분포형 유역모델을 이용한 유사 주오염원지역의 파악

구본경 ( Bhon Kyoung Koo ),조재현 ( Jae Heon Cho ) 한국물환경학회 2007 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2007 No.-

기후변화에 따른 황룡강 유역의 오염부하 유출량 변화 분석

박민혜,조홍래,구본경,Park, Min Hye,Cho, Hong-Lae,Koo, Bhon Kyoung 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.3

A conceptual watershed model HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) was applied to the Hwangryong river watershed to evaluate climate change effects on pollution loads of the river. For modeling purposes, the Hwangryong river watershed was divided into 7 sub-watersheds. The model was calibrated and validated for the river discharges against the data observed in 2011 at several monitoring stations. The RCP scenarios were set up for the model simulations after being corrected by change factor method. The simulation results of the RCP 4.5 scenario indicate that the annual river discharge and concentrations of BOD, TN, TP of the Hwangryong river will continually increase during the second-half of the 21st century. As for the RCP 8.5 scenario, the simulations results imply that the pollution loads will increase during the middle of the 21st century reflecting the pattern of precipitation. Monthly distributions of the pollution loads for the RCP 4.5 and the RCP 8.5 scenarios show it will increase the most in September and February, respectively. 본 연구에서는 황룡강 유역에 유역모델 HSPF (Hydrological Simulation Program - Fortran)를 적용하여 기후변화에 따른 오염부하 유출 변화량을 분석하였다. 황룡강 유역을 7개 소유역으로 분할하고 2011년에 관측된 유량, SS, BOD, TN, TP 농도자료를 이용하여 모델 보정 및 검정을 실시하였다. 기후변화에 따른 황룡강 유역의 환경변화를 예측하기 위해 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하였으며, 과거 기간 동안의 강우와 기온에 대한 모의치와 관측치간 월별 평균을 비교하여 미래 기상 자료에 대한 편의 보정을 수행하였다. 기후변화 시나리오의 기상 자료 분석 결과, 21세기 전반기와 비교하여 중, 후반기에 상대적으로 많은 연강수량과 연평균기온을 보이는 것으로 분석되었다. 기후변화에 따른 황룡강 유역에서의 오염물질 유출량 분석 결과, RCP 4.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2080년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 47%, 24%, 21%, 27% 증가율을 보여 21세기 후반기로 갈수록 연간 오염부하 유출량이 전반적으로 증가하는 것으로 분석되었다. RCP 8.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2050년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 34%, 20%, 20%, 21% 증가율을 보이며 21세기 중반기에 연간 오염부하 유출량이 상대적으로 가장 많이 증가할 것으로 분석되었다. 이는 연강수량 변화와 동일한 패턴의 변화로서 기후변화에 따른 강우량 변화가 오염물질 유출량에 그대로 반영된 결과를 보여준다. 한편, 월별 오염물질 유출량은 RCP 4.5에서는 9월에, RCP 8.5에서는 2월에 상대적으로 크게 증가할 것으로 분석되었다.

다양한 시공간 규모에 적용 가능한 한국형 유역모델 패키지 소개

조홍래 ( Cho Hong-lae ),구본경 ( Koo Bhon Kyoung ),정의상 ( Jeong Euisang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

유역모델은 공간분할구조와 현상표현수식에 따라 다양한 형태로 구분된다. 공간분할구조에 따라서는 총괄형, 준분포형, 분포형 모델로 구분되며, 수문과정과 물질거동을 표현하는 수식에 따라서는 경험모델, 개념모델, 물리모델 등으로 구분된다. 유역모델이 공간분할구조와 현상표현수식에 따라 이와 같이 다양하게 구분되는 이유는 유역모델의 적용 목적과 유역의 환경특성에 따라 수문과정과 물질거동의 분석기준이 되는 시공간 규모가 다양하게 요구되기 때문이다. 예를 들어, 소유역 규모에서 지하수 수질을 평가하기 위해 유역모델을 적용할 경우에는 강우 및 영양물질의 토양 및 지하수 침투가 중요하게 고려되어야 한다. 따라서 이 경우에는 시공간적으로 상세하게 분석이 가능한 물리식 기반의 분포형 모형이 중요한 분석도구로 사용될 수 있을 것이다. 반면, 국가규모에서 비점오염물질 배출부하량을 수계별로 평가할 경우 물리식에 기반한 분포형 모형을 적용하는 것은 효율적이지 않으며, 대신 넓은 시공간 규모에서 모의를 수행할 수 있는 경험모델 적용이 타당할 것이다. 따라서 유역 모델은 적용 목적에 부합하여 결과를 도출할 수 있도록 시공간 규모의 변동성을 고려하여 다양한 종류로 제시될 필요가 있다. 한편, 현재 국내에서 활발히 사용되고 있는 유역모델은 대부분 외국에서 개발된 모델로 국내 적용에 있어 몇 가지 한계를 지닌다. 우리나라는 산지 비율이 높고 토지이용 형태가 매우 밀도 높아 한 유역 내에 산림, 농경지, 도시지역이 함께 포함되어 있는 경우가 일반적이다. 따라서 유역모델을 국내 유역에 적용하기 위해서는 도시지역과 농업지역에서 발생하는 수문, 수질현상을 함께 고려할 필요가 있다. 그러나 외국에서 개발된 대부분의 유역모델은 이를 제공하지 못하는 한계를 갖는다. 특히, 한국 농경지의 대부분을 차지하는 논에서의 물꼬조작, 관개, 시비 과정은 유역의 수문과정에 큰 영향을 미치므로, 유역모델 적용에 있어 반드시 고려되어야할 국내 환경특성이라 할 수 있다. 또한 도시지역에서는 불투수지표면에서의 오염물질 축적과 관거시스템에 의한 차집과 월류는 수문과정과 물질거동에 큰 영향을 미치며, 이 또한 유역모델 적용 시 주요하게 고려되어야 할 것이다. 이상의 배경 하에 하이드로코어 유역환경연구소에서는 시공간적 모의 규모의 다양성과 한국의 유역 환경특성을 고려하여 연구 목적에 적합하게 적용이 가능하도록 다수의 유역모델을 개발하여 유역모델링 연구에 적용하고 있다. 개발된 모델로는 분포형 모형인 CAMEL, 격자기반 복합형 유역모델인 STREAM, 격자기반 국가규모 적용모델이 SNIPE와 REDPOLL, 데이터기반의 인공신경망 유역모델 등이 있으며, 계속되는 개선과 적용을 통해 모의 성능을 향상시키고 있다.

유역모델 CAMEL 기반 식생여과대 모듈의 개발

박민혜 ( Min Hye Park ),조홍래 ( Hong Lae Cho ),구본경 ( Bhon Kyoung Koo ) 한국환경영향평가학회 2015 환경영향평가 Vol.24 No.5

In this study, a software module to predict the effectiveness of vegetation buffer strip (VBS) has been developed for using with Chemicals, Agricultural Management and Erosion Losses (CAMEL), a distributed watershed model. Most basic functions for the VBS module are same as CAMEL except functions newly developed to implement sedimentation enhancement by vegetation and level spreaders. For verification of the VBS module, sensitivity analyses for length, roughness, soil and vegetation type of VBS were carried out using a test grid cell. The surface discharge of sediment are highly sensitive to the roughness coefficient of VBS. The removal efficiencies of VBS for the surface discharges of sediment and TP are generally high regardless of environment changes. The surface discharges of TOC and TN are highly sensitive to the length and soil of VBS. The removal efficiencies of VBS for the surface discharges of TOC and TN are generally lower than those of sediment and TP. The newly developed VBS module reasonably simulates the removal efficiencies of surface discharges that vary according to the environment changes. It is expected that this VBS module can be used for evaluating the effectiveness of VBS-based best management practices to be applied to reduce pollution discharges from various non-point sources.

개념적 유역모델을 이용한 영산강 유역 오염부하 유출량의 시공간적 분포평가

박민혜 ( Min Hye Park ),조홍래 ( Hong Lae Cho ),구본경 ( Bhon Kyoung Koo ) 한국물환경학회 2014 한국물환경학회지 Vol.30 No.2

For estimating discharge and pollution loads into the Yeongsan lake, a conceptual watershed model HSPF(Hydrological Simulation Program - Fortran) was applied to the Yeongsan River Basin. Various spatial data set including DEM, watershed boundaries and land uses were used to set up the model for the Yeongsan River Basin that was divided into 45 sub-basins. The model was calibrated and validated for the river discharges, SS, BOD, TN and TP concentrations against the data observed in 2011 at several monitoring stations. The simulation results show good agreement with the observed water flows(R2 = 0.46 - 0.97, NSE = 0.70 - 0.96). The simulated concentrations of SS, BOD, TN and TP are also in good agreement with the observed. The total freshwater discharge to the Yeongsan lake is estimated 2,406 × 106 m3/year which the Jiseok and Hwangryoung stream contribute as much as 19%, 17% respectively. It is estimated that the total discharges to the Youngsan lake is SS 152,327 ton/year, BOD 15,721 ton/year, TN 10,071 ton/year, TP 563 ton/year. Both water and pollution loads are high in summer, particularly in July, when the monsoon season arrives at the Korean peninsula.

금강유역 내 도랑유역 분포 및 지형적 특성 분석

김해정 ( Hae Jung Kim ),조홍래 ( Hong La Echo ),구본경 ( Bhon Kyoung Koo ) 한국물환경학회 2014 한국물환경학회지 Vol.30 No.3

Dorang - the Korean term for headwater streams - occupy a large portion of the total stream length in a basin, and contribute significantly towards the quantitative and qualitative characteristics, and the ecosystem, of the main river. The Ministry of Environment of South Korea has supported the investigation of the status of Dorang in the nation’``s four major basins, since 2007. Without a widely accepted academic or legal definition of Dorang, however, there are limits to understand the distribution of Dorang at the national scale and to systematically compile a Dorang database. This paper, through a review of the stream classification system and Korean legal system delineating streams, defines Dorang as 1st and 2nd order streams according to the Strahler ordering method, in a 1:25,000 geographical scale. Analysis of the Geum River basin, with this definition, reveals that the total length of Dorang is 20,622.4 km (73.6% of total stream length), and the number of Dorang catchments is 23,639 (71.3% of the basin area). Further analysis of the geomorphological characteristics of Dorang catchments shows that the average total stream length is 1.1 km, average catchment length is 1.2 km, average drainage area is 0.4 km2, and average drainage density is 3.08/km.