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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 간단한 입력자료를 이용하여장기적으로 평가 할 수 있는 시스템을 구축하여 침투량을산정하는 것이다. 또한, 실측유량자료에서 분리된 기저유출량을 이용하여 침투량 중 기저유출량으로 발생되는 비율을비교함으로써, 효과적인 수자원관리가 이루어질 수 있도록하는 것이며, 유역특성이 다른 두 유역의 총 강우량에서 분리된 직접유출량과 기저유출량의 비율을 살펴봄으로써, 유역특성에 따라 알맞은 유역관리가 이루어질 수 있도록하는 것이다.
- 것이다. 또한, 실측유량자료에서 분리된 기저유출량을 이용하여 침투량 중 기저유출량으로 발생되는 비율을비교함으로써, 효과적인 수자원관리가 이루어질 수 있도록하는 것이며, 유역특성이 다른 두 유역의 총 강우량에서 분리된 직접유출량과 기저유출량의 비율을 살펴봄으로써, 유역특성에 따라 알맞은 유역관리가 이루어질 수 있도록하는 것이다.
- 본 연구에서는 침투량과 기저유출량을 분석하고 이를 선정된 경안천, 도암댐 유역에 적용하여 유역특성에 따른 비교를 하기 위하여 다음과 같은 순서로 직접유출량 보정과정을 통해 각 유역의 토지이용도와 토양에 대한 CN 값을보정하였다. 이렇게 보정된 CN값을 각 유역에 적용하여 그유역의 다른 연도에 적용함으로써 정확성을 판단하였다.
가설 설정
- 이러한 방법으로 비교된 모형의 직접유출량과 실측직접유출량의 동일함을 이용하여 기저유출량도 동일하다고 가정하였다. 그리고 L-THIA 모형을 통해 산정된 침투량과 WHAT 를 통해 산정된 기저유출량을 이용하여 강우량별 모의와 경사도별 모의를 하여 아래의 결과를 얻었다.
제안 방법
- L-THIA 모형에서 산정된 직접유출량과 WHAT 시스템을이용하여 실측유량자료에서 분리한 직접유출량과 비교한후, 경안천 유역의 2006년도 자료를 이용하여 AMC를 고려한 유출곡선지수 (CN) 값을 조정하였으며, 경안천 유역의 2007년도 자료에 적용해봄으로써, 정확성을 판단하였다. 위와 같이 도암댐 유역의 2004년도 자료를 이용하여 CN 값을조정하였으며, 도암댐 유역의 2005년도 자료에 적용해봄으로써, 정확성을 판단하였다.
- 그리고 L-THIA 모형을 통해 산정된 침투량과 WHAT 를 통해 산정된 기저유출량을 이용하여 강우량별 모의와 경사도별 모의를 하여 아래의 결과를 얻었다. 각 유역의 연평균 강우량이 많을 때 직접유출량, 기저유출량이더 많이 발생하고, 침투량에 대한 기저유출량 또한 더 많이 증가함을 볼 수 있다.
- 이렇게 보정된 CN값을 각 유역에 적용하여 그유역의 다른 연도에 적용함으로써 정확성을 판단하였다. 그리고 각 유역의 침투량을 계산하여 기저유출량과 비교한후 지형특성이 다른 두 유역에 대하여 적용해 보았다. 이를 요약하면 Fig.
- 이러한 침투량은 강우량, 토양 특성, 토지이용도 등에 따라 달라지기 때문에, 침투량 산정에 있어서 이러한 조건들을 고려하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 연구에서는 L-THIA 모형을 이용하여 침투량을 산정하였고 실측자료에 가장 가까운 모형을 만들어 정확성을 판단하였다.
- 이러한 L-THIA 모형은 일 단위 유출 모형으로 토지 이용의 변화가 직접유출량에 미치는 영향을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 L-THIA를 이용하여 장기간의 강우자료와 토지이용도, 수문학적 토양 특성을 이용함으로서 직접유출량 산정을 모의하였다.
- Table 4의 경우 경안천의 2006년, 2007년도의 총강우량과 그에 대한 침투량을 나타내었다. 또한 효과적인수자원관리를 위해 총 침투량에 대해 WHAT 에서 분리한기저유출량과 비교하여, 침투량 중 기저유출량으로 발생하는 비율을 산정해보았다. 그리고 WHAT에서 분리한 직접유출량과 기저유출량이 총 강우량에 대하여 차지하는 비율을 산정함으로써 유역 특성이 다른 두 지역을 비교해 유역특성에 따라서 알맞은 유역관리가 필요함을 보였다.
- 본 연구 방법을 토대로 경안천유역의 2006년, 2007년과도암댐 유역의 2004년, 2005년의 각 일별 강우자료를 이용하여 산정된 침투량을 기저유출량과 비교하여 침투량 중기저유출량이 차지하는 비율을 Table 4, 5와 같이 산정해보았다. Table 4의 경우 경안천의 2006년, 2007년도의 총강우량과 그에 대한 침투량을 나타내었다.
- 본 연구는 지역특성에 맞게 보정한 CN 값을 적용하여 L-THIA 모형에서 산정된 직접유출량과 WHAT 시스템에서분리된 실측 직접유출량 값과 비교하였다. 그 결과 Fig.
- NRCS 방법에서는 선행토양함수 조건(AMC)을 Table 3과 같이 세 가지로 구분하고 1년을 성수기와 비성수기로 구분하여 5일 선행강수량의 크기에 따라 결정하고 있다(NRCS, 1972). 본 연구에서는 1년 중 성수기(growing season)를 4월 15일~10월 15일, 비성수기 (dormant season) 를 1월 1일~4월 14일, 10월 16일~12월 31 일로 구분하였다. 이렇게 유효우량을 산정하기 위해 구분된 AMC 는 토양도 및 토지이용도를 이용하여 CN 값을 산정하는데 이용된다.
- 이렇게 보정된 CN값을 각 유역에 적용하여 그유역의 다른 연도에 적용함으로써 정확성을 판단하였다. 그리고 각 유역의 침투량을 계산하여 기저유출량과 비교한후 지형특성이 다른 두 유역에 대하여 적용해 보았다.
- 이러한 L-THIA 모형을 수정 보완하여 김종건 등(2007a, 2007b) 은 Spreadsheet 를 구축하여 L-THIA 의 데이터와 연결시켜 수식으로 나타내었다. 이를 이용하여 본 연구에서는 침투량 산정을 할 수 있도록 Spreasheet 를 구축하였다.
- 이러한 WHAT 시스템은 기존의 수문분석방법인 지하수 감수 곡선법, 수평직선 분리법, N-day법, 수정 N-day법, 가변 경사법 등과 같이 분석자에 따라 결과의 차이를 보이는 방법을 보완하기 위하여 디지털 필터링(Digital filtering) 방법을 사용하였다(임경재, 2006). 이에 따라서 본연구에서도 직접유출과 기저유출의 분리를 객관적이고 효율적으로 할 수 있도록 WHAT 시스템을 이용하였으며, 연구에 이용한 Eckhardt 필터의 BFImax값은 0.80이다. 이는 항시 하천이 흐르고 공극이 많은 대수층일 경우 사용하는 기본 값이며 Eckhardt (2005)는 이를 권장하고 있으므로 BFImax 값을 0.
- 이외에도 배상근과 김용호(2006)는 NRCS-CN 방법과 Mayboom 의지 수방 정식 형태의 기저유출 감수곡선식을 이용한 기저 유출 분리법을 사용하여 지하수 함양량을 산정하였으나 실측자료와의 검토가 부족하여 실제로 적용하는데 어려움이 있었다. 이처럼 지하수 함양량 산정에 대한 많은 방법들이 제시되고 있지만, 그 방법이 어렵고 실측자료와의 검토가 부족하여 정확성을 판단하기 어려워 본 연구는 위의 여러 가지 지하수 함양량 산정 방법 중 가장 많이 사용되는 NRCS-CN방법을 이용하여, 간단한 입력자료 만으로 침투량 및 직접유출량을 산정하였다. NRCS-CN 방법은 침투 및 유효우량의 크기에 영향을 미치는 인자로 토양의 종류, 토지이용상태, 식생의 피복상태 및 선행토양함수조건을 고려하여 유역의 유출량자료가 없는 경우에 침투량과 직접 유출량을 산정할 수 있는 방법이다(이재수, 2009).
대상 데이터
- 경안동 일대와 경기도 광주 일대에 위치하고 있는 경안천유역과 Fig. 1(b) 에서와 같이 강원도 평창군 도암면 일대에 위치하는 도암댐 유역을 선정하였다. 경안천 유역은 연강수량이 1, 300 mm 내외인 곳이며 유역면적은 561.
- 각 유역의 수계 내 토지이용현황은 환경부 환경지리정보 (Environmental Geographic Information System: EGIS)에서제공하는 대분류 수치 피복도 자료를 이용하였다. 경안천유역의 토지이용 분류는 산림 및 초지 65.
- 88 km2이며 이는 전체 유역면적에 11%를 차지한다. 각 유역의 토지 피복도는 환경부 환경지리정보에서 제공하는 자료를 이용하였다(Environmental Geographic Information System: EGIS). 경사도는 국가 수자원관리종합정보 시스템 (http://www.
- 각 유역의 토지 피복도는 환경부 환경지리정보에서 제공하는 자료를 이용하였다(Environmental Geographic Information System: EGIS). 경사도는 국가 수자원관리종합정보 시스템 (http://www.wamis.go.kr) 의 자료를 이용하였으며 연구 유역의 경사도를 분석하여 Table 1에 나타내었다. 선정된 연구지역의 지형특성을 분석한 결과 두 유역 중 비교적 농경지와 초지가 많은 경안천 유역을 평탄하고 강우가 많은 지역으로 판단하였고, 산림지가 많은 도암댐 유역은 경사가 높고 강우가 적은 지역으로 판단하였다.
- 경안천 수계 내 토양특성은 농촌진흥청 농업과학기술원에서 제공해 주는 정밀토양도(1:25,000)를 사용하였다. Fig.
- kr) 에서 제공하는 실측유량자료를 이용하였다. 경안천의 경우 경안 관측소에서 측정한 2006년 1월 1 일부터 2007년 12월 31일까지 자료를 이용하였고, 도암댐의 경우 대관령 관측소에서 측정한 2004년 1월 1일부터 2005년 12월 31일까지의 자료를 이용하였다.
- kr)에서 제공하는 일강우자료 (mm) 를 L-THIA 모형 직접유출 모의에 이용하였다. 경안천의 경우 경안 관측소에서 측정한 2006년 1월 1일부터 2007년 12월 31일까지 자료를 이용하였으며 도암댐의 경우 대관령 관측소에서 측정한 2004년 1월 1일부터 2005년 12월 31일까지의 자료를 이용하였다.
- 또한 이 연구에서는 국가 수자원관리종합정보 시스템 (http:// www.wamis.go.kr) 에서 제공하는 실측유량자료를 이용하였다. 경안천의 경우 경안 관측소에서 측정한 2006년 1월 1 일부터 2007년 12월 31일까지 자료를 이용하였고, 도암댐의 경우 대관령 관측소에서 측정한 2004년 1월 1일부터 2005년 12월 31일까지의 자료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 국가 수자원관리종합정보 시스템 (http:// www.wamis.go.kr)에서 제공하는 일강우자료 (mm) 를 L-THIA 모형 직접유출 모의에 이용하였다. 경안천의 경우 경안 관측소에서 측정한 2006년 1월 1일부터 2007년 12월 31일까지 자료를 이용하였으며 도암댐의 경우 대관령 관측소에서 측정한 2004년 1월 1일부터 2005년 12월 31일까지의 자료를 이용하였다.
이론/모형
- 현재, 김만일 등 (2006)이 제시한 지하수 함양량 산정 방법은 시간적 및 공간적으로 매우 다양한 값을 보이는 지하수위를 직접 측정해서 통계자료를 분석하는 방법이기 때문에 지하수 함양량을 정확하게 파악하기 어렵다. 또한, 박찬제와 김태철(2002)은 Kim (1992)에 의해 개발된 Daily Watershed Streamflow Model (DAWAST) 모형을 이용한 방법으로 지하수 함양량을 산정하였다. 이 방법은 지하수층의 토양특성을 단순히 포화 층과 불포화층으로 분류하여 지하수 함양량을 산정하였기 때문에 다양한 토양특성이 고려되지 않아 정확한 산정이 어려웠다.
- 본 연구에서는 강우에 따른 침투량을 산정하기 위하여 NRCS 에 의해서 제시된 호우 중 침투량 Fa 의 값을이용하였다. 침투량 Fa를 구하는 식 (3)은 식 (4)와 (5) 를이용하여 유도하였다.
- , 2005b). 이러한 WHAT 시스템은 기존의 수문분석방법인 지하수 감수 곡선법, 수평직선 분리법, N-day법, 수정 N-day법, 가변 경사법 등과 같이 분석자에 따라 결과의 차이를 보이는 방법을 보완하기 위하여 디지털 필터링(Digital filtering) 방법을 사용하였다(임경재, 2006). 이에 따라서 본연구에서도 직접유출과 기저유출의 분리를 객관적이고 효율적으로 할 수 있도록 WHAT 시스템을 이용하였으며, 연구에 이용한 Eckhardt 필터의 BFImax값은 0.
성능/효과
- 따라서 본 연구는 L-THIA 모형을 이용하여 침투량과 침투량에 대한 기저유출량을 산정하고 그에 따른 각 유역에대하여 강우량별 모의와 경사도별 모의를 한 결과, 그 정확성이 상당히 높다고 판단된다. 그러므로 간단한 강우자료와토양특성, 토지이용도만으로 정확도 높은 침투량을 산정하여 특성이 다른 여러 유역에 적용하는데 편리하며, 이를 통해 효과적인 수자원관리와 유역관리를 할 수 있을 것이다.
- 경안천 유역을 살펴보면 상대적으로 연강수량이 많은 2006년과 연강수량이 적은 2007년을 비교한 본 연구를 통해서도 동일한 결과를 얻었다. 또한 도암댐 유역의 2004년 결과와 2005년도의 결과를 비교함으로써 더 정확한 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 볼 때 본 연구의 정확성이 높다고 판단되어지며, 이를통해 효과적인 수자원관리가 필요함을 나타내며 더 나아가서는 수자원관리를 할 때 이용가능하다고 판단된다.
- kr) 의 자료를 이용하였으며 연구 유역의 경사도를 분석하여 Table 1에 나타내었다. 선정된 연구지역의 지형특성을 분석한 결과 두 유역 중 비교적 농경지와 초지가 많은 경안천 유역을 평탄하고 강우가 많은 지역으로 판단하였고, 산림지가 많은 도암댐 유역은 경사가 높고 강우가 적은 지역으로 판단하였다.
- 위와 같이 도암댐 유역의 2004년도 자료를 이용하여 CN 값을조정하였으며, 도암댐 유역의 2005년도 자료에 적용해봄으로써, 정확성을 판단하였다. 이때 사용되는 WHAT 시스템은 Lim 등(2005b)에 의해 개발된 것으로 미국 지역의 경우사용자가 입력 자료를 직접 준비할 필요 없이 미국국립지리국의 유량 자료를 실시간으로 질의하여 수문분석을 수행할수 있는 사용자 중심의 시스템이다.
- 65%로 2004년에 더많다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로 볼 때, 총 강우량이 증가함에 따라 기저유출량과 침투량과 실측기저유출량의 비율도 증가함을 볼 수 있는데, 이는 강우량이 많을수록 더욱 효과적인 수자원 관리가 중요함을 보여준다.
후속연구
- 상당히 높다고 판단된다. 그러므로 간단한 강우자료와토양특성, 토지이용도만으로 정확도 높은 침투량을 산정하여 특성이 다른 여러 유역에 적용하는데 편리하며, 이를 통해 효과적인 수자원관리와 유역관리를 할 수 있을 것이다.
- 또한 효과적인수자원관리를 위해 총 침투량에 대해 WHAT 에서 분리한기저유출량과 비교하여, 침투량 중 기저유출량으로 발생하는 비율을 산정해보았다. 그리고 WHAT에서 분리한 직접유출량과 기저유출량이 총 강우량에 대하여 차지하는 비율을 산정함으로써 유역 특성이 다른 두 지역을 비교해 유역특성에 따라서 알맞은 유역관리가 필요함을 보였다. 이와같은 방법으로 도암댐 유역의 2004년, 2005년도 자료를 이용하여 Table 5와 같이 산정하였다.
- 즉, 본 연구에서 사용된 강우자료는 강수자료를 사용하였기때문에 보다 정확한 모의를 할 수 있는 연구가 필요할 것이다 또한, L-THIA 모형은 미국에서 개발된 모델로 미국의 연평균 강우량인 1,000 mm를 기준으로 하고 있어 우리나라 홍수량에 대한 모의를 하는 데에는 어려움이 있다. 따라서 우리나라의 특성에 맞추어 정확한 모의를 할 수 있는 연구가 필요할 것이다.
- 또한 도암댐 유역의 2004년 결과와 2005년도의 결과를 비교함으로써 더 정확한 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 볼 때 본 연구의 정확성이 높다고 판단되어지며, 이를통해 효과적인 수자원관리가 필요함을 나타내며 더 나아가서는 수자원관리를 할 때 이용가능하다고 판단된다. 또한, 유역의 지형이 상대적으로 급한 경사면일수록 빠른 지표면유출을 초래하여 침투가 발생할 시간적 여유가 없으므로침투량이 감소하게 된다(이재수, 2009).
- 있다. 즉, 본 연구에서 사용된 강우자료는 강수자료를 사용하였기때문에 보다 정확한 모의를 할 수 있는 연구가 필요할 것이다 또한, L-THIA 모형은 미국에서 개발된 모델로 미국의 연평균 강우량인 1,000 mm를 기준으로 하고 있어 우리나라 홍수량에 대한 모의를 하는 데에는 어려움이 있다. 따라서 우리나라의 특성에 맞추어 정확한 모의를 할 수 있는 연구가 필요할 것이다.
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