단순개념모형을 활용한 기후변화 유량전망에 관한 연구

Abstract

국내의 기후변화에 의한 수자원 영향평가는 2000년대부터 활발히 진행되고 있다. 특히 금강유역을 대상으로 한 수자원 영향평가 사례가 많으나 동일 유역인데도 불구하고 매우 다른 결과들을 제시하고 있다. 이와 같이 기후변화 영향평가의 상이한 결과로 인해 관련 정책에 적용되지 못하고 연구에만 그치고 있는 실정이다. 따라서 수자원 영향평가의 가장 기본적인 유량 전망에 대해 유역 차원의 표준화된 시나리오를 산출하기 위해 노력해야 한다. 표준화된 유량 시나리오를 산출하기 위한 중요한 요소에는 강우-유출모형의 선정이 있다. 각 모형은 서로 다른 장·단점을 가지고 있기 때문에 연구 목적에 맞는 강우-유출 모형을 선정하는 과정은 매우 중요하다. 하지만 대부분 기후변화 특이성을 고려하지 않고, 편의성과 가용성을 기준으로 강우-유출모형을 선정하여 사용해왔다. 따라서 신뢰성 있고 표준화된 기후변화 영향평가를 위해 기후변화에 적합한 강우-유출모형의 적용성 검토 및 개선 연구가 필요하다. 기후변화 연구에서는 실시간 운영(real-time operations)이 아닌 유역수자원의 평가 및 장기 계획(planning)에 초점이 맞추어져 있어 변화 총량이 중요하며, 다양한 시나리오를 사용하여 입력자료에 이미 불확실성이 존재한다. 따라서 기후변화 연구에서는 불확실성이 적은 가능한 단순한 강우-유출모형이 적합할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 단순개념모형을 기후변화 연구에 적합한 모형으로 제시하고 기후변화 연구가 활발히 진행된 용담댐 유역을 대상으로 RCP 시나리오 기반의 미래 유량을 전망하였다. 이를 위해 구조적 복잡성이 다른 준분포모형인 SWAT 모형과 단순개념모형인 IHACRES 모형과 GR4J 모형을 이용하여 각각 미래 유량을 전망하고 결과를 분석하였다. 각 모형은 동일한 기상입력자료로 검·보정을 실시하였는데, 제한된 자료를 k-fold cross validation 기법을 이용하여 보정기간을 늘려 신뢰성을 높였다. SWAT 모형을 이용하여 용담댐 유역의 유량을 전망한 결과를 선행 연구와 비교해 본 결과 자료 및 모형 구축 과정이 복잡하여 같은 모형이여도 상이한 결과를 나타내었다. 반면, 단순개념모형들의 경우 유량 전망 결과의 차이가 적었다. 기후변화를 고려한 유량 전망에서는 기후변화 시나리오를 사용함에 있어서 이미 불확실성이 존재하므로 모형의 모의능력이 비슷하다면 가능한 불확실성이 적은 구조적으로 단순한 모형을 사용하는 것이 적합하다. 연구 결과, 용담댐 유역에 대한 단순개념모형들의 NSE가 0.8 정도로 매우 높게 나와 유출모의에 집중한다면 기후변화 연구에 단순개념모형을 활용하는 것이 추천된다. SWAT, IHACRES, GR4J 모형을 이용하여 용담댐 유역에 대해 과거기간 대비 미래 기간(2040s, 2080s)의 유량 변화는 비슷하게 전망되었다. RCP4.5 시나리오를 적용하였을 경우 2040s, 2080s에 평균적으로 22.2%, 44.0% 증가할 것으로 전망되었으며, RCP8.5 시나리오를 적용한 경우에는 2040s, 2080s에 평균적으로 각각 16.4%, 22.3% 증가할 것으로 전망되었다. 모든 모형의 결과에서 RCP4.5 시나리오를 적용하였을 경우 RCP8.5 시나리오를 적용하였을 경우보다 총유출량 증가율이 컸는데, 이는 RCP4.5 시나리오의 경우 RCP8.5 시나리오에 비해 강수량이 더 크게 증가하여 유효강수량이 크지만 기온은 더 적게 상승하여 증발산량이 더 적기 때문인 것으로 추정된다. 또한 계절별 유량을 분석하였을 때, 과거기간 대비 겨울철 유량 증가율이 큰 것으로 나타났다.