Budyko 가설 기반 기후탄력성을 이용한 기후변화가 중권역 유역 유출량 변화에 미치는 영향에 대한 정량적 평가

Abstract

The runoff is the most important component of the hydrological cycle, and changes in runoff are being detected in Korea and around the world. Climate change and human activities have been identified as two main causes of the change in runoff. Climate change refers to changes in climate variables such as precipitation, potential evapotranspiration, and temperature, and human activities include land cover, dam construction, embankment, and urbanization. These two factors have direct and indirect effects on the change in runoff. Understanding the relative contribution of climate change and human activities to changes in runoff is important for the sustainable management of local water resources. Therefore, in this study, past observation data and future climate change scenario data of 109 Middle-sized watersheds in five large river basins of Korea were used and the impact of climate change and human activities on runoff was quantitatively evaluated. The period was divided using the Pettitt test, and the impact on the change in runoff was quantified using the Budyko-based climate elasticity method. Analysis of runoff during the past observation period confirmed that the change points in all basins appeared in the 1990s, and that the relative contribution of climate variability and human activities to the change in runoff change varied between the middle-sized watersheds. For example, climate variability accounted for 10.8 to 98.7%, human activities accounted for 1.3 to 89.2% in the Han River basin, climate variability accounted for 13.0 to 92.7% and human activities for 7.3 to 87.0% in the Nakdong River basin. In future climate change scenarios, both precipitation and potential evapotranspiration have increased in the RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios, and changes in these meteorological variables can be a factor in climate change, but land use changes can cause significant changes in precipitation and potential evapotranspiration, which can be a factor in human activities that affect runoff changes. In the Han River, Nakdong River, Geum River, and Yeongsan River, excluding the Seomjingang River region, the contribution of climate variability in the RCP 8.5 scenario was found to be greater than that of the RCP 4.5 scenario, but the contribution of human activities accounted for more than 50%. It was predicted that human activities would have a significant impact on changes in future runoff. Therefore, it will be the basic data for establishing future water resource management plans in consideration of increasing climate change and the impact of human activities in the changing environment in the future.|유역 유출량은 수문 순환의 가장 중요한 구성 요소이며, 우리나라와 세계 곳곳에서는 유출량의 변화가 감지되고 있다. 기후변화와 인간 활동이 유출량 변화의 ​​두 가지 주요 원인으로 확인되고 있다. 기후변화는 강수량과 잠재 증발산량, 기온 등 기후변수의 변화를 의미하며, 인간 활동은 토지 피복, 댐 건설, 제방, 도시화가 포함된다. 이 두 가지 요인은 유출량 변화의 직간접적인 영향을 준다. 기후변화와 인간 활동이 유출량 변화에 상대적 기여도를 이해하는 것은 지역 수자원의 지속 가능한 관리에 중요하다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 5개 권역의 109개 중권역을 대상으로 과거 관측자료와 미래 기후변화시나리오 자료를 이용하였으며, 기후변화와 인간 활동이 유출량에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 이를 위해 Pettitt 검정을 이용하여 기간을 나누었으며, Budyko 기반 기후 탄력성 방법을 이용하여 유출량의 변화에 미치는 영향을 정량화하였다. 과거 관측 기간 동안의 유출량을 분석한 결과 모든 권역의 변동점은 1990년 대에 나타났으며, 변동점 이전 기간과 이후 기간에 대한 유출량 변화에 대한 기후변동과 인간 활동의 상대적 기여도는 중권역마다 다양한 범위로 나타난 것을 확인하였다. 예를 들어, 한강권역은 기후변동이 10.8∼98.7%, 인간 활동은 1.3∼89.2%를 차지하였으며, 낙동강권역은 기후변동이 13.0∼92.7%, 인간 활동은 7.3∼87.0%를 차지하였다. 미래 기후변화시나리오에서는 RCP 4.5 및 RCP 8.5 시나리오에서 강수량과 잠재 증발산량이 모두 증가하였으며, 이러한 기상학적 변수의 변화는 기후변화의 요인이 될 수 있지만, 토지 이용 변화로 강수량, 잠재 증발산량에 상당한 변화를 일으켜 유출량 변동에 영향을 주는 인간 활동의 요인이 될 수도 있다. 섬진강권역을 제외한 한강, 낙동강, 금강, 영산강권역에서는 RCP 8.5 시나리오에서의 기후변화의 기여도가 RCP 4.5 시나리오의 기후변화의 기여도보다 큰 것으로 나왔지만 인간 활동의 기여도는 50% 이상을 차지하였으며. 이는 미래 유출량 변화에 인간 활동이 주는 영향이 클 것으로 예측되었다. 따라서 미래에 변화하는 하천 흐름 환경에서 증가하는 기후변화와 인간 활동의 영향을 고려하여 향후 수자원 관리 계획을 세울 필요가 있다.