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문제 정의
- 본 연구에서는 소유역에서의 오염총량을 추정하기 위한 오염총량 추정모형인 SWAT 모형과 HSPF 모형 각각의 유출특성을 비교분석 하기 위해 발안유역의 HP#6 소유역을 시험유역으로 선정하고, 수문 모니터링을 수문 자료를 수집하고, GIS를 이용하여 시험유역에 대한 도형자료를 구축한다. 획득된 자료를 이용하여 SWAT 모형과 HSPF 모형을 시험유역에 적용하고 유출량에 대하여 실측자료와 모형결과 자료를 통해 모형의 보정 및 검정을 실시하여 각 모형의 유출특성을 비교분석한다.
제안 방법
- 발안유역의 HP#6 소유역에 대한 유역특성인자로 유역면적, 형상계수, 유로장, 최대기복량 및 기복량비, 유역경사 등을 조사하였다. 발안유역의 HP#6 소유역은 유역면적이 385ha이고 유로장이 3.
- 발안 유역과 수원측후소 간의 공간적인 차이가 존재하므로 보다 정확한 강수량 자료를 얻기위해 발안저수지 유역 내에 강수측점을 설치하였으며, 이를 수원측후소 강수량자료와 비교하였다. 이는 자료의 결측시 결 측 구간에 대한 자료의 보정에 이용하였다.
- HP#6 측점의 하천수위자료는 수위계를 설치하여 수위를 관측하였고, 하천 수위측점에 대한 수위-유량 관계를 결정하기 위해, 수위별로 유량을 조사하였다. 현장 출장을 통해 폭우시 고수위 유량 측정과 평상시 저수위 유량 측정을 실시하여 수위-유량관계를 결정하고 유량자료를 수집하였다.
- 결정하기 위해, 수위별로 유량을 조사하였다. 현장 출장을 통해 폭우시 고수위 유량 측정과 평상시 저수위 유량 측정을 실시하여 수위-유량관계를 결정하고 유량자료를 수집하였다.
- 용하였다. 시험유역의 주제도는 지형도, 토양도, 토지이용도 등의 기본도로부터 하천도, 소유역 경계도, 경사방향도, 경사도 등을 구축하였고, 1/25, 000 정 밀토양도로부터, 수문학적 토양군도, 토성, 토양침 식 성 인자도 등을 구축하였다.
- SWAT 모형과 HSPF모형의 유출량 보정은 시험유역인 HP#6 소유역에 대하여 1996년〜1997년의 자료를 사용하였다. 모형의 보정은 단순시행착오법을 이용하였고 모형의 보정을 위한 목적함수는 RMSE와 RMAE를이용하여 최적 매개변수를 추출하였다. 또한 총유출량과 첨두유량에 비교적 큰 영향을 주는 매개 변수부터 보정하였다.
- 모형의 보정은 단순시행착오법을 이용하였고 모형의 보정을 위한 목적함수는 RMSE와 RMAE를이용하여 최적 매개변수를 추출하였다. 또한 총유출량과 첨두유량에 비교적 큰 영향을 주는 매개 변수부터 보정하였다. SWAT 모형의 경우는 CN(Curve Number), SOL_AWC(Soil available water capacity), ESCO(Soil evaporation compensation factor) 등을 중심으로 보정을 하였고, HSPF 모형의 경우는 LZSN(Lower zone nominal storage), INFILT(Mean sil infiltration rate), AGWRC(Groundwater recession rate), UZSN(Normal upper zone soil moisture) 등을 중심으로 보정을 하였다.
- 또한 총유출량과 첨두유량에 비교적 큰 영향을 주는 매개 변수부터 보정하였다. SWAT 모형의 경우는 CN(Curve Number), SOL_AWC(Soil available water capacity), ESCO(Soil evaporation compensation factor) 등을 중심으로 보정을 하였고, HSPF 모형의 경우는 LZSN(Lower zone nominal storage), INFILT(Mean sil infiltration rate), AGWRC(Groundwater recession rate), UZSN(Normal upper zone soil moisture) 등을 중심으로 보정을 하였다. 표 1은 모형의 보정기간 동안의 연도별 모의결과를 나타내고 있다.
- SWAT 모형과 HSPF 모형에 대한 매개변수의 보정 후, 모형의 검정은 발안유역의 HP#6 소유역에 대하여 모형의 보정에 이용하지 않은 1999년과 2000년 자료에 대해 수행하였다. 표 3은 모형의 검정 기간 동안의 연도별 모의결과를 나타내고 있다.
- 오염총량 추정모형인 SWAT 모형과 HSPF 모형 각각의 유출특성을 비교분석하기 위하여 시험유역인 발안 유역의 HP#6 소유역을 대상으로 수문 모니터링을 실시하였으며, GIS를 이용하여 시험유역에 대한 도형자료를 구축하였다. 획득된 자료를 이용하여 SWAT 모형과 HSPF 모형을 시험유역에 적용하고 유출량에 대하여 실측자료와 모형결과 자료를 통해 모형의 보정 및 검정을 실시하여 각 모형의 유출특성을 비교분석하였다.
- 1. NGIS 수치지도와 정밀토양도 등을 이용하여 소유역 하천도, 소유역경계도, 경사방향도, 토양도 등을 구축하였고, Landsat-5 TM 영상을 이용하여 토지이용도를 작성하였다.
대상 데이터
- SWAT 모형과 HSPF 모형의 적용을 위한 시험유역은 발안 저수지 유역의 HP#6 소유역으로 선정하였다. 발안 저수지 유역은 경기도 화성시 봉담읍과 팔탄면에 위치하고 있으며, 1996년부터 서울대학교 농공학과에서 수문/수질 모니터링을 실시하고 있다(그림 1).
- 기상자료와 강우자료는 발안 유역으로부터 약 10km에 위치한 수원기상대의 자료를 이용하였다. 발안 유역과 수원측후소 간의 공간적인 차이가 존재하므로 보다 정확한 강수량 자료를 얻기위해 발안저수지 유역 내에 강수측점을 설치하였으며, 이를 수원측후소 강수량자료와 비교하였다.
- 이는 자료의 결측시 결 측 구간에 대한 자료의 보정에 이용하였다. 또한 강수량, 최저온도, 최고온도, 상대습도, 태양복사량, 그리고 풍속 등의 일별 기상자료는 수원 측후소의 자료를 이용하였다.
- 시험유역의 기본도는 지형자료의 구축을 위해 국립지리원의 1/5, 000 NGIS 수치지도를, 토양자료의 구축을 위 해 농촌진흥청 의 1/25, 000 정 밀토양도를, 토지 피 복을 분류하기 위 해 Landsat-5 TM 영 상자료를 이 용하였다. 시험유역의 주제도는 지형도, 토양도, 토지이용도 등의 기본도로부터 하천도, 소유역 경계도, 경사방향도, 경사도 등을 구축하였고, 1/25, 000 정 밀토양도로부터, 수문학적 토양군도, 토성, 토양침 식 성 인자도 등을 구축하였다.
- SWAT 모형과 HSPF모형의 유출량 보정은 시험유역인 HP#6 소유역에 대하여 1996년〜1997년의 자료를 사용하였다. 모형의 보정은 단순시행착오법을 이용하였고 모형의 보정을 위한 목적함수는 RMSE와 RMAE를이용하여 최적 매개변수를 추출하였다.
데이터처리
- 수집하고, GIS를 이용하여 시험유역에 대한 도형자료를 구축한다. 획득된 자료를 이용하여 SWAT 모형과 HSPF 모형을 시험유역에 적용하고 유출량에 대하여 실측자료와 모형결과 자료를 통해 모형의 보정 및 검정을 실시하여 각 모형의 유출특성을 비교분석한다.
- 구축하였다. 획득된 자료를 이용하여 SWAT 모형과 HSPF 모형을 시험유역에 적용하고 유출량에 대하여 실측자료와 모형결과 자료를 통해 모형의 보정 및 검정을 실시하여 각 모형의 유출특성을 비교분석하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
성능/효과
- 결측 기간을 제외한 모형의 보정기간에 대해서 모의한 결과, 유출량은 HSPF 모형의 모의유출량이 SWAT 모형의 모의 값보다 실측값와 유사한 값을 보였다. RMSE, RMAE, 그리고 결정계수(R?)는 두 모형 간에 큰 차이는 없었으며, 결정계수(U2)는 두 모형 모두 0.
- 결측 기간을 제외한 모형의 보정기간에 대해서 모의한 결과, 유출량은 HSPF 모형의 모의유출량이 SWAT 모형의 모의 값보다 실측값와 유사한 값을 보였다. RMSE, RMAE, 그리고 결정계수(R?)는 두 모형 간에 큰 차이는 없었으며, 결정계수(U2)는 두 모형 모두 0.92로 비교적 모의치와 실측치가 유사한 경향을 보였다.
- 결측 기간을 제외한 모형의 검정기간에 대해서 모의한 결과, 유출량은 HSPF 모형의 모의유출량이 SWAT 모형의 모의 값보다 실측치와 유사한 값을 보였다. RMSE는 SWAT 모형이 HSPF 모형보다 작은 값을 보였으며, RMAE, 결정계수(R2)는 두 모형에서 서로 유사한 값을 보였다.
- 결측 기간을 제외한 모형의 검정기간에 대해서 모의한 결과, 유출량은 HSPF 모형의 모의유출량이 SWAT 모형의 모의 값보다 실측치와 유사한 값을 보였다. RMSE는 SWAT 모형이 HSPF 모형보다 작은 값을 보였으며, RMAE, 결정계수(R2)는 두 모형에서 서로 유사한 값을 보였다. 결정계수(R2)는 SWAT 모형과 HSPF모형에서 각각 0.
- 2. SWAT 모형과 HSPF 모형을 1996년과 1997년 자료에 대하여 유출량에 대하여 보정한 결과 유출량은 HSPF 모형의 모의유출량이 SWAT 모형보다 실측치에 더 유사한 값을 보였으며, RMSE는 각각 2.14mm/day, 2.10mm/day였으며, RMAE는 0.43mm/day, 0.40mm/day, 결정 계수(R?)는 두 모형 모두 0.92 로 비교적 모의치와 실측치가 유사한 경향을 보였다.
- 3. SWAT 모형과 HSPD 모형을 1999년과 2000년 자료에 대해 유출량에 대하여 검정한 결과 유출량은 HSPF 모형의 모의유출량이 SWAT 모형보다 실측치에 더 유사한 값을 보였으며, RMSE는 각각 5.19mm/day, 6.03mm/day였으며 , RMAE는 0.48mm/day, 0.49mm/day, 결정 계수(R?)는 0.86, 0.84로 두 모형 모두 적용성이 있는 것으로 평가되었다.
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