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문제 정의
- 본 연구에서는 용담댐 유역의 용담수위표 지점에서의 장기 유출특성을 모의하고, 매개변수를 보정하여 실측치 와 비교하였다. 또한 동일 유역의 소유역구분과 소유역 내의 HRU 구분에 따른 유출특성을 분석하기 위하여 SWAT모형의 적용 후 매개변수의 조정없이 동일한 조건에서 소유역 및 HRU의 분할에 따른 유출특성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 용담댐 유역에서의 하천유출량을 예측을 위한 소유역 규모의 영향을 평가하기 위해 BASINS SWAT 모형이 사용되었다. 본 연구의 목적은 SWAT 모형에서 정확한 유출량 예측을 가능하도록 하고, 입력자료 의 복잡성을 간소화하며, 모의정확도를 손상시키지 않는 범위 안에서의 계산시간을 줄이기 위한 소유역 및 HRU 의 적절한 구분에 대한 가이드라인을 제시하는 것이라 할 수 있다.
가설 설정
- 유역의 다양한 수문 성분을 적절하게 해석하고, 유역내의 토지이용변화 등을 고려하기 위해서는 유역을 토지 이용단위, 토양특성, 지형경사 등을 기준으로 세분하고 각 단위지역의 물리적 특성을 반영할 수 있는 분포형 또는 준분포형 모형을 선정하는 방법이 최선이며 분포형 모형의 적용이 필요하다고 판단된다. 여기서 각 소유역의 매개변수는 균질하다고 가정된다. 그러나, 큰 소유역은 좀더 복잡한 조건을 가질 수 있기 때문에 소유역의 크기 및 개수는 균질하다는 가정에 영향을 미칠 수 있다.
제안 방법
- 1) 용담댐 유역의 거동을 효과적으로 모의하기 위한 적정 소유역 및 HRU의 개수를 산정하였다.
- 2) 위와 같이 산정된 소유역 및 HRU에 대한 지형 및 수문입력자료를 입력하여 SWAT 모형을 적용한 후, 모 형의 보정 및 검증을 실시하였다.
- Fig. 2와 같이 산정된 소유역 및 HRU에 대한 지형 및 수문입력자료를 입력하여 SWAT 모형을 적용한 후, 모 형의 보정 및 검증을 실시하였다. 모형의 보정은 유역의 최종 출구지점인 용담수위표 지점의 1996년 유출량 자료를 이용하였고, 검정은 1993년도의 자료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 용담댐 유역에서의 하천유출량을 예측을 위한 소유역 규모의 영향을 평가하기 위해 basins SWAT 모형이 사용되었다. SWAT 모형에서 정확한 유출량 예측을 가능하도록 하고, 입력자료의 복잡성을 간소 화하며, 모의정확도를 손상시키지 않는 범위 안에서의 계산시간을 줄이기 위한 소유역 및 HRU의 적절한 구분에 대한 가이드라인을 제시하였으며, 적정 소유역 및 HRU의 구분에 따른 유출량예측을 실시하여 모형의 적용성을 평가하였다. 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 또한 소유역분할과 마찬가지로 HRU의 개수에 변화에 따른 유출특성의 변 00 화는 그다지 크지 않은 것으로 나타났으며, RMSE와 ME를 살펴볼 때 HRU 개수가 증가함에 따라 RMSE가 미세하게 증가하고, ME가 감소하는 경향을퍼& 2 보였으나, HRU의 개수가 174개 이상에서는 유출특성의 변화가 없는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 HRU 개수로 인한 유출량의 변화가 극히 적어지는 174개를 적정 HRU로 구분하였다(Fig2).
- 동일한 조건하에서의 소유역 및 HRU 구분에 따른 유출특성 변화를 분석한 결과, Threshold level이 감소할수록 소유역의 개수는 증가하였으며, 각각의 경우에 대하여 SWAT 모형을 적용하여 실측자료와 비교한 결과, 소유역분할로 인한 유출특성의 변화는 크지 않은 것으로 판단되며, RMSE(평균제곱근오차) 및 M ME(Model Efficiency)를 볼 때 Threshold level을 4200 이상으로 하여 소유역 비의 개수를 15개 이하로 했을 경우는 RMSE가 중가하고, ME가 감소하는 경향을 보였으며, 소유역 개수를 15개 이상(threshold level이 4200이하)으로 했을 10경우는 유출특성에 변화가 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 소 유역 개수로 인한 유출량의 변화가 극히 적어지는 15개를 적정 소유역으로 !:: 분할하였다(Fig. 2).
- 본 연구에서는 용담댐 유역의 용담수위표 지점에서의 장기 유출특성을 모의하고, 매개변수를 보정하여 실측치 와 비교하였다. 또한 동일 유역의 소유역구분과 소유역 내의 HRU 구분에 따른 유출특성을 분석하기 위하여 SWAT모형의 적용 후 매개변수의 조정없이 동일한 조건에서 소유역 및 HRU의 분할에 따른 유출특성을 분석하였다. SWAT모형 적용을 위한 소유역의 구분은 하천망의 Threshold level 조정으로 분할된다.
- 현재 용담댐 유역의 수문자료는 7개소의 우량관측소에서 시간우량 및 일우량을 측정하고 있으며, 4개 수위관측소에서 시간수위, 일수위를 측정하고 있으나 자료의 기록보유기간이 2년 미만으로 장기강우-유출관계를 해석하기에는 미흡한 점이 있어 본 연구에서는 용담수위표 지점을 중심으로 1987~1996년 까지의 자료를 적용하였다. 모형의 적용에 앞서 용담수위표 지점의 년 유출율을 산정하여 적용가능 년도를 선정 하여 모형에 적용하였다. 강우량 자료는 장수(이상 한국수자원공사 강우관측소)와 안성장, 진안, 대불, 장수(이상 건설교통부 강우관측소)의 자료를 면적평균하여 적용하였고, 기상자료는 기상청 관측소 거창 임실, 전주, 금산 4 개 관측소의 최대 .
- 모의된 결과는 실측자료와 비교하여 매개변수를 보정하였다. 보정은 1996 년에 대하여 실시하였으며 보정된 결과를 바탕으로 1993년에 대해 검증을 수행함으로써 그 적용성을 평가하였다.
- SWAT모형 적용을 위한 소유역의 구분은 하천망의 Threshold level 조정으로 분할된다. 본 연구에서는 30mx30m 격자의 DEM을 사용하여 하천망 형성시의 Threshold level을 100에서 13, 000까지 늘려가면서 시행착오 법을 적용하여 총 22가지 경우에 대한 소유역 구분을 실시하였다. 이와 같은 시행착오법을 통해 적정 소유역을 분할한 후 적정 HRU의 개수를 산정하기 위한 단계를 수행하였다.
- 본 연구에서는 30mx30m 격자의 DEM을 사용하여 하천망 형성시의 Threshold level을 100에서 13, 000까지 늘려가면서 시행착오 법을 적용하여 총 22가지 경우에 대한 소유역 구분을 실시하였다. 이와 같은 시행착오법을 통해 적정 소유역을 분할한 후 적정 HRU의 개수를 산정하기 위한 단계를 수행하였다. 즉, 고정된 소유역 개수에 대해서 각 토지이 용별 토양특성에 따른 HRU의 개수를 23에서 986개로 조정하며 총 53가지 경우로 나누어 분석을 실시하였다.
- 이와 같은 시행착오법을 통해 적정 소유역을 분할한 후 적정 HRU의 개수를 산정하기 위한 단계를 수행하였다. 즉, 고정된 소유역 개수에 대해서 각 토지이 용별 토양특성에 따른 HRU의 개수를 23에서 986개로 조정하며 총 53가지 경우로 나누어 분석을 실시하였다. 이상으로부터 산정된 적정 소유역 및 HRU의 개수를 토대로 지형입력자료와 수문시계열 자료를 입력하여 용담 댐 유역에 SWAT 모형을 적용하였다.
대상 데이터
- 모형의 적용에 앞서 용담수위표 지점의 년 유출율을 산정하여 적용가능 년도를 선정 하여 모형에 적용하였다. 강우량 자료는 장수(이상 한국수자원공사 강우관측소)와 안성장, 진안, 대불, 장수(이상 건설교통부 강우관측소)의 자료를 면적평균하여 적용하였고, 기상자료는 기상청 관측소 거창 임실, 전주, 금산 4 개 관측소의 최대 . 최저 온도, 풍속, 습도, 태양복사량 자료를 이용하였다.
- 또한 소유역분할과 마찬가지로 HRU의 개수에 변화에 따른 유출특성의 변 00 화는 그다지 크지 않은 것으로 나타났으며, RMSE와 ME를 살펴볼 때 HRU 개수가 증가함에 따라 RMSE가 미세하게 증가하고, ME가 감소하는 경향을퍼& 2 보였으나, HRU의 개수가 174개 이상에서는 유출특성의 변화가 없는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 HRU 개수로 인한 유출량의 변화가 극히 적어지는 174개를 적정 HRU로 구분하였다(Fig2).
- 2와 같이 산정된 소유역 및 HRU에 대한 지형 및 수문입력자료를 입력하여 SWAT 모형을 적용한 후, 모 형의 보정 및 검증을 실시하였다. 모형의 보정은 유역의 최종 출구지점인 용담수위표 지점의 1996년 유출량 자료를 이용하였고, 검정은 1993년도의 자료를 이용하였다. 용담수위표는 1997년 용담댐 건설과 함께 폐쇄되었으 며, 이로 인해 용담수위표의 수위-유량곡선식은 1994년도 수자원관리기법개발연구조사(건설교통부)에 수록된 1987년의 식을 1990년대까지 연장하여 실측유량을 산정하였다.
- 본 연구에서는 용담댐 유역을 적용유역으로 선정하였다. 용담댐 유역은 현재 "21 "세기 프론티어 연구개발사업"의 시험유역으로 선정되어 한국수자원공사에서 양질의 수문자료를 구축 중에 있으며, 북위 36°00 ' - 35°35 ', 동경 127°20 ' - 127°45 ' 에 해당하는 금강유역의 최상류 지역에 위치한다(Fig.
- 강우량 자료는 장수(이상 한국수자원공사 강우관측소)와 안성장, 진안, 대불, 장수(이상 건설교통부 강우관측소)의 자료를 면적평균하여 적용하였고, 기상자료는 기상청 관측소 거창 임실, 전주, 금산 4 개 관측소의 최대 . 최저 온도, 풍속, 습도, 태양복사량 자료를 이용하였다.
- 지형자료는 수자원단위지도 상의 유역경계와 토지이용도, 수치고도모형 (DEM), 토양도 등이 사용된다. 현재 용담댐 유역의 수문자료는 7개소의 우량관측소에서 시간우량 및 일우량을 측정하고 있으며, 4개 수위관측소에서 시간수위, 일수위를 측정하고 있으나 자료의 기록보유기간이 2년 미만으로 장기강우-유출관계를 해석하기에는 미흡한 점이 있어 본 연구에서는 용담수위표 지점을 중심으로 1987~1996년 까지의 자료를 적용하였다. 모형의 적용에 앞서 용담수위표 지점의 년 유출율을 산정하여 적용가능 년도를 선정 하여 모형에 적용하였다.
데이터처리
- 이상으로부터 산정된 적정 소유역 및 HRU의 개수를 토대로 지형입력자료와 수문시계열 자료를 입력하여 용담 댐 유역에 SWAT 모형을 적용하였다. 모의된 결과는 실측자료와 비교하여 매개변수를 보정하였다. 보정은 1996 년에 대하여 실시하였으며 보정된 결과를 바탕으로 1993년에 대해 검증을 수행함으로써 그 적용성을 평가하였다.
이론/모형
- 모형의 보정순서는 먼저 유역 출구 지점에서의 총 유출량을 보정한 후 기저유출량을 보정하였다. 보정을 위한 모형평가 기준으로는 결정계수(R2), RMSE, 모형 효율성계수인 ME(Nash &Sutcliffe, 1970)를 이용하였다. Fig.
- 본 연구에서는 용담댐 유역에서의 하천유출량을 예측을 위한 소유역 규모의 영향을 평가하기 위해 BASINS SWAT 모형이 사용되었다. 본 연구의 목적은 SWAT 모형에서 정확한 유출량 예측을 가능하도록 하고, 입력자료 의 복잡성을 간소화하며, 모의정확도를 손상시키지 않는 범위 안에서의 계산시간을 줄이기 위한 소유역 및 HRU 의 적절한 구분에 대한 가이드라인을 제시하는 것이라 할 수 있다.
- 본 연구에서는 용담댐 유역에서의 하천유출량을 예측을 위한 소유역 규모의 영향을 평가하기 위해 basins SWAT 모형이 사용되었다. SWAT 모형에서 정확한 유출량 예측을 가능하도록 하고, 입력자료의 복잡성을 간소 화하며, 모의정확도를 손상시키지 않는 범위 안에서의 계산시간을 줄이기 위한 소유역 및 HRU의 적절한 구분에 대한 가이드라인을 제시하였으며, 적정 소유역 및 HRU의 구분에 따른 유출량예측을 실시하여 모형의 적용성을 평가하였다.
- 즉, 고정된 소유역 개수에 대해서 각 토지이 용별 토양특성에 따른 HRU의 개수를 23에서 986개로 조정하며 총 53가지 경우로 나누어 분석을 실시하였다. 이상으로부터 산정된 적정 소유역 및 HRU의 개수를 토대로 지형입력자료와 수문시계열 자료를 입력하여 용담 댐 유역에 SWAT 모형을 적용하였다. 모의된 결과는 실측자료와 비교하여 매개변수를 보정하였다.
성능/효과
- - HRU 개수가 증가함에 따라 RMSE가 미세하게 증가하고, ME가 감소하는 경향을 보였으나, HRU의 개수가 174개 이상에서는 유출특성의 변화가 없는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 HRU 개수로 인한 유출량의 변화가 극히 적어지는 174개를 적정 HRU로 구분하였다.
- - Threshold level이 감소할수록 소유역의 개수는 증가하였으며, 각각의 경우에 대하여 SWAT 모형을 적용하여 실측자료와 비교한 결과, 소유역분할로 인한 유출특성의 변화는 크지 않았다.
- - 소유역의 개수를 15개 이하로 했을 경우는 RMSE가 증가하고, ME가 감소하는 경향을 보였으며, 소유역 개수를 15개 이상으로 했을 경우는 유출특성에 변화가 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 소유 역 개수로 인한 유출량의 변화가 극히 적어지는 15개를 적정 소유역으로 분할하였다.
- 본 연구에서는 용담댐 유역에서의 하천유출량을 예측을 위한 소유역 규모의 영향을 평가하기 위해 BASINS SWAT 모형이 사용되었다. 동일한 조건하에서의 소유역 및 HRU 구분에 따른 유출특성 변화를 분석한 결과, Threshold level이 감소할수록 소유역의 개수는 증가하였으며, 각각의 경우에 대하여 SWAT 모형을 적용하여 실측자료와 비교한 결과, 소유역분할로 인한 유출특성의 변화는 크지 않은 것으로 판단되며, RMSE(평균제곱근오차) 및 M ME(Model Efficiency)를 볼 때 Threshold level을 4200 이상으로 하여 소유역 비의 개수를 15개 이하로 했을 경우는 RMSE가 중가하고, ME가 감소하는 경향을 보였으며, 소유역 개수를 15개 이상(threshold level이 4200이하)으로 했을 10경우는 유출특성에 변화가 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 소 유역 개수로 인한 유출량의 변화가 극히 적어지는 15개를 적정 소유역으로 !:: 분할하였다(Fig.
- 또한 소유역분할과 마찬가지로 HRU의 개수에 변화에 따른 유출특성의 변 00 화는 그다지 크지 않은 것으로 나타났으며, RMSE와 ME를 살펴볼 때 HRU 개수가 증가함에 따라 RMSE가 미세하게 증가하고, ME가 감소하는 경향을퍼& 2 보였으나, HRU의 개수가 174개 이상에서는 유출특성의 변화가 없는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 HRU 개수로 인한 유출량의 변화가 극히 적어지는 174개를 적정 HRU로 구분하였다(Fig2).
- 96년의 경우 1185mm의 강우에 대해 실측 유출량은 706mm였고, 모의 유출량은 727mm로 21mm의 차이가 났고, 93년의 경우는 1543mm의 강우에 대해 실측유출량은 1133mm였고, 모의 유출량은 1087mm로 %mm의 차이를 보였다. 모 형의 효율성 계수는 96년에 0.76, 93년에 0.77로 나타났고, 결정계수(R2)는 96년도에 0.82, 93년도에 0.75로 모의치의 70% 이상이 실측치와 유의성을 가진 것으로 나타났다. 이상과 같은 결과로 볼 때 모형이 장기 유출특성을 비교적 적절히 모의함을 알 수 있었다.
- 96년의 경우 1185mm의 강우 에 대해 실측 유출량은 706mm였고, 모의 유출량은 727mm로 21mm의 차이가 났고, 93년의 경우는 1543mm의 강우에 대해 실측유출량은 1133mm였고, 모의 유출량은 1087mm로 46mm의 차이를 보였다. 모형의 효율성 계수는 96년에 0.76, 93년에 0.77로 나타났고, 결정계수(r2)는 96년도에 0.82, 93년도에 0.75로 모의치의 70% 이상이 실 측치와 유의성을 가진 것으로 나타났다(Fig. 5). 이상과 같은 결과로 볼 때 모형이 장기 유출특성을 비교적 적절 히 모의함을 알 수 있었다.
- 5). 이상과 같은 결과로 볼 때 모형이 장기 유출특성을 비교적 적절 히 모의함을 알 수 있었다.
- 5). 이상과 같은 결과로 볼 때 모형이 장기 유출특성을 비교적 적절 히 모의함을 알 수 있었다.
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