준분포형 모형을 이용한 농업용 저수지가 안성천 유역의 유출모의에 미치는 영향 평가 Impact Assessment of Agricultural Reservoir on Streamflow Simulation Using Semi-distributed Hydrologic Model원문보기
장기유출 해석은 저수지와 댐의 용량 결정, 가뭄대책 수립, 하천유지유량 결정 등의 이수계획과 용수공급을 위한 댐 및 저수지의 물 관리, 수리권의 허가 및 조정, 용수 분쟁 조정 등의 하천 물 관리 실무와 하천, 호소의 수질예측 등에도 필수적이다. 이를 위해 수문학자들은 수자원관리를 목적으로 강우-유출 모형을 가장 널리 이용하고 있으나 실제 유역 내에 위치하고 있는 댐과 저수지 등과 같은 인위적 저류시설물에 대한 고려가 미흡한 실정이다. 각 저류시설물의 수용 및 방류 능력은 국부적으로는 저수지 하류에, 광역적으로는 유역 전체에 상당한 영향을 미칠 수 있으며 이러한 관점에서 볼 때 강우-유출 모형을 이용하여 유출해석 시 유역 내 포함된 저수지나 댐과 같은 시설물을 고려하여 모형을 구성하는 것이 타당하다. 본 연구에서는 과거 집중호우 등으로 홍수피해를 경험한 바가 있으며 농업용 저수지가 다수 위치한 안성천 유역을 대상으로 농업용 저수지가 유출해석에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 본 연구에서는 현재 홍수조절 능력에 대한 논란이 일고 있는 안성천 유역의 농업용 저수지를 고려하여 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형을 구성하고 농업용 저수지의 저류 효과에 따른 하류 지역에 대한 영향성을 검토하였으며, 유출해석 시 모형 내 저수지 반영 여부에 따른 차이에 대하여 비교 분석하였다. 모형 내 저수지를 고려하여 모의한 결과, 강우가 집중되지 않는 봄과 가을철에는 저류효과가 있는 것으로 나타났으나 강우가 매우 집중되는 시기에는 하류로의 유출이 더 크게 모의되어 저수지를 고려하지 않은 경우와 차이를 보였으며, 유황분석을 통해 저수지 유무에 따른 유량변동이 풍수량(95일)과 갈수량(355일)에서 특히 크게 분석되는 결과를 확인 할 수 있었다. 단, 본 연구에서 분석하고자 하는 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지의 자료는 안성천홍수예보시스템 개선(건설교통부, 2007b)에서 조사된 내용에 의거하여 각 저수지별 최대방류량을 입력 자료로 활용하였으므로 실제 저수지 운영에 따른 유출과 유황변동과는 차이가 있을 수 있음을 미리 밝히는 바이다.
장기유출 해석은 저수지와 댐의 용량 결정, 가뭄대책 수립, 하천유지유량 결정 등의 이수계획과 용수공급을 위한 댐 및 저수지의 물 관리, 수리권의 허가 및 조정, 용수 분쟁 조정 등의 하천 물 관리 실무와 하천, 호소의 수질예측 등에도 필수적이다. 이를 위해 수문학자들은 수자원관리를 목적으로 강우-유출 모형을 가장 널리 이용하고 있으나 실제 유역 내에 위치하고 있는 댐과 저수지 등과 같은 인위적 저류시설물에 대한 고려가 미흡한 실정이다. 각 저류시설물의 수용 및 방류 능력은 국부적으로는 저수지 하류에, 광역적으로는 유역 전체에 상당한 영향을 미칠 수 있으며 이러한 관점에서 볼 때 강우-유출 모형을 이용하여 유출해석 시 유역 내 포함된 저수지나 댐과 같은 시설물을 고려하여 모형을 구성하는 것이 타당하다. 본 연구에서는 과거 집중호우 등으로 홍수피해를 경험한 바가 있으며 농업용 저수지가 다수 위치한 안성천 유역을 대상으로 농업용 저수지가 유출해석에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 본 연구에서는 현재 홍수조절 능력에 대한 논란이 일고 있는 안성천 유역의 농업용 저수지를 고려하여 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형을 구성하고 농업용 저수지의 저류 효과에 따른 하류 지역에 대한 영향성을 검토하였으며, 유출해석 시 모형 내 저수지 반영 여부에 따른 차이에 대하여 비교 분석하였다. 모형 내 저수지를 고려하여 모의한 결과, 강우가 집중되지 않는 봄과 가을철에는 저류효과가 있는 것으로 나타났으나 강우가 매우 집중되는 시기에는 하류로의 유출이 더 크게 모의되어 저수지를 고려하지 않은 경우와 차이를 보였으며, 유황분석을 통해 저수지 유무에 따른 유량변동이 풍수량(95일)과 갈수량(355일)에서 특히 크게 분석되는 결과를 확인 할 수 있었다. 단, 본 연구에서 분석하고자 하는 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지의 자료는 안성천홍수예보시스템 개선(건설교통부, 2007b)에서 조사된 내용에 의거하여 각 저수지별 최대방류량을 입력 자료로 활용하였으므로 실제 저수지 운영에 따른 유출과 유황변동과는 차이가 있을 수 있음을 미리 밝히는 바이다.
Long-term rainfall-runoff modeling is a key element in the Earth's hydrological cycle, and associated with many different aspects such as dam design, drought management, river management flow, reservoir management for water supply, water right permission or coordinate, water quality prediction. In t...
Long-term rainfall-runoff modeling is a key element in the Earth's hydrological cycle, and associated with many different aspects such as dam design, drought management, river management flow, reservoir management for water supply, water right permission or coordinate, water quality prediction. In this regard, hydrologists have used the hydrologic models for design criteria, water resources assessment, planning and management as a main tool. Most of rainfall-runoff studies, however, were not carefully performed in terms of considering reservoir effects. In particular, the downstream where is severely affected by reservoir was poorly dealt in modeling rainfall-runoff process. Moreover, the effects can considerably affect overall the rainfallrunoff process. An objective of this study, thus, is to evaluate the impact of reservoir operation on rainfall-runoff process. The proposed approach is applied to Anseong watershed, where is in a mixed rural/urban setting of the area and in Korea, and has been experienced by flood damage due to heavy rainfall. It has been greatly paid attention to the agricultural reservoirs in terms of flood protection in Korea. To further investigate the reservoir effects, a comprehensive assessment for the results are discussed. Results of simulations that included reservoir in the model showed the effect of storage appeared in spring and autumn when rainfall was not concentrated. In periods of heavy rainfall, however, downstream runoff increased in simulations that do not consider reservoir factor. Flow duration curve showed that changes in streamflow depending upon the presence or absence of reservoir factor were particularly noticeable in ninety-five day flow and low flow.
Long-term rainfall-runoff modeling is a key element in the Earth's hydrological cycle, and associated with many different aspects such as dam design, drought management, river management flow, reservoir management for water supply, water right permission or coordinate, water quality prediction. In this regard, hydrologists have used the hydrologic models for design criteria, water resources assessment, planning and management as a main tool. Most of rainfall-runoff studies, however, were not carefully performed in terms of considering reservoir effects. In particular, the downstream where is severely affected by reservoir was poorly dealt in modeling rainfall-runoff process. Moreover, the effects can considerably affect overall the rainfallrunoff process. An objective of this study, thus, is to evaluate the impact of reservoir operation on rainfall-runoff process. The proposed approach is applied to Anseong watershed, where is in a mixed rural/urban setting of the area and in Korea, and has been experienced by flood damage due to heavy rainfall. It has been greatly paid attention to the agricultural reservoirs in terms of flood protection in Korea. To further investigate the reservoir effects, a comprehensive assessment for the results are discussed. Results of simulations that included reservoir in the model showed the effect of storage appeared in spring and autumn when rainfall was not concentrated. In periods of heavy rainfall, however, downstream runoff increased in simulations that do not consider reservoir factor. Flow duration curve showed that changes in streamflow depending upon the presence or absence of reservoir factor were particularly noticeable in ninety-five day flow and low flow.
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문제 정의
1. 본 연구에서는 안성천 유역 내 위치한 농업용 저수지의 저류효과를 평가하기 위하여 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지를 포함하여 일 유출량 모의를 실시하였다. 이 저수지 들은 현재 규칙적인 운영 규칙을 가지고 있지 않아 방류량 자료 확보에 무리가 있는 상태로 저수지 수위-면적/체적 곡선과 최대방류량과 제원을 이용하여 모형에 적용하였다.
4. 본 연구에서는 안성천 유역에 위치한 저수지를 SLURP모형에 적용여부에 따른 유량 변동을 살펴보기 위하여 유황 분석을 실시하였다. 각 확률에 대한 풍수량, 평수량, 저수량과 갈수량에 대한 비교 결과, 평수량, 저수량과 갈수량 (355일, 97.
이러한 관점에서 볼 때 수문모형을 이용한 유출 모의 시 유역 내 포함된 저수지나 댐과 같은 시설물을 반영하고 실제와 같은 상태에서 유역 전반을 평가하는 것이 타당하다. 본 연구에서는 과거 집중호우로 큰 피해가 발생하였으며 저수지가 다수 위치한 안성천 유역을 대상으로, 현재 저수지 수용 및 방류 능력을 평가하고 실제와 비교함으로써 실제 저류 효과와 하류 지역에 대한 영향성을 검토하였다.
본 연구에서는 국내외의 선행연구로부터 유출 모의 적용성이 검토된 바 있는 SLURP모형을 이용하여 안성천 유역에 위치한 농업용 저수지가 하천유황에 미치는 영향을 분석 하고자 하였다. 이를 위하여 안성천 유역을 47개 소유역으로 분할하고 TOPAZ로부터 지상학적, 물리적 매개변수를 추출 하였다.
본 연구에서는 유황분석을 통하여 SLURP모형 내 저수지 반영 여부에 따른 유량 변동을 살펴보았다. 그림 11은 각 지점별 유황곡선으로 그래프의 횡축은 확률(%), 종축은 저수지 유무에 따라 모의된 유량(cms)을 내림차순으로 정렬하여 나타낸다.
본 연구에서는 안성천 유역에 위치한 농업용 저수지를 SLURP모형에 반영하고 유역 특성에 따라 매개변수를 보정 하였다. 본 절에서는 유출 모의를 위하여 수문모형 적용 시저수지 반영 여부에 따른 결과를 비교함으로써 농업용 저수지가 유출에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
SLURP모형은 강수량, 증발산량, 유출량 등 모형 입/출력 값의 시공간적 분포를 추정할 수 있는 장점이 있다(김병식등, 2004). 이에 따라 본 연구에서는 안성천 유역에 큰 피해를 주었던 2006년에 대한 강우량과 유출량의 공간적 분포를 도시하였다. 그림 12는 2006년 여름철 강우의 공간적 분포를 나타낸 것으로 8월보다 6, 7월 특히, 7월 강우량이 더 많았던 것으로 나타났으며, 6월 7월 강우량(그림 12(a)와 (b))은 유역 전반에 많은 양의 강우가 발생된 것으로 나타나 8월(그림 12(c))과 차이를 보였다.
제안 방법
Kite(2000)는 터키 서부 Gediz유역에 위치한 댐, 저수지와 관개계획을 고려하여 소유역 분석을 실시하였으며, 이후 물 배분, 토지이용 및 기후변화, 댐 건설에 따른 환경과 수자원 영향을 평가하기 위하여 SLURP모형을 Mekong 강에 적용하였다(Kite, 2001). 또한, SLURP모형으로부터 남아프리카 Olifants유역 내 댐 또는 저수지가 미치는 영향을 판단하기 위하여 저수지를 고려하였을 때와 그렇지 않을 때로 구분하여 분석하였다. 국내에서는 권형중 등(2007)이 위성영상자료와 저수지 자료를 이용하여 농업가뭄을 평가하는데 SLURP모형을 적용하였으며, 박민지 등(2007)은 안성천 유역의 농업용 저수지 운영에 따른 수문학적 변동에 대하여 분석한 바 있다.
본 연구에서는 수원 기상관측소 외 6개 강우관측소(그림 3)와 지형자료를 SLURP모형에 적용하여 안성천 유역의 유출을 모의하였다. 매개변수 보정기간은 태풍 루사의 영향으로 강우량이 특히 집중되었던 2002년으로 하였으며 각 상류에 위치한 저수지의 영향을 받는 동연교와 공도 지점을 선정하였다. 매개변수 최적화를 위하여 유역 내 위치한 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지(그림 7)를 반영하였으며 SCEUA(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona)알고리즘 방법을 이용하였다.
유역에 위치한 농업용 저수지의 저류효과를 평가하기 위하여 저수지의 수위-면적/체적 곡선과 최대방류량을 이용하였으며 이후, SCE-UA알고리즘을 이용하여 매개변수를 최적화하였다. 보정된 매개변수를 이용하여 저수지 반영 여부에 따른 하류에서의 유출을 모의하였으며 특히, 안성천 유역에 강우가 집중되었던 2006년에 대한 일 유출 모의를 실시하고 이들의 시공간적 분포를 추정하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
모형 내 입력을 위하여 LAI Map을 이용하거나 SiB(Simple Bioshere Model) 작물 계수 분류에 따른 월별 NDVI로부터 계산할 수 있다(Kite, 2007). 본 연구에서는 MODIS 위성영상자료로부터 토지피복별 월별 엽면적 지수를 추출하여 이용하였다(그림 6).
본 연구에서는 수원 기상관측소 외 6개 강우관측소(그림 3)와 지형자료를 SLURP모형에 적용하여 안성천 유역의 유출을 모의하였다. 매개변수 보정기간은 태풍 루사의 영향으로 강우량이 특히 집중되었던 2002년으로 하였으며 각 상류에 위치한 저수지의 영향을 받는 동연교와 공도 지점을 선정하였다.
본 연구에서는 안성천 유역에 위치한 농업용 저수지를 SLURP모형에 반영하고 유역 특성에 따라 매개변수를 보정 하였다. 본 절에서는 유출 모의를 위하여 수문모형 적용 시저수지 반영 여부에 따른 결과를 비교함으로써 농업용 저수지가 유출에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
가-전이함수는 유역의 토양 상태에 따른 점토 (%), 실트(%), 모래(%) 비율과 단위중량(kg/m3 )을 고려하여 포장용수량(Field Capacity), 위조점(Wilting Point)과 같은 토양 특성을 계산하는 방법으로 토양 특성에 대한 관측, 추정 및 평가에 이용되고 있다(이도훈과 조성일, 2002). 본 연구에서는 안성천 유역의 토지피복별 토성을 분류하였으며, 이들 결과를 가-전이함수에 각각 입력하여 각 특성치를 계산 하여 표 1에 나타내었다.
수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하는 토지이용도(2000)를 이용하였으며 SLURP모형의 토양 특성에 따라 수역, 시가지화, 나지, 습지, 초지, 산림지, 농경지(논과 밭)와같이 총 7개로 분류하였다. 안성천 유역의 토지이용 현황을 분석한 결과 전체 유역에서 농경지가 약 45%, 산림지가 약 37%를 차지하는 것으로 나타났다(그림 4).
안성천 유역의 저수지 반영여부에 따른 유황곡선을 작성하기 위하여 동연교와 공도 지점을 모의결과를 이용하였다. 그림 11(a)는 동연교 지점으로 기간은 2002년부터 2004년까지로 풍수량의 경우는 저수지를 고려한 경우가 그렇지 않은 경우보다 유량이 더 많았던 반면, 평수량, 저수량과 갈수량은 저수지를 고려하지 않은 경우가 다소 큰 것으로 나타났다.
이를 위하여 안성천 유역을 47개 소유역으로 분할하고 TOPAZ로부터 지상학적, 물리적 매개변수를 추출 하였다. 유역에 위치한 농업용 저수지의 저류효과를 평가하기 위하여 저수지의 수위-면적/체적 곡선과 최대방류량을 이용하였으며 이후, SCE-UA알고리즘을 이용하여 매개변수를 최적화하였다. 보정된 매개변수를 이용하여 저수지 반영 여부에 따른 하류에서의 유출을 모의하였으며 특히, 안성천 유역에 강우가 집중되었던 2006년에 대한 일 유출 모의를 실시하고 이들의 시공간적 분포를 추정하였다.
본 연구에서는 안성천 유역 내 위치한 농업용 저수지의 저류효과를 평가하기 위하여 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지를 포함하여 일 유출량 모의를 실시하였다. 이 저수지 들은 현재 규칙적인 운영 규칙을 가지고 있지 않아 방류량 자료 확보에 무리가 있는 상태로 저수지 수위-면적/체적 곡선과 최대방류량과 제원을 이용하여 모형에 적용하였다. 단, 이 방법은 저수지가 지닌 최대방류량을 초과하는 경우, 일정량을 방류하게 되어 실제와는 차이가 있다.
본 연구에서는 국내외의 선행연구로부터 유출 모의 적용성이 검토된 바 있는 SLURP모형을 이용하여 안성천 유역에 위치한 농업용 저수지가 하천유황에 미치는 영향을 분석 하고자 하였다. 이를 위하여 안성천 유역을 47개 소유역으로 분할하고 TOPAZ로부터 지상학적, 물리적 매개변수를 추출 하였다. 유역에 위치한 농업용 저수지의 저류효과를 평가하기 위하여 저수지의 수위-면적/체적 곡선과 최대방류량을 이용하였으며 이후, SCE-UA알고리즘을 이용하여 매개변수를 최적화하였다.
한편, 홍수예측을 목적으로 저수지 정보를 이용하는 경우 먼저 실시간 방류량 자료 확보가 선행되어야 하나 이들 저수지는 현재 규칙적인 운영 규칙을 가지고 있지 않아 저수지 운영규칙을 적용하고 저수위 자료로부터 방류량 자료를 산정하는 데에는 다소 무리가 있는 것으로 조사되었다(건설교통부, 2007b). 이에 본 연구에서는 앞서 설명한 6가지 방법들 중 식 (1)과 (2)에 나타낸 것과 같이 저수지의 수위-면적 곡선, 수위-체적 곡선과 저수지별 최대방류량을 고려한 방법을 적용하였다. 이 방법은 최대 방류량을 초과하는 경우 일정량을 하류로 방류하는 방식으로 저류 용량에 따른 하류 영향과 홍수조절 능력 평가에 적합할 것으로 판단된다.
한편, 안성천 유역에 대한 SLURP모형의 매개변수를 추정하고 그림 4에 나타낸 것과 같이 토지피복 중 가장 넓은 면적을 차지하고 있는 산림지와 농경지에 대한 결과를 표 3에 정리하였다. 토지피복도로부터 동연교 지점은 공도 지점에 비하여 시가지화 비율이 높은 편이며, 공도 지점은 산림 지와 농경지의 비율이 보다 높은 특성을 반영하여 지점별 모형 보정을 실시하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 SLURP모형을 적용하기 위하여 안성천 유역을 선정하였다. 안성천 유역은 상류부에 중규모 농업용 저수지인 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지가 위치하여 SLURP 모형에서 제공하는 인위적 구조물에 대한 항목 반영이 가능 하기 때문이다.
67%인 670 mm가 7, 8, 9월에 집중되어 연간유출량 변동이 극심한 편이다(건설교통부, 2007a). 본 연구에서는 그림 3과 같이 유역 내 위치한 수원 기상관측소를 비롯하여 용인, 원삼, 안성, 성환, 진위와 양감 우량관측소의 자료를 이용하였으며 이 때, 기후변화에 따른 잦은 집중호우 등의 이상기상현상을 반영하기 위하여 2000년 이후를 입력 자료로 이용하였다.
본 연구에서는 안성천 유역 내 많은 양의 강우가 집중되 었을 경우, 농업용 저수지 운영으로 인한 저류 및 치수효과를 평가하기 위하여 유역에 위치한 4개 저수지(기흥, 이동, 고삼과 금광)를 분석에 반영하였다. 한편, 홍수예측을 목적으로 저수지 정보를 이용하는 경우 먼저 실시간 방류량 자료 확보가 선행되어야 하나 이들 저수지는 현재 규칙적인 운영 규칙을 가지고 있지 않아 저수지 운영규칙을 적용하고 저수위 자료로부터 방류량 자료를 산정하는 데에는 다소 무리가 있는 것으로 조사되었다(건설교통부, 2007b).
이론/모형
매개변수 최적화를 위하여 유역 내 위치한 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지(그림 7)를 반영하였으며 SCEUA(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona)알고리즘 방법을 이용하였다. Nash효율계수(Nash 등, 1970), Garrick효율계수(Garrick 등, 1978)와 WMO통계량(WMO, 1986) 분석을 통하여 매개변수 최적화를 평가하였으며, 각 통계 방법에 대한 설명은 김병식 등(2004)을 참고할 수 있다.
매개변수 보정기간은 태풍 루사의 영향으로 강우량이 특히 집중되었던 2002년으로 하였으며 각 상류에 위치한 저수지의 영향을 받는 동연교와 공도 지점을 선정하였다. 매개변수 최적화를 위하여 유역 내 위치한 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지(그림 7)를 반영하였으며 SCEUA(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona)알고리즘 방법을 이용하였다. Nash효율계수(Nash 등, 1970), Garrick효율계수(Garrick 등, 1978)와 WMO통계량(WMO, 1986) 분석을 통하여 매개변수 최적화를 평가하였으며, 각 통계 방법에 대한 설명은 김병식 등(2004)을 참고할 수 있다.
본 연구에서는 대상 유역을 SLURP에서의 소유역 단위인 ASA로 분할하고 SLURP모형에 지상학적 매개변수(ASA별 평균 고도, 하도 길이와 TOPAZ(Garbrecht 등, 1997; Martz 등, 1993)를 이용하였다. DEM과 토지피복 자료로부터 그림 5와 같이 47개의 ASA 분할 및 지상학적 매개변수 들을 추출하였다.
성능/효과
그림 11(b)는 공도 지점의 유황곡선을 도시한 것으로 모의기간은 집중호우가 크게 발생하였던 2006년으로 하였다. 그림 11(a) 동연교 지점의 유황분석 결과와 같이 풍수량에서는 저수지를 고려한 경우가 그렇지 않은 경우보다 유량 증가가 더 큰 것으로 분석되었고 평수량, 저수량과 갈수량에서는 저수지를 고려한 경우가 그렇지 않은 경우보다 크게 나타났으며 특히, 갈수량으로 갈수록 더 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 안성천 유역에 위치한 농업용 저수지가 봄철과 가을철과 같이 강우량이 저수지의 설계강우량보다 적을 때에는 저류효과를 보이고 있으나, 집중 호우 또는 홍수로 유역 내 유출량이 증가하는 경우에는 풍 수량에서 보는 바와 같이 오히려 유량을 증가시키는 원인이 되는 것으로 해석할 수 있다.
안성천 유역의 저수지 반영여부에 따른 유황곡선을 작성하기 위하여 동연교와 공도 지점을 모의결과를 이용하였다. 그림 11(a)는 동연교 지점으로 기간은 2002년부터 2004년까지로 풍수량의 경우는 저수지를 고려한 경우가 그렇지 않은 경우보다 유량이 더 많았던 반면, 평수량, 저수량과 갈수량은 저수지를 고려하지 않은 경우가 다소 큰 것으로 나타났다. 그림 11(b)는 공도 지점의 유황곡선을 도시한 것으로 모의기간은 집중호우가 크게 발생하였던 2006년으로 하였다.
표 4(2), 그림 8(b)와 그림 9(b)는 고삼과 금광저수지 하류에 위치한 공도 지점의 매개변수 보정에 따른 모의 결과와 Q-Q Plot을 나타낸 것으로 표 4(2)-(a)와 같이 매개변수 보정 후 일 평균 계산 유출량과 일 평균 관측 유출량이 각각 4.63 m3/sec와 4.63 m3/sec으로 거의 일치하였으며 Nash효율계수는 0.88, Garrick계수는 0.94로 양호한 결과를 보여주었다. 한편, 안성시에 위치한 공도 지점은 2004년과 2005년도 관측 자료가 일부 결측되었고 이후 2006년에는 집중호우로 제방 붕괴와 유실 등 큰 피해를 경험하였다.
2. 모형 내 저수지 반영여부에 따른 동연교 지점(기흥과 이동 저수지)에서의 영향을 평가한 결과, 저수지를 고려하여 모의를 실시한 경우 강우가 집중되지 않는 봄철(4, 5월)과가을철(9, 10월)에는 저류효과가 있는 것으로 나타났으나 강우가 매우 집중되었던 시기에는 하류로의 유출이 더 큰것으로 모의되었다.
3. 고삼저수지와 금광저수지를 모형 내 반영하여 이들 저수지하류에 위치한 공도 지점을 분석한 결과 동연교 지점과 마찬가지로 강우가 집중되는 시기에 오히려 저류 효과를 상실하는 것으로 모의되었다. 특히, 제방 붕괴 및 유실로 큰피해를 야기한 2006년 집중호우 사상에 대한 모의 결과에서도 저수지를 반영한 모의 결과가 그렇지 않은 경우보다 하류로의 유출량이 더 큰 것으로 나타나 차이를 보였다.
5. SLURP모형을 이용하여 안성천 유역에 집중호우와 큰 피해가 발생하였던 2006년 7월 28일 강우량과 유출량의 시공간적 분포를 분석한 결과, 강우는 안성천 본류와 평택, 동연교 부근에서 집중되는 현상을 보였으며 유출량의 경우, 실제 저수지의 역효과로 피해가 컸던 일부 상류 저수지 부근과 평택, 동연교 지점에서의 유출량이 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 안성천 유역에 위치한 저수지를 SLURP모형에 적용여부에 따른 유량 변동을 살펴보기 위하여 유황 분석을 실시하였다. 각 확률에 대한 풍수량, 평수량, 저수량과 갈수량에 대한 비교 결과, 평수량, 저수량과 갈수량 (355일, 97.3%)에서 저수지를 고려한 경우가 그렇지 않은 경우보다 더 작게 나타났으며 특히, 갈수량에서 큰 차이를 보였다. 한편, 풍수량(95일, 26.
그림 10(a)는 기흥과 이동 저수지 하류에 위치한 동연교지점에서의 모형 내 저수지 반영여부에 따른 모의 일 유출 수문곡선의 결과를 비교한 것이다. 그 결과 강우가 집중되지 않는 봄철(4, 5월)과 가을철(9, 10월)에는 저류효과가 있는 것으로 분석되었으나, 집중호우기간이 포함된 여름철(특히 7, 8월)에는 저수지를 고려하지 않은 경우보다 저수지를 고려한 경우의 유출량이 더 큰 것으로 나타났다. 특히 강우가 매우 집중되었던 2002년 8월 7일(일강우량 275.
기흥과 이동 저수지의 영향을 받는 동연교 지점에서 2002년에 대한 매개변수 보정 결과 표 4(1)에 나타낸 것과 같이 효율계수 0.85, Garrick계수는 0.89로 양호한 결과를 보였으며 관측 유출량이 1389.10 m3/sec으로 평균 유출량의 약 3.5배에 달한 2002년 8월 7일 첨두치와 전반적인 경향을 잘 재현함을 확인하였다. 표 4(1)-(b)는 추정된 매개변수를 2002년부터 2004년까지 적용하여 그 결과를 나타낸 것으로 보정기간과 검정기간을 포함한 총 모의기간 동안 효율계수는 0.
13 m3/s로모의되었다. 또한, 저수지 하류부(공도 지점)에서는 동일한 사상에 대하여 모형 내 저수지를 반영하였을 때 강우에 더 민감한 것으로 나타났다. 즉, 강우가 집중되는 시기에는 유역 내 저수지를 포함하여 모의한 경우의 유출량이 더 크게 증가하는 결과를 보였다.
수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하는 토지이용도(2000)를 이용하였으며 SLURP모형의 토양 특성에 따라 수역, 시가지화, 나지, 습지, 초지, 산림지, 농경지(논과 밭)와같이 총 7개로 분류하였다. 안성천 유역의 토지이용 현황을 분석한 결과 전체 유역에서 농경지가 약 45%, 산림지가 약 37%를 차지하는 것으로 나타났다(그림 4).
또한, 저수지 하류부(공도 지점)에서는 동일한 사상에 대하여 모형 내 저수지를 반영하였을 때 강우에 더 민감한 것으로 나타났다. 즉, 강우가 집중되는 시기에는 유역 내 저수지를 포함하여 모의한 경우의 유출량이 더 크게 증가하는 결과를 보였다.
그러나 저수지 허용 용량을 초과하는 경우에는 저수지를 반영한 결과가 그렇지 않은 결과보다 더 크게 모의되는 것을 확인할 수 있었다. 태풍 루사의 영향으로 강우가 집중되었던 8월 7일 공도 지점의 실측 유량은 326.60 m3/s로 실제 2002년 평균 유량 (약 4.24 m3/s)보다 약 77배 높았으며, SLURP모형 내 저수지를 반영하여 모의한 경우(341.92 m3/s)가 그렇지 않은 경우(251.89 m3/s)보다 90.04 m3/s만큼 더 크게 모의되는 것으로 나타났다.
SWAT모형은 미국 농무성에서 개발한 준분포형 모형으로 모형 내에 저수지 운영 툴을 포함하고 있으나 적용상에 문제점을 지니고 있어 김남원 등(2005, 2006)과 과학기술부 (2004)가 국내 실정에 맞도록 SWAT-K로 수정하였으며, 이수정된 모형을 통해 저수지를 포함한 유역이나 미계측 유역에 적용되고 있다(김남원 등, 2007). 한편, 본 연구에서 사용한 SLURP모형은 저수지, 댐, 조절장치와 관개계획에 의한 효과를 고려할 수 있고 유역 내 수자원 관리방법, 기후와 토지피복 변화와 같은 외부 요인들이 미치는 영향을 판단할수 있다. Kite(2000)는 터키 서부 Gediz유역에 위치한 댐, 저수지와 관개계획을 고려하여 소유역 분석을 실시하였으며, 이후 물 배분, 토지이용 및 기후변화, 댐 건설에 따른 환경과 수자원 영향을 평가하기 위하여 SLURP모형을 Mekong 강에 적용하였다(Kite, 2001).
그림 14(a)에서와 같이 안성천 전반에 걸쳐 강우가 분포되고 있으나 특히, 안성천 본류와 평택, 동연교 부근에서더 두드러지고 있음을 알 수 있다. 한편, 유출량의 경우, 실제 저수지의 역효과로 피해가 컸던 금광저수지 부근과 제방 붕괴 및 유실 등으로 원인이 된 평택지점, 그 외에도 동연교지점에서의 유출량이 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
한편, 저수지에 따른 하류의 영향을 살펴보았을 때 이동저수지보다는 기흥저수지로 인하여 유출량이 더 큰 폭으로 증가 하는 것으로 나타났다
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
물 순환과정의 핵심적 요소로 설명되는 유출량은 어떤 측면에 밀접한 관계를 갖고 있는가?
물 순환과정의 핵심적 요소로 설명되는 유출량은 용수 공급 및 가뭄재해에 대한 이수, 홍수 대비 및 관리를 위한 치수와 하천 생태계 유지를 위한 환경 측면에 밀접한 관계를 갖고 있다(박성우, 1995). 통상 하천 유출량은 관측을 통하여 획득할 수 있으나, 실제 유량자료를 산정할 수 있는 수문관측소의 수가 제한적이거나 관측 자료의 신뢰성이 낮고 (김현준, 2001), 관측기록이 짧은 문제점을 지니고 있다(박성우, 1995).
SLURP모형 어디에 사용하기 위하여 1975년에 개발됐는가?
SLURP모형은 SSARR모형과 같은 복잡한 모형의 대안으로 중규모 유역에 사용하기 위하여 1975년 개발되었으며, 초기 집중형 모형 SLURP(Simple LUmped Reservoir Parametric)에서 현재 준분포모형인 SLURP(Semi-distributed Land Use-based Runoff Processes)으로 개선되었다(Kite, 2007).
국내외의 선행연구로부터 유출 모의 적용성이 검토된 바 있는 SLURP모형을 이용하여 안성천 유역에 위치한 농업용 저수지가 하천유황에 미치는 영향을 분석 하고자한 연구의 결과를 요약하면?
1. 본 연구에서는 안성천 유역 내 위치한 농업용 저수지의 저류효과를 평가하기 위하여 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지를 포함하여 일 유출량 모의를 실시하였다. 이 저수지 들은 현재 규칙적인 운영 규칙을 가지고 있지 않아 방류량 자료 확보에 무리가 있는 상태로 저수지 수위-면적/체적 곡선과 최대방류량과 제원을 이용하여 모형에 적용하였다. 단, 이 방법은 저수지가 지닌 최대방류량을 초과하는 경우, 일정량을 방류하게 되어 실제와는 차이가 있다.
2. 모형 내 저수지 반영여부에 따른 동연교 지점(기흥과 이동 저수지)에서의 영향을 평가한 결과, 저수지를 고려하여 모의를 실시한 경우 강우가 집중되지 않는 봄철(4, 5월)과가을철(9, 10월)에는 저류효과가 있는 것으로 나타났으나 강우가 매우 집중되었던 시기에는 하류로의 유출이 더 큰것으로 모의되었다.
3. 고삼저수지와 금광저수지를 모형 내 반영하여 이들 저수지하류에 위치한 공도 지점을 분석한 결과 동연교 지점과 마찬가지로 강우가 집중되는 시기에 오히려 저류 효과를 상실하는 것으로 모의되었다. 특히, 제방 붕괴 및 유실로 큰피해를 야기한 2006년 집중호우 사상에 대한 모의 결과에서도 저수지를 반영한 모의 결과가 그렇지 않은 경우보다 하류로의 유출량이 더 큰 것으로 나타나 차이를 보였다.
4. 본 연구에서는 안성천 유역에 위치한 저수지를 SLURP모형에 적용여부에 따른 유량 변동을 살펴보기 위하여 유황 분석을 실시하였다. 각 확률에 대한 풍수량, 평수량, 저수량과 갈수량에 대한 비교 결과, 평수량, 저수량과 갈수량 (355일, 97.3%)에서 저수지를 고려한 경우가 그렇지 않은 경우보다 더 작게 나타났으며 특히, 갈수량에서 큰 차이를 보였다. 한편, 풍수량(95일, 26.1%)의 경우에는 저수지를 고려한 경우의 유량이 더 큰 것으로 확인되었다. 이는 본 연구에서 가정한 저수지 모의에 따르면 안성천 유역에 위치한 농업용 저수지가 설계강우량보다 적을 때에는 저류 효과를 보였으나 집중호우 또는 홍수로 유역 내 유출량이 증가하는 경우에는 오히려 저류지로 인하여 하류에 유량을 집중시키는 원인이 되고 있는 것으로 판단된다.
5. SLURP모형을 이용하여 안성천 유역에 집중호우와 큰 피해가 발생하였던 2006년 7월 28일 강우량과 유출량의 시공간적 분포를 분석한 결과, 강우는 안성천 본류와 평택, 동연교 부근에서 집중되는 현상을 보였으며 유출량의 경우, 실제 저수지의 역효과로 피해가 컸던 일부 상류 저수지 부근과 평택, 동연교 지점에서의 유출량이 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
Kite, G.W. (1994) Hydrological modelling using remotely sensed data and geographic information systems. In: Trends in Hydrology by J. Menon (ed.), 191-208, CSRI, Trivandrum, India.
Kite, G.W. (2000) Using a basin-scale hydrological model to estimate crop transpiration and soil evaporation, Journal of Hydrology, Vol. 229, pp. 59-69.
Kite, G.W. (2007) Manual for the SLURP Hydrological Model Version 12.7.
Sabourin, J.F. and Associates (1996) Implementation of a distributed hydrologic model:using SLURP on the Carp watershed. CCRS, Ottawa, 43 pp.
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