기후변화는 기후 시스템을 구성하는 대기, 해양, 생물, 빙하, 육지 등의 다양한 구성요소에 작용하여 자연 생태계와 인간의 사회 및 경제 시스템에 커다란 영향을 미치고 있다. 이로 인한 현재의 기후변화의 영향을 산정하는 일은 기후변화에 적응하는 가장 중요한 요소가 될 것이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 유역을 대상으로 강우의 경향성 분석을 통하여 기후변화의 영향을 규명하고, 기후변화가 수문학적 요소에 미치는 영향을 파악하기 위하여 강우와 유출의 탄성도 분석을 하였다. 강우의 경향성 분석을 위하여 낙동강 주요지점의 기상청 강우자료를 수집하여 년, 계절, 월 단위로 재추출하여 경향성 분석 자료로 이용하였고, 강우와 유출 탄성도 분석에서는 WAMIS에서 제공하는 면적평균강우와 장기유출 자료를 수집하여 년, 계절 분석을 하였다. 그리고 본 연구의 탄성도 분석 결과와 국외의 타 연구와의 탄성도 분석결과를 비교분석 해 봄으로써 본 연구결과의 타당성을 입증하였다. 향후 본 연구의 결과를 토대로 기후변화로 인한 낙동강 유역의 유출량 증대로 인한 수공구조물의 치수능력 증대 방안과 해당유역 기후변화에 따른 물환경 적응방안 연구에 활용할 수 있을 것이다.
기후변화는 기후 시스템을 구성하는 대기, 해양, 생물, 빙하, 육지 등의 다양한 구성요소에 작용하여 자연 생태계와 인간의 사회 및 경제 시스템에 커다란 영향을 미치고 있다. 이로 인한 현재의 기후변화의 영향을 산정하는 일은 기후변화에 적응하는 가장 중요한 요소가 될 것이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 유역을 대상으로 강우의 경향성 분석을 통하여 기후변화의 영향을 규명하고, 기후변화가 수문학적 요소에 미치는 영향을 파악하기 위하여 강우와 유출의 탄성도 분석을 하였다. 강우의 경향성 분석을 위하여 낙동강 주요지점의 기상청 강우자료를 수집하여 년, 계절, 월 단위로 재추출하여 경향성 분석 자료로 이용하였고, 강우와 유출 탄성도 분석에서는 WAMIS에서 제공하는 면적평균강우와 장기유출 자료를 수집하여 년, 계절 분석을 하였다. 그리고 본 연구의 탄성도 분석 결과와 국외의 타 연구와의 탄성도 분석결과를 비교분석 해 봄으로써 본 연구결과의 타당성을 입증하였다. 향후 본 연구의 결과를 토대로 기후변화로 인한 낙동강 유역의 유출량 증대로 인한 수공구조물의 치수능력 증대 방안과 해당유역 기후변화에 따른 물환경 적응방안 연구에 활용할 수 있을 것이다.
Climate changes affect greatly natural ecosystem, human social and economic system acting on constituting the climate system such as air, ocean, life, glacier and land, etc. and estimating the current impact of climate change would be the most important thing to adapt to the climate changes. This st...
Climate changes affect greatly natural ecosystem, human social and economic system acting on constituting the climate system such as air, ocean, life, glacier and land, etc. and estimating the current impact of climate change would be the most important thing to adapt to the climate changes. This study set the target area to Nakdong river watershed and investigated the impact of climate changes through analyzing precipitation tendency, and to understand the impact of climate changes on hydrological elements, analyzed elasticity of precipitation-streamflow. For the analysis of precipitation trend, collecting the precipitation data of the National Weather Service from major points of Nakdong river watershed, resampling them at the units of year, season and month, used as the data of precipitation trend analysis. To analyze precipitation-streamflow elasticity, collecting area average precipitation and long-term streamflow data provided by WAMIS, annual and seasonal time-series were analyzed. In addition, The results of this study and elasticity, and other abroad study compared with the elasticity analysis and the validity of this study was verified. Results of this study will be able to be utilized for study on a plan to increase of flood control ability of flooding constructs caused by the increase of streamflow around Nakdong river watershed due to climate changes and on a plan of adapting to water environment according to climate changes.
Climate changes affect greatly natural ecosystem, human social and economic system acting on constituting the climate system such as air, ocean, life, glacier and land, etc. and estimating the current impact of climate change would be the most important thing to adapt to the climate changes. This study set the target area to Nakdong river watershed and investigated the impact of climate changes through analyzing precipitation tendency, and to understand the impact of climate changes on hydrological elements, analyzed elasticity of precipitation-streamflow. For the analysis of precipitation trend, collecting the precipitation data of the National Weather Service from major points of Nakdong river watershed, resampling them at the units of year, season and month, used as the data of precipitation trend analysis. To analyze precipitation-streamflow elasticity, collecting area average precipitation and long-term streamflow data provided by WAMIS, annual and seasonal time-series were analyzed. In addition, The results of this study and elasticity, and other abroad study compared with the elasticity analysis and the validity of this study was verified. Results of this study will be able to be utilized for study on a plan to increase of flood control ability of flooding constructs caused by the increase of streamflow around Nakdong river watershed due to climate changes and on a plan of adapting to water environment according to climate changes.
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문제 정의
본 연구는 기후변화를 탐지하기 위하여 강우 경향성 분석을 하여 기후변화가 강우에 미치는 영향을 분석하였고, 하천 유역의 강우와 유출의 관계를 규명하기 위하여 강우-유출 탄성도를 산정하였다. 낙동강 유역을 대상유역으로 하여 강우의 경향성분석을 위하여 낙동강 주요지점의 기상청 강우자료를 수집하고, 강우-유출 탄성도를 분석하기 위하여 국가 수자원관리종합정보 시스템(WAMIS)에서 제공하는 낙동강 주요지점의 면적평균강우량과 장기유출 자료를 수집하였다.
본 연구는 인간의 사회 및 경제 시스템에 커다란 영향을 미치는 기후변화에 대응하기 위하여 낙동강 유역을 대상하천으로 낙동강 주요 기상청지점에서 강우자료를 획득하여 강우의 경향성 분석을 하였다. 또한 WAMIS에서 제공하는 면적평균강우와 장기유출 자료를 수집하여 하천유역의 강우-유츌관계 규명을 위한 강우-유출 탄성도를 분석하였고 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 강우-유출의 계절, 연 자료를 이용하여 탄성도를 분석하였고, 강우-유출 탄성도 결과의 타당성을 입증하기 위하여 타 연구와 비교분석을 실시한 바, 국내 강우-유출 탄성도 분석과 관련한 연구결과는 전무한 실정이므로 국외의 연구 결과와 비교, 분석하였다. 대부분의 국외 연구에서는 임의로 유출을 증가하거나(10% 또는 25%), 강우를 감소하여 강우-유출 탄성도를 분석하였다.
강우에 대한 경향성을 분석하기 위하여 전국이나 지역적인 규모의 단위로 많은 연구가 수행되고 있으며 기후변화에 따른 경향성 분석은 강우특성변동 분석을 통한 여러 가지 수자원 관련 문제들과 연관성이 크므로 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 강우의 경향성 분석을 위하여 강우의 선형회귀 분석, 경향성 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 전국 주요 기상청 지점 중 낙동강 유역 내 주요 기상청 지점인 안동, 포항, 대구, 울산, 부산, 통영의 6개 지점의 기상관측 개시일로 부터의 일 단위 강우자료를 취득하여 연 강우자료를 이용한 선형회귀 분석을 위하여 연 강우자료와 5년 이동평균강우를 재추출하여 비교분석을 실시하였다. Fig.
제안 방법
강우 경향성 분석을 위하여 T Test, Hotelling Pabst Test, Mann-Kendall Test, Sen Test를 실시하였고, 0.99, 0.95, 0.90의 유의수준으로 구분하여 분석하였다. 경향성 분석 결과는 검정의 유의수준으로 99% 이상을 1등급, 99~95%는 2등급, 95~90%는 3등급, 90% 미만은 4등급으로 구분하여 각 Test 결과 중 가장 높은 등급을 연, 계절, 월 경향성 분석 결과로 하였다.
낙동강 유역을 대상유역으로 하여 강우의 경향성분석을 위하여 낙동강 주요지점의 기상청 강우자료를 수집하고, 강우-유출 탄성도를 분석하기 위하여 국가 수자원관리종합정보 시스템(WAMIS)에서 제공하는 낙동강 주요지점의 면적평균강우량과 장기유출 자료를 수집하였다. 그리고 본 연구결과의 타당성 입증을 위하여 강우-유출 탄성도가 활발히 연구되고 있는 국외의 연구결과와 비교, 분석하였다. 향후 본 연구의 결과를 토대로 하여 기후변화로 인한 낙동강 주요지점의 유출량 증대로 인한 수공 구조물의 치수능력 증대 방안과 해당유역 기후변화에 따른 물환경 적응방안 연구에 활용할 수 있을 것이다.
7은 Francis Chiew(2007)의 연구 결과로 전 세계 강우 탄성도와 연 평균 유출량과의 관계 및 탄성도와 연 평균 강우량의 관계를 나타내고 있다. 낙동강 유역의 연평균 유출량은 약 520 m3/s, 연 평균 강우는 약 1300 mm로 Fig. 7에 낙동강 유역의 특성을 표시하여 전세계의 탄성도 경향과 비교하였다. 정량적인 수치로 비교할 수는 없지만 대략적인 경향선 상에 낙동강 유역의 탄성도 특성이 위치하는 것을 알 수 있다.
본 연구는 인간의 사회 및 경제 시스템에 커다란 영향을 미치는 기후변화에 대응하기 위하여 낙동강 유역을 대상하천으로 낙동강 주요 기상청지점에서 강우자료를 획득하여 강우의 경향성 분석을 하였다. 또한 WAMIS에서 제공하는 면적평균강우와 장기유출 자료를 수집하여 하천유역의 강우-유츌관계 규명을 위한 강우-유출 탄성도를 분석하였고 다음과 같은 결과를 얻었다.
kr/)에서 제공하는 면적평균강우량을, 유출량은 장기유출 자료를 관측개시일로부터 최근 관측기간으로 1966년 1월 1일에서 2005년 12월 31일까지 40년간의 자료를 분석하였다. 면적평균강우량은 유역에 내린 총 강우량을 유역면적으로 나눈 등가 우량깊이이며, 장기유출은 일 강우에 대한 유출(기저유출, 중간유출, 지표유출 포함)로서 일 단위 자료를 획득하여 월, 계절, 연 자료로 재추출하여 탄성도 분석을 실시하였다. Table 2는 낙동강 유역 주요 기상청 지점 및 분석 기간, Table 3에 강우-유출 탄성도 분석지점 및 분석 기간, Fig.
Francis Chiew(2007)가 제안한 주요 기후지역의 탄성도의 분포를 통하여 탄성도 분석결과를 이용한 해당유역의 기후 조건을 판단해 볼 수 있다. 이 연구에서 세계 주요 유역을 대상으로 탄성도 분석을 실시하여 다음 Table 4와 같은 결과를 도출하였으며, 탄성도의 중간값과 범위를 통하여 해당유역의 기후조건을 판단하였다. 결과값 중 탄성도의 범위를 벗어난 지역은 탄성도가 매우 낮은 값으로서 매우 추운 지역이거나, 매우 건조한 열대 기후지역으로 판별하였다.
대상 데이터
강우 경향성 분석을 위한 강우자료는 낙동강에 위치한 주요 기상청지점인 안동, 포항, 대구, 울산, 부산, 통영의 6개 지점에서 각 지점의 기상관측 개시일로부터 2008년 12월 31일까지 일 단위 강우자료를 취득하여 월, 계절, 연 자료로 재추출하여 분석하였다.
본 연구는 기후변화를 탐지하기 위하여 강우 경향성 분석을 하여 기후변화가 강우에 미치는 영향을 분석하였고, 하천 유역의 강우와 유출의 관계를 규명하기 위하여 강우-유출 탄성도를 산정하였다. 낙동강 유역을 대상유역으로 하여 강우의 경향성분석을 위하여 낙동강 주요지점의 기상청 강우자료를 수집하고, 강우-유출 탄성도를 분석하기 위하여 국가 수자원관리종합정보 시스템(WAMIS)에서 제공하는 낙동강 주요지점의 면적평균강우량과 장기유출 자료를 수집하였다. 그리고 본 연구결과의 타당성 입증을 위하여 강우-유출 탄성도가 활발히 연구되고 있는 국외의 연구결과와 비교, 분석하였다.
탄성도 분석을 위한 강우자료는 국가 수자원관리종합정보시스템(http://www.wamis.go.kr/)에서 제공하는 면적평균강우량을, 유출량은 장기유출 자료를 관측개시일로부터 최근 관측기간으로 1966년 1월 1일에서 2005년 12월 31일까지 40년간의 자료를 분석하였다. 면적평균강우량은 유역에 내린 총 강우량을 유역면적으로 나눈 등가 우량깊이이며, 장기유출은 일 강우에 대한 유출(기저유출, 중간유출, 지표유출 포함)로서 일 단위 자료를 획득하여 월, 계절, 연 자료로 재추출하여 탄성도 분석을 실시하였다.
데이터처리
대상유역 강우의 경향성 분석을 위하여 T Test, Hotelling Pabst Test, Mann-Kendall Test, Sen Test 분석을 실시하였다. 각각의 경향성 분석의 유의수준은 99%, 95%, 90%로 하였고, 분석 결과 중 99% 이상은 1등급, 99~95%는 2등급, 95~90%는 3등급, 90% 이하는 4등급으로 하여 구분하여 각각의 연, 계절, 월 경향성 분석결과 중 가장 높은 등급을 Table 5에 도시하였다.
이론/모형
그러나 강우와 유출량의 순간변화율을 계산할 수 없으므로 본 연구에서는 Vogel et al.(1999)가 제안한 식 (16)의 nonparametic 탄성도 산정식을 이용하여 분석하였다. 이는 Q에 대한 유량의 변화량은 P에 대한 강우량의 변화와의 비례관계가 있음을 이용한 것으로, Qt 및 Pt는 각각 해당시간의 강우 및 유출량이며 #는 강우 및 유출량의 평균값을 의미한다.
본 연구의 탄성도 분석을 위하여 ScHaake(1990)가 처음으로 도입한 식 (15)와 같은 탄성도(Elasticity) 개념을 도입하고 실제 탄성도 산정은 식 (16)으로 하였다.
성능/효과
1. 강우 경향성 분석에서 낙동강 유역 주요 기상청지점의 연 강우가 증가의 경향을 나타내고 있었다. 계절별로는 여름철 강우의 증가경향은 두드러지며 가을과 겨울에 전 지역에서 감소의 경향을 나타내고 있었다.
2. 낙동강 유역 주요지점 탄성도를 분석한 결과 유역 평균은 1.666이고, 전 지점에서 탄성도 값이 1이상으로 분석되어 강우의 증가에 유출은 더 크게 증가하는 유출량의 변동이 민감한 지역이라고 판단된다.
3. 탄성도를 이용한 본 연구의 강우-유출 탄성도 분석결과 낙동강 유역은 1.666이며 타 연구와의 비교분석에서 미국의 강우-유출의 탄성도 값은 1~5.5의 분포를 보이고 있으며, 탄성도 값이 너무 크게 나타난 Pease River, Texas의 탄성도 값을 제외한 타 연구 탄성도의 평균은 1.528로 본 연구의 대상유역인 낙동강 유역의 1.666과 근사한 값을 나타내고 있다.
207의 최소값을 나타내고 있다. 각 지점의 평균으로 낙동강 유역을 분석하면 1월, 5~9월에 증가경향을, 2~4월, 10~12월에 감소경향을 나타내고 있으며 8월에 1.310의 최대 증가를, 4월에 -0.422로 최대 감소로 분석되었다. Sen-Test Slope 계절 분석과 비슷하게 월 분석에서도 봄, 여름의 강우가 증가하고 가을 및 겨울에 강우가 감소함을 알 수 있다.
이 연구에서 세계 주요 유역을 대상으로 탄성도 분석을 실시하여 다음 Table 4와 같은 결과를 도출하였으며, 탄성도의 중간값과 범위를 통하여 해당유역의 기후조건을 판단하였다. 결과값 중 탄성도의 범위를 벗어난 지역은 탄성도가 매우 낮은 값으로서 매우 추운 지역이거나, 매우 건조한 열대 기후지역으로 판별하였다. 다음 Table 4는 주요 기후지역의 탄성도 값의 범위를 나타낸 것이다.
90의 유의수준으로 구분하여 분석하였다. 경향성 분석 결과는 검정의 유의수준으로 99% 이상을 1등급, 99~95%는 2등급, 95~90%는 3등급, 90% 미만은 4등급으로 구분하여 각 Test 결과 중 가장 높은 등급을 연, 계절, 월 경향성 분석 결과로 하였다.
낙동강 유역 주요 기상청지점 연 강우 경향성 분석 결과는 포항의 2등급을 제외한 모든 지점에서 유의성을 가진 경향이 나타나지 않았다. 계절 강우 경향성 분석 결과 여름을 제외한 대부분의 지점에서 4등급을 나타내어 일부 지점을 제외하고는 유의성을 가진 경향이 나타나지 않았다. 여름은 부산과 통영을 제외하고 1~3등급의 결과를 보여 강한 경향성이 나타나며 봄과 겨울은 각각 부산과 포항만 3등급이고 나머지 지점은 경향성을 보이지 않았고 가을은 전체 지점에서 경향성을 찾을 수 없었다.
716으로 상당한 증가의 경향을 나타내고 있다. 계절별로는 가을과 겨울에 전 지역에서 감소의 경향을 나타내고 있었으며 안동과 울산지점의 봄철 강우의 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 특히 여름철 강우의 증가 경향은 두드러지게 나타나는데 안동, 포항, 통영 지점에서 증가의 경향이 크게 보이고 있다.
강우 경향성 분석에서 낙동강 유역 주요 기상청지점의 연 강우가 증가의 경향을 나타내고 있었다. 계절별로는 여름철 강우의 증가경향은 두드러지며 가을과 겨울에 전 지역에서 감소의 경향을 나타내고 있었다.
낙동강 유역의 강우-유출의 탄성도 분석에서 겨울을 제외한 계절과 연에서 모두 탄성도가 1이상으로 크게 나타났다. 연 자료 탄성도 분석에서 낙동강 유역의 평균은 1.
130을 보였다. 낙동강 유역의 계절별 탄성도는 봄은 평균 1.570으로 1.257~1.823, 여름은 평균 1.557로 1.297~1.768, 가을은 평균 1.262로 1.082~1.416, 겨울은 평균 0.910으로 0.336~1.144의 분포를 보여 평균적으로 봄, 여름, 가을, 겨울 순으로 탄성도가 큰 것으로 분석되었다. 낙동강을 Table 7과 같이 상류, 중류, 하류로 구분하여 구간별 탄성도를 계절별로 분석한 결과 봄에는 상류, 중류, 하류 순으로 크게 분석되었고, 여름은 중류, 상류, 하류 순으로, 가을은 하류, 상류, 중류 순으로, 겨울은 하류, 상류, 중류 순으로 크게 나타났다.
144의 분포를 보여 평균적으로 봄, 여름, 가을, 겨울 순으로 탄성도가 큰 것으로 분석되었다. 낙동강을 Table 7과 같이 상류, 중류, 하류로 구분하여 구간별 탄성도를 계절별로 분석한 결과 봄에는 상류, 중류, 하류 순으로 크게 분석되었고, 여름은 중류, 상류, 하류 순으로, 가을은 하류, 상류, 중류 순으로, 겨울은 하류, 상류, 중류 순으로 크게 나타났다. Table 7에 낙동강 유역의 강우-유출 탄성도를 보였다.
6은 본 연구의 탄성도 분석결과와 타 연구에서 분석된 탄성도 결과값을 비교 분석한 것이다. 본 연구의 낙동강 유역 강우-유출 평균 탄성도는 1.666이며 미국의 강우-유출의 탄성도 값은 1~5.5의 분포를 보이나 Pease River(Texas)의 5.5를 제외하면 대부분의 유역에서는 1~2의 분포를 보인다. 탄성도 값이 너무 크게 나타난 Pease River(Texas)의 5.
후속연구
기후변화에 따른 수자원의 변동 및 경향성을 찾기 위해서는 각종 기상 및 수문요소의 장기간 자료를 이용하여 시계열 분석이 이루어져야 한다. 이에 전 세계적으로 강우의 경향성 분석은 중요한 문제로 대두되고 있으며 강우와 관계된 기후인자와의 관계를 규명하는 연구 또한 활발하게 진행 중에 있다.
향후 기후변화에 따른 하천에의 영향을 평가하기 위해서는 수문요소 및 기상요소의 경향성 분석과 각 요소간의 상관성 분석이 다양하게 이루어져야 할 것이며 이를 바탕으로 기후변화에 따른 물환경 적응방안에 관한 연구가 더욱 활발히 진행되어야 할 것이다.
그리고 본 연구결과의 타당성 입증을 위하여 강우-유출 탄성도가 활발히 연구되고 있는 국외의 연구결과와 비교, 분석하였다. 향후 본 연구의 결과를 토대로 하여 기후변화로 인한 낙동강 주요지점의 유출량 증대로 인한 수공 구조물의 치수능력 증대 방안과 해당유역 기후변화에 따른 물환경 적응방안 연구에 활용할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
낙동강 유역의 지세는 어떻게 되는가?
5 km, 유역의 동서장은 약 120 km, 남북장은 약 200 km이다. 유역의 지세는 북쪽으로 한강 유역, 서쪽으로 금강과 섬진강 유역과 접하고 동쪽으로는 태백산맥이 동해안 유역과 분수령을 형성하고 있다. 낙동강 본류는 동쪽으로 태백산맥과 서북쪽의 속리산, 덕유산, 지리산으로 이어지는 소백산맥을 유역 경계로 하여 낙동강 유역의 중심부를 관류하고 있으며, 유로는 산악으로 인하여 최단거리로 유하하지 못하고 유향을 4차례나 급변시키면서 우회하여 남해안에 유입한다(국토해양부, 2008).
본 연구에서 강우 경향성 분석을 위하여 실시한 방법에는 어떤 것들이 있는가?
강우 경향성 분석을 위하여 T Test, Hotelling Pabst Test, Mann-Kendall Test, Sen Test를 실시하였고, 0.99, 0.
낙동강 유역의 일반적인 특성은 어떠한가?
낙동강 유역의 일반적인 특성은 산지가 많으며 하폭이 넓고 평탄하나 식생이 불량하여 침식이 심하고 유출이 불규칙하여 홍수와 한해의 피해가 크고 유사로 인한 하상변동이 특히 심하다. 유역 내 연평균 강우량은 1,167.
참고문헌 (15)
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