초단기실황 강우의 공간 분포 시나리오가 SWAT 모델의 유출 모의 성능에 미치는 영향 분석

초록

최근 기후변화로 강우패턴이 변화함에 따라 단기간 집중호우의 빈도와 강도가 증가하고 있어, 단기간에 발생할 수 있는 홍수량 예측이 중요해지고 있다. 본 연구에서는 기상청 초단기실황 5km 강수 격자 자료를 활용해 소유역별 강우 할당의 공간 조합(50개의 비 중복 시나리오)을 구성하여 SWAT 모델에 강우의 공간 이질성을 반영하고, 시간 단위 모의에서의 매개변수 보정을 위해 Grid Search와 유전 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 사용하여 비교 평가하는 것을 목적으로 한다. GA는 유전의 원리를 모방하여 최적의 해를 찾아내는 최적화 기법이다. 연구대상 유역은 강릉시 왕산면 도마천 유역이며, SWAT 모델 구축 결과 11개의 소유역과 4개의 초단기실황 자료(9, 14, 15, 16)가 할당된 것을 확인하였다. 시간 단위 유출 모의와 보정은 2023년 8월, 9월, 12월에 발생한 강우량 상위 3개 사상에 대해 수행하였다. 그 결과 모든 강우 사상에서 GA방법을 사용한 보정이 Grid Search 대비 같거나 뛰어난 성능을 보였고, 특히 강우 이벤트 1에서 GA를 통해 보정한 결과의 NSE가 0.808로 Grid Search의 0.605보다 크게 나타났다. 일부 강우조합 시나리오는 여러 강우 이벤트에서 일관되게 우수한 성능을 보였으나, 이벤트에 따라 최적 시나리오가 달라져 강우 이벤트별 강우의 공간분포 특성이 모의 성능에 영향을 미친 결과로 해석된다. 본 연구는 강우 이벤트 단위의 SWAT 모의에서 시나리오 기반 공간 입력과 시간 단위 보정이 유효함을 제시하며, 기후변화로 인해 국지성 호우가 빈번해지고 있는 상황에서 강우의 공간적인 이질성을 모델링에 반영하기 위한 추가 연구의 필요성을 보여준다.

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