[논문]대청호 상류유역의 직접유출 및 비점오염배출부하 적용성 평가를 위한 L-THIA 모델

최재완; 신민환; 심인근; 이재안; 임경재

대청호 상류유역의 직접유출 및 비점오염배출부하 적용성 평가를 위한 L-THIA 모델
Evaluation of Estimated Direct Runoff and Non-point Pollutant Discharge from Upper Watershed of Daecheong Reservoir Using L-THIA Model 원문보기

최재완 (금강물환경연구소) , 신민환 (금강물환경연구소) , 심인근 (금강물환경연구소) , 이재안 (금강물환경연구소) , 임경재 (강원대학교 지역건설공학과)

대청호 수질관리를 위한 대책 수립시 상류유역의 유출 및 오염부하배출 특성을 평가하는 것이 중요하다. 유역의 수환경 영향을 평가하기 위해서 복잡한 수문 수질 모델을 이용하는데 사용자 편의성을 고려한 모델 개발과 이용이 필요하다. L-THIA ArcView GIS 모형은 토지이용도, 토양도, 일강우 자료만으로 직접유출의 모의가 가능하여 전 세계적으로 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 L-THIA ArcView GIS 모형을 이용하여 대청호 상류유역인 안내천, 월외천 유역의 직접유출 및 비점오염 배출부하 특성을 평가하였다. 직접 유출량 평가 결과, 결정계수($R^2$)와 유효지수(EI)가 월외천 유역 및 안내천 유역에서 각각 0.95, 0.93 및 0.81, 0.71로 나타나, L-THIA ArcView GIS 모형이 실측치를 잘 재현하는 것으로 나타났다. 강우유출수에 포함된 SS 및 T-P 오염부하량 평가결과, 결정계수($R^2$)가 월외천 유역과 안내천 유역에서 각각 0.53, 0.95 및 0.89, 0.89로 평가되었다. 또한 유효지수(EI)가 월외천 유역과 안내천 유역에서 각각 0.44, 0.95 및 0.98, 0.99로 평가되었다. SS 부하량 평가 결과에서 월외천 유역이 안내천 유역보다 정확성이 낮은 것은 지역특성에 따라 SS 부하량 차이가 크기 때문이다. 따라서 L-THIA ArcView GIS 모형의 지속적인 개선이 이루어진다면 대청호 만입부 상류유역에서의 각종 수질관리대책 평가에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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문제 정의

EPA와 Purdue 대학교 연구진의 공동연구에 의해 개발되었으며, 토지이용도, 토양도, 일강우 자료만으로 직접유출의 모의가 가능한 장점이 있고, 어느 정도의 높은 예측 정확성으로 인하여 현재 전 세계적으로 널리 이용되고 있다(김종건 등, 2007). 따라서 본 연구에서는 L-THIA 모형을 이용하여 대청호 상류유역인 안내천, 월외천 유역의 직접유출 및 비점오염 배출부하 특성을 평가하였다.

제안 방법

본 연구에서는 2단계 총량관리 대상물질이며 부영양화 원인물질인 T-P와 차기 총량관리대상물질로 지정될 가능성이 큰 SS를 대상으로 대청호 만입부 유역중 안내천, 월외천 유역의 강우유출 특성을 조사·분석하고, L-THIA ArcView GIS 모형을 이용하여 대청호 만입부 유역의 직접유출 및 비점오염 배출부하량의 산정 가능성을 평가한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

L-THIA ArcView GIS 시스템의 입력자료는 토지이용현황, 수문학적 토양그룹, 그리고 장기 일강우량자료이다. 따라서 본 연구에서는 월외천과 안내천 유역의 토지이용도와 토양도, 그리고 2009년 1월 1일부터 2009년 9월 1일까지의 일강우량 자료를 모형의 입력자료로 구축하였다.
L-THIA ArcView GIS 시스템의 입력자료는 토지이용현황, 수문학적 토양그룹, 그리고 장기 일강우량자료이다. 따라서 본 연구에서는 월외천과 안내천 유역의 토지이용도와 토양도, 그리고 2009년 1월 1일부터 2009년 9월 1일까지의 일강우량 자료를 모형의 입력자료로 구축하였다.
연구대상 유역은 충청북도 옥천군 안내면 일대로서 월외천 및 안내천 유역이다. 월외천의 유역 면적은 9.
연구대상지역내 토지이용현황은 환경부 환경지리정보(EGIS)에서 배포하는 2000년 1/25,000의 대분류 수치 토지피복도 자료를 이용하였다. 월외천 유역의 토지이용분류는 산림(Forest)이 80.
월외천 및 안내천 유역내 토양속성은 농업과학기술원의 정밀토양도(1:25,000)를 사용하였으며, 대부분 대산통이 분포되어있다. 대산통은 미사식양질계 적황생토로서 미농무성(USGS)의 새로운 분류방법에 의하면 fine silty, mixed, mesic family of Typic Dystrudepts에 속한다.

성능/효과

1. 직접 유출량 평가 결과, 결정계수(R²)와 유효지수(EI)가 월외천 유역 및 안내천 유역에서 각각 0.95, 0.93 및 0.81, 0.71로 나타나, L-THIA ArcView GIS 모형이 실측치를 잘 재현하는 것으로 나타났다.
2. 강우유출수에 포함된 SS 및 T-P 오염부하량 평가결과, 결정계수(R²)가 월외천 유역과 안내천 유역에서 각각 0.53, 0.95 및 0.89, 0.89로 평가되었다. 또한 유효지수(EI)가 월외천 유역과 안내천 유역에서 각각 0.
7). 또한 유효지수(EI) 산정 결과 SS가 0.44, T-P가 0.95로 나타났다. 평가 결과 SS보다 T-P가 부하량 산정에 더 적용성이 있는 것으로 나타났다.
99로 평가되었다. 안내천 유역에서 T-P의 결정계수와 유효지수(EI)는 모두 높게 나타나 모형의 부하량 산정에 적용성이 있으나, 월외천 유역에서 SS의 유효지수가 낮게 나타나고, 결정계수(R²) 또한 상대적으로 45° 선에 밀집하지 않아 L-THIA ArcView GIS 모형이 지역에 따라 단일강우사상에 대한 T-P 부하량 산정이 SS 부하량 산정보다 정확성이 높은 것으로 나타났다.
안내천 유역의 SS, T-P 실측 오염부하량과 L-THIA ArcView GIS 모형 결과의 결정계수(R²)는 각각 0.89, 0.89로 평가되어 오염부하 경향을 비교적 잘 재현하는 것으로 나타났다(그림. 8). 또한 EI 산정 결과 SS가 0.
월외천 유역과 안내천 유역의 유출 정확성을 평가한 결과(그림 5 및 그림 6), 결정계수(R²)와 유효지수(EI)는 월외천 유역에서 0.95, 0.93이고, 안내천 유역에서 0.81, 0.71로 나타나, L-THIA GIS 모형의 유출량 예측치가 실측치를 잘 반영하는 것으로 나타났다.
월외천 유역의 SS, T-P 실측 오염부하량과 L-THIA ArcView GIS 모형 결과의 결정계수(R2)는 각각 0.53, 0.95로 평가되어 T-P 오염부하 산정은 잘 재현하는 것으로 나타났으나, SS 부하량 산정의 경우 45°선에서 상대적으로 밀집해있지 않아 부하량 산정에 한계가 있는 것으로 나타났다(그림. 7).
95로 나타났다. 평가 결과 SS보다 T-P가 부하량 산정에 더 적용성이 있는 것으로 나타났다.
99로 나타났다. 평가 결과 월외천 유역과 같이 SS보다 T-P가 부하량 산정에 더 적용성이 있는 것으로 나타났다.

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