기후 변화에 따른 소양호 탁수 거동에 대한 분석

Abstract

본 연구의 목적은 비점오염원 관리지역인 소양호에 대하여 유역모델과 호소모델을 연계 적용하여 그 적용성을 평가하고, 기후 변화 시나리오를 적용하여 그에 따른 유역의 장기적인 비점오염원 유출 특성 예측 및 호내 부유물질 거동을 분석하는 것이다. 소양호 유역은 상류 유역에 산재되어 있는 고랭지밭과 목축 시설로 인하여 하절기 집중 강우시 많은 양의 토사가 일시에 호내로 유입되어 수개월씩 체류하면서 하류 하천으로 방류되는 현상이 나타난다. 이는 수생태계에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 하류 하천의 수자원 이용에 막대한 지장을 초래하고 있다. 이에 따라 환경부는 2007년 8월 소양호 유역을 비점오염원 관리지역으로 지정하여 다양한 비점오염원 저감 정책을 시행하였으나, 상류 유역의 탁수 발생 현상이 개선되지 않아 2015년 10월 소양호 상류에 위치한 만대, 가아, 자운지구를 비점오염원 관리지역으로 재지정하였다. 최근 기후 변화에 따라 몬순 지역의 강우 강도 및 패턴에 변화가 발생하고 있으며, 이는 극단적인 강우 사상의 증가를 야기시킬 수 있다. 극한 수문사상의 규모 및 강도 변화는 강우시 유역의 비점오염원 유출량을 증가시켜 저수지의 수질에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 특히, 비점오염원으로 인한 수질 오염 문제가 심각한 비점오염원 관리지역의 경우 그에 따른 영향을 더욱 크게 받을 것으로 예측된다. 따라서 비점오염원 관리지역의 지속가능한 탁수 관리 정책을 수립하기 위하여, 기후 변화에 따른 비점오염원 관리지역의 유역 유출 및 호내 탁수 거동을 예측∙분석할 필요성이 있다. 본 연구에서는 유역모델(HSPF)와 호소모델(CE-QUAL-W2)를 연계하여 통합 모델링 시스템을 구축하였다. 유역모델(HSPF)의 보검정 결과, 소양호 내로 유입되는 유량 및 SS(Suspended solids)의 전반적인 시계열 추세를 잘 재현하였다. 호소모델(CE-QUAL-W2)의 보검정 결과, 소양호의 수위 및 수온, 탁수로 인하여 형성되는 중층 밀도류의 분포를 적절히 재현하고 있음을 확인하였다. 구축된 모델에 기후 변화 시나리오를 적용하여 근미래(2020s), 중미래(2040s)로 구분하여 수온과 탁도 변화를 모의하였다. 수온의 경우, 표층 수온이 심층 수온보다 더 크게 증가하며, 그로 인한 여름철 성층 현상의 강화로 인하여 호내 성층이 근미래에서 중미래로 갈수록 낮은 층에서 형성되었다. 호내 탁도는 강우량 및 강우 강도에 의하여 호내 분포가 급격히 바뀜에 따라, 각 시나리오별 최대 강우 사상에 따른 호내 탁도 분포를 모의하였다. 중층 밀도류는 근미래 기간보다 중미래 기간에 낮은 층으로 이동하였으며, 시간이 지남에 따라 강우 유입수가 댐 앞에 도달하는 시간이 느리며, 오랫동안 잔류한다는 사실을 확인하였다. 기후 변화에 따른 극한 수문사상의 강도 및 빈도 변화는 유역의 토사 유실을 가속화시켜 고농도의 탁수를 호내로 유입시킬 수 있으며, 유입된 고탁수는 중층에서 더욱 오래 잔류할 것으로 예측된다. 따라서 이를 대비하기 위하여 탁수 발생 후 대책뿐만 아니라 유역 기반의 발생원 중심의 관리 정책을 시행하여 호내로 유입되는 토사를 저감하기 위한 지속가능한 대책이 필요하다.;In this study, we investigated the applicability of a modeling system of two-dimensional hydrodynamic water quality model coupled to a watershed model, and analyzed the long-term runoff characteristics of non-point sources and the behavior of suspended solids in the Soyang lake. Soyang lake watershed has the phenomenon of soil erosion and runoff discharging into the downstream at the time of intensive rainfall during the summer due to the highland agriculture and livestock facilities scattered in the upper watershed. This not only adversely affects the aquatic ecosystem, but also causes a significant obstacle to the use of water resources in downstream rivers. Accordingly, the Ministry of Environment designated the Soyang lake watershed as a nonpoint source management area in August 2007, but the turbidity in the upstream watershed was not improved. Therefore, in October 2015, the upstream watershed of Soyang lake (Mandae,Ga-a, and Jaun districts) have been reassigned as a nonpoint source management area. Due to the recent climate change, changes in rainfall intensity and patterns in the monsoon region have occurred, which can lead to an extreme increase in rainfall events. Changes in the magnitude and intensity of extreme hydrological events can significantly affect the water quality of lakes by increasing the outflow of non-point sources pollutants during rainfall. In particular, it is expected that non-point pollution management area suffering from the water pollution caused by non-point sources will be greatly affected by such hydrological changes. Therefore, in order to establish a sustainable management policy for non-point source pollution, it is necessary to predict and analyze the outflow of watershed and the behavior of turbid water in the lake according to climate change. The integrated modeling system by coupling with the watershed model (HSPF) and reservoir water quality model (CE-QUAL-W2) was applied to the study area. As a result of the calibration of the watershed model (HSPF), the flow rate and the SS (Suspended solids) concentration were well reproduced. In the case of reservoir model (CE-QUAL-W2), it was confirmed that the water level, water temperature, and turbid water in Soyang Lake was properly reproduced, representing the distribution of the dense interflow. By applying climate change scenarios to the constructed model, the changes in water temperature and turbidity were simulated by classifying them into the near future (2020s) and the mid future (2040s). In the case of water temperature, the thermocline formed in the lower layer from the near future to the middle future, due to the strengthening of the stratification phenomenon in summer. As a turbidity in the lake is greatly affected by the rainfall amount and intensity, the turbidity distribution in the lake was analyzed according to the maximum rainfall event in each scenario. It was confirmed that the middle-layer density flows migrated to the lower layer in the middle-future period than the near-future period, and the horizontal velocity of turbidity flow is slower and lasts over time. Changes in the intensity and frequency of extreme hydrological events due to climate change can accelerate the loss of sediment in the watershed, allowing high concentrations of turbid water to flow into the lake. Furthermore, it is predicted that the incoming turbid water will remain longer in the middle layer. Therefore, it is necessary to implement sustainable management practices to reduce non-point sources pollutants by implementing the in-lake practices and watershed management practices.