지역 물수지 평가를 위한 NGIS와 환경 관측 자료의 활용에 관한 연구 -구량천 유역을 사례로-

A Study on the Application of the National CIS and Environmental Observation Data for Assessment of Regional Water Balance: A Case of the Catchment of Guryang Stream

  • 박종철 (공주대학교 군사과학연구원)
  • Park, Jong-Chul (Research Institute of Military Science, Kongju National University)
  • 발행 : 2009.09.30

초록

물리결정 물수지 모델은 개념적 모델보다 더 나은 모의 결과를 기대할 수 있지만, 입력 자료 작성이 쉽지 않다. 본 연구는 기상자료, 토양도, 토지이용도를 이용하여 BROOK90의 매개변수 값을 결정하는 방안을 제시했다. 본 연구에서 제시한 방안의 효용성 및 타당성은 모의 하천유출량과 실측 하천유출량의 비교를 통해서 증명했다. 검증 기간($2001{\sim}2003$) 동안의 두 값을 비교한 결과 일평균 모의오차, 모델 효율 계수, 결정계수가 각각 -0.517, 0.87 그리고 0.89로 나타났다. 이 연구는 슈퍼사이트 외의 여러 유역에서 물리결정 물수지 모델을 이용하여 정교한 수문학적 연구를 수행할 수 있는 방안을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

Physical based water balance model had better simulation results than conceptial model, however it is difficult to obtain input data for the model. This study suggests some methods to obtain parameter values of BROOK90 from meteorological data, soil map, land-use map. Comparing measured and simulated discharge proved the methods to be valid. For validation model($2001{\sim}2003$), comparing measured and simulated discharge a daily mean bias error, Nash-Sutcliffe's model efficiency coefficient, coefficient of determination equal to -0.517, 0.87 and 0.89 respectively. The results of this study would be helpful to the hydrological study using physical based hydrological model not only in super site but in other catchments.

키워드

참고문헌

  1. 건설교통부, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 한국수문조사연보
  2. 건설교통부, 2001, 한국지형에 적합한 수치표고자료구축방안
  3. 권형중,황의호,이근상,유병혁,고덕구, 2008,'수문학적 유역특성자료 자동화 추출 및 분석시스템 적용(2): PRMS 모형을 이용한 용담댐 유역을 대상으로,' 한국지리정보학회지, 11(3), 13-23
  4. 김경하,정용호,박재현, 2001, '경기도 광능의 활엽수림과 침엽수림 유역의 유출량 산정을 위한 준분포형수문모형(TOPMODEL)의 적용,' 한국임학회지,90(2), 197-209
  5. 김남원,정일문,원유승, 2006, '완전연동형 SWATMODFLOW모형을 이용한 지표수-지하수 통합유출모의,' 대한토목학회논문집, 26(5B), 481-488
  6. 김만규, 1999a,' 기후변화 시나리오에 따른 지역 물수지 추정,' 제4기학회지, 13, 53-65
  7. 김만규, 1999b,' 토지이용 변화와 자연식생 변화 시 지역물수지,' 지역개발연구논총, 8, 119-134
  8. 김만규, 2008,' 충청도 병천천 유역에 대한'물리결정 물수지 모델 - BROOK90'의 지형, 식생, 토양 parameter 획득 연구와 a priori simulation 결과해석,' 한국지형학회지, 15(1), 37-52
  9. 김만규,박종철, 2008, '수치표고모형(DEM)의 해상도가 물리 결정 일괄 매개변수 물수지 모델의 모의 결과에 미치는 영향 평가,' 한국지리정보학회지, 11(3),151-165
  10. 김양렬,민충기, 2002, 경영경제 통계학, 명경사
  11. 김연준,신계종, 2002, 'DTED와 1:50,000 수치지형도에 의한 격자 DEM의 지형 매개변수 비교,' 한국지리정보학회지, 5(3), 19-32
  12. 김은숙,강신규,이보라,김경하,김준, 2007, '광릉 원두부 유역 생태수문과정의 통합을 위한 지역 생태수문 모사 시스템(RHESSys)의 모수화와 적용,' 한국농림기상학회지, 9(2), 121-131 https://doi.org/10.5532/KJAFM.2007.9.2.121
  13. 김태호,다나카 유키야, 2004,' 한라산 아고산대 조면현무암 소유역의 유출 특성,' 한국지형학회지, 11(4),1-10
  14. 다나카 유키야,김태호,마츄쿠라 유키노리, 2000, '화강암 및 편마암 산지 소유역의 강우유출 특성,' 대한지리학회지, 35(4), 641-647
  15. 박종윤,이미선,이용준,김성준, 2008, 'SWAT 모형을 이용한 미래 토지이용 변화가 수문-수질에 미치는 영향 분석,' 대한토목학회논문집, 28(2B), 187-197
  16. 산림청, 2008, 2007년말 산림기본통계 조사결과
  17. 손일, 1986, '소유역분지의 홍수특성과 지형변수와의 관계,' 지리학, 33, 13-25
  18. 손일, 1994,' 토지이용 변화에 따른 수문특성의 변화를 추적하기 위한 럼프모형의 개발,' 대한지리학회지,29(3), 233-252
  19. 안중기,김태호, 2006, '한라산 아고산 초지대 소유역의 물수지,' 대한지리학회지, 41(4), 404-417
  20. 양해근, 2007,' 기후변화에 따른 유역의 물수지 변화,' 대한지리학회지, 42(3), 405-420
  21. 양해근,김종일, 2004,' 도시화에 수반되는 광주천 유역의 물수지 변화,' 한국지역지리학회지, 10(1), 192-205
  22. 이정택,이춘우,주문갑,홍석영, 1997, '태양광 반사율을 이용한 벼 군락의 엽면적지수 추정,' 한국작물학회지, 42(2), 173-182
  23. 장철희,김현준,김남원, 2003, '용담댐 유역의 장기-유출 분석을 위한 AVSWAT 2000 모형의 적용,' 한국수자원학회 2003년도 학술발표회논문집, 46-49
  24. 전원태,박창영,조영손,박기도,윤을수,강위금,박성태,최진룡, 2003,' 화학비료 및 퇴비 장기사용에 따른 벼 뿌리 분포 특성,' 한국작물학회지, 48(6),484-489
  25. 조인상,김이열,최대웅,임정남,엄기태, 1983, '토양의 물리적 특성이 대맥의 뿌리 분포에 미치는 영향,' 한국토양비료학회지, 16(2), 126-130
  26. 허성구,김기성,사공명,안재훈,임경재, 2005,' 고랭지 농경지의 토양유실모의를 위한 SWAT 모형의 적용성 평가,' 농촌계획, 11(4), 67-74
  27. 홍준범,김병식,윤석영, 2006, 'VfloTM 모형을 이용한 물리기반의 분포형 물수지 모델의 정확성 평가,' 대한토목학회지논문집, 26(6B), 613-622
  28. 환경부, 2002, 1:25,000 토지피복분류도(안천, 적상, 대량, 장기)
  29. 森田茂紀, 岩淵輝, 山崎耕字, 1986, 水稻1次根の伸長方向と重との關係, 日昨紀, 52, 520-525
  30. Angstro, A., 1924, Solar and terrestrial radiation, The Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 50, 121-126 https://doi.org/10.1002/qj.49705021008
  31. Bormann, H. and Diekkruger, B., 2004, A conceptual regional hydrological model for Benin (West Africa): validation, uncertainty assessment and assessment of applicability for environmental change analyses, Physics and Chemistry of the Earth, 29(11-12), 759-768 https://doi.org/10.1016/j.pce.2004.05.003
  32. Bormann, H., Fasz, T., Giertz, S., Junge, B., Diekkruger, B., Reichert, B., and Skowronek, A., 2005, From local hydrological process analysis to regional hydrological model application in Benin:Concept, results and perspectives, Physics and Chemistry of the Earth, 30(6/7), 347-356 https://doi.org/10.1016/j.pce.2005.06.005
  33. Brutsaert, W., 1982, Evaporation into the Atmosphere:Theory, History, and Applications, D.Reidel, Hingham MA
  34. Cho, S. M. and Lee, M. W., 1995, Water quality modeling in the delaware river basin by SWAT(Soil and Water Assessment Tools), Journal of Environmental Impact, 4(2), 39-57
  35. Campbell, G. S., 1974, A simple method for determining unsaturated conductivity from moisture retention data, Soil Science, 117, 311-314 https://doi.org/10.1097/00010694-197406000-00001
  36. Federer, C. A. and Lash, D., 1978a, Brook: A Hydrologic Simulation Model for Eastern Forests, Water Resource Research Center, University of New Hampshire, Durham
  37. Federer, C. A. and Lash, D., 1978b, Simulated Streamflow Response to Possible Differences in Transpiration Among Species of Hardwood Trees, Water Resources Research, 14(6), 1089-1097 https://doi.org/10.1029/WR014i006p01089
  38. Federer, C. A., 1995, BROOK90 - A simulation model for evapotranspiration, soil water and streamflow, Version 3.24, Computer freeware and documentation, USDA, Forest Service, Durham, USA
  39. Federer, C. A., 2002, BROOK90 - A simulation model for evapotranspiration, soil water and streamflow, http://home.maine.rr.com /stfederer/index.htm
  40. Hattermann, F. F., Wattenbach, M., Krysanova, V., and Wechsung, F., 2005, Runoff simulations on the macroscale with the ecohydrological model SWIM in the Elbe catchment validation and uncertainty analysis, Hydrological Processes, 19(3), 693-714 https://doi.org/10.1002/hyp.5625
  41. Herrmann, A., Kim, M. K., and Buchtele, J., 1997, Runoff formation, water balances and runoff components from rainfall-runoff models for a small agricultural basin with irrigation in quaternary northen Germany, Proc. ERB Conf. on Ecohydrological Processes in Small Basins, Strasbourg, 24-28
  42. Im, S. J., Kevin, M. B., Mostaghimi, S., and Cho, J. P.,2003, Predicting runoff and sediment yield on a forest dominated watershed using HSPF and SWAT Models, Journal of Korean Society of Rural Planning, 9(4), 59-64
  43. Jackson, R. B., Canadell, J., Ehleringer, J. R., Mooney, H. A., Sala, O. E., and Schulze. E.-D., 1996, A global analysis of root distributions for terrestrial biomes, Oecologia, 108, 389-411 https://doi.org/10.1007/BF00333714
  44. Kim, M. K., 1997, Klima-und Landnutzungsaenderungen und deren hydrologischen Auswirkungen imHarzund Harzvorland-Wasserhaushaltsmodellierung mit modifiziertem Programmpaket BROOK90 ($BROOK_{TOP}$), Institut fuer Geographie und Geooekologie der Technischen Universitaet Braunschweig, ISSN 0170-7299
  45. Komatsu, H., Maita, E., and Otsuki, K., 2008, A model to estimate annual forest evapotranspiration in Japan from mean annual temperature, Journal of Hydrology, 348(3/4), 330-340 https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.10.006
  46. Lazzarotto, P., Stamm, C., Prasuhn, V., and Fluhler, H., 2006, A parsimonious soil-type based rainfallrunoff model simultaneously tested in four small agricultural catchments, Journal of Hydrology, 321(1/4), 21-38
  47. Marechal, D. and Holman, I. P., 2005, Development and application of a soil classification-based conceptual catchment-scale hydrological model, Journal of Hydrology, 312(1/4), 277-293 https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.02.018
  48. Martin, A., Seegert, J., and Feger, K. H., 2004, Effects of changes in tree species composition on water flow dynamics - Model applications and their limitations, Plant and Soil, 264, 13-24 https://doi.org/10.1023/B:PLSO.0000047716.45245.23
  49. Nash, J. E. and Sutcliffe, J. V., 1970, River flow forecasting through conceptual models. Part I a discussion of principles, Journal of Hydrology, 10, 282-290 https://doi.org/10.1016/0022-1694(70)90255-6
  50. Pandey, A., Chowdary, V. M., Mal, B. C., and Billib, M., 2008, Runoff and sediment yield modeling from a small agricultural watershed in India using the WEPP model, Journal of Hydrology, 348(3/4), 305-319 https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.10.010
  51. Ponce, V. M., Lohani, A. K., and Huston, P. T., 1997, Surface albedo and water resources:hydroclmatological imapct of human activites, Journal of Hydrologic Engineering, 2(4), 197-203 https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(1997)2:4(197)
  52. Prescott, J. A., 1940, Evaporation from a water surface in relation to solar radiation, Philosophical Transactions of the Royal Society, 2, 471-479
  53. Shuttleworth, W. J. and Wallace, J. S., 1985, Evaporation from sparse crops - an energy combination theory, Quart J Royal Meteorol Soc, 111, 839-855 https://doi.org/10.1256/smsqj.46909
  54. Son, I., 1991, Modelling the Hydrological Effects of Landuse Change in Small Catchment, Unpublished Ph.D. Thesis, Univ. of Southhampton
  55. Troy, B., Sarron, C., Fritsch, J. M., and Rollin, D., 2007, Assessment of the impacts of land use changes on the hydrological regime of a small rural catchment in South Africa, Physics and chemistry of the earth, 32(15/18), 984-994 https://doi.org/10.1016/j.pce.2007.07.049
  56. U.S. Department of Commerce, 1968, Climatic Atlas of the United States, Environmental Science Services Admin
  57. Wang, X., Xie, H., Guan, H., and Zhou, X., 2007, Different responses of MODIS-derived NDVI to root-zone soil moisture in semi-arid and humid regions, Journal of Hydrology, 340(1/2), 12-24 https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.03.022
  58. Wilhelm, W. W., 1998, Dry-matter partitioning and leaf area of winter wheat grown in a long-term fallow tillage comparisons in the US Centeral Great Plains, Soil & Tillage Research, 49, 40-56
  59. http://www.wamis.go.kr
  60. http://jeonju.kma.go.kr