SWAT 모형과 앙상블 기법을 이용한 안동댐 유입량 예측

Abstract

현대 사회는 도시화와 인구증가로 인해 인명과 재산의 집중현상이 심화되고 있다. 이런 현대 사회에서 효율적인 물 관리의 중요성과 함께 가뭄 및 홍수 등 물과 관련된 재해 예방의 중요성이 높아지고 있다. 정확한 수문예측과 적절한 수자원 관리는 중요한 사회유지 요소로 인식되고 있으며, 유량 예측은 수자원 계획과 관리에 중요한 요소 중 하나이다. 국내에서는 유량예측을 위해 유전자 알고리즘이나 지하수감수곡선 분석 등을 이용해 왔으며, 대표적인 중·장기 유량예측 기법으로 앙상블 유량예측(ESP : Ensemble Streaflow Prediction)기법을 사용하였다. 앙상블 유량예측은 미래 재현 가능한 과거 기상자료를 이용하여 유량을 예측하는 기법으로 예측을 확률적으로 나타내고 평가한다. 또한 축적된 자료의 양이 충분하다면 적용 지역에 제약을 받지 않는 장점이 있다. 본 연구에서는 앙상블 예측기법과 SWAT 모형을 이용하여 안동댐의 월별 및 순별 유입량을 예측하고 평가하는데 그 목적이 있다. 앙상블 예측기법은 물리적 기반의 강우-유출모형에 기상앙상블을 입력하고 그에 따른 유량앙상블을 이용하는 것으로 강우-유출모형으로는 중·장기 일 단위 모의가 가능한 SWAT 모형을 사용하였다. 안동댐의 유입량을 모의하기 위하여 안동댐유역 출구점을 안동댐으로 설정하였으며, 그에 따라 전체 12개 단위유역 중 11개 단위유역에 해당하는 면적을 대상유역으로 설정하였다. 예측기간은 2011년 7월부터 9월까지 각월의 월별 및 순별에 대한 유입량을 예측하였으며, 강우-유출 모형으로 생성된 유입량 앙상블의 확률적 분석을 통하여 예측 정확도를 평가하였다. 과거 재현가능 한 기상 시나리오 중 재현가능성이 높은 시나리오에 가중값을 부여하는 방법으로는 모든 시나리오에 동일한 가중값을 부여하는 균일 가중값 부여방법, 기상청 강우예보자료를 활용한 PDF-Ratio 가중값 부여방법 및 기상청 강우예보자료와 과거 강우 발생 빈도를 함께 활용한 수정 PDF-Ratio 가중값 부여방법을 사용하였다. 본 연구의 안동댐 2011년 7월부터 9월까지 월별 및 순별의 유입량 예측 정확도 및 RPS를 평가한 결과 균일 가중값 부여방법은 정확도의 편차가 안정적이며 예측정확도는 평균 36.33%로 예측이 우수한편이라고 사료된다. PDF-Ratio 가중값 부여방법의 경우 기상청 강우예보와 실제 강우가 동일하다면 최고 96.20%의 매우 높은 정확도를 보였으나 상이하다면 매우 낮아져 편차가 크다. RPS또한 강우예측과 실제 강우의 차이에 따라 편차가 크게 산정되었다. 반면, 수정 PDF-Ratio 가중값 부여방법의 경우 기상청 강우예보가 실제와 상이한 경우 PDF-Ratio 방법보다 예측정확도가 높으며, RPS 또한 우수한 결과가 산정되었다. 특히 7월부터 9월까지 모든 월 예측이 우수하게 분석되었다.