[논문]HWSD와 정밀토양도를 이용한 유출해석시 토양 매개변수 특성 비교 평가

최윤석; 정영훈; 김주훈; 김경탁

doi:10.5389/ksae.2016.58.4.057

HWSD와 정밀토양도를 이용한 유출해석시 토양 매개변수 특성 비교 평가
Soil Related Parameters Assessment Comparing Runoff Analysis using Harmonized World Soil Database (HWSD) and Detailed Soil Map 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.58 no.4, 2016년, pp.57 - 66

최윤석 (Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology) , 정영훈 (Water Resources Research Center, K-water Institute) , 김주훈 (Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology) , 김경탁 (Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology)

Abstract ▼ AI-Helper

Harmonized World Soil Database (HWSD) including the global soil information has been implemented to the runoff analysis in many watersheds of the world. However, its accuracy can be a critical issue in the modeling because of the limitation the low resolution reflecting the physical properties of soil in a watershed. Accordingly, this study attempted to assess the effect of HWSD in modeling by comparing parameters of the rainfall-runoff model using HWSD with the detailed soil map. For this, Grid based Rainfall-runoff Model (GRM) was employed in the Hyangseok watershed. The results showed that both of two soil maps in the rainfall-runoff model are able to well capture the observed runoff. However, compared with the detailed soil map, HWSD produced more uncertainty in the GRM parameters related to soil depth and hydraulic conductivity during the calibrations than the detailed soil map. Therefore, the uncertainty from the limited information on soil texture in HWSD should be considered for better calibration of a rainfall-runoff model.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이와 같이 HWSD와 정밀토양도를 이용한 기존의 연구에서는 각 연구 대상 지역에서 가용한 자료를 이용하여 유출해석을 수행하였으며, 해당 지역의 실측 토양자료와 HWSD를 비교분석한 유출해석 연구는 미진하였다. 본 연구의 목적은 (1) 대상 유역에서의 HWSD와 정밀토양도의 속성분포를 비교함으로써 HWSD 자료의 특성을 분석하고, (2) 두 토양자료를 이용한 유출해석 결과를 비교함으로써 HWSD를 이용한 유출해석시의 토양과 관련된 매개변수의 특성을 평가하고자 한다.

제안 방법

기본 매개변수의 설정을 위해 정밀토양도를 적용하였다. PEST를 이용해서 4개의 수문사상에 대한 초기포화도(ISSR), 하도 최소경사 (MSCB), 하도 조도계수 (CRC), 토양 수리전도도 보정계수 (CSHC), 토양심 보정계수 (CSD)를 추정하여 모형을 보정하고, 4개의 하도 최소경사, 하도 조도계수 값을 산술평균하여 각 매개변수의 보정값으로 이용하였다.

대상 데이터

대상 유역은 낙동강의 지류인 내성천의 향석 수위관측소유역 (Fig. 1)으로 선정하였다. 향석 유역의 면적은 1,514 km²로 비교적 커서 분포형 모형의 공간 해상도를 500 m로 적용할 수 있으며, HWSD 원시 자료의 공간 해상도가 약 1 km 인 것을 고려할 때 원시자료의 큰 변형 없이 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

이론/모형

본 연구에서는 GRM 모형의 보정을 위해서 범용 최적화 모형인 PEST (model-independent parameter estimation) (Doherty, 2009; Noh et al., 2013)을 이용하였다. 일반적인 유출해석에서는 실측자료를 구하기 어렵거나, 불확실성과 민감도가 큰 매개변수를 대상으로 모형을 보정한다.
유출해석 모형은 한국건설기술연구원의 물리적 분포형모형인 GRM을 적용하였다. GRM은 운동파 모형을 이용해서 지표면 유출 (식 (1)), 하도유출 (식 (2)), 표하 유출을 계산하고, 침투는 Green-Ampt 모형 (식 (3)~(4))을 이용한다.

성능/효과

1. 향석 유역에서의 두 토양자료를 비교한 결과 HWSD는 정밀토양도에 비해 토성과 토양심 속성이 단순하였으며, 각 속성별 수리전도도와 토양심 매개변수가 더 작은 값으로 분포되었다.
2. 토양 자료별 토양관련 매개변수의 특성을 평가한 결과 강우의 시공간 해상도가 같은 Event1~Event3은 유사한 매개변수 값을 가지나, Event4는 다소 큰 차이를 나타내었다. 이는 Event4의 강우 자료가 강우레이더로부터 생성된 시공간적 고해상도 자료이기 때문인 것으로 판단되며, 기존의 공간해상도에 관한 연구 (Noh et al.
3. 모형 보정 결과 정밀토양도와 HWSD를 이용한 모두에서 유출량은 실측값을 잘 재현 할 수 있었다. 정밀토양도에 비해서 작은 수리전도도와 토양심 값을 가지는 HWSD를 적용한 경우, 각 매개변수가 크게 보정되고 변동성과 신뢰구간 범위도 크게 산정되었다.

후속연구

이때 사용되는 자료에 따라서 불확실성 요인이 각기 달라질 수 있으며, 이 중 토양 자료는 영상판독에 의한 자료 구축이 어렵고, 지역별로 자료구축 방법과 정확도가 크게달라질 수 있다. 본 연구에서는 토양 자료에 따른 관련 매개변수의 불확실성을 우선적으로 평가하였으며, 다양한 지역에 대한 평가가 추가되어야 한다. 이러한 연구는 향후 토지피복도, DEM, 수문자료로 확대될 수 있을 것이며, 미계측 지역과 접근이 어려운 지역의 유출해석과 전지구 자료를 이용한 유출해석시 모형 보정 및 매개변수의 불확실성을 이해하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 토양 자료에 따른 관련 매개변수의 불확실성을 우선적으로 평가하였으며, 다양한 지역에 대한 평가가 추가되어야 한다. 이러한 연구는 향후 토지피복도, DEM, 수문자료로 확대될 수 있을 것이며, 미계측 지역과 접근이 어려운 지역의 유출해석과 전지구 자료를 이용한 유출해석시 모형 보정 및 매개변수의 불확실성을 이해하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	HWSD는 무엇을 조합해서 만들어졌는가?	HWSD는 Food and Agriculture Organization of the United Nations (UN FAO)와 International Soil Reference and Information Centre (ISRIC), Institute of Soil Science-Chinese Academy of Science (ISSCAS), Joint Research Centre of the European Commission (JRC) 등으로부터 제공되는 지역별 토양 데이터베이스를 조합해서 만들어 졌다 (FAO et al., 2009).
	홍수해석을 위해서는 어떠한 과정이 필요한가?	홍수해석을 위해서는 수치지형도, Digital Elevation Model(DEM) 등을 이용해서 대상 유역의 수문학적 지형인자를 산정하고, 토지피복 및 토양 속성을 이용해서 홍수추적과 침투량 계산 등에 필요한 매개변수를 추출해야 한다. 이때 토양 속성은 유효우량 산정을 위한 침투량, 지표하 유출 및 기저유출의 계산을 위한 매개변수로 이용된다.
	북한에서 정밀토양도를 이용하기 어려운 이유는?	우리나라의 경우 대상 유역 토양의 물리적 속성 정보를 구축하기 위해서 주로 정밀토양도를 이용하고 있다. 그러나 북한과 같은 비접근 지역이나, 지상 관측에 의한 자료가 부족한 해외 지역에 대한 유출해석을 위해서는 대상 지역에 대한 상세한 자료를 얻기 어려우므로, 전지구적 토양정보를 이용하는 것이 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 전지구 토양정보 중 Harmonized World Soil Database (HWSD, FAO et al.

참고문헌 (24)

Abdelhamid, F., R. Hassan, K. Abdelhadi, K. Youness, and A.B. Omar, 2011. Hydrologic Modeling of the Bouregreg Watershed (Morocco) Using GIS and SWAT Model. Journal of Geographic Information System 3: 279-289.

상세보기
Choi, Y.S. 2010. Development and evaluation of a physically based distributed rainfall-runoff model embedded in GIS. Doctoral dissertation, Inha University, Incheon, Korea 19-26 (in Korean with English abstract).
Choi, Y.S., C. K Choi, K. T. Kim, 2012. Development of a multi-site calibration module of distributed model -the case of GRM-. Journal of Korean Association of Geographic Information Studies, Korean Association of Geographic Information Studies 15(3): 103-118 (in Korean with English abstract).
Christian, F., S. Rastislav, M. Elena, B. Juraj, B.A. Ligia, O. Michael, and V.D.V. Marijn. 2015. Uncertainty in soil data can outweigh climate impact signals in global crop yield simulations. Nature Communations 7:11872, 1-13.
Doherty, J. 2009. PEST: Model-Independent Parameter Estimation. Watermark Numerical Computing, Australia.
Elena, T., M. Mark, O. Mohamed, F. Abdoulaye, and B. Emily. 2013. Dynamic Hydrological Modeling in Drylands with TRMM Based Rainfall. Remote Sensing 5: 6691-6716.

상세보기
FAO, IIASA, ISRIC, ISS-CAS, JRC. 2009. Harmonized World Soil Database (version 1.1). FAO, Rome, Italy and IIASA, Laxenburg Austria, 1-6.
Jung, I.K., H. J. Shin, J. H. Park, and S. J. Kim, (2008). A modified grid-based kinematic wave storrm runoff model (ModKIMSTORM) (II)-Application and Analysis-. Journal of Korean Society of Civil Engineers, KSCE 28(6B): 709-721 (in Korean with English abstract).
Jung, J.H., S. P. Jang, H. I. Kim, Y. T. Jung, G. S. Her, and H. Park, 1995. Classification of hydrologic soil group for estimating runoff rate. Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers 37(6): 12-32 (in Korean).
KICT. 2011. HyGIS-GRM user's manual 1-5 (in Korean).
KICT. 2016. Grid based Rainfall-runoff Model user's manual for MapWindow GIS 22-32 (in Korean).
Kim, K.T. 1998. Analysis of Runoff Response Using GIS. Doctoral dissertation, Inha University, Incheon, Korea. 94-98 (in Korean with English abstract).
Kim, K. T. 2003. A suggestion of using the detailed soil map for calculating CN. Magazine of Korea Water Resources Association 36(4): 45-53 (in Korean).

원문보기 상세보기
Kim, K. T., Y. S. Choi, 2004. A study on the estimation of effective precipitation using detailed soil map. Journal of Korean Association of Geographic Information Studies 7(2): 1-15 (in Korean with English abstract).
Kochy, M., R. Hiederer, and A. Freibauer. 2015. Global distribution of soil organic carbon-Part 1: Masses and frequency distributions of SOC stocks for the tropics, permafrost regions, wetlands, and the world. Soil 1: 351-365.

상세보기
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM). 2011. Hydrological Survey Report in 2010 29-34, 327-336 (in Korean).
Ministry of Land, Transport, and Maritime Affairs (MLTM). 2011. Development of Rainfall Estimation and Analysis Optimization System of the Bisl-San Rainfall Radar (in Korean).
National Institute of Agricultural Sciences (NAS). 1992. Korean Soil taxonomy-supplement. Soil survey data 13: 283-290.
Noh, S. J., S. W. Choi, Y. S. Choi, K. T. Kim, 2014. Impact assessment of spatial resolution of radar rainfall and a distributed hydrologic model on parameter estimation. Journal of the Korean Society of Civil Engineers 34(5): 1443-1454 (in Korean with English abstract).

원문보기 상세보기
Noh, S. J., Y. Choi, C. Choi, and K. Kim, 2013. Parameter estimation of a distributed hydrologic model using parallel PEST: comparison of impacts by radar and ground rainfall estimates. Journal of Korea Water Resources Association, KWRA 46(11): 1041-1052 (in Korean with English abstract).

원문보기 상세보기
Park, J. H., Y. T. Hur, 2008. Analysis of runoff sensitivity for initial soil condition in distributed model. Journal of the Korean Society of Civil Engineers 28(4B): 375-381 (in Korean with English abstract).
Todd-Brown, K.E.O., J.T. Randerson, W.M. Post, F.M. Hoffman, C. Tarnocai, E.A.G Schuur, and S.D. Allison. 2013. Causes of variation in soil carbon simulations from CMIP5 Earth system models and comparison with observations. Biogeosciences 10: 1717-1736.
Xianwu, X., H. Yang, S. L. Ashutosh, J. G. Jonathan, J. H. George, I. K. Sadiq, D. Chhimi, and C. Sheng. 2013. Statistical and hydrological evaluation of TRMM-based Multi-satellite Precipitation Analysis over the Wangchu Basin of Bhutan: Are the latest satellite precipitation products 3B42V7 ready for use in ungauged basins. Journal of Hydrology 499: 91-99.

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Yassine, B., K. Ilias, B. Hassane, K. Mourad, R. Aicha, N.E.A. Pazza1, M. Abdelhalim, and Y. Zainab. 2016. Hydrologic Modeling Using SWAT and GIS, Application to Subwatershed Bab-Merzouka(Sebou, Morocco). Journal of Geographic Information System 8: 20-27.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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