수문학적 모형들은 지구 물 순환에 있어서의 지표 성분을 모의하고 기후의 변화나 변동이 수자원에 미치는 영향을 평가하는데 메카니즘을 제공한다. 이러한 모형들에 있어서 증발산량(Evapotranspiration, ET)은 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 SLURP 모형에서 증발산량 산정을 위하여 제시하고 있는 FAO Penman-Monteith, Motorn CRAE(Complementary Relationship Area Evapotranspiration), Spittlehouse-Black, Granger, the Linarce 등, 5 종류의 모형에 대하여 각각의 모형이 일 하천유출량에 미치는 영향을 분석해 보았다. 또한, 각 증발산 방법과 SLURP 모형의 매개변수와의 민감도 분석을 실시하였다.
수문학적 모형들은 지구 물 순환에 있어서의 지표 성분을 모의하고 기후의 변화나 변동이 수자원에 미치는 영향을 평가하는데 메카니즘을 제공한다. 이러한 모형들에 있어서 증발산량(Evapotranspiration, ET)은 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 SLURP 모형에서 증발산량 산정을 위하여 제시하고 있는 FAO Penman-Monteith, Motorn CRAE(Complementary Relationship Area Evapotranspiration), Spittlehouse-Black, Granger, the Linarce 등, 5 종류의 모형에 대하여 각각의 모형이 일 하천유출량에 미치는 영향을 분석해 보았다. 또한, 각 증발산 방법과 SLURP 모형의 매개변수와의 민감도 분석을 실시하였다.
Hydrological models simulate the land phase component of the water cycle and provide a mechanism for evaluating the effects of climatic variation and change on water resources. Evapotranspiration(ET) is a critical process within hydrological models. This study evaluates five different methods for es...
Hydrological models simulate the land phase component of the water cycle and provide a mechanism for evaluating the effects of climatic variation and change on water resources. Evapotranspiration(ET) is a critical process within hydrological models. This study evaluates five different methods for estimating ET in the SLURP(Semi-distrubuted Land Use Runoff Process)model, in the Yongdam basin. The five ET methods were the FAO Penman-Monteith, Motorn CRAE(Complementary Relationship Area Evapotranspiration), the Spittlehouse-Black, the Granger, the Linarce model. We evaluated the five ET models, based on the ability of SLURP model to simulate daily streamflow. and How the five ET methods influence the sensitivity of simulated streamflow to changes in key model parameters and validation SLURP independently for each ET methods.
Hydrological models simulate the land phase component of the water cycle and provide a mechanism for evaluating the effects of climatic variation and change on water resources. Evapotranspiration(ET) is a critical process within hydrological models. This study evaluates five different methods for estimating ET in the SLURP(Semi-distrubuted Land Use Runoff Process)model, in the Yongdam basin. The five ET methods were the FAO Penman-Monteith, Motorn CRAE(Complementary Relationship Area Evapotranspiration), the Spittlehouse-Black, the Granger, the Linarce model. We evaluated the five ET models, based on the ability of SLURP model to simulate daily streamflow. and How the five ET methods influence the sensitivity of simulated streamflow to changes in key model parameters and validation SLURP independently for each ET methods.
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문제 정의
그러므로, 준 수문모형을 이용하여 하천유출량을 모의할 경우 대상 유역의 지역적 기후를 고려하여 여러 증발산 모형 중 가장 적합한 증발산 모형을 선택하는 과정이 선행되어져야 할 것으로 판단된다. 그러므로, 본 연구에서는 준 분포형 모형인 SLURP 모형을 이용하여 유출량을 모의하기 위해 5가지의 증발산 모형이 유출모형에 미치는 영향을 분석하였으며, 이 결과를 근거로 SLURP 모형에 적합한 증발산 모형을 제시하고자 하였다.
각각의 증발산 모형을 간단히 살펴보면 다음과 같다. 본 연구에서는 다음의 5가지 방법에 의해서 SLURP 모형내에서 증발산량을 추정하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서는 1996년 관측 수문기상 자료 및 유출량을 입력자료로 하여 SCE-UA 최적화 알고리즘을 이용하여 SLURP 모형의 매개변수를 최적화하였다. 그림 5은 5가지의 증발산 모형별 최적화된 최적 매개변수를 이용하여 산정된 일 유출 수문곡선을 비교한 것이며, 표 1은 효율계수와 연 증발산량을 비교한 것으로 5 가지 모든 효율계수 값이 0.
본 연구에서는 먼저 5가지 증발산 모형에 대하여 각각 SLURP 모형의 매개변수를 결정한 후 SLURP 모형의 27개의 매개변수 중 증발산과 토양수분의 되먹임(feedback)과 관계가 있는 4 종류의 매개변수에 대하 여민 감도 분석을 실시하였으며 4 종류의 매개변수(Initial contents of slow store[% of max], Maximum capacity for fast store [mm], Maximum infiltration rate [mm], Maximum capacity for slow store) 의 변화에 따른 유출량의 변화 및 증발산량의 거동변화를 살펴보았다.
본 절에서는 4종류의 매개변수 변화에 따른 연 유출량, 증발량, 증산량의 민감도를 분석하여 증발산 모형별로 비교하였다. 그림 6과 7은 4종류의 매개변수 중에서 Initial contents of slow store와 Maximum capacity for slow store 변화에 따른 증발량, 증산량의 거동을 나타낸 것이다.
대상 데이터
용담수위표 지점은 35년 이상의 수위자료를 보유하고 있으며 수위-유량 관계곡선 식이 작성되어 있고 유역 내에 진안, 무주, 계북, 장수 등 4개의 우량관측소가 분포되어 있다. 본 연구는 용담수위표지점의 1995년 1월~ 1997년 12월간의 일 수위자료(한국 건설기술연구원 수문D/B), 진안, 무주, 계북, 장수 지점의 일 강수량, 전주측후소의 기상자료를 이용하였다. 그림 1과 2는 용담댐 유역의 토지피복 현황을 나타낸 것이다.
본 연구에서는 대상 유역으로 용담댐 유역을 선정하였다. 용담댐 유역은 한국수원공사의 시험유역으로서 운영 및 관리되고 있기 때문에 SLURP 모형의 입력 자료를 충분히 만족시켜줄 수 있는 자료들을 얻을 수 있으며 특히, DEM과 위성으로부터의 토지이용도를 얻기가 용이한 지역이기에 본 연구에서 대상유역으로 선정하였다.
본 연구에서는 대상 유역으로 용담댐 유역을 선정하였다. 용담댐 유역은 한국수원공사의 시험유역으로서 운영 및 관리되고 있기 때문에 SLURP 모형의 입력 자료를 충분히 만족시켜줄 수 있는 자료들을 얻을 수 있으며 특히, DEM과 위성으로부터의 토지이용도를 얻기가 용이한 지역이기에 본 연구에서 대상유역으로 선정하였다. 용담수위표 지점은 35년 이상의 수위자료를 보유하고 있으며 수위-유량 관계곡선 식이 작성되어 있고 유역 내에 진안, 무주, 계북, 장수 등 4개의 우량관측소가 분포되어 있다.
성능/효과
Oliver(1985)은 증발산은 물수지 요소 중 정확하게 추정하기에 가장 어려운 요소라고 언급하였으며, Doyle(1990)은 하천 유출량을 산정하는데 있어서 Motorn과 Penman/Thornthwaite 증발산 추정 방법의 상대적 장점 등을 분석하였다. 이 논문에서는 Morton 모형이 Penman/Thornthwaite 보다 더 장점이 있다고 결론을 지었다. Doyle는 이러한 결과의 차이는 토양습윤을 모의하는데 있어서의 차이점 때문이라고 하였으며, 수문학적 모형이 토양습윤에 종속되어 있는 증발산모형을 이용하는데 있어 많은 불확실성위험성)이 있을 수 있다고 결론을 내렸다.
변화폭이 큼을 알 수 있다. 이를 통해 Morton 증발산 모형과 SLURP 모형의 매개변수의 관계가 다른 증발산 모형에 비해 안정적임을 추론할 수 있다.
전주 기상대의 관측 Pan 증발량을 잠재 증발산량(Potential ET; ET_demand)으로 보고 증발접시계수 0.7을 곱한 값을 실제 증발산량의 참값으로 가정(수자원공사, 1999)하여, SLURP 모형내에서 산정된 증발산 모형별 연 증발산량을 비교해 본 결과, 잠재 연 증발산량의 경우 P-M 모형과 S-B모형은 과소하게 산정되었으며 Ganger와 Linarce 모형은 과대하게 산정되었다. 실제 연 증발산량은 잠재 연증발량의 결과와 동일하게 P-M 모형과 S-B모형은 과소하게 산정되고 Linarce 모형의 경우 과대하게 산정되었지만 Granger 모형은 실제 값과 비슷한 결과를 보였다(그림 4 참조).
후속연구
고려하여 모의할 수 있다는 점이다. 그러므로, 준 수문모형을 이용하여 하천유출량을 모의할 경우 대상 유역의 지역적 기후를 고려하여 여러 증발산 모형 중 가장 적합한 증발산 모형을 선택하는 과정이 선행되어져야 할 것으로 판단된다. 그러므로, 본 연구에서는 준 분포형 모형인 SLURP 모형을 이용하여 유출량을 모의하기 위해 5가지의 증발산 모형이 유출모형에 미치는 영향을 분석하였으며, 이 결과를 근거로 SLURP 모형에 적합한 증발산 모형을 제시하고자 하였다.
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