기후변화 연동 4대강 유역 지하수 함양량 예측 및 이용 가능량 산정 II

DC Field Value Language
dc.contributor.author 이정호 -
dc.date.accessioned 2017-07-05T01:35:37Z -
dc.date.available 2017-07-05T01:35:37Z -
dc.date.issued 20101231 -
dc.identifier A 환1185 녹색2010-18 -
dc.identifier.uri http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/19515 -
dc.identifier.uri http://library.kei.re.kr/dmme/img/001/003/001/녹색2010-18_(이정호)[1].pdf -
dc.description.abstract Coupled Model Development between Groundwater Recharge Quantity and Climate Change in River Watershed II Global climate change is destroying the water circulation balance by changing rates of precipitation, recharge and discharge, and evapotranspiration. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC 2007) makes "changes in rainfall pattern due to climate system changes and consequent shortage of available water resource" a high priority as the weakest part among the effects of human environment caused by future climate changes. Groundwater, which occupies a considerable portion of the world's water resources, is related to climate change via surface water such as rivers, lakes, and marshes, and "direct" interactions, being indirectly affected through recharge. Therefore, in order to quantify the effects of climate change on groundwater resources, it is necessary to not only predict the main variables of climate change but to also accurately predict the underground rainfall recharge quantity. In this study, the authors selected a relevant climate change scenario, this study was to develop future climate scenario using spatially fine grained regional climate model (RCM: Regional Climate Model) based on the IPCC global climate model (GCM: Global Climate Model), and utilize the results thereof for development of climate change. Measured data utilized in the past climate data (1971-2000), future climate change scenarios(A1B), select the KMA-RCM(Korea Meteorological Administration-Regional Climate Model) results and the 1km DEM were used. Research areas throughout the South Korea, study period is from 1971 to 2100, and the monthly data. Generated items maximum, minimum and mean temperatures and rainfall are. Spatial resolution of 1km * 1km was constructed. Weather data for rainfall and temperature with the period between 1971 and 2100 was used in this study. Actual observation data from the Korea Meteorological Administration from 1970 to 2000 was used and the weather data obtained from the SRES A1B scenario was used for the data between 2001 and 2100. The 30-year observation and prediction averages were used in order to promote efficiency in processing the enormous amount data. and extracted future temperature and rainfall changes. By using data on temperature, rainfall, soil, and land use, the groundwater recharge rate for the research area was estimated by period and embodied as geographic information system (GIS). With regard to the study area, average temperature and accumulated rainfall were calculated as 11.69℃ and 1,018.04mm between 1970 and 2000, 12.59℃ and 981.04mm between 2001 and 2030, 13.79℃ and 1,222.49mm, between 2031 and 2050, and 15.511℃ and 1,192.03mm between 2051 and 2100, respectively. With regard to the groundwater recharge quantity, the climate data obtained according through the above-mentioned process was used as input data, and the soil map organized for calculation of CN values was used, and the data provided by USGS and EPA was used for the material properties of the soil. In order to calculate the groundwater recharge quantity, Visual HELP3 software was usedand the physical properties of weather, temperature, and soil layers were used as data. The recharge quantity for the study area between 1971 and 2100 was calculated to correspond with the data for climate change at percentage : 27.38% ween 1971 and 2000, 27.43% between 2001 and 2030, 26.06% between 2031 and 2050, and 27.88% between 2051 and 2100, respectively. General changes to water circulation due to climate change have already been predicted. In order to systematically solve problems associated with how the groundwater resource circulation system should be reflected in future policies pertaining to groundwater resources, it may be urgent to recalculate the groundwater recharge quantity and consequent quantity for using via prediction of climate change in Korea in the future and then reflection of the results. The space-time calculation of changes to the groundwater recharge quantity in the study area may serve as a foundation to present additional measures for the improved management of domestic groundwater resources. -
dc.description.tableofcontents 제1장 서 론 <br> <br> <br> <br>1. 연구의 배경 및 필요성 <br> <br>2. 연구의 목적, 내용 및 방법 <br> <br> <br> <br>제2장 1차년도 개발 방법론 및 모델 보정 <br> <br> <br> <br>1. 1차년도 연구 결과 요약 및 문제점 도출 <br> <br>2. 적정 기후변화 시나리오 선정 <br> 가. IPCC 기후변화 시나리오 제공 및 분류 <br> 나. 기후변화 시나리오별 정의 및 구분 <br> 다. 대기-해양 대순환 모델과 기후변화 시나리오 연계 분석 <br> <br>3. 지역기후모형 규모 상세화 기법의 정합성 및 고도화 <br> 가. 스케일 상세화 기법의 이론적 고찰 <br> 나. 기후변화 시나리오 스케일 상세화 <br> 다. 미래 기후변화 시나리오 분석 <br> <br>4. 경사도를 고려한 유출곡선지수(CN) 산정 <br> 가. 낙동강 유역의 수문학적 토양 그룹 분류 <br> 나. 낙동강 유역의 유출곡선지수 산정 <br> 다. 낙동강 유역의 유출곡선지수 보정 <br> <br> <br> <br>제3장 자료 확보 및 분석 <br> <br> <br> <br>1. 연구 지역 개요 <br> <br>2. 연구 지역 토지피복, 지질, 식생 관련 공간지리정보 확보 <br> 가. 낙동강 본류 유역의 임상 <br> 나. 낙동강 본류 유역의 지질 및 토양 <br> 다. 낙동강 본류 유역의 토지피복 <br> <br> <br> <br>제4장 기후모델 연동 지하수 함양 및 이용가능량 산정 <br> <br> <br> <br>1. 미래 기후변화 시나리오 분석에 따른 낙동강 유역 기후사상 변화 결과 <br> <br>2. 시간에 따른 강수량, 기온, 지표수 유출, 지하수 함양률 변화 <br> 가. 낙동강 본류 권역의 지하수 함양 변화 <br> 나. 낙동강 유역별 지하수 함양 변화 <br> 다. 국가 지하수 관리 기본계획상의 낙동강 유역별 지하수 함양량 <br> <br>3. 유역 내 기저유출량 분석에 의한 결과 검증 <br> 가. 기저유출의 이론적 배경 <br> 나. 기저유출 분리 방법 <br> 다. 기저유출량 산정 <br> <br> <br> <br>제5장 결론 및 제언 <br> <br> <br> <br>1. 연구 결과 요약 <br> <br>2. 1차년도 연구 결과 요약 및 문제점 도출 <br> <br>3. 결론 및 -
dc.description.tableofcontents <br> 제1장 서 론 <br> 1. 연구의 배경 및 필요성 <br> 2. 연구의 목적, 내용 및 방법 <br> 제2장 1차년도 개발 방법론 및 모델 보정 <br> 1. 1차년도 연구 결과 요약 및 문제점 도출 <br> 2. 적정 기후변화 시나리오 선정 <br> 가. IPCC 기후변화 시나리오 제공 및 분류 <br> 나. 기후변화 시나리오별 정의 및 구분 <br> 다. 대기-해양 대순환 모델과 기후변화 시나리오 연계 분석 <br> 3. 지역기후모형 규모 상세화 기법의 정합성 및 고도화 <br> 가. 스케일 상세화 기법의 이론적 고찰 <br> 나. 기후변화 시나리오 스케일 상세화 <br> 다. 미래 기후변화 시나리오 분석 <br> 4. 경사도를 고려한 유출곡선지수(CN) 산정 <br> 가. 낙동강 유역의 수문학적 토양 그룹 분류 <br> 나. 낙동강 유역의 유출곡선지수 산정 <br> 다. 낙동강 유역의 유출곡선지수 보정 <br> 제3장 자료 확보 및 분석 <br> 1. 연구 지역 개요 <br> 2. 연구 지역 토지피복, 지질, 식생 관련 공간지리정보 확보 <br> 가. 낙동강 본류 유역의 임상 <br> 나. 낙동강 본류 유역의 지질 및 토양 <br> 다. 낙동강 본류 유역의 토지피복 <br> 제4장 기후모델 연동 지하수 함양 및 이용가능량 산정 <br> 1. 미래 기후변화 시나리오 분석에 따른 낙동강 유역 기후사상 변화 결과 <br> 2. 시간에 따른 강수량, 기온, 지표수 유출, 지하수 함양률 변화 <br> 가. 낙동강 본류 권역의 지하수 함양 변화 <br> 나. 낙동강 유역별 지하수 함양 변화 <br> 다. 국가 지하수 관리 기본계획상의 낙동강 유역별 지하수 함양량 <br> 3. 유역 내 기저유출량 분석에 의한 결과 검증 <br> 가. 기저유출의 이론적 배경 <br> 나. 기저유출 분리 방법 <br> 다. 기저유출량 산정 <br> 제5장 결론 및 제언 <br> 1. 연구 결과 요약 <br> 2. 1차년도 연구 결과 요약 및 문제점 도출 <br> 3. 결론 및 제언 <br> 참고 문헌 <br> Abstract -
dc.format.extent 149 p. -
dc.language 한국어 -
dc.publisher 한국환경정책·평가연구원 -
dc.title 기후변화 연동 4대강 유역 지하수 함양량 예측 및 이용 가능량 산정 II -
dc.type 녹색성장연구 -
dc.title.original Coupled model development between groundwater recharge quantity and climate change in river watershed II -
dc.title.partname 녹색성장연구보고서 -
dc.title.partnumber 2010-18 -
dc.description.keyword 물환경 -
dc.description.bibliographicalintroduction 국문요약 IPCC(2007)는 미래 기후변화로 인한 인간 환경의 영향 중 가장 취약한 부문으로 ‘기후시스템 변화로 인한 강수 패턴의 변화와 그로 인한 가용 수자원의 부족’을 최우선으로 선정하였다. 그러므로 하천이나 호수, 지하수, 산악 빙하 등 담수의 형태에 상관없이 ‘자연적으로 깨끗한 물’을 누가 먼저, 많이, 지속적으로 확보하느냐에 수자원 관리의 핵심이 달려 있을 것으로 전망된다. 수자원의 큰 축을 차지하는 지하수는 하천과 호소 같은 지표수 수자원과 ‘직접적인’ 상호 작용을 통해 기후변화와 관련성을 가지며, 강수의 함양 과정을 통해 간접적인 영향을 받는다. 그러나 지하수의 경우, 강우 침투에 의한 함양 및 유출에 소요되는 시간이 지표수보다 길어 강우 사상 변화와의 직접적인 연관관계를 즉각적으로 산정하는 것은 사실상 무의미하다. 이러한 사유로 지하수는 양적 변화가 발생하지 않는 것으로 치부하기 쉽다. 그러나 지하수 수자원은 가뭄 및 홍수 등의 기후 사상에 직접 노출되어 있고 이에 대한 민감도도 크기 때문에, 지표수 수자원과 마찬가지로 기후변화에 대한 취약성 관련 연구가 체계적으로 진행되어야 한다. 이에 본 연구진은 「기후변화 연동 4대강 유역 지하수 함양 및 이용가능량 산정 기법 개발(I)(이정호 외, 2009)」 연구를 통해 기후 사상 변화 요소 및 토양의 수문학적 특성, 강우 침투 등과 상호 연동 가능한 지하수 함양량 산정 모델링 기법을 개발?적용하여, 향후 100년간의 강우 패턴 변화에 따른 지하수 함양률 및 함양량을 산정한 바 있다. 이 연구는 미래 기후변화에 따른 지하수 함양량의 변화를 정량적으로, 시공간적으로 산정하였다는 데 의의가 있으나, 기후변화 사나리오의 스케일 상세화, 유출곡선지수(Curve Number, 이하 CN)의 현실성 반영 등과 같은 개선 방안의 필요성이 제기되었다. 이에, 본 연구에서는 1차년도에 이어 지역기후모형의 스케일 상세화 과정을 통해 고도성 및 정합성을 보강하고, 낙동강 유역의 지형적 특성을 고려하여 CN을 산정하는 등 지하수 함양에 영향을 미칠 수 있는 인자들에 대한 보정 후, 기후사상 변화에 따른 지하수 함양 양상을 예측하여 유역 내 지하수 수자원의 이용 계획 및 정책에 반영할 수 있는 도구를 제시하고자 하였다. 본 연구의 결과를 요약하자면, 다음과 같다. 첫째, 지하수 함양량 산정 기법을 고도화시키고자, IPCC의 미래 기후변화 시나리오 중 적정 시나리오를 선정하여 지역기후모형(RCM) 수준의 공간 해상도로 상세화시킬 수 있는 기법을 개발하였다. 스케일 상세화는 한반도와 같이 국토 규모가 작은 국가에서는 기후변화 연구에 있어 반드시 필요한 부분으로, 지역 및 시기적 제약을 줄이는 데 그 목적이 있다. 기상청 기후변화정보센터에서 제공하는 A1B 지역기후모형 결과를 바탕으로 스케일 상세화를 수행하였으며, 이 때 기상 관측 지점의 고도를 반영하고자 기온 및 강우 감률을 적용하여 보다 현실성 있는 미래 기후변화 예측 자료를 구축하였다. ○ 기온은 시간 경과에 따라 상승하였으며, 2030년 1월에 최저 기온을, 2100년 7월, 8월에 최고 기온을 기록하였다. ○ 강우 역시 시간 경과에 따라 증가하였으며, 2050년 및 2100년에서 급속히 증가하였다. 2030년 1월에 최저량(10.96mm)을, 2050년 7월 및 2100년 8월에 최고량을 기록하였다. 둘째, 지하수 함양량 산정 기법을 고도화시키고자, 스케일 상세화와 함께 CN을 개선시켰다. CN은 지하수 함양 산출을 위한 모델(HELP3)의 주요 입력 요소로, 연구지역의 토지이용 및 토양수문 현황을 파악할 수 있는 인자이다. 기존의 CN 산정 방법론은 토양의 수분과 유출률이 보통인 상태, 즉 평탄한 소규모 지역의 유출량을 산정하기 위해 개발된 방법론으로, 산간지역에서는 적용성이 낮다. 1차년도 방법론 역시 강우 손실 및 유출에 큰 영향을 미치는 지형적 경사도를 고려하지 않고 있어, 유역의 67% 이상이 산지로 구성된 본 연구지역의 경우 1차년도 방법론을 적용하여 CN을 산정하는 데 무리가 있다. 이에 Williams(1995)의 CN 산출식을 적용하여 지하수 함양량 산정 결과의 정확성 및 정밀성을 높이고자 하였다. ○ 경사도 보정 후, CN 값은 전체적으로 상승하였다. 특히, 25 초과 50 이하 구간에 속해 있던 CN 그룹이 50 초과 75 이하 구간으로 대거 이동하면서, 25 초과 50 이하 구간은 보정 후 27.05%에서 0.08%로 급감, 50 초과 75 이하 구간은 보정 후 15.71%에서 41.45% 급증하였다. 이러한 현상의 원인은 유역의 20% 이상을 차지하고 있는, 침투속도가 매우 높아 유출률이 낮은 수문학적 토양 그룹 A에 해당하는 활엽수, 혼효림 지대의 CN이 상승하면서 비롯된 결과로 사료된다. 셋째, 상기와 같은 과정을 거쳐 지하수 함양에 영향을 미치는 인자들에 대한 보정 작업 후, 낙동강 22개 중권역을 대상으로 기후 사상 변화에 따른 지하수 함양 및 이용가능 양상을 예측하였다. 각 유역 내 기초 행정구역 단위에서도 사용 가능한 지하수 함양 공간분포를 구현하였으며, 국지적 지역의 지하수 함양량 변화 및 거시적 지역 변화의 동시적 분석은 물론 향후 하천 유역 내 지하수 개발량 및 방향을 제시하였다. ○ 산정 결과, 지하수 함양량은 1970년 이후부터 2030년까지 증가(1970~2000년 지하수 함양률:27.37%, 2001~2030년 지하수 함양률:27.43%)하다가 2031~2050년까지 감소(2031~2050년 지하수 함양률:26.06%)하고, 2051년 이후 다시 증가(2051~2100년 지하수 함양률:27.88%)하는 것으로 나타났다. 이는 전체적인 미래예측 기후변화와 동일한 양상으로, 지하수 함양률은 강수량 변화에 민감하게 반응하는 것으로 분석되었다. CN에 따른 함양량 변화는 크게 영향을 받지는 않으나, 지수값이 불투수층에 가까운 지역일수록 함양률이 급격히 감소됨을 알 수 있었다. ○ 유역별 평균 함양량 분석 결과, 감천 유역이 높은 함양률(1970~2000년:30.87%, 2001~2030년:30.87%, 2031~2050년:29.29%, 2051~2100년:31.56%)을, 낙동고령 유역이 낮은 함양율(1970~2000년:23.80%, 2001~2030년:23.84%, 2031~2050년:22.73%, 2051~2100년:24.06%)을 기록하였다. ○ 기저유출 검증 결과, 낙동강 상류 일대 일부 유역에서 총 하천 유량에 대한 기저유출 비율은 최적 25%에서 최대 48%에 이르는 것으로 분석되었다. 기저유출이 지연된 지표하 유출 및 순수 지하수 유출의 합이고, 강우 사상에 대한 고려가 프로그램 내에 기 반영되어 있으므로, 유량 측정 지점의 지하수 유출은 최대 30% 35%에 이를 것으로 판단되며, 이는 지하수 함양률과 동일하다고 할 수 있다. 본 연구에서 산정된 낙동강 상류 유역의 지하수 함양률은 병성천 유역이 30%를 상회하며, 다른 상류 유역은 26~29%의 함양률 범위를 보였다. 이러한 지하수 함양률은 하천유량 자료를 통해서 수득된 낙동강 상류 지역의 기저유출률 범위 내에 모두 속하는 바, 본 연구에서 구한 지하수 함양률 분포가 충분히 합리적임을 알 수 있었다. ○ 향후 100년간 낙동강 유역의 강수량 변화 예측 결과, 연평균 최대 강수량은 2095년(1,609mm), 최소 강수량은 2098년(587mm)에 기록할 것으로 전망된다. 이에 따라 유역 서부 고투수성 퇴적암류 분포 지역에서는 2095년 지하수 함양률이 대부분 50%를 상회하였으며, 유역 전체 지하수 함양률도 37%를 상회하는 것으로 예측되었다. 반면에 2098년에는 유역 전체적으로 지하수 함양률이 14%를 상회하는 지역이 단 한곳도 없으며, 금호강 유역의 경우 유역 평균 지하수 함양량이 8% 이하인 것으로 예측되었다. 2098년처럼 연평균 강수량이 600mm 이하로 급감하면서 지하수 함양률이 10% 이하로 감소할 경우 사용량이 이용가능량을 초과하게 낙동강 유역의 지하수 수자원 고갈 상황이 발생할 수 있다. 최근 완료된 사회 ? 경제 여건 및 기후변화를 반영한 수자원장기종합계획 수정계획(2006~ 2020)에는 기존 사회 ? 경제 여건을 고려한 물 수요 예측에 부가하여, 미래 우리나라의 기후변화 양상을 고려한 물수요 예측을 반영하고 있으며, 극한 가뭄 등 첨두적 물 부하 발생시 지하수 수자원의 역할 비중이 매우 큰 것으로 언급하고 있다. 그러나 우리나라 지하수 수자원 관리의 핵심 계획인 국가지하수관리계획에는 기후변화에 따른 지하수 함양 특성 변화에 대하여 아직까지 언급되지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 대권역 유역 단위에서 미래 강수 패턴 예측 결과에 따른 지하수 함양 특성의 시공간적 변화를 거시적으로 파악하였다. 향후 2012년에 개정될 국가지하수관리계획에는 본 연구와 같이 중권역 유역별 지하수 함양의 시공간적 분포 특성을 미래 강수 예측 결과와 연동하여 시계열적 함양 변화를 언급하는 것이 필요하다. 이를 바탕으로, 현재 사용량 기준으로 미래 지하수 함양량 및 이용가능량이 기준을 충족하지 못하는 지하수 수자원 고갈 현상을 대비, 이에 알맞는 지하수 개발 정책을 수립하여 지하수 수자원의 효율적 사용을 도모해야 할 것이다. -
dc.contributor.authoralternativename Lee -
dc.contributor.authoralternativename Jung-Ho -
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Reports(보고서) > Green Growth(녹색성장연구)
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