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유역모형을 활용한 제주도 한천 유역의 관측유량 평가 및 보완

Evaluation and complementation of observed flow in the Hancheon watershed in Jeju Island using a physically-based watershed model

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.49 no.11, 2016년, pp.951 - 959  

김철겸 (한국건설기술연구원 수자원하천연구소) ,  김남원 (한국건설기술연구원 수자원하천연구소)

초록
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본 연구에서는 제주도의 한천 유역을 대상으로 유역모델링 기법으로 많이 활용되고 있는 SWAT 모형을 이용하여 실시간 관측되고 있는 하천유량의 신뢰성과 활용성을 평가하였다. 평상시 거의 건천의 형태를 나타내는 간헐하천 특성을 고려하기 위하여 기존 연구에서 검증되었던 간헐하천모의 알고리즘을 적용하였으며, 2008~2013년을 대상으로 유역별 관측사상과 모의사상을 비교 분석하였다. 모형효율과 결정계수를 통해 모형 적용성을 평가한 결과, 보정기간에 대해 모형효율(ME) 0.88, 결정계수($R^2$) 0.93, 검증기간에 대해서는 각각 0.79와 0.89로서 매우 양호한 것으로 분석되었다. 모의치와 관측치의 차이가 크게 나타나는 일부 사상들에 대한 검토 결과, 강수량에 비해 관측유출률이 너무 크거나 낮은 경우가 있었는데 이는 기존 호우시 유출률모델링 결과와 비교할 때 관측유량의 계측 및 수위-유량 산정과정에서의 오류의 가능성을 예상할 수 있었다. 이러한 관측유량에 대한 보완을 위해 모의자료를 이용하여 강수량과 유출량 간의 회귀관계를 도출하였으며, 2009~2010년을 대상으로 회귀식을 적용한 결과 유역모델링에 의한 모의유량과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 따라서, 모델링 결과가 충분한 신뢰성을 보장한다는 가정 하에, 유도된 회귀식을 활용하여 신뢰성 있는 유출량을 간편하게 예측할 수 있으며, 관측자료의 결측치나 이상치를 즉각적으로 검증하는 데에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서와 같이 관측자료의 검증 및 결측치에 대한 보완을 통하여 모형 적용시 보정과정에서의 오류를 최소화함으로써 제주도 지역의 독특한 유출 특성을 고려한 정교한 모델링과 물수지 분석에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to evaluate observed runoff data collected every 10 minutes at stream gauging stations in Jeju Island using a physically-based model, SWAT. The Hancheon watershed was selected as study area, and ephemeral stream algorithm suggested by previous research was incorporated into ...

주제어

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문제 정의

  • 특정규모 이상의 집중호우에 대해서만 유출을 나타내는 제주도 하천의 유출 특성을 고려한 모델링을 위해서는, 독특한 지형적 특성과 다양한 강우-유출 특성을 고려할 수 있는 모델링 기법, 그리고 모델링 결과의 신뢰성을 확보하기 위한 충분한 관측자료가 필요하다. 본 연구에서는 한천 유역을 대상으로 기존 유역모델링 기법으로 많이 활용되었던 SWAT 모형의 적용성을 평가하는 한편, 모델링 결과를 이용하여 실시간 관측되고 있는 하천유량에 대한 평가 및 보완방안을 제시 하였다.
  • 본 연구에서는 한천 유역을 대상으로, 실시간 관측되고 있는 하천유량 자료와 유역모델링 기법을 이용한 모의자료의 비교를 통해 관측유량 및 유출 특성을 평가하고, 관측유량의 검증 및 보완을 위한 유역모델링 기법의 활용방안을 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제주특별자치도에서는 몇 개의 유량관측소를 운영 중인가? 따라서, 제주도 지역의 독특한 유출해석을 위한 모델링 기법도 중요하지만, 모델링 결과의 활용성을 제고하기 위해서는 보정에 활용되는 자료, 대표적으로 관측유량에 대한 평가가 선행되어야 할 것이다. 제주특별자치도에서는 도내 주요 하천 24개 지점과 5개 배수로를 대상으로 총 29개의 유량관측소를 운영 중이며, 강우시를 중심으로 실시간 관측유량 자료를 확보하고 있다. 이들 관측소에서는 10분 단위로 수위와 유속을 동시에 측정하여 단면적으로부터 유량자료를 계산하는 한편, 일부 결측된 자료에 대해서는 관측자료에서 도출된 수위-유량 관계로부터 유량을 추정하고 있다.
유출 특성에 대한 분석에서 제주 지역의 독특한 유출 특성과 지하수를 중심으로 하는 수자원 이용 특성을 고려하기 위해 SWAT 모형을 개선한 기법에는 무엇이 있는가? , 1993) 모형과 같은 유역모델링 기법을 이용하여 다각도로 분석이 수행되고 있다. SWAT 모형의 경우 제주지역의 독특한 유출 특성과 지하수를 중심으로 하는 수자원 이용 특성을 고려하기 위해, 기존 모형을 개선한 제주형 SWAT-MODFLOW 모형(Kim et al., 2009), 한계유출 모의기법(Chung et al., 2011), 간헐하천 모의기법(Kim et al., 2013a) 등이 새롭게 개발되어 적용된 바 있다.
제주도의 유출 특성은 어떠한가? 제주도 지역은 화산암류로 이루어진 지형 및 지질조건의 특이성으로 인해 내륙의 일반적인 하천유역과는 전혀 다른 유출 특성을 나타낸다. 제주도 중심에 위치한 한라산의 영향으로 하천의 경사가 급하고 투수성이 커서 특정규모 이상의 호우에만 유출이 발생하고, 평상시에는 일부 하천의 하류구간을 제외하고는 대부분 건천의 형태를 이루고 있다. 최근 20년간(1992∼2011년)의 분석 결과에 의하면(JSSGP, 2013), 강수량의 44.
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참고문헌 (28)

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