Future Changes of Stream Flow and Water Quality in the Byongseong Stream Watershed under Multiple Future Climate Scenarios

Park, Yoon kyung; Lee, Jeong hoon; Choi, Dae gyu; Kim, Sang dan

Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2015;15(2):341-351.
Published online April 30, 2015.

Yoon kyung Park, Jeong hoon Lee, Dae gyu Choi, Sang dan Kim

Abstract

This study attempts to grasp future changes in watershed scale stream flow and water quality using the future climate data from four general circulation models (GCMs). To this end, stream flow and water quality data (suspended solid and total nitrogen) were expressed as functions of precipitation and temperature to establish the relationships between those values and the future climate data for the watershed. This data was calculated through a bias correction method and was then substituted into functions that predict future stream flow and water qualities. A total of four GCMs including CNCM3, CSMK3, CGHR and MPEH5 were used, each of them included A2, A1B and B1 SRES scenarios, for a total of 12 scenarios reviewed. The future precipitation and temperature of A2 scenario showed the greatest increase. Temperature had shown an increasing trend that became more prominent in the far future, while precipitation increased in average amounts but with large deviations. Although future stream flow and water quality was increased in most of the scenarios compared to those of the present, the variability was shown to be much smaller than the present. MPEH5 and CGHR showed large increases in future stream flow and water quality, while CSMK3 and CNCM3 showed smaller. The changes were reviewed by period, and the results showed similar or slightly decreased flow and water qualities values compared to the present for 2011 to 2040, decreased values for 2041 to 2070 and increased values for 2071 to 2100. There were also large differences in future predictions among the scenarios, although it could be identified that most of the future scenarios had trends similar to the SRES sce-narios.

Key Words: Climate change; Extrapolation method; GCM(General Circulation Model); Stream flow; Water quality

요지

본 연구에서는 4개의 GCMs(General Circulation Models)에서부터 생산된 미래 기후 자료를 이용하여 유역 스케일에서 하천유량과 하천수질이 미래에 어떻게 변화하는지를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 하천 유량과 수질자료(부유물질, 총 질소)는 강수량과 기온의 함수로 표현하였으며, 대상 유역의 미래 기후 자료와의 관계식이 도출된다. 미래 기후자료는 편의보정을 통해서 계산되며, 이러한 자료는 미래의 하천 유량과 수질을 예측하기 위하여 앞서 도출된 관계식에 적용된다. 본 연구에서 사용된 GCMs는 CNCM3, CSMK3, CGHR, MPEH5으로 총 4가지이며 각각의 모델은 다시 A2, A1b, B1 SRES 시나리오로 세분화되어지므로 총 12개의 시나리오가 검토되었다. A2 시나리오에서 미래 강수량과 기온은 크게 증가하였다. 이 중 기온은 대체적으로 증가하는 경향성을 보이고 있으며, 비교적 먼 미래로 갈수록 그 증가정도가 두드러지게 나타났다. 강수량의 경우 평균적인 양은 증가하지만 편차가 크게 나타남을 확인하였다. 대부분의 시나리오에서 현재에 비해 미래의 하천 유량과 수질이 증가하는 것으로 보이고 있으나, 변동정도는 작은 것으로 나타났다. GCMs에 따른 변화를 살펴보면, MPEH5와 CGHR에서는 미래의 하천 유량과 수질이 크게 증가하는 것으로 나타났으나 그에 비해 CSMK3와 CNCM3의 증가폭은 비교적 작았다. 이러한 변동성을 기간별로 살펴보면, 현재와 비교적 가까운 미래인 2011년부터 2040년까지의 기간에서는 하천 유량과 수질은 현재와 비슷하거나 약간 감소하는 경향을 보였다. 2041년부터 2070년까지의 기간에서 하천유량과 수질은 현재에 비해 감소하고, 비교적 먼 미래인 2071년부터 2100년까지의 기간에서는 유량과 수질의 값이 현재에 비해 커지는 경향을 보였다. 대부분의 미래 시나리오는 SRES 시나리오와 유사한 추세를 가지는 것으로 나타났지만, 시나리오 간의 미래 예측결과는 큰 차이가 있는 것으로 나타났다.

핵심용어: 기후변화; 외삽법; 하천 유량; 하천 수질