20세기 우리나라 관측최대강수량의 특성

김남원,원유승 한국수자원학회 2004 한국수자원학회논문집 Vol.37 No.5

수자원분야에서 관측최대강수량은 주로 지점최대 강수량에 의해 평가되어 왔으나, 엄밀한 의미에서 강수량이라 함은 면적평균강수량으로 고려되어야 한다. 면적평균강수량은 관측호우의 DAD(rainfall Depth-Area-Duration) 분석을 통하여 계산된 추정치이고, 이로부터 대상면적-지속기간별 면적평균강수량 또는 최대관측강수량을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 우리나라 전역을 수문학적으로 동질하다고 가정하여 호우중심의 DAD 분석을 수행하였으며, 이로부 Mainly, observed maximum rainfall has been evaluated by point rainfall, but actually it should be considered by means of average areal rainfall. Average areal rainfall is an estimated value computed through DAD(rainfall Depth-Area-Duration) analysis. By u

복하천 중상류 유역의 자연유량 산정

김남원,이정우,이정은 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.12

본 연구에서는 복하천 중상류 유역에 대해 준분포형 유역수문모형 SWAT-K를 적용하여 자연유량을 산정하고, 하천유량 변화를 야기하는 지하수 양수량, 하천수 취수량, 하수처리수 방류량 등의 인위적인 요인으로 인한 영향을 평가하였다. 2006년부터 2013년까지의 자연상태의 하천유량을 모의한 결과 최저유량은 1.7 m3/s, 평균유량은 26.2 m3/s, 갈수량은 약 2.0 m3/s로 산정되었다. 지하수 이용, 하천수 취수, 하수처리수 방류 등 각각의 인위적 요인에 의한 하천유황의 상대적 변화를 분석한 결과, 갈수량은 지하수 양수로 인해 자연상태에 비해 약 34% 감소, 하수처리수 방류와 하천수 취수의 복합 영향으로 인해 약 15% 증가, 지하수 양수, 하수처리수 방류와 하천수 취수의 복합 영향으로 약 19% 만큼 감소하는 것으로 분석되었다. 복하천 본류를 따라 모의된 자연유량 자료를 이용하여 비유량의 거동 특성을 분석한 결과, 중상류 유역에서는 지배면적이 증가할수록 비풍수량, 비평수량, 비저수량, 비갈수량 등의 값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 하류부로 내려오면서 지배면적이 약 180 km2 이상에서부터는 면적과 상관없이 거의 일정한 비유량 값을 나타내는 것으로 분석되었다. The objectives of this study are to construct the natural streamflow in the Bokhacheon middle-upper watershed using the SWAT-K model and to assess the impacts of groundwater withdrawals, water intake, treated sewage water release on streamflow. The simulated natural streamflow from 2006 to 2013 showed the minimum discharge of 1.7 m3/s, the annual average discharge of 26.2 m3/s, the drought flow of 2.0 m3/s at the outlet of the study area. The simulated results indicated that the groundwater pumping has induced the decrease of 34% in drought flow against the natural condition and the net water release has caused the increase of 15%, while the combined effects of the groundwater pumping and the net water release have induced the decrease of 19%. It was found out from the simulated natural streamflow data that the specific discharges of the abundant flow, normal flow, low flow, drought flow in the upper-middle channels of the Bokha-cheon watershed have a tendency to increase as the drainage area increases, but the specific discharges showed almost constant values at any downstream point with drainage area more than about 180 km2.

집중형 수문모형을 활용한 홍수유출자료 공간적 확장성 분석

김남원,정용,이정은 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.9

Runoff data availability is a substantial factor for precise flood control such as flood frequency or flood forecasting. However, runoff depths and/or peak discharges for small watersheds are rarely measured which are necessary components for hydrological analysis. To compensate for this discrepancy, a lumped concept such as a Storage Function Method(SFM) was applied for the partitioned Choongju Dam Watershed in Korea. This area was divided into 22 small watersheds for measuring the capability of spatial extension of runoff data. The chosen total number of flood events for searching parameters of SFM was 21 from 1991 to 2009. The parameters for 22 small watersheds consist of physical property based(storage coefficient: k, storage exponent: p, lag time: Tl) and flood event based parameters(primary runoff ratio: f1, saturated rainfall: Rsa). Saturated rainfall and base flow from event based parameters were explored with respect to inflow at Choongju Dam while other parameters for each small watershed were fixed. When inflow of Choongju Dam was optimized, Youngchoon and Panwoon stations obtained average of Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) were 0.67 and 0.52, respectively, which are in the satisfaction condition(NSE>0.5) for model evaluation. This result is showing the possibility of spatial data extension using a lumped concept model. 홍수빈도해석이나 홍수예측과 같은 홍수조절을 위한 필수적인 정보는 유출자료이다. 하지만, 소규모 유역의 경우 유출자료를 측정하지 않는 미계측 유역의 다지점 분석과 총량분석을 위한 정보가 너무 부족한 실정으로 이를 극복하기 위한 방안을 제시하였다. 이를 위해 본 연구에서는 집중형 모델인 저류함수법를 활용하여 충주댐유역을 세분화하여 적용하였다. 충주댐 유역은 22개의 소유역으로 분류하였으며 충주댐 수위관측소의 유출자료의 공간적 확장성을 검증하였다. 홍수사상은 1990년부터 2009년까지의 21개 홍수사상을 활용하여 한 곳(충주댐 유입량)의 자료를 중심으로 22개 소유역의 저류함수법의 수문지형학적 특성에 관여하는 매개변수(k, p, Tl)를 고정하고 홍수사상마다 달라지는(f1, Rsa)를 최적화 하며 22개 유역의 유출자료를 생산하였다. 교차검증 지점인 영춘과 판운 수위관측소의 평균 Nash- Sutcliffe Efficiency(NSE)는 충주댐의 유입량이 0.71을 나타낼 때 각각 0.67과 0.52를 나타내 유출자료의 확장성에 있어서 만족(NSE>0.5)하는 범위에 들어 집중형 모형을 활용한 유출자료의 확장가능성을 보였다.

지하수 이용과 농업용 저수지가 하천유량에 미치는 복합 영향

김남원,이정우,정일문,이민호 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.7

본 연구에서는 죽산천 유역에 대해 지표수와 지하수의 통합거동을 유역 스케일로 장기간 모의할 수 있고 양수정의 공간분포 및 저수지 운영을 복합적으로 고려할 수 있는 유역단위 통합수문해석모형 SWAT-MODFLOW를 적용하여 지하수 양수 및 농업용 저수지가 하천유량에 미치는 영향을 평가하였다. 지하수 양수 및 농업용 저수지 고려 유무에 따라 4가지 시나리오((1) 현 지하수 이용량 고려, 저수지 고려, (2) 현 지하수 이용량 고려, 저수지 미고려, (3) 지하수 이용량 미고려, 저수지 고려), (4) 지하수 이용량 미고려, 저수지 미고려(자연상태)) 를 구성하고 각 시나리오별로 하천유량의 변화를 모의한 결과, 죽산천 유역 출구부를 기준으로 지하수 양수로 인한 영향이 농업용 저수지에 의한 영향 보다 상대적으로 크게 발생하였으며, 갈수량은 용수이용이 없는 자연 상태(natural flow)에 비해서 지하수 양수만의 영향으로 약 17%, 저수지만의 영향으로 약 11%, 양수 및 저수지의 복합영향으로 인해 약 23% 만큼 감소하는 것으로 분석되었다. 농업용 저수지로부터 떨어진 거리에 따른 하천유량의 변화를 평가하기 위해서 죽산천 본류를 따라 비갈수량을 산정한 결과, 저수지 관개용수의 회귀수 영향으로 하류로 내려갈수록 비갈수량이 증가하였으며, 죽산천 상류에 위치한 덕산 저수지로부터 약 6.5km까지는 저수지의 영향이 상당히 미치는 것으로 분석되었다. In this study, a watershed-based surface-water and groundwater integrated model, SWAT-MODFLOW was used to evaluate streamflow depletion induced by groundwater withdrawals and irrigation reservoirs for the Juksan-cheon watershed in South Korea. The streamflow responses to groundwater pumping and irrigation reservoirs were simulated under several different scenarios. The scenarios were (1) current pumping well withdrawals with reservoirs; (2) current pumping well withdrawals without reservoirs; (3) no pumping well withdrawals with reservoirs; (4) no pumping well withdrawals without reservoirs(natural condition). The simulated results indicated that the effects of groundwater pumping on streamflow depletion are a little more significant than those of irrigation reservoirs. Particularly, the groundwater withdrawals with irrigation reservoirs at current status(scenario 1) has induced the decrease of more than 20% in drought flow against the natural condition(scenario 4) at the outlet of the watershed. The specific drought flows through the main stream of Juksan-cheon watershed were simulated in order to assess the irrigation effects on downstream flows. It was found out that the specific drought flows are increasing as the distance from the reservoir increases due to the accumulation of the return flows to stream.

한국형 유역수문모형 SWAT-K의 개요

김남원,이정우,Kim, Nam-Won,Lee, Jung-Woo 한국수자원학회 2010 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.43 No.7

제주 한천 및 강정천 유역에 적합한 보완관계법 기반 증발산량 산정 모형

김남원,나한나,이정우,이정은,Kim, Nam Won,Nah, Hanna,Lee, Jeongwoo,Lee, Jeong Eun 한국수자원학회 2014 한국수자원학회논문집 Vol.47 No.12

본 연구에서는 잠재증발산량과 실제증발산량간의 보완관계 기반의 증발산량 산정 모형인 Brutsaert and Stricker (1979)의 AA 모형과 Morton (1983)의 CRAE 모형을 제주도내 두 개의 상시하천 유역에 처음으로 적용하고 이 지역에 적합한 모형의 매개변수를 제안하였다. AA 모형과 CRAE 모형의 매개변수 검정과 모형의 검증을 위한 대표유역으로 각각 북제주에 위치한 한천 유역과 남제주에 위치한 강정천 유역을 선정하였다. 한천 유역에 대해 AA 모형의 경험상수 ${\alpha}$와 이류에너지항 M, CRAE 모형의 경험상수 $b_1$과 $b_2$를 바꾸어가면서 실제증발 산량을 산정하고 이를 유역수문모델링 결과와의 비교를 통해 매개변수 검정을 수행하였다. 그 결과 AA 모형은 ${\alpha}=1.00$, $M=30.0Wm^{-2}$, CRAE 모형은 $b_1=33.0Wm^{-2}$, $b_2=1.02$이 최적의 값으로 산정되었다. 동일한 매개변수를 사용하여 AA 모형과 CRAE 모형의 검증 대상유역인 강정천 유역에 적용한 결과, 두 모형 모두 식생의 성장기 및 비성장기에 유역수문모델링 결과와 유사한 것으로 분석되었다. The complementary relationship-based evapotranspiration models, namely, AA model of Brutsaert and Stricker (1979) and the CRAE model of Morton (1983) was applied to two permanent stream watersheds Jeju island for the first time, and their major optimal parameters were suggested in this study. The representative watersheds for model calibration and validation were selected as the Hancheon watershed located in the northern part of the Jeju island and and the Kangjeongcheon watershed in southern Jeju island, respectively. The estimated actual evapotranspiration for the Hancheon watershed was compared with the result by the hydrological model, and the major parameters of the AA and CRAE models were calibrated until their results match the hydrological simulations. Through the iterative estimations, the optimal parameters were determined as ${\alpha}=1.00$, $M=30.0Wm^{-2}$ of the AA model, and $b_1=33.0Wm^{-2}$, $b_2=1.02$ of the CRAE model. The calibrated AA and CRAE models were applied to the Kangjeongcheon watershed for model validation, and it was found out that both models can accurately produce the actual evaporation on annual and semiannual bases.

보완관계법에 의한 증발산량 산정 모형의 평가 : 복하천 중상류 유역을 중심으로

김남원,이정우 한국수자원학회 2014 한국수자원학회논문집 Vol.47 No.6

본 연구에서는 잠재증발산량과 실제증발산량 간의 보완관계식을 이용한 대표적인 증발산량 산정모형인 Brutsaert and Stricker (1979)의 AA 모형과 Morton (1983)의 CRAE 모형의 적용성을 평가하였다. 이를 위해서 두 모형을 복하천 중상류 유역에 적용하여 유역평균 실제증발산량을 산정하고, 유역 물수지 결과와의 비교를 수행하였다. 연구 대상유역은 양질의 하천유량 자료 확보 기간이 짧고, 하천유량 자료 또한 인위적 물이용, 배출로 인해 교란되었기에 강수량, 유출량 등의 관측치 기반의 유역 물수지 결과 보다는 검보정이 잘된 유역수문모형 SWAT-K로 모의한 실제증발산량과의 비교를 통하여 AA 모형과 CRAE 모형으로 산정한 실제증발산량의 적정성을 평가하였다. AA 모형과 CRAE 모형의 의한 실제증발산량 모두 식생성장기에 과다하게 산정되는 경향을 나타내었고, 특히 AA 모형은 건조기간동안 실제증발산량이 과소하게 산정되었다. AA 모형과 CRAE 모형의 정도를 높이기 위해서 매개변수 보정을 수행한 결과, AA 모형의 경우는 건조기간 동안의 적합성을 높이기 위해서 이류항을 추가로 고려하고 Brutsaert and Stricker (1979)의 제안 값 α=1.26 보다는 작은 α=1.08을 사용하였을 때, 그리고 CRAE 모형의 경우에는 Morton(1983)이 제안한 값 b1=14Wm-2, b2=1.12 보다는 각각 다소 크고 작은 값인b1=16Wm-2, b2=1.04를 사용하였을 때에 연단위, 월단위, 그리고 월별 모두 가장 양호한 실제증발산량 값이 산정되었다. The objective of this study is to evaluate the performance of the complementary relationship-based evapotranspiration models, namely, advection-aridity (AA) model of Brutsaert and Stricker and the CRAE model of Morton for estimating actual evapotranspiration. Both models were applied to the Bokhacheon middle-upper watershed, and their estimates were evaluated against the water balance estimate. The calculation was made on a daily basis and comparison was made on monthly and annual bases. For comparison, the water balance estimates were not obtained from the observed precipitation and streamflow data but were based on the simulated data by using integrated watershed model, SWAT-K which is the revised version of SWAT. The reason not to directly use the observed data for water balance estimate is that the credible record period is not sufficient and the streamflow has been altered due to water use and release. Overall, the results showed that both AA model and CRAE model with their original parameters overestimate annual and monthly evapotranspiration, and the large difference between the complementary relationship-based approach and the water balance approach occurs especially for the dry season from Nov. to Mar. It was found out that the parameters, particularly for the advection related parameter, must be recalibrated to accurately produce monthly and annual regional evapotranspiration for this study area.

2010 국제 SWAT컨퍼런스/워크샵 개최보고

김남원,정일문 한국수자원학회 2010 한국수자원학회논문집 Vol.43 No.12

한국형 유역수문모형 SWAT-K의 개요

김남원,이정우 한국수자원학회 2010 한국수자원학회논문집 Vol.43 No.7

지표수-지하수 통합해석 모형 SWAT-MODFLOW의 적용

김남원,정일문 한국수자원학회 2010 한국수자원학회논문집 Vol.43 No.7