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감수부 특성을 고려한 기저유출 분리 및 오염부하량 산정 프로그램 개발
정연지 ( Yeonji Jeong ),정예찬 ( Yechan Jeong ),박상준 ( Sangjoon Bak ),이서로 ( Seoro Lee ),이관재 ( Gwanjae Lee ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
기후변화로 홍수 및 가뭄의 빈도가 증가하고 있으며 이에 의해 하천유량 감소 등 수자원 부족 현상이 지속되고 있다. 하천유량은 기저유출과 직접유출로 구성되며 갈수기의 유량 대부분은 기저유출로 이루어지고 있다. 게다가 하천의 T-N, T-P 농도는 기저유출량에 영향을 많이 받아 하천유량에서 기저유출량과 기저유출 오염부하량을 정확하게 선정하고 그 변동성을 해석하는 것은 유역관리에 있어 반드시 필요하다. 국내에서 개발된 WHAT-Pollutant Load Estimation (WAPLE) 모델은 강우시 오염부하량 산정에 탁월한 Numeric Integration (NI) 방법을 활용하여 직접/기저오염부하량 산정이 가능하다. 최근에는 다양한 버전 (WAPLE1, WAPLE2, and WAPLE3) 이 개발되어 국내·외 많은 연구에서 활용되고 있다. 이 중 WAPLE3에서는 BFlow를 사용해 기저유출을 분리하며 이때 감수부에 영향을 주는 Filter parameter 값을 단일값으로 적용하기 때문에 갈수기 및 홍수기를 포함한 다양한 수문 사상의 특성이 반영된 오염부하량을 산정하는데 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하기 위해서 WAPLE4를 개발하였다. WAPLE4에서는 Load Duration Curve (LDC) 유황구간에 따른 Filter parameter를 사용자가 직접 조정할 수 있도록 하여 보다 정확하게 직접/기저유출에 대한 오염부하 산정이 가능하도록 하였다. 또한, NI방법을 이용해 수질 값에 따라 기저오염부하량, 직접오염부하량을 각각 산정하였다. 향후 본 연구에서 개발된 WAPLE4는 강우에 의한 유량 변동 특성을 반영한 직접/기저 오염부하 산정 결과에 대한 불확실성을 감소시킬 수 있을 것이다. 또한 WAPLE4를 이용한 오염부하 산정 결과는 수질오염총량제 및 하천 및 유역환경 관련 정책 수립 시 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
SWAT 모델과 디지털 트윈을 활용한 물관리 의사 결정 지원 시스템 개발
정예찬 ( Yechan Jeong ),이관재 ( Gwanjae Lee ),이서로 ( Seoro Lee ),최용훈 ( Yonghun Choi ),박상준 ( Sangjoon Bak ),정연지 ( Yeonji Jeong ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 국내·외로 유역 단위에서 유출 및 수질을 예측하는데 활용되고 있다. 하지만 SWAT 모델의 결과물은 데이터 테이블 형식으로 제공된다. 따라서 유역 내 하천별 수문 모의 결과를 직관적으로 확인하기 어렵다는 단점이 있다. 최근 다양한 분야에서 디지털 트윈 기술을 활용한 3D 가상환경 구축 사례가 증가하고 있다. 디지털 트윈 기술은 현실의 공간을 가상환경으로 구축해 실시간 현실의 상황을 파악하여, 의사 결정 지원을 제공한다는 장점이 있다. 본 연구에서는 SWAT 모델의 결과값을 시각화하기 위해 가상환경 3D 지도인 CESIUM을 사용한 디지털 트윈 기반의 물관리 의사결정 지원을 위한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 3D 지형에 SWAT 모델을 통해 모의 된 하천의 유량 및 수질에 대한 표출이 가능할 뿐만 아니라 기후나 유역환경에 따른 유역내 수문 변화를 시·공간적으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 향후 본 연구에서 개발된 디지털 트윈 기반 물관리 의사 결정 지원 시스템은 오염지역 선정뿐만 아니라 유량 확보 및 수질 개선 시나리오 결과를 시각화하여 유역 관리 방안을 효율적으로 수립하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
SWAT 모형의 일 강우량 산정 기준에 따른 유량 모의
최용훈 ( Yonghun Choi ),정예찬 ( Yechan Jeong ),양동석 ( Dongsuk Yang ),임경재 ( Kyeongjae Lim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
SWAT 모형의 하천 유량 모의에서 강우량은 매우 중요한 변수로 작용하는데, 일강우량은 Skewed normal 또는 Mixed exponential 등으로 분해(disaggregate)한다. 우리나라의 일 강우량 산정은 보통 0시부터 다음날 0시 전까지 발생한 강우량으로 산정되며, SWAT 모형에서도 보통 이 기준의 강우량이 입력자료로 활용되고 있다. SWAT 모형에서 직접 유출의 지연은 Surlag 변수를 활용할 수 있으나, 모든 강우사상에 동일하게 적용되는 문제점이 있다. 또한 일강우량의 시간적 분포는 Subdaily 방법을 사용해 적용할 수 있으나, SWAT 모형의 장점인 CSC runoff equation을 사용하지 않으며, 모의 과정이 복잡해 잘 사용하지 않는다. 본 연구는 강우 발생일의 23시 혹은 22시 등 다음날의 일강우량 산정 기준과 가까운 시간에 발생한 강우량이 SWAT 모형의 유량 모의에서 불리하게 적용될 수 있다고 가정하였으며, 일 강우량의 산정 시간의 변경에 따라 유량 모의의 정확성이 개선되는지를 평가하였다. 일 강우량 산정 기준은 전일 23시~당일 23시, 전일 22시~당일 22시 등 1시간 간격으로 차감하여 시나리오를 구성하였다. 시나리오에 따라 9시간 기준까지 모의 결과가 좋아지는 것으로 나타났다. 0시 기준 시나리오와 비교하면 약 4시간 이내의 시나리오에서 가장 좋은 결과를 보인 것으로 판단되었다. 이러한 결과는 유역의 크기와 특성에 따라 전일 20시에서 24시 사이에 발생한 강우량이 유출 지연에 따라 해당일이 아니라 다음날 발생하는 유량에 영향을 주는 것으로 판단된다. 따라서 효과적인 하천 유량 모의를 위해서는 강우관측소의 위치와 유역의 크기 등을 고려하여 적절한 일 강우량 산정 기준을 적용할 필요가 있을 것으로 판단된다.