기후변화가 농업용 저수지의 저수량에 미치는 영향 및 대응 방안 제시

박근애 ( Geunae Park ),이미선 ( Miseon Lee ),홍우용 ( Wooyong Hong ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

본 연구는 기후변화에 따른 농업용저수지유역의 저수량과 유입량의 잠재적인 영향을 평가하고자 하며, 이 변화의 대응방안으로써 미래 방류량 조정에 따른 저수위 관리 가능여부를 판단해보고자 한다. 미래 기후변화 영향 평가를 위해 장기수문유출모형인 SLURP 모형이 선택되었으며, 모형의 물리적 매개변수들과 농업용저수지의 방류량을 조정하여 저수지의 유역유출량을 9개년 기간 동안 검·보정하였다. 또한 미래 기후변화자료를 구축하기 위하여 4개의 GCMs의 A1B 시나리오를 선택하여 편이보정과 CF 다운스케일기법을 이용하였다. 미래의 기후변화에 따라 저수지유역의 저수량을 평가한 결과, 가을에 저수량이 감소하기 시작해서 겨울이 끝나는 시점에도 저수량을 회복하지 못하는 것으로 분석되었다. 이는 다음해의 저수량에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 대응방안이 필요하며, 그 방안으로 8월과 9월의 방류량을 감소시킴으로써 가을과 겨울의 저수량이 100%회복되는 것을 확인할 수 있었다. This study is to assess the climate change impact on the temporal variation of paddy rice irrigation reservoir water level from the future evaluated watershed inflow, and to suggest an adaptation method of the future reservoir water level management for stable water supply of paddy irrigation demands. For the future evaluation, the SLURP model was set up using 9 years daily reservoir water level and streamflow records at the watershed outlet. For the future climate condition, the three GCMs data by SRES A1B scenario of the IPCC was adopted. The future data were downscaled by applying Change Factor statistical method through bias-correction using 30 years past weather data. The results of future impact showed that the future reservoir storages of autumn and winter season after completion of irrigation period decreased. As the future adaptation strategy, the control of reservoir release by decreasing in August and September could secure the reservoir water level in autumn and winter season by reaching the water level to almost 100% like the present reservoir water level management.

기후변화와 유역수문 변화

박근애(GeunAe Park),김성준(SeongJoon Kim) 대한토목학회 2009 대한토목학회지 Vol.57 No.9

기후변화 영향평가를 위한 유역 수문모형 구상

박근애 ( Geunae Park ),홍우용 ( Wooyong Hong ),박종윤 ( Jongyoon Park ),정인균 ( Inkyun Jeong ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

현재 국내외적으로 기후변화에 대한 수문순환의 영향평가가 활발히 진행되고 있고 비교적 정확성이 높은 결과를 도출하기 위해 많은 평가 기법들이 도입 및 개발되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 국내의 지형조건을 고려한 미래 기후변화에 따른 수문 변화를 총체적으로 분석할 수 있는 수문순환 모형을 개발하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 GIS 공간자료(수치표고모델, 토지이용도, 토양도)와 Terra MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상에 의한 식생활력도를 이용하여 유역의 일단위 유출량을 모의하는 격자기반의 분포형 수문순환 모형을 개발하고 그 적용성을 평가하였다. 모형은 격자단위로 지표유출, 중간유출 및 기저유출, 증발산량 그리고 토양수분의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있다. 모형은 크게 유출, 증발산량, 토양수분의 3개 주요모듈로 구성하였다. 이 모형에 대한 적용성 평가는 유역면적 6,581km2의 충주댐 유역을 대상으로 수행하였다. 공간해상도를 1km로 맞춘 GIS 입력자료(토지피복도, 토양도, 경계자료 등)와 RS 입력자료(LAI)를 구축하였으며, 2000년부터 2009년까지의 기상자료를 수집하여 IDW방법으로 공간분포화 하여 모형에 적용하였다. 검보정은 유역 출구 지점의 유출량 자료를 모의치와 비교하여 수행되었고, 보정결과에 따른 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위한 목적함수로는 결정계수(R2)와 평균제곱근오차(RMSE : Root Mean Square Error)를 사용하였으며, 모형의 효율성 검증을 위해 Nash와 Sutcliffe(1970)가 제안한 모형 효율성 계수를 사용하였다. 또한 연구 대상유역에 대한 기후변화 평가를 위하여 IPCC에서 제시하고 있는 SRES 특별보고서에 의한 GCMs 중 NIES MIROC3.2 hires A1B, B1 시나리오자료를 수집한 후, 편이보정(bias correction) 및 LARS-WG (Long Ashton Research Station - Weather Generator) 다운스케일 기법을 적용하여 각 기상관측소별 기상자료를 재구축하여 개발한 모형에 적용하여 검토하였다.

SWAT모형을 이용한 충주댐 유역의 수문-수질 예측 불확실성 분석

박종윤 ( Jongyoon Park ),정인균 ( Inkyun Jung ),박민지 ( Minji Park ),박근애 ( Geunae Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

일반적으로 분포형 모형은 많은 매개변수를 고려해야 하는 상황에서 모형의 보정이 이뤄지게 된다. 사용자들은 선행연구로부터 매개변수 선정에 관한 정보를 얻기도 하며 혹은 제공된 매뉴얼을 통해 매개변수 특성을 파악한다. 그렇기 때문에 모형의 보정은 많은 시간이 소요되며 사용자들의 경험과 주관적 판단이 우선시 될 뿐만 아니라 불확실성을 내포하고 있다. 본 연구에서는 충주댐 상류유역(6,585.1km2)을 대상으로 물리적 기반의 준분포형 장기유출 모형으로 수문-수질 모의가 가능한 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 선정하고, LH-OAT(Latin Hypercube - One-factor-At-a-Time) 방법을 이용한 매개변수 민감도 분석을 통해 최적의 유출 및 유사관련 매개변수를 선정하였다. 모형의 보정(1998∼2000)과 검증(2001∼2003)은 국가수자원종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하는 일별 유출량 및 환경부에서 제공하는 월 1회 유사농도자료를 이용하여 실시하였다. 충주댐 유역의 유출량과 유사량에 대한 SWAT 모형의 예측 불확실성 분석은 Monte Carlo Simulation의 결과를 이용하여 민감도 분석 및 불확실성을 평가하는 GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 방법을 이용하였다. 본 연구에서는 주관적인 모형 평가요소들을 명확히 하기 위해 매개변수에 대한 효율적 민감도 분석방법 및 예측 불확실성을 정량적으로 제시하고자 한다.

정밀 토지이용도를 이용한 미래 기후변화가 유역수문에 미치는 영향연구

이지완 ( Jiwan Lee ),박민지 ( Minji Park ),이미선 ( Miseon Lee ),박근애 ( Geunae Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

IPCC(Intergovernmental panel on Climate Change)보고서에 따르면 지구온난화가 발생하고 있으며 금세기에는 심각한 기후변화를 겪게 될 것이라고 전망하였다. 지구온난화로 인해 미래기온의 상승과 강수량의 패턴변화는 물순환의 변화 뿐만 아니라 오염물질의 거동에 변화를 가져올 것으로 예상된다. 이러한 기후변화에 따른 수자원의 영향을 분석하기 위해 기후모형에서 생산되는 기후자료를 수문모형에 입력하는 방법을 사용한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 수문모형의 입력자료 중 토지이용도는 환경부에서 제공하는 중해상도 토지이용도를 주로 사용하지만 기후변화에 영향을 주는 토지이용상태를 정확히 구분하는데 한계가 있다. 본 연구는 고해상도 위성영상의 정밀정보를 이용한 정밀토지이용도를 작성하여 영상에서 추출 할 수 있는 정보를 효율적으로 이용하여 미래 기후변화 시나리오에 따른 미래 기후변화가 수문에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 연구대상지역은 경안천 유역(251.7km²)으로 2007년 9월 17일 촬영된 KOMPSAT(Korea Multi Purpose SATellite)-2 위성영상을 이용하여 구축된 2m 해상도의 토지이용도를 SWAT모형에 적용하여 사용하였다. 미래기상자료는 IPCC에서 제공하는 A2, A1B, B1배출시나리오를 포함하는 ECHAM5-OM모형의 결과를 과거 30년 기후자료를 바탕으로 편이보정(bias correction) 과 LARS-WG (Long Ashton Research Station - Weather Generator)를 이용하여 Downscaling 하였다. 미래기후자료의 적용에 앞서 4년(2001-2004)동안 수집한 일 유출량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2001-2002) 및 검증(2003-2004)을 실시하였다. 유출량에 대한 Nash-Stucliffe 모형효율은 0.58∼0.94으로 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 모형의 보정과 검증 후에 Downscaling 된 ECHAM5-OM의 A2, A1B, B1시나리오를 적용하여 미래의 수문의 변화를 전망할 예정이다.

미래 기후변화에 따른 우리나라 산림식생의 분포 변화 연구

신형진 ( Hyungjin Shin ),박민지 ( Minji Park ),박근애 ( Geunae Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

본 연구에서는 RCM (Regional Climate Model)을 이용하여 우리나라의 미래 산림식생 분포변화를 예측하고자 하였다. 현 기상관측자료(1971~2000)를 이용하여 현재의 기후를 판정하고, 기상청에서 제공한 GCM(MIROC3.2, ECHAM5, HadCM3)들의 통계학적 다운스케일링으로 구성된 RCM 자료를 이용하여 Holdridge 모형기반의 미래 기후대를 예측하였다. 산림식생의 분포는 임상도에 의한 현존 식생군락과 환경인자(강수량, 기온, 지형인자, 토양유기물 함량 등)간의 상관분석을 실시하여 상관관계가 높은 주요 환경변수들을 결정하고, 이들을 종속변수로 하는 다항로짓모형을 구성하여 추정하였다. 이 모형을 이용하여 미래의 주요 환경변수들을 입력하므로서 우리나라 산림식생 분포를 예측하였다. This study is to predict the future distribution of forest vegetation using RCM (Regional Climate Model). For the future evaluation, the meteorological observation data (1971~2000) by KMA (Korea Meteorological Administration) was adopted to set the baseline climate information, and the future climate data of RCM were adjusted and used for future climate classification based on Holdridge model. In order to predict the future community-level distribution of forest vegetations, the environmental variables (precipitation, temperature, topological factors, and soil organic matter etc.) of each forest vegetation community were first determined by performing correlation coefficient analysis based on the present distribution of vegetation communities and various climatological factors, and the future distribution of forest vegetation were predicted by utilizing the multinomial logit model.

미래 기후 및 산림식생 변화에 따른 유역 생태수문 영향 평가

신형진 ( Hyungjin Shin ),박민지 ( Minji Park ),박근애 ( Geunae Park ),박종윤 ( Jongyoon Park ),조형경 ( Hyungkyung Joh ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

본 연구에서는 RHESSys (Regional Hydro-Ecologic Simulation System) 모형을 이용하여 산림 유역의 생태수문학적 거동을 평가하고자 한다. 설마천 유역(8.48 ㎢)을 대상으로 2007~2009년의 관측 일유출량을 이용하여 유출량을 검ㆍ보정하였고, 증발산량 및 토양수분은 신뢰할 만한 실측자료를 바탕으로 모형의 보정(2007-2008)및 검증(2009)을 실시하였다. 또한 지구의 탄소순환을 규명할 수 있는 식생의 순광합성량과 총일차생산량에 대한 모형의 검ㆍ보정은 Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서를 이용한 산출물인 순광합성량과 총일차생산량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2007)및 검증(2008)을 실시하였다. 모형의 최적의 수문, 생리생태학, 토양의 매개변수를 선정하여 검증한 결과, 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.84, 증발산, 토양수분, 총일차생산량, 순광합성량의 결정계수는 0.49, 0.18, 0.38, 0.93으로 모의치가 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 미래 기후자료는 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 SRES (Special Report on Emission Scenarios) A1B와 B1기후변화시나리오의 MIROC3.2 hires 모델의 결과 값을 이용하였다. 먼저 과거 30년 기후자료(1977-2006, baseline)를 바탕으로 모델별 20C3M (20th Century Climate Coupled Model)의 모의 결과 값을 이용하여 강수와 온도를 보정한 뒤 LARS-WG 방법으로 Downscaling 하였으며, 미래 기후변화 시나리오는 2020s(2010-2039), 2050s(2040-2069), 2080s(2070-2099)의 세 기간으로 나누어 각각 분석하였다. 미래식생분포 변화 전망을 위해 다항로짓 회귀분석을 이용하여 미래 2020s, 2050s, 2080s의 식생분포도를 예측하였다. 현재를 기준으로 2080s에 활엽수와 혼효림은 각각 15.4%, 26.7% 증가하고 침엽수는 62.5% 감소하는 것으로 분석되었다. 유출량분석 결과 MIROC3.2는 전체적으로 -33.9%에서 6.0%의 연별 변화율을 보였다. 본 연구결과를 통해 미래 온도와 강수의 변화, 그에 따른 수문요소 및 생태 변화를 파악 함으로서 미래 수자원의 변동성을 전망해 볼 수 있을 것으로 판단된다.

NDVI와 기상인자를 이용한 충청북도 쌀 생산량 예측 모델

나상일 ( Sangil Na ),이규호 ( Kyuho Lee ),박근애 ( Geunae Park ),이지완 ( Jiwan Lee ),박종화 ( Jonghwa Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

정규화식생지수(Normalized Difference Vegetation Index, 이후 NDVI)는 식물의 양, 계절적 변화, 식생의 생리적 조건과 관련한 작물의 생육 특성을 반영하는 지표로서 식생의 활력도와 생산량을 추정하는데 중요한 요인이다. 또한, 작물은 온도, 강우량, 일조시간 등의 기상조건에 민감하게 반응하며 이 요소들은 작물의 수확량 및 품질에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 식생관련 요인으로 위성영상을 이용한 NDVI와 통계자료를 이용한 기상관련 요인으로 최저온도, 강우량, 일조시간을 선정하여 충청북도의 쌀 생산량 예측 모델을 개발하였다. NDVI는 MODIS 위성영상을 이용하여 벼의 생육주기에 해당하는 5월~10월의 순별 NDVI를 추출하였고, 기상관련 요인은 기상연보에 의한 순별 최저온도, 누적강우량, 일조시간을 추출하였다. 생산량의 예측은 어느 한 시점의 식생 및 기상요인에 지배되기보다는 생육정보의 변화추이와 자연재해와 관련된 기상요인의 변화를 고려해야 하기 때문에 각 요인별 가중치를 다르게 함으로서 계산된 예측량이 특정 요인에 지배되지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서 각 요인별 가중치를 다르게 조합함으로서 기본 모델을 작성하고 실생산량과의 회귀분석을 이용하여 보정하였다. 예측 모델에 의한 예측량과 실생산량과의 비교 결과, 7월과 10월의 데이터를 이용한 예측량이 비교적 높은 정확도(R² >0.8)를 나타내었고, 장마기간으로 대기 상태가 상대적으로 불안정한 8월의 예측량이 낮은 정확도(R² =0.61)를 나타내었다.

작물 생육정보 추출을 위한 위성영상 적용 가능성 평가

나상일 ( Sangil Na ),이규호 ( Kyuho Lee ),박근애 ( Geunae Park ),이지완 ( Jiwan Lee ),박종화 ( Jonghwa Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

최근 위성기술을 활용한 정보의 수집은 정확성과 객관성을 높이고, 조사비용 절감 효과로 인하여 여러 산업에서 광범위하게 활용되고 있다. 특히, 기상재해 또는 자연재해 등과 같은 급변하는 환경 현황 확인과 해외 농업 정보 수집을 위한 수단으로 주목받고 있으며, 이미 미국, 캐나다, EU 등에서는 위성기술을 농업 정보의 통계 및 관측 목적으로 활용하고 있다. 국내에서도 다년간 위성 및 항공자료를 활용한 원격탐사기술을 축척하여 통계청, 농촌진흥청, 농산물품질관리원 등에서 경지 및 작물 현황, 재배면적 산출, 작황 정보의 수집 등을 위해 위성정보를 활용하거나 활용할 계획이다. 이에 따라 본 연구에서는 MODIS, ASTER, Landsat, KOMPSAT-2, QuickBird의 5개 위성영상을 대상으로 작물 생육정보 추출을 위한 적용 가능성을 평가하였다. 평가 방법으로는 각 위성영상의 촬영일자와 동일한 시기에 휴대용분광복사계를 이용하여 현장에서 측정한 논의 분광반사율을 비교하여 밴드(Band)간 상관성 및 NDVI의 편차를 산출하였고, 육안판독 가능성, 영상수집의 용이성 등을 기준으로 각 항목별 점수화하여 합산하였다. 그 결과, 작물 생육정보 추출 및 적용에는 KOMPSAT-2 위성영상이 가장 적합한 위성영상으로 판단되었고 현장에서 측정한 반사율과 위성영상의 DN값의 상관성은 다소 낮은 결과를 나타나 작물의 생육정보 추출에 적합한 센서의 개발이 필요할 것으로 판단되었다.

이동 평균법을 이용한 벼의 분광반사율 보정

이규호 ( Kyuho Lee ),나상일 ( Sangil Na ),박근애 ( Geunae Park ),이지완 ( Jiwan Lee ),박종화 ( Jonghwa Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

모든 물질은 각각의 분자구조로 이루어져 있어 물질 고유의 전자파를 반사, 흡수, 투과 및 복사를 하고 그 물질은 각각의 분광반사 특성을 나타낸다. 벼에 있어서도 벼 고유의 파장대를 이용하여 벼의 식생지수를 파악하고 이 지수를 이용하여 벼의 성장 특성을 파악할 수 있다. 따라서 벼의 고유 파장특성을 측정 할 수 있는 휴대용 측정 장비와 인공위성에서 촬영된 위성영상을 활용하여 벼에 대한 정보를 얻는 기술도 꾸준히 발전해 왔다. 하지만 분광반사 데이터 처리에 있어서 벼로부터 얻어지는 반사율은 파장간격 조건에 따라 진폭이 매우 달라진다. 휴대용 분광복사계(LI-1800, Li Cor. Inc.)로 얻어진 분광데이터는 300nm에서 1100nm의 파장범위를 측정할 수 있으나, 파장 변화 경향을 이해하기 어렵다. 따라서, 좀 더 명확한 경향 파악을 위한 보간 방법이 요구 되고 있다. 본 연구에서는 휴대용 분광복사계(LI-1800, Li Cor. Inc.)를 이용하여 충북 청원군 미호천 유역의 벼에 대한 분광반사 특성을 주기적으로 측정하고 얻어진 데이터를 대상으로 이동평균법을 이용하여 보정하는 방법에 대하여 검토하였다. 보정결과는 Red, Green, NIR 의 밴드영역별로 나누어 최대값과 최소값, 평균값, 표준편차의 통계값과 밴드를 조합하여 계산되어진 NDVI 값을 구하여 그 적용성을 검토하였다. 그 결과 현장 특성을 잘 반영해 주는 결과를 얻을 수 있었다.