폭풍우 관리 모델을 사용하여 기후 및 토지 피복 변화에 대한 도시 헤드워터 스트림의 수문학적 반응 예측

초록. 강은 도시 경관에서 자연적인 특징으로, 도시 거주자에게 생태계 서비스를 제공할 수 있다. 그러나 도시 강은 인구 증가와 관련된 불투수 표면 면적의 증가, 가속화된 기후 변화 등 여러 인위적 영향으로 인해 점점 더 큰 압박을 받고 있다. 이러한 변화들을 예측하고 스트림에 미치는 영향을 더 잘 이해하는 능력은 잠재적으로 부정적인 영향을 완화하기 위한 전략을 개발하고 실행하는 데 중요하다. 본 연구에서는 2011년과 2012년 4월부터 11월까지 스트림 유량을 모니터링하였고, 이 데이터를 사용하여 미국 아이오와 중부의 다섯 개 도시 유역에 대해 폭풍수 관리 모델(SWMM)을 적용하였다. 여기서는 불투수 표면 비율(IS)이 5.3%에서 37.1%까지의 기울기를 나타낸다. 독립적 및 결합된 기후 변화(강수량 18% 증가)와 토지 피복 변화(다섯 유역에 대해 불투수 표면의 별도 예측을 기반으로 5.2%에서 17.1% 사이의 절대적 증가)의 수문학적 반응을 정량화하기 위해 세 가지 시나리오 세트를 설계하였다. 추가로, 단일 유역 내에서의 토지 피복 변화의 다른 분포에 대한 스트림 반응을 조사하였다. 수문학적 반응은 단위 면적 최대 유량, 순간성(R-B 지수; 리차드-베이커 지수) 및 유출 비율의 세 가지 지수를 사용하여 정량화되었다. 스트림 수문학은 유역의 불투수 표면 비율에 강한 영향을 받았다. 현재 조건 시뮬레이션의 경우, 모든 세 가지 지수의 값은 가장 개발된 유역에서 가장 개발되지 않은 유역에 비해 5배에서 7배 더 컸다. 기후 변화 시나리오는 현재 조건 시뮬레이션에 비해 다섯 유역에서 평균적으로 단위 면적 최대 유량이 20.8% 증가하게 했다. 토지 피복 변화 시나리오는 세 가지 지수에서 모두 크게 증가했으며: 평균적으로 다섯 유역에서 단위 면적 최대 유량 49.5%, R-B 지수 39.3%, 유출 비율 73.9%의 증가가 있었다. 기후 및 토지 피복 변화의 결합 시나리오는 토지 피복 변화 시나리오에 비해 R-B 지수(43.7%)와 유출 비율(74.5%)에서 평균적으로 약간의 증가를 보였고, 단위 면적 최대 유량에서는 평균적으로 80.1%의 상당한 증가를 나타냈다. 하나의 유역 내에서 토지 피복 변화의 다른 분포에 대한 시나리오는 모든 세 가지 지수에서 변화를 초래하였으며, 중류 시나리오의 경우 단위 면적 최대 유량이 18.4% 증가하고, R-B 지수는 하류에서 17.5%, 중류에서 18.1% 증가하며, 유역 내 불투수 표면 추가 위치에 대한 민감성을 나타냈다. 미래에 강수량이 증가할 가능성을 고려할 때, 불투수 표면의 확장을 제한하거나(예: 투수성 표면으로 대체) 그 영향을 완화하는(예: 바이오 스웨일 설치) 토지 이용 계획 및 정책 도구를 사용하여 스트림에 대한 부정적인 영향을 최소화할 수 있다.