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문제 정의
- 이에 본 연구의 목적은 1) 소양강댐 유역의 미래 강수 패턴 변화를 분석하고, 2) 소양강댐 유역을 대상으로 대규모 유역에 대한 SWAT 모형의 시단위 모의 기능의 적용성을 평가하고, 3) 이를 이용해 기후변화에 따른 극한호우사상에 대한 유량과 유사량을 전망하여 장기적인 미래 댐운영 계획 수립을 위한 기초자료를 제공하는 데 있다.
- 본 연구에서는 SWAT 모형의 시단위 모의를 위해 소양강댐 유역 내 위치한 인제 기상관측소 자료를 수집하여 기상자료를 구축하였다. 기상자료 수집 기간은 모델 안정화 기간(warm-up)을 고려하여 2002년부터 2006년까지 5년에 대한 자료를 구축하였다.
- 본 연구에서는 과거 소양강댐 유역에서 발생했던 가장 극심한 극한호우사상을 선정하고, 선정된 극한호우사상이 발생한 연도에 대해 대규모 유역(소양강댐 유역)에 대한 SWAT 모형의 시단위 모의 성능을 평가하였다. 또한 기후 변화 시나리오를 분석하여 미래 소양강댐 유역의 강수 패턴 변화를 분석한 후, 전체 분석 기간 중에서 발생한 상위 5개 극한호우사상을 선정하여 해당 극한호우사상에 따른 첨두유출량과 유사량을 모의하였다.
제안 방법
- 3) 2060년까지 발생된 극한호우사상 중 규모가 가장 큰 극한호우사상 5개를 선정하고, SWAT 모형과 유량-SS 관계식을 이용하여 5개 극한호우사상에 대한 첨두유출량 및 유사량을 모의하였다. 모의 결과 가장 큰 첨두유출량은 2006년 태풍 에위니아로 인해 발생했던 시간당 최대 첨두유출량의 약 1.
- SWAT 모형의 시단위 모의 정확도를 검증하기 위하여 2006년 발생했던 가장 큰 4개의 강우사상을 선정하고, 각 강우사상에 대하여 실측 첨두유출량과 모의 첨두유출량을 비교하였다. 연속된 강우사상을 개별적인 강우사상으로 분리하기 위해 Joo et al.
- 앞에서 선정한 5개의 극한호우사상이 발생한 연도에 대해서 SWAT 모형의 시단위 모의를 통해 각 극한호우사상에서의 첨두유출량을 모의하였다. 그리고 이렇게 모의한 첨 두유출량을 유량-SS 관계식에 적용하여 미래 소양강댐 유역에서 발생한 극한호우사상의 유사량을 산정하고 이를 분석하였다. Fig.
- 이점을 고려하여 본 연구에서는 전체 기간(2010년 ~ 2060년) 중에서 가장 큰 극한호우사상 5개를 선정하고 선정된 극한호우사상이 발생한 5개 연도에 대하여 시단위 모의를 하였다. 극한호우사상의 선정은 당일 최대 강수량과 선행 5일 강수량(Antecedent 5 Days Rainfall)을 기준으로 선정하였다. 여기서 선행 5일 강수량은 선행 5일 강수량으로 선행토양함수조건을 결정하고, 이를 통해 유효우량을 산정하기 위한 유출곡선지수(Curve Number)를 산정하는 SWAT 모형의 특징을 고려하여 선정하였다.
- 기후변화 시나리오에 따른 소양강댐 유역에서의 미래 강수 패턴 변화를 분석하였다. 이를 위해 연도별로 연중 최대 일강수량과 연중 최대 5일 강수량을 선정하여 과거 25 년(1990-2015년) 동안의 평균값과 비교하였다.
- 다음으로 극한호우사상의 발생 빈도 변화를 분석하였다. WMO(World Meteorological Organization)에 따르면 극한기후사상은 상위 95와 99 percentile과 하위 1과 5 percentile 로 정의된다(Beyene et al.
- 이를 위해 과거 가장 큰 규모의 극한호우사상이 발생한 2006년을 대상으로 대규모 유역에 대한 SWAT 모 형의 시단위 모의의 정확도를 평가하였다. 또한 2060년까지 발생한 극한호우사상 중에서 가장 큰 5개의 극한호우사 상을 선정하고, Huff 4분위법을 이용하여 생산한 시단위 강수량 자료를 활용하여 선정된 5개의 극한호우사상이 발생한 연도에 대하여 시단위 모의를 하였다. 이를 통해 도출된 주요 결과는 다음과 같다.
- 본 연구에서는 과거 소양강댐 유역에서 발생했던 가장 극심한 극한호우사상을 선정하고, 선정된 극한호우사상이 발생한 연도에 대해 대규모 유역(소양강댐 유역)에 대한 SWAT 모형의 시단위 모의 성능을 평가하였다. 또한 기후 변화 시나리오를 분석하여 미래 소양강댐 유역의 강수 패턴 변화를 분석한 후, 전체 분석 기간 중에서 발생한 상위 5개 극한호우사상을 선정하여 해당 극한호우사상에 따른 첨두유출량과 유사량을 모의하였다. 모의 결과를 통해 기후 변화에 따른 소양강댐 유입지점에서의 첨두유출량과 유사량의 변화를 전망하였다.
- 또한 미래 극한호우사상에 따른 소양강댐 유역의 유량 및 유사량에 대한 영향을 분석하기 위해서 최대 일강수량과 최대 5일 강수량을 기준으로 연구기간 내 발생한 가장 큰 5개의 극한호우사상을 선정하였다. Table 4는 선정된 5개개의 극한호우사상을 발생 연도 순서로 정리한 것이다.
- 본 연구에서는 모형 안정화를 위해 2002년부터 2005년까지를 모형 안정화 기간(warm-up)으로 설정하였으며, 태풍 에위니아가 발생한 2006년에 대하여 SWAT 모형을 보정하였다. 보정을 위해 K-water 공공데이터개방포털에서 제공하는 시단위 소양강댐 유입량 자료를 활용하였으며, 이를 통해 SWAT 모형의 시단위 모의 정확도를 평가하였다.
- 본 연구에서는 RCP 4.5 시나리오에 따른 소양강댐 유역의 강수량 변화를 분석하였으며, SWAT 모형의 시단위 모의 기능과 유량-SS 관계식을 이용해 미래 극한호우사상에 따른 소양강댐 유입지점에서의 첨두유출량과 유사량을 전망하였다. 이를 위해 과거 가장 큰 규모의 극한호우사상이 발생한 2006년을 대상으로 대규모 유역에 대한 SWAT 모 형의 시단위 모의의 정확도를 평가하였다.
- 본 연구에서는 모형 안정화를 위해 2002년부터 2005년까지를 모형 안정화 기간(warm-up)으로 설정하였으며, 태풍 에위니아가 발생한 2006년에 대하여 SWAT 모형을 보정하였다. 보정을 위해 K-water 공공데이터개방포털에서 제공하는 시단위 소양강댐 유입량 자료를 활용하였으며, 이를 통해 SWAT 모형의 시단위 모의 정확도를 평가하였다.
- Table 4는 선정된 5개개의 극한호우사상을 발생 연도 순서로 정리한 것이다. 본 연구에서는 이렇게 선정된 5개 극한호우사상이 발생한 연도를 대상으로 SWAT 모형의 시단위 모의를 이용하여 각 극한호우사상에서의 첨두유출량과 유사량을 모의하였다.
- 선정된 5개의 극한호우사상이 발생한 연도(2027년, 2040 년, 2053년, 2054년, 2055년)에 대하여 시단위 모의를 통해 미래 극한호우사상에 대한 첨두유출량을 모의하였다. Table 5 는 5개의 극한호우사상에 대한 모의 결과와 2006년 모의 결과를 분석하여 각 연도별 극한호우사상에서의 첨두유출량을 큰 순서대로 정리한 것이다.
- 앞에서 선정한 5개의 극한호우사상이 발생한 연도에 대해서 SWAT 모형의 시단위 모의를 통해 각 극한호우사상에서의 첨두유출량을 모의하였다. 그리고 이렇게 모의한 첨 두유출량을 유량-SS 관계식에 적용하여 미래 소양강댐 유역에서 발생한 극한호우사상의 유사량을 산정하고 이를 분석하였다.
- 극한호우사상의 선정은 당일 최대 강수량과 선행 5일 강수량(Antecedent 5 Days Rainfall)을 기준으로 선정하였다. 여기서 선행 5일 강수량은 선행 5일 강수량으로 선행토양함수조건을 결정하고, 이를 통해 유효우량을 산정하기 위한 유출곡선지수(Curve Number)를 산정하는 SWAT 모형의 특징을 고려하여 선정하였다. 또한 소양강댐 유역과 같이 유역의 규모가 큰 유역에서는 강우사상 시 발생한 지표 유출과 토층으로부터의 유출(지표하 유출 또는 중간유 출)이 유출구까지 도달하는데 하루 이상의 시간이 소요되기 때문에(Neitsch et al.
- 5 시나리오에 따른 소양강댐 유역의 강수량 변화를 분석하였으며, SWAT 모형의 시단위 모의 기능과 유량-SS 관계식을 이용해 미래 극한호우사상에 따른 소양강댐 유입지점에서의 첨두유출량과 유사량을 전망하였다. 이를 위해 과거 가장 큰 규모의 극한호우사상이 발생한 2006년을 대상으로 대규모 유역에 대한 SWAT 모 형의 시단위 모의의 정확도를 평가하였다. 또한 2060년까지 발생한 극한호우사상 중에서 가장 큰 5개의 극한호우사 상을 선정하고, Huff 4분위법을 이용하여 생산한 시단위 강수량 자료를 활용하여 선정된 5개의 극한호우사상이 발생한 연도에 대하여 시단위 모의를 하였다.
- 기후변화 시나리오에 따른 소양강댐 유역에서의 미래 강수 패턴 변화를 분석하였다. 이를 위해 연도별로 연중 최대 일강수량과 연중 최대 5일 강수량을 선정하여 과거 25 년(1990-2015년) 동안의 평균값과 비교하였다. Fig.
- 이 때문에 시단위 모의 보정을 위해 사용되는 매개변수는 일단위 모의 보정에서의 매개변수와 차이가 있다. 이에 본 연구에서는 선행연구를 참고하여 시행착오 방법으로 보정 매개변수를 결정하였다. Table 2는 Jang and Kim (2016), Jang et al.
- 하지만 소유역 내 토지이용도의 공간적 분포가 반영되지 않는 HRU를 기본 단위로 수문모의를 하는 SWAT 모형의 모의 특성상 높은 시간해상도 모의에서 도달시간의 산정은 많은 불확실성을 내포한다. 이에 본 연구에서는 소양강 댐 유역을 대상으로 강우지속시간 내에서의 시간별 일대일 유량 비교는 한계가 있을 것으로 판단하고, 이를 대신해 해당 강우사상의 첨두유출량을 실측 자료와 비교하여 시단위 모의 정확도를 평가하였다.
- 이점을 고려하여 본 연구에서는 전체 기간(2010년 ~ 2060년) 중에서 가장 큰 극한호우사상 5개를 선정하고 선정된 극한호우사상이 발생한 5개 연도에 대하여 시단위 모의를 하였다.
- 첨두유출량에 대한 일강수량과 5일강수량의 상관관계를 분석하기 위하여 첨두유출량과 일강수량, 첨두유출량과 5일 강수량의 상관계수를 산정하였다. 상관계수 산정 결과 첨두 유출량과 일강수량의 상관계수는 0.
- 3 mm를 기준으로 극한호우사상을 선정하였다. 추가적으로 이미 위에서 언급한 바와 같이 SWAT 모형의 선행 토양함수조건 결정 방법을 고려하여 5일 강수량이 200 mm를 초과한 경우 또한 극한호우사상으로 간주하고 이에 따라 발생빈도를 분석하였다. Fig.
대상 데이터
- (2015)는 기후변화에 관한 정부간협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)의 제5차 평가 보고서(5th Assessment Report, AR5)에서 발표한 새로운 온실가스 배출 시나리오인 대표 농도 경로(Representative Concentration Pathway, RCP)를 다양한 CMIP5(the fifth phase of the Coupled Model Intercomparison Project)모형들에 적용하여 일단위 기후변화 시나리오를 생성하였다. 그 중 본 연구에서는 우리나라 국가표준 시나리오인 HadGEM2-AO 모형을 이용하여 온실 가스 저감 정책이 상당히 실현된 경우인 RCP 4.5 시나리오에 따른 기후변화 시나리오 자료를 이용하였다. 또한 본 연구에서는 현재로부터 상당히 시간이 경과된 먼 미래일수록 기후변화 시나리오의 불확실성이 증가된다는 점을 고려하여 기후변화 시나리오 자료의 전체 기간인 2010년-2100 년 중에서 2010년부터 2060년까지 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 SWAT 모형의 시단위 모의를 위해 소양강댐 유역 내 위치한 인제 기상관측소 자료를 수집하여 기상자료를 구축하였다. 기상자료 수집 기간은 모델 안정화 기간(warm-up)을 고려하여 2002년부터 2006년까지 5년에 대한 자료를 구축하였다. 최고 최저 기온, 상대습도, 풍속, 일사량 자료는 기상청에서 제공하는 자료를 이용하였으며, 시단위 모의를 위한 시단위 강우자료는 기상자료개방포털에서 제공하는 시단위 강우자료를 이용하였다.
- 5 시나리오에 따른 기후변화 시나리오 자료를 이용하였다. 또한 본 연구에서는 현재로부터 상당히 시간이 경과된 먼 미래일수록 기후변화 시나리오의 불확실성이 증가된다는 점을 고려하여 기후변화 시나리오 자료의 전체 기간인 2010년-2100 년 중에서 2010년부터 2060년까지 연구를 진행하였다.
- 미래 기후변화에 따른 소양강댐 유역에서의 강수량 변화를 분석하기 위해서 Chung et al. (2015)이 생산한 기후변화 시나리오 자료를 이용하였다. Chung et al.
- 연구대상지역은 북한강의 상류인 소양강댐 유역(Fig. 2)으로 유역면적 2,694 km2, 유역평균표고 650 m, 유역평균경사 46%이며, 유역면적 중 90% 이상이 산림으로 구성되어 있다. 소양강댐의 주요 유입하천은 인북천과 내린천이 있으며, 인북천과 내린천의 합류지점인 인제군 사구미교 지점에서의 유량은 소양강댐으로 유입되는 유량의 90% 이상을 차지한다(Chung et al.
- 강수량에 대해서 이 기준을 적용하면 극한호우사상은 95에서 99 percentile에 해당하는 값으로 정의할 수 있다. 이에 본 연구에서는 Choi et al. (2011)이 전국 14개 기상관측소에서 제공하는 1954-2010년 동안의 강우자료를 분석하여 제시한 99 percentile에 해당하는 87.3 mm를 기준으로 극한호우사상을 선정하였다. 추가적으로 이미 위에서 언급한 바와 같이 SWAT 모형의 선행 토양함수조건 결정 방법을 고려하여 5일 강수량이 200 mm를 초과한 경우 또한 극한호우사상으로 간주하고 이에 따라 발생빈도를 분석하였다.
- 지형입력 자료인 DEM은 International Centre for Tropical Agriculture(CIAT)에서 제공하는 Shuttle Radar Topography Mission(SRTM) DEM 자료를 이용하였다. 토양도는 농촌진 흥청에서 제공하는 1:25,000 자료를 가공하여 격자크기 90 m 의 raster 형식으로 가공한 토양도를 이용하였으며, 토지이 용도는 환경부에서 제공하는 9개의 토지이용(침엽수림, 낙엽수림, 혼성림, 논, 밭, 시가화 건조지역, 초지, 나지, 수역) 으로 구분된 2008년 토지이용도를 사용하였다.
- 기상자료 수집 기간은 모델 안정화 기간(warm-up)을 고려하여 2002년부터 2006년까지 5년에 대한 자료를 구축하였다. 최고 최저 기온, 상대습도, 풍속, 일사량 자료는 기상청에서 제공하는 자료를 이용하였으며, 시단위 모의를 위한 시단위 강우자료는 기상자료개방포털에서 제공하는 시단위 강우자료를 이용하였다.
- 지형입력 자료인 DEM은 International Centre for Tropical Agriculture(CIAT)에서 제공하는 Shuttle Radar Topography Mission(SRTM) DEM 자료를 이용하였다. 토양도는 농촌진 흥청에서 제공하는 1:25,000 자료를 가공하여 격자크기 90 m 의 raster 형식으로 가공한 토양도를 이용하였으며, 토지이 용도는 환경부에서 제공하는 9개의 토지이용(침엽수림, 낙엽수림, 혼성림, 논, 밭, 시가화 건조지역, 초지, 나지, 수역) 으로 구분된 2008년 토지이용도를 사용하였다. 소양강댐 유역의 토지이용 현황은 2008년 기준으로 산림이 전체 유역면적의 90% (2,425 km2)로 가장 많은 토지이용을 차지하고 있으며, 농업지역인 논과 밭이 각각 2% (54 km2), 4% (108 km2)를 차지하고 있다.
데이터처리
- 선정된 4개의 강우사상에 대하여 모의된 첨두유출량의 정확도를 평가하기 위해 실측값과 모의값의 상대오차(relative error)를 산정하였다(Table 3). 4개의 강우사상에 대한 상대오차 산정 결과 평균 상대오차는 -8%였으며, 최소 1% 에서 최대 -16%의 범위를 나타냈다.
이론/모형
- Green-Ampt 침투 방법은 지표면에서의 과잉수를 가정하여 침투를 예측하기 위해 개발된 방법으로, SWAT 모형에서는 저류가 발생 되는데 걸리는 시간(ponding time)을 모의하기 위해 Mein and Larson (1973)이 개발한 Green-Apmt Mein-Larson 초과 강우 방법을 이용한다. 또한 강우사상에서의 최대 유출율을 의미하는 첨두유출량은 수정합리식(Modified Rational Method)을 이용하여 산정된다.
- SWAT 모형의 시단위 모의를 위해서는 시단위 강우자료가 필요하다. 본 연구에서는 미래 기간에 대한 시단위 모의를 위해 Huff 4분위법(Huff, 1967)을 이용하여 기후변화 시나리오의 일단위 강수량 자료를 시단위 강수량 자료로 가공하였다.
- SWAT 모형의 시단위 모의 정확도를 검증하기 위하여 2006년 발생했던 가장 큰 4개의 강우사상을 선정하고, 각 강우사상에 대하여 실측 첨두유출량과 모의 첨두유출량을 비교하였다. 연속된 강우사상을 개별적인 강우사상으로 분리하기 위해 Joo et al. (2013)이 국내 농촌유역을 대상으로 제시한 최소 무강우 시간 결정(Inter-Event Time Definition, IETD) 방법을 참고하여, 11시간 이상 무강우가 지속된 경우를 하나의 독립강우사상이 끝난 것으로 고려하였다. Table 3은 선정된 강우사상을 발생 기간 순으로 정리한 것이다.
- 또한 본 연구와 같이 대규모 유역을 대상으로 장기간에 대한 시단위 분석에 활용할 수 있는 수질자료의 측정은 이루어지지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 모의 결과를 보정하기 위한 시단위 유사량 실측자료가 없기 때문에 Chung et al. (2011)이 개발한 유량-SS 관계식을 이용하여 극한호우사상에서의 시단위 유사량을 모의하였다. Chung et al.
- , 2011). 이와 달리 시단위 모의에서 지표 유출수 산정은 Green-Ampt 침투 방법이 이용된다 (Jeong et al., 2010; Neitsch et al., 2011). Green-Ampt 침투 방법은 지표면에서의 과잉수를 가정하여 침투를 예측하기 위해 개발된 방법으로, SWAT 모형에서는 저류가 발생 되는데 걸리는 시간(ponding time)을 모의하기 위해 Mein and Larson (1973)이 개발한 Green-Apmt Mein-Larson 초과 강우 방법을 이용한다.
- , 2013). 하지만 국내에서는 장기간 유량-SS 관계 관측 자료가 거의 없는 실정이기 때문에 본 연구에서는 Chung et al. (2011)이 개발한 유량-SS 관계식을 이용하였다.
성능/효과
- 1) 흙탕물 및 장기 탁수로 인한 피해가 심각했던 2006년을 대상으로 대규모 유역에 대한 SWAT 모형의 시단위 모의 기능의 정확도를 평가한 결과, 1,000 m3 /sec 이상의 첨두유출량이 발생한 4개의 강우사상에 대한 첨두유출량의 실측값과 모의값의 평균 절대상대오차는 8.75%로 높은 정확도를 나타냈다.
- 2) 기후변화 시나리오 분석 결과 연중 최대 일강수량과 연중 최대 5일 강수량의 규모는 기후변화가 진행됨에 따라 모두 증가하는 추세는 나타냈다. 또한 일강수량과 5일 강수량을 기준으로 극한호우사상의 발생 빈도를 분석한 결과 극한호우사상 발생빈도는 지속적으로 증가하는 추세를 보였으며, 특히 2030년-2040년과 2050-2060년에 극한호우사상의 규모와 발생빈도가 높게 나타났다.
- 선정된 4개의 강우사상에 대하여 모의된 첨두유출량의 정확도를 평가하기 위해 실측값과 모의값의 상대오차(relative error)를 산정하였다(Table 3). 4개의 강우사상에 대한 상대오차 산정 결과 평균 상대오차는 -8%였으며, 최소 1% 에서 최대 -16%의 범위를 나타냈다. 극한호우사상(3번 강우사상) 시 발생한 첨두유출량에 대한 실측값과 모의값의 상대오차는 -11%로 높은 정확도를 나타냈다.
- 4개의 강우사상에 대한 상대오차 산정 결과 평균 상대오차는 -8%였으며, 최소 1% 에서 최대 -16%의 범위를 나타냈다. 극한호우사상(3번 강우사상) 시 발생한 첨두유출량에 대한 실측값과 모의값의 상대오차는 -11%로 높은 정확도를 나타냈다. 또한 강우사상 별 첨두유출량에 대한 실측값과 모의값을 비교한 결과 1번 강우사상을 제외한 3개의 강우사상에서 모의값이 실측 값보다 작게 나타나 SWAT 모형이 첨두유출량 모의에 있어 실제 첨두유출량에 비해 과소평가하는 경향을 보였다.
- 5(b)는 5일 강수량 기준으로 선정한 연간 극한호우사상 발생 횟수를 나타낸 것이다. 두 그래프의 추세선 모두 극한호우사상의 발생 빈도가 시간이 지남에 따라 증가되는 양상을 나타냈으며, 상대적으로 다른 연도에 비해 2030년-2040년과 2050-2060년에 극한호우사상의 발생빈도가 높게 나타났다.
- 그래프에서 막대는 25년 평균값과의 차이를 의미하며, 빨간색 점선은 전체 기간에 대한 연중 최대 일강수량의 변화 양상을 의미하는 추세선이다. 두 그림에서 추세선을 보면 연중 최대 일강수량과 연중 최대 5일 강수량의 규모가 기후변화가 지속됨에 따라 증가하는 양상을 나타냈다.
- 극한호우사상(3번 강우사상) 시 발생한 첨두유출량에 대한 실측값과 모의값의 상대오차는 -11%로 높은 정확도를 나타냈다. 또한 강우사상 별 첨두유출량에 대한 실측값과 모의값을 비교한 결과 1번 강우사상을 제외한 3개의 강우사상에서 모의값이 실측 값보다 작게 나타나 SWAT 모형이 첨두유출량 모의에 있어 실제 첨두유출량에 비해 과소평가하는 경향을 보였다. 본 연구의 분석 결과를 통해 SWAT 모형의 시단위 첨두유출 모의는 대규모 유역을 대상으로도 적용 가능한 것으로 판단되었다.
- 2) 기후변화 시나리오 분석 결과 연중 최대 일강수량과 연중 최대 5일 강수량의 규모는 기후변화가 진행됨에 따라 모두 증가하는 추세는 나타냈다. 또한 일강수량과 5일 강수량을 기준으로 극한호우사상의 발생 빈도를 분석한 결과 극한호우사상 발생빈도는 지속적으로 증가하는 추세를 보였으며, 특히 2030년-2040년과 2050-2060년에 극한호우사상의 규모와 발생빈도가 높게 나타났다.
- Table 5 는 5개의 극한호우사상에 대한 모의 결과와 2006년 모의 결과를 분석하여 각 연도별 극한호우사상에서의 첨두유출량을 큰 순서대로 정리한 것이다. 모의 결과 가장 큰 첨두 유출량은 19,130 m3 /sec로 2054년 9월 13일 발생한 1번 극한호우사상에서 나타났다. 여기서 1번 극한호우사상의 일강수량은 345 mm로 2040년 9월 15일에 발생한 2번 극한호 우사상 다음으로 두 번째로 큰 일강수량을 가졌다.
- 3) 2060년까지 발생된 극한호우사상 중 규모가 가장 큰 극한호우사상 5개를 선정하고, SWAT 모형과 유량-SS 관계식을 이용하여 5개 극한호우사상에 대한 첨두유출량 및 유사량을 모의하였다. 모의 결과 가장 큰 첨두유출량은 2006년 태풍 에위니아로 인해 발생했던 시간당 최대 첨두유출량의 약 1.9배인 19,130 m3 /sec, 시간당 최대 유 사량의 약 2.3배인 5,607 mg/l로 모의되었다.
- 또한 기후 변화 시나리오를 분석하여 미래 소양강댐 유역의 강수 패턴 변화를 분석한 후, 전체 분석 기간 중에서 발생한 상위 5개 극한호우사상을 선정하여 해당 극한호우사상에 따른 첨두유출량과 유사량을 모의하였다. 모의 결과를 통해 기후 변화에 따른 소양강댐 유입지점에서의 첨두유출량과 유사량의 변화를 전망하였다. Fig.
- 본 연구 결과를 통해 기후변화가 계속해서 진행될 경우 미래 소양강댐 유역에서는 과거 가장 큰 극한호우사상으로 기록된 2006년 태풍 에위니아를 능가하는 대규모 극한호우 사상이 발생할 가능성이 있다는 것을 확인하였다. 따라서 과거 태풍 에위니아로 발생했던 상류 고랭지 농업지역에서의 심각한 토양유실 문제와 그로 야기된 장기 탁수 문제로 심각한 경제 사회적 피해가 발생했던 2006년의 상황을 고려한다면, 현재 소양강댐의 홍수 및 탁수 대응 능력으로 대처하기에는 한계가 있을 것으로 판단된다.
- 또한 강우사상 별 첨두유출량에 대한 실측값과 모의값을 비교한 결과 1번 강우사상을 제외한 3개의 강우사상에서 모의값이 실측 값보다 작게 나타나 SWAT 모형이 첨두유출량 모의에 있어 실제 첨두유출량에 비해 과소평가하는 경향을 보였다. 본 연구의 분석 결과를 통해 SWAT 모형의 시단위 첨두유출 모의는 대규모 유역을 대상으로도 적용 가능한 것으로 판단되었다.
- 첨두유출량에 대한 일강수량과 5일강수량의 상관관계를 분석하기 위하여 첨두유출량과 일강수량, 첨두유출량과 5일 강수량의 상관계수를 산정하였다. 상관계수 산정 결과 첨두 유출량과 일강수량의 상관계수는 0.87로 높은 상관관계를 나타났으며, 첨두유출량과 5일 강수량의 상관계수도 0.75로 비교적 높은 상관관계를 나타났다. 이를 통해 첨두유출량에 대한 5일 강수량의 영향은 일강수량보다는 작지만, 일강수량이 작거나 비슷한 경우에는 5일 강수량이 첨두유출량에 충분히 영향을 줄 수 있을 것으로 판단되었다.
- 75로 비교적 높은 상관관계를 나타났다. 이를 통해 첨두유출량에 대한 5일 강수량의 영향은 일강수량보다는 작지만, 일강수량이 작거나 비슷한 경우에는 5일 강수량이 첨두유출량에 충분히 영향을 줄 수 있을 것으로 판단되었다.
후속연구
- 본 연구 결과를 통해 기후변화가 계속해서 진행될 경우 미래 소양강댐 유역에서는 과거 가장 큰 극한호우사상으로 기록된 2006년 태풍 에위니아를 능가하는 대규모 극한호우 사상이 발생할 가능성이 있다는 것을 확인하였다. 따라서 과거 태풍 에위니아로 발생했던 상류 고랭지 농업지역에서의 심각한 토양유실 문제와 그로 야기된 장기 탁수 문제로 심각한 경제 사회적 피해가 발생했던 2006년의 상황을 고려한다면, 현재 소양강댐의 홍수 및 탁수 대응 능력으로 대처하기에는 한계가 있을 것으로 판단된다. 따라서 기후변화로 인해 극한호우사상의 규모가 증가되고 있다는 점을 반영하여 사전 방류, 선택취수탑 운영, 보조여수로 활용 등과 같은 기후변화 대응을 위한 장기적인 미래 댐운영 계획 수립이 필요하다.
- 또한 도시화로 인한 지표의 불투수층 면적의 증가 등의 토지피복변화를 반영하지 못하였다는 한계점이 있다. 따라서 기후변화에 따른 미래 수문 및 수질 예측에 대한 신뢰도 향상을 위해서는 다양한 불확실성 요소들을 고려하여 모형 모의 과정과 해석 과정에서 발생할 수 있는 불확실성을 최소화시킬 수 있는 기술 개발이 필요할 것으로 사료된다.
- 5 시나리오만을 적용하여 미래 소양강댐 유입지점 에서의 유량 및 유사량을 전망한 것이다. 따라서 만약 RCP 4.5 시나리오가 아닌 RCP 8.5 시나리오 또는 다른 시나리오를 적용하였다면 본 연구의 결과보다 더 큰 규모의 극한 호우사상이 존재했을 가능성이 있으며, 본 연구에서 제시한 극한호우사상에서의 유량 및 유사량 모의 결과보다 더 극한 상황에 대한 결과가 나타날 수 있다. 이에 따라 향후 다양한 RCP 시나리오에 대한 분석과 각 시나리오 적용에 따른 분석결과를 비교할 필요가 있다.
- 이에 따라 향후 다양한 RCP 시나리오에 대한 분석과 각 시나리오 적용에 따른 분석결과를 비교할 필요가 있다. 본 연구의 결과는 미래 소양강댐 유역에서의 유량 및 유사량의 변화를 수치적으로 정확한 값을 제시하기에는 한계가 있지만, 그럼에도 미래 소양강댐 유역에서 발생할 수 있는 극한호우사상의 발생 빈도와 규모가 어느 정도 일지에 대한 예상과 그에 따른 잠재적 영향을 예측하고 이에 대비하기 위한 자료로 활용 가능하다고 판단된다.
- 5 시나리오 또는 다른 시나리오를 적용하였다면 본 연구의 결과보다 더 큰 규모의 극한 호우사상이 존재했을 가능성이 있으며, 본 연구에서 제시한 극한호우사상에서의 유량 및 유사량 모의 결과보다 더 극한 상황에 대한 결과가 나타날 수 있다. 이에 따라 향후 다양한 RCP 시나리오에 대한 분석과 각 시나리오 적용에 따른 분석결과를 비교할 필요가 있다. 본 연구의 결과는 미래 소양강댐 유역에서의 유량 및 유사량의 변화를 수치적으로 정확한 값을 제시하기에는 한계가 있지만, 그럼에도 미래 소양강댐 유역에서 발생할 수 있는 극한호우사상의 발생 빈도와 규모가 어느 정도 일지에 대한 예상과 그에 따른 잠재적 영향을 예측하고 이에 대비하기 위한 자료로 활용 가능하다고 판단된다.
- 하지만 본 연구는 Huff 4분위법을 이용하여 시단위 강수량 자료를 생성하였기 때문에 기후변화로 인한 강수량의 시간적 분포와 강우강도의 변화를 반영하기에는 한계가 있었다. 그리고 유량-SS 관계식을 이용하여 유사량을 모의했기 때문에 미래 유사량 예측 결과 역시 불확실성을 내포하고 있다.
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