[논문]SWAT 모형을 이용한 지석천 유역의 수질 및 유량 모의

박성천; 양동현; 진영훈; 김동렬

[국내논문] SWAT 모형을 이용한 지석천 유역의 수질 및 유량 모의
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박성천 (동신대학교 토목공학과) , 양동현 (동신대학교 토목공학과) , 진영훈 (동신대학교 공업기술연구소) , 김동렬 (동신대학교 토목공학과)

유출량과 수질자료는 하천을 관리하는데 있어 필수적인 수문자료이다. 미계측 유역의 경우 유출량은 면적비유량법 및 강우-유출모형을 통해서 유출량을 산정하고 있다. 강우-유출 모형에는 HEC-1, HEC-HMS, SWMM등의 여러 가지 모형이 쓰이고 있으며, 수질자료는 Qual2K, Qual2E 등의 모델을 이용하여 자료를 산출하고 있다. 기존의 모델들은 토지이용과 토양의 특성을 반영하기 어렵다. 토지이용과 토양의 특성을 반영하기 어려웠던 기존의 모형과는 달리 SWAT(Soil And Water Assessment Tool) 모형의 경우 GIS(Geographic Information system)를 이용함으로써 정확한 토지이용과 토양특성을 적용할 수 있다는 장점이 있으며, 시 공간적 변화를 고려할 수 있다. 또한, 유역을 소유역으로 세분화함으로써 수문학적 응답 단위(Hydrologic Response unit : HRU)로 계산이 가능하여 더욱 세밀한 모의가 가능하다. 본 연구에서는 SWAT모형을 전남 나주시와 화순군에 걸쳐 흐르는 지석천 유역에 적용하여 유출량과 수질을 모의함으로써 실제유역과 유사한 물리적 모의를 실행하였다. 그 결과 SWAT모형이 대상지역의 부하량과 유출량 모의에 높은 적용성을 나타냈다.

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문제 정의

기존의 모델들은 토지이용과 토양의 특성을 반영하기 어렵다. 본 연구에서는 SWAT모형을 이용하여 토양도 및 토지이용상태 등의 공간적 정보를 구체적으로 적용함으로서 실제 유역과 유사한 물리적 모의를 실행하였고, 미계측 유역의 SWAT모형 적용성을 판단해 보았다.

제안 방법

하천망 생성 및 소유역분할, 하천길이, 유역경사등 지형학적 자료로 사용되는 DEM을 1:25000수치 지도를 이용하여 등고선과 표고점을 추출하여 30m × 30m의 DEM(Digital Elevation Map)자료를 생성하여 사용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 강우의 경우 광주기상청 자료와 나주댐, 능주, 동면, 봉황, 청풍 강우 관측소의 자료를 사용하였으며 강우를 제외한 기상자료는 광주기상청의 자료를 사용하였다. 기상자료의 적용기간은 2002년자료부터 2005년자료를 사용하였다.
토지이용도는 환경부에서 제공한 1:25,000의 자료를 사용하였으며, 주거지, 논, 상업지역 등등 SWAT모형에서 요구하는 23가지로 분류 입력자료로 구성하였다. 또한 SWAT모형에서 토양의 물리적, 화학적 특징을 결정하는 중요한 자료인 토양도는 한국토양정보시스템에서 제공하는 정밀토양도를 사용하였다.
SWAT모형에서는 강우, 일사량, 최고-최저기온, 태양복사량, 상대습도 등을 사용하여 수문현상을 모의한다. 본 연구에서는 강우의 경우 광주기상청 자료와 나주댐, 능주, 동면, 봉황, 청풍 강우 관측소의 자료를 사용하였으며 강우를 제외한 기상자료는 광주기상청의 자료를 사용하였다. 기상자료의 적용기간은 2002년자료부터 2005년자료를 사용하였다.
본 연구에서는 모형의 정확성을 판단하기 위하여 최종유출구를 영산강과 합류지점인 금천지점으로 하지 않고 유량측정 결과 및 수질측정망이 있는 남평지점을 최종유출구로 사용하였다.
면적비유량법의 경우는 대상 소유역의 특성을 전혀 반영할 수 없는 단점이 있으며, 강우-유출모형의 경우 HEC-1, HEC-HMS, SWMM 등 여러 가지 모형을 사용하고 있다. 수질자료는 Qual2K, Qual2E등의 모델을 이용하여 자료를 산출하고 있다. 기존의 모델들은 토지이용과 토양의 특성을 반영하기 어렵다.
하천망 생성 및 소유역분할, 하천길이, 유역경사등 지형학적 자료로 사용되는 DEM을 1:25000수치 지도를 이용하여 등고선과 표고점을 추출하여 30m × 30m의 DEM(Digital Elevation Map)자료를 생성하여 사용하였다. 토지이용도는 환경부에서 제공한 1:25,000의 자료를 사용하였으며, 주거지, 논, 상업지역 등등 SWAT모형에서 요구하는 23가지로 분류 입력자료로 구성하였다. 또한 SWAT모형에서 토양의 물리적, 화학적 특징을 결정하는 중요한 자료인 토양도는 한국토양정보시스템에서 제공하는 정밀토양도를 사용하였다.

성능/효과

(1)유출량은 강우발생시 실측값 보다 다소 작은 양의 유출이 일어나는 것으로 산정되었다. 그러나 실측값과 모의값사이의 상관계수는 0.
(2)BOD부하량은 실측값보다 다소 작게 산정되었으나, 경향이 비슷하고 상관계수도 0.74로 양호한 값을 나타내었다.
(3)이상의 결과로부터 지석천유역에 2002년 1월부터 2004년 12월까지 유출량 및 부하량을 산정해 본 결과 SWAT 모형이 대상지역의 BOD부하량과 유출량 모의에 높은 적용성을 나타내었다.
(1)유출량은 강우발생시 실측값 보다 다소 작은 양의 유출이 일어나는 것으로 산정되었다. 그러나 실측값과 모의값사이의 상관계수는 0.96로 산정되어 SWAT 모형이 유출현상을 잘 나타내고 있는 것으로 나타났다.

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