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문제 정의
- 본 연구에서는 한강유역 총량관리 단위유역 내 배출부 하량 산정시 기준이 되는 기준유량, 특히 저수량의 결정에 있어서 유량의 불완전 계측이나 완전미계측으로 인해 발생될 수 있는 불확실성을 제거하고자 저수량 산정 방법론들을 평가해 보았다. 불완전 계측된 경우 확장법이 현재 사용되고 있는 백분위수법보다 좀 더 나은 결과를 보였다.
- 본 연구에서는 중소단위의 유역(총량관리단위유역)에서 유량자료가 전무하거나, 8일 간격 유량자료가 존재할 때 저수량을 산정하는 제 방법론을 조사·분석하였다. 이를 통해 미계측유역에서 비교적 정확한 유황분석이 가능한 방법론을 평가해 보고, 수질오염총량관리제에서 기준유량의 근간이 되는 저수량을 설정하는 합리적이고 안전한 방안을 제시하였다.
제안 방법
- 4가지 방법으로 산정된 저수량의 정확도를 검증하여 어떤 방법이 어떤 조건에서 사용되어야 할 것인지 평가하였다. 우선 방법들을 검증하기 위해서는 유량이 부분 계측된 지점과 동일한 지점에 연속적으로 계측된 유량자료가 있어야 한다.
- 15개 단위유역과 그 말단부의 자료확장에 사용된 연속유량계측지점(reference station)을 정리하면 Table 2와 같다. 다음으로 백분위수법은 8일 간격으로 부분 관측된 유량자료를 나열하여 백분위수 0.25에 해당하는 유량을 저수량으로 지정하였다.
- 제안된 4가지 방법론을 이용하여 15개 단위유역의 말단지점에서 2009년도 저수량을 산정해 보았다. 먼저 확장 법의 경우 8일 간격으로 계측된 유량을 365일 연속 일자료로 확장해야 하므로 부분계측유량자료와 대응할 수 있는 연속유량자료를 찾아보았다. 만일 동일한 단위유역내에 국토부가 관리하는 수위표, 즉 연속유량계측지점이 있다면 그것을 이용하였다.
- 본 연구에서는 Cho 등7)의 제안을 따라 저수량에 영향을 미치는 인자로 유역의 면적, 기울기, 밀도의 3가지로 잡아 다음의 식으로 표현하였다.
- 본 연구에서는 중소단위의 유역(총량관리단위유역)에서 유량자료가 전무하거나, 8일 간격 유량자료가 존재할 때 저수량을 산정하는 제 방법론을 조사·분석하였다.
- 서론에서는 미계측(ungauged) 유역을 유량이 계측된 사례가 없어 유량자료가 전무한(completely ungauged) 유역과 불완전한 계측으로(partially gauged) 정확한 유황분석이 어려운 유역을 통칭하여 정의하였다. 이제는 방법론을 체계적으로 분류하기 위해 이러한 미계측의 개념을 부분 계측과 완전미계측 유역으로 구분하여 각각에 적합한 저수량 산정 방법론을 제시한다.
- 제안된 4가지 방법론을 이용하여 15개 단위유역의 말단지점에서 2009년도 저수량을 산정해 보았다. 먼저 확장 법의 경우 8일 간격으로 계측된 유량을 365일 연속 일자료로 확장해야 하므로 부분계측유량자료와 대응할 수 있는 연속유량자료를 찾아보았다.
- 제안된 미계측유역에서 저수량 산정 방법론들을 실제 유역에 적용해 보았다. 대상 유역은 환경부에서 설정한 한강수계 수질오염총량관리단위유역 중 행정구역상 주로 경기도에 포함되는 유역을 선택하였다.
- 식(5)를 기반으로 선형다중회귀분석을 통해 회귀계수를 구할 수 있다. 한강수계 주요지천 15개 유역(Fig. 3 참조)을 대상으로 유역의 특성 인자들을 수집하여 이를 회귀계수를 결정하기 위한 자료로 이용하였으며, 각 유역별 정보는 DEM(digital elevation map)을 사용하여 도출하였다. 또한 각 유역 말단의 저수량은 앞서 기술한 확장법을 통해 산출한 유량을 사용하였다.
- 회귀식은 2008년도에 계측된 13개 유역의 자료를 기반으로 개발하였고, 2009년에 계측된 14개 유역의 자료로 개발된 식의 타당성을 검증해 보았다. 그 결과를 Fig.
대상 데이터
- 제안된 미계측유역에서 저수량 산정 방법론들을 실제 유역에 적용해 보았다. 대상 유역은 환경부에서 설정한 한강수계 수질오염총량관리단위유역 중 행정구역상 주로 경기도에 포함되는 유역을 선택하였다. 반면 대댐으로 유량이 조절되는 한강 본류구간 내 단위유역은 연구의 범위에서 제외하였다.
- 반면 대댐으로 유량이 조절되는 한강 본류구간 내 단위유역은 연구의 범위에서 제외하였다. 본 연구에서 선정한 15개 총량관리단위 유역(남한강 5개유역과 북한강 2개 유역, 팔당댐하류 8개 유역, 경안A 제외)을 도시하면 Fig. 3과 같다. 이 그림에서 표시된 각각의 단위유역 말단지점에서 한강물환경연구소는 2004년부터 8일 간격 부분관측 유량자료를 생산하고 있다.
데이터처리
- 그리고 그 자료와 부분 계측자료간 상관도가 높은 것을 확장에 우선적으로 사용 하였다. 이 때 두 유량 자료간에 상관도가 높고 낮음은 상 관계수(correlation coefficient)로 정량화하여 평가하였다. 15개 단위유역과 그 말단부의 자료확장에 사용된 연속유량계측지점(reference station)을 정리하면 Table 2와 같다.
이론/모형
- 3 참조)을 대상으로 유역의 특성 인자들을 수집하여 이를 회귀계수를 결정하기 위한 자료로 이용하였으며, 각 유역별 정보는 DEM(digital elevation map)을 사용하여 도출하였다. 또한 각 유역 말단의 저수량은 앞서 기술한 확장법을 통해 산출한 유량을 사용하였다. 적용 유역별 지형 및 수문학적 특징을 Table 1에 정리하였다.
성능/효과
- 미 지질조사국(USGS)에 의하면 연속 관측된 자료를 전이하여 수문학적으로 동일 혹은 유사한 유역에서 부분 계측된 유량자료가 365일 연속유량자료로 확장될 수 있음을 보여준 바 있다.3) 이를 국내 상황으로 치환해 보면 국토부가 제공하는 일유량(국가수자원관리종합정보시스템 참조)을 환경부가 제공하는 8일 간격 유량(물환경정보시스템 참조)으로 전이하여 일연속유량으로 만들 수 있음을 뜻한다.
- 이 그림에서 보듯이 당연하게도 부분계측 유량자료를 이용하는 경우가 완전미계측의 경우보다 더 정확한 저수량을 산출하였다. 부분계측 유량을 이용하는 방법 중에서는 확장법이 백분위수법 보다 미세하게 나은 결과를 보였다. 이는 Table 3에서도 확인할 수 있는데, 7개의 검증 결과 중 하나의 유역을 제외하고 나머지 유역의 결과는 확장법이 실측유량에 더 근접하였다.
- 본 연구에서는 한강유역 총량관리 단위유역 내 배출부 하량 산정시 기준이 되는 기준유량, 특히 저수량의 결정에 있어서 유량의 불완전 계측이나 완전미계측으로 인해 발생될 수 있는 불확실성을 제거하고자 저수량 산정 방법론들을 평가해 보았다. 불완전 계측된 경우 확장법이 현재 사용되고 있는 백분위수법보다 좀 더 나은 결과를 보였다. 완전미계측의 경우 면적비법으로 산정된 자연유출량에 하수처리장 방류수 등의 인위적 유량을 고려해야 실측 유량에 근사하는 결과를 보였다.
- 이는 Table 3에서도 확인할 수 있는데, 7개의 검증 결과 중 하나의 유역을 제외하고 나머지 유역의 결과는 확장법이 실측유량에 더 근접하였다. 완전미계측의 경우 검증에 쓰인 7개의 유역만 보면 면적비법이 지역회귀법보다더 좋은 결과를 산출하였다. 그러나 그 외의 대부분의 유역에서는 Table 3에서 보듯이 면적비법이 대체적으로 유량값을 과소산정하는 경향을 보였다.
- 불완전 계측된 경우 확장법이 현재 사용되고 있는 백분위수법보다 좀 더 나은 결과를 보였다. 완전미계측의 경우 면적비법으로 산정된 자연유출량에 하수처리장 방류수 등의 인위적 유량을 고려해야 실측 유량에 근사하는 결과를 보였다. 지역회귀법은 지속적인 유량자료의 업데이트로 회귀식을 수정, 보완해 나간다면 산정치의 정확도를 높일 수 있을 것이라 사료된다.
- 4에도시하였다. 이 그림에서 보듯이 개발된 회귀식이 관측된 유량과 비교하여 상관관계가 크게 높다고 할 수는 없으나(상관계수가 0.68), 검증된 결과 또한 나쁘지 않은 상관 성을 보였다(상관계수가 0.62). 결과적으로 본 연구에서 개발한 한강수계 저수량 추정을 위한 회귀식은 다음과 같다.
- 이상의 논의를 바탕으로 어떤 상황에서 어떤 방법을 사용할 것이지 평가를 하자면 불완전하게나마 계측된 유량이 존재하는 유역의 경우 확장법을 이용하여 유량을 365개로 확장한 후 유황분석을 통해 저수량을 산정하는 방법이 백분위수법에 비해 나아 보인다. 반면 유량이 전무한 유역에서는 간편한 면적비법을 활용할 수 있으나, 이때는 반드시 유역에서 발생하는 인위적 유량을 확인하여 이를 산정된 저수량에 가감해 주어야 할 것이다.
후속연구
- 반면 유량이 전무한 유역에서는 간편한 면적비법을 활용할 수 있으나, 이때는 반드시 유역에서 발생하는 인위적 유량을 확인하여 이를 산정된 저수량에 가감해 주어야 할 것이다. 보완적인 방법으로 회귀식을 최근 유량자료로 지속적인 업데이트를 한다면 지역회귀방법도 정확한 저수량을 산정할 수 있을 것이다.
- 완전미계측의 경우 면적비법으로 산정된 자연유출량에 하수처리장 방류수 등의 인위적 유량을 고려해야 실측 유량에 근사하는 결과를 보였다. 지역회귀법은 지속적인 유량자료의 업데이트로 회귀식을 수정, 보완해 나간다면 산정치의 정확도를 높일 수 있을 것이라 사료된다.
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