Huidae Cho
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# Posted: 28 Mar 2008 13:39
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원문
ultrahwee님께서 좋은 지적을 하셨습니다. 일단 SEDIN, SEDOUT부터 알아 보지요. SWAT에서 토사가 "생산"되는 경로는 두 가지입니다: (1) MUSLE 공식을 통한 지표유출, (2) 변형된 Bagnold stream power 공식을 통한 하천침식. 지표에서의 routing은 SURLAG와 time of concentration으로 결정되고 하천에서의 routing은 변형 Bagnold stream power 공식을 통해 이루어집니다.
SEDIN와 SEDOUT이 같을 수 있는 경우는: (1) 토사가 전혀 생산되지 않는다, (2) 토사가 생성되어도 하천에 그냥 머물러 있다. 우선 (1)의 경우를 생각해 보면 지표유출의 경우 USLE_K, USLE_C, USLE_P, SLSUBBSN, SLOPE 중 하나라도 0이면 MUSLE 결과도 0이 됩니다. 모두 0이 아닌데 MUSLE 값이 0이 되는 경우는 지표수의 유출이 하나도 없을 때 입니다. 만약 유역으로 유입되는 지점이 하나도 없는데 유출구에서 유량이 0이 아닌 경우는 이런 경우가 아니라고 판단할 수 있겠지요. 사실 이런 경우는 잘 없을 겁니다. 다음은 하천 내에서 토사농도가 평형을 이룰 경우입니다. 하지만 매개변수들의 관계상 침식과 침하가 같게 될 경우는 잘 없다고 봅니다. 침식과 침하에 영향을 미치는 매개변수로는 PRF, SPCON, SPEXP, CH_COV, CH_EROD 등이 있습니다.
(2)의 경우 SURLAG값이 너무 작거나 time of concentration이 너무 크면 생성된 토사의 상당량이 지표에 그대로 남아있게 됩니다. 문제는 SURLAG라는 매개변수는 실제 측정이 불가능한 변수입니다. 유역이 큰 경우 지표수가 하천까지 흘러가는데 시간이 걸리기 때문에 일부분만 오늘 하천으로 들어가고 나머지는 내일 흘러들어갈 수 있다는 개념을 위해 SURLAG라는 매개변수가 있습니다. 매뉴얼에 따르면 SURLAG는 소유역단위로 적용되기 때문에 웬만한 크기의 소유역이 아니라면 대부분 지표수가 생성된 그날 바로 하천으로 들어가 버리겠지요. 따라서 "개인적으로" SURLAG는 크게 잡는 것이 옳다고 봅니다.
토사가 하천으로 유입되어서 하천토사의 농도를 높였다고 합시다. 그리고 하천에서의 침식과 침하가 우연으로 똑같아지는 경우를 제외합시다. 그렇다면 침식과 침하가 모두 0이 된다면 결국 평형이 맞아떨어지겠지요. 이 경우 유입된 후의 토사농도와 유출되는 토사농도가 동일해져서 SEDIN과 SEDOUT이 똑같아지겠지요. 그렇다면 언제 침식과 침하가 모두 0이 될까요? 사실 SWAT에서 침식과 침하를 동시에 모의하지는 않습니다. 유입되는 토사의 농도와 현재 하천이 실어 나를 수 있는 토사농도에 따라 둘 중 하나만 모의하게 되지요. 즉, 유입되는 토사농도가 하천이 나를 수 있는 토사농도보다 크다면 하천에 토사가 남게 되어 침하가 이루어집니다. 반대로 유입되는 토사농도를 모두 실어 나를 수 있다면 유량의 힘에 의해 그 나머지의 토사농도만큼 하천에서 침식이 이루어집니다. 하천에서의 침하는 하천내의 유량부피에 좌우됩니다. 유량이 많으면 농도차*유량부피만큼 침하가 됩니다. 침식은 유량부피와 하천바닥의 침식도 (CH_EROD), 하천의 침식을 방해하는 하천을 덮고 있는 물질들(CH_COV)에 의해 결정됩니다. 유량이 제대로 흐르고 있다면 유량의 부피는 일단 0이 아니겠지요. 그렇다면 하천이 실어 나를 수 있는 토사농도가 너무 작은 경우를 생각해 봅시다. 그러면 대부분의 경우 침하만 이루어지겠으니 SEDIN과 SEDOUT이 "똑"같은 경우는 잘 없겠지요. 이 농도가 적당하면 침식 또는 침하가 일어날 수 있겠고 너무 크면 침식만 일어날 겁니다. 침식이 일어나야 할 경우인데 침식의 양이 0이 되는 경우는 하천의 침식도(CH_EROD=0)가 0이거나 하천이 모래같은 물질로 이루어져 있어도 침식으로부터 완전히 보호된 경우 (CH_COV=0) 침식이 전혀 이루어지지 않습니다. 침식만 이루어지고 CH_EROD 또는 CH_COV가 0이라면 하천으로 유입되는 토사와 하천에서 유출되는 토사의 양은 같게 될 겁니다. 하지만 지표에서 토사가 유입된다면 SEDIN과 SEDOUT이 같더라도 상하류로 연결된 하천끼리 똑같은 양의 토사를 주고 받지는 않겠지요. 그렇다면 침식만 이루어지게 하는 요소는 뭘까요? 하천이 전달할 수 있는 토사의 농도(CONC_sed,ch,mx)는 하천유량의 첨두속도(V_ch,pk)와 SPCON, SPEXP 매개변수에 영향을 받습니다. 하천의 첨두속도는 내부적으로 계산되니 결국 SPCON과 SPEXP의 책임이겠지요. 공식은 다음과 같습니다: CONC_sed,ch,mx=SPCON*V_ch,pk^SPEXP. SPCON는 선형적으로 영향을 미치고 SPEXP는 지수적으로 영향을 미칩니다. SPEXP가 크다면 대부분 침식만 이루어지겠지요. 하지만 위에서 언급했듯이 꼭 침식이 된다는 말은 아닙니다.
토사이야기는 여기까지 하고요. 보정에 대해서 알아 봅시다. 토사를 모의하는데 유량을 무시하고 좋은 결과가 나올 수 있을까요? 질소, 인 등을 모의하는데 유량을 무시하고 또는 이들이 함께 "묻어서" 나올 수 있는 토사를 무시하고 좋은 결과를 얻을 수 있을까요? SWAT이 토사에 묻은 질소, 인 등의 모의까지 하느냐는 제쳐두더라도 이와 같이 토사 또는 수질만 잘 나오게 보정해서는 말 그대로 "잘 못 된 이유로 좋은 결과"를 얻는 것 밖에 안 됩니다. 그렇다면 유량 먼저 맞추고 토사, 그 다음 수질 이렇게 순차적으로 보정하는 것은 어떨까요? 유량, 토사, 수질 간의 상관관계를 완전히 무시하는 경우라고 볼 수가 있지요. 유량이 잘 맞을 때 그 유량의 부분부분들이 어디서 흘러나왔는지도 중요하기 때문에 이런 요소들이 토사 및 수질에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 세가지 모두를 동시에 맞춰야 제대로된 보정이 되겠지요. 물론 수작업으로 하는 보정의 경우 아주 시간이 많이 걸리기 때문에 과거에는 순차적인 보정을 많이 했지요. 하지만 요즘은 컴퓨터가 좋아져서 자동보정을 많이 하기 때문에 바꾸고 싶은 매개변수를 모두 한꺼번에 보정과정에 집어 넣어서 세가지 출력을 동시에 살펴 볼 수가 있게 되었지요. 사실 SWAT은 매개변수가 너무 많고 하나의 매개변수 조차 공간적으로 분포되어 있어서 불확실도가 너무 큽니다. 그리고 좋은 결과가 나오게 짜맞출 수 있는 방법도 많습니다. 하지만 그 결과가 현실적인가는 회의적일 때가 많지요. 이런 점들을 잘 고려해서 좋은 모의하시길 바랍니다.
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