SWAT 모형을 이용한 토지이용 변화에 따른 유출량 모의

Abstract

제주도는 우리나라 최다우 지역으로 풍부한 수자원량을 보유하고 있지만, 특이한 수문지질 특성으로 인하여 수자원의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 또한 무분별한 개발로 인하여 하천 인근지역 홍수 및 침수 등으로 많은 재해가 발생되고 있다. 토지이용변화에 따른 하천유역의 유출량을 산정하기 위하여 과거와 현재 각각의 유출량을 산출하여 비교해 본 결과는 다음과 같다. 1) 과거와 현재의 피복의 변화에 따른 직접유출량을 모의하기 위하여 준분포형 유출모형인 SWAT 모형을 제주도 북부지역 지방2급 하천인 외도천에 적용하였다. SWAT 모형의 입력 자료인 수문·기상 자료인 강우, 최고·최저기온, 태양복사량, 풍속, 습도 등을 과거(1975. 1. 1～1982. 1. 1)와 현재(2000. 1. 1～2007. 12. 31)로 구분하여 모형에 적용하였으며, DEM(Digital Elevation Model), 토양도(Soil Type Map) 자료를 구축하여 적용하였다. 피복의 변화에 따른 직접유출의 변화를 모의 하기 위하여 과거(1975년 Landsat 위성자료)ㆍ현재(2000년 Landsat 위성자료)를 각각 적용하였다. 2) SWAT 모형의 수문학적 매개변수 중 유출에 관련된 매개변수를 추정하여 매개변수 민감도 분석을 실시하였다. 민감도 분석은 직접유출ㆍ전체유출로 구분하여 추정한 매개변수 7개의 기준 값을 정하여 (±25%)씩 단계적으로 변화시키면서 실시하였다. 그 결과 직접유출에 가장 많은 영향을 미치는 매개변수는 CN2로 나타났으며, 전체유출에 영향을 미치는 매개변수로는 CN2 , SOL_AWC, ESCO 등으로 나타났다. 3) 외도천 유역은 하류지점에서 0.084m 정도의 수위를 유지하며 평상시에도 유출이 계속하여 발생하지만 외도천 하류지점의 수위-유량곡선의 정확도 부족으로 인하여 2007년 7회 강우 발생 시의 유출 자료를 이용하여 보정하였으며, 그 결과 R2 는 0.93, RMSE는 14.92, ME 0.70 으로 나타났다. 또한 직접유출율은 15～32%(평균22%) 정도로 산정되었으며, 이는 『제주도 수문지질 및 지하수자원 종합조사, 2003, 제주도』에서 실측하여 산정된 직접유출율(19.8～35.2%)과 유사하게 나타났다. 4) 과거의 실측자료가 존재하지 않으므로 현재의 모형 보정매개변수를 그대로 적용하여 과거의 직접유출량을 산정하였으며, 그 결과 직접유출율이 10～24%(평균 14%)로 산정되었다. 5) 토지피복의 변화에 따른 과거ㆍ현재의 직접유출량을 산정한 결과 과거에 비하여 외도천 유역 하류부의 개발로 인한 불투수성 토지가 2배 이상 증가하였으며, 직접유출율도 8% 가량 증가하게 나타났다. 또한, 직접유출에 대한 유황곡선을 분석한 결과 직접유출의 발생빈도는 현재에 비해 과거가 높게 나타났다. 이는 불투수성 토지의 증가로 인하여 직접유출의 발생빈도가 과거가 현재보다 높게 나타나지만 현재의 직접유출량이 크게 나타남을 알 수 있다. 이상의 결과들로 제주도 제주시 지방2급 하천인 외도천에 SWAT 모형을 적용하여 8개년의 일 유출량을 모의해본 결과 유출에 대해서 전체적으로 우수한 결과를 보이며, 향후 보다 많은 유출량 자료를 확보하여 본 연구의 결과에 추가하여 보다 정밀한 유출량을 산정할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 재해를 저감시키기 위하여 도시개발로 인해 변화되는 지형 및 토지이용 등의 각 요소들을 모형에 적용하여 도시개발에 따른 수문환경의 전반적인 변화로 인한 유출영향 평가가 필요하다고 판단된다.

In an attempt to simulate the direct runoff depending on changes to the covering in the past and at present resulting from development of tourist complex and housing site, cultivation of farmland and construction of impermeable layer of road, A SWAT model, which is the semi-distributed runoff model, was applied to Oaedo watershed, a local watershed running in the north of Jeju Island in this study. In case of hydrometeorological data, the input data for SWAT model, high & low temperature, radiant quantities, wind velocity and humidity were applied after classifying them into the past (1975. 1. 1～1982. 1. 1) and present (2000. 1. 1～2007. 12. 31) data, and DEM (Digital Elevation Model) and Soil Type Map data were collected and applied. And in a bid to simulate the variation of direct runoff depending on changes to the covering, the past data (1975 Landsat satellite data) and current data (2000 Landsat satellite data) were adopted, respectively. As a result of correction using the runoff data obtained from rainfall over 7 occasions in 2007, R² was 0.93 and RMSE was 14.92, ME 0.70. and the direct runoff rate calculated using current data was estimated at 15～32%(22% on average), while the rate calculated using past data was 10～24%( 14% on average) In the wake of estimating the runoff estimated using the past and current data depending on changes to the covering, impermeable land was increased double due to development at the downwatershed area of Wedocheon watershed, along with the increase in direct runoff by 8%. As a result of simulating the daily runoff for 8 years by applying the outcome above to Oaedo watershed, a local watershed running in the north of Jeju Island, it demonstrated the good performance in general to the runoff. And more accurate estimate of runoff is expected when more sufficient runoff data is secured in addition to this study. And as part of the effort to reduce the disaster, it seems to be necessary to evaluate the effect of runoff which results from the hydrometerological changes in the wake of urban development in a way of applying such elements as topographic features that might be affected by urban development and various land use.