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유역모델 STREAM을 이용한 강우조건에 따른 금강하구 유입 오염부하량 산정

Estimation of Pollution Loads to the Geum-River Estuary for Precipitation Conditions Using a Semi-distributed Watershed Model STREAM
한국해양환경·에너지학회지 제21권 제3호, 2018.8, 216-227 (12 pages)
DOI :10.7846/JKOSMEE.2018.21.3.216
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초록
금강하구유역은 한반도의 중부지방에 위치하며, 상류는 산림지역, 중하류는 농업지역이 주로 분포하는 논 중심 농업유역이다. 본 연구는 유역모델 STREAM을 이용하여 강우조건에 따른 금강하구 유입부하량을 정량적으로 평가하였다. STREAM은 유역을 정방형 격자로 구분하고, 하천을 노드-링크 구조로 표현하며, 물리식을 기반으로 유역 내 수 문학적, 생화학적 과정을 모의한다. 특히, 벼의 생장시기에 따라 입력된 논의 적정담수심과 물꼬높이를 통해 논의 관개용수 필요량과 지표유출량을 계산할 수 있어 논 중심 농업유역 모의에 적합하다. 금강하구유역에 대한 유역모델 구축을 위해 지형, 토지이용, 토성, 기상, 오염원, 하천수리시설 등 시공간 자료를 이용하였다. 유역은 100 m × 100 m 크기의 219,689개 정방형 격자와 197개 소유역으로 구성되었다. 모델 보정기간은 2014년이고, 검정기간은 2015-2016년이며, 유역 내 유량과 수질 관측지점 각 4개에 대하여 모델 보검정을 수행하였다. 강우조건 시나리오 분석을 위해 최근 20년의 강수량 자료를 이용하여 평수년(1997), 갈수년(2001), 홍수년(2003)을 선정하였다. 시나리오 모의결과, 하구 유입유량은 평수년 대비 갈수년의 경우 64.1% 감소하고, 평수년 대비 홍수년의 경우 33.3% 증가하였다. TOC, TN, TP의 평균 하구 유입부하량은 평수년 대비 갈수년의 경우 63.1% 감소하고, 평수년 대비 홍수년의 경우 18.6% 증가하는 것으로 나타났다. 논 중심 농업유역인 금강하구유역에서 평수년 대비 갈수년의 하구 유입유량과 유입부하량 감소폭이 강수량 감소폭에 비해 크게 나타나는 것은 가뭄 시기 관개용수 확보를 위해 하천유출량이 감소하였기 때문으로 판단된다.

The Geum River Estuary Watershed is located in the central area of the Korean peninsula. The upper watershed is mainly covered with forest, whilst the lower watershed is mainly agricultural area. This study applies a semi-distributed watershed model to estimate pollution loads entering into the Geum-River Estuary under various precipitation conditions. The study applies watershed model STREAM (Spatio-Temperal River-basin Ecohydrology Analysis Model) that represents the watershed with square grid cells and rivers with links-and-nodes. The model simulates hydrological and biogeochemical processes mainly using physically-based equations. The model is highly applicable to agricultural watersheds where paddy fields are distributed along valleys, as it estimates irrigation abstractions and surface runoffs from paddy fields taking into account the optimal water depths and the openings of drainage gate in accordance to the growth curve of rice. The STREAM was set up for the Geum-River Estuary Watershed using national and local data sets of topography, land-use, soil texture, weather data, point-source pollution loads and river hydraulic structures. The watershed is represented with 219,689 grid cells of 100 m x 100 m, and 197 sub-catchments. The model was calibrated for one years (2014) and validated for the following two years (2015-2016) using streamflow and water quality data observed at four monitoring stations across the watershed. For precipitation scenario analysis, the normal year (1997), the flood year (2003) and the drought year (2001) were selected from the latest 25 year period. The simulation results show that: i) river flows increased by 33.3% and decreased by 64.1% in the flood year and drought year, repectively, compared to the normal year; ii) water pollution loads increased by 18.6% and decreased by 63.1% in the flood and drought year, repectively, compared to the normal year. This implies that irrigation abstractions can greatly affect the river flows and water quality of agricultural watersheds particularly in drought years making those agricultural watersheds more susceptible to droughts.

목차
요약
Abstract
1. 서론
2. 재료 및 방법
3. 결과 및 고찰
4. 결론
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