결정, (3) 분명하고 구체적인 목표의 설정, (4) 모든 대안의 제시, (5) 가능한 대안의 선별, (6) 선별된 대안의 효과분석, (7) 최종대안의 수립으로 이루어져 있다. 대상 유역의 정량적인 평가를 위한 건천화 지수 산정(2단계)과 대안의 효과 평가(7단계)에 지속가능한 개발 개념인 PSR 모형을 사용하여 각각의 인자를 결정할 것을 제안하였으며, 정량적인 평가에는 복합계획법의 사용을 제안하였다. 구체적인 목표 설정(3단계)을 위해 국내에서 이수관리를 위해 고시하고 있는 하천유지유량을 PHABSIM과 갈수량 산정방식을 이용하여 결정하도록 하였으며, 대안들의 효과 분석(6단계)에는 정확한 연속유출모의뿐만 아니라 토지이용 변화, 저수지 건설 및 운영 등의 대안을 모의할 수 있는 SWAT과 같은 정밀한 수문모형을 제안하였다. 제안된 절차는 다음 논문을 통해서 안양천 중상류 유역에 적용될 것이다.
본 연구에서는 도시하천의 건천화 방지를 위한 지속가능한 수자원계획을 수립하기 위한 절차를 Heathcote가 제안한 다음과 같은 7단계를 토대로 제시하였다. 단계별 절차는 (1) 유역의 물순환 관련 요소 파악, (2) 문제점 도출 및 우선순위의 결정, (3) 분명하고 구체적인 목표의 설정, (4) 모든 대안의 제시, (5) 가능한 대안의 선별, (6) 선별된 대안의 효과분석, (7) 최종대안의 수립으로 이루어져 있다. 대상 유역의 정량적인 평가를 위한 건천화 지수 산정(2단계)과 대안의 효과 평가(7단계)에 지속가능한 개발 개념인 PSR 모형을 사용하여 각각의 인자를 결정할 것을 제안하였으며, 정량적인 평가에는 복합계획법의 사용을 제안하였다. 구체적인 목표 설정(3단계)을 위해 국내에서 이수관리를 위해 고시하고 있는 하천유지유량을 PHABSIM과 갈수량 산정방식을 이용하여 결정하도록 하였으며, 대안들의 효과 분석(6단계)에는 정확한 연속유출모의뿐만 아니라 토지이용 변화, 저수지 건설 및 운영 등의 대안을 모의할 수 있는 SWAT과 같은 정밀한 수문모형을 제안하였다. 제안된 절차는 다음 논문을 통해서 안양천 중상류 유역에 적용될 것이다.
This study proposed a new procedure of sustainable water resources planning to prevent the urban streamflow depletion, based on the Heathcote's study in 1998: (1) to understand the watershed component and processes, (2) to identify and quantify problems within the watershed, (3) to set clear and spe...
This study proposed a new procedure of sustainable water resources planning to prevent the urban streamflow depletion, based on the Heathcote's study in 1998: (1) to understand the watershed component and processes, (2) to identify and quantify problems within the watershed, (3) to set clear and specific goals, (4) to develop a list of management options, (5) to eliminate infeasible options, (6) to test the effectiveness of remaining feasible options, and (7) to develop the final options. PSR(Presure-State-Response) concept was used for the determination of indicators of PSD(Potential Streamflow Depletion; step 2) and effect equation (step 7) and composite programming for the calculation of PSD. The instreamflow requirement was proposed as clear and specific goal (step 3) and was determined by the larger of the PHABSIM's environmental flow and the drought flow. A continuous rainfall-runoff model is necessary to test the effectiveness of alternatives. It should estimate not only the exact runoff but also the effect of landuse change, reservoir, infiltration facility and so on like SWAT(Soil and Water Assessment Tool). The proposed procedure will be applied on the corresponding paper.
This study proposed a new procedure of sustainable water resources planning to prevent the urban streamflow depletion, based on the Heathcote's study in 1998: (1) to understand the watershed component and processes, (2) to identify and quantify problems within the watershed, (3) to set clear and specific goals, (4) to develop a list of management options, (5) to eliminate infeasible options, (6) to test the effectiveness of remaining feasible options, and (7) to develop the final options. PSR(Presure-State-Response) concept was used for the determination of indicators of PSD(Potential Streamflow Depletion; step 2) and effect equation (step 7) and composite programming for the calculation of PSD. The instreamflow requirement was proposed as clear and specific goal (step 3) and was determined by the larger of the PHABSIM's environmental flow and the drought flow. A continuous rainfall-runoff model is necessary to test the effectiveness of alternatives. It should estimate not only the exact runoff but also the effect of landuse change, reservoir, infiltration facility and so on like SWAT(Soil and Water Assessment Tool). The proposed procedure will be applied on the corresponding paper.
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문제 정의
오히려 이러한 10가지 항목만으로는 도시유역의 경우 정확한 물순환 과정을 파악하기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 수문모형을 이용한 물순환의 파악, 강우시 유출수의 농도를 직접 측정하여 산정한 유량가중 평균농도(Event Mean Concentration, EMC) 의 파악 등을 제안한다. 앞의 10가지 자료는 유역에 대한 일반적인 정보를 제공하는데 반해 추가된 두 가지는 유역의 물순환 중 수량과 오염물질에 대해 정량적으로 파악할 수 있게 해 주어 구체적인 문제점까지 정량화할 수 있게 한다.
본 연구의 선행연구인 이길성 등(2006a)에서는 도시하천의 유역통합관리를 위한 접근법을 제시한 바가 있다. 따라서 본 연구에서는 전형적인 도시하천 유역을 대상으로 유역통합관리 이론을 적용하여 건천화 방지를 위한 지속가능한 수자원 계획 (Sustainable Water Resources Planning, SWRP)을 수립하기 위한 구체적인 절차 및 이론을 제시하였다.
본 연구의 목적은 건천화 방지로 설정되었으므로 하천관리를 위해 이수기에 설정하는 하천유지유량 (instreamflow requirement)을 구체적인 목표로 하였다. 하천유지유량은 하천에 흘러야 할 최소유량으로 정의된다.
제안 방법
대상 유역의 정량적인 평가를 위한 건천화 지수 산정(2단계)과 대안의 효과 평가(7단계) 에 지속가능한 개발 개념인 PSR 모형을 사용하여 각각의 인자를 결정할 것을 제안하였으며 정량적인 평가에는 복합계획법의 사용을 제안하였다. 구체적인 목표 설정(3단계)을 위해 국내에서 이수관리를 위해 제정하고 있는 하천유지유량을 PHABSIM과 갈 수량 산정방식을 이용하여 산정하도록 하였으며, 대안들의 효과분석(6단계)에는 정확한 연속유출모의뿐만 아니라 토지이용 변화, 저수지 건설 및 운영, 침투증진 시설 등의 대안을 모의할 수 있는 SWAT과 같은 수문 모형을 제안하였다. 제안된 절차는 안양천 중상류 유역에 적용되었다(이길성 등, 2006).
대상 유역의 경우 이러한 문제를 해결하기 위한 유역관리의 목적을 건천화 방지로 결정하고 이를 위해 유역통합관리 원리에 입각하여 지속가능한 수자원계획 절차를 개발하였다. 대상 유역의 정량적인 평가를 위한 건천화 지수 산정(2단계)과 대안의 효과 평가(7단계) 에 지속가능한 개발 개념인 PSR 모형을 사용하여 각각의 인자를 결정할 것을 제안하였으며 정량적인 평가에는 복합계획법의 사용을 제안하였다.
대상 유역의 경우 이러한 문제를 해결하기 위한 유역관리의 목적을 건천화 방지로 결정하고 이를 위해 유역통합관리 원리에 입각하여 지속가능한 수자원계획 절차를 개발하였다. 대상 유역의 정량적인 평가를 위한 건천화 지수 산정(2단계)과 대안의 효과 평가(7단계) 에 지속가능한 개발 개념인 PSR 모형을 사용하여 각각의 인자를 결정할 것을 제안하였으며 정량적인 평가에는 복합계획법의 사용을 제안하였다. 구체적인 목표 설정(3단계)을 위해 국내에서 이수관리를 위해 제정하고 있는 하천유지유량을 PHABSIM과 갈 수량 산정방식을 이용하여 산정하도록 하였으며, 대안들의 효과분석(6단계)에는 정확한 연속유출모의뿐만 아니라 토지이용 변화, 저수지 건설 및 운영, 침투증진 시설 등의 대안을 모의할 수 있는 SWAT과 같은 수문 모형을 제안하였다.
특히 1단계의 경우 정확한 수문모형을 구축하여 물 및 오염물질 순환을 분석하는 등 정확한 현황을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서 제안하는 건천화 방지를 위한 지속가능한 수자원 계획 수립 절차는 Fig. 1과 같으며 각각의 단계를 국내 실정에 맞게 변형하여 제안하였다. 특히 1단계의 유역현황 파악을 위한 SWAT 및 PLOAD의 적용, 2단계의 유역의 상태평가 지수 산정, 3 단계의 하천유지유량 산정, 4단계의 최근의 다양한 대안, 5단계의 대안의 선택, 6단계의 SWAT을 이용한 대안의 효과 평가, 7단계의 효과 지수 산정을 구체적으로 제시하였다.
Yurdusev and O'Connel(2005a, b)은 수자원 계획을 수립할 때 복합계획법을 사용하여 환경에 대한 영향을 고려하는 방법론을 개발하고 이를 적용한 결과를 제시하였다. 본 연구에서는 이러한 복합계획법을 사용하여 대상 유역의 중유역들의 취약성을 정량화하고 순위 및 등급을 산정하였다.
(1987)은 수자원 개발문제에서 통합환경평가를 위해 이러한 복합계획법을 이용하여 종합적으로 의사결정을 하는 방법을 개발하였다. 이 방법을 Istvan and Andras(2003) 가 GUKGraphic User Interface) 를 보완하여 JESEW(Joint Ecological and Socio-economic Evaluation of Water resources development)를 구축하였다. Lee et al.
여기서 HRU란 수문반응단위로 SWAT 모형 계산의 기본단위이다. 전체적인 토양도와 토지이용도를 구축한 후 DEM(Digital Elevation Model) 구축 시 분할한 격자(cell) 크기에 맞추어 토양도와 토지이용도를 분할한다. 격자 안에는 각각 지형자료와 토지이용자료 및 토양자료가 입력되는데 이러한 각각의 격자를 HI2라고 한다.
1과 같으며 각각의 단계를 국내 실정에 맞게 변형하여 제안하였다. 특히 1단계의 유역현황 파악을 위한 SWAT 및 PLOAD의 적용, 2단계의 유역의 상태평가 지수 산정, 3 단계의 하천유지유량 산정, 4단계의 최근의 다양한 대안, 5단계의 대안의 선택, 6단계의 SWAT을 이용한 대안의 효과 평가, 7단계의 효과 지수 산정을 구체적으로 제시하였다. 각각의 단계별 내용은 다음과 같다.
이론/모형
하지만 건천화 방지를 위한 하천관리를 위해서 제도적으로 정해진 지역별 위험도를 산정하는 방법이 없으므로 본 연구에서는 이길성 등(2006a) 에서 제안한 건천잠재능 (Potential Streamflow Depletion, PSD) 을 사용하기로 하였다. PFD에서 사용한 지속가능한 개발(sustainable development) 지표인 압력-상태-반응(Pressure-State- Response, PSR; OECD, 1993) 모형을 이용하여 건천 잠재 능을 산정하기 위한 인자를 결정하였다. 또 지수 산정방식은 다기준 의사결정 이론 중 하나인 복합계획법 (composite programming; Bardossy and Bogardi, 1983)을 사용하였다.
다양한 연구(이길성 등, 2006b; 신문주, 2006; 신현석과 강두기, 2006; 정은성 등, 2006)에서 다양한 국내유역에 대한 SWAT 모형의 적용성을 인정받았으므로 이를 사용하였다.
PFD에서 사용한 지속가능한 개발(sustainable development) 지표인 압력-상태-반응(Pressure-State- Response, PSR; OECD, 1993) 모형을 이용하여 건천 잠재 능을 산정하기 위한 인자를 결정하였다. 또 지수 산정방식은 다기준 의사결정 이론 중 하나인 복합계획법 (composite programming; Bardossy and Bogardi, 1983)을 사용하였다.
이때 각 기본지표는 단위가 서로 다른 문제를 해결하기 위해 무차원화 시킨다. 본 연구에서 사용된 무 차원 화방 법은 이상점접근법 (ideal point approach)으로 각 인자의 무차원화를 위해 Eq. (5)를 사용하였다.
본 연구에서는 OECD가 개발한 가능성을 평가할 수 있는 개념모형인 PSR 모형을 이용하였다. PSR 모형의 기본 개념은 Fig.
본 연구에서는 현재 하천유지유량 산정을 위해 가장 널리 사용되고 있는 김규호 등(1996)이 제시한 다음과 같은 절차를 토대로 목표유량을 결정하였다.
유역통합관리의 이론을 실제로 적용하기 위해 Heathcote(1998)가 제안한 일반적인 유역관리 계획을 위한 단계별 절차를 도입하였다. 단계별 절차는 (1) 유역의 물순환 관련 요소 파악, (2) 문제점 도출 및 우선순위의 결정, (3) 분명하고 구체적?! 목표의 설정, (4) 모든 대안의 제시, (5) 가능한 대안의 선별, (6) 선별된 대안의 효과분석, (7) 최종대안의 수립으로 이루어져 있다.
하지만 건천화 방지를 위한 하천관리를 위해서 제도적으로 정해진 지역별 위험도를 산정하는 방법이 없으므로 본 연구에서는 이길성 등(2006a) 에서 제안한 건천잠재능 (Potential Streamflow Depletion, PSD) 을 사용하기로 하였다. PFD에서 사용한 지속가능한 개발(sustainable development) 지표인 압력-상태-반응(Pressure-State- Response, PSR; OECD, 1993) 모형을 이용하여 건천 잠재 능을 산정하기 위한 인자를 결정하였다.
HEC-L은 1 년 이상의 연속유출 모의가 불가능하며, SSARR는 집중형 모형으로 GIS 모형과의 연동이 불가능하고, SWMM은 분산형 모형으로 하수관거를 포함하여 모의가 가능하지만 GIS 모형과 연동이 불가능하여 유역의 특성을 상세하게 반영하기 어려우며, HSPF는 GIS 모형과 연동이 가능하지만 건기 모의시 가장 중요한 토양의 상태를 상세하게 반영하지 못한다. 하지만 분산형, 물리적 기반모형인 SWAT 은 GIS로 구축된 토양, 토지이용, 수치지형도를 입력자료로 사용하여 자세하고 정확한 모의가 가능하므로 본연구에서는 SWAT 모형을 선정하였다.
후속연구
제안된 절차는 안양천 중상류 유역에 적용되었다(이길성 등, 2006). 이러한 연구는 향후 치수, 이수, 수질관리 문제를 모두 고려하는 유역통합관리를 위한 수자원 계획을 수립하는데 응용될 수 있다.
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