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문제 정의
- 본 연구에서는 Qual2E 모형을 이용하여 미래 수질을 예측할 수 있는 시스템을 개발하기 위해 섬진강댐과 주암댐을 포괄하는 섬진강수계 전체를 대상으로 선정하여 Qual2E모형을 구축하였다. 대표적인 지류로는 오수, 요천, 횡천강이 합류한다(Fig.
- 본 연구에서는 기상청의 기후변화정보센터에서 제공하는 RCP8.5 기후변화시나리오를 채택하였고 기후변화와 유역유출특성에 따른 미래 환경영향을 평가하였다. 온실가스 저감정책에 따라 RCP 기후변화 시나리오는 달라질수 있기 때문에 시나리오의 채택에 따라 미래 환경영향평가는 상이하게 나타날 수 있다.
- 본 프로그램은 기존의 상업용 프로그램과 동일하게 관찰 값의 차이를 상대적 크기로 산정하여 증(+), 감(-), 무변화 정도를 나타내며 이에 대한 유의수준의 표준통계값(p), 기울기인 Tau(τ) 값을 비롯하여 S(통계량), Z(표준화변수)값을 제공하고 있어 경향성과 특성을 비교하는데 매우 적절한 프로그램이다.
- HEC-ResSim 모형은 저수지의 홍수조절, 용수공급계획, 세부 저수지 제약사항 및 실시간 의사결정을 지원할 수 있도록 개발되었다. 이 프로그램은 여러 개의 저수지와 조절점으로 구성된 저수지 시스템의 특성 및 문제점에 따라 부과되는 각종 구속조건하에서 용수공급, 수력발전, 주운 등의 이수목적과 홍수조절 등의 치수목적의 요구를 최대한 충족시킴으로서 수자원 활용 전반에 걸친 저수지 시스템운영을 최적화하는데 그 목적이 있다. 국외 연구로는 대표적으로 미국 Western States (2009)에서 the Western Governors Association (WGA)와 the Western States Water Council(WSWC)이 공동으로 기후변화와 관련하여 댐 운영을 통한 미래 지속가능한 용수공급과 전략 수립을 위해 연구를 수행하였고 Minville et al.
- 모형의 보정은 모의 결과의 신뢰도를 향상시키기 위하여 하천에서의 실측치를 오차가 없는 기준 수질로 가정하였다. 이것은 수질모의 결과치에 영향을 주는 반응계수를 포함한 수질영향인자를 조정하여 자연현상과 수학적인 해석 간의 차이를 최소화시키는 작업을 함으로써, 대상하천에 대한 모형의 정확도를 높이기 위한 것이다. 하천의 수질 모형의 매개변수 결정은 현장 조사를 통해서 산출하고 검토하여 적정 값을 사용하는 것이 좋지만, 본 연구에서는 실측치와 모형에 의한 계산치의 차이가 최소가 될 때 까지 반복하는 방법으로 보정을 실시하였다.
가설 설정
- 수질항목으로는 수온, BOD, COD, 조류, 질소 계열, 인 계열, DO를 고려하였다. 모형의 보정은 모의 결과의 신뢰도를 향상시키기 위하여 하천에서의 실측치를 오차가 없는 기준 수질로 가정하였다. 이것은 수질모의 결과치에 영향을 주는 반응계수를 포함한 수질영향인자를 조정하여 자연현상과 수학적인 해석 간의 차이를 최소화시키는 작업을 함으로써, 대상하천에 대한 모형의 정확도를 높이기 위한 것이다.
제안 방법
- 유출량 산정에서는 댐내 용수이용 및 취수 등은 HEC-ResSim 모형에서 고려하기 위해 반영하지 않았고 각 소유역별 용수이용량은 고려하였다. 1973년부터 2010년까지 38개년 사상을 대상으로 SWAT 모형으로 유출량을 산정하였으며 산정된 유출량을 토대로 관측값과의 비교를 통해 매개변수를 보정하였다. RCP8.
- 2000년 1월 1일부터 2100년 12월 31일 기간 동안의 RCP8.5 남한상세 공간해상도 1 km 기후변화 시나리오를 보정된 유역유출모형에 적용해서 섬진강수계 물이용을 고려한 각 주요지점의 유출량을 산정하였다. 본 연구에서는 강우와 기온의 변화만 고려하였으며, 토지이용변화 및 인구 변동에 따른 용수 수요 변동은 고려하지 않았다.
- 소유역별 물 수지와 유출량 보정에 사용된 기본 주요 매개변수는 Table 1과 같다. ESCO, GW_REVAP, REVAPMN, GWQMN, ALPHA_BF에 대해서 매개변수 보정을 수행하였으며, 각 매개변수에 대한 민감도를 분석하였다. ESCO는 0.
- Fig. 15에 도시된 바와 같이 개발된 시스템을 이용하여 기후시나리오와 유역유출특성을 고려한 미래 수질예측을 수행하였다. RCP8.
- 5를 채택하였다. Fig. 3에 도시되어 있는 섬진강유역에 해당하는 3개 관측소를 선정하고 Fig. 4와 같이 2000년 1월 1일부터 2010년 12월 31일 까지 RCP8.5 기후변화 강우 자료를 관측자료와 비교하여 신뢰성을 평가하였다. RCP8.
- 매개변수 보정 방법은 ESCO, GW_REAP, REVAPMN, GWQMN, ALPHA_BF 순으로 매개변수를 조정하면서 유출총량, 첨두유량, 모형효율지수(NSEC), 결정계수(R2), RMSE를 분석하여 최적값을 선정하였다. REVAPMN과 GWQMN의 값을 조정하여 모의 하더라도 모형 유출량의 값 변화가 미미하여 Default 값을 적용하였다. 매개변수를 보정한 모형의 평가는 Eq.
- 구축된 Qual2E를 포함하는 시스템은 댐 하류 유역 및 지류에서 발생되는 오염원 유출과정 해석을 위한 수문모델링과 저수지군 운영모델링간 연계, 오염부하량 산정을 통한 하천수질모델의 입력자료 자동생성, 호소 수질예측을 위한 하천모델의 유입농도 산정, 호소 모델을 통한 호소 장래 수질예측에 이르는 전 과정이 시스템 내에서 일괄처리 되도록 하였다. 시스템이 탑재한 기능은 SWAT, HEC-ResSim 모형 결과의 연동, 수질예측이다.
- 기후변화에 따른 섬진강수계의 수질변화 추이를 분석하기 위하여 환경부 수질측정지점에서 측정된 월평균 수질자료 중 1994년 1월부터 2012년 12월까지 온도, BOD, TN, TP, 클로로필a를 수집하여 Seasonal-Kendall 기법을 이용하여 기후변화에 따른 경향성을 분석하였다(Table 7). 이 기법은 관찰치들 사이의 상관 측정치를 통해 경향을 분석하는 비모수 통계방법이다.
- 시스템은 SWAT모형 결과를 활용하여 각종 수문자료를 확보하고 HEC-ResSim 모델 결과를 이용한 저수지군 방류량을 활용하도록 하였으며 이를 통해 발생된 예측 유출량과 의사결정을 통해 결정된 방류량을 시스템에 연계하여 수질예측을 수행하게 된다. 두 개의 서로 다른 목적으로 사용되는 모형을 연계하여 사용자에게 효율적인 의사결정을 위한 정보를 제공하며 편리한 수문 및 수질 모델링이 가능하도록 하였다.
- 섬진강 유역에서 최근에 발생한 가뭄시기는 2008년으로 나타났다. 따라서 Fig. 14와 같이 2008월 4월을 대상으로 BOD, TN, TP, 클로로필a의 수질항목에 대하여 Qual2E 모형 매개변수 보정을 실시하였다.
- 기존의 연구는 기후변화, 유출, 저수지운영, 수질이 분리 되어 연구되어왔다. 따라서 본 연구에서는 기후변화, 유출, 저수지운영, 수질을 종합적으로 분석하였다. 섬진강유역을 대상으로 신뢰성 있는 기후변화시나리오를 사용하기 위하여 Climate Change Information Center (2013)에서 제공하는 공간해상도 1 km 지역규모의 RCP8.
- 보성강댐으로 도수되는 유량은 득량만으로 흘러들어가게 되고 주암(조)으로 도수된 유량은 순천만으로 흘러들어가게 된다. 따라서 이를 반영하여 댐의 운영룰을 적용하였다. 섬진강댐과 주암댐의 운영룰은 동진강과 보성강댐 및 주암(조)으로 도수하는 유량인 생공용수 공급(Fig.
- 5 시나리오를 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)모형에 적용하여 미래 유출량 전망을 분석하였다. 또한, 미래 유출량을 HEC-ResSim 및 Qual2E 모형에 적용하여 저수지군 운영에 따른 각 주요 지점별 유황분석을 통해 수문학적 거동 특성을 분석하였고 환경영향에 대한 검토를 통해 유역 관리를 위한 지침을 마련하고자 하였다.
- 62 m3/sec)로 방류우선순위를 부여하였으며, 하류단 방류타입은 Guide Curve 운영을 통한 홍수 조절을 위해 Minimum 룰을 적용하였고 도수되는 방류타입은 Diverted Outlet Specified로 설정하였다. 또한, 섬진강과 주암댐의 연계운영을 위해 송정수위표 지점을 기준으로 Downstream Control룰을 적용하여 4.62 m3/sec의 유량이 유지되도록 하였다.
- 3에 도시된 임실, 남원, 주암 관측소의 1973년부터 2010년까지 38개년 강우 및 기상 사상을 이용하여 유출량을 모의하였고, 공간적으로는 최상류 유역부터 순차적으로 보정을 실시하였으며, 하류 합류점에서 보정할 때는 이미 보정된 상류 유역의 매개변수는 고정하고 나머지 유역에 대하여 보정을 실시하였다. 또한, 유역의 정확한 유출량 산정을 위하여 섬진강댐과 주암댐의 일 방류량을 유량경계조건(Reservoir option)으로 입력하였다(Fig. 6). Fig.
- 01로 감한 결과, 유출 총량과 첨두값에서 큰 차이가 발생하지 않으나, 모형 효율계수가 상승하였다. 매개변수 보정 방법은 ESCO, GW_REAP, REVAPMN, GWQMN, ALPHA_BF 순으로 매개변수를 조정하면서 유출총량, 첨두유량, 모형효율지수(NSEC), 결정계수(R2), RMSE를 분석하여 최적값을 선정하였다. REVAPMN과 GWQMN의 값을 조정하여 모의 하더라도 모형 유출량의 값 변화가 미미하여 Default 값을 적용하였다.
- HEC-ResSim(Klipsch and Hurst, 2007)모형을 이용하여 섬진강수계 및 인근 권역에 대하여 안정적인 물공급을 최적화 시킬 수 있도록 댐 상·하류간의 연계운영 네트워크를 구축하고 댐의 최적 연계운영을 통한 각 댐의 방류량 및 하류단의 유량을 계산하였다. 먼저, 1994년부터 2012년까지 관측된 수질자료를 이용하여 Seasonal-Kendall 기법을 이용하여 기후변화에 따른 경향성을 분석하였고, SWAT 모형으로 계산된 지류 유입유량과 HEC-ResSim 모형으로 계산된 방류량을 Qual2E모형에 적용하여 수리시설물 운영에 따른 하류 수질 변동을 검토하였다. Fig.
- 모형 구축을 위한 수치표고모형(DEM) 자료는 국토지리정보원에서 제공하는 25000:1 수치지도 파일을 ARCGIS 9.2 프로그램을 이용하여 30 × 30 m Raster 파일로 변환시켰다.
- 5와 같이 주요 지류를 합류점을 반영하여 총 19개의 소유역으로 구분하였다. 모형의 매개 변수를 보정하기 위하여 Fig. 3에 도시된 임실, 남원, 주암 관측소의 1973년부터 2010년까지 38개년 강우 및 기상 사상을 이용하여 유출량을 모의하였고, 공간적으로는 최상류 유역부터 순차적으로 보정을 실시하였으며, 하류 합류점에서 보정할 때는 이미 보정된 상류 유역의 매개변수는 고정하고 나머지 유역에 대하여 보정을 실시하였다. 또한, 유역의 정확한 유출량 산정을 위하여 섬진강댐과 주암댐의 일 방류량을 유량경계조건(Reservoir option)으로 입력하였다(Fig.
- 5 남한상세 공간해상도 1 km 기후변화 시나리오를 보정된 유역유출모형에 적용해서 섬진강수계 물이용을 고려한 각 주요지점의 유출량을 산정하였다. 본 연구에서는 강우와 기온의 변화만 고려하였으며, 토지이용변화 및 인구 변동에 따른 용수 수요 변동은 고려하지 않았다.
- 기후변화에 따른 섬진강유역의 미래 유출량 전망을 파악하고 기존 댐의 운영에 의한 하류 수질의 변동 여부를 파악하는 것은 지속적인 물의 흐름 상태를 알고 수계 통합 물관리를 위해 필수적이다. 본 연구에서는 기후변화정보센터에서 제공하는 2000년 1월 1일부터 2100년 12월 31일 기간 동안의 RCP8.5 남한상세 공간해상도 1 km 기후 변화 시나리오를 유역유출모형에 적용해서 섬진강수계 물이용을 고려한 각 주요지점의 유출량을 산정하였다. 산정된 유출량을 저수지운영모형에 적용하여 각 수리시설물 운영기법에 따른 하류 유량을 평가하였으며 수질모형을 이용하여 수리시설물 운영에 따른 하류 수질 변화를 검토하였다.
- 5 남한상세 공간해상도 1 km 기후 변화 시나리오를 유역유출모형에 적용해서 섬진강수계 물이용을 고려한 각 주요지점의 유출량을 산정하였다. 산정된 유출량을 저수지운영모형에 적용하여 각 수리시설물 운영기법에 따른 하류 유량을 평가하였으며 수질모형을 이용하여 수리시설물 운영에 따른 하류 수질 변화를 검토하였다. 유출량 산정에서는 댐내 용수이용 및 취수 등은 HEC-ResSim 모형에서 고려하기 위해 반영하지 않았고 각 소유역별 용수이용량은 고려하였다.
- 따라서 이를 반영하여 댐의 운영룰을 적용하였다. 섬진강댐과 주암댐의 운영룰은 동진강과 보성강댐 및 주암(조)으로 도수하는 유량인 생공용수 공급(Fig. 10), 하류 발전방류(섬진강댐 : 1 m3/sec, 주암댐 : 1.2 m3/sec),유지유량 순서(4.62 m3/sec)로 방류우선순위를 부여하였으며, 하류단 방류타입은 Guide Curve 운영을 통한 홍수 조절을 위해 Minimum 룰을 적용하였고 도수되는 방류타입은 Diverted Outlet Specified로 설정하였다. 또한, 섬진강과 주암댐의 연계운영을 위해 송정수위표 지점을 기준으로 Downstream Control룰을 적용하여 4.
- 총 Reach 개수는 18개이고 Element 개수는 164개이다. 수질항목으로는 수온, BOD, COD, 조류, 질소 계열, 인 계열, DO를 고려하였다. 모형의 보정은 모의 결과의 신뢰도를 향상시키기 위하여 하천에서의 실측치를 오차가 없는 기준 수질로 가정하였다.
- 시스템이 탑재한 기능은 SWAT, HEC-ResSim 모형 결과의 연동, 수질예측이다. 시스템은 SWAT모형 결과를 활용하여 각종 수문자료를 확보하고 HEC-ResSim 모델 결과를 이용한 저수지군 방류량을 활용하도록 하였으며 이를 통해 발생된 예측 유출량과 의사결정을 통해 결정된 방류량을 시스템에 연계하여 수질예측을 수행하게 된다. 두 개의 서로 다른 목적으로 사용되는 모형을 연계하여 사용자에게 효율적인 의사결정을 위한 정보를 제공하며 편리한 수문 및 수질 모델링이 가능하도록 하였다.
- 기후변화에 따른 유입유량의 변화와 저수지의 운영룰은 하천의 유황을 변화시키는 요인이다. 용수공급을 위해 다른 지역으로 물을 도수하는 것과 저수지의 유입 및 유출량을 조절하는 저수지 운영은 많은 하천환경에 영향을 미치기 때문에 유황분석을 이용하여 섬진강댐 하류에 대해 유황변동특성을 분석하였다(Fig. 12). 갈수량에 해당하는 Q95%의 분석결과, RCP8.
- 토지이용현황은 수자원관리종합 정보시스템(WAMIS) 제공하는 중분류 토지피복도를 사용하였다. 토지피복도는 shape 파일의 형태를 Grid 형태로 변환하여 사용하였으며, 속성부호를 SWAT의 입력자료 속성 값(SWAT Land use Class)으로 변환하였다. 섬진강 유역의 토지이용 분류결과, 전체 유역면적 중 수역 1.
- 이것은 수질모의 결과치에 영향을 주는 반응계수를 포함한 수질영향인자를 조정하여 자연현상과 수학적인 해석 간의 차이를 최소화시키는 작업을 함으로써, 대상하천에 대한 모형의 정확도를 높이기 위한 것이다. 하천의 수질 모형의 매개변수 결정은 현장 조사를 통해서 산출하고 검토하여 적정 값을 사용하는 것이 좋지만, 본 연구에서는 실측치와 모형에 의한 계산치의 차이가 최소가 될 때 까지 반복하는 방법으로 보정을 실시하였다. 구축한 모형의 매개변수 보정을 위하여 환경부 수질관측소의 수질자료를 이용하였다.
대상 데이터
- 5는 현재 탄소 배출 추세를 지속적으로 유지할 경우의 시나리오를 바탕으로 산출된 강우예측 값이다. RCP 기후변화 자료는 2005년을 초기조건으로 하여 2006년 부터를 모의하고 있으며, 이전 자료는 RCP 미래전망 자료가 아닌 과거기후모의 자료이다. 본 연구에서는 온실가스 저감 정책에 의해 개선된 상황이 아닌 현 상황이 지속되었을 때 발생할 수 있는 미래하천환경을 평가하기 위해 RCP8.
- 하천의 수질 모형의 매개변수 결정은 현장 조사를 통해서 산출하고 검토하여 적정 값을 사용하는 것이 좋지만, 본 연구에서는 실측치와 모형에 의한 계산치의 차이가 최소가 될 때 까지 반복하는 방법으로 보정을 실시하였다. 구축한 모형의 매개변수 보정을 위하여 환경부 수질관측소의 수질자료를 이용하였다. 하천에서 발생하는 수질악화 시기는 하천에서 많은 용수를 점용하게 되는 농번기이다.
- 또한, 각 토양 Layer별 토성함량 및 유기물 함량, 토양수분 함유 가능량인 AWC(Available Water Capacity) 등의 정보가 포함되어 있다. 따라서 본 연구의 토양 속성자료는 National Academy of Agricultural Science (2000)에서 제공하는 정밀 토양도 속성자료를 활용하여 입력하였다. 제공하지 않는 속성자료는 농업과학기술원에서 제공하는 자료를 기본으로 하여 사용자지침서에서 제시하는 식을 이용하여 산정하였다.
- 유출모의를 위해 Fig. 5와 같이 주요 지류를 합류점을 반영하여 총 19개의 소유역으로 구분하였다. 모형의 매개 변수를 보정하기 위하여 Fig.
- 33로 나타났다. 토양도는 농업과학기술원에서 실시하고 있는 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1 : 25,000 정밀토양도를 사용하였다. Kim (2003)은 개략토양도와 정밀토양도의 적용에 따른 모의결과의 오차를 연구한 바 있으며, 모델의 정확성 향상을 위해서는 정밀토양도를 사용할 것을 제안하였다.
이론/모형
- (1)의 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE)와 Eq. (2)의 모형효율성지수(Nash-Sutcliffe Efficiency Coefficient, NSEC), 결정계수를 사용하였다. NSEC는 Nash and Sutcliffe (1970)에 의해 제안되었으며, Servat and Dezetter (1991)은 연구를 통해 수문모델의 효율성 산정 지표로써 Nash의 목적함수가 가장 적합한 것을 밝힌바 있다.
- HEC-ResSim(Klipsch and Hurst, 2007)모형을 이용하여 섬진강수계 및 인근 권역에 대하여 안정적인 물공급을 최적화 시킬 수 있도록 댐 상·하류간의 연계운영 네트워크를 구축하고 댐의 최적 연계운영을 통한 각 댐의 방류량 및 하류단의 유량을 계산하였다.
- 1973년부터 2010년까지 38개년 사상을 대상으로 SWAT 모형으로 유출량을 산정하였으며 산정된 유출량을 토대로 관측값과의 비교를 통해 매개변수를 보정하였다. RCP8.5 기후변화 시나리오를 SWAT 모형에 적용하여 각 수리시설물, 지류 그리고 소유역에서 유입되는 유량을 산정하였다. HEC-ResSim(Klipsch and Hurst, 2007)모형을 이용하여 섬진강수계 및 인근 권역에 대하여 안정적인 물공급을 최적화 시킬 수 있도록 댐 상·하류간의 연계운영 네트워크를 구축하고 댐의 최적 연계운영을 통한 각 댐의 방류량 및 하류단의 유량을 계산하였다.
- 이를 위해서는 장기유출분석을 수행할 수 있는 유출모형의 선정 및 입력 자료의 구축이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 RCP8.5시나리오에서의 일단위 유출모의를 위해 기존 국내외의 연구성과나 유출모형의 인지도, GIS자료의 활용성, 그리고 연구의 적합성 등을 고려하여 미국 농무성에서 개발한 준분포형모형인 최신 버전의 ArcSWAT(Neitsch et al., 2002)모형을 선정하였다. SWAT모형은 일 단위의 모의가 가능한 유역단위의 준 분포형 강우-유출 모형으로 대규모 유역에서 장기간에 걸친 토지이용에 따른 유출량을 평가할 수 있도록 개발되었고, 계속적으로 기능이 확장되고 있으며, 강우-유출해석, 기후변화에 따른 수문응답예측, 유역의 비점오염물질 거동해석, 유역관리대책의 평가 등에서 활발한 연구가 수행되고 있다.
- RCP 기후변화 자료는 2005년을 초기조건으로 하여 2006년 부터를 모의하고 있으며, 이전 자료는 RCP 미래전망 자료가 아닌 과거기후모의 자료이다. 본 연구에서는 온실가스 저감 정책에 의해 개선된 상황이 아닌 현 상황이 지속되었을 때 발생할 수 있는 미래하천환경을 평가하기 위해 RCP8.5를 채택하였다. Fig.
- 각 계절에 대한 Kendall 검정을 독립적으로 시행한 후, 각 결과들의 가중합을 구함으로써 하나의 경향 분석 결과를 도출하여 계절성을 배제하는 방법이다. 분석을 위해 USGS Seasonal-Kendall Test(Kendall.exe Code)을 사용하였다(Hesel et al., 2006). 본 프로그램은 기존의 상업용 프로그램과 동일하게 관찰 값의 차이를 상대적 크기로 산정하여 증(+), 감(-), 무변화 정도를 나타내며 이에 대한 유의수준의 표준통계값(p), 기울기인 Tau(τ) 값을 비롯하여 S(통계량), Z(표준화변수)값을 제공하고 있어 경향성과 특성을 비교하는데 매우 적절한 프로그램이다.
- 섬진강수계를 대상으로 HEC-ResSim모형을 이용하여 구축한 수계 네트워크는 Fig. 9에 도시하였으며, 상세댐 제원은 Korea Water Resources Corporation (2012)에 제시되어 있는 값을 적용하였다(Table 6). 일반적으로 댐 및 저수지 운영은 각 댐과 저수지에 대한 제한조건을 만족시키고 하류 조절점에서의 유지유량을 만족시키며, 시스템을 조화롭게 유지시키기 위해 운영되어 진다.
- 따라서 본 연구에서는 기후변화, 유출, 저수지운영, 수질을 종합적으로 분석하였다. 섬진강유역을 대상으로 신뢰성 있는 기후변화시나리오를 사용하기 위하여 Climate Change Information Center (2013)에서 제공하는 공간해상도 1 km 지역규모의 RCP8.5 시나리오를 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)모형에 적용하여 미래 유출량 전망을 분석하였다. 또한, 미래 유출량을 HEC-ResSim 및 Qual2E 모형에 적용하여 저수지군 운영에 따른 각 주요 지점별 유황분석을 통해 수문학적 거동 특성을 분석하였고 환경영향에 대한 검토를 통해 유역 관리를 위한 지침을 마련하고자 하였다.
- 따라서 본 연구의 토양 속성자료는 National Academy of Agricultural Science (2000)에서 제공하는 정밀 토양도 속성자료를 활용하여 입력하였다. 제공하지 않는 속성자료는 농업과학기술원에서 제공하는 자료를 기본으로 하여 사용자지침서에서 제시하는 식을 이용하여 산정하였다.
- (2003)은 선행연구를 통해 DEM의 격자크기는 25 × 25m∼50 × 50 m가 가장 적당함을 제시한 바 있다. 좌표체계는 Transverse-Mercator 법(Bessel 타원체)을 사용하였으며, 매개변수는 한국측지계의 중부 원점 값을 적용하였다. 토지이용현황은 수자원관리종합 정보시스템(WAMIS) 제공하는 중분류 토지피복도를 사용하였다.
- 좌표체계는 Transverse-Mercator 법(Bessel 타원체)을 사용하였으며, 매개변수는 한국측지계의 중부 원점 값을 적용하였다. 토지이용현황은 수자원관리종합 정보시스템(WAMIS) 제공하는 중분류 토지피복도를 사용하였다. 토지피복도는 shape 파일의 형태를 Grid 형태로 변환하여 사용하였으며, 속성부호를 SWAT의 입력자료 속성 값(SWAT Land use Class)으로 변환하였다.
성능/효과
- 1) RCP8.5 강우시나리오의 상세화 처리는 신뢰성이 높은 것으로 나타났고, RCP8.5 강우시나리오에서 예측된 유입량은 각각 섬진강댐은 2011년에서 2055년까지 39%, 2056년에서 2100년까지 49%, 주암댐은 2011년에서 2055년까지 40%, 2056년에서 2100년까지 52% 증가되는 것으로 전망되었다. 주목할 점은 우리나라의 홍수기인 7∼9월의 유입량 증분보다 10∼4월의 유입량 증분이 더 크게 나타났다.
- 3) RCP8.5 기후변화시나리오로 Seasonal-Kendall Test와 Qual2E를 이용한 미래 수질예측을 수행한 결과, 기후변화 영향으로 하천의 BOD와 TP는 점진적으로 증가할 것이며, 조류에 취약해 질 것으로 판단된다. 따라서 장기적이고 종합적인 연구가 진행되어 조류관련 피해를 최소화해야 할 것으로 사료된다.
- 5로 감한 결과, 유출 총량은 ESCO 변수만큼 작아졌지만 첨두 값의 차이는 미미하였고서 100으로 증가시킨 결과, 유출 총량은 ESCO 변수만큼 작아졌지만 첨두 값의 차이는 미미하였다. ALPHA_BF를 0.048에서 0.01로 감한 결과, 유출 총량과 첨두값에서 큰 차이가 발생하지 않으나, 모형 효율계수가 상승하였다. 매개변수 보정 방법은 ESCO, GW_REAP, REVAPMN, GWQMN, ALPHA_BF 순으로 매개변수를 조정하면서 유출총량, 첨두유량, 모형효율지수(NSEC), 결정계수(R2), RMSE를 분석하여 최적값을 선정하였다.
- 즉, 유황계수 Cfd가 클수록 유량의 변동이 크고, 작을수록 유량의 변동이 작아서 안정된다고 볼수 있다. Cfd 분석결과, RCP8.5는 70.25로 산정되어 기후 변화 시나리오에서 상대적으로 유황변동이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- ESCO, GW_REVAP, REVAPMN, GWQMN, ALPHA_BF에 대해서 매개변수 보정을 수행하였으며, 각 매개변수에 대한 민감도를 분석하였다. ESCO는 0.95에서 0.5를 감한 결과, 첨두값은 낮아지고 유출 총량도 작아졌고, GW_REAP를 0.2에서 0.05로 감한 결과, 첨두 값은 낮아지고 유출 총량도 작아지나 영향은 미미한 것으로 나타났다. REVAPMN를 1에서 0.
- 5 기후변화 강우 자료를 관측자료와 비교하여 신뢰성을 평가하였다. RCP8.5 강우 시나리오는 남원과 주암 지점의 경우 상관계수가 0.9999로 나타나 상세화 처리가 잘 된 것으로 나타났고, 임실의 경우 상관계수가 0.6924로 상대적으로 상세화 처리가 낮은 것으로 나타났다.
- 15에 도시된 바와 같이 개발된 시스템을 이용하여 기후시나리오와 유역유출특성을 고려한 미래 수질예측을 수행하였다. RCP8.5 기후변화시나리오에 의한 4월 및 5월의 수질분석 결과는 BOD, TP, 클로로필a는 증가하는 추세로 나타났고, TN은 감소하는 것으로 예측되었다(Fig. 16). Seasonal-Kendall Test로 분석한 경향성 분석결과와 같은 추세의 결과가 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 8). RCP8.5 시나리오 분석결과, 2011년에서 2055년까지 섬진강댐 유역의 경우는 2000년에서 2010년의 평균 유량을 기준으로 2011년에서 2055년까지는 유입량이 39% 증가하고, 2056년에서 2100년까지는 49%로 지속적으로 증가하는 것으로 전망되었다. 한편 주암댐 유역은 2000년에서 2010년의 평균 유량을 기준으로 2011년에서 2055년까지 40%, 2056년에서 2100년까지는 52%로 갈수록 증가하는 것으로 나타나는 등 전반적인 유출량의 증가경향이 예측되었다.
- 05로 감한 결과, 첨두 값은 낮아지고 유출 총량도 작아지나 영향은 미미한 것으로 나타났다. REVAPMN를 1에서 0.5로 감한 결과, 유출 총량은 ESCO 변수만큼 작아졌지만 첨두 값의 차이는 미미하였고서 100으로 증가시킨 결과, 유출 총량은 ESCO 변수만큼 작아졌지만 첨두 값의 차이는 미미하였다. ALPHA_BF를 0.
- BOD는 구례와 오수천을 제외하고 감소하는 경향을 나타냈다. TN은 모든 지점에서 경향이 없는 것으로 나타났고, 클로로필a는 섬진강에서는 감소하였으나, 오수천에는 증가하는 것으로 나타났다. TP는 섬진강댐에서는 감소하는 것으로, 오수천, 요천 그리고 구례에서는 증가하는 것으로 나타났다.
- TN은 모든 지점에서 경향이 없는 것으로 나타났고, 클로로필a는 섬진강에서는 감소하였으나, 오수천에는 증가하는 것으로 나타났다. TP는 섬진강댐에서는 감소하는 것으로, 오수천, 요천 그리고 구례에서는 증가하는 것으로 나타났다. 일반적으로 TP는 조류발생 원인으로 알려져 있기 때문에 지속적으로 증가가 예상되는 TP에 대한 저감 방안이 마련되어야 할 것으로 판단된다.
- 12). 갈수량에 해당하는 Q95%의 분석결과, RCP8.5는 8 m3/sec로 산정되어 RCP8.5의 기후변화 시나리오에서 1 m3/sec 유지유량을 더 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, Cfd는 Lee et al.
- 홍수량의 방류는 규정된 하도의 통수능 이내로 하고, 초과 시는 방류능의 범위 내에서 전량 방류한다. 모형에 적용된 섬진강댐의 계획홍수위는 EL.197.7 m, 상시만수위는 EL.196.5 m, 저수위는 EL.175.0 m이며, 주암댐의 계획홍수위는 EL.110.5 m, 상시만수위는 EL.108.5 m, 저수위는 EL.85.0 m이다. 섬진강댐과 주암댐은 Fig.
- 토지피복도는 shape 파일의 형태를 Grid 형태로 변환하여 사용하였으며, 속성부호를 SWAT의 입력자료 속성 값(SWAT Land use Class)으로 변환하였다. 섬진강 유역의 토지이용 분류결과, 전체 유역면적 중 수역 1.51%, 시가화지역 3.42%, 나지 0.08%, 습지 0.01%, 초지 3.11%, 산림 72.89%, 논 16.65%, 밭 2.33로 나타났다. 토양도는 농업과학기술원에서 실시하고 있는 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1 : 25,000 정밀토양도를 사용하였다.
- Table 7의 5, 6열은 각각 유의수준 및 경향성을 나타낸다. 수온은 섬진강댐, 주암댐 그리고 구례에서 감소하는 경향을 보였으며, 그 이외의 지점에서는 경향이 없는 것으로 나타났다. BOD는 구례와 오수천을 제외하고 감소하는 경향을 나타냈다.
- 주목할 점은 우리나라의 홍수기인 7∼9월의 유입량 증분보다 10∼4월의 유입량 증분이 더 크게 나타났다.
후속연구
- 2) RCP8.5시나리오를 적용하여 HEC-ResSim을 이용한 미래 저수지 추적 결과, 섬진강댐과 주암댐은 홍수위를 초과하는 수위가 발생하였기 때문에 잠정적으로 위험을 내포하고 있으며, 향후 댐 안전을 위해서 추가적인 여수로가 필요할 것으로 사료된다.
- 기후변화는 지금도 진행 중인 것으로 보고되고 있으며, 향후에도 지속적으로 진행되고 가속화될 것으로 판단된다(IPCC 2007). IPCC 제4차 평가보고서에 사용된 온실가스 배출시나리오(SRES) 자료의 노후화 및 해상도 문제를 보완하고 정확도 향상 및 다양한 부문에 이용할 수 있는 새로운 시나리오 도입의 필요성이 제기되었다.
- 조류는 수체 내 용존산소의 농도를 떨어뜨리고 수생태계의 건강성을 크게 악화시키기 때문에 향후각 호소나 수체에서 발생하는 조류의 생리적, 독성학적, 물리화학적 제한인자 그리고 조류발생 대책 및 관리방안 등에 관한 장기적이고 종합적인 연구가 진행되어야 할 것이며, 지속적인 모니터링 체계를 확립하여 조류관련 피해를 최소화해야 할 것이다. 더불어 갈수기에 반복되는 수질사고를 예방하기 위해서는 하천의 수량을 확보하는 것이 중요하며, 이를 위해 유역 내 물순환시스템을 최적화하여 하천의 자정능력을 향상시키고 하천의 건강성 회복을 이루어야 할 것이다.
- 따라서 그에 따라 수문환경의 전반적인 변화에 따른 유출·영향의 평가가 필요하다고 판단되고 향후 수자원 분배와 물자원 관리 등의 기후변화 적응전략을 수립하는데 있어 본 연구가 도움이 될 것이라고 판단된다.
- 이는 전반적인 물 순환 체계의 변동을 의미하는 것으로 이전과는 다른 계절적 특성의 출현과 함께 가용수자원의 편재현상을 지적하고 있다. 따라서 보다 효율적인 수자원관리를 위해서는 지속적인 모니터링과 함께 거동특성의 변동에 대한 분석이 필요하고 또한, 이러한 경향이 미래에 현실화된다면 효율적으로 물관리를 수행할 수 있도록 필요한 시점에 효율적으로 배분할 수 있는 체계로의 전환과 저수지군의 운영룰에 대한 재검토가 필요할 것으로 사료된다.
- Seasonal-Kendall Test로 분석한 경향성 분석결과와 같은 추세의 결과가 나타나는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 분석해 볼 때, 향후 기후변화 영향으로 하천의 BOD와 TP는 점진적으로 증가할 것이며, 조류에 취약해 질 것으로 판단된다. 조류는 수체 내 용존산소의 농도를 떨어뜨리고 수생태계의 건강성을 크게 악화시키기 때문에 향후각 호소나 수체에서 발생하는 조류의 생리적, 독성학적, 물리화학적 제한인자 그리고 조류발생 대책 및 관리방안 등에 관한 장기적이고 종합적인 연구가 진행되어야 할 것이며, 지속적인 모니터링 체계를 확립하여 조류관련 피해를 최소화해야 할 것이다.
- 이를 통해 분석해 볼 때, 향후 기후변화 영향으로 하천의 BOD와 TP는 점진적으로 증가할 것이며, 조류에 취약해 질 것으로 판단된다. 조류는 수체 내 용존산소의 농도를 떨어뜨리고 수생태계의 건강성을 크게 악화시키기 때문에 향후각 호소나 수체에서 발생하는 조류의 생리적, 독성학적, 물리화학적 제한인자 그리고 조류발생 대책 및 관리방안 등에 관한 장기적이고 종합적인 연구가 진행되어야 할 것이며, 지속적인 모니터링 체계를 확립하여 조류관련 피해를 최소화해야 할 것이다. 더불어 갈수기에 반복되는 수질사고를 예방하기 위해서는 하천의 수량을 확보하는 것이 중요하며, 이를 위해 유역 내 물순환시스템을 최적화하여 하천의 자정능력을 향상시키고 하천의 건강성 회복을 이루어야 할 것이다.
- 5 시나리오의 경우에는 섬진강댐에서는 2039년 6월 15일, 2052 6월 20일, 2055 8월 25일에 계획홍수위를 초과하는 수위가 형성되었고, 주암댐의 경우에는 2039년 6월 15일에 계획홍수위를 초과하였다. 특히, 섬진강 댐은 방류능보다 유입유량이 더 많이 발생하는 경우가 RCP8.5 시나리오에서는 9회 발생하였기 때문에 향후 댐안전을 위해서 추가적인 여수로가 필요할 것으로 사료된다.
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