Research Article

Journal of Korea Water Resources Association. 30 November 2022. 877-886
https://doi.org/10.3741/JKWRA.2022.55.11.877

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 연구방법

  •   2.1 대상 지역

  •   2.2 적용 모형

  •   2.3 기후변화 시나리오, IPCC AR5

  •   2.4 입력 자료 수집 및 분석방법

  • 3. 연구분석 결과

  •   3.1 유역 모델 적용성 평가

  •   3.2 저수지 모델의 적용성 평가

  •   3.3 기후변화 시나리오에 따른 유량 및 수질 변화

  • 4. 결 론

1. 서 론

다목적댐은 홍수, 가뭄 등 물 재해를 효과적으로 방어할 수 있도록 하천에 건설한 시설물로 여름철 강우 시 댐에 가두어 홍수를 조절하고, 홍수기에 댐에 저류한 물을 그 외의 기간에 안정적으로 공급함으로써 홍수와 가뭄 등 수재해를 최소화하는데 주된 목적이 있다. 현대의 댐 운영은 수량만이 아니라 수질, 생태환경 및 다양한 이해관계자들의 요구사항 등을 고려해야 하고 특히, 본 연구 대상 지역인 주암조절지(이후는 상사호로 부르기로 함)는 저온수 방류가 하류 하천 및 순천만 갯벌에 악영향을 미쳐 농업 및 어업 생산량을 감소시킨다는 사회적 갈등이 있는 지역이다. 이러한 물 갈등을 해소 또는 저감을 위해서는 현재까지 고려해야 하고, 이와 함께 공간적으로도 기존의 댐 시설물 중심에서 하류 하천, 연안까지 확장하는 새로운 댐 운영 대책 연구가 필요한 실정이다(Lee et al., 2015). 상사호는 섬진강의 지류인 보성강에 축조된 본 댐인 주암댐과 이사천 유역 내의 조절지댐, 역조정지댐으로 구성되며 광주시, 나주시, 여수시, 순천시, 광양시 등지에 생·공용수 등의 안정적인 공급과 홍수피해 방지, 수력발전 등 수자원의 활용으로 건설된 다목적댐이다. 특히 주암댐과 주암조절지댐을 도수터널로 연결하여 주암댐의 풍부한 물을 주암조절지댐으로 도수 하여 용수공급, 수력발전에 이용되며 운영되고 있다(K-water, 2013).

국내의 하천, 저수지의 수문학적 영향과 수질 변화 및 모델링 연구는(Seo et al., 2007; Lee and Seo, 2011)은 수질관리 대안의 기초자료를 제공하기 위하여 강우에 따른 유역의 표면 유출과 수질 예측을 위해서 주로 농업 지역을 대상으로 사용되는 유역 모델인 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델을 (Neitsch et al., 2009) 용담댐에 적용하여 분석한 바 있다. Yi et al. (2008)은 HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) 모델의 결과를 CEQUAL-W2(A water quality and hydrodynamic model in 2D) 에 적용하여 특정 강우 시 저수지에 발생하는 탁수 현상을 예측하였으며, Ahn et al. (2013)은 충주호를 대상으로 SWAT과 CE-QUAL-W2를 연계하여 호소의 수온 분포, 부유 물질 및 부영양화 변화 특성을 모의하고 호소의 수질 변화 특성을 분석한 바 있다. Lee et al. (2018)은 기존 댐과는 다른 홍수조절댐이 수환경에 미치는 영향을 분석하기 위하여 계획 중인 원주천댐에 대해 홍수조절댐 운영 시 수질 변화를 HSPF 유역 모델과 EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) 모델을 연계하여 예측 및 분석한 연구한 바 있다. Jung et al. (2011)은 새만금호 유역 내 점오염원 및 비점오염원에 따른 오염부하의 특성을 분석한 바 있다. Park et al. (2010)은 HSPF 모델을 이용하여 영주댐 유역에서 유출되는 유량, BOD, T-N, T-P를 모의하였고, 이 결과를 이용하여 유달 부하량을 산정한 후 저수지 수질 모의를 위한 경계조건으로 사용한 바 있다. 호소의 유동은 EFDC 모델로 해석한 후 WASP 모델과 연동하여 수질을 예측한 연구였으며, Yi et al. (2008)은 저수지로 유입되는 탁수의 배제 및 저감 방안 수립을 위해 용담호를 대상으로 유역-저수지모델의 연계 모델링 기법을 적용하여 탁수 현상을 모의한 바 있다. Shin et al. (2017)은 영산강 수계에 대한 수질 예보를 위해 유역에서의 유출량과 수질 모의를 위해 HSPF 유역 모델을 구축하였고 영산강 본류에서의 수리 및 수질 변동을 모의하기 위해 EFDC 수질 모델을 연계하여 연구한 바 있다. Yeom et al. (2019)은 도암호 유역의 부유물질 유출량과 토사량을 모의하고, 부유물질의 호 내 거동을 분석하기 위하여 유역 모델 HSPF와 호소 모델 CE-QUAL-W2를 연계 적용하여 연구한 바 있으며 진행되어왔다.

미래 변동성에 대한 연구로는 Jang et al. (2018)은 한반도 남부지역 중 중서부에 위치한 소 유역 요천을 대상으로 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)의 기후변화 시나리오를 적용하여 미래 해당 유역의 오염부하량을 예측하였다. Ahn et al. (2014)은 충추댐을 대상으로 유역 모델 SWAT모델과 저수지 모델인 CE-QUAL-W2를 연계 적용하여 기후변화에 따라 저수지로 유입되는 하천의 유량 및 탁수 발생량을 모의하고, 저수지 내의 탁수 변화 및 부영양화 영향평가를 통한 저수지 수환경 변화를 전망한 연구 결과가 있으며, Kim et al. (2013)은 기후변화가 평창강 금강모치의 수생태의 서식환경 변화에 미치는 영향을 분석하고자 SWAT 모형을 통하여 강우-유출 분석을 연구한 바 있다. Yu et al. (2012)는 수문-수질 모의가 가능한 SWAT모형과 수리-수질 해석이 가능한 CE-QUAL-W2 모형을 연계 적용시켜 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 기법을 이용하여 미래 기후변화로 인해 충주호 탁수에 미치는 영향을 평가하고자 하였고, 미래 탁수 관리 방안에 활용될 수 있음을 제시한 바 있다. 기후변화에 따른 홍천강 유역의 수질 변화를 분석하기 기후변화 대응 정책과 연계하여 새로운 시나리오인 대표농도경로 RCP (Representative Concentration Pathways) 8.5 시나리오를 사용하여 장기유출모형인 SLURP (Semi-distributed Land Use-based Runoff Processes) 모형에 적용 미래 유출량을 산정한 연구가 있다(Kim et al., 2015). Park et al. (2017)는 AR5 (5th Assessment Report) 의 기후변화 시나리오 네 가지 중 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오 선택하여 금강 수계의 용담댐 유역에 대해서는 SWAT 모델을 용담댐의 수체에 대하여 CE-QUAL-W2 모델을 각각 적용하고 용담댐 방류구 부근의 유량과 수질에 미치는 영향을 분석하고 유역 및 지표수를 연계하여 장래의 수질을 예측 가능한 방법을 제시하고자 하였다. 이로써 기후변화 시나리오 대한 연구와 다양한 유역 환경 변화 및 특성을 고려하여 수문학적 예측한 연구들은 지금까지도 이루어지고 있다.

이와 같은 다양한 호소 및 저수지에 대한 모델링 보고서 및 연구에도 불구하고 아직까지 상사호 및 유역에 대한 모델 적용 사례는 존재하지 않기 때문에 상사호 수량 및 수질 관련 관리대책을 수립하는 데에 어려움 있다. 따라서 본 연구에서는 상사호에 대해 유역 및 수질 모델을 적용하고 관리 대책 수립을 지원할 뿐만 아니라 기후변화 시나리오를 적용하여 향후 장기간의 기온과 강수량 변화에 따른 상사호의 유량 및 수질을 예측하여 관련 관리 대책을 수립하는 것을 지원하고자 한다.

2. 연구방법

2.1 대상 지역

본 연구의 대상 지역 상사호는 Fig. 1에 나타난 바와 같이 보성강 수계에 위치한 주암 본댐과 도수터널로 이어져 용수공급을 받고 있다. 주암댐은 총저수량 4억5천만m3, 저수 면적 33 km2, 연간용수공급용량만 2억8천만m3이고 체적은 1,573, 000 m3, 높이 58 m, 길이 330.0 m로 이루어져 있으며 주암댐의 목포, 광주, 나주, 화순으로 용수를 공급하고 있다. 주암조절지댐 유역은 이사천 상류 13.5 km 떨어진 지점에 위치하고 있으며 유역 면적은 134.6 km2이다. 댐으로서 총저수용량은 2억5천만m3으로 높이 99.85 m, 길이 562.6 m, 체적 4,965,249 m3 이루어져 있다. 전력 생산을 위한 주 발전소가 상사호를 형성하는 주암조절지댐에 위치하고 있으며, 주암댐과 11.5 km 떨어진 주암주절지댐은 도수터널로 여수, 광양, 순천, 고흥, 보성으로 용수 공급된다. 발전 방류를 위한 취수구가 상시만수위 EL.108.5 m보다 56.5 m 낮은 EL.52.0 m에서 심층 방류가 이루어지고 있다.

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Fig. 1.

The study area and the location of Sangsa Lake

2.2 적용 모형

2.2.1 유역모형 HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran)

유역에서 유출되는 유량과 오염물질의 부하량을 산정하기 위하여 유역 모델 HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran)을 이용하였다(Bicknell et al., 1996).

1980년에 개발된 HSPF모델은 서로 다른 기능을 가진 수문 순환 개별 모델들을 결합시킨 수량-수질 복합 유출 모델이다. 유역 분할, 수치고도지도 및 토지이용도를 생성하고 기상자료를 바탕으로 하여 유역에서 유량, BOD (Biochemical Oxygen Demand), TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorus)의 유출량을 모의할 수 있으며 도시지역의 유출은 Build-up/wash-off 기능을 사용하고, 비도시지역의 투수 지역과 불투수 지역으로 나누어 각각 다른 기능을 사용한다. 다음은 모형에 사용된 구조에 대해 Fig. 2에 나타냈으며, 구성에 대한 각 기능을 기술하였다. PERLND 모듈은 투수성 토양 지역에서 발생하는 수량과 수질의 변화를 모의한다. 여기서 물의 이동은 지표유출수(overland flow), 복표수(interflow), 지하수(groundwater flow)의 3가지 경로를 통해 일어나며 각 경로에 따라 시간 차이가 발생하고, 물과 다양한 용존성 성분 간의 상호작용이 서로 다르게 나타난다. IMPLND 모듈은 불투수성 토양에 해당 되는 것으로서 주로 도시지역과 같이 침투 현상이 적거나 없는 경우에 사용된다. RCHRES 모듈은 PERLND, IMPLND로부터 수질 오염부하량과 강우 유출량 등이 하천관망(stream channel network) 또는 저수지(reserviors)로 유입되어 혼합되는 장소로 사용된다. 그러나 이 모듈은 연속방정식에 기반한 단순 추적에 의한 것으로서 운동량에 대한 고려가 되어있지 않다.

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Fig. 2.

HSPF model schematic diagram

2.2.2 저수지 모형 AEM3D (Aquatic Ecosystem Model)

본 연구에 사용된 모형은 호주 HydroNumerics사(www.hydronumerics.com.au)에서 개발한 3차원 수리-수질 동력학 모형으로 서호주대학교 물연구소(Centre for Water Research, CWR)에서 개발된 ELCOM-CAEDYM 모델을 기반으로 개발되었다(Hodges and Dallimore, 2019). AEM3D 모델은 유체역학, 열역학을 적용한 수치 모델이다. 환경적 강제력이 있는 성층 수역의 시간적 거동을 시뮬레이션하기 위한 생지화학적 모델로서 속도, 온도, 염도, 영양소 및 시뮬레이션에 사용된다. 또한, 운동량방정식, 연속 방정식, 물질 이동-확산 방정식, 비유수면 방정식으로 구성되어 있으며 각기 다르게 적용되어 해석된다. 상세한 저수 모의 과정과 매개변수적용은(Han et al., 2021; Ann et al., 2020)에 제시하였다. 모의 구조 또한 Fig. 3에 나타내었다.

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Fig. 3.

AEM3D model schematic diagram (Hipsey et al., 2005)

2.3 기후변화 시나리오, IPCC AR5

IPCC 5차 기후변화평가보고서는 표준 온실가스 시나리오를 대표 농도 경로(Representative Concentration Pathways, RCP)를 이용하여 발표하였다(IPCC, 2014). RCP 시나리오는 대기오염물질 및 토지이용 변화 등과 같은 요인들을 추가적 포함하여 향후 인위적 온실가스 배출량과 대기 중 농도에 대하여 온실가스 증가에 따른 평균적인 지면 에너지 기준으로 4가지 시나리오(RCP 2.6, 4.5, 6.0, 8.5)로 구성되어 있다(Meinshausen et al., 2011). 기후변화에 따른 수질 및 수문 매개변수의 변화를 살펴보기 위해서는 강수량, 기온, 일사량, 풍속, 습도의 기상 자료가 요구된다. 본 연구에서는 2012년부터 2100년까지 약 90년간의 기후변화 전망자료를 IPCC 자료로 이용하여 대한민국 기상청에서 상세화한 자료를 이용하여 모의하였다. 상대습도, 평균 풍속, 일사량은 12.5 km의 해상도를 갖는 한반도 자료를 이용하였으며, 기온 및 강수량은 1 km의 해상도를 갖는 남한 상세 자료를 이용하였다. 상대습도, 풍속 및 일사량의 기후 자료 모의를 위해 한반도 자료를 이용한 것은 기상청에서 남한 상세 자료는 기온 및 강수량 자료만 제공되고 있기 때문이다. 또한, 시나리오는 200년 제어 적분과 400년 제어 적분 중 본 연구에서는 400년 제어 적분 자료를 이용하여 연구를 수행하였다. 제어 적분이란, 1860년의 온실가스 농도로 고정하여 수백년을 적분하는 실험을 수행하는 것으로 전 지구 기후 모델을 준평형 상태로 안정화시키고, 인위적 강제력이 배제된 모델의 변동성을 이해하기 위해 수행되는 실험이다(http://www.climate.go.kr). 제어 적분 400년 자료로 HadGEM3-RA를 이용하여 상사호 유역 내 지점의 자료를 사용하였고, RCP 4.5 시나리오와 RCP 8.5 시나리오 두 가지 시나리오에 대해 미래 유출량과 수질의 변동성을 분석하였다.

2.4 입력 자료 수집 및 분석방법

본 모의에 사용된 경계조건 입력 자료는 지형 및 기상 자료와 유량 및 수질 자료 등이다. 기상 조건은 순천시 기상청에서 제공하는 기온(℃), 시간 강수량(mm), 풍속(m/s), 운량, 일사량(MJ/m2) 자료를 사용하였으며, 시간 단위 자료로 2011년~2021년까지 입력하였다. 자료가 없는 기간 및 항목은 유역 내 근접한 여수, 광양시 기상청 자료를 사용하였다(data.kma.go.kr). 지형 조건은 국토정보플랫폼(http://map.ngii.go.kr/mn/mainPage.do)에서 제공하는 수치표고모델 과 환경공간정보서비스(https://egis.me.go.kr/main.do)에서 제공하는 토지피복도, 그리고 물환경정보시스템(water.nier.go.kr)에서 제공하는 KRF 3.0 유역도와 하천도를 사용하여 구축하였다. 유량 및 수질 경계조건 자료로서 도수터널의 영향을 반영하기 위한 주암댐2 지점과 하수처리장 7개 지점을 포함한 총 8개의 지점의 자료를 국가수자원관리종합정보시스템(wamis.go.kr)와 하수도통계 시스템에서 자료를 사용하여 입력하였다.

3. 연구분석 결과

3.1 유역 모델 적용성 평가

본 연구 대상유역에서 HSPF 모델의 유량 보정은 두 개의 지점에서 수집된 자료를 사용하였다. Fig. 1에 나타난 바와 같이 송전교와 노동교는 각각 (A)와 (B)로 표시하였으며, 주암호로부터 공급되는 도수터널의 유입을 반영하여 평가하였다. 2011년~2016년 기간 중 2011년 자료는 사용하지 않고 이후 5년간을 보정 기간으로 하였으며, 2017년부터 2021년까지 5년간을 대상으로 하여 추가적인 검증을 실시하였다. 모델의 예측을 평가하기 위해 상관계수와 Nash Sutcliffe Efficiency (NSE), Mean Absolute Error (MAE), Root Mean Square Error (RMSE)를 이용하였다. 유량 모의 결과는 Fig. 4(a)에 나타낸 바와 같으며, 검증 결과는 댐 유입 지점, 노동교 그리고 송전교의 상관계수는 각각 0.67, 0.83, 0.76으로 저유량 상관에 대해 나타났으며, NSE의 결과는 높은 유량을 잘 맞추지 못한 것으로 분석된다. 수질 보정은 환경부 수질측정망이 가동되고 있는 이사천 지점의 자료를 이용하였으며, BOD, TN, TP, NO3, NH3, TOC, PO4, Chl-a 등 총 8가지의 항목에 대하여 보정을 실시하였다. 수질 보정 결과는 Table 1Fig. 4(b)에 나타낸 바와 같다. 유량에 비하여 수질보정 결과는 매우 저조한 수준을 나타내었으며 이는 수질측정이 주로 청천시 월 1회 실시되는 관계로 충분한 자료가 확보되지 못한 것이 주 원인으로 추정된다.

Table 1.

Flow rate and water quality calibration results

Variable R2 RMSE NSE MAE
Flow (m3/s) DAM 0.637 7.177 0.624 2.141
NODONG 0.837 1.714 -0.323 0.262
SONGJEON 0.767 3.893 -1.952 0.648
Water Quality (mg/L) BOD 0.013 0.441 -0.476 0.339
NO3 0.013 0.351 -0.174 0.29
TAM 0.004 0.105 -0.638 0.094
PO4 0.144 0.011 -0.766 0.008
Cha-a 0 3.353 -1.141 2.44
TN 0.026 0.369 -0.02 0.295
TP 0.096 0.026 -1.664 0.02
TCO 0.002 0.697 -1.133 0.569

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Fig. 4.

Calibration (a) Flow and (b) Water quality results

3.2 저수지 모델의 적용성 평가

상사호를 대상으로 AEM3D 모형을 적용하기 위해 흐름(x) 방향과 횡(y) 방향에 대한 수치 격자의 크기는 50 m × 50 m, 수심 방향은 1 m씩 나누어 Fig. 5(a)에 나타낸 바와 같이 3차원 격자를 구성하였다. 모델의 입력자료는 기상청에서 제공되는 기상자료와 한국수자원공사에서 제공되는 댐 수문 자료를 2013년부터 2014년까지 2개년의 실측 자료 이용하여 모델을 구성하였다. 2013년은 안정화 기간으로 하였고 2014년을 대상으로 보정 하였다. Fig. 5(b)에 나타난 바와 같이 모델의 수위 보정 결과는 상사호의 실측수위-저수용량 관계와 비교하여 R2 = 0.999의 결과를 나타내었다. Fig. 5(a)에서 호소 측정망 주암조절지댐 관측소의 위치는 DAM 1의 위치는 (a), DAM 3의 위치를 (b)로 표기하였다. 모의 결과 각 지점의 상층(Upper), 하층(Bottom)으로 결과를 구분하였다. Fig. 6에 나타난 바와 같이 DAM 1과 DAM 3 수온의 경우 실측 측정값에 대해 양호한 보정 결과를 나타냈고, 수온을 제외한 항목들은 저조한 정확도를 나타내었다. 이 역시 한 번씩 측정되는 실정으로 이러한 현상이 나타났다.

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Fig. 5.

(a) Grid development of AEM3D model and (b) water level calibration result

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Fig. 6.

Water quality calibration of the study site

3.3 기후변화 시나리오에 따른 유량 및 수질 변화

3.3.1 전체 기간별

본 연구에서는 IPCC의 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오들의 강수량 및 기온 자료를 바탕으로 HSPF 모델을 적용한 후 2100년까지 유출 유량 및 수질의 경향을 예측하였으며, 연평균의 예측 결과는 RCP 4.5 시나리오의 경우 노동교와 송전교에서 연평균 각각 0.93, 2.02 의 값으로 나타났고 RCP 8.5의 유량은 각각 1.30, 2.85 값으로 Table 2과 같이 RCP 8.5 시나리오가 증가됨을 볼 수 있으며, 자세한 내용은 Figs. 7(a) and 7(b)에 나타낸 바와 같다. 유량에 관한 결과는 Jang et al. (2018)의 결과와 유사한 경향을 나타냈다. 수질 예측 결과에서 본 연구는 모두 RCP 8.5 시나리오보다 4.5에서 높게 나타나는 경향을 보였다. Jang et al. (2018)은 섬진강유역에 대해서 RCP 4.5에서 TP가 높은 값을 RCP 8.5에서 TN이 각각 더 높게 나타났음을 보고한 바 있다. 또한, Jang et al. (2009)의 보고한 바에 의하면 TSS와 TP는 강우량이 증가함에 따른 유출량의 변화가 농도 변화에 영향을 미치나, TN의 경우 다른 경향을 나타내는 것으로 보고한 바 있고, Kim and Seo (2016)은 대전의 관평천인 소하천에 대해 표면 유출 시료 중 TP가 고형 물질의 비율이 높은 경우 TSS와 높은 상관관계를 보였으나, 상대적으로 TN의 경우 고형 물질의 비율이 현저히 낮아서 위 두 수질변수와는 다른 경향을 보인다고 보고한 바 있다. 본 연구는 기상청에서 상세화한 자료를 사용하여 유량 및 수질에 대해 분석하였고, AR5 강우량의 갈수기 및 홍수기 시의 경향을 반영한 본 연구와 선행연구는 유량 부문에서 시나리오별 유사한 경향을 나타내었으나 수질 부문은 다소 다른 경향을 나타냈다.

Table 2.

Seasonal average of simulated flow and water quality result by period

Variable RCP 4.5 RCP 8.5
Average
FLOW (m3/s) DAM 11.225 12.708
Nodong 0.934 1.301
Songjeon 2.021 2.847
Water Quality (mg/L) BOD 0.600 0.321
NO3 1.032 0.652
TAM 0.097 0.068
PO4 0.004 0.002
Chl-a 0.275 0.010
TN 1.479 0.920
TP 0.021 0.010
TOC 0.665 0.253

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Fig. 7.

(a) RCP 4.5 and (b) RCP 8.5 flow result by period

3.3.2 시기별 및 계절

더욱 자세한 분석을 위하여 2012년부터 2100년까지의 기간을 과거-현재(2012년~2021년), 2030년대(2025년~2036년), 2050년대(2045년~2056년), 2080년대(2075년~2086년) 네 가지로 구분하고 또한 여름철(6월~8월)과 겨울철(12월~2월)로 분류하여 분석한 결과를 Table 3과 같이 나타내었다. 상사호 유입 유량은 RCP 4.5에 비해 RCP 8.5가 높게 나타났으며 겨울철보다 여름철이 높게 예측되며 이 결과는 Table 3에 정리된 바와 같다. 노동교와 송전교는 전술한 바와 같이 RCP 8.5 시나리오보다 RCP 4.5 시나리오가 높게 나타나는 경향을 보였다. 수질 부문에서는 여름철 RCP 8.5 시나리오보다 RCP 4.5 시나리오에서 30년대와 50년대에서 높게 나타났고, RCP 시나리오 4.5와 RCP 시나리오 8.5는 각 여름철에 높게 나타나는 경향을 보였다. 또한, 전체적인 수질의 경향은 여름철 RCP 8.5에서 조금씩 증가되고, 겨울철에는 TN을 제외한 나머지 항목에서 감소 되었다. 특히 TP는 RCP 시나리오 8.5보다 4.5에서 높게 나타났다.

Table 3.

Seasonal scenario RCP 4.5 and RCP 8.5 result by period

RCP Variable Summer Winter
Present 2030S 2050S 2080S Present 2030S 2050S 2080S
4.5 Flow (m3/s) DAM 22.68 16.16 15.42 15.17 7.04 9.89 8.15 8.25
Nodong 7.53 4.65 5.03 5 1.59 1.07 1 1.07
Songjeon 3.44 2.07 2.23 2.18 0.75 0.53 0.46 0.49
Water Quality (mg/L) BOD 0.455 1.375 1.375 0.388 0.317 1.258 0.238 0.243
NO3 0.815 1.884 1.884 0.912 0.596 1.323 0.321 0.34
TAM 0.145 1.096 1.096 0.109 0.068 1.051 0.032 0.035
PO4 0.003 1.002 1.002 0.002 0.002 1.021 0.002 0.002
Chl-a 0.009 1.01 1.01 0.009 0.009 1.037 0.017 0.02
TN 1.255 2.236 2.236 1.283 0.84 1.475 0.472 0.499
TP 0.016 1.014 1.014 0.011 0.011 1.031 0.008 0.008
TOC 0.252 1.25 1.25 0.245 0.261 1.286 0.259 0.26
8.5 Flow (m3/s) DAM 25.83 17.07 17.73 17.52 7.78 9.35 9.44 9.58
Nodong 3.95 2.38 2.53 2.49 0.67 0.48 0.51 0.54
Songjeon 8.53 5.42 5.71 5.63 1.4 1.05 1.12 1.18
Water Quality (mg/L) BOD 0.458 0.384 0.4 0.402 0.311 0.253 0.262 0.27
NO3 0.868 0.872 0.935 0.895 0.554 0.352 0.385 0.45
TAM 0.14 0.097 0.118 0.127 0.064 0.039 0.042 0.045
PO4 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.001 0.002 0.002
Chl-a 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.012 0.018 0.01
TN 1.299 1.222 1.323 1.288 0.792 0.523 0.565 0.645
TP 0.016 0.011 0.011 0.011 0.01 0.008 0.008 0.008
TOC 0.258 0.249 0.246 0.248 0.267 0.264 0.266 0.26

4. 결 론

본 연구는 유역 모델 HSPF 모형과 저수지 모델인 AEM3D 모형을 연계하여 IPCC의 AR5에 보고된 RCP 4.5 시나리오와 RCP 8.5 시나리오를 상사호 유역 대상으로 기후변화에 의한 유출량과 수질 변동성을 보는 것을 목적으로 수행되었다. 2017년~2021년까지 실측 자료를 이용하여 보정을 실시하여 각 시나리오에 의해 계산된 결과를 2012년~2100년 기간에 적용하여 연도별, 기간별로 구분하여 분석하였고, 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) HSPF 모델에 의해 보정된 유량의 검증 결과인 상관계수는 노동교는 0.837, 송전교는 0.767으로 실측 값을 잘 반영하는 것으로 판단된다. 그러나 전반적으로 고유량 부분의 예측능력이 낮은 것으로 평가된다. 수질의 검증결과는 상대적으로 정확도가 저조하였으나 시행착오법을 이용하여 최선의 결과를 도출하여 사용하였다. 수질의 경우 정확성 제고를 위해 실측 자료의 추가 수집 등을 통하여 보완이 필요할 것으로 판단된다.

2) HSPF의 보정에 사용된 자료와 호소의 수질 자료를 경계조건으로 사용하여 AEM3D 저수지 모형 연계 적용하였으며, 수위의 결과는 0.99로 모의 되어 전반적으로 잘 반영되었으나 수질에서는 상대적으로 저조한 결과를 나타내었다.

3) 기후변화 시나리오는 IPCC의 RCP 4.5와 RCP 8.5를 선정하여 사용하였다. IPCC 의 한반도에대한 자료는 기상청에 의해 상사호 유역에 대하여 상세화된 자료를 사용하여 2012년~2100년의 기간에 대해 유역 모델과 저수지 모델에 적용하여, 유량과 수질을 평가하였다. 전체적으로 유량은 RCP 8.5 시나리오가 더 높게, 수질은 RCP 4.5 시나리오가 더 높게 나타났다. 계절별에서 여름철 댐 유입량은 RCP 8.5 시나리오가 높았고, 유량 지점인 두 곳(노동교 와 송전교)은 RCP 4.5 시나리오에서 높게 나타났다. 수질은 여름철 RCP 8.5 시나리오보다 RCP 4.5 시나리오에서 30년대와 50년대에서 높게 나타났다.

Acknowledgements

본 성과는 환경부의 재원을 지원받아 한국환경산업기술원 “신기후체제 대응 환경기술개발사업”의 연구개발을 통해 창출되었습니다(RE202201636).

Conflicts of Interest

The authors declare no conflict of interest.

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