TANK 모형과 SWAT 모형을 이용한 한강유역의 자연유출량 산정 비교

Comparison of Natural Flow Estimates for the Han River Basin Using TANK and SWAT Models

본 연구에서는 한강수계 팔당댐 상류의 자연유출량에 대해 기존의 연구 결과를 바탕으로 TANK 모형 결과와 SWAT 모형결과를 비교함으로써, 기존 TANK 모형이 가지고 있는 한계및 문제점을 현실적으로 제시하고, 향후 SWAT 모형의 적용성 및 활용에 대해 검토하였다. TANK 모형의 매개변수 최적화가 이루어진 보정유역들(충주댐 및 소양강댐)의 모의결과를 볼 때 두 모형 모두 모형효율 0.8 이상의 높은 정도의 모의가 가능한 것으로 나타났으며, 첨두유량이 발생하는 홍수기에는 TANK의 결과가 SWAT보다 관측치에 근접하는 것으로 나타났다. 그러나 TANK 모형의 경우 주로 평수기 이상의 유량을 대상으로 보정을 수행하여 갈수기에 관측유량과 많은 차이를 보였으며, 특히 일정 유량 이하로 모의되지 않는 한계를 나타내었다. 반면, SWAT 모형은 일부 홍수사상을 제외하고 대체로 관측치의 경향을 잘 따르고 있으며, 유역 최종 출구인 팔당댐(한강F)에서의 상류댐 방류량을 고려한 모의유입량이 실제 관측유입량과 잘 일치하는 것으로 나타나(모형효율 0.9 수준), 댐 방류량과 인위적인 용수 수요가 없는 상태의 자연유출량의 추정이나 댐개발 전후에 따른 유량변동 평가 등에 있어 매우 높은 신뢰성을 보장하는 것으로 판단되었다. 아울러, TANK 모형의 최적화된 매개변수를 전이시켜 이용하는 대상유역들(평창A, 달천B, 섬강B, 인북A, 한강D, 홍천A)에 대한 결과를 SWAT 모형 결과와 비교할 때, 일부 홍수기를 제외하고는 평수기 이하에서 매우 불안정한 모의 결과를 나타내었으며, 보정유역들에 대한 결과와 마찬가지로 갈수기에 일정 유량이하로 모의되지 않는 문제가 나타났다. 이는 수자원 계획 및 관리의중요한 지표인 갈수량의 산정에 있어 TANK 모형의 적용에 많은 불확실성이 있음을 보여준다. 따라서 복잡 다양한 국내 유역의 특성을 보다 현실적으로 반영하고, 향후 유역내 도시화 등에 따른 토지이용 및 용수이용의 변화, 기후변화 등에 따른 수자원 계획 및 관리에 효율적으로 대처하기 위해서는 TANK와 같은 기존의 개념적 집중형 모형보다는 SWAT과 같은 물리적 기반의 유역모형 적용이 필요할 것으로 판단된다.

Two models, TANK and SWAT (Soil and Water Assessment Tool) were compared for simulating natural flows in the Paldang Dam upstream areas of the Han River basin in order to understand the limitations of TANK and to review the applicability and capability of SWAT. For comparison, simulation results from the previous research work were used. In the results for the calibrated watersheds (Chungju Dam and Soyanggang Dam), two models provided promising results for forecasting of daily flows with the Nash-Sutcliffe model efficiency of around 0.8. TANK simulated observations during some peak flood seasons better than SWAT, while it showed poor results during dry seasons, especially its simulations did not fall down under a certain value. It can be explained that TANK was calibrated for relatively larger flows than smaller ones. SWAT results showed a relatively good agreement with observed flows except some flood flows, and simulated inflows at the Paldang Dam considering discharges from upper dams coincided with observations with the model efficiency of around 0.9. This accounts for SWAT applicability with higher accuracy in predicting natural flows without dam operation or artificial water uses, and in assessing flow variations before and after dam development. Also, two model results were compared for other watersheds such as Pyeongchang-A, Dalcheon-B, Seomgang-B, Inbuk-A, Hangang-D, and Hongcheon-A to which calibrated TANK parameters were applied. The results were similar to the case of calibrated watersheds, that TANK simulated poor smaller flows except some flood flows and had same problem of keeping on over a certain value in dry seasons. This indicates that TANK application may have fatal uncertainties in estimating low flows used as an important index in water resources planning and management. Therefore, in order to reflect actually complex and complicated physical characteristics of Korean watersheds, and to manage efficiently water resources according to the land use and water use changes with urbanization or climate change in the future, it is necessary to utilize a physically based watershed model like SWAT rather than an existing conceptual lumped model like TANK.