• 제목/요약/키워드: spatio-temporal data analysis

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MODIS 지표면 온도 자료와 지구통계기법을 이용한 지상 기온 추정 (Estimation of Near Surface Air Temperature Using MODIS Land Surface Temperature Data and Geostatistics)

  • 신휴석;장은미;홍성욱
    • Spatial Information Research
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    • 제22권1호
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    • pp.55-63
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    • 2014
  • 수문학, 기상학 및 기후학 등에서 필수적인 자료중의 하나인 지상기온 자료는 최근 보건, 생물, 환경 등의 다양한 분야로까지 활용영역이 확대되고 있어 그 중요성이 커지고 있으나 지상관측을 통한 지상기온자료의 취득은 시공간적인 제약이 크기 때문에 실측된 기온자료는 시공간 해상도가 낮아 높은 해상도가 요구되는 연구 분야에서는 활용성에 큰 제약을 갖게 된다. 이를 극복하기 위한 하나의 대안으로 상대적으로 높은 시공간 해상도를 가지고 있는 위성영상자료에서 얻을 수 있는 지표면온도 자료를 이용하여 지상기온을 추정하는 많은 연구들이 수행되어 왔다. 본 연구는 이러한 연구의 일환으로써 기상청에서 제공하고 있는 AWS(Automatic Weather Station)에서 취득된 2010년 지상 온도 자료(AWS data)를 바탕으로 대표적인 지표면 온도자료인 MODIS Land Surface temperature(LST data:MOD11A1)와 지상기온에 영향을 미칠 수 있는 Land Cover Data, DEM(digital elevation model) 등의 보조 자료와 함께 다양한 지구통계 기법들을 이용하여 남한 지역의 지상기온을 추정하였다. 추정 전 2010년 전체(365일) LST자료와 AWS자료와의 차이에 대한 RMSE(Root Mean Square Error)값의 계절별 피복별 분석결과 계절에 따른 RMSE값의 변동계수는 0.86으로 나타났으나 피복에 따른 변동계수는 0.00746으로 나타나 계절별 차이가 피복별 차이보다 큰 것으로 분석 되었다. 계절별 RMSE 값은 겨울철이 가장 낮은 것으로 나타났으며 AWS자료와 LST자료와 보조자료를 이용한 선형 회귀분석결과에서도 겨울철의 결정 계수가 가장 높은 0.818로 나타났으며, 여름철의 경우에는 0.078로 나타나 계절별 차이가 매우 크게 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 지구통계 기법들의 대표적인 방법론인 크리깅 방법 중 일반적으로 많이 사용되고 있는 정규 크리깅, 일반 크리깅, 공동 크리킹, 회귀 크리깅을 이용하여 지상기온을 추정한 후 모델의 정확도를 판단할 수 있는 교차 검증을 실시한 결과 정규 크리깅과 일반 크리깅에 의한 RMSE 값은 1.71, 공동 크리깅과 회귀 크리깅에 의한 RMSE 값은 각각 1.848, 1.63으로 나타나 회귀 크리깅 방법에 의한 추정의 정확도가 가장 높은 것으로 분석되었다.

금강호의 장기 수질 변화요인 분석: 철새배설물에 의한 TP부하의 중요성 (Statistical Analyses of Long-Term Water Quality Variation in the Geumgang-Reservoir: Focused on the TP Load by Migrating Birds Excrement)

  • 정용훈;김현수;양재삼
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제13권4호
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    • pp.223-233
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    • 2010
  • 금강호의 시.공간적인 수질변화와 이러한 변화에 영향을 주는 요인을 알아보기 위해 강경과 하구언에서 2001년 8월부터 2008년 7월까지 보고된 수질자료(COD, SS, $Chl-{\alpha}$, TN, TDN, $NO_3^-$, $NH_4^-$, TP, TDP, $PO_4^{3-}$)를 통계적으로 비교 분석하였다. 통계분석으로는 평균비교, 요인분석, 중회귀분석 등을 수행하였으며 TP에 관하여 물질수지를 계산하였다. 조사기간 동안 금강호 내에서 각 수질항목들의 시간적인 변화를 평균농도변화로서 살펴보면 2002년에 비하여 2007년에 $NH_4^+$는 60%, $PO_4^{3-}$는 24%, 그리고 TDP는 52% 감소한 반면, TP와 $Chl-{\alpha}$는 각각 99%, 423% 증가하였다. 공간적으로는 강경이 하구언보다 질소계열과 인계열의 농도가 높은 반면, $Chl-{\alpha}$는 반대경향을 보였다. 금강호내에서 수질에 영향을 미치는 가장 중요한 요인들을 판단하기 위하여 요인분석을 수행한 결과, "질소계열(TN, TDN, $NO_3^-$, $NH_4^+$)과 인계열(TP, TDP, $PO_4^{3-}$)의 계절적인 변화"가 전체분석 자료의 49%를 설명할 수 있는 것으로 나타나 가장 중요한 수질요인으로 분석되었다. 이중 금강호에서 최근 농도가 증가하고 있는 TP와 이로 인한 $Chl-{\alpha}$의 변화에 대한 중회귀분석결과, TP의 농도변화에 가장 큰 영향을 미치는 항목은 계절적으로 풍수기에는 SS, 갈수기에는 $Chl-{\alpha}$인 것으로 밝혀졌다. 이는 풍수기에는 강물에 포함된 입자성인에 의한 TP의 유입이, 갈수기에는 식물플랑크톤의 성장에 의한 TP의 소모가 TP의 농도변화에 영향을 준다고 해석되었다. 반면 $Chl-{\alpha}$의 농도는 풍수기에는 COD가, 갈수기에는 TP가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타남으로서 풍수기에는 상류측에서 물리적으로 유입된 식물 플랑크톤의 영향이 하류측에 직접된 것으로 판단되며, 갈수기의 $Chl-{\alpha}$의 농도변화는 TP의 농도에 의해 결정됨을 보였다. 결과적으로 금강호에서 TP는 지속적으로 증가하고 있고, 계절적으로 갈수기에 $Chl-{\alpha}$의 증가에 중요한 인자인것으로 나타났다. 이러한 TP의 호수 내 유출입양을 정량적으로 파악하기 위해 계절적으로 풍수기와 갈수기로 구분하여 물질수지를 계산한 결과, 풍수기 동안 가장 중요한 공급원은 강물에 의한 유입량(38%)이었고, 대부분은 이외의 기타공급원(Other Sources)이 60%를 차지하였으며 퇴적물로부터 공급량은 1% 정도로 미미하였다. 그 반면, 갈수기 동안에는 강물과 기타 공급원에 인한 부하량이 각각 48%와 47%로 유사하게 차지하였고, 퇴적물로부터의 공급량은 5%로 증가하였다. 수질이 악화되는 갈수기인 경우 기타 공급원 중 특히 철새로 인한 공급량은 유입 TP공급량의 최대 8%, 기타 공급원의 최대 21%를 차지하는 것으로 추산되었다.

영산강 수계의 이화학적 수질에 관한 시공간적 변이 분석 (Spatio-temporal Variation Analysis of Physico-chemical Water Quality in the Yeongsan-River Watershed)

  • 강선아;안광국
    • 생태와환경
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    • 제39권1호통권115호
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    • pp.73-84
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    • 2006
  • 본 연구는 영산강 수계 내 10개 지점의 이화학적 수질에 관한 시공간적 변이상태를 분석하기 위해 1995년부터 2004년까지 측정된 환경부 수질데이터를 이용하여 분석하였다. 이용된 수질 변수는 전기전도도(Conductivity), 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 용존산소량 (Dissolved oxygen), 총인 (Total phosphorus), 총질소 (Total nitrogen) 및 총부유물 (Total suspended solids)의 7개 항목으로서 계절별, 연별, 및 조사지점별 농도변이가 큰 것으로 나타났다. 영산강 수계 내에서의 이화학적 수질측정값은 계절성 강우에 따라 수질측정값의 변동 폭이 심하며, 대부분의 수치 농도변이는7 ${\sim}$ 8월에 집중되는 하절기 몬순 강도에 의해 조절되었다. 장마기에 이온희석의 지표로 사용되는 전기전도도와 총인, 총질소와 같은 영양염류들의 경우 강우량과 역 상관관계 (|r|> 0.32, P< 0.01, n=119)를 보였으나, 생물학적 산소 요구량과 화학적 산소요구량의 경우에는 강우분포와 통계학적 유의성 (p>0.05, n=120)을 보이지 않았다. 총인, 총질소 및 전기전도도는 대부분 장마 중인 7 ${\sim}$ 8월에 최소값을 보였는데, 이는 강우에 의해 오염물질이 희석되기 때문으로 사료되었다. 반면, 총부유물의 유입은 하절기 몬순 동안에 최대치를 보여 이온 감소와는 대조적인 특성을 보였다. 생물학적 산소요구량의 계절적 변화패턴은 화학적 산소요구량과 유사한(r.=0.592, P<0.01)양상을 보였으며, 마찬가지로 총질소의 변차패턴 또한 총인과 유사한 (.=0.529, P<0.01) 양상을 보였다. 용존산소량의 계절별 변화에 따르면, 수온이 낮은 겨울에 최대값을 보이며 온도가 높은 여름에 최소값을 보여 수온과의 역 상관관계를 보였다. 지점별 변화 패턴 분석에 따르면, 전기전도도를 제외한 총인, 총질소, 생물학적 산소요구량, 화학적 산소요구량 및 총부유물은 상류 및 하류역 보다 중류역에서 높은 농도를 보인 반면, 전기전도도의 경우에는 하류역에서 높은 농도를 보였다. 특히, 총인, 총질소, 생물학적 산소요구량 및 화학적 산소요구량은 지점 4(광주 2)에서 급격히 악화되는 양상을 보였으며, 이는 광주도심으로부터 유출되는 가정하수 및 인접한 공단에서 배출하는 폐수유입에 의한 영향으로 사료되었다. 따라서, 영산강의 수질 개선을 위해서는 이런 도심지역의 오염부하 저감을 통한 효율적 수질관리가 요구된다.

동아시아 해역 해수면 순열속의 장기 변동 특성 (Characteristics of Long-term Variability of the Net Heat Flux on the Sea Surface in the East Asian Marginal Seas)

  • 이성욱;나정열
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제5권2호
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    • pp.86-94
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    • 2000
  • 동아시아 해역에서의 해양-대기 상호 작용의 장기 시 ${\cdot}$ 공간 변동 특성을 이해하기 위해 1978년부터 1995년까지 18년간 12시간 간격으로 연속적으로 산출된 해수면 순열속 자료를 이용하여 경험적 직교함수 분석을 하였다. 전체분산의 73%에 해당하는 3개 모드중, 1년 주기성이 우세한 제 1모드는 황해 산동반도 부근과 동해 중앙부 및 북동부 해역에서 변동이 크게 나타났다. 남쪽과 북쪽이 쌍극자형의 공간적 변동 양상을 보이는 제 2모드에서는 3.6년과 2.3년의 주기성이 우세하게 나타났다. 제 2모드 시간계수는 엘니뇨와 밀접한 관련이 있는 것으로 판단되며 태평양 동부 적도 해역의 해수면 수온 변동과는 반대 위상을 가지며 4개월의 시간 차이를 갖는 것으로 나타났다. 동쪽과 서쪽이 쌍극자형의 변동성을 갖는 제 3모드에서는 6-9년 주기의 성분이 다른 모드에 비해 뚜렷이 나타났다. 또한 산동반도 남부해역과 블라디보스톡 외해에서는 겨울철 열 손실이 800W/$m^{2}$가 넘는 강한 열손실이 발생하는 경우가 빈번하며 산동반도 남부 해역에서의 발생 빈도가 블라디보스톡 남부해역보다 약 2배 정도 많은 것으로 나타났다. 발생 시기는 블라디보스톡 외해에서는 1월에 주로 발생하는 반면 산동반도 남부에서는 12월과 1월에 걸쳐 나타나는 차이를 보였다.

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음주운전사고 발생위치의 임의성 검증 (Verifying the Voluntariness of the Location of Drunk Driving Accidents)

  • 남광우;강인주
    • 한국지리정보학회지
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    • 제10권2호
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    • pp.129-138
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    • 2007
  • 음주운전사고는 1990년 7,303건에서 매년 꾸준히 증가하여 2004년에 25,150건으로 1990년에 비해 4배 가까이 증가하였으며 음주운전사고가 전체교통사고에서 차지하는 비율 또한 1990년 2.9%에서 2003년 13.3%로 증가하였다. 특히, 이로 인한 사상자 비율도 매년 증가추세에 있다. 지금까지의 음주운전사고 관련 연구들은 심리적 결정요인 분석과 음주운전자 개인 특성 및 음주운전사고의 유형분류에 대한 연구들이 주를 이루어 음주사고의 발생위치에 대해서는 임의적으로 발생하는 것으로 판단하고 있다. 본 연구는 공간적 관점에서 음주운전사고가 일정한 요인들과 상관관계가 있을 것으로 가정하고 사고다발지역, 주점위치, 자택과의 거리와 같은 공간적 요인과의 상관성 분석 및 음주운전사고의 밀도분포도 작성, 사고발생시간 정보 결합 등을 통해 시공간적 분포 특성을 분석하였다. 이를 위해 관련 자료의 개별위치정보를 구축하여 GIS데이터 형태로 작성한 후 커널 밀도함수를 활용한 밀도 분포도 작성 및 지역일치도 계수 산출 등을 통해 분석을 실시하였으며 그 결과 음주운전사고가 공간적 요인들과도 일정한 상관관계를 보이고 있는 것으로 나타났다.

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사용자 중심의 기후변화 시나리오 상세화 기법 개발 및 한반도 적용 (User-Centered Climate Change Scenarios Technique Development and Application of Korean Peninsula)

  • 조재필;정임국;조원일;황세운
    • 한국기후변화학회지
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    • 제9권1호
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    • pp.13-29
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    • 2018
  • This study presented evaluation procedure for selecting appropriate GCMs and downscaling method by focusing on the climate extreme indices suitable for climate change adaptation. The procedure includes six stages of processes as follows: 1) exclusion of unsuitable GCM through raw GCM analysis before bias correction; 2) calculation of the climate extreme indices and selection of downscaling method by evaluating reproducibility for the past and distortion rate for the future period; 3) selection of downscaling method based on evaluation of reproducibility of spatial correlation among weather stations; and 4) MME calculation using weight factors and evaluation of uncertainty range depending on number of GCMs. The presented procedure was applied to 60 weather stations where there are observed data for the past 30 year period on Korea Peninsula. First, 22 GCMs were selected through the evaluation of the spatio-temporal reproducibility of 29 GCMs. Between Simple Quantile Mapping (SQM) and Spatial Disaggregation Quantile Delta Mapping (SDQDM) methods, SQM was selected based on the reproducibility of 27 climate extreme indices for the past and reproducibility evaluation of spatial correlation in precipitation and temperature. Total precipitation (prcptot) and annual 1-day maximum precipitation (rx1day), which is respectively related to water supply and floods, were selected and MME-based future projections were estimated for near-future (2010-2039), the mid-future (2040-2069), and the far-future (2070-2099) based on the weight factors by GCM. The prcptot and rx1day increased as time goes farther from the near-future to the far-future and RCP 8.5 showed a higher rate of increase in both indices compared to RCP 4.5 scenario. It was also found that use of 20 GCM out of 22 explains 80% of the overall variation in all combinations of RCP scenarios and future periods. The result of this study is an example of an application in Korea Peninsula and APCC Integrated Modeling Solution (AIMS) can be utilized in various areas and fields if users want to apply the proposed procedure directly to a target area.

벼논에서 open-path와 closed chamber 방법 간 메탄 배출량 비교 (Comparison of CH4 Emission by Open-path and Closed Chamber Methods in the Paddy Rice Fields)

  • 정현철;최은정;김건엽;이선일;이종식
    • 환경생물
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    • 제36권4호
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    • pp.507-516
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    • 2018
  • 벼재배 논에서 온실가스 측정을 위해 사용되는 closed 챔버법은 시 공간적으로 변동 폭이 큰 메탄 플럭스를 측정하는 데는 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 메탄플럭스 측정에 있어 에디공분산을 기반으로 하는 open-path 방법과 closed 챔버법을 비교분석하였다. 벼 재배 기간 중 메탄 플럭스 변동은 두 방법 모두 비슷한 경향을 보였고 closed 챔버를 이용한 메탄 측정 시간대의 값은 open-path 측정에 의한 값과 고도로 유의한 상관을 보였다. 다만 총배출량에 있어서 두 측정 방법 간에 나타난 약 31%의 차이가 발생했는데 이는 closed 챔버법에 따른 과다 측정과 open-path에 의한 과소측정으로 생각해 볼 수 있다. 정확한 원인 분석을 위해서 향후에도 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

SWAT 모형을 이용한 미래 기후변화 및 토지이용 변화에 따른 안성천 유역 수문 - 수질 변화 분석 (II) (Assessment of Future Climate and Land Use Change on Hydrology and Stream Water Quality of Anseongcheon Watershed Using SWAT Model (II))

  • 이용준;안소라;강부식;김성준
    • 대한토목학회논문집
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    • 제28권6B호
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    • pp.665-673
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    • 2008
  • 본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 (I)연구에서 기구축된 현재의 유역 수문환경 조건을 활용하여 미래수문환경에 따른 유역 수문-수질 변화 분석하는데 목적이 있다. 미래의 수문자료 중 기후변화 시나리오는 Downscaling된 GCMs 자료를 이용하였으며, 미래 토지이용 시나리오는 미래 토지이용 예측 기법인 개선된 CA-Markov 기법으로 분석하여 구축하였다. 그 결과 미래의 토지이용 시나리오에 따라 주거지와 나지 등의 도시지역의 꾸준한 증가와 산림과 농경지 등의 감소가 예측되었고 미래의 기후변화 경우 강우의 변동성이 커 현재보다 더욱 더 기후변화의 대응전략이 필요할 것으로 판단된다. 미래 토지이용 시나리오와 기후변화 시나리오를 결합한 미래의 수문환경을 30-40년 주기로 나누어 장기적인 미래의 특정기간에 대한 자료를 가지고 수문 변화 분석을 실시한 결과, 강우에 의해 양상이 변할 수 있으며 그에 따라 영양물질의 부하량 또한 Sediment는 120%, T-N은 16%, T-P는 10% 증가할 수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 수문환경의 전반적인 변화에 따른 유출 영향의 평가가 필요하다고 판단되고 향후 수자원 분배와 물자원 관리와 기후변화 적응전략을 수립하는데 있어 본 연구가 도움이 될 것이라고 판단한다.

분포형 수문모형 WRF-Hydro와 기상수치예보모형 GDAPS를 활용한 고해상도 중기 유량 예측 (High-resolution medium-range streamflow prediction using distributed hydrological model WRF-Hydro and numerical weather forecast GDAPS)

  • 김소현;김보미;이가림;이예원;노성진
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제57권5호
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    • pp.333-346
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    • 2024
  • 수량과 수질 및 수생태를 동시에 고려한 수자원 관리를 위해서는 신뢰도 높은 중기 유량 예측 기술이 필수적이다. 이를 위해서는 기상자료의 특성에 대한 이해와 더불어, 시공간 해상도가 낮은 기상예측 정보를 고해상도 분포형 수문모형에서 효과적으로 활용하는 기술이 중요하다. 본 연구에서는 분포형 수문모형 WRF-Hydro와 선행시간 288시간까지의 기상정보를 제공하는 Global Data Assimilation and Prediction System (GDAPS)를 활용해 고해상도 중기 유량 예측을 수행하고 적용성을 검토하였다. 이를 위해 대상 유역인 낙동강 지류 금호강 유역에 대해 100 m 공간해상도의 WRF-Hydro모형을 구축하고 기상지상관측자료 Automatic Weather Stations (AWS)& Automated Synoptic Observing Systems (ASOS), 기상수치예보모형 GDAPS, 기상재분석자료 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)를 입력자료로 적용한 유량 예측 모의 결과를 비교하였다. 2020~2022년 기간 3개의 강우사상에 대해 유역 평균 누적 강우량을 분석 결과, AWS&ASOS대비 GDAPS는 36%~234%, GLDAS 재분석자료는 80%~153% 범위의 과소 및 과대 산정되었음을 확인하였다. AWS&ASOS입력자료로 한 유량 예측 결과는 KGE, NSE지표가 유역 말단 강창교 지점 기준 0.6이상이었으나, GDAPS 기반 유량 모의는 강우 사상에 따라 KGE 값이 0.871~-0.131로 큰 변동성이 확인되었다. 한편, 첨두 유량 오차는 GDAPS가 GLDAS보다 크거나 비슷했지만, 첨두 홍수 발생시간의 오차는 AWS&ASOS, GDAPS, GLDAS가 각각 평균 3.7시간, 8.4시간, 70.1시간으로, 첨두 발생시간 측면에서는 GDAPS의 오차가 GLDAS보다 적었다. GDAPS를 입력자료로 한 WRF-Hydro 고해상도 중기 유량 예측은 첨두 유량의 불확실성은 크지만, 첨두 유량 발생시점에 대한 정확도는 상대적으로 높아 수자원 시설 운영에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

유역 유출과정과 지하수위 변동을 고려한 분포형 지하수 함양량 산정방안 (Estimation of Groundwater Recharge by Considering Runoff Process and Groundwater Level Variation in Watershed)

  • 정일문;김남원;이정우
    • 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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    • 제12권5호
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    • pp.19-32
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    • 2007
  • 우리나라에서 대표적으로 사용되어 온 지하수 함양량 산정방법은 지하수 감수곡선에 의한 기저유출분리법, 유역내의 집중형 개념모형에 의한 물수지 분석, 그리고 지하수위 변동곡선법으로 대별된다. 지하수 함양량은 기후조건, 토지이용 그리고 수문지질학적 불균질성에 따르는 시공간적인 변동성을 나타내므로 전술한 방법들은 이같은 특성을 다루기에는 많은 제약을 가진다. 이 같은 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 통합 지표수-지하수 모형인 SWAT-MODFLOW로부터 얻어진 물수지 성분을 기초로 한 새로운 함양량 추정방법을 제시하고자 한다. 하천변에 위치한 지하수위는 하천흐름과 유사한 동적변화를 나타내는 반면 보다 상류부에 위치한 지하수위는 강수에 대하여 일정한 지체현상을 나타낸다. 이와 같은 지하수위 변동의 특징은 함양의 물리적 특성과 관련되므로 이 같은 현상을 설명하기 위해서는 토양층을 통과한 물이 대수층 함양에 도달하는데 걸리는 시간적 지체를 설명하는 것이 필요하다. SWAT 모형에서는 주어진 날에 대해 물이 토양층을 통과하여 대수층으로 함양되는 과정을 설명하기 위해 지수형태의 감쇠가중함수를 가진 단일 저수지 저류 모듈을 사용한다. 그런데 이 모듈은 지체시간이 긴 경우나 추정된 함양의 시계열이 지하수위 시계열과 잘 맞지 않는 제한 사항을 가지므로, 본 연구에서는 비포화대를 통과하는 시간 지체를 보다 현실적으로 반영할 수 있는 다단 저수지 저류 추적 모듈을 개발하여 SWAT모형에 탑재하였으며, 이 모듈내의 시간지체와 관련된 매개변수는 관측지하수위와 모의 함양량의 상관관계를 검토함으로써 최적화가 이루어지도록 하였다. 본 연구방법의 최종 단계는 모의 지하수위와 관측 지하수위, 그리고 관측 유역유출량과 모의 유출량을 검증함으로써 종결된다. 새롭게 제안된 방법을 우리나라 미호천 유역에 적용하여 지하수 함양량의 시공간적 분포를 추정하였는데 제시된 방법이 유역 모형의 효율성과 지하수위 변동법의 정확성이라는 장점을 모두 가진 방법이어서 추정된 일 함양량은 수리지질학적 불균질성, 기후조건, 토지이용과 토양층과 대수층의 거동까지 반영한 매우 개선된 값으로 판단된다.