SWAT 모형을 이용한 미래 기후변화가 수문학적 거동 및 하천수질에 미치는 영향 평가 = Assessment of Future Climate Change Impact on Hydrological Behavior and Stream Water Quality using SWAT Model
저자
발행사항
서울 : 建國大學校 大學院, 2009
학위논문사항
학위논문(석사)-- 建國大學校 大學院 : 사회환경시스템공학과 수자원정보공학 전공 2009. 2
발행연도
2009
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
ⅹ, 104 p. ; 26cm
일반주기명
지도교수:金成俊
소장기관
본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 미래 기후변화가 댐 유역의 수문학적 거동 및 하천수질에 미치는 영향을 분석하였다. 충주댐 상류유역(6,585.1km²)을 대상으로 1998~2003년의 상류 2개 지점 일별 유출량 및 월별 수질자료와 하류의 댐 유입량 자료를 바탕으로 모형의 보정(1998-2000)및 검증(2001-2003)을 실시하였다. LH-OAT 민감도 분석기법을 이용하여 최적의 유출 및 유사관련 매개변수를 선정하여 검보정한 결과, 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.61~0.80, 유사량 및 영양물질 오염부하량은 0.72~0.75와 0.54~0.85로 모의치가 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 미래 기후자료는 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 SRES(Special Report on Emission Scenarios) A2, A1B, B1 기후변화시나리오의 MIROC3.2 hires, ECHAM5-OM 모델의 결과 값을 이용하였다. 먼저 과거 30년 기후자료(1977-2006, baseline)를 바탕으로 각 모델별 20C3M(20th Century Climate Coupled Model)의 모의 결과 값을 이용하여 강수와 온도를 보정한 뒤 Change Factor Method로 Downscaling 하였으며, 미래 기후변화 시나리오는 2020s(2010-2039), 2050s(2040-2069), 2080s(2070-2099)의 세 기간으로 나누어 각각 분석하였다. 기준년인 2000년에 비해 미래 온도는 최대 +4.8℃ 까지 상승하였으며, 강수량은 봄과 겨울철의 증가가 뚜렷하게 나타났다. 모형의 적용결과, 미래 증발산량은 온도증가에 따라 최대 23.1% 증가하였으며, 댐 유입량은 MIROC3.2 hires의 A1B 시나리오 2080s에서 39.8% 증가하였으나 ECHAM5-OM의 모든 시나리오에서-19.6% ~ -3.2% 감소하는 것으로 분석되었다. 유황곡선을 통해 미래 하천유황의 규모 및 변동성을 분석한 결과, 홍수기 유황은 여전히 불안전 하였으나 봄과 겨울의 강수량 증가로 인한 전체 유황은 현재보다 안정되는 추세를 보이는 것으로 분석되었다. 한편, MIROC3.2 hires와 ECHAM5-OM으로부터 유역의 유출특성 변화로 인한 유사량은 지표유출변화에 기인하여 봄과 겨울에 증가하는 경향을 보였으나, MIROC3.2 hires의 총 유사량은 -14.5% ~ +27.3%, ECHAM5-OM은 -61.2% ~ -41.3%의 변화를 보이는 것으로 분석되었다. T-N과 T-P에 대한 영양물질 오염부하량은 T-N이 증가추세를 보이며 최대 87.3%까지 증가하는 반면, T-P는 유사량과 유사한 변화패턴을 보이며, 최대 48.4%까지 감소하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 적용한 기후변화 시나리오는 여러 가지 요인에 의한 많은 불확실성을 내포하고 있으나, 본 연구결과를 통해 미래 온도와 강수의 변화, 그에 따른 수문요소 및 비점오염물질의 유출특성 변화를 파악함으로서 미래 수자원의 변동성을 전망해 볼 수 있을 것으로 판단된다.
더보기This study is to assess the impact of potential climate change on the streamflow and non-point source pollution loads using SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model for a 6,585.1 km² watershed (Chungju-dam) in South Korea. The SWAT model was calibrated using 3 years (1998-2000) daily streamflow data and monthly water quality (SS, T-N and T-P), and validated using 3 years (2001-2003) streamflow and water quality data. The model parameters were calibrated by the LH-OAT sensitivity analysis, and then the model was validated using the average value of calibrated parameters in three streamflow stations (Yeongwol #1, Yeongwol #2, and Chungju-dam) and two water quality stations (Pyeongchang River #3, and Dong River). The Nash-Sutcliffe efficiency of model calibration and validation for streamflow in three streamflow stations were 0.46 - 0.91, 0.45 - 0.90 and 0.64 - 0.92 respectively, and for sediment, T-N and T-P loads in two water quality stations were 0.54 - 0.72 and 0.70 - 0.85 respectively. For the analysis of future climate change, the two GCMs (MIROC3.2hires and ECHAM5-OM) data by SRES (Special Report on Emission Scenarios) A2, A1B and B1 scenarios of the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) were adopted. The future climate data (2007-2099) were corrected using 30 years (1977-2006) weather data and downscaled by change factor (CF) method. The future annual temperature was projected to increase up to 47.4 % in MIROC3.2 hires and 39.4 % in ECHAM5-OM for the baseline year (2000). But the future annual precipitation increased up to 34.4 % in MIROC3.2 hires but decreased up to 7.4 % in ECHAM5-OM for the baseline year. The results of future impact on streamflow showed that the future streamflow of MIROC3.2 hires increased up to 39.8 % by the future increased precipitation, but the future streamflow of ECHAM5-OM decreased up to 19.6 % by the future decreased precipitation. In addition, the future impact on dam inflow was analyzed by the change of the future three month flow (Q95), six month flow (Q185), nine month flow (Q275) and drought flow (Q355) using flow duration curve. The future flow duration was stabilized for the baseline year because of the future decreased flood flow (Q10) and increased drought flow (Q355). For the future water quality, the future sediment load increased depending on surface runoff change in spring and winter seasons, but the total sediment of MIROC3.2 hires showed change to between - 14.5 % and + 27.3 %, and ECHAM5-OM decreased in all scenarios. The two GCMs showed an increase tendency in annual T-N load up to 87.3 %, but decrease tendency in annual T-P load up to 48.4 %.
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