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표제지

목차

요약 9

Ⅰ. 서론 11

Ⅱ. 연구 방법 14

2.1. 연구 대상 지역 및 모니터링 자료 14

2.2. SWAT 모델 개요 및 입력자료 17

2.3. SWAT 모델 내 기존 유사 모의 모델 (Simplified Bagnold model) 25

2.4. SWAT 모델 내 개선된 유사 모의 모델 28

2.5. SWAT 모델 매개변수 및 검정 방법 30

Ⅲ. 결과 및 고찰 35

3.1. SWAT 유량 보정 결과 35

3.2. SWAT 모델 내 기존 유사 모의 모델을 통해 산정된 유사 모의 결과 37

3.3. SWAT 모델 내 개선된 유사 모의 모델을 통해 산정된 유사 모의 결과 43

Ⅳ. 결론 49

참고문헌 51

표목차

Table 1. Status of slope -Jawoon watershed 16

Table 2. SWAT parameters for calibration (Streamflow) 31

Table 3. SWAT parameters for calibration (SS) 32

Table 4. Evaluation Index 34

Table 5. Parameters calibrated by SWAT-CUP(Streamflow) 36

Table 6. Parameters calibrated by SWAT-CUP (Original Sediment Routing method) 38

Table 7. Parameters calibrated by SWAT-CUP (Modified Sediment Routing method) 44

그림목차

Fig. 1. The location of study area - Jawoon watershed 15

Fig. 2. The hydrological system of study area - Jawoon watershed 16

Fig. 3. Input data and Output data of SWAT model 18

Fig. 4. Input data of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) for the Jawoon watershed ((a) DEM, (b) Land Use Map, (c) Soil Map). 22

Fig. 5. Cross section of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 23

Fig. 6. Cross section of Jawoon stream 23

Fig. 7. Width of cross section of Jawoon stream 24

Fig. 8. Sediment distribution according to flow (SPCONC＝0.0001, PRF＝2, SPEXP＝2) 27

Fig. 9. Examples of diverse trends in similar concentration occurrences 28

Fig. 10. Scatter plot of observed and simulated streamflow 36

Fig. 11. Scatter plot of observed and simulated sediment using original sediment routing method - All period 38

Fig. 12. Comparison of observed and simulated sediment using original sediment routing method - All period 39

Fig. 13. Scatter plot of observed and simulated sediment using original sediment routing method - Rising part 40

Fig. 14. Comparison of observed and simulated sediment using original sediment routing method - Rising part 41

Fig. 15. Scatter plot of observed and simulated sediment using original sediment routing method - Falling part 41

Fig. 16. Comparison of observed and simulated sediment using original sediment routing method - Falling part 42

Fig. 17. Scatter plot of observed and simulated sediment using modified sediment routing method - All period 44

Fig. 18. Comparison of observed and simulated sediment using modified sediment routing method - All period 45

Fig. 19. Scatter plot of observed and simulated sediment using modified sediment routing method - Rising part 46

Fig. 20. Comparison of observed and simulated sediment using modified sediment routing method - Rising part 47

Fig. 21. Scatter plot of observed and simulated sediment using modified sediment routing method - Falling part 47

Fig. 22. Comparison of observed and simulated sediment using modified sediment routing method - Falling part 48

초록보기

 최근 급격한 기후 변화와 토지 개발에 따른 토지이용 증가에 따라 토양 유실이 가속화되며, 유실된 많은 토양은 하천으로 유입되어 취수장의 정수 처리 비용 증가 등 인간의 삶에 직접/간접적으로 영향을 주며 더 나아가 하천의 수생태계 파괴 등 다양한 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 직접적인 모니터링을 통해 유사 발생 및 탁수를 조사하여 비점오염저감시설을 설치가 필요하나 유사 및 탁수 조사를 공간적, 시간적으로 모든 부분에서 모니터링을 할 수 없다. 이에 다양한 수문 모델을 이용하여 하천에서의 유사를 모의하고 비점오염저감시설물에 대한 효과 분석을 하고 있다. 다양한 수문 모델 중 SWAT 모델 다양한 토지이용과 토양특성을 반영한 장기 유사 거동 특성을 분석하는데 많이 이용되는 모델로 다양한 하천 유사 모의 연구에서 활용되어 왔다. SWAT 모델에서 유사 거동 평가 시 활용되는 유사 모의 방법으로는 Simplified Bagnold model, Kodatie model, Molinas and Wu model, Yang sand and gravel model이 있다. 이 중 Simplified Bagnold model은 하천의 첨두 유속에 따른 유사의 최대 운반 능력을 산정하여 sediment를 예측하는 방식이며, 간단한 모니터링 자료를 이용하여 다른 3개의 유사 거동 모델들보다 유사 모의 성능이 우수하다는 연구들이 있다. 하지만 SWAT모델에서 유량을 단면적으로 나누어 유속을 계산하기 때문에 유량의 상승 또는 하강 등 에너지 변화를 고려하지 못한다. 이는 하천에서 운반할 수 있는 유사가 충분하고, 유량이 동일하면 동일한 양의 유사가 산정되는 문제점이 있다. 그러나 실제 자연 하천에서는 유량의 상승부에 더 많은 유사가 발생하고 하강부에서 상승부와 같은 유량이지만 적은 유사가 발생하기도 하며, 반대로 상승부에서 더 적은 유사가 발생하고 하강부에서 더 많은 유사가 발생하는 경우도 있다. 본 연구에서는 SWAT 모델에서 유량의 상승부와 하강부의 유사 발생 경향을 반영할 수 있도록 유사 모의 모델을 개선하였으며, 이를 2008년에 비점오염원 관리지역으로 지정된 강원도 홍천시 자운지구를 대상으로 SWAT 모델의 기존 유사 모의 모델과 개선된 유사 모의 모델을 비교 평가하였다. 기존 유사 모의 모델을 통해 유량의 상승부와 하강부의 구분 없이 유사를 모의하였을 때 R²: 0.086 NSE: 0.797, 유량의 상승부 유사 모의 결과 R²: 0.861 NSE: 0.848로 자연을 잘 모의 하였다고 판단되었으나, 유량의 하강부 유사 모의 결과 R²: 0.492 NSE: -14.883으로 기존 유사 모의 모델로 유량의 하강부 유사 모의 시에는 자연을 모의하는데 한계가 있는 것으로 판단된다. 개선된 유사 모의 모델을 통해 유량의 상승부와 하강부의 구분 없이 유사를 모의하였을 때 R²: 0.94 NSE: 0.928, 유량의 상승부 유사 모의 결과 R²: 0.939 NSE: 0.92, 유량의 하강부 유사 모의 결과 R2: 0.688 NSE: 0.601로 모의 전체 기간 및 유량의 상승부 유사 모의 시 뿐만 아니라 유량의 하강부 유사 모의 시에도 자연을 잘 모의하는 것으로 판단되었다. 이는 SWAT 모델에서 개선된 유사 모의 모델은 탁수 저감 대책 수립 및 비점오염원 관리 지역 평가에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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