Case study: Runoff analysis of a mountain wetland using water balance method

1)

1. 서 론

습지는 지구 표면의 6%를 차지하며 전지구 탄소 순환에

†To whom correspondence should be addressed.

Landscape Architecture, Gyeongnam National University of science and Technology, Korea

E-mail: [email protected]

중요한 역할을 한다(IPCC, 1995; Sahagian and Melack, 1998; Ferrati, 2005). 또한 홍수조절, 해안선의 안정화, 생 물의 다양성 유지, 수질정화 이외에도 문화적 여가활동 및 관광 그리고 습한 시기에는 물을 흡수하고 건조한 시기에 는 방류하는 역할을 하기도 한다(Bucher, 1993). 하지만 최 근 기후변화로 인한 온도상승 및 불규칙한 강우 패턴으로 인해 습지의 기능을 보전하기 위한 충분한 유량이 유지되

물수지 방법을 이용한 산지습지의 유출 변동성 분석 - 금정산 장군습지를 대상으로 -

오승현･김정욱･채명병

･ 배영혜

김형수

인하대학교 토목공학과

*한국환경공단

**인하대학교 수자원시스템연구소

Case study: Runoff analysis of a mountain wetland using water balance method

Seunghyun Oh･Jungwook Kim･Myung-Byung Chae

･Younghye Bae+

･Hung Soo Kim Department of Civil Engineering, Inha University, Korea

*

Korea Environment Corporation, Korea

**

Institute of Water Resources System, Inha University, Korea

요 약

산지습지의 유량 변동을 분석하는 것은 산지습지의 지속적인 관리측면에서 매우 중요하다. 본 연구는 SWAT모형을 이용하여 경남 양산시의 금정산에 위치한 장군습지를 대상으로 물수지 분석을 수행하였다. 강우 및 습지 수위의 관측값을 분석한 결과, 습지 내 양(+)의 수위를 유지하기 위해서는 8일에 한번 10mm이상의 강수가 발생해야 하는 것으로 나타났다. 또한 양산 기상관측소의 수문기상 자료들을 이용하여 2009년에서 2017년까지 물수지 분석을 수행한 결과, 2010년, 2012년, 2015년에 강수량이 상대적으로 적게 내려 습지 내 물 부족이 발생하였다. 특히, 여름철에 강수가 지속적으로 발생하지 않고 단기간에 집중적으로 내려 바로 유출되었기 때문에 물 부족이 발생하는 것으로 분석되었다. 따라서 장군습지의 육화 및 건조화를 방지하기 위해 습지로 유입되는 물길을 확장하고, 작은 둑을 쌓아 물을 저장함으로써 유출되는 양을 감소시키는 등 적정 수위가 유지될 수 있도록 다양한 방안들을 마련하여야 할 것으로 판단된다.

핵심용어 : 장군습지, 물수지 분석, SWAT 모형

Abstract

It is very important to analyze water balance in the mountain wetland for the sustainable management of the wetland. In this study, the SWAT model was used to analyze the water balance of Janggun wetland located in Geumjeong mountain of Gyungnam province, Korea. The data such as rainfall and water level measured in Janggun wetland were used for water balance analysis and from the analysis we have known that the rainfall of 10mm within 8 days is required for maintaining an appropriate water level in Janggun wetland. Also, water balance analysis in the wetland for the period of 2009 to 2017 was performed by using hydro-meteorological data obtained from Yangsan weather station which is located around Janggun wetland. From the analysis results, we have known that the amount of rainfall was relatively small in 2010, 2012 and 2015 and water shortage was occurred in the wetland. Especially, water shortage was occurred during the summer that we had intensive rainfall for very short time and faster removal of the runoff from the wetland.

Therefore, we may need extend water courses from a wetland watershed to the wetland for preventing land-forming of the wetland and also store water by banking up the wetland for preventing the decrease of water level in the wetland.

Key words : Janggun wetland, Water balance analysis, SWAT model

지 못하고 육화되는 경우가 발생하고 있다.

습지에 필요한 유량이 유지되지 못하게 되면 습지의 기능 뿐만 아니라 식생변화, 수질저하, 수위저하 등 악영향을 끼 친다. 따라서 습지 내에 일정한 유량을 유지하기 위해서는 습지 유량을 파악하는 것은 필수적이다. 우선 유량 유지에 관한 연구내용을 살펴보면 Woo et al.(1998)은 하천생태계 중 물고기에 초점을 맞추어 서식처 환경 중 특히 수심과 유 속을 유지하기 위한 최소한의 유량을 산정하는 방법을 제 시하였다. Oh et al.(2005)은 우리나라에서 수위-유량 관 계곡선으로 홍수량을 추정했으나, 하천단면의 한 축에서의 점 유속을 이용한 유량추정 방법을 제안하였다. Kang et al.(2016)은 우리나라 하천유지유량 산정방법을 법과 제도 적 측면, 기술적 측면에서 살펴보았다.

물수지 분석을 수행한 연구를 살펴보면, Yang et al.(2007)은 소양강댐과 섬진강댐 유역을 대상으로 수문지 리학적 관점에서 기후변화 요인이 유역의 물수지 즉, 유역 의 유출률 변동에 영향을 미치고 있는지를 평가하였다.

Song et al.(2015)은 산지지역을 대상으로 제주도 동부권역 의 표선 유역 내 산지지역을 격자기반으로 구분한 후 수문 자료를 대상으로 공간분석 방법을 이용한 물수지를 재평가 하였다. Lee (2016)는 안성천 유역을 선정하여 기후변화를 고려한 미래 물 부족량 평가를 하였다.

물수지 방법은 지역이나 환경적인 요소에 의해 물수지 방 정식의 변형이 가능하다. 따라서 물의 유량에 민감한 습지 를 대상으로 한 연구를 살펴보면 다음과 같다. Grundling et al.(2016)은 아프리카 ISimangaliso에 위치한 Mfabeni Mire습지 공원을 대상으로 물수지 방법을 정량화하였으며, 하류 및 인접 생태계에 대한 정량화 및 미래의 물수지 변화 로 인해 발생할 수 있는 위험을 파악하였다. Sylwia et al.(2015)은 SWAT모형을 통해 폴란드 NNP(Narew National Park)습지의 물수지 분석을 수행하여 미래 습지 물 균형 상태를 예측하였다. Ottfried et al.(2012)은 폴란 드와 체코의 국경에 있는 엘베강 유역의 습지에서 물수지 와 수자원 관리를 시뮬레이션하기 위해 사용한 수문학적 모델인 WBalMo GLOWA-Elbe 모형을 이용하여 물수지 분석을 수행하였다.

산지습지를 대상으로 물수지 분석이 진행된 연구를 살펴 보면, Buytaertst et al.(2006)는 에콰도르에 위치한 안데스 산맥의 Paramo 산지습지를 대상으로 강우측정을 위해 3개 의 우량계와 V-notch를 설치하여 유량을 측정하였고, 물 수지 분석을 수행하여 물 부족량을 평가하였다. Yang and Choi(2009)는 신안 장도 산지습지를 대상으로 물수지 분석 을 하여 습지의 관리방안을 제시하였다. Kim (2010)은 물 수지 분석을 통하여 산지습지의 지하수 함양량과 습지로 유입되는 유입량과 유출량을 평가하였으며, 저류량 변화를 확인하여 습지의 물이 유지될 수 있는 조건을 확인하였다.

기존의 연구들이 유량의 중요성에 따른 유량산정 기준, 유량 추정과 같은 유량의 중요성에 대한 분석들을 수행하 였으며, 나아가 특정 지역을 대상으로 물수지 방법을 통해

물의 변동성을 평가하였다. 또한 산지습지를 대상으로 물수 지 분석을 토대로 저류량을 파악하고 관리 방안들을 제시 한 연구가 있었다. 하지만 산지 습지를 대상으로 물수지 분 석을 수행한 연구는 국·내외적으로 하천습지나 연안습지에 비해 상대적으로 매우 미흡한 실정이다. 이는 산지습지의 경우, 그 규모가 작고 고립되어있으며 습지의 변형이 쉬워 (Jung, 2006) 실측자료 수집에 어려움이 있기 때문이다. 습 지의 유출량 변동성을 정확하게 예측하기 위해서는 체계적 으로 습지를 방문하여 습지내에 설치한 계측기들을 이용하 여 강수량, 온도, 습도 등 실측 기상자료를 지속적으로 수 집하여야 한다. 그러나 수문기상자료 습득을 위한 계측기들 의 설치와 자료 획득의 어려움 때문에 다수의 연구들이 습 지내 실측자료가 아닌 주변 관측소의 자료를 활용하여 연 구를 하고 있다. 따라서 본 연구에서는 습지의 유출 변동성 을 좀 더 정확하게 예측하기 위해 기상관측소 자료와 더불 어 산지습지인 장군 습지내에 설치한 우량계와 온·습도계 그리고 수위계로부터 실측자료를 확보하였다. 측정한 강우 및 수위자료와 주변 기상관측소 자료를 통해 실제 습지 내 물이 어느 정도 유지되는지 분석하였다.. 그리고, 물수지 분 석을 통해 유량 변동을 파악하여 장군습지의 유출특성을 분석하였다. 또한, 장군습지 내 강수량과 수위자료의 관계 분석을 통해 습지 내 수위를 유지하기 위한 강수량 조건을 분석하였다.

2. SWAT 유출 모형과 습지의 물수지 방정식

2.1 SWAT 유출 모형

해당 연구지역의 물수지 분석을 위해 장기 유출모의가 가능 한 SWAT(Soil And Water Assessment Tool)모형을 적용하였 다. SWAT은 미국 농무성 농업연구소(USDA Agricultural Research Service. ARS)의 Anold(1994) 에 의해 개발된 유 역 모형으로 다양한 토양속성과 토지이용, 변화에 따른 크 고 복잡한 유역의 유입량 및 유출량의 영향을 예측할 수 있 다. SWAT에서 모의되는 수문순환은 물수지 방정식에 기 초한다(Eq. (1)).

SWt = SWo +



  



(1) (Rday – Qsurf –  –  – Qgw)

SWt = 최종 토양수분량 (mmH2O) SWo = I일의 초기 토양수분량(mmH2O) Rday = I일의 강수량(mmH2O)

Qsurf = I일의 지표 유출량(mmH2O)

 = I일의 증발산량(mmH2O)

_ = I일의 토양면으로부터 투수층으로의 투수되는 총량(mmH2O)

Qgw = i일의 회귀수량(mmH2O)

SWAT모형은 한 유역에서 여러 다양한 물리적 과정이 모의될 수 있으며 모형화를 위해서 유역은 수 개의 소유역 으로 구분 될 수 있다. 또한 토지이용도와 토양도를 중첩시 켜 만든 수문단위반응 (HRU : Hydrologic Response Unit)으로 유출량을 계산한다.

2.2 습지의 물수지 방정식

물 수지란 유역시스템에 있어서 강우와 같이 유역 내에 입력(input)과 증발산, 온도 등의 유출을 출력(output)을 나 타내 유입량과 유출량을 파악하여 그 합계의 차이로 나타 낼 수 있다. 습지의 수문학적 조건 또는 수문주기는 첫째로 유입량과 유출량간의 물수지, 둘째는 습지의 지표면 지형 형세, 셋째는 지표하 토양(subsurface soil), 지질특성, 지하 수 조건 등의 요소들에 의해 설명될 수 있다. 첫 번째 요소 는 물수지(water budget), 두 번째와 세 번째 요소는 습지 에 얼마나 많은 물을 저류할 수 있는지 그 용량을 정의한 다. 습지의 물수지 방정식은 일반적으로 아래 Eq. (2)와 같 으며, 순강수량은 Eq. (3)과 같다. (Kim, 2010)

∆

∆

= Pn + Qi + Gi – ET – Qo – Go ± T (2)

Pn = P – I (3)

여기서 S는 습지의 저류용량, ∆S/∆t는 단위시간에 따른 습지 저류용량의 변화율 Pn은 순강수량(net precipitation), P는 총강수량 I는 초기손실이다. Fig. 1은 습지의 물수지

Fig. 1. Water balance of the wetland

개념을 나타내는 그림으로, Qi는 하천의 범람을 포함하여 습지로의 지표 유입량, Gi는 지하수 유입량 는 증발산 량, Qo는 습지의 지표 유출량, Go는 지하수 유출량, T는 조 수에 의한 유입량(+)과 유출량(-)을 나타낸다.

3. 습지의 물수지 분석을 통한 유량변동 분석

3.1 연구 대상 지역

본 연구에서는 경상남도 금정산에 위치한 장군습지를 대 상으로 분석을 수행하였다. 금정산은 부산에서 가장 높은 해발고도(고당봉 해발고도 약 800m)이며 장군습지의 높이 는 약 590m로 위도 35.293 경도 129.053에 위치해 있다.

장군습지는 서측사면에 위치하고, 북서, 남동 방향으로 길 쭉한 모형을 가진다(Fig. 2). 습지의 경사는 완만하며 서쪽 으로 개방되어 있어 습지 형성에 유리한 조건을 가지고 있 다(Cha et al. (2010)).

3.2 입력자료 구축

3.2.1 수문기상 자료

SWAT모형의 Input 파일에 입력되는 기상자료는 장군습 지 내 기상자료와 양산관측소의 기상자료를 함께 사용하였 다. 따라서 장군습지 하류부에 설치한 강수계, 온·습도계의 기상자료(2016년 12월~2017년 12월)를 활용하였으며 (Table 1), 관측 일수가 부족한 부분은 주변관측소인 양산 관측소의 기상자료 (2009년 1월~2017년 12월)를 추가·보 충하여 활용하였다(Table 2). 그리고 장군습지에서 획득하 지 못한 일사량과 풍속자료는 양산관측소의 과거 기상자료 를 이용하였다.

Table 1. Hydro-meteorological data of Janggun wetland (Input

data of SWAT model)

Data Period

precipitation (mm)

December 06, 2016 ~ December 31, 2017 Maximum·minimum temperature (℃)

Relative humidity (%)

Fig. 2. Location of Janggun wetland(source : google)

Table 2. Hydro-meteorological data in Yangsan weather station

(Input data of SWAT model)

Data Period

Daily precipitation (mm)

January 8, 2009 ~ December 31, 2017 Maximum temperature (℃)

minimum temperature (℃) Relative humidity (%) solar irradiance(



Average wind()

양산관측소는 2010년과 2012년, 2013년, 2015년도에 상 대적으로 적은양의 강수가 발생하였으며, 일 최대 강수량은 2016년 10월 5일, 태풍 차바의 영향으로 오전 9시부터 11 시까지 2시간 동안 225mm, 하루에 총 277.5mm의 강수가 쏟아지며 양산관측소 관측 이래 가장 많은 양의 비가 하루 동안 내렸다. 장군습지 내 실측한 강수의 경우 일 최대 강 수량은 2017년 9월 11일에 118mm가 내렸고 2017년 10월 중순부터 12월 중순까지 장군습지에 강수가 거의 내리지 않았다. 또한 2016년 12월 6일부터 2017년 12월31일까지 양산관측소와 장군습지의 강수량 관측 결과 장군습지가 양 산관측소 보다 약 180mm의 강수가 더 쏟아진 것으로 나타 났다(Fig 3).

최저 온도 및 최대 온도 분석한 결과 양산관측소의 경우 2009년부터 2017년까지 최저온도와 최대 온도가 꾸준히 상 승하고 있음을 알 수 있다. 양산기상관측소의 일 최고 온도는

Fig. 3. Precipitation of Yangsan weather station & Janggun

wetland

Fig. 4. Maximum temperature of Yangsan weather station &

Janggun wetland

Fig. 5. Minimum temperature of Yangsan weather station &

Janggun wetland

2017년 8월7일에 38.7℃, 장군습지의 최고 온도는 같은 날 양산관측소보다 약 6℃ 높은 44.3℃로 상당히 높은 온도를 보였으며(Fig 4), 양산관측소의 일 최저 온도는 2011년 1월 16일 –11.7℃ 장군습지의 경우 2017년 12월3일 –16.3℃

로 관측되었다(Fig 5).

3.2.2 지형자료

지형자료는 장군습지가 소규모인 산지습지임을 고려하여 국토지리정보원에서 제공하는 1:5000 해상도의 수치지도 를 이용하여 30×30 DEM을 생성하였으며(Fig. 6), 토지이 용도와 토양도(Fig. 7 and 8)는 국가수자원관리 종합정보 시스템(WAMIS)에서 제공되는 자료를 활용하였다. SWAT 모형 내에서 습지의 분류는 총 3가지로 분류될 수 있으며, 숲으로 뒤덮인 습지(wetland-forested) 또는 숲이 전혀 없 는 습지(wetland-non forested) 그리고 두가지 습지의 중 간으로(wetland-mix) 나눠지며 장군습지의 경우 토지이용 도가 Wetland-mix로 구성되어 있다(Fig. 7). 또한 장군습 지의 토양은 범람지 및 충적토, 배수약간양호 내지 매우양호,

Fig. 6. DEM of Janggun wetland

사질 내지 사야질(afc)이 약 77%, 회색토 및 충적토, 저구 릉곡간, 배수 불량 내지 약간 양호, 식양질 내지 식질(rxa) 이 약 23%로 구분되었다(Fig. 7).

Fig. 7. Soil map of Janggun wetland

Fig. 8. Land use map of Janggun wetland

3.3 SWAT 유출 모형의 매개변수 보정 및 검정 SWAT 모형은 토양특성, 하천, 기상 등 유역전반에 걸쳐 적용되는 유역의 매개 변수로 그 수가 많고 일반적인 토양 특성에 따른 광범위한 범위를 제시하고 있다. 본 연구에서 는 Eckhardt and Arnold (2001)가 제시하고 있는 28개의 매개변수에 대해서 민감도 분석을 실시하였으며, 그 중 CN2, SOL_AWC 2개의 매개변수가 유출에 대해 높은 민 감도를 나타내었다. SCS는 3가지의 선행토양함수조건을 정 의한다. Ⅰ-건조(위조점:wilting point), Ⅱ-보통습윤, Ⅲ- 습윤(포장용수량 : field capacity), 선행함수조건 Ⅰ에서 일 유출곡선지수는 건조한 상태로 추정할 수 있으며 가장 낮 은 값이 된다. 선행함수조건 Ⅰ과 Ⅲ에서의 유출곡선지수는 아래 Eq. (4) and (5)에 의해 계산된다.

   (4)

 _ exp   ×  _

 ×  _

  × exp ×   (5)

토양 유효 수분량을 나타내는 매개변수인 SOL_AWC는 입력 자료인 토양도의 특성 자료로서 토양층의 유효 수분 량을 나타내며, Eq. 6에 의해 계산된다.

  (6)

여기서 AWC는 식물의 유효 수분량, FC는 포장용수량, WP는 영구위조점(wilting point)에서의 수분량을 의미한다.

본 연구에서는 유출에 높은 민감도를 가지는 CN2와 SOL_AWC를 최적화하였으며, 모형의 적합성을 평가하기 위해 Nash/Sutcliffe 효율계수를 이용하였다(Eq. (7)).

_{ }





_ ^

  





_ ^



  



_ _^

(7)

여기서 는 관측치, _는 예측치, 는 관측치의 평균이 며, N은 자료의 개수이다.

Table 3은 매개변수의 하한치와 상한치를 나타내는 표이 며, 전체적으로 유출량이 과소 추정됨에 따라 소유역의 CN 값과 토양수분함량(SOL_AWC)을 상향 조정하여 보정을 실 시하였다. 2017년 4월 21일부터 2017년 5월 6일까지 16일 동안을 보정기간으로 선택하였다. 보정 전 0.00073 m³/s로 과소 추정되었던 일평균 유출량이 0.0377 m3/s로 보정되었 으며 이 때 Nash/Sutcliffe 효율계수는 0.64로 비교적 높은 값을 보여주었다(Table 4). 또한 2017년 5월 7일부터

Table 3. The parameter values defined by sensitivity analysis (for

SWAT model)

Parameter Definition Lower limit Upper limit CN2 Initial SCS CN II

value 35 98

SOL_AWC Available water capacity

(mm H2O/mm soil) 0 1

Table 4. Calibration and Simulation of daily average runoff for

Janggun wetland

Model calibration period Before calibration After calibration April 21, 2017 ~ May 06, 2017 The simulated daily average

runoff (m³/s) 0.00073 0.0377

Nash/Sutcliffe

Efficiency Coefficient -151.37 0.64

2017년 5월 20일까지 14일간을 검정기간으로 선택하여 검 정한 결과 일 평균 유출량은 0.0397 m³/s로 산정되었으며, Nash/Sutcliffe 효율계수가 0.6으로 보정된 값과 유사한 값 으로 나타났다(Table 5).

Table 5. Validation of the simulated runoff for Janggun wetland Model Validation period Validation

May 7, 2017 ~ May 20, 2017 The observed and simulated

daily average runoff (m³/s) 0.0397 Nash/Sutcliffe

(Efficiency Coefficient) 0.60

Fig. 9. Observation and the simulated runoff in Janggun wetland

after calibration

Fig. 10. Observation and the simulated runoff in Jangun wetland

after validation

3.4 강수량에 따른 습지의 물수지 분석

SWAT모형에서 DEM생성 후 하천망을 생성할 때 장군 습지의 강수의 집수구역 확보를 위해 실제 장군습지보다 더 큰 배수망을 형성하였다. 이후 토지이용도와 토양도를 중첩 하였고, 수문학적 반응단위인 HRU(Hydrologic Response Unit)을 설정하였다. 장군습지의 지표유출은 SCS 유출곡선 법, 증발산량은 Penman-Monteith 방법, 하도추적은 Muskingum방법을 이용하여 유입량과 유출량을 모의 하였 다. 지형자료(DEM, 토양도, 토지이용도)와 양산 기상관측 소(강수량, 습도, 최대온도 및 최소온도, 일사량, 평균풍속) 및 실측 기상자료(강수량, 습도, 최대온도 및 최소온도)를 수집하여 SWAT모형의 Input 자료로 이용하였다.

2009년부터 2017년도까지 연도별로 유입량과 유출량을 분석하였다(Fig. 11). 2009년과 2011년, 2013년, 2014년, 2016년, 2017년 장군습지 유입되는 유입량이 더 많았으며, 2010년, 2012년, 2015년도에는 유출량이 더 크게 분석되 었다. 장군습지의 유입량과 유출량은 강수량의 영향이 크 다. 장군습지는 실제로 2010년, 2012년, 2015년에 상대적 으로 강수량이 적었다(Table 6). 또한 습지의 물수지에 영 향을 끼치는 증발산량 역시 과거에 비해 감소 추세에 있으 나, 변화의 폭이 크지 않는 것으로 나타났다(Fig 12). 따라 서 강수량이 적게 발생한 년도에 물 부족이 발생한 것으로 보인다.

장군습지의 계절별 유입량과 유출량을 분석하여 계절별 물 수지 변동을 분석을 하였으며 그 결과, 봄철 유입량은 31.822m³/s, 유출량은 31.817m³/s, 여름철 유입량 32.778m³/s 유출량은 32.794m³/s, 가을철 유입량 약 32.194m³/s 유출량은

Fig. 11. The simulated inflow and outflow in Jangun wetland after

Calibration

Table 6. Annual change of storage in Janggun wetland Year Inflow

(m³/s)

Outflow (m³/s)

Storage (Inflow-Outflow) (m³/s)

2009 13.831 13.810 0.021

2010 14.097 14.099 -0.002

2011 14.060 14.053 0.007

2012 13.878 13.880 -0.002

2013 14.367 14.366 0.001

2014 14.503 14.489 0.014

2015 13.835 13.844 -0.009

2016 14.451 14.447 0.004

2017 14.089 14.081 0.008

Table 7. Seasonal change of storage in Janggun wetland

Spring Summer Fall Winter

Inflow (m³/s) 31.822 32.778 32.194 30.318 outflow (m³/s) 31.817 32.794 32.152 30.307

Storage (Inflow-Outflow)

(m³/s)

0.005 -0.016 0.042 0.011

Fig. 12. Jaggun wetland evapotranspiration

32.152m³/s, 겨울철 유입량 30.318m³/s 유출량은 30.307m³/s 로 나타났다. 결국 여름을 제외한 봄, 가을, 겨울은 유출량 보다 유입량이 많은 것으로 나타났다. 이는 여름철에 많은 강수가 내렸지만, 지속적인 강수가 아닌 집중호우로 인해 습지에 수 위가 회복되지 못하였고, 유출된 것으로 판단된다.

3.5 장군습지 내에서 측정한 강수량과 습지 수위의 관계 분석

장군습지에 내리는 강수량은 유입량과 유출량에 크게 영 향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 한반도 극치사상 및 특 성 분석 1차보고서(Ministry of Land (2013))에서 제시한 방법을 토대로 아래와 같이 강우 조건들을 가정하여 분석 하였다.

(1) 0.1mm이상의 강수가 발생한 시간을 강수 지속시간 에 포함.

(2) 무강우 시간이 7시간 이상 지속 될 경우 독립강우사 상으로 취급.

(3) 강우지속시간이 1시간 이상인 경우를 하나의 강우사 상으로 취급.

(4) 총 강우량이 1mm이상인 경우를 하나의 강우사상으 로 취급.

위와 같은 조건으로 가공된 강우자료는 선행강우의 영향 기간이 지나면 수위가 급격히 낮아진다.

장군습지의 수위는 2017년 4월20일부터 5월21일까지 지 표상에서 유지하였지만, 5월22일 이후 지표하에서 지속적 으로 수위가 측정되었다(Fig. 13). 분석결과 장군습지의 수 위가 양(+)으로 유지되지 위해서는 최소 8일마다 10mm이 상의 강수가 내려야 하며, 하락한 음(-)의 수위가 상승하기 위한 조건으로는 8일안에 30mm이상의 강수가 내려야 유 지할 수 있었다. 장군습지의 유입량 및 유출량을 분석하기 앞서 장군습지의 수위와 강수와의 관계를 분석한 결과 수 위계가 설치된 2017년 4월을 기준으로 한 달 뒤인 5월부터 는 지속적으로 수위가 감소하는 추세를 보였다 5월 최대수 위는 5.94cm에서 최하수위 –45.33cm까지 감소하였으며 지표수위가 유지되던 4월과 비교하여 강수의 빈도는 40%

감소하였다. 6월부터는 지속적으로 지표하 수위가 발생하 였으며, 최대수위는 –49.74cm, 최소 –72.75cm로 나타났 고, 강수 빈도는 4월 대비 60% 감소하였다. 7월은 강수 빈 도가 20%증가하여 최대 -22.06cm까지 수위가 증가하였지만,

Fig. 13. Water level and precipitation in Janggun wetland

이전 가뭄에 따른 수위감소로 인해 지표수위를 회복하기에 는 부족함을 보였다. 또한, 8월에는 4월 대비 60%감소, 9 월 20%감소, 10월엔 40%감소하였으며, 11월은 10mm이 상의 강수가 단 한 차례도 내리지 않았으며 12월에는 강수 빈도가 80%감소하는 것으로 분석되었다.

4. 결 론

본 연구에서는 장군습지의 유지·보전을 위해 집중호우나 가뭄 등 습지의 영향을 미치는 기상요소들을 정확하게 모 니터링하기 위해 양산기상관측소의 기상자료와 더불어 장 군습지 내 강수계, 수위계 및 온·습도계를 설치하여 신뢰성 있는 자료를 적용하여 물수지 분석을 하였다.

물수지 분석결과를 요약하면 다음과 같다. 2009년부터 2017년까지 물수지 분석 결과 2010년, 2012년, 2015년도 에 상대적으로 강수량이 적게 내려 습지 내 유입되는 유량 이 감소하였으며 이로 인해 물 부족이 발생하였다. 또한, 계절별로 봄, 가을, 겨울을 제외한 여름철에 유입량보다 유 출량이 크게 분석되었다. 이는 습지 내 유량 유지를 위해서 는 강수로 인한 유입량이 지속적으로 유지되어야 하지만 여름철에는 강수가 지속적으로 발생하지 않고 단기간에 집 중적으로 내려 바로 유출되기 때문에 습지 내 물이 부족함 을 알 수 있다.

유량변동 파악을 위한 수위-강수 관계분석 결과는 다음 과 같다. 장군습지의 수위유지를 위해서는 10mm 이상의 강우가 최소 8일에 한번 씩 지속적으로 발생해야 하며, 강 수가 발생하지 않아 저하된 수위를 회복하기 위해서는 30mm 이상의 강우가 최소 8일에 한번 씩 지속적으로 발생 해야 한다.

수위-강수 관계분석과 물수지 분석결과를 통해 습지 내 유입량과 유출량의 변동은 습지 내 유량 유지에 영향을 주 는 지속강우발생이 중요함을 알 수 있다. 즉, 지속강우발생 빈도가 증가하면 상대적으로 유입량이 유출량 보다 많아지 고, 지속강우발생 빈도가 감소하면 상대적으로 유출량이 유 입량 보다 많아진다. 따라서 우선적으로 장군습지가 기존의 모습을 유지하기 위해는 국가적 차원에서 인간의 간섭을 줄여 습지 보전에 철저한 관리가 필요하다고 판단된다. 또 한 장군습지의 수위를 유지시키기 위해서는 물이 고이는

지역의 물길을 우선적으로 확보하고, 습지의 상류와 하류 중앙부분에 목제 데크와 같은 자연친화적인 둑을 설치하여 이탄층의 훼손 및 식생파괴를 최소화하는 범위 내에서 습 지에 물이 저류할 수 있게끔 해야 한다. 그리고 저류된 물 을 유지하기 위해 notch와 같은 유량측정기구를 활용하여 정량적인 유량을 확보해야 한다. 또한 장기적인 모니터링을 통해 습지의 수문변동에 따른 수문요소를 파악하여 이에 따른 장기적 대책을 세워야 한다.

본 연구는 유량의 변동을 파악하기 위해 물수지 방법을 이용하였으며, SWAT 모형을 이용하여 유출 분석을 실시 하였고, 강수-수위와의 관계 분석을 하여 습지의 수위 유 지에 대한 특성을 파악하였다. 그러나 유출 및 수위 특성 분석을 하기 위해 습지 전체의 지하수 유출량을 정량적으 로 고려하지 않았다. 따라서 산지습지에서 측정되고 있는 수위계의 추가 설치 및 강수계의 장기적인 모니터링이 필 요할 것으로 판단되며, 향후 지하수위의 충분한 모니터링 자료가 축적되어 본 연구와 같은 분석을 수행 한다면 보다 더 양질의 결과가 도출될 수 있을 것으로 판단된다.

사 사

이 논문은 2017년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으 로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No.

2017R1A2B3005695).

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