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금강유역의 토지이용 변화가 수문·수질 건전성에 미치는 영향 평가
Evaluation of Land Use Change Impact on Hydrology and Water Quality Health in Geum River Basin 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.22 no.2, 2019년, pp.82 - 96  

이지완 (건국대학교 일반대학원 사회환경플랜트공학과) ,  박종윤 (한국환경정책.평가연구원 환경평가본부) ,  정충길 ,  김성준 (건국대학교 공과대학 사회환경공학부)

초록
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본 연구는 금강유역을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 유역 수문 및 수질에 대한 유역건전성 (Watershed Healthiness)을 평가하였다. 유역 수문과 수질에 대한 건전성은 다변수 정규분포를 이용하여 0(불량)에서 1(양호)의 범위로 산정하였다. 유역 건전성 평가에 앞서, SWAT 수문 검보정 결과 5개 지점에 대한 11년(2005~2015) 동안의 하천유출량의 Nash-Sutcliffe 모델효율(NSE)은 0.50~0.77이었고, 3개 지점에 대한 suspended solid(SS), total nitrogen(T-N), and total phosphorus(T-P)의 결정계수($R^2$)는 각각 0.67~0.94, 0.59~0.79, 0.61~0.79이었다. 총 24년(1985~2008)에 대한 토지이용변화에 따른 유역 건전성 분석을 위하여 1985년, 1990년, 1995년 2000년, 2008년 5개의 토지이용자료를 준비하였다. 기준년도인 1985년 대비 2008년 SWAT 총유출은 불투수면적의 증가로 40.6% 증가하였고, 토양수분기저유출은 각각 6.8%, 3.0 % 감소하였으며, SS, T-N, T-P는 특히 농업활동으로 인해 각각 29.2%, 9.3%, 16.7% 증가하였다. 1985년 토지이용조건 대비 2008년의 유역 수문과 수질의 건전성은 각각 1에서 0.94와 0.69로 감소하였다. 본 연구의 결과는 과거 자연상태 대비 인간활동에 의한 유역 환경변화를 감지할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study evaluated the status of watershed health in Geum River Basin by SWAT (Soil and Water Assessment Tool) hydrology and water quality. The watershed healthiness from watershed hydrology and stream water quality was calculated using multivariate normal distribution from 0(poor) to 1(good). Bef...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 EPA(2012)와 Ahn and Kim(2017)이 제안한 유역건전성 평가지수 6개 중 수문, 수질 2개의 유역건전성 평가지수를 대상으로 다변수 정규분포를 통해 기준값(reference value)에 대한 확률밀도함수를 산정하여 장기간 환경변화에 의한 건전성 변화 분석이 가능하도록 기존 유역건전성 지수를 개선하였다.
  • 본 연구에서는 Ahn and Kim(2017)이 제안한 유역건전성 평가지수 6개 중 수문, 수질 2개의 유역건전성 평가지수를 대상으로 다변수 정규분포를 통해 기준값(reference value)에 대한 확률밀도함수를 산정하여 장기간 환경변화에 의한 건전성 변화 분석이 가능하도록 기존 유역건전성 지수를 개선하여 토지이용변화에 따른 수문 수질 건전성을 평가하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 상대평가만 가능했던 기존 유역건전성 평가지수를 개선하기 위해 다변량 정규분포 확률함수를 적용하여 기준값을 산출하였다. 1985년 토지이용을 적용한 SWAT 모의 결과에 대해 식 (1)~(3)을 통해 산정된 수문, 수질 건전성 평가결과를 가장 자연적인 조건에서의 기준값으로 정의하였다.
  • 이는 현재 상태에 대한 소유역별 유역 건전성의 비교 시 활용할 수 있으나, 과거부터 현재 뿐만아니라 미래의 장기적인 유역환경의 변화 분석 시 시점별 등급기준이 변화함에 따라 기준값이 부재하는 한계점이 존재했다. 본 연구에서는 이를 개선하여 기준값(reference value)에 대한 시점별 환경변화에 의한 절대적인 건전성 변화분석이 가능하도록 하였다. 이를 통해 연대별, 혹은 평가기간별 분석 시 기준이 되는 기준값을 제공할 수 있으며 동일한 유역에 대한 절대 비교가 가능하도록 개선하였다.
  • 본 연구에서는 이를 개선하여 기준값(reference value)에 대한 시점별 환경변화에 의한 절대적인 건전성 변화분석이 가능하도록 하였다. 이를 통해 연대별, 혹은 평가기간별 분석 시 기준이 되는 기준값을 제공할 수 있으며 동일한 유역에 대한 절대 비교가 가능하도록 개선하였다. 따라서 과거 자연상태 대비 인간활동에 의한 유역 환경변화를 감지할 수 있으며, 어떠한 인자가 유역 건전성에 영향을 미치게 되었는지 분석이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유역의 물순환 측면에서 유역 건전성의 정의는 무엇인가? 아직까지 유역 건전성을 명확하게 정의 내린 연구는 없으며, 연구자에 따라서 분야별로 세분화 되어 다른 기준으로 다양하게 평가되고 있다. 유역의 물순환 측면에서의 유역 건전성을 “평상시 하천의 유량과 지하수위, 수질, 생태계 등 하천의 물 순환 체계가 정상적인 기능을 유지하는 것”(Lee et al., 2006),“태양과 중력에 의한 자연의 물순환 시스템으로서 특정 유역에 오랜 시간에 걸쳐 반복되어 균형을 이룬 상태”(Choi et al., 2009)라고 정의하고 있다.
유역건전성 평가를 위해서는 무엇을 포함시켜야 한다고 제시하고 있는가? 즉 수문, 수질, 토지이용, 수생태, 생물학적 조건 등의 주요 특성에 대하여 동적으로 발생하는 상호작용의 평가를 통해 이해될 수 있는 통합시스템의 개념으로 이해할 수 있다. 또한 평가를 위해서는 토지 및 물 사용의 변화를 포함하여 기후변화와 인구증가에 따른 취약성과 같은 미래 변화에 대한 예측을 포함시켜야 한다고 제시하고 있다.
유역의 수리·수문학적 건전성이 왜곡되어 발생하는 부작용에는 어떤 것들이 있는가? 또한 하천 건천화에 따른 유지유량의 부족은 하천을 중심으로 한 수질오염원의 증가 등의 문제를 초래하고 있다(Lee and Lee, 2006). 이러한 유역 환경의 변화, 수자원의 비효율적 활용 등에 의해 유역의 수리·수문학적 건전성은 심각하게 왜곡되고 있는 것이 현실이 며, 이에 따른 부작용으로 지표유출수의 증가, 하천 기저유량 감소, 홍수피해 증가 및 수질오염과 도시 사막화 등의 부작용이 심화되고 있다. 따라서 지속가능하고 건전화된 물순환을 위해서는 해당 유역의 물순환계를 정확히 파악하고 기후변화에 의한 예측 및 대응이 가능한 해석기술 개발이 요구되며, 특히 유역 물순환 건전성 효율을 객관적으로 정량화할 수 있는 평가기법의 수립이 선행되어야 한다(Choi et al.
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