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문제 정의
- 본 연구는 용담댐 유역의기상관측자료의 경향성을 분석하고 미래 기후변화를 전망하고 이로 인한 하천유량과 data-checked="false">수온변화를 전망함으로써기후변화 대응한 용담댐 저수지 수 질관리에 필요한 기초자료로 제공하고자하였다. data-checked="false">수온의 증가는 수체내용존산소의 감소등 하천수질과 생태계 서식 환경에 영향을 주는 요인으로 향후 수질 및 비점 오염물질 변화에 대한 연구가 추가적으로 이루어짐으로써 data-checked="false">기후변화에 대응한 하천 및 댐 저수지 물 관리를 위한 자료로 활용 될 수 있을것으로 판단된다.
- 본연구에서는금강수계에위치한용담댐 저수지의 기후변화에 대응한 수질관리 의사결정에 필요한 기초 정보 제공을 목적으로 기후변화 시나리오에 의한 유출량 및 수온 변화를 전망하고자하였다. 용담 댐 유역의 과거 약30년간 (1973~2014년)의 강수량, 기온의관측값의Mann-Kendall 검정법으로 경향성 분석을 수행하였고, RCP 기후 변화 시나리오를 고려한 용담댐 유입하천의 대표지점의 유량 및 수온 변화를 전망하였다.
제안 방법
- 5~6). R2값은유출량과수온의강우, 기온 등에 의한 반응 민감도를 평가할 수 있고, NSE값은 모 의치와 실측치의 첨두값 차이의 민감도를 평가할 수 있는 값으로 각각 다른 특성을 항목을 이용하여 모형의 모의능력을 평가하고자 하였다. 이와 같은 통계항목을 통해 모형의 자연현상 재현력이 검증된 후에는 미래 예측을 위하여 적용 가능하다고 판단되며 용담댐 유역의 유량 및 data-checked="false">수온 관측지점 및 강우시 자료의 부족등한계점이 있어 정밀한 측정자료 가 뒷받침된다면 모형적용의 불확실성이 개선될 수 있을 것으로 판단된다.
- 용담댐 유역의30m×30m DEM으로부터Flow Direction과 Flow Accumulation을 계산하여 하천망을 생성시킨 후, 하천도 및 유역도, 수질측정지점을 고려하여30개 소유 역으로 구분하였다. 공간적으로 변화하는 유역내 수문현상 및 토사 발생 모의에 필요한 입력자료구축을 위해DEM, 하천도 및 유역도를 사용하여 각 소유역별 면적, 경사도, 유역의 평균길이 등 지형특성을 추출하였으며 유역내 침투 및 유출을 모의할 수 있도록 구축하였다. 기상자료와 점오염원 부하량은 WinHSPF 자료관리 프로그램인 WDMUtil을 활용하여 소유역별wdm 파일로생성하였다.
- 본 연구에서는 금강 수계다목적댐유역의 기후변화 경향을 조사하기위하여 기상청에서 제공하는 기상관측소의 1973년부터2014년까지의 일별 기온, 강수량 자료를 수집하였다. 관측소의 티센가중치를 고려하여 댐저수지 대표값을 산출하여 연별 및 계절별로 추출한 후에 Mann-Kendall 검정법을 이용한 경향성을 분석함으로써 기후변화 시나리오에 의한 미래 전망뿐만 아니라 과거 관측자료 특성을 제시하여 비교하고자 하였다. Mann-Kendall 검정법은 전통적인 통계검정 방법들이 모평균의 분포를 동일한 분산에 대해 정규분포로 data-checked="false">가정하고그분석을수행하는것과 달리 단지 연속적인모 평균 을 가진다는 가정아래 검정분석을 수행한다(Helsel et al.
- 금강수계용담댐유역의기상관측자료경향성을 평가하기 위하여 연강우량과 연평균기온 그리고 계절별 특성을 분석하기 위하여 봄철(3~5월), 여름철(6~8월), 가을철(9~11 월), 겨울철(12~2월)로 추출하였다. 유량 및 댐 유입량과 상관성이 높은 강수량의 경우 여름철 증가 경향성이 통계적으로 유의한 것을 제외하고는 증가 경향성이 나타나지 않았다.
- 공간적으로 변화하는 유역내 수문현상 및 토사 발생 모의에 필요한 입력자료구축을 위해DEM, 하천도 및 유역도를 사용하여 각 소유역별 면적, 경사도, 유역의 평균길이 등 지형특성을 추출하였으며 유역내 침투 및 유출을 모의할 수 있도록 구축하였다. 기상자료와 점오염원 부하량은 WinHSPF 자료관리 프로그램인 WDMUtil을 활용하여 소유역별wdm 파일로생성하였다.
- 기상청에서 제공하는RCP 기후 변화 시나리오에 대하여 연강수량, 일평균기온, 일 최고 및 일최저기온을2040s, 2080s으로 구분하여 변화율을 분석하였다. 연강수량의 경우, 2040s보다2080s에 증가하는 것으로 전망되었으며, 평균기온의 경우에도2040s보다2080s 에 증가하는 것으로 전망되었다.
- 기상청에서400년 제어적분으로 제공되는1km 해상도의 RCP 2, 6, 4.5, 6.0 및8.5 기후변화 시나리오에 대하여 연 강수량, 일평균기온, 일최고기온 및 일최저기온을 2040s (2021~2060년), 2080s (2061~2100년) 로 구분 및 추출한 후에 Baseline (2003~2010년)에 대한 변화율을 분석하였다. Baseline 기준은 댐 건설이후 시나리오 관측 기간인 2010년까지로 설정하였다.
- 본 연구에서는 금강수계에 위치하고있는용담댐 유역을 대상으로 과거 약30년간(1973~2014년)의 강수량, 기온의 관측값의 경향 성분석을 수행하였고, RCP 기후 변화 시나리오에 의한 미래 기후변화, 이에 따른 용담댐 유입하천의 유량 및 수온 변화를 전망하였다. 기상청에서 제공하는RCP 기후 변화 시나리오에 대하여 연강수량, 일평균기온, 일 최고 및 일최저기온을2040s, 2080s으로 구분하여 변화율을 분석하였다.
- 용담 댐 유역의 과거 약30년간 (1973~2014년)의 강수량, 기온의관측값의Mann-Kendall 검정법으로 경향성 분석을 수행하였고, RCP 기후 변화 시나리오를 고려한 용담댐 유입하천의 대표지점의 유량 및 수온 변화를 전망하였다.
- 있다. 용담댐 유역의30m×30m DEM으로부터Flow Direction과 Flow Accumulation을 계산하여 하천망을 생성시킨 후, 하천도 및 유역도, 수질측정지점을 고려하여30개 소유 역으로 구분하였다. 공간적으로 변화하는 유역내 수문현상 및 토사 발생 모의에 필요한 입력자료구축을 위해DEM, 하천도 및 유역도를 사용하여 각 소유역별 면적, 경사도, 유역의 평균길이 등 지형특성을 추출하였으며 유역내 침투 및 유출을 모의할 수 있도록 구축하였다.
- 본 연구에서는 기상청에서 제공하는 남한 상세(1km) 기후변화 시나리오를 활용하였다. 이 시나리오는 지역기후 모델인 Had- GEM3-RA를 통해 생산된 한반도(12.5km) 기후변화 시나리오를 바탕으로 관측자료(2000~2010)를 통계적 상세화하여 1km 해상도의 관측격자자료로 생산한기후값으로 일 강수량, 일평균기온, 일최고기온 및 일최저기온 값을 유역모형에 적용하였다. 남한 상세 기후변화 시나리오의 신뢰도는 Bias는 일평균기온과일강수량 모두계절에 상관없이 매우 낮게 나타났으며, RMSE는일강수량의경우1.
대상 데이터
- HSPF 모형의 적용성 평가를 위해2008~2009년을 안정화 기간으로 설정하고, 2010~2014년의 최근 5년간을 대상으로 모의하였다. 모형의 보정은 모형의 초기조건과 매개변수를 유역의 조건에 맞도록 일치시키는 과정으로 계산된 값과 측정한 값이 가장 잘 일치할 때의 매개변수 값을 추정하는 것이다.
- , 2011). 본 연구에서는 금강 수계다목적댐유역의 기후변화 경향을 조사하기위하여 기상청에서 제공하는 기상관측소의 1973년부터2014년까지의 일별 기온, 강수량 자료를 수집하였다. 관측소의 티센가중치를 고려하여 댐저수지 대표값을 산출하여 연별 및 계절별로 추출한 후에 Mann-Kendall 검정법을 이용한 경향성을 분석함으로써 기후변화 시나리오에 의한 미래 전망뿐만 아니라 과거 관측자료 특성을 제시하여 비교하고자 하였다.
- 5)로구분되어있다. 본 연구에서는 기상청에서 제공하는 남한 상세(1km) 기후변화 시나리오를 활용하였다. 이 시나리오는 지역기후 모델인 Had- GEM3-RA를 통해 생산된 한반도(12.
- 본 연구의 대상유역은 금강 수계 상류의 용담댐 유역으로 북위 35°35'~36°00', 동경 127°20~127°45'의 범위에 위치하며, 무주군, 진안군, 장수군을 포함하는 전라북도 및 충청남도, 경상남도의 경계에 있으며 주요 하천은 주자천, 정자천, 진안천, 구량천 및 금강본류로Fig. 1에 나타내었다.
데이터처리
- , 1980). 관측치의 차이를 상대적인 크기로 계산하는 data-checked="false">비모수통계방법으로 통계치Z를산정하고 이를 유의수준()의표 준 통계치와 비교하여 경향을 파악한다. 이러한 특성 때문에 비정규 분포를 가지는 자료의 분석에 적합하며 시계열 자료의 경향성을 판단하는 유용한 지표로사용된다.
- 모형의 보정은 모형의 초기조건과 매개변수를 유역의 조건에 맞도록 일치시키는 과정으로 계산된 값과 측정한 값이 가장 잘 일치할 때의 매개변수 값을 추정하는 것이다. 본 연구에서는 모형의 재현성을 평가하기 위하여 R2(Correlation coefficient) 및 NSE(Nash-Sutcliffe efficiency)를 산정하여 적용성을 평가하였으며 계산식은 Table 3에 나타내었다. 이 때, 는i 시간에 실측치, 는i시간에 예측치, 는 실측치의 평균, 예측치의평균, ne실측치와예측치쌍의개수를의미한다.
성능/효과
- 환경부 수질오염총량측정지점인 금본A 지점에 대한 유출량 적용성 평가 결과, 모형이 자연 현상을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 2040s와2080s로 구분하여 하천 유량을 비교한 결과, RCP 각 시나리오별 평균-5.1~ 8.1% 변화하였으며2040s에서보다2080s에 증가율이 높은 (최대8.1%) 것으로 나타났다. 계절별 변동성의 data-checked="false">경우에는 여름철에는 유량이 감소하고 겨울철 증가율이 높은것으로 나타났다.
- 7에 나타내었다. 2040s와2080s로구분하여 비교한 결과, RCP 2.6 시나리오에서는 모두 감소하였으며 금강본류인 금본 A 지점에서2040s에5.1%, 2080s에0.8% 감소하는것으로 전망되었다. RCP 4.
- 8에 나타내었다. RCP 2.6, 4.5, 6.0 및 8.5의 각 시나리오별로 2040s에는 평균0.7℃, 0.6℃, 0.6℃, 0.7℃, 증가하였으며 2080s에는평균0.7℃, 0.9℃, 1.0℃, 1.3℃, 증가하는 것으로 나타나2040s보다2080s에 증가율이 높은 것으로 전망되었다. 금강본류인금본A지점의경우에는RCP 기후 변화시나리오에 적용에 따라2040s에는0.
- 8% 감소하는것으로 전망되었다. RCP 4.5와RCP 6.0 시나리오의 경우에는 연평균 유량이증가하는 것으로 나타났으며2040s에서보다2080s에 증가율이 높은 것으로 전망되었다. RCP 4.
- RCP 기후변화 시나리오에 의한 월별 변화를 분석한 결과, 연강수량의 경우에는 2040s에는 여름철(7~9월)보다는 봄철(3~5월)과 겨울철(12~2월) 증가폭이 크게 나타났으며 2080s에는 여름철 증가폭이 더욱 커지는 것으로 전망되었으며 Fig. 3과Fig. 4에 나타내었다.
- 연강수량의 경우, 2040s보다2080s에 증가하는 것으로 전망되었으며, 평균기온의 경우에도2040s보다2080s 에 증가하는 것으로 전망되었다. 계절별 변화를 분석한 결과, 연강수량의 경우에는2040s에는 여름철보다는 봄철과 겨울철 증가폭이 크게 나타났으며2080s에는 여름철 증가 폭이 더욱 커지는 것으로 전망되었다. 평균기온의 경우에는 2040s에는 겨울철 증가폭이 크게 전망되었으며 2080s에는 가을철 증가 폭도 다소전망되었다.
- 2℃ 증가하는것으로전망되었다. 계절별 분석 결과, 겨울철과 봄철에는 수온이 증가하고 여름철에는 다소 감소하는 것으로 전망되었다.
- 2℃ data-checked="false">증가하는것으로 전망되었으며 계절별변동성의 경우에는 겨울철과 봄철에는 수온이 증가하 고 여름철에는 다소 감소하는 것으로 전망되었다. 그리고, 2040s에 비해2080s에 수온이 증가하는것으로 나타났으며 가을철 변동성은 상대적으로 작은것으로 전망되었다.
- 계절별 변동성의 data-checked="false">경우에는 여름철에는 유량이 감소하고 겨울철 증가율이 높은것으로 나타났다. 수온 변화를 분석한 결과, RCP 각 시나리오별 평균 0.7~1.0℃ 증가하였으며 2040s 보다 2080s에 증가율이 높은것으로 전망되었다. 금강본류지점에서RCP 기후 변화 시나리오에 적용에 따라2040s에는0.
- 83로 나타나 모의된 유량이 실측 유량을 잘 모의하는 것으로판단되었다. 수온 적용성 평가 결과에서도R2값은0.91~0.96, NSE값은0.89~0.94로높은예측력을 확인하여 모형이 자연현상을 잘 재현하는 것으로 분석되었다(Fig. 5~6). R2값은유출량과수온의강우, 기온 등에 의한 반응 민감도를 평가할 수 있고, NSE값은 모 의치와 실측치의 첨두값 차이의 민감도를 평가할 수 있는 값으로 각각 다른 특성을 항목을 이용하여 모형의 모의능력을 평가하고자 하였다.
- 수질오염총량지점인 금본A 지점에 대한 유출량 적용성 평가 결과, Table 4에나타낸것과같이R2값은0.73~0.88, NSE값은 0.56~0.83로 나타나 모의된 유량이 실측 유량을 잘 모의하는 것으로판단되었다. 수온 적용성 평가 결과에서도R2값은0.
- 기상청에서 제공하는RCP 기후 변화 시나리오에 대하여 연강수량, 일평균기온, 일 최고 및 일최저기온을2040s, 2080s으로 구분하여 변화율을 분석하였다. 연강수량의 경우, 2040s보다2080s에 증가하는 것으로 전망되었으며, 평균기온의 경우에도2040s보다2080s 에 증가하는 것으로 전망되었다. 계절별 변화를 분석한 결과, 연강수량의 경우에는2040s에는 여름철보다는 봄철과 겨울철 증가폭이 크게 나타났으며2080s에는 여름철 증가 폭이 더욱 커지는 것으로 전망되었다.
- Baseline 기준은 댐 건설이후 시나리오 관측 기간인 2010년까지로 설정하였다. 연강수량의경우, RCP 2.6 에서는 2040s 에는3.1%, 2080s에는2.0% 감소하는 것으로 나타났으며 RCP 4.5, 6.0 및8.5에서는2080s에4.4%, 3.9% 및5.6%로점차증가하는것으로전망되었다. 평균기온의경우에는RCP 2.
- 반면에 기온의 경향성 분석 결과, 연평균 기온과 가을, 겨울철에 통계적으로 유의하게 증가 경향성이 나타났으며 Table 1에 통계값을 나타내었다. 이와 같은 특성은 Fig. data-checked="false">2에 나타낸 그래프를 통한 경향성에서도 확인할 수 있으며 강우량의 경우년도별로 지속적으로 증가하는 경향성 보다는 증가와 감소가 반복되어 나타나면서 전체적으로 증 가하는 경향이 나타났으며 특히, 여름철에 강우량 증가가 뚜렷하게 나타나고 봄철과 겨울철에는 통계적으로 유의하지는 않지만 점진적으로 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 기온의 경우에는 강우량과는 달리 지속적인 증가 경향성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 5℃ 증가하는것으로전망되었다. 최고기온과 최저기온의 경우에도 평균기온과 유사한 증가폭을나타내었으며RCP 8.5에서2080s에최저기온3.4℃, 최고기온 3.6℃ 증가하는것으로전망되었다(Table 2).
- 6%로점차증가하는것으로전망되었다. 평균기온의경우에는RCP 2.6에서는2040s와2080s에1.2℃, 1.3℃ 증가하는 것으로 전망되었으며 RCP 4.5, 6.0 및8.5에서는각각2080s 에2.0℃, 2.0℃ 및3.5℃ 증가하는것으로전망되었다. 최고기온과 최저기온의 경우에도 평균기온과 유사한 증가폭을나타내었으며RCP 8.
- 전망하였다. 환경부 수질오염총량측정지점인 금본A 지점에 대한 유출량 적용성 평가 결과, 모형이 자연 현상을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 2040s와2080s로 구분하여 하천 유량을 비교한 결과, RCP 각 시나리오별 평균-5.
후속연구
- data-checked="false">수온의 증가는 수체내용존산소의 감소등 하천수질과 생태계 서식 환경에 영향을 주는 요인으로 향후 수질 및 비점 오염물질 변화에 대한 연구가 추가적으로 이루어짐으로써 data-checked="false">기후변화에 대응한 하천 및 댐 저수지 물 관리를 위한 자료로 활용 될 수 있을것으로 판단된다.
- R2값은유출량과수온의강우, 기온 등에 의한 반응 민감도를 평가할 수 있고, NSE값은 모 의치와 실측치의 첨두값 차이의 민감도를 평가할 수 있는 값으로 각각 다른 특성을 항목을 이용하여 모형의 모의능력을 평가하고자 하였다. 이와 같은 통계항목을 통해 모형의 자연현상 재현력이 검증된 후에는 미래 예측을 위하여 적용 가능하다고 판단되며 용담댐 유역의 유량 및 data-checked="false">수온 관측지점 및 강우시 자료의 부족등한계점이 있어 정밀한 측정자료 가 뒷받침된다면 모형적용의 불확실성이 개선될 수 있을 것으로 판단된다.
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