[논문]소양댐 상류유역에 대한 강우-유출-유사 상호 관계 규명

김철겸; 김남원

[국내논문] 소양댐 상류유역에 대한 강우-유출-유사 상호 관계 규명
Investigation on the relationship of rainfall-runoff-sediment yields for the Soyang Dam upstream watershed 원문보기

김철겸 (한국건설기술연구원 수문연구실) , 김남원 (한국건설기술연구원 수문연구실)

본 연구에서는 충분히 보정되고 검증되어진 SWAT-K 모형으로부터 생성된 자료를 이용하여 강우-유출-유사 사이의 상호 관계를 도출해 보았다. 소양댐 상류유역을 대상으로 유역내 각 지점별 강우에 따른 유출 및 유사, 유출과 유사의 상호 관계 등을 도시하여 검토한 결과, 약 40 mm 이하의 강우에 대해서는 유사 발생이 많지 않음을 알 수 있었으며, 그 이상의 강우에 대해서 강우와 유사 사이에 이차원 관계의 회귀식을 유도할 수 있었다. 또한, 유출과 유사 사이에도 거듭제곱 형태의 관계식을 유도할 수 있었으며 그에 따른 결정 계수도 높게 나타나 상호간의 회귀식이 매우 상관성이 높음을 알 수 있었다. 이와 같은 관계로부터 향후 복잡한 모형을 이용하지 않아도 대상유역의 특정 지역에 대해 강우로부터 유출이나 유사를 추정하는데 비교적 간편하고 신뢰성 있게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

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문제 정의

본 연구에서는 유역 유출 해석 및 유사량과 유역 비점오염 해석을 위해 최근 활용도가 높아지고 있는 SWAT 모형을 국내 여건에 맞게 개선한 SWAT-K 모형을 활용하여, MUSLE 기법에 의해 산정된 침식량 및 유사량 자료와 모의된 유출 자료로부터 강우-유출-유사 사이의 상호 관계를 검토하고자 한다.
본 연구에서는 충분히 보정되고 검증되어진 SWAT-K 모형으로부터 생성된 자료를 이용하여 강우-유출-유사 사이의 상호 관계를 도출해 보았다.

제안 방법

모형 적용을 위해 그림 1과 같이 환경부 수질측정망과 수위관측소를 기준으로 10개 소유역을 구분하고, 수문해석을 위한 최소단위인 HRU 생성을 위해 토지이용과 토양특성의 임계면적 비율은 모두 3%로 설정하였다(한국건설기술연구원, 2008).
유출 보정과 관련해서는 유역내 비교적 자료 상태가 양호한 최종 출구점의 소양댐 지점의 관측 유입량 자료를 이용하여 모형의 유출량과 비교하였으며, 유사 보정과 관련해서는 환경부에서 월 1회 간격으로 관측하고 있는 소양댐, 소양댐5, 내린천, 인북천, 북천 지점의 SS 농도를 이용하여 해당 지점의 모의 유출량으로부터 관측부하량을 추정하였다.
여기서 지표유출량과 첨두유출율은 다시 기후, 토양, 식생, 지형 등 지역적인 특성에 의해 영향을 받기 때문에 강우, 유출, 유사가 상호 일률적인 비례 관계에 있지 않으며, 지역의 특성에 따라 그 증감의 영향이 다르게 나타나고, 무엇보다 강우에 의한 영향이 매우 크게 나타난다. 따라서, 본 연구에서는 강우량과 유출량, 그리고 유사량의 상호 증감 관계를 살펴보았다(김철겸 등, 2007)

대상 데이터

대상유역은 그림 1과 같이 북한강 상류의 소양댐 상류유역으로서, 유역면적은 약 2,690 ㎢이며, 토지이용 중 산림 지의 비율이 95%로서 매우 높고, 그 외 논과 밭 등의 비율은 매우 낮게 나타나 비교적 자연상태의 댐 상류유역임을 알 수 있다.
보정 및 검증을 위한 대상기간은 최근의 2001~2007년으로 선정하였으며, 이 중 2001~2003 년을 보정기간으로 하여 유출 및 유사 관련 매개변수를 보정하였으며, 보정된 매개변수를 적용하여 2004~2007년의 기간에 대해 모형 결과를 검증하였다.

성능/효과

92(소양댐)로서 북천을 제외하고는 높은 상관성을 나타내었다. 유출과 유사의 관계에서도 20 mm 이상의 강우에 대해 거듭제곱 형태의 관계를 얻을 수 있었으며, 회귀식의 결정계수는 0.87(내린천)~0.95(소양 댐)의 값을 나타내었다.
그림과 같이 약 40 mm 이하의 강우량에 대해 유사량이 거의 나타나지 않았으며, 그 이상에 대해서는 강우-유사 사이에 이차원의 회귀식을 유도할 수 있었다. 다른 지점들에 대해서도 마찬가지의 결과를 얻을 수 있었으며, 회귀식의 결정계수는 0.49(북천)~0.92(소양댐)로서 북천을 제외하고는 높은 상관성을 나타내었다. 유출과 유사의 관계에서도 20 mm 이상의 강우에 대해 그림과 같은 거듭제곱 형태의 관계를 얻을 수 있었으며, 회귀식의 결정계수는 0.
소양댐 상류유역을 대상으로 유역내 각 지점별 강우에 따른 유출 및 유사, 유출과 유사의 상호 관계 등을 도시하여 검토한 결과, 약 20 mm 이상의 강우에 대해서 강우와 유출 사이의 이차원 관계의 회귀식을 유도할 수 있었으며, 각 지점별로 회귀식의 결정계수는 0.78(북천)~0.95(소양 댐5)로서 매우 높은 상관성을 보였다. 강우에 따른 유사의 관계에서는 약 40 mm 이하의 강우에 대해서는 유사 발생이 많지 않음을 알 수 있었으며, 그 이상의 강우에 대해서 강우와 유출 사이에 이차원 관계의 회귀식을 유도할 수 있었고, 회귀식의 결정계수는 0.
95(소양 댐5)로서 매우 높은 상관성을 보였다. 강우에 따른 유사의 관계에서는 약 40 mm 이하의 강우에 대해서는 유사 발생이 많지 않음을 알 수 있었으며, 그 이상의 강우에 대해서 강우와 유출 사이에 이차원 관계의 회귀식을 유도할 수 있었고, 회귀식의 결정계수는 0.49(북천)~0.92(소양댐)로서 북천을 제외하고는 높은 상관성을 나타내었다. 유출과 유사의 관계에서도 20 mm 이상의 강우에 대해 거듭제곱 형태의 관계를 얻을 수 있었으며, 회귀식의 결정계수는 0.

후속연구

이와 같은 관계로부터 향후 복잡한 모형을 이용하지 않아도 대상유역의 특정 지역에 대해 강우로부터 유출이나 유사를 추정하는데 비교적 간편하고 신뢰성 있게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
그림 8은 연속된 강우량에 대해 모형으로부터 산정된 유출량의 관계를 나타낸 것으로서, 소양 댐과 내린천 지점 모두 약 20 mm 이하의 강우량에 대해서는 유출이 거의 나타나지 않으며, 그이상의 강우량에 대해서는 강우량과 유출고 사이에 이차원 관계의 회귀식을 유도할 수 있었다. 다른 지점들에 대해서도 비슷한 관계를 도출할 수 있었으며, 회귀식의 결정계수는 0.78(북 천)~0.95(소양댐5)로서 매우 높은 상관성을 보여, 각 소유역별 강우량에 따른 개략적인 유출량을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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