Journal of Korea Water Resources Association (한국수자원학회논문집)

Korea Water Resources Association (한국수자원학회)
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Evaluation of Runoff‧Peak Rate Runoff and Sediment Yield under Various Rainfall Intensities and Patterns Using WEPP Watershed Model

다양한 강우강도 및 패턴에 따른 WEPP 모형의 유출‧첨두유출‧토양유실량 평가

  • Choi, Jae-Wan (Water Pollution Load Management Research Division, National Institute of Environmental Research, Environmental Research Complex) ;
  • Ryu, Ji-Chul (Water Pollution Load Management Research Division, National Institute of Environmental Research, Environmental Research Complex) ;
  • Kim, Ik-Jae (Division of Water and Environment, Korea Environment Institute) ;
  • Lim, Kyoung-Jae (Dept. of Regional Infrastructures Engrg., Kangwon National University)
  • 최재완 (국립환경과학원 수질총량연구과) ;
  • 류지철 (국립환경과학원 수질총량연구과) ;
  • 김익재 (한국환경정책평가연구원) ;
  • 임경재 (강원대학교 지역건설공학과)
  • Received : 2011.11.26
  • Accepted : 2012.05.23
  • Published : 2012.08.31
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Abstract

Recently, changes in rainfall intensity and patterns have been causing increasing soil loss worldwide. As a result, the water ecosystem becomes worse and crops yield are reduced with soil loss and nutrient loss with it. Many studies have been proposed to estimate runoff and soil loss to predict or decrease non-point source pollution. Although the USLE has been used for many years in estimating soil losses, the USLE cannot reflect effects on soil loss of changes in rainfall intensity and patterns. The WEPP, physically based model, is capable of predicting soil loss and runoff using various rainfall intensity. In this study, the WEPP model was simulated for sediment yield, runoff and peak runoff using data of 5, 10, 30, 60 minute term rainfall, Huff's method and design rainfall. In case of rainfall interval of 5 minutes and 60 minutes, the sediment and runoff values decreased by 24% and 19%, respectively. The peak rate runoff values decreased by 16% when rainfall interval changed from 5 minutes to 60 minutes, indicating the peak rate runoff values are affected by rainfall intensity to some degrees. As a result of simulating using Huff's method, all values (sediment yield, runoff, peak runoff) were found to be the greatest at third quartile. According to the analysis under various design rainfall conditions (2, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300 years frequency), sediment yield, runoff, and peak runoff of 906.2%, 249.4% and 183.9% were estimated using 2 year to 300 year frequency rainfall data.

최근 강우강도 및 패턴이 변화함에 따라 전세계적으로 토양유실이 증가하고 있다. 그 결과, 수생태계 건전성이 악화되고, 농업작물이 피해를 입어 수확량이 감소된다. 그동안 유출 및 토양유실을 예측하거나 비점오염원을 감소시키는 연구가 많이 수행되어 왔다. USLE는 수년간 토양유실을 산정하는데 사용되어왔으나, 강우강도나 패턴변화를 적용하기에는 적절하지 못했다. 물리적 기반인 WEPP 모형은 다양한 강우강도 및 패턴변화를 적용하는데 적절하다. 본 연구에서는 WEPP 모형을 이용하여 Huff의 4분위, 다양한 강우간격, 설계강우에 따른 토양유실, 유출, 첨두유출을 산정하였다. 5분간격 강우 데이터와 60분 간격 강우 데이터를 비교한 결과 토양유실은 24%, 유출은19%, 첨두유출은 16%가 차이나는 것으로 나타났다. 유출 및 토양유실이 5분 간격 강우량에서 실측치와 가장 유사한 것으로 나타나 강우데이터의 간격이 짧을수록 더 정확하게 모의할 수 있는 것으로 나타났다. Huff의 4분위를 이용하여 토양유실량, 유출량, 첨두유출량을 산정한 결과 토양유실량, 유출량, 첨두유출량 모두 3분위에서 가장 높게 발생하는 것으로 나타났다. 강원도 홍천지역 빈도별 확률강우를 이용하여 토양유실량, 유출량, 첨두유출량의 변화를 모의하였다. 2년 빈도와 300년 빈도에서 강우량은 167% 증가하였다. 유사량과 유출량, 첨두유출량은 각각 906.2%, 249.4%, 183.9% 증가하여 유사량의 증가율이 가장 큰 것으로 나타났다. 본 연구의 결과에서 보이는 바와 같이 WEPP 모형을 이용하여 향후 기후변화에 따른 유출 및 토양유실의 예측이 가능할 것으로 판단된다.

Keywords

References

  1. 건설교통부 (2000). 수자원 관리기법개발연구조사 보고서 : 지역적 설계강우의 시간적분포. 한국건설기술연구원.
  2. 김상민, 임상준, 이상호, 김형호, 마호섭, 정원옥(2009). "국립공원내 홍수피해 저감을 위한 미계측 산림 지역의 설계홍수량 추정." 한국농공학회논문집, 한국농공학회, 제51 권, 제5호, pp. 107-113. https://doi.org/10.5389/KSAE.2009.51.5.107
  3. 박상덕, 신승숙 (2011). "산불사면에 대한 토양침식모형의 적용 평가-RUSLE, WEPP, SEMMA." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제31권, 제3B호, pp. 221-238.
  4. 손정호 (2002). WEPP 모형을 이용한 토양유실량 추정. 석사학위논문, 서울대학교
  5. 신형섭, 이규호, 박종화(2009). "모래와 실트의 탁수에 대한 분광특성 분석." 한국농공학회논문집, 한국농공학회, 제 51권, 제3호, pp. 37-43. https://doi.org/10.5389/KSAE.2009.51.3.037
  6. 이정규, 추현재 (2006). "Huff의 4분위법을 이용한 지속기간별 연 최대치 강우의 시간분포 특성연구." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제26권, 제5B호, pp. 519-528.
  7. 최재완, 현근우, 이재운, 신동석, 김기성, 박윤식, 김종건, 임경재 (2009). "WEPP Watershed Version을 이용한 홍천군 자운리 농경지 토양유실 예측 및 경사도에 따른 토양유실량 평가." 수질보전 한국물환경학회지, 수질보전 한국물환경학회, 제25권, 제3호, pp. 441-451.
  8. 홍종선 (2009). WEPP과 SEMMA를 이용한 산지유역 토사유출량 예측과 소유역 분할 효과. 석사학위논문, 강릉대학교.
  9. 환경부 (2008). 비점오염저감시설의 설치 및 관리 운영 매뉴얼. 환경부.
  10. 현근우, 허범녕, 허인량, 정원구, 고상열, 이석종, 이태욱, 박성빈, 김영진, 김성석 (2008). 이중원통형침사지를 이용한 고랭지밭 흙탕물 농도 저감에 관한 연구. 강원도 보건환경연구원 보고서.
  11. Flanagan, D.C., and Livingston, S.J. (1995).WEPP User Summary. NSERL Report 11, USDA-ARS National Soil Erosion Research Laboratory, West Lafayette, Indiana.
  12. Fredlund, D.G., and Rahardjo, H. (1995). Soil Mechanics for Unsaturated Soils. John Wiey and Sons, INC.
  13. Lim, K.J., Sagong, M., Engel, B.A., Tang, Z., Choi, J. D., and Kim, K.S. (2005). "GIS-based sediment assessment tool." CATENA, Vol. 64, No. 1, pp. 61-80. https://doi.org/10.1016/j.catena.2005.06.013
  14. Renard, R.G., Foster, G.R., Weesies, G.A., McCool, D.K., and Yoder, D.C. (1997). Predicting soil erosion by water, a guide to conservation planning with the revised universal soil loss equation (RUSLE), Agric. Handbook no. 703 USDA-ARS, Washington, D.C., pp. 384.
  15. Williams, J.R. (1975). Sediment-yield prediction with universal equation using runoff energy factor. In Present and prospective technology for predicting sediment yield and sources, Proceedings of the sediment yield workshop, pp. 244-252.
  16. Wischmeier, W.H., and Smith, D.D. (1987). Predicting Rainfall Erosion Losses, A Guide to Conservation Planning, Agric. Handbook no. 537, USDA-ARS, Washington, D.C., pp. 85.

Cited by

  1. Enhancement of Estimation Method on the Land T-P Pollutant Load in TMDLs Using L-THIA vol.36, pp.3, 2014, https://doi.org/10.4491/KSEE.2014.36.3.162
  2. A Combined Model of Hydrology, Hydraulics, Erosion and Sediment Transport at Watershed Scale vol.14, pp.5, 2014, https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2014.14.5.351