최근 연구에 의하면 엘니뇨 패턴의 중심이 열대 동태평양에서 중앙태평양으로 이동하는 양상을 보이고 있는 것으로 보고되고 있으며 태평양 연안 국가를 중심으로 이에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 진화하는 엘니뇨패턴과 관련하여 한반도의 영향을 미치는 태풍을 중심으로 태풍의 활동특성과 그에 따른 지역별 태풍강우의 특성을 비교 분석하였다. CT/WP 엘니뇨와 관련하여 북서태평양 지역에서 발생한 태풍이 한반도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 태풍에 의해 발생한 여름철 강우와 중호우 사상의 발생특성을 분석하였다. CT 엘니뇨해에는 한반도의 서남부 지역에서 태풍에 의한 여름철 강우가 감소하는 경향이 나타났으며, 동북부 지역에서는 증가하는 특성이 있음을 확인하였다. 또한 WP 엘니뇨 해에는 한반도 대부분 지역에서 태풍에 의한 여름철 강우가 증가하였으며, 중북부지역과 중서부 지역에서 통계적으로 유의한 증가패턴이 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 성과는 태풍을 고려한 지역 맞춤형 기반시설 확충 및 유역대책 수립, 수자원 확보 등에 대한 기초자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 국지성 집중호우 및 돌발홍수와 같은 급격한 기상변화로 인한 기상재해의 발생빈도가 증가함에 따라 기존 지상 기상관측소로부터 얻어지는 직접탐측 자료보다는 기상레이더와 위성영상 등 원격탐측 자료를 사용한 수문분야의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기상레이더는 넓은 지역에 걸쳐 실시간으로 강수현상 감시가 가능하며 지상우량계로는 파악이 불가능한 미계측 유역을 통과하는 국지적인 호우현상이나 강우장의 이동 및 변화의 파악도 빠른 시간에 가능한 장점이 있다. 본 연구는 기상레이더 공간적 분포와 지상관측소(AWS 및 ASOS) 자료를 연계한 통계적 레이더 강수량 추정(Quantitative Precipitation Estimation, QPE)과 레이더 강수장을 직접 추적하는 강수장 예측(Quantitative Precipitation Forecast, QPF)를 연계한 해석방안을 수립하였으며, 모형 적용과정은 다음과 같다. 첫째, 강우장의 공간적인 이동을 고려하기 위해 강우장으로 부터 이류(advection)패턴을 추출하여 각 강우세포가 가지는 이동방향 및 이동속도를 고려한 강우장 추적기법을 통하여 2시간의 선행시간을 가지는 강우장을 예측하고자 한다. 둘째, 과거 기상레이더 이미지와 지상관측소의 강수 특성을 파악한 후 앞서 예측된 레이더강우장의 형태와 가장 유사한 과거 레이더강우장과 동일 시간대에 지상관측소 강수시계열을 시나리오 형태로 구축한다. 본 연구를 통하여 개발된 기상레이더 영상 이미지 상관분석 기법을 활용한 초단기강우예측은 집중호우시 홍수 예 경보를 위한 수문모형의 입력자료로 활용이 가능하다. 즉, 수문모형과 연계한 고해상도 단기홍수 예측기술 적용이 가능할 것으로 판단되며, 향후 실시간 재해 예 경보에 활용성을 평가하고자 한다.

임진강 유역면적은 $8,138.9km^2$이나 이 중 62.9%인 $5,108km^2$가 군사분계선 이북에 놓여있어 유역특성에 따른 수문량을 분석하는 데 어려움이 있다. 1996년, 1998년, 1999년 및 2011년 임진강 유역의 이상 강우로 인해 약 1조 원의 재산피해와 136명의 인명피해가 발생하였다. 이처럼 국지성 호우의 발생 여부 및 강우의 지역적 편차 등 수문 정보를 예측하지 못하여 상황 대처가 어려운 실정이다. 따라서 미계측 유역이 많은 임진강 유역의 홍수피해 최소화를 위해 예측 강우와 같은 수문 정보의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 임진강 유역 중 미계측 유역이 97%에 달하는 군남홍수조절지 유역에 예측 강우 자료의 적용을 위해, 임진강 유역의 한탄강 유역($2,436.4km^2$)에 대하여 예측 강우자료의 적용성을 평가하였다. 예측 강우 자료는 기상청의 Local Data Assimilation and Prediction System(LDAPS) 자료를 사용하여 선행 시간에 따른 예측 정확도로부터 적용성을 평가하였다.

기압 분포의 공간 구조를 이해하고, 그것의 변동을 살펴보는 것은 풍속의 경향을 파악하는 것은 물론, 장기적인 측면에서는 기후변화를 예측하기 위한 기본 과정이라 할 수 있다. 본 연구에서는 장기간에 걸쳐 공간적으로 연속적인 관찰이 가능한 20CR(20th Century Reanalysis) 원격탐사 재분석 자료의 지오포텐셜(geopotential) 값을 활용하여 동아시아 지역 기압의 공간 분포를 살펴보았다. 그 결과 특정 범위 내에서 계산되는 기압의 편차 값과 해당 범위를 정의하는 수평 거리 사이의 관계(변동도; variogram)가 멱함수를 따르는 것을 확인하였다. 흥미로운 점은 지난 반세기 동안 멱함수의 계수 값이 풍속과 동일한 패턴으로 변화하는 반면, 지수 값 (프랙탈 차원)은 일정하게 유지되고 있다는 사실이다. 또한, 2000년 이후로는 계절 별로 한랭한 기단 (겨울철)과 온난한 기단 (여름철)이 번갈아가며 동아시아 지역으로 세력을 확장하는 경향을 보였으며, 그로인해 전반적인 기압의 편차가 증가하였다.

현재 우리나라에서 지상관측장비인 AWS(Automatic Weather System)와 ASOS(Automated Synoptic Observing System)기구가 한반도내 668개 지점에서 운영되고 있다. 이러한 장비는 지상관측장비로 하나의 지점에서 측정된 기상변량들이 특정 영역의 대푯값으로 사용되어지고 있다. 기존의 다양한 지점 단위의 수문 모형에서는 지상관측소를 통한 관측값을 적용하기에 어려움 없이 적절한 결과를 도출할 수 있었다. 컴퓨터의 발달로 인하여 복잡한 물리적 현상을 공간적으로 분석할 수 있는 모형의 구동이 가능해짐에 따라서 수문 분야에서도 다양한 분포형 해석 모형이 활발하게 개발 및 적용되고 있다. 지점 관측 자료는 공간적인 연속성을 반영하지 못하는 한계로 인하여 지점 관측자료를 이용한 공간자료의 생성 기법들이 사용되어지고 있지만 자연계에서 나타나는 정확한 공간적 현상을 재현해주지 못하는 문제점이 존재한다. 이러한 지점 관측의 한계를 해결하기 위하여 공간적인 관측이 가능한 레이더와 위성관측과 같은 원격 관측 장비들이 개발되어 공간적으로 연속성을 갖는 기상변량의 취득이 가능하여졌다. TRMM 강우자료는 지구 전체를 0.25도 약 25km 공간해상도를 갖으며 3시간 간격으로 제공되고 있다. 유역단위의 수문모형에 적용하기에 TRMM 강수자료의 공간해상도는 너무 커서 직접적인 적용에 어려움이 있다. 이러한 점에서 TRMM 자료의 상세화 기법을 통하여 수문모형에 적용이 가능한 1km 이하의 고해상도 자료를 생산하는 연구들이 진행되고 있다. 이러한 상세화 방법은 최종적으로 도출하고자 하는 공간해상도를 갖는 대체 변량(지표면 온도, 고도, 식생, 해수면 기압, 상대 습도, 대기온도, 풍향 등)을 이용하여 회귀분석의 형태로 분석이 이루어지고 있다. 그러나 대체 변량을 통해 도출된 상세화된 TRMM 강우는 간접적인 추정으로 인하여 정확한 결과의 도출에는 한계가 있을 것으로 판단된다. 이러한 점에서 본 연구에서는 한반도내 지상 관측값을 공간적 자료로 변환하여 주는데 효과적으로 평가받는 PRISM 모형에 적용하여 기존 SVM 모형을 통한 TRMM 상세화 결과가 갖는 정확성을 평가해 보고 지점 관측자료의 보간 기법의 평가에 TRMM 자료를 활용하는 방안에 대해 평가해 보고자 한다.

본 연구에서는 일단위로 제공되는 RCP 시나리오를 Poisson Cluster 기법을 활용하여 시간강우량으로 생성할 수 있는 모형을 개발하는데 목적이 있다. 일반적으로 시간단위 강우량의 경우 수자원 설계 또는 강우-유출 분석시 가장 기본이 되는 입력 자료로서 이에 대한 모의기법 확립이 기후변화에 따른 수문학적 영향 검토의 신뢰성을 결정짓는 핵심 요소이다. 그러나 국내 다수 연구를 살펴보면 기후변화 시나리오의 시 공간적 상세화 기법을 활용한 일단위 상세화 연구는 다수 존재하였지만, 일단이 이하의 시간적 규모에 대한 연구는 미진한 실정이다. 이러한 이유로 본 연구에서는 시단위 상세화 기법시 일반적으로 사용되고 있는 Poisson Cluster 기법을 활용하여 국내 실정에 맞는 시단위 상세화 기법을 개발고자 한다. 본 연구에서는 RCP 시나리오를 시단위강우량 자료로 생성하기 위해 다음과 같은 연구를 진행하였다. 첫째, 본 연구에서는 기상청에서 제공하는 RCP($27km{\times}27km$) 시나리오를 활용하였으며, 1km 격자 단위로 시공간적 상세화 기법을 수행하였다. 둘째, 시공간적으로 상세화 된 자료를 Poisson Cluster 기법을 기반으로 시간단위 자료를 생성하였으며, 기본적인 통계치(평균, 분산, 왜곡도 등)를 활용하여 관측값과 비교 분석 하였다. 마지막으로, 미래 기후변화 시나리오를 동일한 방법으로 시간단위 자료를 생성하고 연 최대값을 추출하여 빈도해석을 통해 미래 극치 확률강우량을 평가하였다. 본 연구 결과 시간단위 자료를 제공함으로써 미래 수자원 설계 및 영향평가를 효과적으로 수행할 것으로 기대되며, 수문기상변화 예측을 위한 신뢰성 있는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

가뭄 및 홍수 등 재해를 방지하고 효율적인 물 관리를 위해서는 지표와 대기 사이에 이루어지는 수문기상 요소의 정량화가 필요하다. 수문기상요소는 관측을 통해 파악하는 것이 가장 정확하지만 광범위한 지역에 대한 관측은 한계가 있으므로 일반적으로 지면모델(Land Surface Model)을 많이 이용한다. 본 연구에서 Noah LSM(Noah Land Surface Model)과 TOPLATS(TOPmodel based Land-Atmosphere Transfer Scheme) 및 DHSVM(Distributed Hydrology Soil Vegetation Model)의 세 모델을 활용하여 안동댐 유역의 수문기상정보를 산출하고 관측자료와 검증함으로 각 모델의 특성을 분석하자 한다. 본 연구에서 사용된 관측자료는 국립기상과학원에서 운영중인 안동댐 유역 플럭스타워의(A6, A7) 지표근처 기상장과 에너지 요소이다. '13년 10월부터 '14년 11월까지 기간에 대해 각 지점에서 관측된 현열 및 잠열 플럭스의 품질관리를 수행하였으며, 이 자료를 본 연구의 검증자료로 활용하였다. 각 모델을 강제하기 위한 지표근처 기상자료는 두 지점에서 관측된 기온, 풍향 풍속, 상대습도, 강수, 지중온도 및 장 단파 복사량이며, 각 모델에서 산출된 잠열 및 현열 플럭스, 토양수분과 증발산량을 관측값과 비교 검증하였다. 본 연구결과는 한국수자원학회 학술발표회를 통하여 소개될 예정이며, 향후 멀티모델 앙상블 시스템 구축에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

기후변화에 따른 집중호우 및 태풍 발생의 증가로 강우레이더를 이용한 홍수예경보시스템의 필요성이 증대되고 있다. 그러나 현재 국내에서 주로 활용되고 있는 단일편파 레이더는 정확도의 한계로 인해 홍수예보 활용에 어려움을 야기해왔다. 최근에는 수직반사도, 차등반사도, 비차등반사도 등 다양한 변수 취득을 통해 강우입자의 형태를 더욱 정확하게 추정할 수 있는 이중편파 레이더의 활용이 높아지고 있다. 본 연구에서는 홍수예보 활용을 위해 이중편파 레이더 실황강우 및 예측강우의 정확도를 평가하고자 한다. 평가를 위해 비슬산 레이더 자료를 활용하였으며, 2012~2014년의 강우사상을 선정하였다. 단일 및 이중편파 레이더 강우를 각각 추정하고, 강우예측을 위해 추정된 레이더 강우를 이류모델(Translation model)에 연계하여 선행 6시간까지의 예측강우를 생산하였다. 강우의 탐지능력 평가를 위해 Hit rate를 이용하였으며, 레이더 관측반경 증가 및 강우강도의 증가에 따른 정확도 분석을 수행하였다. 강수추정 정확도 평가를 위해 상관계수와 평균제곱근 오차를 이용하였으며, 비슬산 강우레이더 100 km 반경 내에 속한 국토교통부 관할의 지상관측강우와비교하였다. 그 결과, 이중편파 레이더 실황강우가 단일편파 레이더에 비해 지상관측강우의 거동과 더욱 유사하게 나타났으며, 양적인 오차도 더 적은 것으로 확인되었다. 또한, 레이더 예측강우는 선행시간이 증가함에 따라 정확도가 감소하였으나, 선행시간 1시간까지는 활용이 가능하다고 판단된다.

레이더 기술의 발전으로 말미암아, 현재의 기상 레이더는 그 관측 범위와 정밀성 뿐 아니라, 시공간 해상도의 월등한 향상을 이룩하였으며, 특히 이중편파 기술을 이용한 기상 관측을 통해 기존의 단일편파 레이더로 해석할 수 없었던 다양한 대기현상 분석을 가능케 하였다. 이처럼 기상레이더 관측 기술의 발전은 광범위한 관측반경과 높은 시공간해상도로 관측 정확성을 향상시킨 반면, 해상도 증가에 따른 기본적인 자료량이 증가되었으며 이중편파를 활용한 자료해석기법의 다양화로 인해 레이더 자료의 용량 또한 기하급수적으로 증가하게 되었다. 이러한 이유로 현재 도입이 진행중인 고성능의 기상레이더들로부터 광범위한 국토 범위에 대해 지속적으로 관측되는 방대한 양의 레이더 자료를 저장하고 분석하기 위해서는 많은 시간과 비용이 요구될 것으로 우려된다. 그러한 문제점을 해결하기 위해 레이더 자료의 유통 특성을 분석한 바, 기상레이더 자료는 자료의 획득시부터, 신호처리, 품질관리, 기상분석 등의 단계를 거치며, 각 단계의 사용자에 의해 각각 처리되고 가공되는 특성이 있음을 확인하였다. 따라서 제안 기법은 각 레이더 자료의 특성을 재해석하는 방법으로 압축함으로써 용량을 최소화시키는 동시에, 레이더 자료의 각 유통 단계의 여러 사용자들에게 서비스 될 수 있는 생성, 가공 및 단순화된 형태의 자료를 모두 포함하면서 각 단계의 사용자들에 적합한 자료의 형태로 제공할 수 있는 기법을 제안한다. 실험 결과, 기상레이더 자료의 특성과 기상 에코의 분포를 이용한 내용 기반 손실 압축 기법을 통해 다양한 사용자들을 위한 적응적이고, 효율적인 압축을 수행할 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 관측지점의 공간분포에 따라 영향반경을 결정하는 M-PRISM(Modified PRISM)을 이용하여 고해상도의 장기 격자자료를 생성하고자 하였다. 장기 기상관측자료를 제공하는 국내 60개 종관기상관측점의 자료를 기반으로 $5km{\times}5km$ 해상도의 일강수량, 일최고 및 일최저기온 등의 자료를 생성하였고 정량적 평가지표를 산정하여 평가하였다. 이와 더불어 일강수량에 대해서는 강수발생빈도를 추정할 수 있는 정성적 평가지표를 산정하고 기존 PRISM과 비교하였다. 정량적 평기지표에서는 두 모형 사이에 뚜렷한 차이를 보이지 않았지만 정성적 평가지표에서는 M-PRISM이 우수한 결과를 나타내었다. 특히 강수 공간분포의 변동성이 큰 호우사상의 경우 M-PRISM이 효용성이 더욱 크게 나타남을 확인할 수 있었다.

공간보간기법은 미계측지역의 강수예측을 위해 통상적으로 사용되는 방법 중의 하나이다. 이 연구에서는 기상청에서 제공하고 있는 RCP 8.5 시나리오에 의한 남한상세 강수자료 중 지형이 복잡한 도서지역에서 제공되지 않는 데이터 누락격자에 대하여 최적의 공간보간기법을 선정하여 강수자료를 생성할 수 있도록 하였다. 적합한 보간기법을 선정하기 위해 데이터 누락지역에 대한 분석을 수행하였고, 최신 행정구역도에 맞추어 $1km{\times}1km$ 격자를 한반도 전체지역에 맞추어 생성된 격자를 사용하였다. ESRI사의 ArcGIS 프로그램을 이용하여 공간보간기법을 적용하였다. 사용된 보간법은 역거리가중치법(IDW), 정규크리깅(Ordinary Kriging), 보편크리깅(Universal Kriging), 스플라인(Spline)이며 가장 적합한 공간보간기법을 선정하기 위해 기후변화시나리오에 의한 데이터 중 해안선 주변 특정격자에서의 값을 누락시켜 공간보간기법을 통해 생성된 값과 기후변화 시나리오에 의한 값을 정량적으로 비교하였다. 공간보간기법의 적합도 평가를 위해 MAE(Mean Absolute Error), MSE(Mean Squared Error), PBIAS(Percent of BIAS), G(goodness of prediction) 분석을 수행하였고, 산점도 분석을 통해 실제값과 보간값의 오차율 평가를 병행하여 최적 공간보간기법을 결정하였다. 사용된 강수데이터는 RCP 8.5 시나리오에서 2015~2019년 중 강수가 높게 나타난 8월 자료를 이용하였다. 해안선 지역의 강수량 추정시 역거리 가중치법과 크리깅방법은 일부 지점에서 과다 추정되는 경향이 있고, 스플라인 방법이 전체적인 총 강수량이 기후변화시나리오에 의한 실제값과 유사한 것으로 나타났다. 실제값과 보간값의 교차검증을 수행한 결과 정규크리깅 기법이 가장 높은 정확도를 보였으며, 전체적으로 실제값과 유사한 범위내의 강수량이 생성되는 것으로 나타났다.

기존 기후변화 영향평가 불확실성 연구들은 거의 대부분 GCM의 불확실성이 가장 크다고 결론내리고 있으나, ES 불확실성과의 정량적 비교는 하지 못했으며, 기존 접근방법은 민감도 분석 수준에 머무르고 있다. 이에 본 연구에서는 기후변화 영향평가 각 단계별 불확실성을 포괄적으로 정량화하고 수행단계별 불확실성의 전파정도를 추정할 수 있는 새로운 approach를 제안하였다. 첫째, 전체 불확실성, 각 단계별 불확실성 증가 정도, 각 단계별 불확실성의 비율을 제시할 수 있는 새로운 approach를 제안하였다. 또한 불확실성을 정량적으로 추정할 수 있는 방법으로 maximum entropy(이하 ME)를 선정하였으며, 이를 본 연구에서 제시한 approach에서 적용성을 살펴보았다. 둘째, 본 연구에서는 기후변화 영향평가 불확실성 단계별 정량화를 위해 2개 배출시나리오, 4개 GCM 시나리오, 2개 상세화기법, 2개 수문모형을 사용하여 기본적 기후변화 영향평가 단계를 모두 수행하였다. 기존 approach에서는 GCMs의 변화율(89.34)이 가장 커 GCMs의 불확실성이 가장 큰 것으로 나타났으나 제시한 approach에서는 배출시나리오의 불확실성이 전체 대비 58.66 %로 기후변화 영향평가에서 가장 큰 불확실성 발생 원인으로 파악되었다. 모형 불확실성에서는 GCMs의 불확실성(전체 대비 33.57 %)이 가장 높게 나타났다. 또한 배출시나리오의 ME는 3.32, GCMs의 ME는 5.22, 상세화기법의 ME는 5.57, 수문모형의 ME는 5.66으로 단계적으로 불확실성이 증가하였다. 다음으로 유량과 강수를 이용하여 불확실성 정량화를 수행하였으며, 강수를 이용한 불확실성 정량화에서는 유량을 이용한 결과와 다르게 배출시나리오 다음으로 상세화기법의 불확실성이 큰 것으로 나타나 어떤 수문변수에 초점을 두느냐에 따라 불확실성 정량화저감 노력 대상이 달라질 수 있음을 제시하였다. 마지막으로 자연변동성에 의한 불확실성이 기후변화 전체 불확실성의 45.47 % 정도로 나타났으며, 이는 미래 기후변화에 의해 발생하는 불확실성이 과거 자연변동보다 2배 이상으로서, 기후변화에 의한 미래전망의 불확실성이 매우 크게 증가한다는 매우 중요한 결과를 제시하였다.

오늘날 전 세계적으로 가속화되는 기상이변에 따라 돌발성, 국지성 폭우 및 폭설의 빈도가 급격히 증가하는 추세이다. 이 같은 돌발기상 현상은 고층 건물과 인구의 과밀화로 인해 열섬효과가 자주 발생하는 도심지에서 특히 높은 발생률을 보이며, 그로 인한 막대한 인명 및 재산상의 피해가 발생하고 있는 실정이다. 하지만 이러한 돌발성 강수 현상들은 주로 저고도에서 생성 및 발달되며, 그 수명은 2~3시간에 불과하기 때문에 현재의 국내 기상관측 시스템으로는 예측 및 예보에 많은 어려움을 겪고 있다. 현재, 이러한 문제점을 해결하기 위해 국내 관련 기관들에서는 도심지를 중심으로 한 저층 기상 관측을 위한 소형 레이더 네트워크 구축을 계획하고 있다. 그와 함께, 본 논문에서는 향후 도입될 소형 레이더 네트워크의 활용성을 증대시키고, 기상재해의 피해를 줄이는 방법으로써, 구글 어스의 지도 서비스를 기반으로 한 기상 레이더 자료 활용 실시간 돌발성 기상재해 감시/추적 및 경보 시스템 플랫폼을 제안한다. 제안하는 플랫폼은 전 세계적으로 통용되는 GIS 엔진으로서, 높은 확장성이 장점인 구글어스 플랫폼을 바탕으로 하며, 레이더 자료 분석 도구, 위험도 판별 도구 및 자료 표출/경보 도구 등으로 크게 세 가지의 기술도구 집단으로 구성된다. 제안한 플렛폼 상에서 시뮬레이션을 통해 구글어스 기반에서 레이더 누적강수량의 실시간 처리와 3차원 GIS 기반에서의 직관적인 경보 메시지 표출을 구현하였으며, 향후 각 기술 도구들 상의 기법들을 연구 및 개선함으로써 국토관측센서 네트워크 및 기상 재해 예 경보 체계를 위해 활용되어질 수 있을 것으로 기대한다.

세계적으로 최근 국지적 호우에 의한 홍수 및 토사재해가 빈번히 발생하여 인적피해 및 자산피해가 급증하고 있다. 일반적으로 강우에 의해 홍수가 발생되며 하안 및 하천 구조물에 피해를 주는 동시에 월파 및 제방이 붕괴되어 하천에서 제내지로 범람하여 범람피해가 발생된다. 하지만 도시지역에서 발생되는 강우는 불투수 면적비율이 비교적 커 다른 지역보다 최대 침수심이 발생되는 시간이 매우 빠르게 도달하는 환경적 특징이 있다. 또한 선상지 지역에 발달된 도시는 어느 동일한 강우사상에 의해 발생되는 내 외수 범람재해 및 토사재해가 동시에 발생되어 피해가 중첩될 가능성이 매우 크며 피해 리스크 또한 증가하고 있는 추세이다. 따라서 이상기후에 의해 발생되는 재해경감을 위해 기존의 대책 및 새롭게 구축되는 해저드 맵에 대해서 이와 같은 여러 재해 발생 가능성을 충분히 고려된 멀티 해저드 맵 구축이 필요하다. 본 연구에서는 일본 오노시의 지역방재계획을 위한 통합적인 해저드 맵 구축을 위해 내 외수 범람에 의한 피해 및 토석류 발생에 의한 영향평가를 실시하여 두 재해가 동시에 발생 가능한 지역을 대상으로 멀티 해저드 맵 구축 및 피난계획 수립을 목적으로 최근 발생되는 국지적 호우에 대한 예측을 위해 아직 검토대상 지역에 발생하진 않았지만 발생 가능한 강우사상을 추출하기 위해 DAD 분석을 실시하여 가능최대강우량을 산정하여 외력조건으로 사용하였다. 뿐만 아니라 토석류 모델의 현장 적용성 평가를 위해 2011년에 발생된 우면산 토석류 재해를 대상으로 비교 검토를 실시하였으며 본 논문의 주요한 결과를 아래와 같이 나타내었다.

현재 국내 도시유역의 유출분석을 위한 많은 모형들 중에서 SWMM 모형은 지표면의 양상, 침투율, 하수관망 체계를 고려한 유출분석이 가능하고, 계산과정에서 부등류를 해석함으로써 하류관로의 배수위 영향을 고려할 수 있는 장점을 가지고 있어 도시유출해석에 많이 이용되고 있는 실정이다. 지하시설물인 하수관로는 유지관리가 어려운 시설물 중 하나이다. 지하에 위치한 하수관망도는 상부 외압에 의한 토양의 유동과 미세한 토류의 변화 등으로 지속적으로 유동이 발생하고 있는 실정이다. 또한, 육안을 통한 조사가 어려운 지하시설물이기 때문에 하수관로 정보의 유지관리가 어려운 실정이다. 맨홀은 하수관거의 제원이 변화된 지점, 흐름방향 및 경사가 급격하게 변하는 지점 등에 위치하고 있어 하수관로 정보를 관리하는 있다. 지하시설물인 하수관로는 관리가 용이하지 않기 때문에 지반침하 등으로 관거의 평균경사 등이 변경될 수 있다. 본 연구에서는 하수관로 상류 및 하류 관저고의 변화에 따른 민감도를 분석하고자 한다. 대상 유역의 모든 관로에 대한 영향을 객관적으로 검토하기 위하여 도시적인 해석을 토하여 관거정보의 오차에 따라서 유출에 미치는 영향을 분석하고 이런 문제를 해결할 수 있는 방안 들을 정리하여 향후, 하수관로 정보의 신뢰성 확보를 위하여 하수관망 정보의 정밀도 문제를 검토하는데 도움이 되고자 한다.

최근 기후변화로 인해 집중호우 및 게릴라성 폭우의 발생빈도가 증가하고 있다. 또한, 도시화 및 산업화로 인해 불투수지역이 증가하여 첨두강우의 도달시간은 짧아지고, 강우강도는 증가하는 현상을 보이고 있다. 이로 인해 도시유역에서는 우수관의 통수능 부족으로 인한 홍수가 빈번히 발생하고 있다. 본 연구에서는 EPA-SWMM User's manual에서 제공하는 예제 관망도를 이용하여 SWMM 모형 매개변수들 간의 상관관계 분석을 수행하였다. 사전 조사 및 분석을 통해 유역폭, 관조도계수, 불투수유역 조도계수, 투수유역 조도계수, 불투수면적 비율 등 총 5개의 매개변수를 분석 대상으로 선정하였다. 매개변수들 간의 상관관계를 분석한 결과 유역폭-관조도계수, 유역폭불투수유역조도계수, 불투수면저 비율-투수유역 조도계수가 양의 기울기를 가지는 1차 선형함수 형태를 보였다. 즉, 예로 유역폭이 증가하면 관조도계수 또한 증가하는 경향을 보였다. 반대로 유역폭-불투수면적비율, 불투수유역 조도계수-관조도계수의 경우 음의 기울기를 가지는 상관관계를 보였으며 특히, 유역폭-불투수면적비율의 경우 2차 회귀곡선을 가지는 감소경향을 보였다. 본 연구의 결과를 활용하여 향후 우수관 설계를 수행한다면 내수침수 저감에 실무적인 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후변화의 영향으로 전 세계적으로 홍수와 가뭄의 발생빈도가 증가하고 있다. 특히, 가뭄은 우리나라에서 겨울과 봄철을 중심으로 매년 발생되고 있다. 가뭄의 정확한 발생을 판단하기는 어려우나, 가뭄이 발생되면 그 진행속도는 홍수보다 느리기 때문에 초기에 가뭄의 발생가능성을 예측한다면 가뭄에 대한 피해를 줄일 수 있다. 따라서 최근 가뭄 예측에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 가뭄발생의 불확실성을 내포하기 위하여 Bayesian Network (BN) 모형과 SPI의 자기상관성을 바탕으로 가까운 미래의 가뭄 발생확률을 예측하는 방법을 제안하였다. BN은 변수들 간의 인과관계를 확률적으로 나타낼 수 있는 네트워크 모형으로, 자연현상에 대한 위험도 분석 및 의학 분야에서 질병추정을 위한 모형으로 활용되고 있다. 본 연구에서는 가까운 미래의 가뭄 예측을 위하여 APEC 기후센터(APEC Climate Center, APCC)에서 제공하는 다중모형앙상블(Multi-model Ensemble, MME) 강우예측 결과로 도출한 미래 SPI 및 과거 강우량 자료로 구축한 SPI를 부모노드로, 예측 SPI를 자식노드로 BN을 구축하였다. BN의 각각의 노드를 Gaussian 확률분포모형으로 가정한 뒤, Likelihood weighting 방법으로 주변사후분포확률(Marginal posterior distribution)을 추정하여 미래의 SPI의 발생확률을 계산하였다. 2008년부터 2013년의 BN 가뭄 예측값과 MME 강우예측 결과로 도출한 SPI를 실제 관측 강우량으로 산정한 SPI와 비교하였으며, BN이 실제 관측결과에 가까운 결과가 도출되었다. 본 연구에서는 BN을 활용하여 가까운 미래의 가뭄 발생가능성을 확률적으로 나타낼 수 있는 방법을 제시하였으며, 그 결과 가뭄상태별 가뭄 발생확률이 산정되었다.

가뭄은 다른 어떤 기상재해보다 광범위하고 긴 시간에 걸쳐 큰 피해를 초래할 뿐만 아니라 많은 변수들이 복합적으로 작용하여 발생한다. 가뭄에 의한 피해를 최소화하기 위해서는 중, 장기적인 가뭄의 예측이 필요하며, 가뭄을 예측한다는 것은 가뭄의 발생 원인을 정확히 이해하는데서 시작할 수 있다. 통계적 모형기반의 한계를 극복하기 위한 방법으로서 가뭄의 발생원인을 규명하여 가뭄예측에 활용하는 연구가 시도되고 있으며, 그중 하나의 시도로서 광범위한 지역에 걸쳐서 나타나는 대기순환이 지역별 강수량에 미치는 영향을 분석함으로써 가뭄과의 상관관계를 규명하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 한반도 봄 가뭄에 대한 발생 원인과 예측 가능성을 진단하기 위하여 서울, 대전, 광주 및 밀양관측소의 강수량과 북반구 대기순환 패턴과의 상관분석을 실시하였으며, 동시상관 및 지연상관 패턴에 의한 한반도 가뭄의 시공간적 변화특성을 분석함으로써 대기패턴에 의한 한반도 가뭄과의 원격상관을 분석하여 가뭄을 예측할 수 있는 인자로서의 활용가능성에 대해서 분석하고자 한다.

가뭄은 적시에 경보해야 하는 홍수와 달리 진행속도가 느리고 시간적으로 대처할 여유가 있어 진행중일지라도 미리 감지만 한다면 그 피해를 최소화할 수 있다. 이로 인해 미국 등 수문기상 선진국에서는 수문기상 장기예보자료로부터 가뭄전망정보 생산기술을 개발하였으며, 특히 가뭄전망의 정확도 향상을 위해 여러 통계적 보정기법을 적용하고 있다. 국내의 경우 기상청에서 가뭄전망을 목적으로 2011년에 수치예보모델을 이용하여 가뭄전망정보를 생산한바 있으나, 전망정보의 불확실성 문제로 가뭄예보에 활용하는데 한계가 있어 이를 개선할 수 있는 기술개발이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 기후예측자료를 이용하여 가뭄전망정보 생산기술을 개발하고 정확도 개선을 위해 베이지안 기법을 연계하였다. GloSea5 (Global Seasonal forecast model 5) 장기예보자료를 이용하였으며, 베이지안 기법을 통해 과거 관측자료에 대한 사전분포, 모델의 전망정보로부터 우도함수를 유도하여 최종 사후분포를 추정하였다. 베이지안 기법 적용 전 후에 따른 가뭄지수를 산정하였다. 관측자료 기반의 가뭄지수와의 비교분석을 통해 선행기간 및 계절별 가뭄예측 성능을 평가하였으며, 실제 가뭄기간 동안에 가뭄의 재현성을 지역별로 분석하였다. 장기예보자료만을 활용한 기존 가뭄전망에서는 관측 자료가 포함된 1개월 전망에서도 불확실성이 매우 높았지만 베이지안 기법 적용으로 가뭄전망의 정확도가 크게 개선되었다. 특히, 1, 2개월 전망의 시계열 가뭄지수가 관측기반의 가뭄지수의 거동과 매우 유사하게 나타났으며, 지역별로도 베이지안 기법 적용시 실제 가뭄피해 상황을 적절히 재현하는 것으로 나타났다. 국내 가뭄예보에 있어 기후예측정보를 단순활용하기 보다는 베이지안과 같은 통계적 보정기법을 이용하여 가뭄전망정보를 생산하는 것이 바람직하며, 본 연구에서는 가뭄예보업무에 활용될 수 있도록 베이지안 기법에 대한 검증 및 평가를 지속적으로 수행할 계획이다.

가뭄은 홍수와 더불어 매우 심각한 자연재해이며, 그 특성상 광역적이고 장기간 발생함에 따라 구체적인 발생시점, 규모, 범위 등을 규명하기가 어렵다. 그동안 가뭄관리 기관에서는 가뭄의 특성을 규명하고자 가뭄 지수를 활용하여 발생시점, 발생빈도, 피해규모, 범위 등을 정량적으로 분석해 왔다. 그러나 가뭄특성은 가뭄 지수의 해석방법 및 판단기준에 따라 다르게 나타나는 문제가 있다. 또한, 대부분 가뭄지수가 단일 기상(강수, 기온 등) 및 수문(유출량, 토양수분량, 증발산량 등)정보 기반으로 산정됨에 따라 대상지역의 가뭄특성을 적절히 고려하지 못하고 있다. 따라서 지역적 가뭄특성을 명확히 나타내기 위해서는 단일변수 기반의 가뭄지수의 활용보다는 두 개 이상의 변수가 고려된 가뭄지수를 활용하는 방안이 필요하다. 본 연구에서는 강수량 및 토양수분량 기반의 이변량 결합가뭄지수(Bivariate Joint Drought Index, BJDI)를 산정하고 기존 단일변수(강수량, 토양수분량)에 의한 가뭄지수와 함께 지역별 가뭄특성을 분석하였다. 이를 위해 강수량은 1977~2012년 동안의 기상청 관할 59개 기상관측소 자료, 토양수분량은 지표수문해석모형으로 부터 산정한 결과를 이용하였다. 59개 지점에 대한 SPI (Standardized Precipitation Index), SSI(Standardized Precipitation Index) 및 BJDI를 산정하였다. 또한, 지점별, 가뭄지수별 빈도해석을 통해 재현기간을 산정하고 과거 가뭄피해사례를 바탕으로 가뭄특성을 정량적으로 비교 및 분석하였다. 그 결과, 재현기간은 동일한 심도일지라도 SPI, SSI, BJDI 순으로 BJDI가 가장 낮게 나타났으며, 지역별로는 중부지역이 높고, 남부지역에서는 낮게 산정되었다.

최근 원격탐사기법을 이용한 많은 가뭄평가기법들이 개발되었으나 산림과 함께 산악지형이 우세한 우리나라의 경우 지형특성으로 인하여 가뭄평가시 불확실성이 증가하게 된다. 특히, 농업가뭄은 기후와 지표특성에 큰 영향을 받기 때문에 기후특성만을 고려한 가뭄지수는 실제 필요한 농업가뭄의 특성을 반영하는데 있어서 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 기후와 지표특성을 함께 고려할 수 있는 토양수분을 이용한 가뭄평가기법(Drought Assessment Scheme)을 개발하였다. 가뭄평가기법을 위하여 역추적기법(Inverse Modeling-IM) 기반의 자료동화기법(Data Assimilation, DA)을 이용하였다. 자료동화기법은 1-Dimensional (1-D) 기반의 토양의 물리적 특성을 고려하는 SWMI_ST 모형과 최적화 알고리즘(유전자 알고리즘, Genetic Algorithm-GA)을 연계하여 실측 및 위성기반의 토양수분자료로부터 토양의 수리학적 매개변수(${\alpha}$, n, ${\Theta}_{res}$, ${\Theta}_{sat}$, $K_{sat}$)를 추출한다. 본 연구에서는 LANDSAT(30 m X 30 m) 및 MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS, 500 m X 500 m) 이미지자료를 이용하여 시 공간적으로 분포되어 있는 토양수분을 산정하였으며, 이후 자료동화기법을 이용하여 LANDSAT/MODIS 토양수분자료로 부터 공간적으로 분포되어 있는 토양의 매개변수를 추출하였다. 추출된 매개변수, GIS 기반의 지표피복 및 기상자료를 이용하여 장기간의 토양수분을 산정 및 예측 할 수 있다. 고해상도의 이미지 자료를 사용하는 가뭄평가기법은 필지~시 군 단위까지 실제 우리나라 지형특성을 고려하여 효율적으로 가뭄을 모니터링 및 예측 할 수 있다.

본 논문의 목적은 전 세계적으로 기후변화로 인한 이상기후에 대한 관심이 높아지고 있으며 이로 인한 부정적 영향에 대한 우려가 증가되고 있다. 우리나라도 기후변화로 연평균 강수량이 1910년대 1,155mm에서 2000년대 1,375mm로 약 19% 증가했으며 21세기말에는 약 17%가 증가할 것으로 전망하고 있다. 정부간협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)에 따르면 미래에는 지구의 연평균기온은 2050년은 $2.3^{\circ}C$ 2100년엔 $4.8^{\circ}C$가 증가할 것이라고 전망하였고, 우리나라의 경우 2050년에 $3.2^{\circ}C$ 2100년에 $6^{\circ}C$가 증가할 것으로 전망하였다. 따라서 본 연구에서는 최근 지구적인 문제로 대두되어 온 기후변화 대해 재해취약성 분석을 통하여 효과적인 대응방안을 모색하고자 하였다. 연구대상의 지역은 강원도의 18개 시, 군 지자체로 하였으며 계산의 평가단위는 각 지자체를 하나의 집계구로 정하였다. 재해취약성 분석 지표로는 현재(2000년)와 미래(2020년, 2050년)로 나누어서 분석하였다. 분석 결과 2000년에는 영동지역과 원주시가 가장 취약하였으며, 2020년에는 속초와 강릉, 춘천시가, 2050년에는 강원도 중부지역이 가장 취약할 것으로 전망되었다.

기후변화나 인위적인 요인 등에 의해 수문 자료에 비정상성(nonstationarity)이 나타나면서 정상성 가정 하에서 수행되는 빈도해석으로는 정확한 확률수문량 산정이 어려운 실정이다. 최근 이를 보완하기 위한 비정상성 빈도해석에 대한 연구가 진행되고 있고, 이와 더불어 비정상성 지역빈도 해석에 대한 관심도 높아지고 있다. 비정상성 지역빈도해석은 대개 홍수지수법(index flood method)을 기반으로 진행되고 있는데, 홍수지수와 성장곡선(growth curve)에 시간에 따른 변화를 고려하느냐의 여부에 따라 다양한 형태의 홍수지수모형이 적용되고 있다. 본 연구는 다양한 형태의 홍수지수모형의 성능을 평가하여 비정상성 자료에 적합한 형태를 선정하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 위치 매개변수가 시간에 따라 변화하는 비정상성 GEV 분포(GEV100)를 모분포로 하는 지점들로 지역들을 구성하고, Monte Carlo 모의를 통해 발생시킨 자료에 여러 형태의 홍수지수모형을 적용하여 각 모형의 성능을 평가하였다. 모의실험 결과 홍수 지수는 시간에 따른 변화가 없고, 성장곡선은 시간에 따라 변화하는 형태인 홍수지수모형이 다른 형태의 모형에 비해 대체로 더 정확한 확률수문량을 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 우리나라 기상청 관할 강우 관측 지점들 중 GEV100 분포가 적합한 것으로 선정된 지점들을 하나의 지역으로 구성하여 모의실험에서 적용한 것과 동일한, 여러 형태의 홍수지수모형을 적용한 결과 모의실험 결과와 일치하게 성장곡선에만 비정상성 고려된 홍수지수모형이 상대적으로 정확한 확률강우량을 산정하는 것으로 나타났다. 따라서 GEV100 모형 기반의 비정상성 지역빈도해석을 수행하기 위해서는 성장곡선만 시간에 따라 변화하는 홍수지수모형이 적합할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 강우레이더 관측망의 효과적인 운영관리 측면에서 관측과 운영 성능의 목표를 설정하고 평가하는 방안을 검토하였다. 레이더 관측망의 운영관리 측면에서 정량화가 가능한(정량적으로 평가된) 관측과 운영 목표를 설정하고 활용하는 것은, 관측의 정확도와 운영효율성을 과학적으로 평가 및 제고하기 위해 반드시 필요한 사안이다. 국토교통부는 2015년 현재, 기존에 설치 운영 중인 임진강, 소백산, 비슬산 레이더와 함께 예봉산, 가리산, 모후산, 서대산 총 7대의 S밴드 이중편파 레이더를 설치 운영할 계획이다. 이에 따라 강우레이더를 활용한 최적의 홍수예경보를 위해서는, 강우레이더 관측성능의 현 수준을 파악하여 홍수예경보 측면에서 관측정확도와 운영효율을 높이기 위한 방법(목표설정 및 평가 방법)의 모색이 필요하다. 가장 이상적인 방법은 관측 자료를 기반으로 분석하여 도출하는 것이겠으나, 현재 설치 단계로 모든 관측소의 관측 자료가 생산되고 있는 것은 아니므로, 본 연구에서는 관측 정확도에 영향을 미치는 관측환경 요소를 분석하는 방법을 선택하였다. 관측환경 요소로는 차폐, 빔고도, 빔높이, 빔폭 등이 이에 해당하며, 홍수예경보 측면을 고려하면 홍수취약성 요소(홍수예경보목표 대상유역 면적, 도달시간, 경사, 인구 등)도 고려해야 할 것이다. 즉, 강우레이더는 홍수예경보 정확도 향상을 위해 운영되므로, 홍수예경보 정확도 향상에 어느 정도 기여할 수 있는지 평가해야 한다. 이는 현재 지역별로 홍수예경보 취약 정도를 평가해야 하고 이를 위해서는 관측 취약성과 홍수 취약성을 함께 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 관측 취약성과 홍수 취약성을 함께 고려한 강우레이더 관측망의 관측 운영 성능 목표설정 및 평가 방안을 제시하였다.

본 연구는 KICT X밴드 이중편파 레이더 관측자료를 이용하여, 우리나라 기상조건에서 X밴드 이중편파 레이더 $K_{DP}$ 추정 기법에 따른 강우강도 추정의 차이를 비교 검토하였다. 이중편파 레이더로 $K_{DP}$ 기반의 정확도 높은 강우강도 분포 추정에 있어, $K_{DP}$ 추정의 방법에 따라서 추정된 $K_{DP}$의 공간 분포는 상당한 차이를 보이게 된다. 추정 기법만을 볼 때, 이는 주로 ${\Phi}_{DP}$로부터 기울기를 산정하는 방법과 기울기를 산정하는 윈도우의 크기에서 차이가 발생한다. 윈도우의 크기는 일반적으로 호우의 강도에 따라 달리 적용하는 것이 $R-K_{DP}$ 관계에서 보다 정확도가 높은 것으로 알려져 있다. $K_{DP}$ 산정 기법에 따른 차이 검토를 위해 기울기 산정 기법, 필터(FIR) 상수 및 ${\Phi}_{DP}$ 기울기 산정을 위한 윈도우 크기에 따른 강수 추정의 정확도를 검토하였다.

수자원의 지속적인 관리 및 효율적인 활용을 위하여 수문량의 예측과 분석은 필수적인 과정이라 할 수 있으며 이에 따라 다양한 수문 모형이 구축되고 강우, 유량 등 대표적인 수문량의 예측이 수행되어져 왔다. 그 중에서도 수문 시계열 모형은 시간의 흐름에 따라 일정하게 기록되어온 수문 자료를 확률적인 과정을 통하여 모형을 구축하고 이를 바탕으로 미래 수문량을 예측하는 데활용되는 모형으로, 과거에 기록된 수문 패턴이 미래에도 지속된다는 가정 하에 구축된다. 일반적으로 시계열 모형은 하나의 자료계열로 모형을 구축하는 단변량 모형과 원 자료계열 외에 다른 자료계열을 고려하여 모형을 구축하는 다변량 모형이 있으며, 다변량 모형은 원 자료계열에 영향을 미치는 외부변수를 고려함으로써 두 자료계열간의 상관성을 모형에 반영할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 자료계열의 계절성을 고려하여 시계열 모형을 구축할 경우, 수문 시계열이 가지고 있는 계절적 영향을 잘 반영할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 계절성을 고려한 다변량 시계열 모형인 SARIMAX(Seasonal AutoRegressive Integrated Moving Average with eXogenous) 모형을 이용하여 대표적인 수공구조물인 댐의 유입량 예측을 수행하였다. 일반적으로 댐 유입량 예측에는 댐의 유입량과 상관성이 높은 강우가 외부변수로 사용되어져 왔으나, 이 외에도 영향을 미칠 수 있는 지점특성치를 고려하여 모형을 구축한 후 비교하였다.

유역에 내린 강우의 총량은 홍수나 갈수 측면에서 매우 중요하다. 점 강우량에 의해 측정된 강우량을 이용하여 유역 총강우량으로 환산하는 과정에 많은 오차가 포함되어 있다. 선행연구에 따르면, 우량계를 통한 강우관측에서 언더캐치(undercatch)에 의한 계통오차는 일반적으로 5~16%, 우연오차는 약 5%가 발생된다고 보고하였으며, 점 우량계 자료를 내삽하여 공간자료로 변환할 경우 0.1km 규모에서 표준오차가 4~14%, 1km 규모에서는 33~45%, 10km 규모에서는 약 65% 정도 발생된다고 한다. 이러한 우량계 관측오차 및 강우자료 처리과정에서 발생되는 오차는 유역의 유출량 계산에 영향을 주어 홍수예보 정확도를 크게 떨어뜨릴 수 있다. 우리나라에서는 지금까지 유역 총강우량 산정 측면에서 지점강우량의 불확실성에 대한 연구가 많이 이루어지지 못하였다. 본 연구에서는 우리나라에서 주로 사용되고 있는 전도형 우량계를 이용하여 소규모 구역에서 관측되는 강우관측의 불확실성을 분석하고자 하였다. 연구에 사용된 우량계는 0.5mm 급 표준 전도형 우량계로 정밀도는 시간당 1~100mm 기준으로 ${\pm}1%$를 기록하여 기상검정규격인 ${\pm}3%$를 만족하고 있다. 이 우량계는 한국건설기술연구원 안동하천실험센터 내에 장애물이 없는 평지에 60m 간격으로 총 6대($2{\times}3$)를 설치하여 2014년 7월 11일부터 9월 2일까지 54일간 관측을 수행하였다. 관측기간 동안 2대의 우량계가 수일동안 강우가 기록되지 않아서 분석에서 제외하였다. 우량계 상호 간의 누적강우량(54일간)을 비교한 결과 2.5~25.5mm의 차이를 나타냈다. 강우강도별 강우량 합계를 비교한 결과 시간당 1mm 이상에서는 약 1%의 차이가 났으며, 시간당 15mm 이상에서는 7.4%의 차이를 나타내어 강도가 큰 강우사상에서 우량계 간의 관측오차가 더 크게 나타났다. 또한 우량계 상호 간의 상관계수를 분석한 결과, 우량계 간의 거리가 가까울수록 그리고 누적시간이 길수록 상관계수는 커지는 것을 확인할 수 있었다. 도출된 결과를 토대로 하면 앞서 언급한 바와 같이 점 우량계 자료를 내삽하거나 유역 또는 계산격자의 대푯값으로 사용하여 1시간 이하 단위로 유출모의를 할 경우 심각한 오차를 발생시킬 수 있음을 시사한다. 보다 신뢰성 있는 홍수예보와 효율적인 유역관리를 위해서는 점 중심의 강우 관측이 아닌 면적 우량에 대한 관측이 이루어져야 하며 이를 위한 기술의 개발이 필요하다.

토양수분은 일반적으로 시료를 채취하거나 현장에 설치된 다양한 센서를 통해 추정하지만 이는 시간과 비용이 많이 소모되기 ?문에 유역내의 공간적인 토양수분 분포를 추정하는데 상당한 어려움이 따른다. 토양수분뿐만 아니라 공간적인 대기현상, 토양수분, 식생현황 등을 관측하는데 대중적으로 사용되는 것이 위성 관측이며, 기본적으로는 위성에 탑재된 센서가 각 주파수대역에 따라 영상을 생성하면 이를 특정 알고리듬을 적용하여 원하는 값을 도출하게 된다. 토양수분 산정에 사용되는 대표적인 위성영상으로는 SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), ARMS-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer - Earth Observing System), ARMS2 (ARMS ver.2) 영상 등이 있으며, 이러한 위성은 해상도가 약 10 km ~ 40 km로 상당이 낮기 때문에 우리나라와 같이 면적이 좁고 지형이 복잡하며 다양한 토지피복이 밀집되어있는 곳에서는 기존 수문 연구에 응용할 수 있는 토양수분 공간지도 산정을 위해 상세화(Downscaling)과정이 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 ARMS2 토양수분 영상을 MODIS 영상의 식생지수(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index), 알베도 및 온도를 활용하여 공간적으로 상세화된 토양 수분 지도를 작성하였고, 유역 내에서 실제 측정되고 있는 토양수분 관측값을 활용하여 상세화기법의 적용성을 검토하였다.

본 연구는 우리나라에서 개발된 강우운동에너지식을 토대로 강우침식인자를 산정하여 기존 학계에서 국외 강우운동에너지식으로 계산되어 사용되어온 기존 강우침식인자 값과 어떤 차이점이 있는지를 비교 분석하기 위한 것이다. 이를 위해 최근까지 학계에서 발표된 국내 강우운동에너지식을 수집하고, 강우강도에 따른 강우운동에너지의 변화 양상을 비교 검토하였다. 4개의 강우운동에너지식을 비교해본 결과, 관측기간과 관측지점, 유도 방법의 차이로 인해 편차가 발생하는 것으로 나타났으며, 본 연구에서는 통계적인 방법을 이용하여 4개의 강우운동에너지식의 평균값을 나타낼 수 있는 전역적 강우운동에너지식을 제안하였다.

본 연구는 남강댐 유역($2,293km^2$)을 대상으로 이중편파 레이더 강우자료와 격자기반 분포형 강우-유출 모형인 KIMSTORM(KIneMatic wave STOrm Runoff Model)을 이용하여 홍수추적을 수행하고, 침수실적자료와 비교하여 레이더 강우자료의 효용성을 검토하였다. 2012년 4개의 강우 이벤트(집중호우, 카눈, 볼라벤, 산바)에 대하여 한강홍수통제소로부터 보정된 비슬산 레이더 강우자료를 제공받아 사용하였다. 레이더 강우와 지점 강우를 비교하기 위해 면적평균강우량을 산정하여 분석한 결과, 유출량산정 지점별 면적평균 강우량은 대체적으로 레이더가 지점 강우보다 더 낮은 값으로 예측되었지만, 강우의 패턴은 상당히 일치하는 것으로 나타났으며, 평균 $R^2$는 0.97로 매우 우수하게 분석되었다. 이후 분포형 홍수추적을 위해 KIMSTORM을 이용하였으며, 격자크기 $500{\times}500m$ 해상도의 156행${\times}$137열의 총 21,372개의 셀로 모형을 구축하였다. 분포형 모형의 보정을 위해 지상강우를 적용하여 모형을 보정하고, 보정된 매개변수를 레이더강우에 그대로 적용하여 적용성을 평가하였다. 모형의 보정 결과, $R^2$(coefficient of determination), ME(model efficiency), VCI (volume conservation index)의 평균이 지점강우를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 1.09%, 레이더 강우를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 0.96으로 모의유량이 관측유량을 잘 재현하였다. 이후 태풍 산바에 의한 하천범람 침수실적자료의 침수지역(신연, 문대, 신기지구)과 레이더에 의한 침수지역 유출분석 결과를 비교하였다. 침수지역 호우 및 유출의 공간분포를 분석한 결과 레이더 강우가 침수지역 상류유역의 호우와 유출상황을 자세하게 재현하였으며, 침수지역의 침수기간 전 후를 분석한 결과 지점강우 보다 레이더 강우가 실제 첨두유량에 가깝게 우수하게 모의되었다.

최근 다변량 확률모형을 이용한 빈도해석이 여러 수문분야에 걸쳐 연구되고 있다. 기존 일변량 빈도해석에 비해 변수활용에 대한 자유도와 물리적 현상을 정확하게 표현할 수 있다는 장점이 있으나, 표본자료의 부족, 매개변수 추정 및 적합도 검정 등의 어려움으로 실제 분야에 사용되기 어려운 점이 있다. 본 연구에서는 copula 모형에 대하여 Cramer-von Mises(CVM) 적합도 검정 시 표본자료의 적정 크기를 결정하기 위하여 Peaks-Over-Threshold(POT) 방법을 이용하였다. 서울지점의 기상청 시강우 자료를 이용하여 빈도해석을 수행하였으며, Gumbel copula 모형에 대하여 매개변수 추정은 maximum pseudolikelihood method(MPL) 방법을 이용하였다. 50년의 기록 자료에 대하여 표본크기를 50개부터 2500개까지 조절하여 CVM 통계값과 p-value를 기준으로 적정 표본크기를 산정하였다.

극치 수문(Hydrologic extremes)분야에서는 수문자료의 분포에 따라 Gumbel, GEV, 그리고 GLO 분포와 같은 다양한 확률통계 분포형이 존재한다. GEV와 GLO 분포형의 경우 Gumbel 분포형과 달리 형상매개변수가 포함된 3변수 분포형으로써 이상 기후 현상으로 인한 잦은 극치 수문사상을 표현하는데 좀 더 유연한 것으로 알려져 있다. 특히 GLO 분포형의 경우 영국에서 홍수빈도해석 시 적정분포형으로 선정된바 있다(Institute of Hydrology, 1999). 다양한 분포형 중에서 표본 자료를 대표할 수 있는 분포형을 선정하는 통계적 기법이 적합도 검정이다. 적합도 검정에는 $x^2$-검정, Cramer von-Mises 검정, Kolmogorov-Smirnov 검정, PPCC(probability plot correlation coefficient, 확률도시 상관계수)검정 등이 있으며 그 중 PPCC 검정은 이용방법이 간편하면서도 뛰어난 기각능력을 보이는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 극치 수문분야에서 널리 이용되고 있는 GLO 분포형을 대상으로 자료의 왜곡도 영향을 고려할 수 있는 확률도시 상관계수 검정의 검정통계량을 추정하여 보았다.

최근 기후변화로 인해 홍수의 발생빈도와 홍수량이 증가하고 있으며, 여름철 집중호우 및 태풍에 의해 하천의 둔치가 침수됨으로써 다양한 침수피해를 야기한다. 대하천 사업 이후 하천의 둔치를 활용한 체육시설, 자전거도로 및 생태공원과 같은 친수시설들이 조성되었으며 태풍으로 인한 하천의 홍수위 상승은 이러한 친수시설에 대한 직접적인 피해를 가져올 수 있다. 따라서 이와 같은 침수피해를 예측하기 위해서는 둔치를 포함한 복단면에서의 흐름해석을 통한 수리학적 영향을 분석해야하며, 둔치에서의 흐름양상은 주수로에 비해 수심이 얕고 흐름에 대한 저항이 크기 때문에 2차원 수리해석이 바람직한 것으로 제안되고 있다. 2차원 수리해석에 있어 하천의 홍수위 상승과 하강으로 인해 발생하는 둔치구간에서의 마름과 젖음 현상은 수치해의 발산을 야기하며, 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 마름/젖음 해석 기법에 대한 연구들이 진행되어 왔으며 일반적으로 마름/젖음에 대한 문제를 해결하는 방법은 마름/젖음에 상관없이 모든 부분에서 방정식을 푸는 박막기법과 해석영역으로부터 마름 부분을 제거하는 이동경계법으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 단기간에 수위가 급변하는 태풍사상에 대한 둔치에서의 홍수위험도를 평가하기 위해 마름/젖음 해석이 가능한 2차원 유한차분모형인 Nays2D 모형을 이용하여 마름/젖음에 대한 과거 선행연구들의 결과와 적용된 모형의 결과를 비교하여 모형의 적용성을 검증하였고, 검증된 모형을 강정-고령보에서부터 달성보 사이 구간에 적용하여 수리학적 영향을 분석하였다. 또한, 모형의 결과를 이용하여 홍수위험지수를 산정하였으며, 이를 통해 둔치구간에서의 홍수위험도 평가를 실시하였다.

하천의 지형을 조사하고 계측하는 것은 하천을 연구하는 전문가들에게 필수적인 일이다. 하지만 하천의 지형을 계측하는 것은 쉽지 않으며, 조사를 하여도 유사의 이송으로 인하여 하천의 지형은 시간이 지남에 따라 변하게 된다. 그러므로 실험이나 모델링을 통하여 하천의 지형을 예측하고 모의하는 것은 중요한 연구이다. 모델링을 이용하여 유사이송에 의한 하상변동을 잘 예측하기 위해서는 하천의 복잡한 흐름을 정확히 모의하는 것이 중요하며 유사를 발생시키는 힘인 하상전단응력을 정확히 산정하는 것 또한 중요하다. 하상의 전단응력을 산정하는 방법으로는 대표적으로 로그법칙에 의한 방법, 레이놀즈응력 분포를 이용한 방법, 난류운동에너지를 이용한 방법 등이 있다. 앞서 말한 방법으로 산정된 전단응력 값은 차이를 보이며, 이는 하상변동을 정확히 모의하는 것에 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 곡선좌표계를 이용하여 3차원 유동 및 하상변동을 모의할 수 있는 수치모형을 이용하여 전단응력 산정 방법에 따른 하상변동량을 분석하는 것이다. 하천의 복잡한 흐름을 정확히 모의하기 위하여 본 연구에서는 RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식을 3차원으로 해석하여 흐름 계산을 하였고 유사량 산정공식과 Exner 방정식을 이용하여 유사이송에 의한 하상변동을 계산하였다. 흐름 계산의 검증을 위하여 선행 연구의 실험을 대상으로 모의하였다. 그리고 곡선으로 된 실험 수로를 대상으로 전단응력 산

사행수로에서의 원심력은 비선형적인 압력분포를 야기하여 이차류, 편수위 등과 같은 불규칙하고 복잡한 흐름을 발생시킨다. 일반적으로 이들 흐름은 난류이고 매우 3차원적이며 자유수면과의 상호작용이 중요한 역할을 할 수도 있다. 환경, 유사이동, 지형 변화와 관련된 환경 수리학적 관점에서 사행수로에서의 흐름을 이해하고 설계하기 위해서는 이러한 복잡한 3차원 흐름을 정확하게 계산하는 것이 매우 중요하다. 이 연구에서는 유한차분법에 근거한 3차원 흐름해석 모형을 이용하여 사행수로에서의 난류 흐름을 모의하고자 한다. 지배방정식은 3차원 비정상 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식이며, 난류 해석을 위해서 공학적으로 널리 이용되고 있는 난류 모형 중 k-omega 모형을 이용한다. 수치모형은 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 이산화 기법을 적용한다. 자유수면의 변동은 이상(two-phase) VOF (volume of fluid) 기법을 이용하여 계산한다. 수치모형의 적용 대상은 기존 문헌에서 제시되어 있는 키노시타 사인곡선을 이용하여 만든 폭 60cm의 사행수로에서 후르드수 0.23 그리고 레이놀즈수 41,700의 조건에서 발생시킨 난류 흐름이다. 적용한 난류모형들을 이용하여 해석한 결과들을 유속벡터분포와 수위의 항으로 비교분석하여 사행수로에서 발생되는 이차류와 편수위 변화 재현에 대한 수치모형의 적용성을 평가하고 각 난류모형들의 특성을 제시한다.

천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.

고전전인 천수방정식을 적용한 도시침수 해석모형에서 건물의 영향을 고려한 정확한 해석을 수행하기 위해서는 고해상도 격자가 요구되며 이는 계산시간의 증가가 야기된다. 고전 천수방정식을 적용한 도시침수해석 모형의 이러한 문제점을 극복하기 위해서 본 연구에서는 도시지역에 존재하는 건물 체적에 레이놀즈 이송이론을 적용한 수정 천수방정식을 제안하고, 제안 천수방정식을 이용한 효율적인 2차원 도시침수해석 모형을 개발하였다. 도시지역의 침수 모델링을 위해 고전 천수방정식은 건물을 고려하기 위해 고해상도 격자를 사용하는 것과 달리 수정 천수방정식은 건물의 영향을 매개변수화함으로서 저해상도 격자의 사용에도 고전 천수방정식과 유사한 정확도를 얻을수 있다. 건물의 영향을 매개변수화하기 위해서는 건물로 인한 저류와 흐름방향의 변화를 지배방정식이 고려할 수 있도록 수정하였다. 즉. 수정 천수 방정식은 고전 천수방정식을 기본으로 하여 건물의 저류영향을 고려하기 위해 각 계산격자에 적용되는 체적 매개변수와 건물의 흐름방향을 고려하기 위해 흐름방향과 직각방향에 위치한 선분(격자를 구성하고 있는 경계선)에 적용되는 면적 매개변수가 추가된다. 수정 천수방정식을 검증하기 위해 개발모형을 건물이 균일하게 위치한 실험하도와 비균일하게 위치한 실험하도에 적용하고 그 결과를 고전 천수방정식을 사용한 계산결과 및 계산시간과 비교함으로서 개발모형의 정확성과 효율성을 검증하였다.

강우가 지역별 계절별로 편중되어 있는 우리나라는 수자원의 안정적인 확보와 이용을 위해 다양한 형태의 댐을 건설하여 운영하고 있다. 그러나 대부분의 댐건설을 통해 형성된 저수지들은 탁수 장기화 및 녹조 발생 등의 환경, 생태적인 문제를 겪고 있으며, 그에 따른 사회적 우려로 인해 신규댐 건설을 통한 수자원확보는 더 이상 어려운 실정이다. 이러한 문제에 대응하기 위한 대안으로 기존 댐 저수지들(안동호-임하호)의 구조적 연계운영방안이 진행되고 있다. 본 연구의 목적은 2차원 CE-QUAL-W2모형을 활용하여 안동호와 임하호의 구조적 연결에 따른 탁수의 이동과 각 저수지 내에서의 유동 변화를 해석하는데 있다. 저수지 연계 시나리오는 EL. 138 m 위치에 길이 2 km, 직경 5.5 m 의 콘크리트관(마찰계수 0.05)이 안동호 좌안인 임동면 마리와 임하호 우안 망천리를 연결하는 것으로 가정하였다. 모델의 보정은 실측자료가 풍부한 2006년도 수문사상을 대상으로, 개별 저수지에 대해 수행하였고, 탁수 유동 시나리오 해석은 임하호에 심각한 탁수장기화 문제가 발생했던 2002년을 대상으로 댐 연계 탁수모의를 수행하였다. 안동호와 임하호의 댐 앞에서 모의값과 실측값을 오차를 분석한 결과 탁수예측오차는 AME 0.5~24 mg/L, RMSE 0.7~30.2mg/L의 범위로 비교적 실측값을 잘 반영한 것으로 나타났다. 임하댐의 경우 탁수층의 위치와 두께, 그리고 최고 탁도값을 적절히 재현 하였지만, 안동댐은 최고 탁도값 예측에서 다소 오차가 발생하는 것으로 나타났다. 안동호와 임하호 단독 운영시와 연계 운영시의 탁수변화 파악을 위해 초기 홍수사상이 발생한 8월 이후부터 저수지내의 TSS농도 분포를 비교하였다. 안동호의 경우 댐앞지점의 탁수분포는 수온성층구조에 영향을 받아, 단독 운영시(EL. 130 m)보다 연계운영시(EL. 140 m)에 탁수의 중심이 높은 위치에 형성되었다. 단독 운영시 10월 이후에 전도현상으로 인해 침강되지 않은 잔류 탁수층이 저수지 하부로 확산되었지만, 연계 운영시에는 재부상 되어 상층으로 확산되는 것으로 모의되었다. 또한 연계운영시 유량이동으로 인해 안동호의 탁수 댐앞 도달시간이 짧아지는 것으로 나타났다. 반면 임하호는 연계 운영시 안동댐으로 유출이 생기면서 중층에서 탁수량이 저감되는 것으로 모의되었다. 저수지 내 탁수량 분석을 위해 SS 15 mg/L 이상의 잔류 탁수량을 분석한 결과, 연계운영시 안동호의 평균 잔류탁수량 비율은 11.8% 증가, 임하호의 경우 11.7% 감소하였다. 또한, 탁수의 댐하류 방류일수도 SS 15 mg/L 기준 임하호 9일 저감, 안동호는 70일 증가하여 임하호의 탁수가 안동호의 탁수 장기화에 영향을 주는 것으로 나타났다.

하천은 인간의 활동과 산업화에 의해 많은 인위적인 교란을 받고 있다. 대표적으로 댐과 저수지는 수자원의 이용, 발전, 그리고 다양한 산업화를 위하여 건설되었다. 이는 경제발전과 함께 인간의 생명과 용수 공급 및 홍수 예방의 차원에서 많은 역할을 해오고 있다. 그러나 대부분의 댐과 저수지는 하류 하천에 서식하는 생물들에 대한 영향을 거의 고려하지 않고 건설되는 실정이다. 특히 발전방류와 같은 급격한 유량의 변화는 하류 하천에 서식하는 생물들의 서식처에 직접적으로 영향을 미치고 있다. 하류 하천에 서식하는 생물들은 인간의 인위적 교란에도 영향뿐만 아니라 유속, 수심, 기층, 영양물질, 수질, 온도 등과 같은 서식처 요소에도 영향을 받는다. 따라서 서식처 요소들에 대한 연구는 하천 생태계의 변화 또는 영향을 주는 인자에 대해 평가하고 분석하는데 유용하게 사용된다. 본 연구에서는 댐 발전방류로 인한 수온 차이가 하류 하천에 미치는 영향을 파악하였다. 발전방류로 인한 하류 하천의 수온 변화를 모의하기 위하여 미공병단에서 개발된 CE-QUAL-W2 모형을 사용하였다. 대상구간은 괴산댐 하류에 위치한 달천이며 2.5 km구간을 선정하였고, 달천 상류에 위치한 괴산댐은 빈번하게 발전방류를 발생시키고 있다. 발전방류로 인한 하류하천의 수온 변화를 살펴보기 위하여, 여름과 겨울 두 계절의 상반된 경우에 대하여 모의를 수행하였다. 괴산댐의 경우, 중층 및 하층방류를 실시하므로 상대적으로 온도 차이가 심한 발전방류가 하류 하천으로 유입이 된다. 실측된 자료를 살펴보면, 괴산댐에서 발전방류는 하류 하천과의 온도 차이가 약 $10^{\circ}C{\sim}19^{\circ}C$ 발생하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 댐 발전방류로 인한 하류 하천의 수온 변화를 분석함으로써, 댐 하류 하천에서 서식하는 생물들을 고려한 댐 운용 계획을 수립하는데 중요한 기초자료가 될 것으로 기대된다.

강수량이 적은 갈수기에는 하천수량이 적어 소량의 오염물질의 유입으로도 하천수질의 악화를 불러일으킬 수 있다. 특히 2014년에는 한강수계의 강수량이 예년의 46%정도이며 이로 인한 저수율은 예년의 75%정도로 저조하여 봄철 갈수기에 수질악화가 우려된다. 한강은 비교적 수질이 양호하여 녹조가 발생하는 일이 낙동강, 금강, 영산강보다 적으나 가뭄의 영향으로 하천수질 악화 및 녹조현상이 발생할 우려가 있다. 그래서 본 연구에서는 남한강과 북한강의 봄철 수질전망을 통한 녹조발생 위험도를 예측하고자 하였다. 수질예측에 사용된 모형은 미국공병단(USACE)에서 개발한 2차원 하천수리 수질모형인 CE-QUAL-W2이며, 본 연구에 이용된 CE-QUAL-W2는 K-water 통합수질예측시스템(SURIAN)을 이용하여 구축하였다. 연구 대상지역은 북한강의 소양강댐 하류와 팔당호지점, 남한강의 강천보, 여주보, 이포보 지점에 대해 조류농도에 대한 예측을 수행하였다. 미래 수질예측을 위한 유량 자료는 평년 빈도유량을 사용하였으며, 기상자료는 유사는 분석을 통해 과거기상과 가장 유사한 패턴을 보이는 년도의 기상자료를 사용하여 모형을 구동하였다. 2~4월 남한강과 북한강의 Chl-a농도에 대하여 2013~2014년 평균치와 2015년 수질예측치를 비교한 결과 북한강은 4월에 예년대비 최고 61% Chl-a 농도가 증가하는 것으로 나타났으며, 남한강은 2월에 Chl-a농도가 최고 106% 증가되는 것으로 예측되었다. 본 연구를 통해 2015년 봄철 갈수기 녹조가 예년보다 증가 할 것으로 나타났으며, 다른 수계보다 비교적 적은 농도이지만 주기적인 수질예측과 하천 모니터링을 통해 하천수질을 관리하고 수질오염을 예방하는 노력을 기울여야 할 것이다.

Basin-scale motions in a stratified lake rely on interactions of spatially and temporally varying wind force, bathymetry, density variation, and earth's rotation. These motions provide a major driving force for vertical and horizontal mixing of inorganic and organic materials, dissolved oxygen, storm water and floating debris in stratified lakes. In Lake Tahoe, located between California and Nevada, USA, basin-scale circulations are obviously important because they are directly associated with the fate of the suspended particulate materials that degrade the clarity of the lake. A three-dimensional hydrodynamic model, ELCOM, was applied to Lake Tahoe to investigate the underlying mechanisms that determine the characteristics of basin-scale circulations. Numerical experiments were designed to examine the relative effects of various mechanisms responsible for the horizontal circulations for two different seasons, summer and winter. The unique double gyre, a cyclonic northern gyre and an anti-cyclonic southern gyre, occurred during the winter cooling season when wind stress curl, stratification, and Coriolis effect were all incorporated. The horizontal structure of the upwelling and downwelling formed due to basin-scale internal waves found to be closely related to the rotating direction of each gyre. In the summer, the spatially varying wind field and the Coriolis effect caused a dominant anti-cyclonic gyre to develop in the center of the lake. In the winter, a significant wind event excited internal waves, and a persistent (2 week long) cyclonic gyre formed near the upwelling zone. Mechanism of the persistent cyclonic gyre is explained as a geostrophic circulation ensued by balancing of the baroclinc pressure gradient (or baroclinic instability) and Coriolis effect. Topographic effect, examined by simulating a flat bathymetry with constant depth of 300m, was found to be significant during the winter cooling season but not as significant as the wind curl and baroclinic effects.

인간이 생활하는데 필요한 전기를 생산하는 시설 중 하나인 화력발전소의 발전수차를 냉각시키기 위하여 많은 양의 냉각수를 바다에서 취수하게 되는데, 이 과정 중에서도 특히 흡입수조(Intake Basin)에서 흡입펌프(Suction Pump)를 통과하는 단계가 매우 중요하다. 흡입수조의 형상과 펌프운용조건 등에 의하여 흡입구(Bell Mouth)에 접근하는 유동이 비대칭일 경우 흡입구 주변에서 선회류가 발생하거나 유속분포가 비균일?비대칭이 되기 쉽다. 그러면 선회류가 더욱 악화되어 볼텍스(Vortex)로 발달되면 취수 펌프에 악영향을 준다. 또한 볼텍스의 발생은 흡입수조의 형상뿐만이 아니라 낮은 수위일 경우 수면과 흡입구의 거리가 짧아지면서 자유수면볼텍스 또는 수중볼텍스가 발생할 확률이 높아지게 된다. 본 연구에서 수리모형시험을 통하여 펌프 조합 및 수위 변화에 따른 볼텍스의 발생여부를 파악하고 볼텍스 저감장치를 고안하였다.

하천에서 유사이동 분석이 중요한 이유는, 지속가능한 하천관리의 관점에서 하도, 구조물, 생물 서식처와 수질에 이르기까지 하천 내 유사이동이 미치는 영향이 광범위하기 때문이다. 특히, 유사가 어느 지점에서 유실되며 어느 지점에 쌓이는지와 같은 이슈는 하천 지속가능한 관리를 위한 핵심이라 해도 과언이 아니다. 상대적으로 크기가 작은 부유사 입자의 이동은 일상적인 하천의 흐름에서도 대부분 관찰되기 때문에, 그 이동패턴을 파악하는 것이 하천의 효율적 관리에 밑바탕이 된다. 기존연구들에서 주로 연구되었던 부유사 농도 또는 플럭스 산정은 유사에 의한 영향을 파악하기 위한 좋은 지표임은 분명하지만, 유사 입자가 움직이기 시작하는 지점이나 침전하는 지점 등 공간적 분석을 위해서는 입자의 움직임에 초점을 맞춘 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 부유사 입자를 추적하는 모의 방법을 이용하여, 개수로에서 부유사 입자를 방류하는 형태가 바뀌었을 때, 입자의 공간적 분포가 어떤 식으로 영향을 받는지에 대하여 분석하였다. 모의결과와 실험결과를 비교하여 연구의 접근방법이 부유사 이동의 공간적 분석을 위한 타당한 방법을 검증하였으며, 나아가 실험으로 측정하기 어려운 부유사 이동 패턴을 제시하였다. 입자의 방류 위치나 방류 간격 등 부유사 입자의 분산에 영향을 미치는 요인들 또한 함께 분석하였다.

산사태나 토석류와 같은 산지재해가 빈발하고 인명과 재산의 피해가 증가함에 따라 적절한 대책이 시급하게 요구되고 있다. 토석류 매커니즘에 대한 많은 선행 연구가 이루어졌으며, 토석류 수치해석은 설정된 지형이나 수문곡선 등의 조건하에서 토석류의 발생, 이동, 퇴적, 범람범위 등의 거동을 표현하는 것이다. 본 연구에서는 토석류 해석에 자주 이용되는 Takahashi model과 Egashira model을 이용하여 침식과 퇴적과정을 모의하였다. Takahashi model에서는 토석류, 소류 상집합유동 등에 따라 유동형태가 달라지는 반면, Egashira model에서는 유동형태의 구분없이 침식이나 퇴적이 일어나지 않는 평형경사를 상정하여 하상구배가 평형구배를 만족시키는 방향으로 침식/퇴적이 발생한다고 평가한다. 이러한 각각의 토석류 모델을 이용하여 여러 가지 하상에서의 침식현상, 퇴적현상을 수치모의하고 각 모델의 해석결과를 비교하였다. 또한 이동상에서의 침식/퇴적거동을 해석하였으며, 실제 지형에 대한 적용가능성을 검토하였다. 이러한 토석류 수치해석 결과를 이용하여 토석류재해의 규모나 범위를 예측할 수 있으며 실제로 발생한 토석류재해의 검증, 사방구조물의 기능평가에도 유용하게 이용될 수 있다. 본 연구에서는 1차원해석에 머물러 있으나 계류상의 거동을 표현하고 사방구조물의 위치선정을 위해서는 무리가 없으며, 향후 2차원해석을 통해 범람거동을 해석한다면 토석류위험지도 작성에 유효할 것으로 판단되었다.

하천에서 토사유출, 하상변동, 제방유실 등과 같은 현상은 유사 이송과정에 관련되어 있다. 하천에 대한 다양한 공학적 문제들을 해결하기 위한 첫 단계로서 유사이송의 특성을 파악하는 것은 중요하다. 유수에 의한 하상재료 이송과정은 핵심 기작에 따라 부유사와 소류사로 구분할 수 있으며 이들의 합이 총유사량이다. 하천에서 유사이송을 정량적으로 이해하기 위해서는 부유사량과 소류사량을 측정할 필요가 있다. 소류사가 부유사에 비하여 측정이 어렵고 많은 시간이 소요되기 때문에 소류사량은 현장실측 자료의 수가 매우 부족하나 부유사량 자료의 수는 상대적으로 많은 실정이다. 홍수 시 하천에서 부유사량은 측정하고 소류사량은 기존 유사량 공식을 이용해 산정하여 총유사량을 추정하기도 한다. 이 같은 총유사량의 신뢰한계는 소류사량 추정 공식에 의존될 수밖에 없다. 본 연구에서는 자갈하상 하천에서 측정한 총유사량 중에 소류사량이 차지하는 정도를 조사하였다. 일반적으로 자갈하천은 모래하천에 비하여 경사가 급하고 유속이 빠르며 산지하천이 이 경우에 속한다. 산지하천에서 부유사량의 변동은 하상조건보다는 유역에서 공급되는 토사유출량의 크기에 좌우되나 소류사량은 주로 하상조건에 영향을 받는다. 양양남대천의 실측 유사량에 대한 유사량-유량의 관계곡선 기울기를 보면 부유사보다 소류사의 경우가 더 크며 서로 교차하는 유량조건, 즉 유사량비(=소류사량/부유사량)가 1인 한계유량이 존재한다. 유량이 적을 때는 소류사가 이동하지 않더라도 부유사량이 존재하였으나 유량이 한계유량보다 크면 소류사량이 더 많았다. 소규모 자갈하천인 Oak Creek (Milhous, 1973)에서 조사한 총유사량에서도 한계유량이 확인되고 있다. 모래로 된 대하천에서 유사량비는 현저히 작으며 한계유량도 확인되지 않고 있으나 경사가 급한 자갈하천에서는 한계유량이 존재한다. 이는 하천에서 유량이 증가하고 하상재료가 커지면 총유사량에서 소류사량의 중요성이 증가한다는 것을 의미한다.

하천에서 유사이동은 하천환경과 하천형상을 결정하는 주요 요소이므로 이를 해석하는 것은 매우 중요하다. 그러나 유사이동은 일반적으로 이상흐름 (two-phase flow)이며 난류를 동반하기에 이를 해석하기에는 쉽지 않다. 이상흐름을 해석하는 방법으로는 유사를 연속상인 유사구름(sediment cloud)으로 표현하여 해석하는 Euler-Euler 모형이 있으며 입자를 직접 추적하여 해석하는 Euler-Lagrange 모형이 있다. 본 연구에서는 유사이동 해석을 위하여 Euler-Lagrange 모형을 사용하였으며 흐름의 진동성분을 고려하기 위하여 EIM (Eddy Interaction Model)을 사용하였다. 유체의 유속은 Dou (1987)가 제시한 경험식을 사용하였고 난류운동에너지와 소산률은 Nezu and Nakagawa (1993)가 제시한 식을 사용하였다. EIM에서 입자에 발생하는 와의 영향시간(eddy interaction time)을 계산하기 위해 Gosman and Ioannides (1983)가 제시한 eddy lifetime과 eddy crossing time을 사용하였다. 유사입자는 입자의 운동량방정식을 풀어 그 거동을 추적하였으며 일정 시간 후 입자의 수를 이용하여 농도를 계산하였다. 유체에 발생하는 유속의 진동성분에 의해 입자가 부상하고 중력에 의해 흐름에 따른 일정한 농도분포 형태를 가지는 것을 확인하였다. 유사의 입자크기와 흐름에 따른 농도분포를 계산하였으며, 이를 측정치와 비교하여 EIM의 적용성을 확인하였다.

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90 m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동 모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.

표면영상유속계(Surface Image Velocimety, SIV)는 하천 표면의 영상을 분석하여 유속을 산정하는 매우 실용적이며 간편한 유속측정 방법이다. 그러나 표면영상유속계는 수표면의 움직임을 계산하여 표면유속을 산정하기 때문에 빛이 없는 야간의 경우 수표면의 움직임을 촬영하기 어려워 밤에 발생하는 홍수 유량 측정이 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 수표면에 야광 입자를 흘려 촬영하는 방법이 있었으나 대하천의 경우 야광물질의 크기가 작아 영상 내에서 식별이 어려운 문제가 있었고, 높은 밝기의 조명을 사용하여 영상을 획득하는 방법 또한 수행되었으나 빛이 수표면에 반사되어 하천 전체를 촬영하기 어려운 문제점이 있었다. 이 후 근적외선 카메라를 이용하여 야간 측정의 어려움을 극복하고자 하였으나 촬영범위가 최대 50 m 정도로 조사 거리의 한계를 나타내었다. 최근 Fujita(2013)는 원적외선카메라를 이용한 하천 유량 측정을 실시하였는데 이는 기존 야간촬영 시 시도되었던 방법의 문제점을 해결할 수 있음을 보여주었다. 이에 본 연구에서는 원적외선 카메라를 이용한 표면영상유속계의 적용성을 검토하고자 실험수로에서 실험을 수행하였다. 실험 시 주간 및 야간의 상황을 설정하여 원적외선 카메라, 근적외선 카메라 그리고 일반 캠코더를 이용하여 흐름을 촬영하였다. 또한 프로펠러유속계를 이용하여 흐름의 표면유속을 측정하였다. 원적외선 카메라를 이용하여 촬영된 영상을 상호상관법을 이용하여 표면유속을 측정하였고, 이를 프로펠러유속계 측정결과와 비교하여 정확도를 검토하였다. 또한 일반 캠코더와 근적외선카메라의 영상 분석 결과와도 비교하여 개선점을 확인하였다.

최근 이상기후로 집중호우와 강우패턴이 변화하고 있다. 하지만 변화하는 환경을 고려하지 않은 내배수시설 설계로 내수 침수 피해가 증가하여 인명 및 재산 피해가 급증하고 있다. 이에 도시지역의 내수침수에 대한 대책으로 재내지의 초과 우수를 하천으로 강제 배수시키기 위한 빗물펌프장의 역할이 점점 중요해지고 있다. 도심지역의 집중호우에 대응하기 위해서는 빗물펌프장의 목표 배수량을 실제 배수할 수 있는지에 대한 여부가 도시지역의 내수침수를 효율적으로 방어하는데 있어 중요한 요소가 될 것이다. 하지만 현재 빗물펌프장의 설계 시 펌프 흡입부 내 흐름특성을 고려하지 못하고 있어 펌프의 효율에 대한 불확실성이 큰 것이 사실이다. 따라서 펌프 가동 시 흡입부 주변의 흐름특성에 대한 연구가 필요하다. 기존 펌프 흡입부의 실험적 연구에서는 색소를 이용한 vortex의 생성 위치 및 경향을 정성적으로 파악하거나 ADV등의 유속계를 이용하여 흡입부 주변의 흐름특성을 지점별로 분석하는 연구들이 수행되었다. 하지만 빗물펌프장의 펌프 흡입부 주변의 흐름은 펌프 가동에 따라 매우 복잡한 와류가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 정량적인 유속장 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 비접촉식 유속 측정이 가능하고 유속장 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있는 입자영상유속계(PIV: Particle Image Velocimetry)를 이용하여 펌프 흡입부 주변의 흐름특성을 분석하였다. 펌프 흡입부의 흐름특성을 분석한 결과 흡입관 내 유속분포의 편중 현상에 접근유속의 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 흡입유속에 비해 접근유속이 빠른 경우 흡입관 내 유속분포는 상류측에서 횡방향 와류가 발생하여 흡입에 방해가 되는 것을 확인하였고, 하류측으로는 흡입 방향으로 유속이 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 향후 펌프 흡입관내 상류측부분의 와류를 감소시키기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

자연 하천의 홍수 유량 측정은 매우 어렵고 많은 비용과 시간, 노력을 요하는 작업이다. 보다 안전하고 경제적인 유량 측정의 대안으로 제시된 것이 하천 표면의 영상 분석을 이용하는 표면영 상유속계이다. 본 연구는 안드로이드 기반의 스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계를 개발하는 것이다. 스마트폰에 내장된 카메라, GPS, 방향 센서, CPU를 활용하여, 실시간으로 현장에서 하천의 표면유속을 측정하는 것이다. 먼저, 스마트폰의 GPS를 이용하여 측정 현장의 위치를 잡고, 경사계(방향 센서)를 활용하여 카메라와 촬영면의 기하적인 관계를 설정한다. 수표면과 카메라의 높이차만을 입력하고, 측정된 카메라의 경사에서 하천 수표면의 위치관계를 추정할 수 있는 카메라 모형을 작성하였다. 이 방법을 이용함으로써 기존 표면영상유속계의 단점 중 하나인 참조점 보정이 필요없도록 하였다. 내장된 카메라로 정해진 시간(3초) 동안 동영상을 촬영하고, 촬영된 동영상은 개방 소스의 영상처리 라이브러리인 JavaCV를 이용하여 프레임별로 분할하고, 이를 시공간 영상 분석하여 하천 표면의 2차원 유속장을 추정한다. 영상의 시공간 분석에는 상호상관 시공간분석법을 이용하였다. 모든 코드는 안드로이드 운영체제에서 실행되도록 Java로 작성하였다. 시판되는 안드로이드 스마트폰에 적용하여 현장 시험한 결과 3초간의 영상 처리에 5초 정도를 소요하여, 거의 실시간으로 유속을 측정할 수 있었다. 또한 유속 측정 오차는 일반적인 영상 처리의 오차인 5% 내외였다.

최근 홍수의 특성과 피해 양상은 과거와는 다르게 변화하고 있으며, 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류 능력이 감소하였으며 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔다. 본 연구에서는 대심도 터널의 유입구, 수직갱, 감세지, 배수터널과 같은 시설물 중 대심도 터널 설계 시 수직 유입구를 통해 유입되는 유량의 에너지를 완화하고 효과적으로 배수 할 수 있도록 중요한 역할을 하는 감세지의 효율적인 깊이 산정을 위하여 수리모형실험을 실시하였으며, 모형은 Froude 상사법칙을 사용하여 원형의 1/18크기로 제작하였다. 본 연구에서 실시한 감세지 모형의 깊이는 0.278 m(원형 5.0 m), 0.417 m(원형 7.5 m)이며, 각 감세지 깊이별 수직 유입구 3개소(저지수직구1, 저지수직구2, 고지수직구) 및 5가지의 유량 CASE에 대하여 감세지 바닥면 압력을 비교?분석 하였다. 수직 유입구 3개소의 설계조건에 따른 감세지 깊이별 바닥면 압력 분포 평가를 실시한 결과 저지수직구1의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0m)에서는 최대 압력이 4번 지점에서 $0.075kg/cm^2$(원형 1.30 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5m)에서는 최대 압력이 1번지점에서 $0.089kg/cm^2$(원형 1.54MPa)이 측정되었다. 또한 저지수직구2의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0 m)에서는 최대 압력이 1번 지점에서 $0.074kg/cm^2$(원형 1.28 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5 m)에서는 최대 압력이 2번지점에서 $0.088kg/cm^2$(원형 1.52 MPa)이 측정되었다. 고지수직구의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0 m)에서는 최대 압력이 3번 지점에서 $0.082kg/cm^2$(원형 1.42 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5 m)에서는 최대 압력이 1번지점에서 $0.092kg/cm^2$(원형 1.59 MPa)이 측정되었다. 본 연구에서 실시한 수리모형실험의 결과 저유량에서 고유량으로 갈수록 최대압력지점은 반시계방향으로 움직이는 것을 알 수 있으며, 이는 수직 유입구의 설계조건에 따른 수직갱에서의 회전수차에 의하여 발생하는 것으로 분석하였다. 따라서 적절한 감세지 깊이 산정을 위해서 대심도터널의 수직 유입구(유입구형태, 수직갱)의 평가가 함께 유기적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

오염원과 취수장이 동일 구간 내에 공존하는 국내하천의 특성상, 하천 평면 내에서 오염물의 거동 및 혼합 특성을 보다 정확하게 해석하기 위해서는 2차원 이송-분산 모형의 적용이 필요하다. 이를 위해서는 2차원 모형의 주요 매개변수인 종분산계수와 횡분산계수의 적절한 입력이 매우 중요하다. 하지만 국내외적으로 횡분산계수에 대한 연구는 많이 진행된 반면, 현재까지 종분산계수에 대한 연구는 충분히 이루어지지 않은 실정이다. 분산계수를 결정하는 방법에는 실측된 농도 자료의 유무에 따라 크게 두 가지로 분류된다. 실측된 농도 자료가 없는 경우, 이론식이나 경험식을 이용하는 방법이 있다. 반면에 추적자 실험 등을 수행하여 실측된 농도 자료가 있는 경우, 모멘트법 또는 추적법을 적용하여 농도-시간 분포 곡선으로부터 분산계수를 계산하는 것이다. 모멘트법은 임의 지점에서 농도의 횡분포를 통해 얻을 수 있는 2차 모멘트의 종방향 변화율이 횡분산계수와 비례한다는 원리를 이용한 것이며, 추적법은 상류부의 관측된 농도를 입력자료로 하여 하류부의 농도를 계산한 후 계산된 농도와 실측된 하류부 농도의 비교를 통해 분산계수를 산정하는 방법이다. 본 연구에서는 불규칙한 단면 형상을 가지는 자연하천에서의 2차원 종 횡분산계수를 산정하기 위해서 Baek & Seo(2010)가 제안한 2차원 유관추적법(2D Stream-tube Routing Procedure)을 적용하였다. 본 연구에서는 국내 자연하천 중 다양한 사행형태를 갖으며 수질오염 사고의 위험이 높은 구간을 선정하고, 추적자로서 Rhodamine WT를 이용하여 현장실험을 수행하였다. 실험에서 수집된 수리량 및 농도자료로부터 추적자의 2차원적 거동을 분석하였으며, 2차원 유관추적법을 적용하여 종분산계수를 산정하였다. 그 결과 하폭 대 수심비(W/H)와 마찰손실관련 무차원변수(U/U*)의 증가에 따라 종분산계수가 증가됨을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 산출된 종분산계수와 선행 연구에서 수집된 자료를 이용하여 추정식을 개발하였다. 차원해석을 통해 무차원 종분산계수에 영향을 미치는 무차원 인자를 선별하고 회귀분석을 이용하여 종분산계수 추정식을 유도하였다. 추정식을 이용하여 산정한 종분산계수의 범위는 Elder (1959)가 제안한 이론값보다 약 10배 정도로 크게 나타났다. 혼합 특성이 밝혀지지 않은 자연하천에 2차원 확산모형을 적용하고자 할 때 본 연구에서 개발된 추정식으로부터 계산된 종분산계수를 사용할 수 있을 것이다.

토양수분은 생태수문학에서 식생과의 상호작용의 중요한 인자이자, 대기와의 상호작용으로 인한 총체적인 물 순환에 밀접한 관련이 있다. 수문학적으로는 증발, 침투, 지하수 함량, 토양 침식, 식생 분포 등을 지배하는 중요한 요소이고, 특히 시 공간적 분포특성은 강수 사상 후 토양으로의 침투 및 토양수분의 재분포, 증발산과 불포화대에서의 오염물의 이송을 예측하는데 매우 중요하다. 또한, '07년 하천법 개정으로 증발산량 및 토양수분량이 신규 수문조사 항목으로 추가되어, 토양수분 측정에 대한 필요성이 높아졌다. 따라서, 2008년 5월, K-water연구원에서는 현재 시험유역으로 운영하고 있는 용담시험유역에 토양수분관측망(6개 관측소)을 구축하였다. 토양수분계는 토양수분을 결정하는 가장 중요한 인자인 강우자료의 획득이 이루어지는 지점에 설치하여 정확도와 신뢰도를 높일 수 있도록 용담시험 유역 내 6개 우량관측소에 설치하였다. 하지만 장비의 노후화에 따른 자료 취득의 어려움으로 인하여 2013년 4월, 토양수분계를 전면 교체하였다. 토양수분계는 기존의 FDR 방식에서 EC 농도에 대한 영향이 가장 적고, 플럭스 타워에 위치한 토양수분계 센서와 동일한 TDR 방식의 센서로 장비를 전면 교체하였다. 센서 설치 장소 변경에 따른 TDR 센서의 검증과 그리고 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의한 오차가 발생 여부를 판단하기 위하여 이에 대한 보정을 실시하였다. 원지반 시료채취를 통하여 토양수분량을 측정하였고, TDR 센서에 의해 측정된 토양수분량과 채취된 시료에서 측정된 토양수분량의 결과를 비교하였고, 각 지점별 토양구성비와 전기전도도 조건을 고려하여 각 토층별 계수적용을 달리하여 센서 보정을 실시하였다. 그 결과 기존 센서 제조사에서 제안한 방정식을 그대로 사용하는 것 보다는 센서 검증을 통하여 얻은 계수보정에 의한 토양수분 변환식을 사용하는 것이 정확한 현장 자료를 확보할 수 있고, 신뢰도 높은 자료를 얻을 수 있다고 판단된다.

기상이변으로 인한 사회 경제적 피해의 증가로 기상정보에 대한 중요성이 커지면서 해외에서는 민간 기업이 기상 관측망을 구축하는 사례가 나타났다. 미국의 Earth Network은 전 세계에 1만개의 기상 관측센서를 설치하였고, 일본의 통신회사인 NTT DoCoMo는 일본에 4000여 개의 기상 및 환경관측 센서를 구축하였다. 국내에서는 SK플래닛이 자사의 플랫폼 기술과 SK텔레콤의 기지국 인프라를 활용하여 수도권 지역에 국지기상 관측망을 구축하였다. SK플래닛은 2013년 서울지역에 1km 간격으로 264개의 기상센서를 설치하고, 2014년 인천 경기지역에 3km 간격으로 825개의 기상센서를 추가 설치하여, 현재 1089개의 국지기상 관측망을 운용하고 있다. 관측에 사용한 센서는 우량계와 복합 기상센서로 강수량, 기온, 습도, 바람, 기압을 측정한다. 관측된 자료는 데이터로거에서 기상청의 자료처리 표준규격에 따라 처리한 후 M2M 모뎀을 통해 1분마다 서버로 전송한다. 전송된 자료는 기상정보 플랫폼의 수집 서버에서 프로토콜 변환 후 원본자료 DB에 저장하고, 실시간 품질관리를 마친 후 품질관리 자료 DB에 저장한다. 관측 지점의 기본정보 및 작업이력은 메타데이터 DB에 저장되고 관리자 페이지를 통해 조회 및 수정 된다. 관측 자료의 품질 보증은 제조사의 센서 Calibration부터 서비스 모니터링 까지 각 단계별로 체계적인 품질관리를 통해 이루어진다. 품질관리를 마친 국지기상 관측 데이터는 응용프로그램 개발자가 편리하게 사용할 수 있는 API(Application Programming Interface)형태로 제공된다. 2013년 여름부터 수집된 1~3km 해상도의 SK플래닛 국지기상 관측 자료를 통해 그 동안 정량적으로 확인하지 못한 국지성 호우 시의 강수량 편차에 대해 알 수 있었다. 2014년 7월 31일 양평지역에 내린 국지성 호우는 시간당 최대 90mm 이상의 비가 내린 사례로, 귀여리 관측소(SK 플래닛)에 시간당 93.1mm가 내리는 동안 퇴촌 관측소(기상청)에는 17.5mm의 비가 내려, 두 관측지점 간 거리가 3.4km 임에도 불구하고 시간당 75mm 이상의 강수량 차이를 보였다. 앞으로 SK플래닛의 국지기상 관측 자료가 국지성 호우의 조기 경보 및 예측 정확도 향상에 활용되어 재난으로부터 국민의 생명과 재산을 지키는데 많은 도움이 되기를 기대한다.

조기에 홍수 위험을 예측하고, 빠르게 이동 또는 진화하는 강수 사상을 추적하기 위해서는 높은 시간 해상도의 실시간 강우 생산이 필요하다. 레이더는 순간 강우강도를 측정하기 때문에, 긴 시간 간격의 관측 주기는 빠르게 움직이는 폭풍의 레이더 QPE에 상당한 샘플링 오차가 발생하기 쉽다. 따라서 본 연구에서는 레이더 관측주기에 따른 강우량의 정량적 차이에 대한 검증을 실시하였다. 본 검토는 2013-2014년 한국건설기술연구원(KICT) X-Band 이중편파레이더로 관측된 사상을 대상으로 하였다. 최소 관측주기(관측전략에 따른 최소 관측주기)를 토대로 샘플링을 하여 긴관측주기 자료를 생산하였다. 비교결과, 약 5분 관측주기에서도 5 % 이상의 차이를 보이는 경우가 상당수 있었다. 이 결과를 토대로 보면 도시홍수 관측을 위해서는 대략 1-2분 정도의 관측주기를 유지해야 하는 것으로 나타났다.

현재 홍수 시 유량조사에 가장 많이 사용하고 있는 부자법은 측정 인력, 측정비용 및 위험성이 높다는 단점이 있다. 또한 교량에서 부자를 투하하고 측면에서 부자의 이동을 추적하기 때문에 평면상의 이동에 대한 정보를 얻기 어렵다는 한계가 있다. 이에 김서준 등(2014)은 PTV 기법을 이용한 부자 추적 알고리즘을 개발하였으나 부자가 회전하거나 물속에 잠기는 부분이 변화하여 수면 위로 확인되는 부자의 길이가 변할 경우 추적이 어렵다는 한계가 있었다. 이를 개선하고자 본 연구에서는 Template Match 알고리즘과 색상 기반 영상 처리 기법을 이용한 목표물 인식 방법인 Camshift 기법을 적용하여 부자를 추적할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. Template Match 알고리즘의 경우는 입자가 많을수록 추적을 잘한다는 장점이 있지만 회전 및 변형에 취약하다는 단점이 있고, Camshift 영상 처리 기법의 경우 다수의 추적자가 존재할 경우 추적에 어려움이 있으나 추적자의 회전과 변형을 정확하게 추적할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 Template Match 알고리즘을 이용하여 이동 예상영역을 결정하고 Camshift 영상 처리 기법으로 추적을 하게되면 두 방법의 장점을 모두 살릴 수 있다. Camshift 영상 처리 기법을 실제 부자 추적에 적용해 본 결과 부자의 회전 및 변형에도 정확하게 추적할 수 있는 것을 확인하였다. 향후 부자법을 이용한 유량 조사에 본 연구에서 개발한 알고리즘을 적용한다면 현장에서 동영상 촬영만 하면 되기 때문에 측정 인원을 최소화 할 수 있어 매우 경제적이고, 홍수 시 위험성도 감소할 것으로 기대된다.

만곡부가 연속적으로 발생하는 사행하천은 만곡의 영향으로 2차류가 발생한다. 이러한 2차류의 영향은 하상변동, 제방침식 등의 문제를 발생시켜 사행수로의 흐름특성을 분석하기 위한 많은 연구들이 진행되어 왔다. 하지만, 대부분의 연구들은 실규모 하천의 유속측정의 어려움, 측정이 가능한 시설 및 경제적 제한으로 인해 주로 실내실험에서 측정된 자료를 이용하여 분석을 수행하여 흐름조건이 상이한 실제 하천에서 적용성에 한계가 있어 왔다. 본 연구에서는 상세한 3차원 유속 측정이 가능한 최신 계측기기인 초음파도플러유속계(ADCP)를 활용하여 실제하천과 유사한 흐름 상태 및 지형을 재현한 한국건설기술연구원 안동하천실험센터의 사행도 1.2, 1.5, 1.7의 실규모 사행수로에서 횡단면 측정을 수행하였다. 또한 초음파지점유속계(ADV)를 사행도 1.2의 ADCP 측정 단면과 동일한 횡단면에서 측정하여 공간평균된 ADCP 유속자료를 이용한 흐름패턴 분석의 적용성을 검증하였다. 그 결과 공간평균된 ADCP 유속분포는 시간평균한 ADV 유속분포와 다소 크기의 차이는 발생하였지만 패턴은 매우 유사하게 나타났다. 따라서, 공간평균된 ADCP 유속분포를 이용하여 2차류에 의한 흐름패턴 분석을 수행하였다. 2차류 패턴은 만곡의 위치에 따라 매우 복잡한 형태로 나타났다. 2차류에 의한 최대유속선과 최대수심선의 발생위치를 분석한 결과, 만곡의 정점부를 기준으로 만곡 전인 유입부에서는 이격되고 만곡 후인 유출부에서는 유사한 경로를 나타내고 있었다. 이때의 2차류강도(Secondary Current Intensity; SCI)는 만곡의 정점부 부근에서 최대로 증가했다가 다시 감소하는 결과를 보였다.

전 지구적 기후변화는 대기-해양의 물리 특성을 변화시켜, 연안 및 하구의 수온상승과 염도 변화의 주요 원인이 되며, 생태 환경 및 다양한 경제 사회 문제를 야기 시킬 수 있다. 이러한 변화를 예측하고 영향을 최소화 하기위해서는 연안의 물리 특성을 세밀하고 정확하게 예측해야 한다. 그러나, 기후변화의 영향을 고려한 대기-해양 전 지구모델의 기후변화 시나리오는 우리나라와 같이 작고 복잡한 연안 지형을 가진 지역의 미래 환경 변화 예측에 적합하지 않다. 본 연구에서는 저해상도 정규격자 모형인 RIAMOM(RIAM Ocean Model)의 결과를 이용하여 비정규격자 모형인 FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)으로 울산만의 미래 물리 특성 변화를 상세 예측하였다. 기후변화로 인한 대기-해양의 물리 특성 변화를 고려하여 한국 주변해 및 연안을 대상으로 모의한 RIAMOM의 결과를, 본 연구의 대상 지역인 울산만 FVCOM 모델 경계에 초기 값과 시계열 자료로 사용하였다. FVCOM 모의 결과를 RIAMOM 자료와 비교 했을 때, 초기 표층 염분과 수온이 각각 0.4%, 2%의 오차를 보였다. 조위는 개방경계에서 01~0.4% 정도의 오차가 나타나, 다운스케일링(downscaling) 기법을 통한 수치 모의 결과가 초기 수온과 염분 및 조위 특성을 잘 재현하는 것으로 나타났다. 2001년(현 상태), 2050년(미래), 해수면 상승의 영향을 고려한 2050년에 대하여 모의 한 결과. 정규격자 모형인 RIAMOM에서 나타나지 않았던 기후변화로 인한 표층 염분과 수온의 상세한 변화가 울산만의 태화강 하구에서 나타났고, 염수쐐기의 길이 또한 상류쪽으로 증가하는 결과를 나타내었다. 다운스케일링을 통한 대상 지역의 상세 모델을 통해 기존의 예측 모델에서도출할 수 없던 결과를 나타낸 바, 향후 연구를 통해 지역의 장기 상세 환경 변화 예측에 활용할 수 있을 것으로 예상한다.

해안 대수층은 해수와 담수가 공존하는 지역으로 상대적으로 밀도가 큰 해수가 대수층의 담수 아래에 쐐기형태로 존재하게 된다. 이러한 쐐기형태의 해수와 담수의 경계면은 압력경도의 평형에 의해 경계면이 유지되며, 해수면 또는 지하수위가 변동할 경우 해수-담수 경계면의 균형이 무너짐과 더불어 압력경도의 평행이 이루어질 때 까지 해수-담수 경계면의 이동이 계속 진행된다. 수위 변화의 주요 원인으로는 지구온난화 및 기후변화로 인한 지속적인 해수면 상승과 도서지역의 인구증가 및 산업화로 인한 무분별한 지하수의 사용 등에 의한 지하수위 저하 등을 꼽을 수 있다. 이와 같은 원인으로 해안 및 도서지역에서는 해안 대수층의 해수침투거리가 증가하여 지하수 이용에 큰 어려움을 겪고 있다. 이에 해안 대수층의 해수침투 범위 및 거리를 추정하기 위한 많은 연구들이 다양한 분야에서 지속해서 이루어지고 있지만, 서로 밀도가 다른 해수와 담수가 공존하는 해안 대수층 내의 수리특성을 명확히 파악하기에는 아직까지 미흡한 점들이 많다. 과거에는 Darcy의 법칙 및 Ghyben-Herzberg 식에 근거한 이론적인 연구들이 주로 이루어졌고, 근래에 현장관측이나 수리모형실험이 국내 외적으로 수행되고 있으나, 모든 영역의 지하수의 특성을 조사하는 것이 사실상 불가능하다. 이에 최근에는 컴퓨터 성능의 비약적인 발전과 더불어 다양한 수치해석방법에 의한 수치모델들이 개발되어 시뮬레이션에 적용되고 있다. 하지만 거의 대부분의 수치모델은 해안 대수층 수리특성을 투수계수에 의존하고 있을 뿐, 대수층 내부의 해수-담수에 의한 밀도류의 유동특성을 전혀 고려하지 못한 채 정수압에 근거한 해수-담수 경계면에 대해 모의하고 있는 정도이다. 따라서 본 연구에서는 해안 대수층 내부의 유동현상을 투수계수에 의존하는 방법에서 탈피하여 대수층 매체의 입경, 공극, 형상 등을 고려할 수 있을 뿐만 아니라, 염분 및 온도차에 의한 밀도류를 해석할 수 있는 강비선형 수치모델을 개발하여 해수침투 현상을 직접 모의한다. 나아가 대부분의 이전 연구들에서 간과하고 있는 해안지역의 대표적 물리력인 파랑과 조석의 영향이 해안 대수층의 해수침투에 미치는 영향, 해안 대수층의 지하수위 및 해수면의 수위차에 의한 해수침투 특성 그리고 이를 제어 할 수 있는 새로운 대응기술을 제안하는 것을 목적으로 한다.

최근 수자원 이용량의 증가 및 수자원 공급의 부족에 따라 대안으로 제시되고 있는 지하수 이용은 매년 크게 증가하고 있다. 내륙 지역의 지하수 개발 시와 비교할 때 해안 지역의 지하수 개발에는 해수침투 현상에 대하여 추가적 고려가 필요하다. 알려진 바와 같이 해안 지역의 과잉 양수와 해수면 상승 으로 해수침투가 더욱 깊이 침투하고 있는 실정이다. 이에 대해 정략적인 해수 침투길이 산정과 더불어 해수침투를 허용가능한 범위 내로 제한 시키는 지하수 개발이 필요하다. 해수침투 저감 공법에는 저투수차수벽 설치, 담수주입공법, 해수양수공법으로 크게 3가지로 구분할 수 있다. 저투수차수벽의 해수침투 저감 효율은 크지만 비용이 비싸다는 단점으로 본 연구에서 제외시켰다. 담수주입공법은 대수층에 담수를 주입하여 해수침투를 저감시키는 공법으로 인근에 양질의 수원을 필요로 하는 단점이 있다. 해수양수는 해안가에 양수정을 설치하여 해수침투를 저감시키지만 양수정에서의 담수가 혼합되어 담수낭비가 생기는 단점이 있다. 본 연구에서는 해안지하수의 해수침투를 저감시키기 위한 방법중 담수주입과 해수양수공법의 효율을 검증하고 각각 공법의 장단점을 비교하였다. 지하수 경계면 모델을 이용하여 각각의 수리수문 변수들이 미치는 영향과 해수침투 정도를 사례별로 연구하였다. 담수주입공법의 경우 담수주입량 많을수록 해수침투가 저감되는 경향이 있지만 최적의 담수주입량을 찾는데 목적이 있다. 해수양수공법에는 해수양수량이 증가하고 해수양수정의 위치가 해안선에 접할수록 해수침투 저감 효과가 있었다. 담수주입공법과 해수양수공법을 해수침투 저감을 위해 해안가에 적용할 경우 해당 지역의 특성을 면밀히 분석하여 적용해야 효과를 볼 수 있다.

경인 아라뱃길은 국내에서 운영된 사례가 없는 기수역 운하로서 유량 및 수환경 관리 등을 포함한 수질관리 상황을 종합적으로 평가하기 위한 대책이 필요하다. 또한 경인 아라뱃길로 유입되는 오염원에 대한 현황 및 현장조사를 실시하고, 유입 오염원인을 정확히 파악하는 것이 중요하다. 따라서 경인 아라뱃길 유역의 수질조사 및 분석, 수질예측을 통해 수질관리 방안을 제시하였다. 분석결과, 홍수시 경인 아라뱃길로 유입되는 굴포천의 DO, BOD, SS는 삼정천의 영향으로 상승하였다. 삼정천은 굴포천 상류에서 부천시와 인천시의 관할 행정구역 면적에 비해 인구밀도가 높고 축산 농가 및 산업계로 인한 미처리 유출수에 의해 굴포천에 직 간접적인 영향을 미치고 있는 것으로 판단된다. 또한 굴포천 하수처리장 방류 이후 BOD, T-N, T-P의 경우 급상승하였다. 따라서 굴포천 중류의 부천시 삼정동과 인천시 계양구 내 하수 및 폐수를 하수처리장을 통해 배출할 수 있는 공동처리장 운영 등의 처리 방안이 필요하다. 또한 EFDC 모형을 이용한 해수와 담수의 성분비 변화에 대한 경인 아라뱃길의 수질을 예측한 결과, 해수가 많을수록 수질이 BOD, COD 등이 양호 한 것으로 나타났다. 그러나, 염분에 의한 지하수 및 주변환경 변화에 대한 영향을 고려하였을 때, 해수와 담수비를 조절하는 것보다 성분비를 유지하고 유입되는 양을 확대한다면, 경인 아라뱃길의 수질관리는 효과적일 것으로 판단한다.

항만 및 어항 구조물을 구성하는 다양한 해안구조물은 파랑의 천수효과, 굴절, 회절, 부분반사, 해저마찰, 쇄파의 영향 등을 고려해야하며 파고 및 파향 등의 해양특성의 검토가 반드시 이루어져야 한다. 실제의 해양파가 방향스펙트럼을 갖는 다방향 불규칙파라는 것은 잘 알려져 있으며, 기존의 해안구조물의 내파설계 또는 천해역의 파랑변형 검토에 있어서도 실제 해양파에 보다 가까운 다방향 불규칙파를 이용한 수리모형실험에 의해 파랑현상을 정도 높게 재현하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 실제 해양파를 정도 높게 재현할 수 있는 다방향 불규칙파 조파장치를 사용하여 구조물 전면해역에서의 파랑스펙트럼을 재현하고, 심해에서 발달된 파랑이 천해로 진행될 때 지형에 의해 발생되는 천수변형과 구조물 주위에서 나타나는 파랑변형의 현상을 고려하여 항내로 유입되는 파랑의 분포 특성을 검토하였다. 특히, 다방향 불규칙파로 인한 항내 파고분포 특성을 검토하기 위하여 동일 파랑에 대한 규칙파 및 불규칙파랑을 조파하여 그 결과를 상호 비교하였다. 아울러, 정온수역유지를 위한 월파현상을 수리적으로 재현할 수 있는 3차원 수리모형실험 수행하여 월파현상이 항내정온도에 미치는 영향을 고찰, 해석하여 항만 시설물 계획시 안정한 정박 및 이용에 대한 가능한 정온유지여부를 검토하였다.

최근 우면산 산사태 및 2011, 2012년 서울, 경기권의 집중호우로 전국에서 홍수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 홍수피해는 기후변화 및 도시화의 영향으로 미래에 더욱 빈번하게 발생할 것으로 전망된다. 홍수피해를 저감하기 위해 기후변화 재해취약성 분석, 방재지구 지정 의무화, 지역별 방재성능목표 설정 등 다양한 홍수 분석방법 및 정책이 수립?운영되고 있다. 하지만, 토지이용 변화 및 토지이용별 공간분포 고려, 미래 국토변화 데이터의 불확실성 저감, 유역단위의 홍수분석 등은 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는 현행 기후변화 홍수분석방법 및 정책의 개선사항을 검토하여 국토변화를 고려한 홍수분석 방법을 개발했고, 사례유역을 대상으로 적용했다. 미래 토지이용변화 및 토지의 공간적인 특성을 반영하기 위해 과거 토지이용변화 추세선, 토지이용변화 시나리오 도출, 개발제한 지역 및 입지특성을 고려한 토지이용의 공간적인 특성을 도출하여 미래 토지이용 데이터를 구축하는 방법을 제시했다. 미래 데이터의 불확실성을 저감하기 위해서는 과거 장기 강우데이터와 기후변화 시나리오 데이터를 비교하고, 보정 및 검증을 수행하는 방법을 제시했다. 이렇게 구축된 미래 데이터를 활용하여 일련의 국토변화를 고려한 홍수분석 방법을 제시했다. 홍수분석결과인 최대홍수량이 그 지역의 홍수위험은 아니지만, 현재 대비 미래의 최대홍수량 변화는 홍수 위험과 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서 제시된 다양한 방법들을 현행 기후변화 홍수 관련 분석방법 및 정책에 포함하면, 신뢰성있는 데이터를 획득하고 향후 정량화된 홍수위험을 분석하는데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

최근 강우패턴의 변화에 따라 동일한 강우에 대하여 도시지역에서 증가된 첨두유량을 보이며 도달시간이 단축되어 홍수의 위험성이 매우 높다. 도시화에 따라 하천변의 개발과, 불투수 지역의 증가로 배수관망의 분포에 따라 통수능을 초과하지 않는 소규모의 강우에도 내수배제불량에 의한 침수가 발생할 가능성을 지니고 있다. 이러한 도시유역의 침수방지를 위한 내수배제시설에는 배수문, 배수펌프, 저류지, 침투시설 등 다양한 홍수분담시설이 있지만, 기존 도시유역에서의 내수배제는 빗물펌프장 등 일부 구조물에만 치중되기 쉽다. 따라서 다양한 내수배제방안 및 그에 따른 효과를 종합적으로 고려한 내수배제시설의 설치가 필요하다. 도시화가 가중화되고, 인구의 증가와 사회기반시설이 밀집되어 있는 도시지역의 침수는 인명, 재산 및 주요 시설물에 대한 피해로 이어지게 된다. 그러므로 도시지역의 침수로 인한 피해저감에 있어 유출현상의 정확한 해석 능력은 홍수제어를 위한 홍수량의 예측과 배수 및 수방시설의 설계, 침수위험지역 선정 등에 있어서 매우 중요하다. 연구 대상지역은 최근 폭우발생시 침수피해가 빈번히 발생한 서울시의 도림천 유역을 선정하였다. 도림천 유역은 도심지를 관통하며 하천의 일부가 복개되어 하천이 큰 관로의 형태를 띠고 있으며, 하천의 범람, 관거 및 내수배제 불량에 의한 침수피해가 발생하고 있다. 본 연구에서는 도시침수에 대한 효율적인 내수배제를 위한 내수배제시설 설계를 위해 설계강우의 변동에 의한 유출량의 변화를 검토하여, 배수체계에서의 역류로 인한 월류량을 산정한 뒤 범람해석모형인 FLUMEN 모형에 적용하여 도시유역에서 우수의 거동에 관한 모의를 실시하였다.

도시하천유역은 인위적인 하수계통으로 인해 강우-유출관계의 불확실성이 클 뿐만 아니라 홍수의 도달시간이 매우 짧고 강우-유출관계의 비선형성도 매우 크다. 현재의 수문해석절차에서는 유역의 확률강수량을 수문모형의 입력자료로 활용하여 확률홍수량을 추정하는 방법이 채택되고 있으며, 입력되는 확률강수량의 빈도와 추정되는 홍수량의 빈도가 동일하다는 가정에 근거하고 있다. 그러나 유역에 발생하는 강수량 및 유역의 수문학적 특성에 따라 동일한 강수라 하더라도 유역의 반응 측면에서 변동성이 매우 큰 것으로 알려지고 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 도시하천유역에서 강우-유출관계의 다양한 불확실성요소를 고려하여 확률홍수량을 추정할 수 있는 홍수빈도곡선 개발절차를 수립하고자 한다. 도시하천유역에서 강우-유출 관계의 불확실성을 고려하기 위하여 첫째, 강수 및 강우-유출모형 매개변수의 변동성을 파악한 후 이를 확률밀도함수를 통해 모의할 수 있는 절차를 수립하고 둘째, 강우-유출 모의를 통해 앙상블형태의 유출수문곡선을 도출한다. 최종적으로 도출된 유출수문곡선 앙상블을 토대로 홍수량의 성장곡선(growth curve)를 개발하여 모의기반의 홍수빈도해석을 수행하고, 기존 수문해석절차와의 비교 분석을 통하여 제안된 방법론의 장단점을 평가하고자 한다.

최근 들어 전 세계적으로 극심한 기후변화와 그에 따른 기상이변으로 국지성 집중호우로 인한 홍수피해가 급증하고 있으며, 그의 피해규모 또한 대형화되고 있는 추세이다. 국내의 경우 1990년 중반부터 매년 국지성 집중호우나 이상호우로 인한 피해가 반복되고 있고, 그밖에 경우 7월과 8월 여름철에 강우가 집중되며 일정한 강우패턴이 사라지고 있다. 이러한 기상재해에 따른 피해를 줄이기 위해 강우-유출 현상에 관한 정교한 해석이 필요하며, 단기간에 발생되는 호우사상에 대한 유출해석은 홍수관리 측면에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 국지성 집중호우 및 돌발홍수가 잦은 낙동강수계인 경상남도 양산에 위치한 양산천을 대상유역으로 선정하여 홍수유출모의를 실시하였으며, 홍수유출모의에는 분포형모형인 S-RAT모형과 VfloTM모형을 사용하여 모의하였다. S-RAT모형의 검증을 위해 동일한 사상을 이용하여 보정 및 검증을 하였다. 또한 VfloTM 의 Inundation Tool을 이용하여 홍수범람모의를 하였고, 통계학적 분석을 통하여 두 모형의 오차를 계산하여 S-RAT모형의 국내 유역 적용성을 검토하였다.

기후변화와 변동으로 인한 기상이변이 갈수록 심각해지고 발생 빈도도 잦아짐에 따라 현재의 배수관련 사회기반시설(Drainage Infrastructure)이 이런 문제에 대처할 준비가 잘되어 있는지에 대해 의문점이 제기되고 있다. 현재의 배수관련 사회기반시설의 설계는 이른바 정상성(stationarity)이라는 가정 하에 강우의 강도(Intensity), 지속기간(Duration), 빈도(Frequency)의 관계를 나타내는 I-D-F 곡선을 주로 이용하기 때문에 기후변화로 인한 극치사상(extremes)의 유의한 변화를 나타낼 수가 없다는 한계점을 가지고 있다. 그러나 기후변화는 극한기후(climatic extremes)의 특성을 비정상성(nonstationarity)이라 일컫는 개념으로 바꾸고 있기 때문에 배수관련 기반구조 설계(Drainage Infrastructuredesign)의 기본 가정의 하나인 강우 통계 매개변수의 정상성은 기후변화의 시대에는 더는 유효하지 않을 수 있다. 본 논문에서는 이러한 비정상성을 고려하여 조건부 GEV 분포를 이용하여 지속시간별 확률강우량 과비정상성 I-D-F 곡선식을 유도하였다. 또한, 분포형 홍수유출모형인 S-RAT(Spatial Runoff Assessment Tool)을 이용하여 강우강도의 증가가 설계 최대유량(design peak flows)에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과 지속기간별 차이는 있었지만 고빈도로 갈수록 전반적으로 현행 I-D-F 곡선이 실질적으로 극한강수를 과소평가하고 있으며 정상성 I-D-F 곡선 작성 방법이 기후변화의 배수관련 기반구조물의 능력설계에 적합지 않을 수도 있음을 제시하였다.

전 세계적으로 기후변화에 따른 영향을 전망하고 분석하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 우리나라 역시 기후변화 시나리오에 따른 영향평가를 실시하고 증가하는 위험에 대처하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 2013년부터 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 배포하는 RCP(Representative Concentration Pathway) 시나리오에 의하면 우리나라의 연평균 강수량과 호우일수는 뚜렷하게 증가할 것으로 전망되고 있다. 하지만, 수공구조물을 설계하는데 있어서 기후변화의 영향을 고려한 설계기준은 미흡한 실정으로 본 연구에서는 우리나라 한강 유역을 대상으로 기후변화 시나리오에 따른 설계홍수량을 분석하였다. 유출량은 실무에서 널리 사용하고 있는 HEC-1을 이용하여 산정하였고, 입력매개변수 중 강수인자는 RCP 시나리오 기반의 확률강우량을 적용하였다. 또한, 한강유역종합치수계획(2008)을 참조하여 나머지 매개변수를 사용하였다. 본 연구를 통하여 RCP 기후변화 시나리오 기반의 확률홍수량을 산정하여 점차 증가하는 홍수위험도에 능동적으로 대처할 수 있도록 기존 하천시설물의 설계 기준의 타당성을 분석하고자 한다.

도시의 배수관망은 빠른 배수를 위하여 보다 효율적으로 발전되어 왔다. 일반적으로 임의의 배수 시스템은 홍수기에 가능한 한 빠른 배수를 목표로 설계된다. 이러한 측면에서 인공 배수망은 자연 하천망보다 보다 효율적이라 생각되어 왔다. 본 연구에서는 깁스모형을 이용 서울지역 30개 배수분구의 배수망 특성을 분석한 결과, 배수망 특성면에서 인공적인 배수망이 자연배수망보다 비효율적일 수 있다는, 기존 상식과 다소 대치되는 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 배수망의 특성은 도시 유역의 유출특성과 밀접한 연관을 가지고 있다. 효율적인 배수망과 그렇지 않은 배수망의 유출 특성은 매우 다르게 나타난다. 이러한 유출 특성의 차이는 강우의 이동으로 인한 시공간적 변동에 더욱 두드러지게 나타나게 된다. 즉, 효율적인 배수망의 첨두유출량은 이동강우에 대하여 그렇지 않은 배수망에 비해 약 2배 이상의 높은 증가율을 보인다. 따라서 이러한 연구결과는 강우의 변동성에 대비하여 첨두유출량을 저감할 수 있는 동시에 상대적으로 효율적인 최적의 배수관망 레이아웃을 설계하는데 큰 도움이 될 것으로 기대한다.

최근 몇 년간 발생한 도시홍수 피해의 주요 원인은 배수관망의 통수능 부족 때문이다. 2010년과 2011년에 연이어 발생한 서울시 침수피해의 주된 원인도 통수능 부족이라는 것을 관련된 보고서 등에서 확인할 수 있다. 따라서 현재 진행중이거나 계획중인 주요 침수지구의 '하수관거 종합정비 사업'은 주로 합류식 우수관거의 통수능 확보를 위한 사업으로 진행되고 있다. 하지만 침수지역의 관거 통수능 확보를 위한 관경확대는 관거확대 공사비용, 공사에 따르는 교통정체, 주거지역 시민의 피해, 제한된 공사비 등 여러 측면에서 제한될 수 있다. 배수망의 평면계획은 배수망의 유출반응과 밀접한 관련이 있다. 따라서 이 경우 관경확대 이외의 다른 대안으로 합류식 우수관거의 평면계획을 새로이 검토할 수 있다. 본 연구에서는 여덟 방향 깁스모형을 개발하여 기존의 네 방향 깁스모형과 비교하여 배수관망을 더욱 정확히 표현하도록 하였으며, 개발된 깁스모형을 활용하여 신월지구의 배수망 특성을 분석하였다. 또한 깁스모형을 이용하여 분석한 신월지구의 최적 배수관망 평면계획을 SWMM 모델에 적용하여 기존 배수관망 시스템과 최적 배수관망 시스템의 효율성을 검토하고 도시유역 적용성을 검토하였다. 따라서 본 연구의 결과는 깁스모형의 도시 배수망에의 적용성을 높임과 동시에 배수망의 평면계획을 이용하여 유출량 저감을 도모할 수 있는 새로운 대안을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

강우-유출 모형을 이용하여 직접유출량을 산정할 경우, 유역의 유효우량을 산정하기 위해 NRCS-CN(Natural Resources Conservation Service - curve number) 방법을 주로 사용한다. 그러나 NRCS-CN 방법은 초기손실량을 잠재보유수량의 20%로 가정하고 유효우량을 산정한다. 이는 초기손실량을 과대 추정하여 유효우량의 과소산정을 초래한다. 따라서 본 연구에서는 관측된 강우-유출사상을 바탕으로 초기손실량을 추정하는 방법을 보완하였다. 우리나라 홍수기 동안 강우-유출 자료를 확보한 15개의 유역에 대해 658개의 강우-유출사상에 대하여 NRCS-CN 방법을 기반으로, 초기손실량과 유효우량을 산정하고 이를 관측 직접유출량과 비교 분석하였다. 유효우량을 산정하는 방법으로는 NRCS-CN 방법(M1), NRCS-CN 방법에서 초기손실량계수를 감소시킨 방법(M2), 관측 강우-유출 관계를 바탕으로 본 연구에서 제안하는 방법(M3)을 적용하였다. 또한 USDA에서 제시하는 CN값(CNT)과 유역의 경사도를 고려하여 조정한 CN값(CNC)을 각 방법들에 적용하였다. 모형의 성과는 Root Mean Square Error (RMSE), Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), 그리고 Percent Bias (PBIAS) 등을 이용하여 평가되었다. 그 결과 CNT를 M1, M2, M3에 적용한 경우 각 유역에서 평균적으로 [RMSE(0.24, 18.12, and 16.04), NSE(0.54, 0.73, and 0.79), PBIAS(36.54, 20.25, and 12.00)]로 나타났으며. 이와 비슷하게 CNC를 M1, M2, M3에 적용하였을 경우의 각 유역에서 평균적으로 [RMSE(17.17, 15.88, and 13.82), NSE(0.76, 0.80, and 0.85), PBIAS(3.06, 4.47, and 0.11)]로 나타났다. 본 연구에서 제안된 M3방법을 사용하여 추정한 유효우량이 관측된 직접유출량과 통계학적으로 가장 가까운 값으로 나타났다.

본 연구에서는 금강 유역을 대상으로 토양저류함수모형기반의 개념적 강우유출모형의 장기 유출모의를 평가하였다. 연구유역인 금강 22개 계측유역을 주요 유역특성인자(면적, 경사도, SCS-CN등)을 수문학적 거리 산정방법을 활용하여 3개의 유역그룹을 선정하였다. 적용모형인 개념적 강우유출모형은 3개의 토양저류함수모형[확률분포모형(PDM: Probability Distributed Moisture), 유역습윤지수모형(CWI: Catchment Wetness Index), 수정펜맨타입모형(MP: Modified Penman type model)]과 3개의 유역추적모형[병렬2선형 저류지 유출 모형(2PAR: 2-conceptual reservoirs in parallel), 빠른 지표하 흐름을 고려한 병렬 2선형 저류지 유출모형(2PMP: 2Macro-pre Approach parallel structure), 병렬 3선형 저류지 유출모형(3PAR: 3-conceptual reservoirs in parallel)]의 조합인 9개의 모형을 사용하였으며, 2006년부터 2012년의 일자료를 바탕으로 검정(Calibration), 2001년부터 2005년의 일자료를 검증(Validation)을 Monte carlo method(Uniform Random Sampling)로 수행 후, 모형의 성능은 NSE(Nash sutcliffe Efficiency)로 평가하였다. 분석결과 유역그룹에 대한 모형성능의 편차는 작아서 유역그룹에 대한 토양저류 함수모형의 뚜렷한 상관성을 확인할 수 없었다. 이는 금강 유역을 단일 유역 그룹으로 적용할 수 있음을 제시하고 있다. 검정 검증성능 및 검정매개변수의 개수를 바탕으로 적용성 평가를 실시한 결과에서 토양저류함수모형인 확률분포모형(PDM)과 유역추적모형의 병렬2선형 저류지 유출모형(2PAR)와 빠른 지표하 흐름을 고려한 병렬2선형 저류지 유출모형(2PMP)의 조합이 금강 22개 유역에서 적용성이 우수함을 확인하였다. 향후 이 모형을 바탕으로 금강유역의 대표적인 강우유출모형을 개발하고자 한다.

자연유역은 주어진 강우에 대해 다양한 형태의 유출반응을 나타내는데, 이는 순간반응함수(Instantaneous Response Function; IRF)로 표현될 수 있다. IRF는 유역의 DEM(Digital Elevation Model)으로부터 지표수 흐름방향을 추출한 뒤 지형분석을 통하여 구한 인자를 이용해 구하는 것이 일반적인 이론이다. 여기서 DEM의 모든 셀에 대해 흐름방향을 부여할 수 있지만, 모든 셀이 하천에 해당하지는 않는다. 따라서 최상류의 셀들은 사면으로, 하류의 셀은 하천으로 구분하여 IRF모의에 적용하게 된다. 사면과 하천은 지표수이송에 전혀 다른 경향을 보이므로 전체적인 유역의 유출반응에 큰 영향을 미친다. 예를 들어 사면과 하천에서의 유속 차이는 IRF의 왜도(skewness)에 주된 영향을 미치는 것으로 알려져 있다 (Botter and Rinaldo, 2003). 하지만, DEM에서 사면과 하천을 정확하게 구분하는 것은 매우 어렵기 때문에 하천시점을 정의하는 데에는 불확실성이 내재되어 있으며, 이러한 점은 추정된 IRF의 불확실성으로 연결된다. 본 연구에서는 하천시점의 불확실성으로 인한 IRF의 불확실성을 정량화하고, 그것의 유의수준을 평가하고자 한다. 이를 위해 다양한 유원면적 기준에 대해 IRF를 계산하고, 그 결과를 심도 있게 고찰한다.

1986년 한강종합개발사업으로 대규모 준설이 실시되고, 수위가 낮아지면서 발생한 문제점을 해결하고자, 1988년 김포대교 직하류 지점에 신곡수중보를 건설하였다. 당시 수중보의 설치목적은 취수시설 유지를 위한 수위유지가 주요기능이었으나, 30년이 지난 지금 생활용수 취수시설은 잠실 수중보 상류로 모두 이전하였고, 농업용수와 일부 공업용수 등의 일부 시설만이 남아 있어 신곡수중보 시설의 필요성 및 현재 기능에 대한 재평가가 필요한 시점이다. 신곡수중보 철거시 변화하는 한강 본류의 수위를 모의하기 위해 수리학적 모형인 HEC-RAS를 이용한 부정류 모의를 실시하였다. 모형의 보정을 위해 저수기를 대표하는 2014년 4월부터 5월까지 45일간과 풍수기를 대표하는 2014년 8월부터 9월까지 45일간을 모의하였다. 조위영향을 받고 있는 강화대교 관측수위를 기점수위로 선정하고, 팔당댐 유량을 유량조건으로 모의하였으며, 본류구간의 전류, 행주대교, 한강대교 지점의 실측수위와 모의결과는 잘 일치하는 것으로 나타났다. 신곡수중보 철거시 평가를 위해 팔당댐 방류량이 최소가 되는 조건과 한강의 갈수량, 저수량, 계획홍수량 등 유량조건 변화에 따른 한강 본류수위를 비교하였다. 보 철거시 서해안의 조위영향이 잠실수중보 직하류지점까지 영향을 미치고, 일시적인 수위하강 현상이 발생하는 것으로 모의되었다. 보 철거에 의해 감조하천으로 변화되는 구간에서는 전반적인 유속이 증가하여, 현재 문제가 되고 있는 신곡수중보 직상류 및 지천 합류부 주변의 퇴적문제와 수질 문제개선에 도움을 줄 것으로 예상된다. 또한 신곡수중보 상류지역에서 잠실수중보 하류까지 발생하는 수위변화와 수면폭변화는 간조대 형성에 유리한 조건을 제공하여 한강변의 퇴적지 면적 증가 및 생태계 서식처 제공에 도움을 줄 것으로 기대된다. 다만 신곡수중보 하류지역의 수위는 현재보다 전반적인 상승이 예상되어 장항습지 면적이 일부 감소할 것으로 예상되지만, 홍수시 침식 및 퇴적이 가장 활발히 발생하므로 하상변동 등에 대한 면밀한 평가가 필요하다. 또한 홍수기 신곡수중보 구조물에 대한 평가 결과에서는 철거 시 한강 본류의 하천 수위가 일부 하강하는 것으로 모의되어 하천을 횡단하는 구조물이 홍수위 상승에 기여한다고 판단되므로 대안마련을 위한 종합적인 평가가 필요하다.

최근 중소규모 하천은 하천수 및 하천변 지하수 이용의 증가와 토지이용변화 등 유역 내 수문인자의 특성 변화로 인해 하천의 건천화가 점증하고 있어 하천 환경이 악화되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 격자기반의 분포형 장기수문 모델(PGA-CC)을 이용하여 과거 수십년동안 토지이용변화에 따른 하천 건천화 영향을 평가하였다. 실제 건천화가 진행되고 있는 삽교천 상류유역($358.8km^2$)을 선정하였고 토지이용변화분석을 위해 과거 1975년 토지이용도(Past), 현재 2008년 토지이용도(Present)를 구축하였다. 각각의 토지이용 항목 중 변화율이 가장 높은 도시비율은 과거 토지이용도에서는 2.6 %였으며 현재 토지이용도에서는 11.3 %로 8.7 %가 증가하였다. 모델 검보정은 최근 7년(2005-2011)동안 최종유역출구지점에서 유출 검보정을 실시하였다. 그 결과 NSE (Nash-Sutcliffe model efficiency)은 평균 0.71로 유출량의 모의값과 실측값이 유효한 것으로 나타났다. 건천화를 평가하기 위해 시험유역에서의 5 WPs (Watching Points)를 선정하여 과거 및 현재 토지이용조건을 모의하고 유황분석을 통한 갈수 변화량 분석을 실시하였다. 건천화 빈도분석을 위해 GEV (Generalized Extreme Value) 갈수빈도분석을 실시하여 과거 토지이용 모의결과 산정된 평균 갈수량($m^3/s$) 이하로 낮아지는 유출량 일수를 계산하였다. 최종유역출구에서 과거 및 현재 토지이용도에서 모의된 평균갈수량은 각각 $3.27m^3/s$ 및 $3.11m^3/s$로 나타났다. GEV 갈수빈도분석결과 과거 토지이용조건에서의 평균갈수량은 $3.20m^3/s$(재현기간 2.33년)으로 나타났다. 도시증가에 따른 인구증가는 지하수 사용량에 증가를 가져온다. 이는, 건천화에 영향을 미치며 본 연구에서는 지하수이용량 자료(1998-2011)를 이용하여 도시면적과 지하수이용량의 선형회귀분석을 실시하여 과거 22년 지하수 사용량을 예측하였다. 그 결과 지하수사용량 증가는 토지이용변화와 복합적으로 상류유역에 하천의 변화를 가속시키는 것으로 나타냈다.

유류유출사고와 같이 하천 수표면의 흐름에 따라 이동 확산하는 부유성 오염물질의 혼합해석을 위해 많은 연구자들은 입자추적모형을 사용한 혼합모의를 수행해왔다. 입자추적모형에서 오염물질의 혼합은 평균 유속 분포에 의한 결정론적인 이동과 난류유동에 의한 무작위적인 혼합으로 나타내며, 난류혼합에 의한 수평확산은 난류확산계수로 조절한다. 따라서 표면흐름에 의한 난류확산계수의 산정을 위해 많은 연구자들은 부유성 입자를 이용한 실내실험을 수행하여 수평확산계수를 산정했고(Engelund, 1969; Cederwall, 1971), 최근에는 GPS의 발전으로 인해 해양영역에서 GPS를 장착한 표면부자를 활용한 확산실험을 통해 수평확산계수를 산정한 바 있다(Kjellson and $D{\ddot{o}}{\ddot{o}}s$, 2012; Alpers 등, 2013). 하천수질오염사고의 약 43.5%가 유류유출에 의한 것이며(환경부, 2013), 이에 따라 표면흐름에 의한 오염물질 혼합해석이 필요하나, 하천에서 수평확산계수 산정을 위한 현장실험연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류에서 GPS부자를 이용한 입자추적실험을 수행하여 표면흐름에 의한 확산계수를 산정했다. GPS부자를 이용한 입자추적실험은 낙동강의 강정고령보 하류와 구미보 하류의 각각 세 지점에서 수행되었다. GPS부자는 바람에 의한 교란을 최소화하기 위해 지름 10 cm의 구형으로 제작하였으며 시범테스트를 통해 입자의 주 궤적 변화가 크지 않은 지점에 GPS부자를 투입했다. GPS부자는 오염물질의 사고유출을 가정하여 한 지점에 투입했고 GPS부자 사이의 간섭을 최소화하기 위해 25 ~ 35개의 GPS부자를 이용했다. 표면흐름에 의해 이동하는 부자의 위치는 GPS에 시계열로 저장됐고 ADCP를 이용하여 실험당시의 수리량을 측정했다. 입자위치의 시계열자료로부터 GPS부자의 확산범위의 시간변화를 계산했고 단순 모멘트법을 이용하여 종, 횡 방향 확산계수를 계산했다. 그 결과, 종 방향 확산계수는 $0.003{\sim}0.041m^2/s$로 계산되었고 횡 방향 확산 계수는 $0.001{\sim}0.012m^2/s$로 계산되어, 흐름방향의 유속성분에 의한 확산이 지배적인 것으로 나타났다. 지류 합류부에서는 이송이 지배적인 혼합이 발생되었고(Pe>1) Pe의 증가에 따라 수평확산계수가 감소되었다. 25~35개 GPS부자 궤적의 앙상블 평균으로부터 계산한 Integral time scale은 모멘트법으로부터 계산한 종, 횡 방향 확산계수와 비례하는 것으로 나타나, Taylor(1921)의 이론과 일치했다. 또한 실험수로에서 수행된 기존연구결과와 비교한 결과, 하폭 대 수심비, 마찰항의 증가에 따라 수평확산계수가 증가하는 경향을 나타내었다.

국내 외에서 생태 수리해석 및 생태 서식 조건을 충족시키기 위한 최적 생태유량 (생태 유지유량) 산정에 대한 연구는 다양하게 진행되어 왔다. 그러나 상대적으로 생태 유지유량을 확보하기 위한 연구는 기존의 방법에서 크게 변화하지 못하고 있는 실정이다. 하천 유지유량을 확보하는 방안은 신규 댐/저수지 개발, 하수처리장 방류수 활용 등과 같은 직접 확보 방안과 댐/저수지 운영 효율 개선, 하천 유수점용허가 관리 등과 같은 간접 확보 방안으로 구분할 수 있다. 그러나 도시 하천에서 유지유량을 확보하기 위해 기존의 방법을 적용하는 것은 현실적으로 한계가 있다. 본 연구는 2차원 물리서식처 모형인 River2D를 이용하여, 물리서식처가 생태유량에 미치는 영향을 분석하였다. 대상구간은 한강의 제1지류인 홍제천으로 선정하였으며, 대상 구간은 하수처리장 방류수를 통해 유지유량이 확보되고 있으며, 추가적인 유지유량을 확보하기 현실적으로 어려운 구간이다. 물리서식처가 생태유량에 미치는 영향을 파악하기 위하여 현재 상태와 추가적인 물리서식처를 고려한 2차원 물리서식처 모의를 진행하였다. 이를 통해 물리서식처를 추가적으로 적용할 경우 현재 상태대비 물리 서식환경이 증가되어 생태유량이 일정부분 확보되는 것으로 나타났다. 본 연구는 도시하천에 물리 서식처를 도입하여 생태 서식공간이 증가함으로써 생태유량을 확보할 수 있는 방안에 대한 방법론을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

환경용수는 수질보전, 친수환경 제공, 생물다양성 보전 등을 위하여 하천이나 농업 용수로를 흐르는 물을 말한다. 둑높이기 저수지 사업에 의하여 109개의 농업용 저수지에 증가된 저수용량만큼 2.4억 $m^3$의 환경용수가 창출되었다. 따라서 본 연구에서는 환경용수의 개념을 정립하고 둑높이기 저수지에 창출된 환경용수의 전개방향을 제시한다. 환경용수는 크게 농업적 환경용수와 비농업적 환경용수로 분류할 수 있다. 농업적 환경용수는 농업용수에 내재된 환경용수를 말하며 이를 지역용수라고도 한다. 일본에서는 여러 지역에서 비관 개기의 농업용수 수리권이 인정되어 농업용수가 마을의 생활용수, 환경용수로서 활용되고 있다. 우리나라에서는 충북 청주 무심천을 흐르는 농업용수가 여기에 해당되며, 관개기 동안 $5.0m^3/s$의 유량이 무심천 상류에서 방류되어 시내를 관통한 후 하류에서 취수되고 있다. 농업용수가 청주시내를 관통하면서 수심을 상승시켜 친수환경을 제공하고 있다. 비농업적 환경용수는 수질보전이나 생태계보전을 위한 하천유지용수나 친수환경 개선을 위한 환경개선용수가 여기에 해당된다. 일본에서는 2005년 처음으로 센다이시(仙台市)가 신규 수리권을 취득하여 비관개기에 하천수를 농업용수로를 통하여 수질개선 및 친수환경 제공의 목적으로 공급한 이후, 다수의 환경수리권 취득 사례가 보고되고 있다. 둑높이기 저수지의 농업용수는 관개기에는 관개라는 주목적 외에 내재된 환경용수의 기능을 부수하고 있다. 한편, 새로 확보된 환경용수는 갈수기나 비관개기에 하천 및 농업용수로를 통하여 공급되어야 그 기능을 발휘할 수 있다. 하천으로 방류되면 하천유지용수나 환경개선용수가 되어 하천 환경의 개선에 기여할 것이고, 용수로로 방류되면 지역용수가 되어 농촌마을의 친수 및 어메니티 향상을 위한 용수로서 활용되어 농업의 다원적(공익적) 기능 향상에 기여할 것이다. 농업의 다원적 기능은 OECD(경제협력개발기구)에서 인정된 농업에 존재하는 경제 외부효과로서 홍수조절, 지하수함양, 경관형성, 친수기능, 생태계보전 등을 말한다. 향후의 과제로서 둑높이기 저수지에 확보된 환경용수를 하천과 농업 용수로로 적절히 배분하는 기준의 설정 및 각각의 환경용수량 결정이 대두된다.

The information of flow regimes continues to be norm in water resource and watershed management, in that stream flow regime is a crucial factor influencing water quality, geomorphology, and the community structure of stream biota. The objectives of this study were to estimate Korean stream flows from landscape variables, classify stream flow gages using hydraulic characteristics, and then apply these methods to ungaged biological monitoring sites for effective ecological assessment. Here I used a linear modeling approach (MLR, PCA, and PCR) to describe and predict seasonal flow statistics from landscape variables. MLR models were successfully built for a range of exceedance discharges and time frames (annual, January, May, July, and October), and these models explained a high degree of the observed variation with r squares ranging from 0.555 (Q95 in January) to 0.899 (Q05 in July). In validation testing, predicted and observed exceedance discharges were all significantly correlated (p<0.01) and for most models no significant difference was found between predicted and observed values (Paired samples T-test; p>0.05). I classified Korean stream flow regimes with respect to hydraulic and hydrologic regime into four categories: flashier and higher-powered (F-HP), flashier and lower-powered (F-LP), more stable and higher-powered (S-HP), and more stable and lower-powered (S-LP). These four categories of Korean streams were related to with the characteristics of environmental variables, such as catchment size, site slope, stream order, and land use patterns. I then applied the models at 684 ungaged biological sampling sites used in the National Aquatic Ecological Monitoring Program in order to classify them with respect to basic hydrologic characteristics and similarity to the government's array of hydrologic gauging stations. Flashier-lower powered sites appeared to be relatively over-represented and more stable-higher powered sites under-represented in the bioassessment data sets.

최근 기후변화로 인한 강우강도 증대, 산업화에 따른 토지개발 등으로 인하여 다량의 점착성 부유사(Cohesive Sediments)가 하천, 호소 등 수자원 환경으로 유입되고 있다. 점착성 부유사는 하천, 호소의 난류 조건에 따라 부유하거나 혹은 응집, 침전하여 하상 저니층을 형성한다. 부유사, 미생물 및 각종 유기입자가 포함된 하상 저니층은 검은색으로 외관상 보기 좋지 않을 뿐 아니라, 혐기성상태에서 부패하여 수생태계의 건강성을 해치게 된다. 또한 미세 부유사 및 미생물 입자는 각종 중금속, 유기오염물질을 흡착하고, 조건에 따라 재용출할 수 있는 저장매체로 작용하기 때문에 수자원환경에 미치는 영향이 아주 크다. 특히, 수중 미생물(조류) 작용에 의해 생성되는 EPS (Extracellular Polymeric Substances)는 부유사 및 미생물 입자들을 서로 엉겨 붙게 하여, 부유사-미생물 혼합 응집체 및 저니층 형성을 가속화하게 된다. 본 연구에서는 EPS가 부유사 응집에 미치는 영향을 파악하기 위하여, Xanthan Gum (Sigma-Aldrich, USA)을 EPS의 지표 물질로 사용하고, Kaolinite(Sigma-Aldrich, USA)를 수자원환경에 존재하는 대표적인 부유사로 사용하여 응집실험(Jar Test)을 수행하였다. 이온농도가 응집에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수체 이온농도를 0.0001M NaCl, 0.001M NaCl, 0.01M NaCl, 그리고 0.001M NaCl + 0.1mg/L $Ca^{2+}$, 0.001M NaCl + 0.5mg/L $Ca^{2+}$, 0.001M NaCl + 1.0 mg/L $Ca^{2+}$으로 보정하여 응집실험을 수행하였다. 250 rpm 급속 교반 1븐, 50 rpm 완속교반 5시간, 침잔 1시간 후 응집체를 채취하여 응집체 이미지 분석을 통해 응집체 크기 및 형상을 측정하였고, 수표면 2 cm 지점에서 상등액을 채수하여 잔류 고형물 농도 분석을 실시하였다. 응집실험을 통하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.. 낮은 이온농도의 경우, EPS가 큰 고분자 구조체에 부유 입자들이 엮어 응집되는 Sweeping Flocculation의 특징을 나타내었다. 하지만, 이온농도가 높아질수록 경우, EPS 고분자 구조체 내부 반발력이 감소하여 크기가 축소되고, 이에 따라 부유 입자 표면에 패치 형태로 흡착되었다. EPS가 패치형태로 입자에 흡착한 경우, 응집제 농도 증가에 따라 응집능 최적점이 형성되고, 이후 표면하전 역전이나 Steric Stabilization에 의해 응집능이 저감되는 형태를 나타낸다. 따라서,수중이온농도가 EPS의 사슬형 고분자 응집제의 크기, 형태(Morphology)를 결정하고, 더 나아가 응집능을 결정하는 중요한 인자로 나타났다. 따라서, 후속 연구를 통하여 생체고분자물질의 크기 및 형태 변화, 이에 따른 응집능변화를 면밀히 연구하고자 한다.

준설이란, 물리적으로 수저의 퇴적물을 제거함으로써 하도관리에서 가장 확실하게 퇴적물을 제거하고 통수 단면적을 증가시킬 수 있는 방법 중 하나이다. 우리나라에서는 주로 해안이나 항만에서 주를 이루어져 왔으며, 하천에서는 주로 골재채취를 목적으로 하는 소규모 준설사업이 대부분이었다. 그러나 4대강 살리기 사업으로 인해서 건설된 다기능보는 수위 및 유량을 조절할 수 있다는 장점이 있는 반면, 흐름 및 유사의 연속성을 차단하여 유사퇴적이 발생할 가능성이 높아졌음으로 이를 위한 대책으로 유지준설이 이루어져야 한다. 준설은 대규모의 사업비가 투입되는 건설공사이면서, 수저의 퇴적물을 물리적으로 제거함에 따라 고탁도를 발생시키고 생태계를 교란시키는 등의 문제가 있다. 준설선진국인 미국의 경우, 이러한 문제점을 최소화하기 위한 일환으로 환경창(EWs; Environmental Windows)을 개발하여 미국 준설사업의 약 80%에 적용하여 관리하고 있다. 환경창이란, 준설 및 준설토 처분에 관한 작업이 이루어질수 있는 기간을 의미하여, 결정적으로 사회 환경적으로 준설에 따른 영향의 강도가 상대적으로 작은 기간을 선정하여 준설을 허용하는 기간이다. 본 연구에서는 이러한 환경창를 국내에 적용하기 위하여 어류, 조류, 친수시설 이용빈도, 홍수기를 이용하였다. 연구대상지역은 낙동강 유역의 금호강 합류점이며, 홍수기에는 준설하지 않는 것을 대전제로 하였다. 어류는 대표어종을 선정하여 연구를 진행하였고, 그 외 조류는 법적보호종인 흑두루미, 친수시설 이용빈도는 4대강 방문객 통계자료를 사용하였다. 엔트로피 가중치 산정방법을 통하여 각 속성별 가중치를 산정하여 최종적으로 한국형 환경창을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 한국형 환경창은 기존의 환경창과 비교하였을 때, 영향의 정도를 수치로 표현하여 의사결정권자가 간편하게 환경창을 결정할 수 있도록 의사결정지원을 한다는 장점이 있다.

댐의 건설은 하천의 흐름 및 지형학적인 부분에 큰 영향을 초래한다. 댐은 홍수조절효과로 인하여 큰 유량의 발생을 줄이지만 발전방류로 인하여 풍수량이상의 유량이 빈번하게 발생하게 되며, 또한 유사의 흐름이 단절되어 하류의 침식 및 장갑화를 초래한다. 이는 하천의 생태적인 측면에서 큰 영향을 끼치게 되므로 영향을 분석하고 피해를 줄이기 위한 연구가 필요하다. 기존의 연구는 발전방류로 인한 유량의 변동에 따른 물리서식처 변화를 중심으로 이루어져 왔으며 장기적인 하천의 지형의 변화로 인한 물리서식처 변화에 대한 평가는 미미한 상황이다. 본 연구는 댐의 발전 방류 시나리오를 수립하여 장기적으로 댐 하류에 미치는 영향을 알아보았다. 연구 대상지역은 낙동강의 지류인 내성천이며 상류에 영주댐이 완공될 예정이다. 대상 어종은 피라미로 선정하였다. 이를 위해 흐름 모형은 1D 부정류 모형을 사용하고 유사량 산정공식은 Wu et al.의 공식을 사용하였다. 서식처 분석은 HSI모형을 사용하였으며 대상 어종은 피라미로 선정하였다. 발전방류 시나리오를 수립하여 댐 건설이 하천의 하류에 미치는 영향을 분석 하고 발전방류 형태에 따른 물리서식처 모의를 실시하였다.

하천 복원을 위해서는 자연 상태에서의 복원 대상 하천의 거동에 대한 지형학적 정보가 필요하다. 하지만, 국내 하천은 대부분 개수되어 있고, 참조하천으로 활용할만한 하천 역시 찾기가 어려운 실정이다. 이에 대상 하천의 과거 자연 상태에서의 자료와 현재 자료를 병용함으로써 지형학적 분석에 필요한 정보를 얻는 방법을 제시하였으며, 미호천과 내성천을 대상으로 분석을 실시하였다. 분석은 강턱하폭, 강턱유량과 하도 패턴(channel pattern), 그리고 하천의 유형과 관계된 지배적인 프로세스에 초점을 맞추었다. 분석 결과 강턱하폭은 강턱유량에 비례하여 증가하였으며, 그 경향성은 기존의 연구 결과와 대체로 일치하였다. 강턱유량과 하도경사간의 관계를 분석한 결과 미호천은 사행하천과 망상하천의 특성을 나타내는 반면, 내성천은 대부분의 구간에서 망상하천 특성을 보이는 것으로 나타났다. 하도경사와 하폭수심비 관계를 이용하여 지배적인 프로세스를 분석한 결과 미호천은 사구-연흔의 특성을 나타내고 있으나 내성천은 하류에서는 망상하천 특성이 지배적인 반면, 상류에서는 여울-소 내지는 평하상 특성이 지배적인 것으로 나타났다. 현재와 자연상태로 판단되는 과거 시점의 자료를 병용하여 분석한 결과들은 정비된 하천의 자료를 이용한 분석 결과에 비해 합리적인 것으로 나타났다.

한 지점의 수문 반응을 결정짓는 주요 인자 중의 하나는 유역의 형상과 유역 내 하계망 구조이다. 유역의 형상과 하계망 구조는 지질시간 규모에 걸쳐 서서히 형성된 것으로, 주로 지반운동, 암석 및 지질구조, 그리고 이에 대응하는 지표 침식 정도에 의해 결정된다. 따라서, 암석 및 지질구조가 균질하다면, 유역의 특성은 지반운동과 지표 침식에 의해 좌우될 것이다. 본 연구는 지반운동의 시간적인 분포가 서로 다른 조건일 때 유역 특성이 각각 어떠한지를 수치지형발달모형(numerical landscape evolution model)을 이용한 모의실험을 통해 이론적으로 탐색해보았다. 구체적으로 모의 기간 동안의 총 지반융기량은 동일하더라도, 융기율이 전 기간동안 동일한 조건, 융기율이 특정 시점에 집중되는 조건, 그리고 융기율이 높았던 때와 낮았던 때가 반복되는 조건 등 세가지 시나리오를 실험하였다. 각 조건에 대해, 유역 형상과 하계망 구조는 어떻게 형성되는지를 살펴본 것이다. 모의결과 유역의 형태와 하계망 구조는 총융기량보다는 융기율의 시간 분포에 결정적인 영향을 받는다는 것을 확인하였다. 또한, 융기율의 시간분포는 유역의 전반적인 경사(하천 종단의 요형도)와 충적하상 및 기반암하상 하도의 분포 등에 큰 영향을 주었다.

우리나라는 산지가 국토의 64%이상으로 토석류 등 지반재해의 위험성에 노출되어 있다. 2011년 7월 우면산 토석류, 춘천시 펜션 토석류 등 규모가 큰 토석류 재해가 일어나며 문제가 되고 있다. 이에 본 연구에서는 토석류 피해지역을 연구지역으로 선정하고 지상 LiDAR스캔을 통한 현장조사로 연구지역과 유사한 매개변수 값을 산정하고 정밀도가 높은 지형자료를 생성하여 토석류 해석에 대한 정확도를 높혔다. 토석류 해석프로그램은 국내에서 토석류 해석에 많이 사용되는 FLO-2D와 아직 국내에서는 사용 빈도가 높지는 않지만 국외 연구사례에서 사용 빈도가 높은 모델 중 RAMMS 모형을 선정하여 토석류 피해가 발생한 동일 지역에 두 모형을 적용하고 그 적용성을 검토하였다.

공공수역 수질오염 관리에 있어 비점오염원 관리의 중요성이 크게 부각되고 있다. 새만금호 유역은 농경지비율이 40%로서 넓기 때문에 농업비점오염 관리가 중요하다. 농업비점오염 저감을 위한 기법 연구는 국내에서 그 간 상당 수준으로 진행되었지만, 그 기법을 실행할 주체인 농업인이나 지역주민의 역량이나 농업비점오염의 인지도에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 새만금유역에서 농업비점오염과 관련된 주체들 간의 정보의 소통과 흐름에 대하여 분석해보고, 또한 농업오염 교육 전후에 있어서 지역주민과 농업인의 농업비점오염에 대한 인식도와 교육효과에 대해서 살펴보았다. 먼저, 농업비점오염과 관련된 주체들 간의 지식흐름은 매크로레벨 즉, 정책입안자, 전문가 레벨에서 관련정보가 정체되어 있었고, 실제 농업비점오염 관련 저감 기법이나 정책을 실행하는 주체인 마이크로레벨의 농업인과 지역주민, 이를 지원하는 시군 공무원, 지역전문가 등 매소레벨을 지원하기 위한 정보로 가공 전달되지 못하고 있었다. 농업부서와 환경부서 사이의 농업비점오염에 대한 인식도의 차이가 크게 나타났으며, 특정 분야를 중심으로 활발한 소통이 있는 반면, 정보의 의도적 차단, 자기조직의 대응을 위한 형식적, 임시적 소통이 이루어지고 있었다. 귀농인과 친환경농업인에 대한 교육을 통하여 농업비점오염에 대한 인식도는 교육 전 38.1%에서 교육 후 100%로, 교육 후 농업비점이 오염원이라는 인식도도 친환경농업인 91%, 귀농귀촌인 78%로 응답하였다. 농업비점오염원 관리가 수질개선에 미치는 효과에 대하여는 친환경농업인은 5점 만점에 3.67점, 귀농귀촌인은 4.05점, 농업비점오염원 관리가 필요한지에 대하여 친환경농업인은 4.05점, 귀농귀촌인은 4.09점으로 두 집단 모두 농업비점오염원 관리가 필요하다고 응답하였다. 반면, 친환경 농업은 저감기법의 오염 저감 효과는 높게 인식하였지만, 직접 실행해 볼 의사는 3.4점, 저감 기법을 주위에 소개나 권고할 의사는 3.5점이었다. 또한, 실행 가능한 저감 기법으로는 퇴액비 사용, 완효성 비료사용, 녹비작물재배 등의 순이었다. 저감기법이 어렵다고 응답한 이유는 복잡할거 같다, 귀잖을 것 같다, 추가비용으로 손해, 저감효과 신뢰성 부족, 농업은 오염원이 아니다 등으로 나타났다. 이상의 연구결과를 살펴볼 때, 주체들 간의 정보와 지식흐름을 이어줄 중간조직의 필요성과 농업인의 인식의 변화가 행동의 변화로 이어질 수 있는 교육?홍보 기법과 농업인의 수용성이 높은 저감기법의 개발과 보급이 필요함을 시사하였다.

최근 기후변화로 인해 지구촌 곳곳은 이전에 경험하지 못한 극한 홍수재해로 몸살을 앓고 있다. 2011년 태국에서는 짜오프라야강 범람으로 국토의 70% 이상이 침수되었고, 2013년 인도 북부지역에서는 갠지스강 및 지류의 범람, 산사태, 가옥붕괴 등으로 1,000여명이 숨지고 관광객 및 순례객 7만여명의 발이 묶이는 피해가 발생하였으며, 2014년 발칸반도에서는 120년만의 폭우로 인하여 30여명이 사망하고 100만명의 이재민이 발생하였다. 국내의 경우 2011년 수도권을 중심으로 하루에 300mm가 넘는 기록적 호우가 쏟아지면서 주택과 도로의 침수, 산사태 등으로 많은 인명 및 재산피해가 발생하였다. 또한 2014년 8월 경남 부산지역에는 시간당 130mm가 넘는 국지성 호우에 따른 산사태, 침수 등으로 도심기능이 마비되는 피해가 발생하기도 하였다. 이처럼 대부분의 자연재난은 태풍 및 집중호우 등 물재해로 발생하고 있으며, 국내의 경우 2012년 전체 자연재난의 95.6%, 2013년 전체 자연재난의 93%를 물재해가 차지하였다. 이에 구조적 비구조적 홍수 재해 저감대책 수립 및 시행 등 지속적인 물관리 노력으로 대하천에서 발생하는 홍수피해는 크게 감소하였으나, 지자체를 중심으로 운영 관리되고 있는 중소하천에서의 피해는 오히려 점차 증가하고 있다. 조사에 따르면 최근 5년간(2007~2011) 홍수피해의 98% 이상이 중소하천을 중심으로 발생한 것으로 발표된 바 있다. 특히 지자체의 경우 전문인력 및 기술력 부족, 열악한 재정 등으로 피해가 반복되고 있는 실정이다. 이에 따라 중소하천과 같이 소외된 지역의 물복지 향상을 위해서는 홍수재해 상황에 신속하고 효과적으로 대응하기 위한 과학적 체계적인 선진 홍수재해 관리체계의 구축이 요구되는 바이다. 이에 물관리 전문기관인 K-water에서는 지난 2010년부터 ICT기반의 우수한 물관리 기술력과 홍수대응 Know-How를 활용하여 '지자체 맞춤형 홍수재해관리시스템' 구축을 지원하고 있다. 본 시스템은 상 하류의 다양한 재난 정보를 수집 통합하고, 수집된 정보를 활용한 홍수분석을 통해 예방적 재난대응 체계를 구축하는 것으로, K-water는 지난 2010년 남원시를 시작으로 무주군, 군산시, 진안군 등의 시스템 구축을 지원하고 있다. 재난은 복구보다 예방이 우선되어야 함은 모두 다 아는 사실이지만 예산문제 등으로 항상 소 잃고 외양간 고치는 일이 아직까지 반복되고 있다. K-water는 물관리 전문 공기업으로써의 역할을 다하고, 예방 위주의 재난관리 체계 마련을 위해 '지자체 맞춤형 홍수재해관리시스템' 구축 지원을 지속적으로 확대해 나갈 것이다.

국내 물관련 건설 및 설비 업체를 대상으로 하는 설문조사 및 인터뷰 결과 국내 물 관련 기업들의 해외진출 시 가장 큰 애로사항은 해외경험 직원의 부족으로 나타났다. 해외사업 확대를 위해서는 고부가가치 업무를 수행할 수 있는 고급기술자와 관리 인력의 양성이 시급하며, 특히 건설사업관리(CM, PM)나 설계/엔지니어링을 담당할 고급 기술 인력의 양성이 필요한 것으로 조사되었다. 경쟁력있는 글로벌 기술 관리 인력의 양성은 정부의 주도하에 기존의 물 관련 기관의 교육프로그램 통합 운영 및 내실있는 전문 수자원 대학원 운영 등 장기적인 정책적인 지원이 필수적이다. 또한 현재 해외 물시장 정보 수집의 활성화를 위하여 국토교통부, K-water, 해외건설협회 등이 연계한 물 산업 전담 정보시스템 구축과 중점 수출대상국 선정 후 대상국에 해외지부 운영 등이 필요할 것이다. 금융지원과 관련하여 해외건설 금융지원 강화를 위한 글로벌 인프라펀드 조성, 해외건설 보증한도 확대 등이 필요하며, 'EDCF 등 공적금융의 물산업 지원 확대 등 재정지원을 위한 정부의 적극적인 역할 역시 중요하다. 해외 물시장 진출을 위해서는 국내 물기업들의 역량을 결집하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 효율적인 공공 민간 협의체의 설립 및 운영이 이루어져야 한다. 전 세계적으로 물 산업은 높은 공공성과 함께토탈 솔루션 역량이 중시되고 있으며, 이런 시장환경에 부응하여 네덜란드, 독일 등 물산업 수출 강국은 자국의 물관련 분야를 결집하는 워터 파트너십을 설립하여 국제사회에서 위상과 세계시장 점유율을 동시에 높여가고 있는 실정이다. 이들 국가 워터파트너십의 공통적인 설립 목적은 궁극적으로 자국 물 관련 산업, 국가 브랜드 및 이니셔티브와 관련되는 국제협력, 정책 분야 등의 결집이다. 다시 말해서 정부가 주축이 되어 관 산 학 연 기관간의 정보제공, 협력 등을 도모하고 있으며 이 네트워크의 구심점 역할 및 촉진은 자국의 워터파트너십이 맡고 있는 것이다. 해외 물 시장 확대를 도모하고 있는 우리나라도 국가차원의 장기적이고 지속적인 해외 물산업 네트워크 구축을 위해서는 정부-공기업-민간기업 등의 협력을 토대로 한 Korea Water Partnership을 조속히 설립하는 것이 필요하다. 이를 위해서는 국토부, 환경부 등 물 관련 부처는 물론 글로벌 네트워크를 구축하고 있는 외교부, 무역협회 등 유관기관의 정보 연계 및 협조 체계 역시 필요하다. 정부부처 차원의 조직은 국제 정치 아젠다(agenda)에 중대한 영향을 줄 수 있으며, 경쟁적 우위와 유사기관 간의 정보와 네트워킹의 공유를 보다 원활하게 할 수 있기 때문이다. Korea Water Partnership에서는 한국이 보유하고 있는 선진 수자원기술 및 경험을 해외에 소개하고, 정부 및 민간 기업들의 물 산업 수출역량을 적극적으로 피력할 수 있는 기회를 마련하며, 국제사회에서 물 강국으로서 한국의 위상을 높일 수 있는 홍보 마케팅 창구로서의 역할을 기대할 수 있을 것이다.

국내 수도사업은 국가 경제 성장과 함께 괄목할만하게 발전하여, 2013년 기준 상수도 보급률은 98.5%로 선진국 수준이다. 하지만 국내 물 소비자의 음용형태를 살펴보면 전체 소비자의 절반 이상이 물을 끊여서 음용하며, 정수기를 사용하여 음용하는 경우도 수돗물 이용 가정의 48.9%나 된다(수돗물홍보협회, 2012). 또한 수돗물에 대한 음용률은 매년 감소, 2009년 56%이었던 음용률이 2012년 53.1%까지 하락하였다. 이렇듯 국내 수돗물의 음용수율이 낮아지는 이유는 '막연한 불신'과 함께 '물탱트와 수도관', 그리고 '냄새와 물맛' 등이다. 이에 K-water에서는 고양, 문산 등을 대상으로 "건강한 물 공급을 위한 스마트 워터 시티" 사업을 시범추진하였다. 추진 목적은 취수원에서 수도꼭지까지 수돗물 공급 全 과정에 ICT를 접목, 수량과 수질을 과학적으로 관리하고, 그 결과 "소비자가 신뢰하는 건강한 수돗물"을 제공하는 물의 도시 구현이다. 본 논고에서는 현재 K-water에서 추진하고 있는 "스마트 워터 시티" 사업의 현황 및 기대효과, 나아가 향후 계획을 소개하고자 한다.

공적개발원조(Official Development Assistance; 이하 ODA)는 세계 평화와 인류 공영에 이바지하기 위하여 개발도상국 또는 국제기구에 공여하는 증여(Grant) 및 양허적 성격의 차관(Concession Loan)으로(한국환경산업기술원, 2013), 당해 사업의 추진방식은 크게 양자간 원조와 다자간 원조 방식으로 구분된다. 양자간 원조는 공여국으로부터 수원국으로 원조자원이 직접 전달되는 방식인 반면, 다자간 원조방식은 IMF, ADB, IBRD, WB, EBRD, IDA 등 국제개발은행(MDB, Multilateral Development Bank) 및 UN 등에 출자 또는 출연됨으로써 간접적으로 원조자원이 전달되는 방식이다(오지택, 2012). 그리고 양자간 원조방식은 프로젝트 참여 국가를 제한하느냐, 제한하지 않느냐에 따라 구속성 원조(tied)와 비구속성(un-tied) 방식으로 구분된다. 그런데 이러한 양자간 ODA 원조 방식에 변화의 바람이 일고 있다. 국제 사회에서는 ODA 원조의 효과성 제고라는 명분하에 공여국들에게 원조방식의 비-구속성 원조를 촉구, 그 규모가 빠르게 증가하고 있다. 즉 ODA 비구속성 원조를 중심으로 한 또 하나의 시장이 성장하고 있는 것이다. 이에 본 논고에서는 ODA, 특히 물 관련 ODA 자금의 미래 성장 가능성을 살펴보고, 나아가 시장 분포, 프로젝트 특성 등을 살펴보고자 한다.

스마트워터그리드의 목적은 기존 용수부족 문제의 근본적인 해결을 위해 새로운 취수원을 개발하고, 지역 내의 수자원을 효율적으로 활용하는 방안을 강구하는 시스템을 구축하는데 있다. 따라서 운영비용을 최소화하면서 수요처에 적정한 수량과 수질의 용수를 공급할 수 있도록 해야한다. 스마트워터그리드 구축 시 설비 비용에 대한 부담으로 보급 확산에 어려움을 겪을 가능성이 높으므로, 비용 효과적(Cost-effective)인 측면에서 스마트워터그리드의 경제성을 검토할 필요성이 있다. 본 연구에서는 자료의 한계로 인해 기존의 다중수원에 대한 경제성분석 사례를 인용하여 상수도 생산원가 절감액, 댐 건설과 관련된 비용의 감소, 물 오염 감소 등으로 편익을 간접적으로 계산하고, 기술적으로 물량이 충분하다는 가정하에 다중수원들간의 비용효과분석 수행하였다. 분석결과, 현재 공급하고 있는 상수도 시스템이 다른 다중취수원에 비해 비용효과적 우위에 있는 것으로 나타났다. 지하수, 해수담수화 등 새로운 수원을 찾는 노력이 필요하며 지하수는 가장 쉽게 활용할 수 있는 대체 수원이지만, 관정개발에 많은 비용이 들고 대량으로 수원을 공급하기 어렵다는 단점이 있다. 해수담수화는 대체수자원으로서 중요성이 더욱 강조될 것으로 보이지만, 시설의 설치 및 운영에 드는 높은 비용과 함께 육지에서 물을 대량으로 연안에서 멀리 떨어져 있거나 고도가 높은 지역은 해수담수화 기술의 적용이 어려울 것으로 여겨진다.

기후변화에 대비한 지속가능한 물 관리를 위해 첨단 ICT를 물 관리에 접목한 스마트워터그리드(Smart Water Grid)가 미래 사회의 새로운 패러다임으로 제기되고 있다. 스마트워터그리드를 활용한 안정적인 물공급을 위해서는 다양한 수자원 확보가 필수적이다. 본 연구에서는 스마트워터그리드의 편익을 산정하기 위하여 조건부가치평가법을 이용하여 스마트워터그리드 사업을 추진하는데 소요되는 비용과 이를 통하여 생기게 될 경제적 상황을 설명하면서 응답자들에게 기꺼이 추가적으로 지불하고자 하는 금액에 대해 질문하였다. 조사로부터 얻은 정보를 활용하여 과학적인 통계적 분석을 수행함으로써 평균 지불의사를 추정하고 이를 스마트워터그리드 편익으로 산정하였다. 추정결과 2014년 10월 기준으로 스마트워터그리드에 대한 추가지불의사액은 3,514원(원/가구/년)이고 2013년 12월 기준 불변가격으로 환산하면 3,221원(원/가구/년)으로 추정되었다. 2013년 12월 불변가격 기준 스마트워터그리드의 연간 편익은 59,452백만원으로 추정되었다.

DR. 콩고는 국제원조사업으로 이디오파 지역 내 "안전한 식수 공급 사업"을 요청하였다. 이에 2013년 KOICA에서는 당해 지역내 국제원조사업 실시에 대한 성과를 평가하고자, ODA 사업 추진 전 지역주민의 "삶의 질"을 사전 평가하였다. 본 논고는 KOICA의 DR. 콩고 이디오파지역내 "삶의 질" 평가 결과이다. "삶의 질" 분석을 위한 평가기준으로는 1. 현지 지역주민의 물이용 현황, 위생 및 환경 현황, 취수활동이 교육에 미치는 영향, 취수활동이 가정 경제 활동에 미치는 영향 등을 분석하고, 2. 식수공급사업 추진 시, 지역주민이 바라는 식수개발사업의 유형을 살펴보았다. 분석을 위한 자료 조사 방법으로는 설문 방법을 선택하였으며, 설문은 물 이용 현황, 질병 및 위생 관리 현황, 취수활동이 교육 및 가계 경제에 미치는 영향 그리고 지역주민이 바라는 식수사업의 방향 및 이유 등을 중심으로 구성하였다. 설문지 유형은 현황 관련 계량적 수치를 답하는 질문(계량적 평가)과 함께 지역주민이 현황에 관하여 인식하는 정도를 답하는 질문(비-계량적 평가, 리커트 5점 척도 이용)을 함께 구성하였다. 조사범위는 식수개발사업 범위에 있는 DRC 이디오파 28개 마을, 511 가구, 514 주민을 대상으로 설문조사를 실시하였다.

하천을 간단히 정의하면 물이 흐르는 길이라 할 수 있다. 현대사회에서 물은 생존권과 직결되는 중요한 경제적 자원이다. 하천이 물이고 물이 곧 하천이다 보니 국가 간 한정된 자원을 이용하기 위한 경쟁이 뜨겁다. 국제규범에 따라 공평한 물 배분이 실현되는 경우도 있지만 많은 국제하천이 국가 간 갈등의 중심에 있는 경우가 다반사다. 남북공유하천도 정치적, 군사적 대립관계를 고려할 때 갈등이 커질 수밖에 없다. 현재 임진강, 북한강 등 남북공유하천 전 구간에 걸쳐 많은 수리시설물이 건설되어 이용되고 있으며, 상류 국간인 북한의 유역변경 및 일방적인 방류에 대하여 하류국가인 남한이 그 피해를 고스란히 받고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 남북공유하천의 과거 및 현재의 갈등 사례를 검토하고 물을 둘러싼 주요 이슈 및 쟁점에 대하여 검토하여 남?북한 모두가 win-win 할 수 있는 납북협력 방안대하여 검토하고자 한다.

본 연구는 공적개발원조 사업 중 하나로 개발도상국의 실무자 및 정책결정자의 물 관련 재해위험경감 역량 강화를 위한 교육 훈련 프로그램을 검토하고 개발하는데 목적이 있다. 특히, 물 관련 재해에 대한 구조적, 비구조적 대응방식을 균형있게 논의하고 지방정부 및 관련기관과의 협력, 지역사회기반의 재해경감정책 등 새로운 대응방식관련 교육 프로그램을 검토한다. 2000년-2006년 기간 Emergency Disasters Database (EM-DAT)에 기록된 전 세계 2,163건의 물 관련 재해는 총 29만 명 이상의 인명피해와 4,220억 달러의 재산피해를 초래하였다. 이런 재해는 개발도상국이나 선진국 모두에게 치명적이지만 특히 재해대응역량이 부족한 개발도상국에 막대한 손실을 초래하여 국가개발과 존망에 큰 위협이 되고 있다. 그럼에도 불구하고 대부분의 개발도상국은 재해관리를 간과하여 빈곤의 악순환에서 벗어나지 못하고 있는 실정이다. 본 연구는 2005년 효고행동강령(Hyogo Framework for Action: HFA)의 기본원칙, 2011년 중간평가 검토, 2015년 이후 제시될 새로운 재해위험경감 정책의 틀 속에서 재해위험경감 교육 프로그램을 연구하고자 한다. 이를 위하여 개발도상국 공무원을 대상으로 공적개발원조 프로그램을 운영한 천안의 중앙민방위방재교육원과 일본 고베시의 JICA 등을 방문하여 물 관련 재해 대응의 실질적 개선방향을 모색하였다. 물 관련 재해대응을 위한 교육 프로그램 대상은 실무자와 정책결정자로 설정하고 예방/대비/대응/복구의 유형에 따른 교육과정을 검토한다. 재해 대응 역량강화를 위하여 댐이나 제방 등 홍수위험관리기술과 같은 구조적 방식뿐만 아니라 근본적인 재해위험경감을 위한 홍수위험도 분석과 관리, 도시홍수위험경감계획, 관련 법규제정, 지역홍수위험경감과 민관협력 등과 같은 비구조적 방식에 대한 교육도 포함한다. 이런 측면에서 한국의 경제발전 경험과 물 관련 재해관리 경험을 정책, 사업, 사례와 연관시켜 교육을 진행하고 장단점 비교를 통하여 개발도상국 현지에 적합한 모델을 모색한다. 또한 재해발생시 피해규모를 최소화하게 하는 초동대응을 위해서 행정뿐만 아니라 지역, 시민, 기업 등 다양한 이해 당사자와 주체가 참여하는 종합대책교육을 포함한다. 사회경제발전의 지속을 위해서는 재해에 대한 관리가 매우 중요하다. 특히 인간의 삶에 너무도 익숙하지만 홍수, 가뭄 등으로 치명적인 피해를 야기하는 물 관련 재해에 대응하기 위해서는 물 관리와 관련 재해에 대한 전반적인 이해가 필수적이다. 따라서 한국의 물 관리 경험에 기초한 재해위험경감 교육과 훈련은 개발도상국의 효과적인 재해관리를 가능하게 할 것이다.

2011년 후쿠시마 원자력발전소 사고 이후, 발전원의 위험사고비용 및 환경피해비용에 대한 관심이 대두되고 있다. 전력은 생산과정 뿐만 아니라 발전소 건설, 발전소 운영, 송 배전을 통한 전력 공급, 폐기물처리 등의 각 과정에서 다양한 환경비용을 야기하고 있다. 따라서 발전원의 환경영향을 수용자적 입장에서의 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 컨조인트 분석법의 일종인 선택실험법을 적용하여 발전에 따른 환경영향 속성들에 대해 평가한 후, 발전원별로 상이한 속성 값에 속 성별 추정치를 반영하여 발전원별 환경비용을 수용자적 입장에서 추정하였다. 발전원부문이 환경에 미치는 영향에 대한 속성을 온실가스 배출, 건강피해, 지역피해, 온배수 배출로 선정하였고, 제시금액은 비교 대상 발전원들의 전력거래 단가 및 가구당 지출하는 월평균 전기요금수준을 기준으로하여 35,000원에서 75,000원까지의 총 다섯 가지 속성수준으로 구분하였다. 다항로짓모형을 적용하여 발전원별 각 환경영향에 대한 속성별 한계지불의사액 추정하고, 발전원간의 환경비용을 산정하였다. kWh 당 수력발전(0원/kWh) 대비 타 발전원의 추가 환경비용은 26원/kWh­832원/Wh로 환경적 영향 측면에서 국민수용성이 가장 높게 나타났다.

전력부문은 전력생산 및 공급과정에서 다양한 환경피해를 유발하는 등 사회적으로 많은 비용을 야기하고 있으나, 생산원가 위주의 현재의 전력가격 책정방식은 환경비용 등의 사회적비용을 제대로 반영하고 있지 못하고 있다. 이는 최적의 발전원구성 및 사회적으로 효율적인 전력공급의 장애 요인이 되고 있다. 주요 발전원에 대한 환경적 가치를 추정하기 위하여 본 연구는 주요 발전원의 전력생산을 수력발전으로 대체하는 것에 대한 지불의사액을 추정하였다. 조건부가치평가법을 적용한 결과, 원자력발전, 석탄화력발전, 가스화력발전 대비 수력발전은 상당히 높은 환경적 가치를 지니고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 전력의 도매거래 시 수력발전의 친환경적 가치를 반영하여 향후 적절한 가격을 보장해야 할 필요가 있다.

2004년 개발된 다차원홍수피해산정법(MD-FDA)은 홍수에 따른 경제적 피해를 추정하기 위한 기법으로서 그 동안 하천설계기준, 댐설계기준, KDI 예비타당성조사 지침 등에 반영되어 실무에서 활발히 사용 중이다. 그러나 그 동안 많은 연구에서 MD-FDA의 인벤토리 체계, 가용자료의 정밀성, 손상함수, 손실유형 범위와 관련한 개선이 요구되었으며, 최근에는 재난위기 관리 능력강화를 위한 "한국형 재난피해 예측 시스템" 개발의 필요성이 제기되면서 현재 다양한 분야의 전문가들이 재난손실과 관련한 많은 연구를 진행 중이다. 이에 본 연구는 국외 주요 홍수손실 예측 모델과 현재 국가차원에서 서비스되는 상세자료를 검토하여 일반건물(general building)의 홍수손실 평가 체계를 제시하고, 이와 연관된 세부요소 기술을 정립하였다. 우선, 지역 내 건물현황 및 특성정보가 참조가능한 자료를 바탕으로 일반건물의 유형을 분류하였고, 이밖에 건물손실 평가에서 주요 참고자료로 활용되는 인구, 종사자수 등의 사회 경제적 정보를 연계한 인벤토리 DB 구조를 설계하였다. 이로부터 구축되는 인벤토리 DB는 위치정보를 포함하는 공간자료이며, 손상(damage)과 손실(loss)을 평가하기 위한 건물특성 정보를 포함한다. 한편, 본 연구에서의 건물손실은 자산의 총가치를 기준으로 한 상대적 손상률(%)을 설명하는 손상함수를 기반으로 하기 때문에 감가상각을 고려한 건물의 완전대체비용(건물자산가치)가 정의되어야 한다. 이를 위해 본 연구는 최근 한국감정원에서 발간한 "건물신축단가표"와 "유형고정자산 내용연수표"를 바탕으로 손실평가에 필요한 요소기술을 정립하였다. 제시한 일련의 과정은 동두천시 신천 범람사례를 대상으로 적용하였고, 그 결과를 기존의 MD-FDA 결과와 비교하였다.

하천정보는 관리기관이 다양하고 정보의 표현, 분석단위가 관리 주체에 따라 다르다. 하천정보의 체계적이고 종합적인 정책자료 분석 및 제공 기능의 부재로 인한 이수, 치수, 하천환경 등의 국가수자원종합계획 수립의 어려움이 있다. 하천 및 유역정보의 관리단위를 일원화하여 국가적으로 표준화 하고 유역정보와 수문정보 등에 대하여 공동활용 기반을 마련하여 하천정보의 유기적인 공동이용을 추구할 필요가 있다. 다수의 물관련 기관 시스템들이 독립된 정보체계에서 개발되고 개별적인 진화를 하고 있다. 이로 인하여 시스템 연계의 어려움이 발생하고 있으며 이들 문제점을 완화하기 위하여 하천관련 간편한 Keyword 검색으로 사용자 맞춤형 하천정보(수위 및 유량 등 수문자료, 하천지형자료 등) 제공이 가능한 네이버 및 구글형 하천포털 시스템을 개발해야 한다. 본 연구에서는 하천정보자료 제공 기관별 자료를 공유하기 위한 HydroG-Server는 공간정보 데이터 모델(GDM)의 형태로 구축된 하천 공간 정보의 저장 및 공간정보 검색 및 제공을 위한 웹서비스인 HydroG-OneFlow를 공간정보 제공 프로토콜(HydroGML)을 통한 정보 게시 기능을 갖도록 구축하였다.

IPCC 5차 보고서에서 기술되어 있는 것처럼 기후시스템의 온난화는 명백하며, 1950년 이후 관측된 많은 변화들은 지난 수천 년간 전례가 없는 것이었다. 지구 온난화로 대표되는 기후변화는 이제 일부 국가에 국한되는 문제가 아니라 전 지구적인 문제가 되었다. RCP 시나리오에 따라 차이는 있으나 대한민국의 경우 연평균 강수 총량은 증가할 것이라 예상되는 반면 총 예상 강우 일수는 감소하여 집중호우의 발생빈도가 증가될 것이라 예상되고 있다. 이에 따라 수자원의 효율적 이용에 대한 필요성 또한 증가하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 수자원의 효율적 이용을 위해 한강수계 9개 댐(화천, 춘천, 소양강, 의암, 청평, 충주, 괴산, 횡성, 팔당)을 대상으로 HEC-ResPRM과 선형계획법을 이용하여 발전량을 최적화 하였다. HEC-ResPRM은 미공병단 수문공학센터에서 개발한 저수지운영 최적화 모형으로 홍수 조절, 관개, 발전, 레크리에이션 등 다양한 요구조건을 만족시킬 수 있는 최적의 저수지 운영방안 도출이 가능하다. 본 연구에서는 HEC-ResPRM 모형과 선형계획법을 이용한 운형모형의 결과자료를 비교하였으며 이를 통해 HEC-ResPRM 모형의 특징과 활용 가능성을 확인하였다.

저영향개발 기법은 유역개발에 따른 수문 및 환경적 영향을 최소화하기 위해 자연상태를 가급적 보존하고 불투수 면적을 최대한 줄이며, 우수발생 지점에서부터 소규모로 우수를 관리하는 분산식 우수배제 방식을 지향한다. 본 연구의 목적은 이러한 저영향개발 기법을 이용한 도시유역의 우수관리에 관한 효과를 기술적, 경제적 관점에서 정량적으로 평가하는 것이다. 이를 위해 기존 개발 방식으로 계획된 송산 그린시티 동측지구에 저영향개발 기법을 적용하였고, 결과를 기존 개발 방식과 비교하여 저영향개발 기법의 효과를 분석하였다. 대상유역에 대하여 저영향개발 기법을 적용하기 위해 분산식 우수배제 방식을 도입하였고(그림 1), 식생수로와 인공습지 등의 저영향개발 요소기술을 적용하였다(그림 2). 연구에서는 SWMM을 이용하여 저영향개발 기법과 기존 개발 방식에 의한 우수관리를 각각 모의하였고, 모의 결과를 홍수, 물순환, 비점오염 저감의 관점에서 비교 검토하였다(그림 3과 4). 또한, 개략 공사비 산정을 통해 기존 개발 방식 대비 저영향개발 기술의 경제적 효과를 분석하였다. 그 결과, 저영향개발 기법을 적용할 경우, 상대적으로 저 비용으로도 기존 개발 방식에 의한 우수관리보다 더 높은 효과를 달성할 수 있는 것으로 분석되었다.

기존의 빈도해석에서는 자료의 정상성을 가정하며, 이에 따라 적정모형 선정 시에 $x^2$ 검정이나 PPCC(Probability Plot Correlation Coefficient)검정과 같은 적합도 검정방법을 사용한다. 하지만 자료에서 경향성이 나타나거나 평균, 분산, 매개변수 등이 시간에 따라 변하는 등의 비정상성 현상들이 관측됨에 따라 비정상성 빈도해석에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 비정상성 빈도해석에서는 시간항과 같은 공변량이 포함된 매개변수를 가지는 비정상성 모형을 적용하게 되는데, 시간에 따라 매개변수가 계속 변하므로 매개변수에 따라 검정통계량이 고정되어 있는 기존의 적합도 검정방법의 적용이 어렵다. 따라서 비정상성 빈도해석의 적정 모형 선정에 적용할 수 있는 방법으로 최우도 함수에 기반한 모형 평가 방법인 AIC와 BIC가 추천되고 있으며 자료길이가 충분하지 않은 경우에는 AIC 대신하여 AICc의 사용이 추천되고 있다. 본 연구에서는 극치사상을 나타내는데 적합한 분포형인 GEV분포형의 위치, 규모 매개변수를 시간항으로 나타낸 다양한 비정상성 GEV모형에 대하여 Monte-Carlo 모의실험을 통해 AICc와 BIC의 적용성을 검토하였으며, 비정상성이 관측되는 실측 자료에 적용해보았다.

본 연구는 서울과 5대 광역시를 대상으로 (1) 과거추세가 연장되는 시나리오와 (2) 최근 활발하게 논의되고 있는 스마트 성장, 컴펙트 개발 등을 고려한 도시성장 시나리오를 전제로 미래의 토지이용의 변화를 예측하였다. 토지이용 변화 예측에는 로지스틱 회귀 분석을 기반으로 한 CLUE-s(Conservation of Land Use and its Effects at Small regional extent) 모형을 이용하였다. 토지이용 변화예측을 위해 WAMIS(WAter Management Information System)에서 제공하는 1975년부터 2000년까지의 5년 단위의 토지이용별 통계자료와 환경부에서 제공하는 2008년 토지이용도를 구축하였으며, 각 토지이용 항목은 총 6가지(시가지, 수역, 산림, 논, 밭, 초지)로 재분류하였다. 도시성장 시나리오는 지자체 조례에 따른 물리적 개발기준과 국토 환경성 평가 지도를 바탕으로 개발 제한 구역을 설정하고, 미래 인구변화와 토지수요 수요량 추정을 통해 미래 토지이용 변화 예측 시나리오를 구축하였다. 또한 도로망, 하천망과 유효 토심, 토양통 등을 고려한 토양 속성을 토지 피복 변화 예측을 위한 모형의 동적 요소(driving factor)로 대입하였다. 두 가지의 시나리오를 통해 미래 토지 이용 변화 예측결과 각 시나리오에 따라 확연히 다른 양상의 토지이용 변화 패턴을 보였다. 과거추세가 연장되는 시나리오에서는 물리적인 토지개발 기준 범위 내에서 무작위로 토지이용이 변화하며 시가지가 급속하게 성장하는 패턴을 보여주었다. 반면, 도시성장 시나리오를 전제로 하였을 경우 기존의 시가지와 연계하여 인근에 위치한 미개발지가 시가지로 변화하는 양상을 보였으며, 로그 추세로 증가 혹은 감소하는 패턴에 따라 변화폭이 줄어들며 종래에는 각 토지이용의 변화량이 0%로 수렴하는 모습을 보였다. 토지이용 변화 비율은 두 가지 시나리오 모두 주로 산지와 농지가 감소하고 시가지가 증가하는 모습을 보였다. 본 연구를 통해 구축한 미래 토지이용 변화 시나리오는 수문생태계에 큰 영향을 주는 지표의 변화에 대해 회귀분석을 기반으로 정량적인 예측을 가능케 함으로써 기후변화 시나리오 등 다양한 미래 예측 시나리오와의 접목을 통해 미래 수자원 예측 연구에 활용도를 높일 수 있을 것이라 기대한다.

본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 고랭지 농업 지역인 해안분지유역($63km^2$)을 대상으로 RCP 기후변화 시나리오에 따른 미래 수문순환 전망을 평가하였다. 모형의 보정(2009년-2010년) 및 검증(2011년)은 3지점의 실측된 유출량을 활용하여 실시하였다. 모형의 보정 및 검증 결과 결정계수($R^2$)는 X.XX-X.XX이고, Nash-Sutcliffe 모형 효율(NSE)는 X.XX-X.XX으로 분석되어 신뢰성 있는 유출량 모의 결과를 나타내었다. 미래 기후변화 시나리오는 기상청에서 제공하는 HadGEM3-RA 모형의 RCP 4.5 및 8.5 자료를 수집하였다. 다음으로 과거 13년(1999년-2011년, Baseline period)의 기상자료를 기준으로 편이보정(Bias Correction)기법을 이용하여 오차보정 후, SWAT 모형에 적용하여 2040s(2020년-2059년) 및 2080s(2060년-2099년) 기간에 대해서 분석하였다. 그 후, 수문요소인 증발산, 토양수분, 지표유출, 중간유출, 회귀유출 및 하천유출량의 변화량을 분석하여 고랭지 농업 유역의 기후변화에 따른 미래 수문순환을 전망하였다.

하천관리는 직접유출과 기저유출로 구성된 하천유량의 특성을 이해하는 것으로부터 시작된다. 따라서 직접유출과 기저유출의 특성은 직접적으로 하천유량의 변동성으로 전달된다. 이러한 점을 고려했을 때 전략적인 하천관리를 위해서는 직접유출/기저유출과 하천유량의 관계를 분석하는 것이 필요하다. 이를 대해 본 연구의 목적은 하천유량의 변동성과 기저유출비(Baseflow Index, BFI)의 관계를 분석하고, 이러한 관계를 일관성 있게 나타낼 수 있는 하천유량 변동성 지표(Streamflow Variability Index, SVI)를 제시하는 것이다. 본 목적을 달성하기 위해 국내 총 91개 유량관측소를 대상으로 유황계수, R-B Index(Richards-Baker Flashiness Index), 변동계수(Coefficient of Variation), Q5:Q95 ratio 등의 SVI를 적용하였다. 이와 더불어, BFI를 산정하기 위하여 기저유출 분리 모형인 WHAT, PART, HYSEP, BFLOW를 사용하였다. 연구결과는 BFI값이 증가 할수록 SVI의 값은 감소하는 경향을 나타냈다. 다양한 SVI 가운데 BFI에 대한 R-B Index의 평균 결정계수가 0.66로 가장 큰 값을 나타냈으며, 특히 WHAT 모델의 Local Minimum Method(LMM)과의 결정계수가 0.82로 가장 밀접한 관계를 나타냈다. 변동계수 또한 평균 결정계수 값이 0.60으로 높은 값을 보였다. 그 외 유황계수와 Q5:Q95의 평균 결정계수는 각각 0.04와 0.07로 매우 낮은 값을 보였다. 결론적으로 다양한 SVI 가운데 R-B Index가 여러 기저유출 방법으로 산정된 BFI 값들에 대하여 가장 일관성 있는 결과를 보였다. 본 연구의 결과는 하천의 생태적 기능 유지와 치수안정성을 확보를 고려한 하천관리에 기여할 것이다.

전 세계적으로 이상기후로 인한 극한가뭄 및 이상홍수 등의 피해 발생이 확인되고 있으며 그 발생빈도 또한 급격히 증가하고 있다. 그러나 기존의 빈도해석은 시간의 변화에 따라 자료의 통계적 특성이 변하지 않는다는 정상성(stationarity)을 기본 가정으로 수행되기 때문에 극한 사상에 경향성이 있는 경우에 적용하기엔 한계가 있다. 비정상성 빈도해석을 위해 개발된 비정상성 확률 분포 모형들은 대부분 매개변수에 시간항을 포함하는 형태로 정의된다. 이중에서도 우리나라에 널리 사용되고 있는 Gumbel 모형에 대해 살펴보면, 비정상성 Gumbel 모형의 위치 및 규모 매개변수는 시간에 대해 선형(linear) 및 지수(exponential) 함수의 관계를 보이는 형태로 가정한다. 규모 매개변수의 지수함수의 형태는 음(-)의 값이 추정되는 것을 방지하기 위해 제안되어 널리 사용되고 있으나 이로 인해 확률수문량이 과다산정되는 문제가 발생하기도 한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 비정상성 Gumbel 모형을 대상으로 규모 매개변수의 다양한 형태를 비교하고자 한다. 이를 위해 비정상성 Gumbel 모형 규모 매개변수를 지수함수, 선형, 로그, 로지스틱 형태로 가정하여 비교하였다. 각 모형의 매개변수의 추정은 최우도법을 적용하였으며, 규모 매개변수의 형태별 정확도 비교를 위해 모의실험을 수행하였다.

기후와 인간 활동의 변화는 하천의 유량을 변화시키는 중요한 요소들 중 하나이다. 하천관리를 위해서는 이 요소들의 긍정적인 영향과 부정적인 영향이 하천에 얼마나 많은 영향을 끼치고 있는지 수치화하여 관리해야한다. 또한 상류에서의 기후와 인간 활동에 의해 변화된 유량은 하천 하류까지 전달되어 적지 않는 영향을 미치고 있다. 효과적인 하천관리를 위해서는 유역 내 기후와 인간 활동에 의해 변화된 유량과 하류하천에 미치는 영향을 정량화하여야 한다. 본 연구에서는 하천에서 기후와 인간 활동에 의한 유량 변화를 정량화 하고 그 요소들이 상류에서 하류에 얼마나 많이 전달이 되는지 분석하였다. 본 연구 결과 수리구조물이 설치되어 있는 하천에서는 인간 활동에 의한 유량변화량이 크게 나타났다. 상류의 수리구조물에 의한 영향은 하천 하류에도 크게 전달되는 것으로 분석되었다. 또한 기후적인 요인에 의해 유량의 변화가 큰 지역은 그 외 지역보다 자연 재해에 의한 피해 위험도가 높다고 판단된다. 본 연구의 결과는 미래의 효과적인 수자원관리를 결정하는데 중요한 정보를 제공해줄 수 있을 것이라 기대된다.

한반도를 포함한 전 세계가 기후변화로 인한 가뭄과 홍수에 노출되어 있으며, 물 공급의 안정성 확보, 공공시설물과 재산 피해 등 엄청난 직 간접적인 경제적 손실이 발생하고 있다. 유역의 수문학적 거동 특성을 파악하는 일은 가뭄 및 홍수 등의 자연재해를 포함하여 수자원의 효율적 예측과 관리, 안정적인 용수공급 등을 위해 필수적인 요소이다. 특히 극치사상의 특성변화는 하천과 하천주변의 토사유입이나 침전 부유물의 재분포 등 유역 및 하천 생태계의 구조 및 기능에 영향을 줄 수 있는 요소이기 때문에 주의 깊게 살펴볼 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 한반도 다목적댐 중 20년 이상의 일유입량 자료를 보유한 8개 지점에 대해 일별, 계절별 변화와 기저유량에 대한 분석을 실시하였다. 또한, 태풍자료와 유역평균강우량자료를 활용하여 태풍으로 유입된 강우와 비태풍 강우를 분리하였다. 향후 극치사상에 대한 다양한 수문변화분석을 수행함에 있어 태풍과 집중호우 등 변화 요인을 분리하여 원인에 따른 변화를 진단하여 지속가능한 수자원 이용에 기초자료를 제공하고자 한다.

최근 하천의 수위조절 기능을 수행하는 보 건설이 증대되고 있다. 보는 원활한 용수공급을 위해 필수적인 구조물이지만, 하천 횡단 구조물의 특성상 유사퇴적에 의한 통수단면적 감소, 홍수위험도 증가, 수질악화 등의 문제를 내포하고 있다. 이를 해결하기 위해 유사시 유사배출이 가능하고 수문개도를 통한 통수단면적 조절로 홍수위험도를 감소시킬 수 있는 가동보를 고정보와 병용해서 적용하는 추세이다. 가동보는 수문 운영 방식에 따라 하류의 흐름상태가 다양하게 나타나며, 흐름 상태에 따라 하도 및 구조물에 미치는 영향도 달라진다. 그러나 기존 가동보 및 보 하류 구조물의 설계 시 일반적으로 수문 운영조건을 고려하지 않고, 홍수위 조건을 최악조건으로 고려하는 한계가 있다. 본 연구에서는 3차원 수치모델(FLOW-3D)을 활용하여 가동보의 운영에 따라 발생하는 다양한 흐름조건이 보 하류에 미치는 영향을 검토하고자 한다. 수치모델의 검증을 위해 기존 수행된 수리실험과의 비교를 수행하였고, 홍수위 조건(수문 전문개도) 및 관리수위 조건(수문 일부개도)에서 수치모의를 수행하였다. 보 상류, 직하류, 도수종점에서 발생하는 단면최대유속, 바닥전단 응력, Froude 수 등의 수리특성을 분석하였고, 상하류간 수심차와 수문개도높이의 비와 접근유속과 보 직하류에서 유출되는 유속의 비로 무차원화하여 관계를 분석하였다. 또한 홍수위 조건과 관리수위 조건에서 발생하는 수리특성을 비교함으로써, 보 하류부 구조물 설계 시 반영할 최악조건을 예측하고, 수문운영이 하류부에 미칠 수 있는 영향을 가시적으로 확인할 수 있었다. 향후 상류의 유량조건 및 상하류 수위차에 따른 가동보의 운영조건이 보 하류의 안정성 지표산정에 활용될 수 있기 위해 보다 심도있는 연구 수행이 필요하다.

최근 기후변화 및 토지 이용변화 때문에 홍수가 빈번하고 이로 인한 피해가 급증하고 있으며 4대강 사업이 이슈가 되면서 강우예측과 홍수량 산정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 여전히 홍수량 과다 과소 산정으로 인하여 지역적으로 문제점이 야기되고 피해가 발생하고 있다. 특히 Thiessen방법은 유역의 면적 강우량을 산정하기 위해 광범위하게 사용되고 있는데 중 소유역 또는 미계측 유역에 적절한 고려없이 무분별하게 사용하고 있어 문제가 발생되고 있는 실정이다. 또한 현재까지 큰 문제는 발생하지 않았지만 여전히 안전이나 위험에 노출된 상태이다. 따라서 Thiessen망 사용의 정밀한 분석이 무엇보다 필요한 실정이다. 따라서 본 연구를 통하여 소유역 및 미계측 유역을 대상으로 Thiessen망 이용시 관측소 선정에 따른 홍수량의 차이를 분석하고, 이에 따라 어떠한 문제가 발생할 수 있는지 분석하였다. 기존 소유역 및 미계측 유역 중 Thiessen방법을 적용하여 홍수량을 산정한 사례를 전반적으로 조사하였다. 이중에서 여러 지점중 Thiessen망 사용으로 유역이 분할되어 홍수량산정에 문제가 될 수 있는 관하천, 수외천, 주교천, 풍천을 연구 대상지점으로 선정하였다. 부적절한 Thiessen망 산정이 홍수량 산정에 미치는 영향을 평가하기 위하여 신뢰성있고 가장 실설계에 많이 사용되고 있는 다음의 방법으로 홍수량을 산정하였다. 먼저, 관측소 선정에 있어서 관측년도가 비교적 길고 유역과 가장 가까운 기상청 관할의 관측소를 선정하고 홍수량 산정요령에 따라 홍수량을 재 산정 하였다. 본 연구로부터 나온 결과에서, 산정된 홍수량은 기존의 Thiessen망을 통하여 산정된 홍수량과 차이를 보였고, 이는 Thiessen다각형 이론에 위배되는 관측소 선정이 원인으로 밝혀졌다. 따라서 본 연구에서는 관측년도가 길고 강우자료의 신뢰도가 높은 기상청 관할 관측소의 강우자료를 우선적으로 사용할 것을 제시하였다. 또한, 여러 관측소의 강우자료를 Thiessen망을 통하여 산정하는 부적절한 산정법을 신뢰성있는 단일지점의 강우량 산정법으로 적절한 홍수량이 산정할 것을 제시하였다.

도달시간은 강우에 의한 유역반응을 나타내는 시간매개변수로서 홍수유출에 큰 영향을 미치는 중요한 인자이며, 이에 따라 도달시간을 산정하기 위한 여러 가지 경험공식이 개발되어 사용되고 있다. 하지만 Kirpich, Kraven 및 Rziha 공식 등과 같은 대부분의 경험공식은 자연유역을 대상으로 개발되었으며 지형학적 인자만을 고려한 산정방법이기 때문에 높은 불투수율, 짧은 도달시간 등의 복잡한 수문학적 특성을 갖고 있는 도시유역에 적용하기에는 현실적으로 적합하지 않다. 현재까지 자연유역을 대상으로 한 도달시간 산정에 관한 연구는 국내 외에서 많이 수행되었으나 도시유역에서의 도달시간 산정에 관한 연구는 특히 국내에서 부족한 실정이다. 해외에서는 도시유역의 도달시간을 계산하기 위한 산정식으로 Kerby 공식과, 평평하게 포장된 지표면을 대상으로 개발된 Izzard 공식을 주로 사용하고 있다. Kerby 공식은 유역길이(L), 표고차(H), 그리고 조도계수(n)과 같은 지형학적 인자만 고려하는 반면, Izzard 공식은 지형학적 인자와 더불어 실제 유역의 수문특성인 강우강도를 함께 고려하고 있다. 본 연구에서는 도시유역인 사당천을 대상으로 Kerby 공식과 Izzard 공식을 적용하여 실제 수문특성의 반영 여부가 도달시간 산정 값에 미치는 영향을 알아보고자 한다. 또한 사당천 소유역 단위에서의 Kerby 및 Izzard 공식 적용과 더불어 도시유출모형에 주로 사용되고 있는 ILLUDAS 모형을 적용하여, 기존 도달시간 산정식의 결과와 운동파 해석 모형을 적용한 결과를 비교 분석하였다.

최근 지구온난화와 같은 기후변화로 인한 기상이변으로 홍수, 태풍 등이 빈번히 발생하면서 지면서 그로 인한 피해도 점점 증가하고 있으며, 이러한 기상 이변으로 인한 피해를 최소화 하기 위하여 기후변화가 수문량에 미치는 영향에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중, 기후변화로 인한 강수현상의 변화를 분석하기 위한 방법 중 하나로 강수 현상이 주변 기후 요소의 분포에 영향을 받으며, 이를 바탕으로 강수현상에 영향을 미치는 기상인자를 통하여 강수를 분석하는 방법이 있다. 동으로는 태평양을 마주한 아시아 대륙 끝에 위치한 우리나라의 지형적 특성상, 강수 현상에 있어 대륙과 해양의 영향을 모두 받은 위치에 있다. 따라서 우리나라의 강수현상에 영향을 미치는 기상인자를 분석할 경우 대륙에서의 기상변화를 반영한 기상인자와 더불어 태평양에서의 기상변화를 반영한 모든 기상인자를 적용할 필요가 있다고 판단되어 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 우리나라 자료기간이 30년 이상인 주요 지점의 강수량 자료를 바탕으로 Empirical Mode Decomposition(EMD)을 이용하여 과거의 기후변화에 따른 강수량 변동성과 경향성에 대하여 분석하고, 이를 다양한 기상인자와의 지연상관관계를 분석함으로써, 기후변화에 따른 우리나라 강수량의 변동이 어느 요소에 민감한지를 판단해 보고, 상관관계가 높은 지연개월 수를 판단하여기상인자를 통한 강수량의 예측 가능성을 제시 하고자 한다.

태풍은 남서부태평양 해상에서 생성되어 한반도를 포함한 동아시아 지역에 강풍 및 폭우를 동반하여 상륙함에 따라 매년 수많은 인명 피해와 사회 경제학적 피해가 발생되고 있다. 또한 기후변화가 가속화됨에 따라 서북태평양지역의 기온상승 및 태풍 진로 해역의 열용량 증가로 인하여 태풍의 강도가 더욱 증가될 것으로 전망되고 있으며 한반도 역시 슈퍼 태풍에 대한 잠재적 위험에서 안전하지 않은 실정이다. 따라서 태풍에 대한 효율적인 치수 및 방재대책을 위해서는 객관적인 태풍자료 구축 뿐 아니라 한반도에 미치는 지역별, 계절별 태풍활동 및 태풍강우에 대한 정량적 분석을 실시하고자한다. 본 연구에서는 태풍강우 분리기법을 적용하여 한반도에 영향을 미치는 태풍강우 및 비태풍강우를 분리를 하였으며, 호우 특성에 따른 공간적 특성을 유형화하고 태풍정보를 고려한 비정상성 빈도해석을 수행하였다. 본 연구결과는 한반도에 영향을 주는 태풍에 대한 효율적인 치수 및 방재대책의 마련과 지역 내 사회기반시설 설계에 대한 기초 자료를 제공해 줄 것으로 기대된다.

태풍과 집중호우와 같은 극치사상은 치수적인 측면 뿐 아니라 안정적인 용수공급과 수자원의 확보, 수질 및 생물다양성 확보, 생태계의 안정성 및 복원력 향상 등에 매우 중요하나, 국외에 비해 국내연구는 매우 부족한 실정이다. 또한, 장기간의 수문 및 기상자료의 변동 및 경향, 예측 등의 많은 연구들로 인해 사실상 현실화가 된 기후변화 등의 이유로 극한 호우사상이 해를 거듭할수록 증가할 것으로 전망되고 있어 이에 대한 위험성이 대두되고 있는 실정이다. 한반도의 극치호우사상의 변화 및 양상을 보다 심도있게 평가하기 위해 한반도에 영향을 미치는 태풍 및 집중호 우을 분리하는 기법을 개발 및 적용하여 각 호우원인별 특성 변화 및 경향 분석을 수행하였으며, 한반도의 호우원인별 극치 호우사상에 영향을 미치는 해수면온도와 관련된 El Nino 패턴과 수문기상인자 등과의 상관성 분석을 수행하였다. 마지막으로 기후변화가 한반도 극치호우사상에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고 비정상성빈도해석을 통해 미래확률강우량을 산정하였다. 본 연구의 분석결과는 향후, 미래 한반도 영향 태풍 및 집중호우의 강도 및 규모를 고려한 지역 맞춤형 치수정책 및 방재대책 수립에 대한 기초자료로 활용가능할 것으로 판단된다.

최근 화석연료의 사용으로 인한 지구온난화 등 환경파괴가 점점 증가하는 추세이며 이로 인해 신재생에너지 중 하나인 수력발전이 주목받고 있다. 수력발전은 물의 위치에너지를 기계에너지로 이를 다시 전기에너지로 변환하는 친환경적인 방식으로 운영된다. 수력발전량은 우리나라 전체 발전량의 1.5% 정도로 적은 양의 발전량을 생산하지만 가동시간이 짧아 전력수요가 급변하는 상황에 대비 가능하기 때문에 수력발전은 필수적이다. 기후변화의 영향으로 연평균강수량은 증가하는 양상을 보이나 연 강수일수는 줄어드는 등 수자원의 불확실성이 증가하고 있는 실정이다. 따라서 미래 불확실한 수자원 공급에 대비할 수 있는 수자원의 효율적 활용에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 하천의 유량이 계절에 따라 변동 폭이 크다는 점을 고려하며 월별 발전량을 최대화하기 위해 선형계획법을 적용하는 모형을 구축하였다. 선형계획법은 목적함수와 제약조건식 모두 1차식으로 비선형항을 포함할 수 없으나 초기 해가 불필요하고 최적해가 보장된다는 장점을 가진다. 일부 목적함수나 제약조건식에 비선형항이 포함되어 있을 경우 Successive Linear Programming(SLP), Piecewise Linear Programming(PLP), Taylor Expansion 등의 방법을 이용하여 선형화할 수 있다. 본 연구에서 비선형 제약조건은 Taylor Expansion을 이용하여 선형화하였으며 한강수계 9개 댐의 월간 발전량을 최대화시키는 장기 운영 모형을 구축하였다. 개발 환경은 Linux-CentOS이며 사용프로그램은 통계 분석에 많이 활용되는 R programming이다. R programming은 패키지를 이용한 개발이 용이하고 Windows 뿐만 아니라 Linux, Mac, Unix 등의 운영체제에서도 호환 가능하다는 장점이 있다.

최근 들어, 송 배수 시스템의 펌프운영을 최적화하여 운영비용을 절감하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 펌프운영을 모의하기 위해서는 수 일간의 시간모의가 필수적이며, 최적화 알고리즘 등과의 연계를 통한 시뮬레이션이 필요한 경우가 많다. 하지만, 대규모 네트워크의 경우 관로 및 절점의 수가 수천, 혹은 수 만개에 달해 수리해석 및 최적화에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 발생한다. 이에 본 연구에서는 효율적인 수리해석을 위해 상수관망 네트워크를 골격화(skeletonization)하는 방법을 제안한다. 상수관망시스템의 골격화는 본래의 상수관망 수리 거동을 변화시키지 않는 범위에서 관로와 절점의 삭제, 통합을 통해 복잡한 상수관망을 단순화하는 과정이다. 이러한 골격화 방법은 단순골격화 방법과 등가길이관 방법(Equivalent Length Pipe Method)으로 구분할 수 있다. 단순 골격화 방법은 해당 상수관망 수리해석에 큰 영향을 미치지 않는 소구경관을 삭제하거나, 특정 구역의 여러 수요절점을 하나의 수요절점으로 통합하는 방법이다. 등가길이관 방법은 관경과 연장이 상이한 복수의 관에 동일한 유량이 흐르는 경우, 관경, 연장, 조도계수 등을 조절하여 동일한 수두 손실이 발생하는 하나의 관으로 통합하는 방법이다. 국내에 실제 운영되고 있는 지방상수도를 대상으로 골격화를 진행하였으며, 수리해석 프로그램은 미국 환경청에서 개발한 EPANET을 사용하였다. 본 연구에서 개발한 골격화 기법을 통해 대규모 상수관망의 해석에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 실제 상수관망의 운영에 도움이 될 것으로 기대한다.

대부분의 대규모 배수지는 고지대에 위치함으로써 자연유하를 통해 배, 급수지역으로 용수를 공급한다. 이를 위해 배수지 전단에는 가압장이 위치하여 정수장에서 처리된 용수를 고지대에 위치한 배수지로 송수한다. 이때 가압장에서 발생하는 전력소비량이 매우 높은 것으로 알려져 있으며, 효율적인 펌프운영을 통해 상당한 전력비용 절감이 가능할 것으로 판단된다. 일반적인 가압장의 운영은 시스템 운영자의 경험을 토대로 해당 가압장에 연결된 배수지의 수위에 따라 펌프의 작동여부를 결정하는 방법이 주로 사용되고 있다. 이러한 운영방법은 용수공급의 안전성을 우선시함으로써 배수지의 수위를 일정하게 유지하고자 빈번하게 펌프를 작동하게 되고 따라서 가압장에서 소모되는 전력량이 커서 운영효율 측면에서는 바람직하지 않다고 할 수 있다. 또한 빈번한 펌프의 작동으로 인해 펌프의 수명이 단축될 뿐만 아니라, 배수지내 용수의 수질저하 문제도 발생할 수 있다. 본 연구에서는 효율적인 펌프장 운영을 위해 급수지역의 24시간 용수사용량을 예측하고, 그에 따른 펌프장의 가압 유량 및 양정을 파악하여 적정용량의 펌프를 선정하고 운영함으로써 펌프의 운영비용의 최소화 및 안정적인 용수공급을 동시에 달성하고자 한다. 이를 위해, 실시간 최적화 모형을 개발하였다. 개발된 최적화 모형은 상수관망해석 프로그램(EPAENT)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 운영상황을 모의하였다. 최적화 기법으로는 유전자알고리즘을 사용하였으며, 실제 시스템의 운영상황를 반영하기 위한 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하였다. 개발된 모형은 정속펌프(혹은 On/Off 펌프) 뿐만 아니라, 최근 실무에서 널리 사용되고 있는 변속펌프(variable speed pump)를 추가적으로 고려하였다. 개발된 모형은 국내에서 실제 운영되고 있는 송, 배수 시스템에 적용하여 모형의 실무 적용가능성을 검증하였다.

상수관망시스템의 신뢰도를 정량화하기 위한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 대부분의 연구는 절점의 공급가능수요량, 절점의 수두, 그리고 유량과 수두를 동시에 고려한 에너지(energy)를 이용하여 신뢰도 지수를 개발하였다. 이 중, Energy를 기반으로 하는 신뢰도지수로써 Resilience index(Todini, 2000), Network Resilience index(Prasad, 2004), Modified Resilience index(Jayaram, 2008)와 Entropy Resilience index(Raad, 2010) 등의 연구가 대표적이다. 상수관망시스템에 정상적인 상황을 넘어서는 부담이 가해졌을 때, 이를 완충하거나, 정상적인 용수공급 상황으로 빠르게 회복하는 능력인 복원력(Resilience)을 판단하기 위한 지표로써 제시된 Todini의 Resilience index를 기점으로, 상수관망의 신뢰도(Reliability)을 Energy 측면에서 판단할 수 있는 관련 지표에 대한 연구가 진행되어왔다. 특히, 상수관망의 최적설계 시, 상수관망의 기능적 요소로써 관련 지표들을 비용(Cost)과 함께 다중목적함수로 고려하는 연구까지 다수 진행되고 있으나, 이러한 지표들이 상수관망에서 핵심적인 몇 가지 요소들의 변화에 대하여 어떻게 반응하는지에 대한 분석은 제대로 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 동일한 상수관망시스템에서 용수의 흐름상황을 크게 좌우할 수 있을 것으로 판단되는 몇 가지 변동상황을 고려하여 이러한 지표들이 각각의 변동상황에 어느정도 민감하게 반영하는지 분석하였다. 여기서, 상수관망시스템의 중요 변화요소로써 1) 수요량의 변화, 2) Loop 개수의 변화, 3) 수원지(Source) 개수의 변화, 4) 해당시스템의 최소 요구수압 변화 등을 고려하였다. 본 연구를 통해, 상수관망시스템의 신뢰도 산정에 활용되고 있는 기존의 지수들이 다양한 변동 상황을 얼마나 잘 반영할 수 있는지를 파악하고, 기존의 지수들을 보완한 개선된 신뢰도 지수의 개발가능성을 모색하도록 한다.

지진은 인간의 통제가 불가능한 자연재해의 하나로 중요한 사회기반시설인 상수관망 시스템에 큰 피해를 유발하여 사회기능의 마비로 이어질 수 있다. 이러한 피해를 경감하기 위해서는 재해발생 이전에 시스템의 사전 보강을 통해 내구성을 강화하고, 재해피해 상황을 사전에 모의하여 필요한 복구전략, 복구자원 등의 대책을 마련하고, 실제 지진이 발생한 상황에서는 최대한 신속하게 피해를 복구하는 노력이 필요하다. 본 연구에서는 재해발생 상황을 고려하여 상수관망시스템의 지진피해를 모의하고 복구전략을 수립함으로써 복구대책을 마련할 수 있는 방안을 모색하고자 한다. 재해가 발생한 이후의 비상상황을 모의한 후, 시스템의 취약도 및 수리분석을 통해 최적의 복구대책 및 전략을 수립하기 위한 컴퓨터 기반의 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 먼저, 지진발생 시 발생 가능한 상수관망시스템의 관 파손, 누수, 배수지(정수지) 파손, 펌프시설 파손 및 전력차단으로 인한 펌프운영 중단, 기타 구조물의 파손 등의 취약도 분석을 통해 시스템 파괴 모의를 한 후, 복구 우선순위와 복구에 필요한 소요인력, 장비 등을 결정한다. 시스템의 피해상황을 관망 수리해석 모형인 EPANET 모형에 반영하여 정밀한 수리해석을 실시함으로써 재해 상황에서의 용수공급 상황을 실제와 가깝게 재현하도록 한다. 다음으로, 복구전략에 따른 실제 복구진행상황(파손관의 수리, 전력회복에 따른 펌프재가동 등)을 시간별로 모의하여 절점별 공급 가능량을 계산한다. 효율적인 복구전략을 마련하기 위해 다양한 민감도분석을 실시하여, 가장 효과적인 복구전략을 선정하였다. 본 연구에서 개발한 컴퓨터 기반의 시뮬레이션 모형은 복구 소요시간 예측, 복구 소요자원 산출, 시 공간적 복구 진행상황 등을 정량화한 의사결정 시스템의 역할을 수행 할 수 있다. 또한, 상수관망에 발생할 수 있는 다양한 지진피해를 모의하여, 해당 시스템에 가장 효과적인 복구전략을 마련하는데 도움을 줄 것이다.

최근 정보화 기술의 발달로 다양하고 방대한 정보들이 집적되고 있으며, 다양한 분야에서 집적된 자료의 활용성에 대한 관심이 보이고 있다. 특히, 수자원분야에서는 ADCP와 같은 최신 계측기법으로 확보되고 있는 방대한 양의 하천의 유속 및 하상 등의 자료를 수집, 저장, 처리, 검색하고자 하는 요구가 증가하고 있다. ADCP를 이용하여 유속을 계측할 경우, 재래식 계측 방법인 봉부자를 이용한 방법, 프로펠러유속계를 이용하는 방법에 비해 빠르고 정밀한 자료를 수집할 수 있는 장점이 있지만 계측자료의 양이 방대해짐에 따라 자료의 저장, 관리와 처리가 힘든 단점이 있어 ADCP를 이용한 자료의 저장 및 관리 처리를 자동화하는 소프트웨어에 대한 수요가 증가하고 있다.이러한 상황에 맞춰 수자원 발전을 위한 미국 대학 협력단체인 CUAHSI(Consortium of University for the Advancement of Hydrologic Science)에서는 수자원정보화시스템(Hydrologic Information System; HIS)의 구축하기 위해 표준화된 수자원 관측자료 데이터베이스 구조인 ODM(Observation Data Model)을 개발한 바 있다. 최근에는 하천 단면과 같은 하천 측정자료를 송수신할 경우 사용할 수 있는 표준 자료 프로토콜인 RiverML을 개발하여 Beta 버전을 제공하고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천 자료 및 모형의 공유를 목적으로 HydroShare의 일환인 수자원 관측자료 중 하천자료의 전송용 언어인 RiverML과 하천의 시공간적 수리동역학적 자료 구조인 Arc River를 기반으로 ADCP의 계측자료를 RiverML로 변환하는 기술과 변환된 결과를 토대로 2차원 및 3차원으로 표출하는 GIS기반 소프트웨어를 개발하였다.

매년 여름철 피서지 1순위로 손꼽히는 해수욕장은 해양레포츠의 발달과 관광사업의 촉진으로 수많은 관광객들이 방문하고 있다. 하지만 우리나라 대부분의 해수욕장에서는 건전한 해수욕을 위한 수질안전지표 설정이 매우 미흡한 편이며 오염수준 또한 심각하다. 이에 강원도 강릉시 경포해수욕장을 대상지역으로 2012년 7월 17일부터 9월 4일까지 매주 화요일 오전에 채취한 시료로부터 병원성 수질지표인 장구균과 대장균, 총대장균군의 오염도를 분석하였다. 시료는 경포해수욕장 오리바위 배후부터 연안방향을 따라 200m 간격으로 3지점과 이안방향을 따라 백사장(dry beach), 포말대(swash zone), 유영층(swimming zone)의 3지점에서 총 9개를 채취하였다. 기온, 강우, 장소 등의 해안 환경 변화에 따른 병원균 증식 유리조건 및 인자들간의 상관성을 분석한 결과 백사장에서는 총대장균군, 포말대에서는 장구균, 유영층에서는 대장균의 농도가 가장 높았다. 또한 주간 누적 강우량과 평균 기온에 따라 시료채취 지점마다의 상관성에서는 백사장은 강우량과 정비례, 기온과는 반비례, 포말대와 유영층은 강우량과 반비례, 기온과는 정비례의 관계를 보였다. 백사장과 해수층인 포말대, 백사장과 유영층 각각은 반비례 관계를 보였지만 미비한 수준이었으며 포말대와 유영층간의 상관성은 약 90%의 매우 높은 수치를 띄었다. 본 연구는 건전한 수계 레크레이션 문화의 수질 안전지표 설정을 위해 해수욕장의 대표 관광명소 중 하나인 경포해수욕장을 대상으로 병원성 수질 지표들의 증식 유리 조건 및 확산특성 예측에 목적이 있다. 나아가 본 과정은 해변을 찾는 관광객들의 수질 안전 정보 제공 및 체계적인 가이드라인 제시로도 가치 있을 것으로 기대된다.

자연하천의 주요한 특징 중 하나인 하천의 사행은 직선수로에서 예측되는 유속분포를 왜곡시키며 매우 복잡한 흐름구조를 형성한다. 이는 하상 경계면에서 발생하는 전단응력 분포의 변화를 야기하는데 하상 경계면에서의 전단응력은 다양한 경험적 관계에 의존하는 유사이동의 한계 소류력 산정 및 오염물질 거동해석의 분산계수 산정에 많은 영향을 미치게 된다. 물리적인 관측을 통한 하상 경계면에서의 전단응력의 관측은 다소 제한적이며 많은 비용을 요구한다. 따라서 하상 경계면에서 발생하는 전단응력의 경우 수심의 20% 이하의 연직 유속분포를 벽법칙에 적용하여 추정하는 방법이 주로 이루어지고 있다. 벽법칙을 이용한 하상 경계면의 전단응력을 계산하는 경우 대수중복층의 유속 분포 $u/u^*=(1/{\kappa})ln(zu^*/{\nu})+B$에서 무차원상수 ${\kappa}$와 B의 적절한 추정이 요구되어 진다. 일반적으로 무차원상수 ${\kappa}$와 B는 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 대략 ${\kappa}=0.4$, B=5.5로서 경험적으로 이용되고 있다. 본 연구에서는 직선수로 및 다양한 사행수로의 3차원 흐름장 모의를 수행하여 벽법칙의 대수 중복층을 따르는 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교하였다. 수치모의 소프트웨어로서 Linux 기반의 OpenFOAM이 사용되었으며 모델의 검증을 위해 Chang(1971)에 의해 수행 된 사행수로에서의 유속장 관측 결과와 비교하였고 수치모의 결과가 실험 관측치와 잘 일치하는 것으로 판단되었다. 수치모의에 적용 된 사행수로의 형상은 Hey(1976)에 의해 제안 된 사행하천의 지형학적 인자들 간에 관계를 이용하여 사행도 1.03에서 2.42까지 총 7개의 사행수로 지형을 생성하였다. 사행도의 변화에 따라 만곡부 정점에서 대수중복층 구간의 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교한 결과, 본 연구에서 생성 된 모든 사행수로에서 대수중복층 구간의 무차원 유속 $u^+$와 무차원 거리 $z^+$가 로그 분포를 따르는 것으로 나타났으나 경험적으로 사용되었던 무차원상수 B의 경우 사행도가 증가 할수록 대수적으로 감소하는 경향이 나타났다. 본 연구에서는 이러한 관계가 무차원 상수 B값에 미치는 영향을 반영하여 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 적용이 가능한 수정된 대수중복층 식을 제시하고자 한다.

유사 입자의 크기는 유사의 특성 및 그에 따른 거동 변화에 중요한 영향을 미친다. Stokes 침강 속도 모형에서 유사의 침강 속도에 가장 많은 영향을 주는 인자는 유사의 크기인 것 또한 확인된다. 유사 입자의 크기가 약 $60{\mu}m$보다 작은 유사들은 알갱이 사이의 점착력을 무시할 수 없다. 이로 인해 유사들은 응집 현상을 겪으며 입자 본래의 크기보다 크기가 큰 플럭을 형성하는 점착성 유사로 분류된다. 응집 현상이란, 흐름 내 점착성을 띠는 일차입자(Primary Particle)가 응집과 파괴를 반복하며 플럭을 형성하는 현상을 뜻한다. 입자 간의 충돌을 통해 응집이 진행되며 난류 전단으로 인해 형성된 플럭의 파괴가 발생한다. 많은 연구에서 점착성 유사의 충돌을 야기하는 가장 지배적인 원리는 난류라 알려져 있다. 이러한 응집 현상으로 인하여 플럭의 크기와 밀도는 지속적으로 변화를 겪으며 비점착성 유사와 다른 특징들을 보인다. 흐름에 존재하는 유사의 이동은 이송-확산 방정식을 통해 표현된다. 이송-확산 방정식은 시간 변화에 따른 농도의 변화를 입자의 침강과 난류 및 유사 자체의 특징에 의한 확산으로 해석한다. 침강속도로 대변되는 이송과 달리, 확산은 난류흐름 내에서 유사가 확산되는 정도를 정량화하기 위한 인자가 요구된다. 난류에 의한 유사의 확산은 유사 자체 특성에 따른 물질 확산에 비하여 매우 큰 값을 가지며, 이를 확산 계수로 개념화 한다. 확산계수는 와점성계수와 Schmidt 수(${\sigma}_c$)의 비로 정의된다. ${\sigma}_c$는 난류의 점성과 난류로 인한 부유과정에 의해 유사가 확산되는 정도를 나타낸다. 이에 따라 ${\sigma}_c$의 변화가 유사의 부유 및 침강거동에 많은 영향을 미칠 것이라 판단되나, 국내외에서 수행된 연구 동향에서는 ${\sigma}_c$를 0.5부터 1.0 사이의 상수를 적용하여 수행되었다. 이에 본 연구에서는 ${\sigma}_c$의 크기에 따라 달라지는 유사의 부유 및 침강 변화에 의한 총 부유량을 살펴보고자 한다. 유사의 점착성을 고려할 수 있는 1DV 수치 모형을 이용하여 비점착성 유사와 점착성 유사를 대상으로 수치연구를 수행하며, 유사의 크기 및 ${\sigma}_c$의 변화에 따른 총 부유량 경향을 살펴본다. 그 결과, 점착성 유사는 ${\sigma}_c$의 증가에 따라서 유사의 총 부유량이 증가하는 현상이 나타난 반면 비점착성 유사는 ${\sigma}_c$의 증가에 따라 유사의 총 부유량이 감소하는 경향이 나타났다. 그러나 크기가 아주 작은 비점착성 유사를 대상으로 수치 연구를 수행한 결과, ??에 따른 총 부유량의 경향은 유사의 점착성에서 기인하는 것이 아닌 입자의 크기로부터 야기되는 특성이라는 결론이 도출되었다.

우리나라는 매년 하절기에 급격한 강우로 인해 홍수의 발생빈도가 급격히 높아지고 있다. 이러한 홍수 발생으로 인한 재산 인명의 피해는 연평균 약 2조억원에 달하고 있다. 이러한 홍수 피해를 방지하기 위해 다양한 연구를 하고 있으며 본 연구에서는 홍수 흐름의 정확한 예측을 통해 홍수 피해 저감을 목표로 하고 있다. 기존의 연구에서는 홍수 흐름 예측을 하는데 있어 부정류 상태로 흐르는 홍수량에 따른 범람의 위치와 범위를 산정하는 것에 중점을 두었다. 그러나 홍수의 흐름은 물에 토사가 섞여 흐르는 혼합체의 흐름이기 때문에 홍수위 모의하는데 있어 물성치도 고려되어야 한다. 이러한 물성치 변화에 따라 홍수 흐름도 영향을 받을 것이라 생각하여 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서 Non-Newtonian 특성을 고려하기 위해 Non-Newtonian 흐름과 일반적인 홍수 모의가 가능한 수치모형을 사용하였다. 사전 연구로 일반 사행수로 형태를 구성하고 사행수로에서의 흐름 물질을 달리하여 흐름 모의를 수행하였다. 흐름물질은 크게 물과 토석류로 나뉘고 토석류는 항복응력과 점성 등을 달리하였다. 또한 다양한 유량으로 흐름 모의를 하여 흐름 범람 시의 특징도 비교해 볼 수 있었다. 모의 결과 사행수로에서 흐름의 차이를 볼 수 있었으며 다양한 형태로 결과를 분석해 보았다. 흐름의 속도와 수심을 다양한 흐름 단면으로 비교하였고 범람되는 지역의 범위와 위치도 비교해 볼 수 있었다. 이러한 흐름 특성은 사행수로에서 곡률이 있는 부분에서 확실하게 확인할 수 있었으며, 홍수 흐름을 모의할 때 Non-Newtonian 특성과 같이 흐름에 영향을 미칠 수 있는 다른 특성에 대해도 고려해야 한다는 연구 가능성을 제시할 수 있었다.

자연 하천의 홍수 유량 측정은 매우 어렵고 많은 비용과 시간, 노력을 요하는 작업이다. 보다 안전하고 경제적인 유량 측정의 대안으로 제시된 것이 하천 표면의 영상 분석을 이용하는 표면영상유속계이다. 이처럼 영상유속계로 하천 유속을 측정할 때, 적절한 품질의 영상을 취득하는 것은 기본이며 매우 중요한 단계이다. 특히 홍수 첨두는 야간에 발생하는 경우가 많으므로, 야간에 영상 분석에 적절한 품질의 하천 표면영상을 취득하는 것은 매우 어려운 일이다. 야간 영상을 측정하기 위해 별도의 조명을 이용하거나 발광체를 이용하는 방법이 대안으로 제시되었으나 여전히 실용적인 차원의 적용에는 이르지 못하고 있다. 본 연구에서는 표면영상유속계의 영상 취득 장치로 원적외선 카메라를 이용할 수 있는가 시험하였다. 원적외선 카메라는 별다른 조명의 도움없이 야간의 하천 표면영상을 취득할 수 있다. 안동하천실험센터의 인공수로에서 주야간 촬영을 하고 영상 분석을 통해 원적외선 카메라의 적용성을 검토하였다. 비교를 위하여 일반적인 캠코더와 근적외선 카메라를 동시에 적용하였다. 세 종류의 카메라로 촬영된 영상은 시공간 영상의 상호상관 분석법을 통해 유속으로 환산하고, 미속계로 측정한 표면 유속과 비교하였다. 비교 결과 원적외선 카메라 영상은 주야간에 상관없이 적절한 유속을 분석해 낼 수 있음을 보였다. 다만, 공간 해상도가 높지 않아 영상 분석의 정확도는 최적의 조건에서 다른 카메라로 촬영된 영상에 비해 떨어진다.

하천에서 발생하는 소류력은 하상 변동을 발생시키기 때문에 주변 구조물이나 하천의 흐름특성 등을 변화시키게 되며, 유사이송, 침식 및 퇴적, 유동해석 등에 매우 중요한 하천 계수이다. 하천에서 소류력의 직접 측정은 매우 어려워 직접 측정 대신 하천경사 및 동수반경을 기반한 단면 평균소류력 산정 공식을 일반적으로 이용한다. 그러나, 이러한 방식은 상세한 유사이송, 세굴 등의 해석에는 한계가 있기 때문에 국부적인 소류력이 필요하다. 실내 실험에서는 프레스톤게이지를 활용한 직접 측정이나, 난류측정을 통한 레이놀즈 분포를 외삽하여 단면에서 국부적인 소류력을 측정하는 방식이 사용되어 왔다. 반면, 실제 하천에서는 국부 소류력 직접측정 및 난류 산정이 거의 불가능하거나 비효율적이므로 대안으로 하천의 연직유속분포에 대수분포를 적용하여 소류력을 추정하는 간접적인 방법이 제시되어 왔다. 일부 실내실험에서 대수법칙을 통한 소류력 산정 방식은 직접 측정을 통해 검증한 바가 있으나 실제 하천은 난류의 공간 시간적 스케일이 실내 규모와 상이하여 국부 소류력에 영향을 미칠 수 있어 이러한 검증결과를 현장 적용하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 실제 규모 하천에서 대수법칙을 활용한 국부 소류력 산정 결과와 레이놀즈 응력의 연직분포 측정을 통해 산정한 값과 비교하여 대수법칙 활용 소류력 산정 방식의 적용성을 검토하였다. 실험은 중소규모의 하천을 재현한 한국건설기술연구원 안동하천실험센터 직선(A1) 및 사행(A2) 하천의 유속측정을 수행하였으며, 유속 측정에는 정밀도가 높으나 실내에서 주로 사용된 초음파지점유속계(Micro ADV)를 현장에 설치하여 사용하였다. ADV의 관측 시간은 90초이며, 직선수로에서는 횡방향으로 25 cm 간격, 수심방향으로는 5 ~ 10 cm 간격으로 측정하였고, 사행수로는 횡방향으로 50 cm 간격, 수심방향 5 ~ 10 cm 간격으로 측정을 수행하였다. 실험결과 대수법칙과 레이놀즈 분포로부터 산정된 국부 소류력은 사행과 직선 모두 상당한 이격을 보였다.

The flood water level in tidal river is determined by the joint effects of flood discharge and tidal water levels at downstream boundary. Due to the variable tidal boundary conditions, the evaluated design water levels associated with a certain flood event can be significantly different. To avoid determining of design water levels just by a certain tidal boundary condition and remove the influence of variability in boundary condition from the evaluation of design water levels, a probabilistic approach is considered in this study. This study focuses on the development of a method to evaluate the realistic design water levels in tidal river with taking into account the combined effects of river discharge and tidal level. The flood water levels are described by the joint probability of two driving forces, river discharge and tidal water levels. The developed method is applied to determine design water levels for the tidal reach of the Han River. An unsteady flow model is used to simulate the flow in the reach. To determine design water levels associated with a certain flood event, first, possible boundary conditions are obtained by sampling starting times of tidal level time series; then for each tidal boundary condition, corresponding peak water levels along the channel are computed; and finally, design water levels are determined by computing the expectations of the peak water levels. Two types of tides which are composed by different constituents are assumed (one is composed by $M_2$, and the other one is composed by $M_2$ and $M_2$) at downstream boundary, and two flood events with different maximum flood discharges are considered in this study. It is found that (a) the computed design water levels with two assumed tides have no significant difference for a certain flood event, though variability of peak water levels due to the tidal effect is considerably different; (b) tidal effect can reach to the Jamsil submerged weir and the effect is obvious in the downstream reach of the Singok submerged weir; (c) in the tidally affected reach, the variability of peak water levels due to the tidal effect is greater if the maximum flood discharge is smaller.

국내의 국지성 집중호우와 같은 기후변화와 토지피복율 증가 등 복합적인 원인으로 인한 표면 유출수의 증가로 도시에서의 내수침수가 매년 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 도심지 돌발홍수로 인한 피해에 대한 구조적인 대책으로 지하방수로가 효과적인 방안으로 대두되고 있으며, 현재 신월빗물저류배수시설이 설계단계에 있다. 그러나 미국, 일본 등의 국외의 기설치된 지하방수로에서 발생되는 Geyser 현상으로 인한 피해에 대한 연구는 국외에 비해 미비한 편이므로, 선행적으로 Geyser에 대한 물리기반의 동수역학적인 이해가 필요한 실정이다. Geyser는 홍수 시 급격한 유량의 유입으로 단파가 발생하여 지하방수로 내 공기의 압축이 발생하고 수직관을 통해 공기가 물과 함께 지상으로 분출되면서 발생된다. 따라서 공기와 물의 혼합 유동을 모의해야 하며 동시에 단파의 불연속성을 모의하기 위해서는 기존의 상용프로그램으로는 다소 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 지하방수로의 Geyser 현상의 발생 예측을 위해 1차원 Saint-Venant 방정식을 지배방정식으로 선정하였으며, 단파 발생을 수치적으로 안정적으로 모의하기 위해 Roe Approximate Riemann 수치기법을 사용하였다. 또한 공기의 압력항을 고려하기 위해서 수정된 형태의 Preissmann slot 모형을 적용하였다. Geyser 현상의 영향인자로서 지하방수로 수평관의 직경, 마찰계수, 바닥경사, 초기수위, 유입유량을 고려하였으며 상류에서 유입되는 유량에 의한 하류에서의 동수역학적 거동을 분석하였다. 5개의 영향인자의 변화에 따른 단파의 유입속도 및 공기부 압력의 변화를 관찰하여 Geyser 현상에 대한 동수역학적 검토를 수행하였다. 추후 본 연구결과를 적절히 활용한다면 지하방수로의 사용 안정성을 확보하고, 홍수발생 시 모니터링 인자도출에 도움이 될 것으로 예상된다.

기후변화로 인한 환경문제가 심각하게 대두되고 있는 상황에 하천으로 유입되는 토사에 대한 저감공법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 토사 유출양을 산정하기 위해서는 여러 수문모형을 사용하고 있으며 이에 따른 입력자료에 대한 정확성을 요구하고 있는 실정이다. 하지만 입력 자료 중 DEM의 규격에 따른 특별한 규제가 없어 정량화된 규격을 사용하지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 수문모형의 입력자료인 DEM의 셀 사이즈 크기 변화에 따른 토사유출 모의 결과의 변화를 확인하고자 한다. DEM의 셀 사이즈의 크기 변화에 따른 토사유출 모의를 위해 선정된 지역은 미국 위스콘신 주의 산악지형을 가지는 소유역 2곳과 평지지역을 가지는 소유역 2곳을 선정하여 연구를 진행했다. 토사유출량을 산정하기 위해 사용된 모형은 미국 농무성에서 개발되어 공급하고 있는 Arc SWAT을 사용하여 모의하였으며 사용된 DEM의 셀 사이즈는 10m, 30m, 50m, 100m의 규격으로 진행하였다. 모의된 결과를 대표적인 보정 및 검증 모형인 SWAT-CUP을 사용하여 보정 및 검증을 진행하였다. SWAT-CUP을 이용하여 추출해낸 Best parameter를 모든 조건에 동일하게 적용한 뒤 검정을 진행한 결과 DEM의 셀 사이즈 변화에 따른 토사 유출량에 많은 차이가 나타났으며 셀 사이즈크기가 작아질수록 좀 더 많은 양의 토사 유출량을 산정하는 것으로 확인하였다. 본 연구를 통해 DEM 셀 사이즈의 정량화의 필요성을 확인하였으며, 앞으로 진행될 토사 유출 관리를 위한 연구에 많은 도움을 줄 것이라 판단된다.

최근 대하천사업을 통하여 낙동강에 총 8개의 다기능보가 설치되었으며, 이러한 하천 내 수공 구조물은 하천에 서식하는 어류의 이동과 군집의 변화, 유전적 단절, 서식처 변화와 같은 다양한 문제점을 유발할 수 있으며, 특히 어류의 산란기에는 하천의 유로를 따라 상류로 이동하거나 하류로 이동하는 회유성 어류들에게는 심각한 문제를 야기한다. 이러한 다기능보의 상 하류의 단절로 인한 문제를 해결하기 위해 낙동강 8개의 다기능보에 자연형 및 인공형 어도가 설치되었으며, 이를 평가하기 위한 어도의 유인효율에 대한 연구가 중요하다. 어류는 최대 유속이 발생하는 지점인 유심선에서 소상하려는 특성을 보이는데, 어도의 입구부의 유속이 중요하게 작용한다. 어도 입구부의 유속분포 및 수심에 따라 유인효율은 다르게 나타날 수 있으며, 2차원 수리해석을 통해 WUA를 산정함으로써 어도의 유인효율을 평가할 수 있다. 본 연구에서는 2차원 흐름해석 모형인 River2D를 이용하여 어류의 소상이 중요한 산란기를 기준으로 강정고령보의 가동보 운영실적을 이용하여 수리해석을 실시하였으며, 연구결과를 바탕으로 자연형어도의 유인효율을 평가하였다.

개수로에서 식생은 항력을 발생하여 평균유속을 감소시킬 뿐만 아니라, 식생영역과 비식생영역의 경계에서 유속 차를 발생시켜 일반 개수로 흐름보다 복잡한 흐름구조를 형성한다. 또한, 식생은 개수로 흐름에서 부피를 차지하여 식생영역의 유량을 감소시킨다. 일반적으로 식생이 식재된 개수로 흐름을 수치모의 할 경우 체적비를 고려하지 않을 때가 많다. 하지만 물과 식생의 체적비가 높을 경우, 식생에 의한 부피를 고려하지 않으면 실제 유속을 과다산정 하여 흐름모의가 정확하지 않다. 그러므로 식생이 있는 흐름을 정확히 수치모의하기 위해 식생의 체적비를 고려하여 실제 유속을 산정하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 식생된 개수로 흐름의 수치모의에서 체적비 도입의 필요성을 분석하였다. $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 이용하여 수치모의를 수행하였고, 지배방정식에 식생항을 추가하여 식생이 식재된 개수로 흐름을 모의하였다. 식생 체적비를 고려하기 위해 지배방정식에 식생 체적비에 관한 항을 추가하였다. 체적비 도입의 필요성을 알아보기 위해 선행연구의 침수식생 실험수로를 대상으로 수치모의하였다. 식생밀도가 낮은 경우 식생 체적비의 고려 유 무가 모의결과에 미치는 영향이 작았으나, 식생밀도가 높은 경우에는 식생 체적비를 고려한 경우가 보다 정확한 모의결과를 도출 할 수 있었다.

본 연구는 복단면구조의 수로에서 이차류 및 흐름특성을 비교, 관측하는 것이며 이러한 흐름특성을 연구하기 위해 폭 1.2 m, 길이 14 m, 높이 0.6 m인 실험수로를 이용하여 수심비 0.25 및 0.40 조건에서 0.05, 0.10 CMS의 유량으로 총 4가지 조건으로 실험을 진행하였고 이를 비교하기 위해 3차원 수치해석모형인 FLOW-3D를 이용하여 수치해석결과와 수리실험결과를 비교하였다. 주수로 및 홍수터의 수심과 유량의 조건이 각각 다른 4가지 조건 별 변화를 수리실험과 수치해석을 통해 분석한 결과, Shino & Knight(1991)에서의 언급한 내용과 부분적으로는 동일한 결과를 보였으나, 수치해석 부분에서의 결과와는 차이를 보였다. 일반적으로 복단면구조에서 발생하는 이차류는 수위 및 수심별 유속의 차이에서 발생하는 연직방향의 유속의 영향과 복단면과 주수로의 구조적 차이에서 발생하는 횡방향 유속의 영향과 같은 복합적인 작용으로인해 발생하게 되지만 수치해석의 결과에서는 수위차이에 의한 연직방향의 유속이 횡방향 유속보다 지배적인 결과를 보여 본 연구 중 고유속의 조건에서는 이차류의 형성이 수리실험 및 기존 연구결과들과 차이를 보였다.

Citarum River is one of the important river in West Java, Indonesia. During the rainy season, flood happens almost every year in Upper Citarum Watershed, hence, it is necessary to establish the countermeasure in order to prevent and mitigate flood damages. Since the lack of hydrological data for the modelling is common problem in this area, it is difficult to prepare the countermeasures. Therefore, we used Rainfall-Runoff-Inundation (RRI) Model developed by Sayama et al. (2010) as the hydrological and inundation modelling for evaluating the inundation case happened in Upper Citarum Watershed, West Java, Indonesia and the satellite based information such as rainfall (GSMaP), landuse and so on instead of the limited hydrological data. In addition, 3 arc-second HydroSHEDS Digital Elevation Model (DEM) is used. To verify the model, the observed data of Nanjung water stage gauging station and the daily observation data are used. Simulated inundation areas are compared with the flood extent figure from Upper Citarum Basin Flood Management Project (UCBFM).

Weather radar has been widely used in measuring precipitation and discharge and predicting flood risks. The radar rainfall estimate has one of the essential problems in terms of uncertainty and accuracy. Previous study analyzed radar errors to reduce its uncertainty or to improve its accuracy. Furthermore, a recent analyzed the effect of radar error on rainfall-runoff using spatial error model (SEM). SEM appropriately reproduced radar error including spatial correlation. Since the SEM does not take the time dependence into account, its time variability was not properly investigated. Therefore, in the current study, we extend the SEM including time dependence as well as spatial dependence, named after Spatial-Temporal Error Model (STEM). Radar rainfall events generated with STEM were tested so that the peak runoff from the response of a basin could be investigated according to dependent error. The Nam River basin, South Korea, was employed to illustrate the effects of STEM on runoff peak flow.

최근 계속적인 도시화와 개발로 인해 불투수층이 증가함에 따라, 도시비점오염물질이 동반된 표면유출수가 증가하고 있다. 또한 도시 오염물질 배출특성 중 하나인 초기세척효과(First Flush Effect)가 대두되고 있다. 초기세척효과란 강우 시 강우초반에 고농도의 오염물질 나타나는 현상을 의미한다. 최근 이와 같은 도시 오염물질을 관리 및 저감을 위해 저영향개발(Low Impact Development)이 대안으로 나타나고 있다. 하지만 이러한 저영향개발을 분석 및 정량하기 위해서는 많은 실험적인 연구와 모델링이 필요하다. 본 연구에서는 광주광역시에 위치한 상업지구에 대해 모니터링과 LID 모델링을 실시하였고, 또한 Mass First Flush (MFF)라는 지표를 이용하여 최적 LID 크기를 산정하였다. 본 연구에선 나온 LID 크기는 1.2 mm부터 3.0 mm 정도로 나타났다. 이 결과는 향후 초기세척처리를 LID의 가이드라인으로 유용할 것이다.

우리나라에서는 강우관측시스템의 지역적 불균형으로 상대적으로 소규모 저수지의 경우 미계측유역의 특성을 가지며, 신뢰성 있는 강우량, 유출량, 증발량 자료가 매우 부족한 실정이다. 다목적댐 유역과 같은 계측유역의 경우 상류유역의 유입량 자료의 확보가 용이하지만 대부분의 유역의 경우 계측장비가 부족하여 신뢰성이 확보된 유입량 자료를 얻는데 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 미계측유역의 유입량 산정을 위하여 계측유역을 대상으로 강우-유출 모형의 매개변수를 산정하였으며, 산정된 매개변수를 유역특성인자와의 상관성을 토대로 다중선형회귀분석기법(multiple linear regression, MLR)을 적용하여 지역화(regionalization)를 위한 회귀식을 도출하였다. 이를 위해 양질의 유량자료가 확보된 K-water 17개 댐 유역을 대상으로 매개변수를 산정하였으며 이 중 2개의 댐 유역을 미계측유역으로 간주하여 개발된 모형을 검증하였다. 대부분의 통계 지표에서 우수한 모의능력을 확인하였으며, 본 연구를 통하여 개발된 지역화 기법을 미계측유역에 활용한다면 보다 정량적이고 효율적인 수자원 계획이 가능할 것으로 판단된다. 향후 연구로는 불확실성을 고려한 Bayesian GLM 모형을 이용한 지역화기법을 개발하여 매개변수의 불확실성까지 고려할 수 있는 방안을 모색하고자 한다.

수공구조물 설계 시 중요한 요소 중 하나인 확률강우량은 일반적으로 고정지속기간별 강우량에 대하여 일변량 빈도해석을 수행하고 가장 적절한 분포형을 선택하는 지점빈도해석의 과정을 거친다. 그러나 일변량 빈도해석을 수행하기 위해서는 지속시간을 고정하고 강우량의 변화로만 해석해야 단점이 있으며 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 다변량 확률모형인 copula 모형을 이용하여 이변량 빈도해석을 수행하였다. 확률변수로는 강우량과 지속기간(hr)을 사용하였고, 주변분포형으로 강수량 - Gumbel (GUM), generalized logistic (GLO) 분포형, 지속기간(hr) - generalized extreme value (GEV), GUM, GLO 분포형을 사용하였으며, copula 모형은 Gumbel-Hougaard 모형을 이용하였다. 주변분포형의 매개변수는 일반적으로 가장 많이 사용하는 확률가중모멘트법을 이용하여 추정하였으며, copula 모형의 매개변수는 maximum pseudolikelihood(MPL) 방법을 사용하였다. 이를 통해 얻어진 이변량 빈도해석의 확률강우량 결과와 기존 지점빈도해석의 결과를 비교하였다.

수공구조물의 설계 시 확률강우량의 산정은 매우 중요하다. 따라서 확률강우량 산정을 위한 강우지점의 선정 및 산정방법의 표준화는 매우 중요하다고 할 수 있다. 현재 확률강우량 산정시 대부분은 기상청의 지상기상관측지점과 국토교통부의 산하 지점의 시 단위 또는 일 단위의 강우자료를 활용하여 확률강우량을 산정하고 있다. 또한 면적확률강우량의 산정시에는 원칙적으로 해당 유역내 외에 다수의 관측소 존재 시 Thiessen 가중평균을 이용하여 동시간 임의시간 연최대치 면적강우량자료 계열을 작성하고 빈도해석을 실시해야하지만, 동시간 강우량자료의 수집의 어려움으로 지점 확률강우량을 산정하고 Thiessen 가중평균을 적용 후, 면적우량환산계수를 곱하는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 서울의 도림천 유역을 중심으로 기상청의 지상기상관측지점(SSS, Surface Synoptic Stations)과 품질관리를 실시한 방재기상관측지점(AWS, Automatic Weather Stations)의 분 단위 강우자료를 활용하여 강우관측지점 선정과 자료기간에 따른 동시간의 면적확률강우량을산정하고 비교분석하였다. 이는 향후 면적확률강우량 산정방안의 개선 및 보완에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.

미계측 지역에서의 토양수분을 예측하기 위한 공간보간 기법으로 크리깅 방법과 조건부합성기법을 한반도에 적용하여 비교 분석하였다. 연구에 사용된 토양수분 자료는 2011년 5월 1일부터 2011년 9월 30일까지이며, Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth observing system(AMSR-E)의 위성관측 자료와 농촌진흥청에서 제공하는 지상관측 자료를 이용하였다. leave-one-out 교차검증 방법을 사용하여 공간보간 성능을 평가했고, 관측지점별 시계열 분석 결과 총 24개 관측지점 중 14개 관측지점에서 CM의 결과가 우세한 것으로 나타났다. 특정 관측일에 대해 예측 성능 분석 결과 총 113일 중 68일에 대해 CM의 결과가 우세한 것으로 나타났다. 각 관측지점의 예측 성능을 공간적으로 분석하기 위하여 관측소별 예측 성능 지도를 작성하여 공간적인 특성을 분석한 결과 관측소가 밀집되어있는 한반도의 서쪽지역에서 예측이 성능이 좋게 나왔다. 이러한 결과는 위성으로부터 관측된 토양수분 자료의 공간적인 특성을 고려하여 지상관측 자료와 합성하는 것이 토양수분의 공간적인 보간성능을 향상 시킬 수 있다는 것을 의미한다.

본 연구에서는 해안도시(부산광역시 수영구) 지역의 토지이용도와 미기상인자를 고려하여 증발산량을 산정하였으며, 증발산량 변동에 대한 미기상인자의 영향성을 구명하였다. 수영구 지역의 토지이용도와 미기상인자는 2001년 12월부터 2011년 11월에 관측된 일별 자료를 사용하였다. 토지이용도는 불투수(건물, 도로 등) 및 산림(임야), 초지(논밭, 공원 등), 수계(하천, 호수 등) 지역으로 분류하였으며, 4개 지역 특성을 고려한 최적의 추정식을 적용하여 증발산량을 산정하였다. 수영구 지역의 전체 증발산량은 4개 지역에서 산정된 증발산량에 토지이용 비율을 곱하여 구하였다. 연간 증발산량 변동은 1월부터 7월까지 증가하다가 8월부터 12월까지 감소하는 형태를 보였다. 수영구 지역에서 증발산량은 강수량의 약 13.3% 정도이었으며, 이는 연구지역의 72%에 해당하는 불투수 지역에서 배수로를 통한 물의 유출이 강우 발생 후 짧은 시간 동안 다량 발생하였기에 지속적인 증발산이 가능한 잠재수량의 저유량이 적었기 때문이다. 증발산량과 미기상인자 간의 상관분석을 수행하였으며, 증발산량과 이슬점 온도의 상관계수가 0.63으로 가장 높았다. 증발산량에 대한 기온 및 강수량, 순복사 인자의 상관계수는 0.5 이상으로 양의 상관성을, 기압 및 일조시간은 0.5 이상의 음의 상관성을 보였다. 증발산량에 대한 상관계수가 0.5 이상인 미기상인자(이슬점온도와 기온, 순복사, 기압, 강수량)에 대한 회귀 분석을 수행하였다. 이슬점온도와 기온, 순복사, 기압에 대한 증발산량 회귀함수 그래프는 강수의 유무에 따라 2가지 경향을 보였다. 이슬점온도에 따른 증발산량 회귀함수는 강수 발생 시에는 $ET=0.004x+0.7$, 무강수 시에는 $ET=0.25{\times}e^{0.04x}$로 추정되었으며, 결정계수는 각각 0.48과 0.96 정도로서 무강수 시에 높게 나타났다. 기온에 따른 증발산량 회귀함수는 강수 발생 시에는 $ET=0.004x+0.53$, 무강수 시에는 $ET=0.13{\times}e^{0.06x}$로 추정되었으며, 결정계수는 각각 0.39와 0.89 정도로서 무강수 시에 높게 나타났다. 순복사에 따른 증발산량 회귀함수는 강수 발생 시에는 $ET=0.79x+0.49$, 무강수 시에는 $ET=0.22x+0.03$로 추정되었으며, 결정계수는 각각 0.34와 0.89 정도로서 무강수 시에 높게 나타났다. 기압에 따른 증발산량 회귀함수는 강수 발생 시에는 $ET=-0.04x+37.91$, 무강수 시에는 $ET=5.18{\times}10^{22}{\times}e^{-0.05x}$로 추정되었으며, 결정계수는 각각 0.25와 0.45 정도로 나타났다. 강수량에 따른 증발산량 회귀함수는 $ET=0.23lnx+0.90$으로 추정되었으며, 결정계수 0.61정도 나타났다.

인공위성을 이용한 토양수분의 측정은, 범지구적인 물순환 분석에 있어서, 수문학적인 인자들의 시공간적인 변화를 예측, 분석하는데 있어 가장 효율적인 방법으로 제안되어왔다. 현재 국/내 외 적으로 사용하는 토양수분 위성은 Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS), Advanced SCATerometer (ASCAT)이 많이 사용되고 있으며, 더불어 일본에서 최근에 발사 된 Advanced Microwave Scanning Radiomter 2 (AMSR2) 센서를 통한 토양수분도 데이터도 적극 활용 되고 있다. 각 위성은 토양수분을 산출 하는 알고리즘, 파장대 그리고 위성 통과 시간 등이 각기 다르므로, 이러한 위성의 데이터를 사용하기 위해서는 지점 데이터와의 검증이 필수적으로 필요하게 된다. 이에따라 본 연구에서는 위성 데이터와 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)와의 비교를 통해 각 위성데이터의 동아시아 지역에서의 효용성을 평가하였다. 동아시아의 건조한 지역에서는 SMOS가 가장 좋은 토양수분 데이터 결과를 보여주었으며, 다른 많은 지역에서는 ASCAT이 우세한 결과를 보여주었다. 하지만 한반도 지역의 특정 지역에서는 AMSR2의 토양수분 값이 ASCAT을 뛰어넘는 좋은 결과를 보여주는 결과가 도출되었다. 추가적으로, SMOS의 경우 Radio Frequency Interference (RFI)의 영향으로 한반도지역 토양수분을 측정하는 것에는 많은 무리가 있음을 알 수 있었다.

최근 기후변화와 지구온난화로 인한 돌발성 집중호우 및 홍수, 태풍의 빈도 증가는 사회 경제적으로 막대한 피해를 입히고 있다. 수자원 분야에서는 이러한 피해를 예방하고 빠른 대처를 위해 강우의 정밀한 관측뿐만 아니라 강우의 정확한 공간 분포 파악이 요구되고 있다. 그러나 일반적으로 강우의 측정 시 사용되는 지상우량계의 경우 공간적인 밀도가 낮고, 불규칙적으로 위치하고 있어 강우의 시 공간적 변화를 반영하기 어려운 한계가 있다. 이러한 문제를 보완하고자 지상강우자료와 레이더자료를 결합하여 사용하고 있다. 본 연구는 지상강우자료의 양적인 특성을 고려함과 동시에 레이더자료의 공간분포특성을 반영하는 강우장을 추정하고자 하였다. 따라서 지구통계학적 공간보간기법인 크리깅 기법을 적용하였으며, OK(Ordinary Kriging), KED(Kriging with External Drift), ColCOK(Collocated Cokriging) 기법에 의해 생성된 강우장을 비교하였다. 지상강우와의 양적인 측면을 비교하기 위해 관측소 위치에서의 실제 강우값과 추정된 강우값의 상관관계를 비교하였으며, 레이더자료의 공간분포특성과의 유사성을 확인하기 위해 각 기법에서의 베리오그램을 비교하였다.

본 연구는 기후변화의 영향을 고려한 포아송 강우생성모형의 일종인 MBLRP(Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse)를 개발하고, 대한민국 주요 도시에 대해 향후 100년간 강우의 변화를 살펴보았다. 기존 MBLRP 모형에서 기후변화에 따른 강우량 변화를 고려할 수 있도록 GCM 모형의 강우 자료를 활용하였고, GCM 모형으로부터 발생하는 불확실성을 고려하기 위해 IPCC의 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 모의한 16개의 GCM 모형을 사용하였다. 2007년부터 2099년까지의 미래기간을 3개의 시 구간으로 구분하고, 16개 GCM 앙상블을 사용하여 미래기간 동안 대한민국 16개 도시에 대해 1000개의 샘플을 BWA 방법을 이용하여 생성하였다. 제어기간(1973-2005) 대비 미래기간(2007-2099)의 변화율을 나타내는 FOC(factor of change)와 온도의 연별 변화율을 나타내는 SF(scaling factor)의 개념을 결합하여 미래기간에 대한 CF(correction factor)를 산정하였다. 이때 CF는 16개 도시의 연 단위 강우량 변화 비율을 월별로 나타내며, 제어기간의 월 강우 관측치와 CF를 몬테카를로 모의를 실시하여 미래기간의 강우 시나리오를 산정한다. 이를 통해 월 평균 강우량 통계치를 연 단위로 얻을 수 있으며, 월 평균 강우량이 월 평균 분산, 무강우확률, 자기상관계수와 가지는 선형 관계를 통해 강우 통계치를 산출한다. 이와 같은 강우 통계치는 가상강우생성모형인 MBLRP 모형에 입력 자료로 활용되어 월 강우량을 시 단위의 강우 시계열 자료로 생성해낸다. 최종적으로 MBLRP 모형으로 산정된 시 단위 강우 시계열은 기후변화 영향을 고려한 GCMs 앙상블로 생성된 강우 시나리오를 기반으로 산출되기 때문에 향후 수자원 분석에 활용 가능할 것이라 기대된다.

현재 임진강 상류 지역을 포함한 한강수계의 일부분이 북한에 속해있다. 북한의 경우 현지조사가 필수적인 계측자료를 구축하는 것이 현실적으로 어렵기 때문에 수문자료를 활용한 강우-유출 분석에 큰 어려움을 갖고 있다. 임진강 유역의 정확한 홍수량 분석은 앞으로 수행될 수문학적 연구에 필수적인 요소이며 북한의 황강댐 무단방류로 인한 남한지역에의 피해 발생 등으로 그 중요성이 더 부각되었다. 최근 레이더 자료를 활용한 수문량 분석에 관한 연구가 많이 수행되고 있다. 레이더 자료의 경우 수문자료의 획득이 어려운 미계측 유역에 대하여 적용성이 기대되고 있다. 본 연구에서는 임진강 유역의 레이더 강우 자료의 활용성을 검증하기 위하여 한탄강 유역을 대상으로 레이더 자료를 이용한 강우-유출 분석을 수행하였다. 레이더 자료의 경우 임진강 레이더 및 광덕산 레이더를 사용하여 그 적용성을 비교하였고, 각 레이더의 강우자료를 HEC-HMS에 적용하여 홍수 유출량을 산정한 후 지점 강우량을 활용한 유출량 자료와 비교하였다.

무분별한 도시화 및 산업화로 인해 불투수면이 증가하고 있다. 불투수면은 빗물이 투과하지 못하는 지면을 의미한다. 이러한 불투수면은 강우 시 지면에 있는 유해물질이 그대로 인근 수계로 유입되게 함으로써 심각한 수질 오염을 야기한다. 이와 관련하여 환경부에서는 불투수율 관리를 위하여 2013년에 전국토를 대상으로 불투수율을 산정한바 있으나, 소축척 수준의 시 또는 유역 단위 통계만을 산출하였고 대축척 수준의 소규모 개인 필지 내 조경지역 등을 반영한 불투수율 통계는 현재까지 부재하다. 따라서 본 연구에서는 인천시 부평구를 대상으로 소규모 필지까지 적용 가능한 고해상도 투수/불투수도를 제작 및 활용하여 용도지역별 불투수율 현황을 분석하였다. 불투수면의 공간적 분포 확인을 위해 토지피복지도, 수치지형도, 항공사진(25cm급) 등을 활용하여 고해상도 투수/불투수도를 제작하였다. 투수/불투수도는 세분류 토지피복지도 제작 지침인 선형 요소의 경우 폭 3m, 면형 요소의 경우 면적 $10m{\times}10m(100m^2)$를 참조하여 제작되어 개별 필지단위의 불투수면까지 확인 가능하다. 이후 용도지역도를 수집하여 GIS 환경에서 투수/불투수도와 중첩하여 용도지역별 불투수율을 산출하였다. 불투수율을 산정한 결과 부평구 전체 불투수율은 64%로 확인되었다. 또한 용도지역도 중분류상 주거지역의 경우 불투수율이 82.1%, 상업지역의 경우 91.7%, 공업지역의 경우 94.1%, 녹지지역의 경우 30%로 확인되었다. 상업지역 및 공업지역의 경우 불투수율이 90%이상으로 불투수면 관리가 시급하다고 판단되었다. 본 연구 결과는 기존 환경부에서 제작한 투수/불투수도 보다 정확한 불투수면의 공간적 분포 확인 및 불투수 면적 산출이 가능하여 불투수면 우선관리지역 선정을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 본 연구 결과를 바탕으로 불투수율이 높은 지역을 우선 선별하여 저영향개발(LID, Low Impact Development) 및 그린빗물인프라(GSI, Green Stormwater Infrastructure)의 활용 방안에 관한 연구가 이루어져야한다. 특히, 불투수율이 높은 상업지역 및 공업지역에 대해서는 연구 결과의 적극적인 활용을 통한 개선이 요구된다.

현재 우리나라는 점오염원 관리로 인한 수질개선 효과가 한계에 다다르고 있으며, 비점오염원의 수계별 총 부하 기여율이 지속적으로 증가하고 있어 추가적인 수질개선을 위해서는 비점오염원에 의한 오염부하량을 예측하고 관리하는 것이 필요하다. 국내에서는 비점오염원 관리를 위해 지속적으로 수질 모니터링을 실시하고 있으나 자료수가 부족하고 실측자료가 일부 존재하는 등의 단점을 가지고 있다. 부족한 자료는 환경부에서 제안한 원단위법 또는 분포형 수문모형을 이용하여 모의하고 있으나 원단위법은 유역특성을 고려하지 못한다는 단점을 가지고 있으며 분포형 수문모형은 모의에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 본 연구에서는 유역특성을 고려하여 오염부하량을 산정하는 회귀식을 개발하고 적용성을 검토해보고자 한다. 회귀식 개발에 필요한 입력자료는 환경부 물환경정보시스템 (Water Information System, WIS)에서 제공하는 수질자료, 국가수자원관리종합정보시스템 (Water Resource Management Information System, WAMIS)에서 제공하는 수위-유량 자료, 용인시 백암면 일대에서 2013년부터 2014년까지 모니터링한 수질 및 유량자료를 이용하였다. 회귀식 도출에는 IBM SPSS Statistics 20 (SPSS, Inc, 2011)을 이용하였다. 개발된 회귀식 검토를 위해 미계측 유역을 대상으로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 오염부하량을 모의하였으며, 결과 비교를 통해 개발된 식의 타당성을 검토하였다. 본 연구의 결과는 유역에서 비점오염원에 의해 발생하는 오염부하량 모의를 통해 유역 내 비점오염원 저감대책 마련에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

오염원과 취수원이 인접한 위치에 존재하는 국내 하천 같은 경우 취수 시설의 안전한 관리를 위하여 오염물의 2차원 혼합 거동에 대한 연구가 필요하다. 하천에서의 오염물 혼합 거동을 분석하기 위하여 일반적으로 농도와 분산 정보 수집을 위한 추적자 실험을 수행해왔다. 기존에 수행된 추적자 실험들은 형광염료, 방사선 물질, 고형 물질 등과 같은 추적자를 인위적으로 주입하여 사용하였다. 그러나 수온, 전기전도도(electrical conductivity), 이온화 물질 등과 같은 자연 추적자(natural tracers)를 이용하는 추적자 실험은 인공추적자 물질을 대체할 수 있는 방안으로서, 기존 추적자 실험과 비교하여 경제적, 환경적인 효과와 하폭이 넓은 중규모 이상의 하천에서도 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 진천천과 금호강이 합류하는 낙동강 중류 구간에서 횡혼합 연구를 위하여 전기 전도도 추적 실험을 수행하였다. 강정고령보 직하류에서 낙동강 좌안쪽에서 합류하는 금호강과 진천천의 경우 인근 공업단지와 하폐수처리장으로부터 많은 비점오염원과 점오염원이 유입된다. 두곳의 지류에서 모두 높게 측정되었던 전기전도도를 자연 추적자로 선택하였다. 지류의 경우 전기전도도를 측정할 수 있는 센서를 측정 지점에 설치하여 측정하였으며, 본류인 낙동강의 경우 정해진 측선을 따라 센서가 고정된 보트를 이동하며 데이터를 취득하였다. 지류인 금호강과 진천천의 경우, 합류 전 전기전도도의 농도의 횡분포는 균일한 분포를 나타냈으며 농도의 평균값은 합류 전 낙동강 본류의 기저농도 보다 더 높은 값을 나타내었다. 지류 합류 이후의 낙동강 본류에서는 지류로부터 유입된 오염물질로 인하여 횡방향으로 불균등한 전기전도도 농도 분포를 나타내었으며 오염물질이 점점 하류 쪽으로 이동하면서, 횡방향 농도경사의 크기가 줄어들었다. 유관모멘트법을 농도곡선에 적용하여 횡방향 분산계수를 산정하였다. 산정된 횡분산계수의 값은 Rutherford (1994)가 제안한 분산계수의 범위에 포함되는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 하천부터 하구까지의 댐 구조물 건설로 인해 해안으로의 표사 공급원이 감소하는 것을 정량적으로 검토하였다. 내륙과 해양의 전이역인 연안은 농수산업, 임해산업단지, 발전소 및 항만과 같은 산업 인프라, 관광 및 레크리에이션 등의 다양한 편익을 제공하여 높은 경제 사회 환경적 가치가 있다. 그러나 80년대 이후 무분별하게 추진되어온 각종 연안 개발은 직 간접적인 해안의 침식문제를 발생시켰다. 우리나라 서해의 경우 하천으로부터의 토사 유입 차단은 심각한 수준이다. 아직 그 영향이 해안으로 완전히 파급되지 못하여 그로 인한 장기 해안 침식이 두드러지지 않고 있으나 고파랑에 의한 빈번한 침식과 저질의 세립화 현상을 통하여 현재 진행형임을 알 수 있다. 그러나 일단 피해가 심각해지기 시작하면 돌이킬 수 없는 재앙이 될 측면도 많다. 따라서 우리나라 유역의 개발과 수리구조물 건설 현황을 살펴 이로 인한 해안 침식 결과가 얼마나 심각할 수 있는 지를 살펴본다. 본 연구에서는 수리구조물로 인한 토사량 감소 중 가장 주요한 토사 공급원 감소 원인인 댐으로 인한 토사량 감소율에 대한 연구를 진행한다. 먼저 각 댐의 건설 전, 유역면적당 토사량과 댐 건설 후, 해안 유입 토사량 사이에 감소율을 계산하고, cascade 방법에 의하여 댐군에 의한 토사감소율을 산정한다. 유입 토사량 감소율을 산정하고 토사 공급원 감소로 인한 표사 수지 분석을 통해 해안 침식 폭의 위험도 평가를 실시한다.

국민의 생명과 재산을 보호하기 위해 아무리 강조해서 지나치지 않는 안전을 중요시 하는 우리나라는 각종 재난 사고가 많이 발생한다. 이는 안전의식이 결여되었기에 발생하는 사고들이다. 특히 안전사고와 관련해 다사다난한 일들이 많이 있는데 책임감을 비롯한 본인과 타인의 안전의식 결여로 일어난 문제들이다. 우리나라는 재난에 좀 더 현명하고 안전하게 대처하기 위해서 사전의 적극적인 예방과 사고 후의 빠른 조치, 건전한 안전의식 함양이 필요하다. 2014년 4월 16일 세월호 침몰 사고로 수백 명의 사상자를 낸 대형 참사를 계기로 국민들의 해난(해양사고) 안전에 대한 관심이 높아졌다. 위기상황 속에서 당황하지 않고 올바르고 안전한 판단으로 신속히 대피 할 수 있도록 미리 체험하는 안전체험교육시설을 통해 체계적인 대비로 인명피해를 줄이기 위한 대책이 필요하다. 본 연구는 해난(해양사고)로 인한 인명피해 위험도의 관리기법을 수립하고 재난 관리 체계 중 대비(Preparedness)에 중점을 두고 체험교육을 통해 어떤 효과가 있는지 설문조사를 실시하여 연령대별 체험자들의 반응을 토대로 가상적인 방법을 적용한 인명피해 위험도 저감효과를 분석한다. 국내 여수 해양경비안전교육원에서 올해부터 한국해양소년단연맹과 협업하여 '바다로 캠프' (해양안전 체험 프로그램)를 운영하여 위기 대응 훈련을 실시 할 계획이다. 따라서 본 연구에서는 교육원 대상자를 대상으로 설문조사를 실시하고자 한다.

해안선은 길게 뻗어 있지만 직선적이지 않고 원호와 같은 곡선을 보인다. 그러나 대부분의 평형 해안선식은 직선적 해안이라고 가정하고 수립되어 그 효용성이 큼에도 불구하고 실 해안에 적용되는 경우 잘 재현하지 못하는 경우가 범용적으로 이용되는 데 큰 걸림돌이 되었다. 특히 해안선의 포괄 원호의 반경이 작을수록 문제가 크다는 점에 착안하여 해안선을 포괄하는 극좌표계에 포물선형 평형 해안선 식을 매핑하는 방법을 적용하였다. 그 결과 control point의 개연성을 극복하였고 대부분의 동해, 서해든 국내 해안에 적용한 결과 만족할 만한 결과를 제공하였다. Matlab GUI로 개발되어 실무자들이 항만이나 어항 등 연안해역 개발에 따른 침식 문제의 근본 해결 방안을 사전에 수립하는 데 큰 도움이 되리라 기대한다.

지표수 수자원은 다른 형태의 수자원에 비하여 경제성은 우수하나 환경 훼손, 시공간적 변동성에 대한 취약성, 각종 수질 위협요소에 노출되는 단점 을 가지고 있다. 지표수 수자원과는 달리 Aquifer Storage Transportation and Recovery (ASTR) System을 이용한 지하저수지는 수자원의 안전한 확보, 환경문제 등의 측면에서 새로운 대안으로 제시되고 있다. '청정지하저수지연구단'에서 연구하고 있는 '대규모청정지하저수지'는 피압대수층에 담수를 주입하여 형성된 담수체를 수자원으로 이용한다. 본 연구는 피압대수층 주입정 및 양수정 운영에 따른 지반영향을 연구하였다. 과거 지반변형을 고려하지 않은 무분별한 피압대수층의 지하수 개발로 태국, 중국 등지에서 심각한 지반침하를 야기하였으며 이에 대한 대책으로 인공함양이 이루어진바 있다. 피압대수층 상부에 위치한 점토층은 지반변형에 가장 큰 영향을 미치며 점토층의 변형 혹은 파괴 시 지하수 이용 및 인간의 활동에도 영향을 끼칠 수가 있다. 본 연구의 목적은 주입 및 양수가 점토층에 미치는 영향을 분석하고 지반변형을 허용 범위 내로 국한시키기 위해서 피압대수층에 가할 수 있는 최대 수위변화량을 산정하는 데 있다. 양수로 수두가 감소하는 경우 유효응력 증가에 따른 지반침하가 우려되며, 주입으로 수두가 상승하는 경우 지반파괴가 야기될 수 있다.

다수의 양수정이 연결된 군정은 복수 개의 펌프와 상당한 길이의 관수로 구성된다. 이 때 펌프-관망 시스템의 생애주기 비용의 최소화를 위하여 재료비, 시공비 등이 고려된 초기비용과 양수정 가동을 위한 에너지비용으로 구성되는 운영비용을 최소화하기 위한 기법을 연구하였다. 이 두 가지 비용은 서로 반비례 하는 형상을 띄고 있다. 따라서 관망의 각 요소와 펌프의 종류 및 소요 동력을 감안하여 설계해야 한다. 가령, 직경이 커질수록 펌프가 제공해야 하는 양정이 줄어들어 소요 동력 비용은 줄어들지만 초기 설치비가 증가하므로 이들의 상관관계를 알아내어 적절한 균형을 찾아내야 할 것이다. 본 연구에서 고려한 최적화 결정변수는 관경과 펌프 사양이다. 펌프-관망 시스템 최적화의 제약 조건에는 별도의 지하수 관정 최적설계 기술로 도출된 관정들의 위치, 양수량 분포, 그리고 각 양수정의 수위이다. 최적화 기법으로는 유전자 방법을 사용하였다.

상수도 관망은 대표적인 사회기반시설로 수원으로부터 수용가에 이르기까지 안정적으로 유량을 공급하는 것을 목표로 한다. 상수도 관망의 최적설계는 요구되는 절점의 수압, 관로의 유속 등 수리학적 제약조건을 만족시키는 범위 안에서 비용을 최소화하는 설계안을 얻어내는 것을 목표로 시작하였다. 하지만 비용만을 고려한 과거의 상수도 관망 최적설계는 미래의 불확실한 조건에 매우 취약하고, 사용자의 다양한 요구를 충족시키지 못한다. 이 때문에 현대의 상수도 관망의 설계시 다양한 설계인자의 고려와 함께 효율적인 최적설계기법 적용의 필요성이 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 상수도 관망 최적설계에 다양한 설계인자를 동시에 고려하기 위해 다목적 최적 설계기법인 Multi-objective Harmony Search 알고리즘을 적용하였다. 또한 다목적 최적설계의 효율성 증대를 위하여 매개변수 자동보정 기법 중 하나인 Parameter-Setting-Free (PSF) 기법(Geem and Sim, 2010)을 사용하였다. PSF 기법은 최적화 알고리즘의 매개변수 설정의 번거로움을 없애고, 반복수행을 통한 해 탐색이 진행됨에 따라 가장 효율적으로 작용하는 매개변수를 자동으로 설정하여 탐색효율을 강화하도록 고안된 기법이다. 본 연구에서는 제안된 기법을 실제 상수도관망의 최적설계에 적용하였고 그 결과를 분석하였다. 그 결과 제안된 기법을 통해 관망의 비용을 포함한 다양한 설계인자를 동시에 만족시키는 최적설계안을 효과적으로 도출 할 수 있었으며, 매개변수 자동보정 기법의 적용을 통해 해 탐색의 효율성과 편의성을 향상시킬 수 있었다.

전 세계적으로 기후변화로 인한 자연재난은 피해의 규모에 따라 대형화 다양화 집중화 현상이 일어나고 있으며, 이로 인한 사회 경제적 피해가 과거에 비해 지속적으로 증가하고 있다. 한국에서는 이러한 자연재난 중 피해의 90%이상이 수해 풍해 설해 등으로 조사되었으며, 특히, 수해에 의한 피해가 자연재난으로 발생하는 피해 중 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 최근에는 2014년 일본의 태풍 '판폰'과 '봉퐁', 2013년 중국의 태풍 '피토'와 '다나스', 2012년 한국의 태풍 '볼라벤', '덴빈', '산바' 등 연속적인 호우사상의 내습으로 인한 피해가 발생함에 따라 동시 다발적인 거대 호우사상의 발생에 대한 대비책이 시급한 실정이다. 국내 외적으로 단일 호우사상으로 인한 홍수 피해 대책에 관한 연구는 활발하게 이루어지고 있지만, 동시다발적 연속적인 호우사상으로 인한 홍수 피해 대책 연구는 미비한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 단기간에 거대 호우사상이 동시 다발적 연속적으로 나타나는 현상을 거대홍수라고 정의하고, 거대홍수에 대응하기 위해서 거대홍수 발생에 따른 홍수범람 및 홍수피해액을 산정하였다. 홍수범람모의를 통해 거대홍수가 유역전체에 미치는 영향을 파악하고, 다차원홍수피해산정법(MD-FDA)을 통해 홍수 피해액을 산정하여 거대홍수방어 대책 수립의 참고 자료로써 활용할 수 있을 것이다.

Mekong River is the world's $10^{th}$ longest river and runs through China's Yunnan province, Burma, Thailand, Laos, Cambodia and Vietnam. And Tonle Sap Lake, the largest fresh water body in Southeast Asia and the heart of Mekong River system, covers an area $2,500-3,000Km^2$ in dry season and $10,000-16,000Km^2$ in wet season. As previously noted, the water within Sap river flows from the Mekong River to Tonle Sap Lake in flood season (between June and October) and backward to Mekong River in dry season. Recently the flow regime of Sap River might be significantly affected by the development of large dams in upstream region of Mekong River. This paper aims at basic study about the large scale flood inundation of Cambodia using by CAESAR-Lisflood. CAESAR-Lisflood is a geomorphologic / Landscape evolution model that combines the Lisflood-FP 2d hydrodynamic flow model (Bates et al, 2010) with the CAESAR geomorphic model to simulate flow hydrograph and erosion/deposition in river catchments and reaches over time scales from hours to 1000's of years. This model is based on the simplified full Saint-Venant Equation so that it can simulate the interacted flow of between Mekong River and Tonle Sap Lake especially focusing on the flow direction change of Sap River by season.

So far, geomorphologic dispersion due to the heterogeneity characteristics of flow paths in a basin has been demonstrated as a major factor affecting to the hydrologic response function of a catchment. This effect has considered by many previous studies taking into account flow path length factors, especially in the application of width function. Based upon the analysis of topographic index, another important geomorphologic factor extracted from DEM data, this work presents a new factor named saturation to evaluate its effects to the formation of the well-known instantaneous unit hydrograph (IUH) in Nash model and drainage structure in a river basin. First, the geomorphologic parameters corresponding to different saturation conditions are computed from DEM data with the support of GIS software. Then, in the combination of hydrologic and geomorphologic data, effective rainfall in each saturation degree and the Nash parameters are calculated using excel. Finally, the verification process with direct runoff data is conducted using Fortran programming. This process is applied to five sub-watersheds in Bocheong catchment ($485.21km^2$) in Korea where the necessary data are available and believable. The results from this approach will improve researchers and students'understandings about the relationship between rainfall and runoff and its relation with drainage structure within a catchment.

밭에서의 점적 관개를 이용한 노지 재배의 경우 적정 관개 계획 수립을 위해서는 작물 및 토양의 수분 정보에 대한 정확한 파악이 필요하다. 본 연구에서는 밭 토양을 GIS(Geographic Information System)를 통해 격자 형태로 분할하여 작물의 증발산량 및 토양의 수분함량을 모의할 수 있는 격자 기반 토양 물수지 모형을 개발하였다. 본 모형을 통해 작물의 소비수량 및 필요 수량을 파악함으로써 작부기간 중 필요한 관개수량을 제시하는 것이 가능하다. 고도화 기상자료로는 국가농림기상센터에서 운영 중인 고해상도 WRF(Weather Research and Forecasting) 모형에서 생산된 격자 형태의 복사, 온도, 바람, 강수 자료를 사용하였고 고도화 기상자료의 격자 해상도 별로 모의되는 작물 및 토양의 수분 정보 간 비교 및 분석을 실시하였다. 토양 물수지 모형에 입력되는 격자형태의 자료로는 기상, 토성 및 토지이용 자료가 있으며 기상자료의 경우 가로 및 세로의 크기가 각 270, 810, 2430m로 동일한 3가지 경우로 나누어 적용했으며 토성 및 토지이용 자료의 경우 기상 격자의 최소 크기에 맞춰 가로 및 세로의 크기가 각 270m인 격자로 분할하였다. 이와 같은 과정에 의한 모의 결과 각 격자별 작물 증발산량, 토양수분함량 및 관개수량의 일 연별 시계열 자료를 얻을 수 있으며 동시간대 격자별 수문인자 값을 산정하고 위치에 따른 공간적 상호 상관성을 분석하였다. 결과적으로, 고도화 기상자료의 격자 크기에 따른 밭 토양 물수지 분석 결과를 통해 고도화 기상 격자의 규모별 밭 토양 물수지 분석 효용성을 파악하고자 하였다. 더불어, 시험 지역(Test Bed) 선정을 통해 토양수분 및 증발산량을 실측하고 본 모형의 모의 결과와 비교함으로써 검정하는 것을 향후 연구 계획으로 한다.

Rainfall induced landslides is one of the most devastating natural disasters acting on mountainous areas. In Korea, landslide damage areas increase significantly from 1990s to 2000s due to the increase of both rainfall intensity and rainy days in addition with haphazard land development. This study was carried out based on the application of TRIGRS unsaturated (Transient Rainfall Infiltration and Grid-based Regional Slope stability analysis), a Fortran coded, physically based, and numerical model that can predict landslides for areas where are prone to shallow precipitation. Using TRIGRS combining with the geographic information system (GIS) framework, the landslide incident happened on 27th, July 2011 in Mt. Umyeon in Seoul was modeled. The predicted results which were raster maps showed values of the factors of safety on every pixel at different time steps show a strong agreement with to the observed actual landslide scars in both time and locations. Although some limitations of the program are still needed to be further improved, some soil data as well as landslide information are lack; TRIGRS is proved to be a powerful tool for shallow landslide susceptibility zonation especially in great areas where the input geotechnical and hydraulic data for simulation is not fully available.

SWG(Smart Water Grid)는 한정적인 수자원을 효율적으로 이용하고 사용자 입맛에 맞춰 물을 안정적으로 공급하고자 하는 양방향 개념으로 수자원 분야에서 각광받는 실정이다. SWG의 성능을 평가하는 연구사례는 많지 않으며 현재 국내의 경우 실증단지를 구축하고 있는 단계이다. 그러므로 성능평가를 수행하기 위한 실측자료가 부재하므로 성능평가 지표선정에 활용 할 수 있는 자료가 제한적이다. 따라서 미국의 Leed, 영국의 BREEAM, 일본의 CASBEE, 호주의 Green Star의 인증 기준에서 수자원에 대한 항목과 기존의 IWA, World Bank, AWWA, JWWA, OFWAT 같은 해외 상수도 수행능 지표와 상수도 및 정수장 기술진단에서 제시하는 기준을 바탕으로 성능평가지표를 선정 보완하여 Water Facility Index, Smart Index, Optimum System Index로 분류하여 각 세부의 성능평가지표를 선정하였다. 선정된 지표는 AHP기법를 활용하여 1-4단계에 걸쳐 계층화를 실시하고 Bottom-up방식으로 4단계에서부터 1단계로 평가를 진행하도록 구성했다. 4단계에서는 계층 별 쌍대비교 결과를 바탕으로 중요도에 따른 가중치를 부여하고 차등 점수를 적용하며, 이는 3단계에서 필수적으로 만족해야하는 지표들을 설정하고 평가하기 위해 사용된다. 3단계에서는 지표평가 후 "보통" 이상의 점수를 획득해야 2단계로 진행할 수 있고, 2단계에서는 3가지 큰 지표를 설정 후 총점 기준 60%이상의 최소득점 기준을 만족해야 1단계로 진행할 수 있도록 구성했다. 이러한 절차를 바탕으로 마지막 1단계에서는 100점을 만점으로 하는 6단계의 최종성능을 평가하는 결과를 제시할 수 있다. 본 연구에서는 국외 성능평가 사례 중 SWG와 관련된 지표를 구성하여 성능평가를 수행할 수 있는 기법을 제안하였다. 향후 지속적인 연구 진행 결과와 실측자료를 수집하여 수정 및 보완이 수행될 예정이다.

Frequent hydro-meteorological events caused by global climate change and human exacerbate activities, make the water resource problem more complicated. The increasing speed urbanization brings a significant impact on the city flood control and security, water supply safety, water ecological security, water environment safety and the water engineering security in China, and puts forward higher requirements to urban water integrated management, undoubtedly which become the biggest obstacle for water ecological civilization construction, thus urgent requiring an advanced methods to enhance the effectiveness of the water integrated management. The other fields of smart ideas point out a development path for water resource development. The construction demand of smart water resource is expounded in the paper, combining the philosophy of modern Internet of things with the application of cloud computing technology. The concept of smart water resource is analyzed, the connotation characteristics of smart water resource is extracted, and the general model of smart water resource is refined. Then, the frame structure of smart water resource is put forward. The connotation and the overall framework of the smart water resource represent a higher level of water resource informationization development and provide a comprehensive scientific and technological support to transform water resource management from an extensive, passive, static, branch and traditional management to a fine, active, dynamic, collaborative and modern management.

The objective of this study was mainly to evaluate the water resources potential of Lake Tana Basin (LTB) by using Soil and Water Assessment Tool (SWAT). From SWAT simulation of LTB, about 5236 km2 area of LTB is gauged watershed and the remaining 9878 km2 area is ungauged watershed. For calibration of model parameters, four gauged stations were considered namely: Gilgel Abay, Gummera, Rib, and Megech. The SWAT-CUP built-in techniques, particle swarm optimization (PSO) and generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) method was used for calibration of model parameters and PSO method were selected for the study based on its performance results in four gauging stations. However the level of sensitivity of flow parameters differ from catchment to catchment, the curve number (CN2) has been found the most sensitive parameters in all gauged catchments. To facilitate the transfer of data from gauged catchments to ungauged catchments, clustering of hydrologic response units (HRUs) were done based on physical similarity measured between gauged and ungauged catchment attributes. From SWAT land use/ soil use/slope reclassification of LTB, a total of 142 HRUs were identified and these HRUs are clustered in to 39 similar hydrologic groups. In order to transfer the optimized model parameters from gauged to ungauged catchments based on these clustered hydrologic groups, this study evaluates three parameter transfer schemes: parameters transfer based on homogeneous regions (PT-I), parameter transfer based on global averaging (PT-II), and parameter transfer by considering Gilgel Abay catchment as a representative catchment (PT-III) since its model performance values are better than the other three gauged catchments. The performance of these parameter transfer approach was evaluated based on values of Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) and coefficient of determination (R2). The computed NSE values was found to be 0.71, 0.58, and 0.31 for PT-I, PT-II and PT-III respectively and the computed R2 values was found to be 0.93, 0.82, and 0.95 for PT-I, PT-II, and PT-III respectively. Based on the performance evaluation criteria, PT-I were selected for modelling ungauged catchments by transferring optimized model parameters from gauged catchment. From the model result, yearly average stream flow for all homogeneous regions was found 29.54 m3/s, 112.92 m3/s, and 130.10 m3/s for time period (1989 - 2005) for region-I, region-II, and region-III respectively.

Urbanization and waterworks construction in natural watershed have been causing higher flood risks in lowland areas. Detention basins have become one of the most efficient fundamental instruments for storm water and environmental management at watershed scale. Nowadays, there are many studies coupled numerical methods of flood routing with optimization algorithms to investigate factors that impact on the efficiency of detention basins in flood reduction in a watershed, such as detention basin location, size, and cost and watershed characteristics. Although these couplings have been become more widespread but cumbersome computation and hydraulic data requirement still are their limitations. To tackle the procedure efforts due to numerical integration and data collection, simple approach is proposed to primarily estimate effects of detention basins. The approach basis is the linear system theory applied to the solution of hydrologic flood routing. The paper introduces an analytical method for estimating detention effects deriving by recent studies and innovatively analyses this equation on fractal perspective. Then, an optimization technique is performed by applying harmony search algorithms (HSA) to optimize efficiency of detention basins at watershed scale. The location and size of upstream detention basin are simultaneously obtained. Finally, the proposed methodology, practically applied for a real watershed in Kan river, Iran.

Hwacheon Reservoir is one of the reservoirs, which are located on the North Han River in South Korea. Construction of this reservoir was started in 1939 and completed in 1944. At the upstream of this reservoir there are Peace Reservoir, which is located in South Korea and Imnam Reservoir, which is located in North Korea. After construction of Imnam Reservoir, inflow regularity of Hwacheon Reservoir was changed and inflow of Hwacheon Reservoir also, was decreased. Peace Reservoir is used to decrease flood and damage at downstream due to unexpected release from Imnam Reservoir. This reservoir also, has a special role to regulate inflow of Hwacheon Reservoir. Hwacheon Reservoir has an important role for hydropower generation and flood control. Capacity and maximum discharge capacity of Hwacheon Reservoir are 1018 million $m^3$ and $9500m^3/s$, respectively. This reservoir has four generators to produce power and it is one of the important reservoirs for hydropower generation in South Korea. Due to the important role of this reservoir in generating power, maximization of hydropower generation of this reservoir is important and necessary. For this purpose, HEC-ResPRM model was applied in this study. HEC-ResPRM is a useful and applicable model to operate reservoirs and it gives optimal value for release to maximize power by minimizing penalty functions. In this study, after running the model, amount of release was optimized and hydropower generation was maximized by allocating more water for hydropower release instead of spillway release. Also, the model increased release in dry period from October to June to prevent high amount of release in flood season from July to September.

Water, energy, and food security already became a risk that threatens people around the world. Increasing of resources demand, rapid urbanization, decreasing of natural resources and climate change are four major problems inducing resources' scarcity. Indeed, water, energy, and food are interconnected each other thus cannot be analyzed separately. That is, for simple example, energy needs water as source for hydropower plant, water needs energy for distribution, and food needs water and energy for production, which is defined as W-E-F nexus. Due to their complicated linkage, it needs a computer model to simulate and analyze the nexus. Development of a computer simulation model using system dynamics approach makes this linkage possible to be visualized and quantified. System dynamics can be defined as an approach to learn the feedback connections of all elements in a complex system, which mean, every element's interaction is simulated simultaneously. Present W-E-F nexus models do not calculate and simulate the element's interaction simultaneously. Existing models only calculate the amount of water and energy resources that needed to provide food, water, or energy without any interaction from the product to resources. The new proposed model tries to cope these lacks by adding the interactions, climate change effect, and government policy to optimize the best options to maintain the resources sustainability. On this first phase of development, the model is developed only to learn and analyze the interaction between elements based on scenario of fulfilling the increasing of resources demand, due to population growth. The model is developed using the Vensim, well-known system dynamics model software. The results are amount of total water, energy, and food demand and production for a certain time period and it is evaluated to determine the sustainability of resources.

Sustainable use of water resource and conservation of water quality are essential problems in the world. Especially, problems of water quality are serious one for human health as well as ecological system of all creatures on the earth. Recently, the importance of total effluent load as well as the concentrations of pollutant materials has been recognized not only for the conservation of water quality but also for sustainable water use in watersheds. However, the measurement or estimation of total effluent load from non-point source area such as farm lands or forests may be more difficult because both of concentration and discharge of the water are greatly changed depending on various factors especially metrological conditions such as rainfall, while the measurement from a point source area may be easy because the concentration of pollutant materials and amount of discharge water are relatively steady. Therefore, the total effluent load from a non-point source is often estimated by statistical relationships between concentration and discharge, which is called as L-Q equation. However, a lot of work and time are required to collect and analyze water samples and to get the accurate relationship or regressive equation. So, we proposed a new system for direct measurement of total effluent load of water quality from non-point source areas to solve the problem. In this system, the overflow depth at a hydraulic weir is measured with a pressure gage every hourly interval to calculate the amount of hourly discharge at first. Then, the operating time of a small electric pump to collect an amount of water which is proportional to the discharge is calculated to intake the water into a storage tank. The stored water is taken out a few days later in a case of storm event or several weeks later in a case of non-rainfall event and the concentrations of water quality such as total nitrogen and phosphorous are analyzed in a laboratory. Finally, total load of the water quality can be calculated by multiplying the concentration by the total volume of discharge. The system was installed in a small experimental forestry watershed to check the performance and know the total load of water quality from the forest. It was found that the system to collect a proportional amount of water to actual discharge operated perfectly and a total load of water quality was analyzed accurately. As the result, it was expected that the system will be very available to know the total load from a non-point source area.

Vietnam is one of the most vulnarable countries affected by climate change and sea level rise. One of the consequences of climate change and sea level rise is the increase of salinity intrusion into the rivers which is challenging to irrigation systems in coastal areas. This indicates the necessary to study the ability of taking water through sluice gates of irrigation systems in coastal zones, especially in the dry season with the effects of climate change and sea level rise in the future. In this paper, Nam Thai Binh irrigation system is selected as a case study. The irrigation system is one of 22 biggest irrigation systems of the Red River delta in Vietnam located in coastal region. The computed duration is selected in dry season to irrigate for Winter-Spring crops. The irrigation water for the study area is taken from different sluice gates along the Red River and the Tra Ly River. In this paper, MIKE-11 model was applied to assess the ability of taking water for irrigation of the study area in current situation and in the context of climate change and sea level rise senario in 2050 (under the medium emissions scenario (B2) published by the Ministry of Natural Resources and Environment of Vietnam published in 2012) with different condition of water availability. The operation of the gates depends on the water levels and sanility conditions. The sanility and water level at different water intake gates of Nam Thai Binh irrigation system were simulated with different senarios with and without climate change and sea level rise. The result shows that, under climate change and sea water level rise, some gates can take more water but some can not take water because of salinity excess and the total water taking from the different gates along the rivers decrease while the water demand is increase. The study indicates the necessary to study quantitatively some recommended solutions in the study area particularly and in coastal region generally in Vietnam to ensure water demand for irrigation and other purposes in the context of climate change and sea level rise in the future.

This research evaluates cooperation in transboundary rivers with special reference to the Great Mekong Subregion (GMS) program in the Mekong River Basin. The benefit sharing approach has been deployed as a theoretical framework to analyze the extent to which the riparian states have achieved cooperation. The river basin governance led by the Mekong River Commission since 1995 has not adequately performed due to non-participation of upstream countries and the lack of law enforcement mechanism. Since the late 1980s, China has undertaken hydropower development unilaterally, thereby triggering discomfort from the Lower Mekong countries. The GMS program has led China to strengthening economic ties with the downstream countries through hydropower development as investors and developers. The program has also supported the establishment of economic corridors, and removal of physical barriers and has paved the way for cooperation in other sectors, such as the environment, agriculture, tourism and energy. There are challenges for further cooperation, including the development gaps between China and the downstream countries, political tensions and environment impacts of hydropower dams in the river basin. The Mekong River Basin shows the possibility of cooperation through benefit sharing. Sharing benefits accrued from the river and beyond the river between China and the downstream countries have enhanced economic ties, thereby consolidating cooperation each another.

The East Asia monsoon is one of the most complex atmospheric phenomena caused by Land-Sea thermal contrast. It plays essential role in fulfilling the water needs of the region but also poses stern consequences in terms of flooding and droughts. This study analyzed the influence of Global Sea Surface Temperature Anomalies (SSTA) on occurrence of droughts in the East Asia monsoon region ($20^{\circ}N-50^{\circ}N$, $103^{\circ}E-149^{\circ}E$). Standardized Precipitation Index (SPI) was employed to characterize the droughts over the region using 30-year (1978-2007) gridded rainfall dataset at $0.5^{\circ}$ grid resolution. Due to high variability in intensity and spatial extent of monsoon rainfall the East Asia monsoon region was divided into the homogeneous rainfall zones using cluster analysis method. Seven zones were delineated that showed unique rainfall regimes over the region. The influence of SSTA was assessed by using lagged-correlation between global gridded SSTA ($0.2^{\circ}$ grid resolution) and SPI of each zone. Sea regions with potential influence on droughts in different zones were identified based on significant positive and negative correlation between SSTA and SPI with a lag period of 3-month. The results showed that SSTA have the potential to be used as predictor variables for prediction of droughts with a reasonable lead time. The findings of this study will assist to improve the drought prediction over the region.

Drought events usually evolve slowly in time and their impacts generally span a long period of time. This indicates that the sequence of drought is not completely random. The Hidden Markov Model (HMM) is a probabilistic model used to represent dependences between invisible hidden states which finally result in observations. Drought characteristics are dependent on the underlying generating mechanism, which can be well modelled by the HMM. This study employed a HMM with Gaussian emissions to fit the Standardized Precipitation Index (SPI) series and make multi-step prediction to check the drought characteristics in the future. To estimate the parameters of the HMM, we employed a Bayesian model computed via Markov Chain Monte Carlo (MCMC). Since the true number of hidden states is unknown, we fit the model with varying number of hidden states and used reversible jump to allow for transdimensional moves between models with different numbers of states. We applied the HMM to several stations SPI data in South Korea. The monthly SPI data from January 1973 to December 2012 was divided into two parts, the first 30-year SPI data (January 1973 to December 2002) was used for model calibration and the last 10-year SPI data (January 2003 to December 2012) for model validation. All the SPI data was preprocessed through the wavelet denoising and applied as the visible output in the HMM. Different lead time (T= 1, 3, 6, 12 months) forecasting performances were compared with conventional forecasting techniques (e.g., ANN and ARMA). Based on statistical evaluation performance, the HMM exhibited significant preferable results compared to conventional models with much larger forecasting skill score (about 0.3-0.6) and lower Root Mean Square Error (RMSE) values (about 0.5-0.9).

The complex climate system regarding human actions is well represented through global climate models (GCMs). The output from GCMs provides useful information about the rate and magnitude of future climate change. Especially, the temperature variable is most reliable among other GCM outputs. However, hydrological variables (e.g. precipitation) from GCM outputs for future climate change contain too high uncertainty to use in practice. Therefore, we propose a method that simulates temperature variable with increasing in a certain level (e.g. 0.5oC or 1.0oC increase) as a global warming scenario from observed data. In addition, a hydrometeorological variable can be simulated employing block-wise sampling technique associated with the temperature simulation. The proposed method was tested for assessing the future change of the seasonal precipitation in South Korea under global warming scenario. The results illustrate that the proposed method is a good alternative to levy the variation of hydrological variables under global warming condition.

The Wairarapa Valley occupies a predominantly rural area in the lower North Island of New Zealand. It supports a mix of intensive farming (dairy), dry stock farming (sheep and beef cattle) and horticulture (including wine grapes). The valley floor is traversed by the Ruamahanga River, the largest river in the Wellington region with a total catchment area of 3,430 km2. Environmental, cultural and recreational values associated with this Ruamahanga River are very high. The alluvial gravel and sand aquifers of the Wairarapa Valley, support productive groundwater aquifers at depths of up to 100 metres below ground while the Ruamahanga River and its tributaries present a further source of water for users. Water is allocated to users via resource consents by Greater Wellington Regional Council (GWRC). With intensifying land use, demand from the surface and groundwater resources of the Wairarapa Valley has increased substantially in recent times and careful management is needed to ensure values are maintained. This paper describes the approach being taken to manage water resources in the Wairarapa Valley and redefine appropriate limits of sustainable water use. There are three key parts: Quantifying the groundwater resource. A FEFLOW numerical groundwater flow model was developed by GWRC. This modelling phase provided a much improved understanding of aquifer recharge and abstraction processes. It also began to reveal the extent of hydraulic connection between aquifer and river systems and the importance of moving towards an integrated (conjunctive) approach to allocating water. Development of a conjunctive management framework. The FEFLOW model was used to quantify the stream flow depletion impacts of a range of groundwater abstraction scenarios. From this, three abstraction categories (A, B and C) that describe diminishing degrees of hydraulic connection between ground and surface water resources were mapped in 3 dimensions across the Valley. Interim allocation limits have been defined for each of 17 discrete management units within the valley based on both local scale aquifer recharge and stream flow depletion criteria but also cumulative impacts at the valley-wide scale. These allocation limits are to be further refined into agreed final limits through a community-led decision making process. Community involvement in the limit setting process. Historically in New Zealand, limits for sustainable resource use have been established primarily on the basis of 'hard science' and the decision making process has been driven by regional councils. Community involvement in limit setting processes has been through consultation rather than active participation. Recent legislation in the form of a National Policy Statement on Freshwater Management (2011) is reforming this approach. In particular, collaborative consensus-based decision making with active engagement from stakeholders is now expected. With this in mind, a committee of Wairarapa local people with a wide range of backgrounds was established in 2014. The role of this committee is to make final recommendations about resource use limits (including allocation of water) that reflect the aspirations of the communities they represent. To assist the committee in taking a holistic view it is intended that the existing numerical groundwater flow models will be coupled with with surface flow, contaminant transport, biological and economic models. This will provide the basis for assessing the likely outcomes of a range of future land use and resource limit scenarios.

Water reuse plays significant role in water saving and water environmental protection, and it helps alleviate the shortage of water resources. China's water reuse was put into practice since 1980s by means of pilot and promotion in National Fifth-year Plan and other strategies. The effects of water reuse is beneficial in both economic, social and environmental aspects. But some shortcomings still undermine future development of water reuse in China. To overcome and boost water reuse, Ministry of Water Resources conducted a successive survey across China. The aim of this study is to demonstrate the current condition of water reuse in China in construction, funds, legislation, planning, policy aspects, to summarize problems and its reasons underneath, to make suggestions for further development. Basically, in 2010, China's water reuse is 2.83 billion cubic meters and the utilization rate is 10.35%. Water reuse in China has four major characteristics: the first one is water reuse differences in amount occur national-widely and North of China has the main percentage as 47.3%; the second one is water reuse is mainly in environment maintenance (42.1%) and industry cooling (29.8%); the third one is funds for water reuse station and pipe construction is main in non-fiscal budget which take percentage as 56.8%; the fourth one is progresses of administrative system, political system, price management, standard system and technologies go rapidly recently. The problems of water reuse such as lack in water reuse station, delay in pipe constriction and limits on water reuse amount still exist due to some reasons. As a think tank of Ministry of Water Resources, we give some suggestions: firstly, water reuse needs to be integrated with traditional water resources allocation; secondly, public budgets need to be strengthened and income mechanism should also be constructed; thirdly, water resources integrated administrative of city and county should be boosted and roles as water reuse need to be clear and precise; fourthly, national, provincial and regional water reuse planning should be made in time; fifthly, regulations on water reuse should be programmed as soon as possible.

Downscaling is a fundamental procedure in the assessment of the future climate change impact at regional and watershed scales. Hence, it is important to investigate the spatial variability of the climate conditions that are constructed by various downscaling methods in order to assess whether each method can model the climate conditions at various spatial scales properly. This study introduces a fundamental research from Jang and Kavvas(2015) that precipitation variability from a popular statistical downscaling method (BCSD) and a dynamical downscaling method (MM5) that is based on the NCAR/NCEP reanalysis data for a historical period and on the CCSM3 GCM A1B emission scenario simulations for a projection period, is investigated by means of some spatial characteristics: a) the normalized standard deviation (NSD), and b) the precipitation change over Northern California region. From the results of this study it is found that the BCSD method has limitations in projecting future precipitation values since the BCSD-projected precipitation, being based on the interpolated change factors from GCM projected precipitation, does not consider the interactions between GCM outputs and local geomorphological characteristics such as orographic effects and land use/cover patterns. As such, it is not clear whether the popular BCSD method is suitable for the assessment of the impact of future climate change at regional, watershed and local scales as the future climate will evolve in time and space as a nonlinear system with land-atmosphere feedbacks. However, it is noted that in this study only the BCSD procedure for the statistical downscaling method has been investigated, and the results by other statistical downscaling methods might be different.

When and why do states cooperate in international basins? In recent years, there have been increasing attempts to apply international relations theories such as realism and neo-liberal institutionalism in understanding prospect of cooperation among sovereign states over shared rivers. Realists of hydropolitics argue that fate of cooperation resides in hands of hegemons and distribution of aggregate power among riparian states. Such pessimistic contention has been challenged by neo-liberal institutionalists, especially through regime theory. However, regime theory barely explains why and how cooperation emerges in the first place prior to regime formation. Therefore, the research suggests the game theory from neo-liberal institutionalism as an alternative theoretic approach. The accountability of Oye (1986)'s theoretical framework is illustrated through the case of cooperation in the Rhine River Basin.

Rapid development in the upper reaches of the Mekong River, in the form of construction of large hydropower dams and reservoirs, large irrigation schemes, and rapid urban development, is putting water resources under stress. Many scientific reports have pointed out that cascade dams along the Mekong River lead to serious problems: not only hydrologically but also a decline of agricultural productivity due to a decrease of sediment supply in the Mekong Delta and a change of fish amount due to drastic change of the water environment. Cambodia and Vietnam, located in the lowest Mekong basin, are gravely affected by radical changes of hydrologic regime due to Mekong River developments. In particular, the Tonle Sap Lake in Cambodia is very sensitive to the flood cycle and flow variation of the Mekong River as well as inflow water quality from the Mekong River. More than 50% of Cambodian GDP depends on the primary industries such as agriculture, fishing, and forestry, and the Tonle Sap Lake plays an important role to support the national economy in Cambodia. In addition, Cambodian people usually take nourishment from the fish of Tonle Sap Lake. This research aims to assess the impacts of the Mekong river flow alternation on the hydrologic regime of the Mekong River - Tonle Sap Lake. We carried out rainfall-runoff-inundation simulation using CAESER-LISFLOOD for integrated water resource management in the Tonle Sap Basin and then analyze flood inundation variation of the Tonle Sap Lake due to the scenarios. Furthermore, the simulated inundation maps were compared to MODIS satellite images for model verification and hydrologic prediction.

Land use and climate changes are the important factors to determine the runoff and sediment loads from the watershed. The changes also affected to runoff volume/pattern to the dam operation and may cause flood and drought situations in the downstream area. Sirikit Dam is one of the biggest dams in Thailand which cover about 25 % of the runoff into the Central Plain where the Bangkok Capital is located. The study aims to determine the effect of land use change to the runoff/sediment volume pattern and the rainfall-runoff-sediment relationship in the different land use type. Field measurements of the actual rainfall, runoff and sediment in the selected four sub-basins with different type of land use in the Upper Nan Basin were conducted and the runoff ratio coefficients and sediment yield were estimated for each sub-basin. The effect of the land use change (deforestation) towards runoff/sediment will be investigated. The study of the climate change impact on the runoff in the future scenarios was conducted to project the change of runoff volume/pattern into the Sirikit Dam. The improvement of the Sirikit Dam operation rule was conducted to reduce the weakness of the existing operation rules after Floods 2011. The newly proposed dam operation rule improvement will then be evaluated from the water shortage situations in the downstream of Sirikit Dam under various conditions of changes of both land use and climate when compared with the situations based on the existing reservoir operation rules.

Vu Gia - Thu Bon basin is located in central Vietnam between Truong Son mountain range on the border with Lao in the west and the East Sea in the east. The basin occupies about 10,350 km2 or roughly 90% of the Quang Nam Province and includes Da Nang, a very large city with about 876,000 inhabitants. Total annual rainfall ranges from about 2,000 mm in central and downstream areas to more than 4,000 mm in southern mountainous areas. Rainfall during the monsoon season accounts for 65 to 80% of total annual rainfall. The highest amount of rainfall occurs in October and November which accounts for 40 to 50% of the annual rainfall. Rainfall in the dry season represents about 20 to 35% of the total annual rainfall. The low rainfall season usually occurs from February to April, accounting for only 3 to 5% of the total annual rainfall. The mean annual flow volume in the basin is $19.1{\times}109m 3$. Similar to the distribution of rainfall, annual flows are distinguished by two distinct seasons (the flood season and the low-flow season). The flood season commonly starts in the mid-September and ends in early January. Flows during the flood season account for 62 to 69% of the total annual water volume, while flows in the dry season comprise 22 to 38% of total annual run-off. The water volume gauged in November, the highest flow month, accounts for 26 to 31% of the total annual run-off while the driest period is April with flows of 2 to 3% of the total annual run-off. There are some hydropower projects in the Vu Gia - Thu Bon basin as the cascade of Song Bung 2, Song Bung 4, and Song Bung 5, the A Vuong project currently under construction, the Dak Mi 1 and Dak Mi 4 projects on the Khai tributary, and the Song Con project on the Con River. Both the Khai tributary and the Song Con join the Bung River downstream of SB5, although the Dak Mi 4 project involves an inter-basin diversion to Thu Bon. Much attention has recently been focused on the effects that climate variability and human activities have had on runoff. In this study, data from the Vu Gia - Thu Bon River Basin in the central of Viet Nam were analyzed to investigate changes in annual runoff during the period of 1977-2010. The nonparametric Mann-Kendall test and the Mann-Kendall-Sneyers test were used to identify trend and step change point in the annual runoff. It was found that the basin had a significant increasing trend in annual runoff. The hydrologic sensitivity analysis method was employed to evaluate the effects of climate variability and human activities on mean annual runoff for the human-induced period based on precipitation and potential evapotranspiration. This study quantitatively distinguishes the effects between climate variability and human activities on runoff, which can do duty for a reference for regional water resources assessment and management.

The global patterns of annual and extreme precipitation are projected to be altered by climate change. There are various weather systems which bring precipitation (e.g. tropical cyclone, extratropical cyclone, etc.). It is possible in some regions that multiple weather systems affect the changes of precipitation. However, previous studies have assessed only the changes of precipitation associated with individual weather systems. The relative contributions of the weather systems to the changes of precipitation have not been quantified yet. Also, the changes of the relative importance of weather systems have not been assessed. This study present the quantitative estimates of 1) the relative contributions of weather systems (tropical cyclone (TC), extratropical cyclone (ExC), and "others") to the future changes of annual and extreme precipitation and 2) the changes of the proportions of precipitation associated with each weather system in annual and extreme precipitation based on CMIP5 generation GCM outputs. Weather systems are objectively detected from twelve GCM outputs and six models are selected for further analysis considering the reproducibility of weather systems. In general, the weather system which is dominant in terms of producing precipitation in the present climate contributes the most to the changes of annual and extreme precipitation in each region. However, there are exceptions for the tendency. In East Asia, "others", which ranks the second in the proportion of annual precipitation in present climate, has the largest contribution to the increase of annual precipitation. It was found that the increase of the "others" annual precipitation in East Asia is mainly explained by the changes of that in summer season (JJA), most of which can be regarded as the summer monsoon precipitation. In Southeast Asia, "others" precipitation, the second dominant system in the present climate, has the largest contribution to the changes of very heavy precipitation (>99.9 percentile daily precipitation of historical period). Notable changes of the proportions of precipitation associated with each weather system are found mainly in subtropics, which can be regarded as the "hotspot" of the precipitation regime shift.

This study investigates the impact of event characteristics on runoff dynamics during extreme flood events observed in a $8.5km^2$ experimental watershed located in South Korea. The 37 most extreme flood events with event rainfall in excess of 50 mm were analysed using an event-based rainfall-runoff model; the Revitalised Flood Hydrograph (ReFH) routinely used for design flood estimation in the United Kingdom. The ReFH model was fitted to each event in turn, and links were investigated between each of the two model parameters controlling runoff production and response time, respectively, and event characteristics such as rainfall depth, duration, intensity and also antecedent soil moisture. The results show that the structure of the ReFH model can effectively accommodate any nonlinearity in runoff production, but that the linear unit hydrograph fails to adequately represent a reduction in watershed response time observed for the more extreme events. By linking the unit hydrograph shape directly to rainfall depth, the consequence of the observed nonlinearity in response time is to increase design peak flow by between 50% for a 10 year return period, and up to 80% when considering the probable maximum flood (PMF).

Flood is one of the major natural disasters affecting millions of people. Thailand also, frequently faces with this type of disaster. Especially, 2011 mega flood in Central Thailand, inundated highway severely attributed to the failure of national economic and risk to life. Lesson learned from such an extreme event caused flood monitoring and warning becomes one of the sound mitigations. The highway flood hazard mapping accomplished in this research is one of the strategies. This is due to highway flood is the potential risk to life and limb, and potential damage to property. Monitoring and warning therefore help reducing live and property losses. In this study, degree of highway flood hazard was assessed by weighting factors for each cause of the highway flood using Multi Criteria Analysis (MCA) based Analytic Hierarchy Process (AHP). These weighting factors are the essential information to classify the degree of highway flood hazard to enable pinpoint on flood monitoring and flood warning in hazard areas. The highway flood causes were then investigated. It was found that three major factors influence to the highway flood are namely the highway characteristics, the hydrological characteristics and the land topography characteristics. The weight of importance for each cause of the highway flood in the whole country was assessed by weighting 3 major factors influence to the highway flood. According to the result of MCA analysis, the highway, the hydrological and the land topography characteristics were respectively weighted as 35, 35 and 30 percent influence to the cause of highway flood. These weighting factors were further utilized to classify the degree of highway flood hazard. The Weight Linear Combination (WLC) method was used to compute the total score of all highways according to each factor. This score was later used to categorize highway flood as high, moderate and low degree of hazard levels. Highway flood hazard map accomplished in this research study is applicable to serve as the handy tool for highway flood warning. However, to complete the whole warning process, flood water level monitoring system for example the camera gauge should be installed in the hazard highway. This is expected to serve as a simple flood monitor as part of the warning system during such extreme or critical event.

The district of Marlborough has had more than its share of river management projects over the past 150 years, each one uniquely affecting the geomorphology and flood hazard of the Wairau Plains. A major early project was to block the Opawa distributary channel at Conders Bend. The Opawa distributary channel took a third and more of Wairau River floodwaters and was a major increasing threat to Blenheim. The blocking of the Opawa required the Wairau and Lower Wairau rivers to carry greater flood flows more often. Consequently the Lower Wairau River was breaking out of its stopbanks approximately every seven years. The idea of diverting flood waters at Tuamarina by providing a direct diversion to the sea through the beach ridges was conceptualised back around the 1920s however, limits on resources and machinery meant the mission of excavating this diversion didn't become feasible until the 1960s. In 1964 a 10 m wide pilot channel was cut from the sea to Tuamarina with an initial capacity of $700m^3/s$. It was expected that floods would eventually scour this 'Wairau Diversion' to its design channel width of 150 m. This did take many more years than initially thought but after approximately 50 years with a little mechanical assistance the Wairau Diversion reached an adequate capacity. Using the power of the river to erode the channel out to its design width and depth was a brilliant idea that saved many thousands of dollars in construction costs and it is somewhat ironic that it is that very same concept that is now being used to deal with the aggradation problem that the Wairau Diversion has caused. The introduction of the Wairau Diversion did provide some flood relief to the lower reaches of the river but unfortunately as the Diversion channel was eroding and enlarging the Lower Wairau River was aggrading and reducing in capacity due to its inability to pass its sediment load with reduced flood flows. It is estimated that approximately $2,000,000m^3$ of sediment was deposited on the bed of the Lower Wairau River in the time between the Diversion's introduction in 1964 and 2010, raising the Lower Wairau's bed upwards of 1.5m in some locations. A numerical morphological model (MIKE-11 ST) was used to assess a number of options which led to the decision and resource consent to construct an erodible (fuse plug) bank at the head of the Wairau Diversion to divert more frequent scouring-flows ($+400m^3/s$)down the Lower Wairau River. Full control gates were ruled out on the grounds of expense. The initial construction of the erodible bank followed in late 2009 with the bank's level at the fuse location set to overtop and begin washing out at a combined Wairau flow of $1,400m^3/s$ which avoids berm flooding in the Lower Wairau. In the three years since the erodible bank was first constructed the Wairau River has sustained 14 events with recorded flows at Tuamarina above $1,000m^3/s$ and three of events in excess of $2,500m^3/s$. These freshes and floods have resulted in washout and rebuild of the erodible bank eight times with a combined rebuild expenditure of $80,000. Marlborough District Council's Rivers & Drainage Department maintains a regular monitoring program for the bed of the Lower Wairau River, which consists of recurrently surveying a series of standard cross sections and estimating the mean bed level (MBL) at each section as well as an overall MBL change over time. A survey was carried out just prior to the installation of the erodible bank and another survey was carried out earlier this year. The results from this latest survey show for the first time since construction of the Wairau Diversion the Lower Wairau River is enlarging. It is estimated that the entire bed of the Lower Wairau has eroded down by an overall average of 60 mm since the introduction of the erodible bank which equates to a total volume of $260,000m^3$. At a cost of $$0.30/m^3$ this represents excellent value compared to mechanical dredging which would likely be in excess of $$10/m^3$. This confirms that the idea of using the river to enlarge the channel is again working for the Wairau River system and that in time nature's "excavator" will provide a channel capacity that will continue to meet design requirements.

There are demands for water environmental analysis of discharge processes in paddy fields, however, it is not fully understood in nutrients discharge process for watershed modeling. As hydrological processes both surface and ground water and agricultural water managements are so complex in paddy fields, the development of lowland paddy fields watershed model is more difficult than upland watershed model. In this research, the improvement of SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model for a paddy watershed was conducted. First, modification of surface inundated process was developed in improved pot hole option. Those modification was evaluated by monitoring data. Second, the monitoring data in river and drainage channel in lowland paddy fields from 2012 to 2014 were analyzed to understand discharge characteristics. As a case study, Imbanuma basin, Japan, was chosen as typical land and water use in Asian countries. In this basin, lowland paddy fields are irrigated from river water using small pumps that were located in distribution within the watershed. Daily hydrological fluctuation was too complex to estimate. Then, to understand surface and ground water discharge characteristics in irrigation (Apr-Aug) and non-irrigation (Sep-Mar) period, the water and material balance analysis was conducted. The analysis was composed two parts, watershed and river channel blocks. As results of model simulation, output was satisfactory in NSE, but uncertainty was large. It would be coming from discharge process in return water. The river water and ground water in paddy fields were exchanged each other in 5.7% and 10.8% to river discharge in irrigation and non-irrigation periods, respectively. Through this exchange, nutrient loads were exchanged between river and paddy fields components. It suggested that discharge from paddy fields was not only responded to rainfall but dynamically related with river water table. In general, hydrological models is assumed that a discharge process is one way from watershed to river. However, in lowland paddy fields, discharge process is dynamically changed. This function of paddy fields showed that flood was mitigated and temporally held as storage in ground water. Then, it showed that water quality was changed in mitigated function in the water exchange process in lowland paddy fields. In future, it was expected that hydrological models for lowland paddy fields would be developed with this mitigation function.

This study presents a bivariate extension of the goodness-of-fit measure for regional frequency distributions developed by Hosking and Wallis [1993] for use with the method of L-moments. Utilising the approximate joint normal distribution of the regional L-skewness and L-kurtosis, a graphical representation of the confidence region on the L-moment diagram can be constructed as an ellipsoid. Candidate distributions can then be accepted where the corresponding the oretical relationship between the L-skewness and L-kurtosis intersects the confidence region, and the chosen distribution would be the one that minimises the Mahalanobis distance measure. Based on a set of Monte Carlo simulations it is demonstrated that the new bivariate measure generally selects the true population distribution more frequently than the original method. An R-code implementation of the method is available for download free-of-charge from the GitHub code depository and will be demonstrated on a case study of annual maximum series of peak flow data from a homogeneous region in Italy.

As Simpson et al. (1990) emphasized the importance of the straining process in the stratification and mixing in the estuarine circulation process, various researches have investigated on the relative contribution of each process to the overall potential energy anomaly dynamics. However, many numerical works have done only for two dimensional modeling along channel or the short distance cross sectional three dimensional simulations as Burchard et al. (2008) and the estuarine channel was not simulated so far. But, in the study on the physics of shallow coastal seas, spatial dimension in the three dimensional way affects significantly on results of a particular numerical model. Therefore, the comparison of two and three dimensional models is important to understand the real physics of mixing and stratification in an estuary. Also, as Geyer and MacCready (2013) pointed out that the lateral process seems to be important in determining the periodic stratifications, to study such process the three dimensional modeling must be required. The present study uses a numerical model to show the signification roles of each term of the time-dependent dynamic equation for the potential energy anomaly (PEA) in controlling along and lateral channel flows and different stratification structures. Moreover, we present the relationships between the ${\Phi}$-advection, the depth mean straining, vertical mixing and vertical advection can explain well how water level, salinity distribution and across velocity 2D model are slightly different from 3D.

In this study, the simulations and analyses of flood flow due to a river inundation in a coastal urban area are carried out using a two-dimensional finite volume method with well-balanced HLLC scheme. The target area is a coastal urban area around Gohyun river which is located at Geoje city in Kyungnam province in Korea and was extremely damaged due to the heavy rainfall during the period of the typhoon "Maemi" in September 2003. For the purpose of the verification of the numerical model applied in this study, the simulated results are compared and analyzed with the inundation traces. Moreover, the flood flow in a urban area is simulated and analyzed based on the scenarios of inflow to the river with the increase and decrease of the intensity of the heavy rainfall.

Monitoring the land cover changes in Nakdong River Basins using the multi-temporal remote sensing datasets is necessary for preserving properties in the river basins and monitoring the environmental changes in the river basins after the 4 major river restoration project. This research aims to monitor the land cover changes using the multi-temporal Landsat imageries and the airborne topographic LiDAR data. Firstly, the river basin boundaries are determined by using the LiDAR data, and the multiple river basin imageries are generated from the multi-temporal Landsat imageries by using the river basin boundaries. Next the classification method is employed to identify the multiple land covers in the generated river basin imageries. Finally, monitoring the land cover changes is implemented by comparing the differences of the same clusters in the multi-temporal river basin imageries.

Low-flow simulation and forecasting is one of the emerging issues in hydrology due to the increasing demand of water in dry periods. Even though low-flow simulation and forecasting remains a difficult issue for hydrologists better simulation and earlier prediction of low flows are crucial for efficient water management. The UN has never stated that South Korea is in a water shortage. However, a recent study by MOLIT indicates that Korea will probably lack water by 4.3 billion m3 in 2020 due to several factors, including land cover and climate change impacts. The two main situations that generate low-flow events are an extended dry period (summer low-flow) and an extended period of low temperature (winter low-flow). This situation demands the hydrologists to concentrate more on low-flow hydrology. Korea's annual average precipitation is about 127.6 billion m3 where runoff into rivers and losses accounts 57% and 43% respectively and from 57% runoff discharge to the ocean is accounts 31% and total water use is about 26%. So, saving 6% of the runoff will solve the water shortage problem mentioned above. The main objective of this study is to present the hydrological modelling approach for low-flow simulation and forecasting using a model that have a capacity to represent the real hydrological behavior of the catchment and to address the water management of summer as well as winter low-flow. Two lumped hydrological models (GR4J and CAT) will be applied to calibrate and simulate the streamflow. The models will be applied to Seolmacheon catchment using daily streamflow data at Jeonjeokbigyo station, and the Nash-Sutcliffe efficiencies will be calculated to check the model performance. The expected result will be summarized in a different ways so as to provide decision makers with the probabilistic forecasts and the associated risks of low flows. Finally, the results will be presented and the capacity of the models to provide useful information for efficient water management practice will be discussed.

Managed Aquifer Recharge (MAR) in the form of Aquifer Storage and Recovery (ASR) systems are being applied for numerous water augmentation projects both in developed and developing countries. Given the onset of Climate Change and its influence on weather patterns and land use, it has been acknowledged the utilization of this technology will be ever increasing. This technique like all others does have its drawbacks or disadvantages, whereby to overcome these drawbacks or disadvantages it is recommended that logical planning process be followed. In this study, we developed a decision framework known as "Decision framework for the planning, designing, construction/testing and implementation of subsurface water storage system" to further standardize the planning and design process of subsurface water storage system to increase the probability of having a successful ASR/ASTR project. The formulation of this framework was based on earlier frameworks, guidelines, published papers and technical reports which were compiled into a data collection database. The database of which consider both qualitative and quantitative aspect for example recharge objectives, site location, water chemistry of the native, source and recovered water, aquifer characteristics(hydraulic conductivity, transmissivity, porosity), injection/pumping rate, ecological constraints, societal restrictions, regulatory restrictions etc. The assimilation of these factors into a singular framework will benefit the broad spectrum of stakeholder as it maps the chronological order under which ASR project should be undertaken highlighting at each stage the feasibility of the project. The final stage of which should result in fully operational ASR system. The framework was applied to two case studies and through the application of a modified ASR site selection suitability index (Brown et al., 2005) a score was derived to identify the performance of each site. A high score of which meant a maximize chance of success given the reduce presence of project constraints.

In the recent years, due to long-lasting heavy rainfall events, a large number of landslides have been observed in the mountainous area of the world. Such landslides can also form a dam as it blocks the course of a river, which may burst and cause a catastrophic flood. Numerical analysis of landslide dam formation is rarely available, while laboratory experimental studies often use assumed shape to analyze the landslide dam failure and flood hydraulics in downstream. In this study, both experimental and numerical studies have been carried out to investigate the formation of landslide dam. Two case laboratory experiments were conducted in two flumes simultaneously. The first flume (2.0 m 0.6 m 0.5 m) was set at $22^{\circ}$ and $27^{\circ}$ slope to generate the landslide using rainfall intensity of 70.0 mm/hr. On the other hand, the second flume (1.5 m 0.25 m 0.3 m) was set perpendicularly at the downstream end of the first flume to receive the landslide mass forming landslide dam. The formation of landslide dam was observed at $15^{\circ}$ slope of the second flume. The whole processes including the landslide initiation and movement of the landslide mass into the second channel was captured by three digital cameras. In numerical analysis, a two-dimensional (2D) seepage flow model, a 2D slope stability model (Spencer method) and a 2D landslide dam-geometry evaluation model were coupled as a single unit. This developed model can determine the landslide occurrence time, the failure mass and the geometry of landslide dam deposited in the second channel. The data obtained from numerical simulation results has good agreement with the experimental measurements.

Runoff at any given location along a stream can be expressed as a function of its upstream area. The runoff-drainage area relationship can be well expressed as power-law (Brush, 1961) with its exponent, ranging as high as unity (e.g., Stall and Fok, 1968) and as low as 0.5 in natural rivers. Here, we study the runoff-drainage area relationships for Han River and Nakdong River, Korea. We find that the relationships follow power-law and their exponents are highly related with occurrence frequency of flow. To support this, we analyze flow frequency with historical data measured over decades. Findings in this study can broaden our understanding on mechanisms behind the catchment response to runoff.

Global Climate Model (GCM) is too coarse to apply at a basin scale. The spatial downcsaling is needed to used to permit the assessment of the hydrological changes of a basin. Furthermore, temporal downscaling is required to obtain hourly precipitation to analyze a small or medium basin because only few or several hours are used to determine the peak flows after it rains. In the current study, the spariotemporal distribution of downscaled hourly precipitation for RCP4.5 and RCP8.5 scenarios over South Korea is presented as well as its implications over hydrologica responses. Mean hourly precipitation significantly increases over the southern part of South Korea, especially during the morning time, and its increase becomes lower at later times of day in the RCP8.5 scenario. However, this increase cannot be propagated to the mainland due to the mountainous areas in the southern part of the country. Furthermore, the hydrological responses employing a distributed rainfall-runoff model show that there is a significant increase in the peak flow for the RCP8.5 scenario with a slight decrease for the RCP4.5 scenario. The current study concludes that the employed temporal downscaling method is suitable for obtaining the hourly precipitation data from daily GCM scenarios. In addition, the rainfall runoff simulation through the downscaled hourly precipitation is useful for investigating variations in the hydrological responses as related to future scenarios.

제주도의 연평균 강수량은 지속적으로 증가하고 있으나 강우일수는 감소하는 추세로 기후변화에 의한 가뭄재해 피해가 우려되고 있다. 제주도는 전체 수자원의 대부분을 지하수로 사용되어 면적 대비 많은 지하수관정이 개발 이용되고 있으며, 용수이용에 따른 고갈 및 오염이 발생되지 않도록 분석 관리가 필요한 지역이다. 제주지역의 지하수위는 계절적 변동특성이 확연히 나타나지만 평시에는 큰 변동이 없는 지하수위 수준을 보이며, 실제 지하수 이용률은 허가량의 30%이하로 양수에 의한 지하수위변동은 크게 체감되지 못하고 있다. 그러나 극심한 가뭄재해 발생 시 기존 사용량을 초과 양수하는 문제가 발생하여 지하수위는 급격하게 하강되고, 제주 수자원관리에 문제가 발생될 것으로 지속적인 지하수 개발이 지하수위에 미치는 영향에 대하여 정량적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 지하수 유동 및 수위변동 분석이 가능한 수치해석 모형을 이용하여 제주도 성산유역을 대상으로 1993년부터 2013년까지 10년 주기 양수에 따른 지하수위 하강 특성을 분석하였다. 1993년 이전 개발된 지하수관정은 55개소, 2003년까지 개발된 지하수관정은 108개소로 지하수 개발은 약 1.9배 증가되었으나 양수능력을 적용하여 지하수위 변동을 분석한 결과 2.5배~3.1배 하강되는 것으로 확인되었다. 2003년부터 2013년까지 지하수 개발은 유역 상부에 집중되었으며 상류부 지하수 양수에 따라 해안지역의 지하수위까지 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

ASR(Aquifer Storage Recharge) 또는 ASTR(Aquifer Storage Transfer Recharge)과 같은 직접적인 지하수 인공함양기법은 대수층을 활용하여 수자원을 공급하고 관리하기 위한 적극적인 방안으로 고려될 수 있다. 이 중 ASTR 기법은 대규모 충적층이 발달한 강변 또는 하구에서 저류지 수생식물의 정화작용과 층적층의 물리/화학/생물학적 여과 기능을 활용하여 양질의 상수원수를 확보할 수 있는 기법이며, 수질이 나쁜 하천수를 직접 취수하여 정수처리하는 것에 비해 정수비용이 상대적으로 적게 들어 투자대비 경제적인 상수원수 확보기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 하구에 염수 대수층이 위치해 있다고 가정하였으며, 이러한 염수 대수층 내에 담수 주입 변화에 따른 지하 담수체의 거동을 4가지 시나리오에 따라 모의 및 분석을 통해 조사하였다. 염수 대수층 내에서 8개의 주입정과 1개의 양수정이 설치되어 있다고 가정하였으며, 주입정은 동심원 상에 등간격으로 위치해 있으며, 양수정은 동심원 중에 위치해 있다고 가정하였다. 본 연구에서 구성된 시나리오로 첫 번째는 주입정 8개 모두에서 동시에 주입되며, 1개의 양수정을 통해 양수되는 것이며, 두 번째는 7개의 주입정에 주입 그리고 1개의 주입정 폐쇄, 세 번째는 6개 주입정에 주입 및 양수정과 서로 마주보는 2개 주입정 폐쇄, 그리고 마지막으로 6개 주입정에 주입 및 서로 이웃한 2개 주입정 폐쇄이다.

ASR(Aquifer Storage Recharge) 또는 ASTR(Aquifer Storage Transfer Recharge)과 같은 직접적인 지하수 인공함양기법은 대수층을 활용하여 수자원을 공급하고 관리하기 위한 적극적인 방안으로 고려될 수 있다. 그러나 하천 수와 같은 지표수를 주입할 경우 부유물질 그리고 생물학적 및 화학적 물질 등에 의해 주입정 내 스크린 부분에서 폐색이 발생할 수 있으며, 이로 인해 인공함양 시설의 운영에 있어 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 주입정 내 폐색을 저감시키기 위해서는 주기적인 주입정 역세척과 같은 방법이 적용될 수 있다. 본 연구에서는 물리적인 폐색을 발생시키는 부유물질이 포함되어 있는 지표수를 주입할 경우 주입정 내에서의 부유물질의 거동을 수치적 기법을 통해 모의 및 분석을 수행하였다. 본 모의에서는 부유물질을 구성하는 입자들은 세 가지 서로 다른 비중(0.8, 1.3, 1.5)을 가지며, 각각의 경우에 대해 입자분포는 정규분포를 통해 발생시켰다. 비중이 서로 다른 부유입자들은 동시에 주입정 내로 주입된다고 가정하였다. 모의는 비정상상태 조건으로 수행되었으며, 시간에 따라 변화되는 주입정 내 부유물질의 거동에 대해 분석하였다.

지하수 양수정 위치에 따라 대수층 및 하천바닥층의 수리지질학적 특성이 상이하여 양수로 인한 지하수위 저하 및 하천으로의 지하수 유출 감소의 시간적 반응과 그 크기가 공간적으로 다르게 나타난다. 따라서 본 연구에서는 지표수-지하수 통합모형 SWAT-MODFLOW를 죽산천 유역에 적용하여 지하수 양수정 위치에 따른 하천수 감소량을 모의 분석하였다. 대상 유역내에 위치한 전체 지하수 양수정을 고려하여 현재 이용 상태의 하천유량을 모의한 후, 다시 지하수 관정을 모두 제거하여 자연 상태일 때의 하천유량을 산정하여 하천수 감소의 정도를 평가하기 위한 기준유량으로 삼았다. 이어서 하천변 양안 500m 이내 임의 위치에 지하수 양수정을 개별적으로 입력하여 반복 모의를 통해 하천유량을 산정하고 자연 상태의 하천유량과의 차이로부터 하천수 감소량을 산정하였다. 임의 위치 각각에 대해 산정한 하천수 감소량을 크리깅 기법을 통해 공간 보간하여 표출한 결과 양수정 위치에 따라 하천에 미치는 영향의 공간적 편차가 크게 나타났고, 특히 양수 5년후에는 양수량 대비 하천수감소량이 60%를 초과하는 지역이 대부분인 것으로 분석되었다.

우리나라에서는 대하천정비사업을 통해 주요 국가하천마다 보와 제방을 신설 및 보축하여 홍수의 방어 및 예방에 힘을 기울이고 있으며, 근래에는 이러한 정비사업이 완료되어 가고 있는 상황이다. 제방에 대한 정비사업의 내용은 보축 및 신설이 주를 이루나, 제내지의 성토와 제외지의 보강 및 저수로의 준설 등도 함께 수행되었다. 이러한 정비사업의 영향으로 지하수 및 하천의 흐름양상은 정비사업 전과는 다르게 변화 될 것으로 추정되며, 이는 제방 안정성에 영향을 줄 수 있는 중요한 문제로 판단된다. 따라서, 이와 같은 지하수 및 하천흐름의 변화양상이 제방의 안정성에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지 정량적으로 분석할 필요가 있을 것으로 보인다. 특히, 대하천정비사업으로 지반누수를 방지하기 위한 제내지 성토나 퇴사제거를 위한 하천준설 등이 수행되면서 제방의 외적인 환경들이 많이 변하게 되었으나 이에 대한 정량적인 연구들이 거의 수행되지 않은 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 낙동강과 회천 합류부에 위치한 율지제를 대상으로 이곳에 설치된 간극수압계의 데이터와 2차원 침투해석 프로그램인 SEEP/W를 이용하여 제내지와 제외지 표고변화에 따른 파이핑 안정성을 분석하였다. 그 결과 제내지 표고가 상승하면 파이핑 안전율이 증가하고 표고가 하강하면 안전율은 감소하는 것으로 나타났다. 한편, 제외지의 표고변화는 제방안정성에 거의 영향을 주지 않으며 오히려 하천수위의 영향을 지배적으로 받는 것으로 판단된다. 따라서, 제방안정성을 확보하기 위해서는 기초지반의 경우, 제내지측을 상승시키고 하천수위를 하강하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.

This research evaluated the effect of two main sources on the results of the ocean regional circulation model (ORCMs) during downscaling and nesting the results from the coarse data. The two sources should be the domain size, and temporal and spatial resolution different between driving and driven data. The Big-Brother Experiment is applied to examine the impact of them on the results of the ORCMs separately. Within resolution of 3km grid point ORCMs applying in the Big-Brother Experiment framework, it showed that the simulation results of the ORCMs depend on the domain size and specially the spatial and temporal resolution of lateral boundary conditions (LBCs). The domain size can be selected at 9.5 times larger than the interest area, and the spatial resolution between driving data and driven model can be up to 3 of ratio resolution and updating frequency of the LBCs can be up to every 6 hours per day.

본 연구에서 사용한 부유식방파제는 상치의 공기주입량에 따라 흘수심을 조절할 수 있으며, 부유식방파제 입사면과 투과면에 하부슬릿을 두어 입사파랑의 제어가 가능하도록 고안하였다. 또한, 수리 모형실험에서는 카테너리(catenary) 계류시스템의 계류각 변화에 따른 장력특성을 분석하였다. 일반적으로 계류시스템은 계류점, 계류형상 및 인장정도에 따라 구분된다. 본 연구에서는 부유식방파제의 6자유도 운동 중 2차원운동에 따른 장력특성 분석을 위하여 4점 계류를 채택하였으며, 계류형상은 일정 동요량을 허용하지만 안전성이 높은 카테너리형을 적용하였다. 수리모형실험을 통하여 투수성 부유식방파제의 장력특성을 분석하고, 입사파랑 변화에 따른 계류시스템의 안전성을 분석한 결과, 투수성부유식방파제는 계류각 전 구간에서 무공형부유식방파제에 비하여 최대장력이 낮게 측정되었으며 안전성이 확보되었다.

지진해일은 주기가 긴 파랑으로 방파제나 방호구조물에 의한 에너지 감소가 작은 특성이 있다. 또한, 범람구역의 구조물 밀집도 및 지형적 요인에 따라 범람영역, 침수심, 파력 등이 상이하게 나타나므로 유체흐름의 입체적 변화양상을 고려하여야 한다. 본 수리모형실험은 임원항을 대상으로 구조물에 작용하는 지진해일의 파력특성을 3차원수리모형실험을 통해 검토하고, 파력산정계수(${\alpha}$)를 제시한다. 3차원 수리모형실험은 1983년 동해 중부 지진해일 발생 시 국내에서 가장 큰 피해를 입은 임원항을 대상으로 배후부지의 구조물과 인근 해안의 지형을 1/100으로 재현하여 실험에 임하였다. 입사파랑은 고립파(solitary wave)로 재현하였으며, 천수(shoaling)에 의한 파고변화를 측정하고 그에 따른 배후부지의 침수심, 구조물에 작용하는 파력을 측정하였다. 분석된 파력 산정계수(${\alpha}$)는 임원항 인근 해역 및 배후부지의 방재대책 수립을 위한 기초자료로 활용될 것으로 판단된다.

해양환경에 관한 정보는 효율적인 연안 해역 관리를 위해 필수적이며, 해양환경요소에 대한 분석을 위해 현장 실측자료뿐 아니라 과거자료, 현재자료, 예측자료 등이 요구된다. 또한 연안환경 관리자뿐 아니라 해상관련 종사자, 어민 등이 해양환경 정보에 빠르게 쉽게 접근할 있는 기반이 마련되어야 한다. 최근에는 물에 관련된 정보를 효율적으로 관리하고 제공해야 하는 필요성이 증가함에 따라 물정보학(Hydroinformatics)이 크게 관심을 받고 있으며, 학술지 발간 및 학술회의 개최 등을 통해 이에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나 연안환경에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 체계적인 연안환경 분석을 위해서는 방대한 시공간 자료가 필요할 것으로 예상되며, 지속적인 모니터링을 위한 통합시스템이 요구되므로 다양한 관측방법 적용될 필요가 있다. 본 연구에서는 인공위성을 활용하여 연안환경 변화를 모니터링 할 수 있는 방안을 제안하기 위해 국외의 연구사례들을 분석하고, 우리나라 연안환경에 적합한 위성을 조사함으로써 연안환경 분석과 관련하여 관측 가능한 인자들을 파악하고자 한다. 이를 통해 연안환경 모니터링을 보다 체계적으로 수행하기 위한 인공위성 기법의 특징들을 이해하는 것이 본 연구의 목적이다. 향후 서해안지역의 연안 환경 변화 탐지를 위한 알고리즘을 구축하여 한반도 연안환경분석을 위한 인공위성의 유용성을 검증할 계획이다.

Carbon Capture and Storage with ocean sequestration is being considered as one of the most effective option for reducing the $CO_2$ net flux from atmosphere nowadays. But it is still possible for $CO_2$ substance to leaks out from transport pipeline or from the under seabed storage sites and causing damage to ambient environment. The behavior of liquid $CO_2$ under droplet shape would be strongly affected by the presence of other contaminants such as $SO_2$ comes from processing processes. This presentation shows the behavior in the sea water of pure liquid $CO_2$ droplets as well as droplets that consist of $SO_2$ substances. The study uses computational fluid dynamic models in comparison with experimental data from other previous researchers. Droplet of liquid $CO_2$ is assumed to be released at several depths in deep ocean, with other environmental conditions are set up respectively. All calculations are conducted with many different ratio of contaminant $SO_2$ to provide fundamental data of those particles rising characteristics. The effect of contaminants on the behavior of $CO_2$ droplets would be clearly shown through the results of particle deformation, terminal rising velocity happen due to buoyancy force driving from the difference in density of $CO_2$ substance and ocean water around.

풍수해저감종합계획은 해당 지역의 풍수해 위험요인을 종합적으로 조사 분석하여 피해예방 및 저감을 위한 각종 구조적 대책과 비구조적 대책을 종합적으로 제시하는 방재분야 최상위 종합 계획이다. 풍수해저감종합계획은 자연재해대책법 제16조, 같은 법 시행령 제14조, 같은 법 시행 규칙 제4조의4에 따라 특별시 광역시 특별자치시 특별자치도 및 시 군에서 수립하고 있다. 또한 자연재해대책법 제16조 6항에서는 광역도시계획, 도시 군기본계획 및 도시 군관리계획의 수립 변경권자가 광역도시계획, 도시 군기본계획 및 도시 군관리계획을 수립하거나 변경하는 경우에는 시 군, 시 도 풍수해저감종합계획을 반영하도록하고 있다. 그러나 시설물 위주의 저감대책, 풍수해위험지구 정보의 한계, 풍수해위험지구의 자연재해위험개선지구 지정으로 인한 개별사업에 의한 재해저감 대책 수립 등의 이유로 현실적으로 반영이 잘 되지 못하고 있는 실정이다. 실제 경기도 도시기본계획의 방재 및 안전계획 부분의 풍수해저감종합계획과의 연계를 검토한 결과 대부분의 지자체가 방재대책과 관련하여서는 원론적인 측면에서만 언급하고 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 풍수해저감종합계획의 도시계획에서의 활용도를 높이고자 하천, 내수, 사면, 바람, 해안재해 등 재해유형별로 풍수해의 직접적 발생과 풍수해 발생에 영향을 주는 공간적 영역, 개발 상태, 개발예정 등 토지이용현황 및 계획 등을 고려하여 풍수해중점관리구역, 풍수해선제관리구역, 풍수해전략관리구역으로 구분하여 설정하는 방법론과 활용방안을 제시하고자 하였다. 또한 도시계획 수립 시 풍수해관리구역을 어떻게 활용할 것인지에 대한 방안을 제시하였다. 향후 풍수해관리구역 지정과 관련한 법제도 및 지침 등이 마련된다면 풍수해관리구역은 풍수해저감을 위한 토지이용 및 기반시설, 건축물 제한 등 도시계획적 대책 마련에 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

현재 우리나라의 건설공사 설계기준은 총 50종(설계기준 21종, 시공기준 29종)으로 관리부서가 통합되어 있지 않아 여러 가지 문제점이 발생하고 있다. 그 문제점으로 설계기준 간에 내용이 중복 또는 상이하여 사용상의 불편함이 있다. 현재 사용자가 직접 설계서를 작성 시 산재된 관련 기준을 일일이 확인하여야 하는 번거로움이 발생하고 있다. 또한, 건설기준 정비체계가 미흡하며 국외의 설계기준을 실 검증과정 없이 도입하여 우리나라 특성에 맞는 건설공사 설계기준이 반영되지 못하는 경우가 생기고 있다. 본 연구에서는 하천 댐 설계기준 및 하천 표준시방서를 관련 있는 타 분야 설계기준 및 시방서(설계기준 5종, 시방서 7종)와 상충 및 중복되는 항목을 조사, 비교하였다. 그리고 조사, 비교된 내용들을 수정 및 보완하여 '건설공사 설계 시공기준 표준화' 기획단계시 기준간의 통일성, 편의성을 고려하여 구성된 코드체계기준 중 수자원분야 표준코드체계 기준에 적용하였다.

에티오피아는 국제원조사업으로 SNNPR주 Gurage zone에 "안전한 식수 공급 사업"을 요청하였다. 이에 KOICA에서는 당해 지역내 국제원조사업 실시에 대한 성과를 평가하고자, ODA 사업 추진 전 지역주민의 "삶의 질"을 사전 평가하였다. 본 논고는 KOICA의 에티오피아 SNNPR주 Gurage zone "삶의 질" 평가 결과이다. "삶의 질" 분석을 위한 평가기준으로는 1. 현지 지역주민의 물이용 현황, 위생 및 환경 현황, 취수활동이 교육에 미치는 영향, 취수활동이 가정 경제 활동에 미치는 영향 등을 분석하고, 2. 식수공급사업 추진 시, 지역주민이 바라는 식수개발사업의 유형을 살펴보았다. 분석을 위한 자료 조사 방법으로는 설문 방법을 선택하였으며, 설문은 물 이용 현황, 질병 및 위생 관리 현황, 취수활동이 교육 및 가계 경제에 미치는 영향 그리고 지역주민이 바라는 식수사업의 방향 및 이유 등을 중심으로 구성하였다. 설문지 유형은 현황 관련 계량적 수치를 답하는 질문(계량적 평가)과 함께 지역주민이 현황에 관하여 인식하는 정도를 답하는 질문(비-계량적 평가, 리커트 5점 척도 이용)을 함께 구성하였다. 조사범위는 식수위생사업 범위에 있는 Gurage Zone 24개 마을, 301 가구, 400명의 주민을 대상으로 설문조사를 실시하였다.

지금까지 빗물에 대한 일반인들의 인식은 모두 치수에 중심을 두어왔다. 즉, 빗물은 내리자마자 곧바로 하수도를 통해 방류수역으로 신속하게 배제해야한다 것에만 관심을 두어 왔던 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 빗물을 버리고 배제하기보다 필요한 곳에서 집수하여 활용하거나 적절히 침투 또는 저류하여 물을 효과적으로 제어 관리해야할 필요성이 대두되고 있다. 안정적인 수자원 확보 및 공급에 대한 사회적 요구가 증가됨에 따라 대체방안으로서의 빗물이용관리가 제기되고 있으며, 이는 도시화 및 인구의 도서집중, 경제활동의 고도화 등 물 사용량이 증대되는 생활방식에 따라 물 공급 중단에 따른 피해 잠재성이 증가되고 있음을 의미하기도 한다. 본 과제에서는 이러한 필요성을 감안하여 대체수자원으로서의 빗물을 이용한 수자원 확보방안에 대해 연구하고, 스마트 워터그리드 관점에서의 빗물이용방안을 제시하여 그 적용성을 평가하고자 한다. 본 연구를 수행하기 위해서는 기존 대체수자원의 확보기술을 조사하고, 이를 바탕으로 다양한 수원을 통한 수자원 확보방안을 제시하고, 이 중 빗물을 이용한 수자원 확보방안에 대하여 스마트워터그리드 관점에서의 적용성을 평가하였다. 스마트워터그리드 내에서의 빗물이용을 통한 대체수자원 적용성 평가는 도서지역의 제한급수 등 물 부족 문제 해결을 위한 방안과 산간 농업지역에서의 물부족으로 인한 농작물 생산활동의 저하문제를 해결하기 위한 방안을 제시하였다. 또한 수자원확보를 위한 적정 빗물이용법 도출을 위해 최근 물 관리 패러다임의 변화를 고려한 정책사업으로의 접근, 중앙정부와 지방정부의 노력, 정부-민간 협동체계 구축을 위한 지역전문가의 활동방법 등을 제시하고자 한다. 본 연구의 결과 스마트워터그리드 체계구축을 위한 여러 요소기술 중 다중수원을 통한 용수확보 방안에서 빗물(우수)을 이용한 대체수자원 확보방안을 정립하고, 이를 이용하여 도서지역에서의 제한급수문제 해결방안과 산간 농업지역에서의 농업용수 확보방안을 제시할 수 있을 것이다.

풍수해보험은 국민안전처가 관장하고 민영보험사가 운영하는 정책보험으로 국민이 예기치 못한 풍수해 피해에 대처할 수 있도록 보험료의 일부를 국가 및 지방자치단체에서 보조해 주는 제도이다. 그러나 풍수해보험은 불합리한 보험요율체계 등의 문제점으로 인해 저조한 가입률을 보이고 있다. 현재 풍수해보험요율 산정시 과거의 피해이력만을 근거로 보험요율을 산정하고 있다. 또한 풍수해 보험은 태풍, 홍수, 호우, 강풍, 풍랑, 해일, 대설, 지진을 대상재해로 분류하고 있으나 동일 시군구 내에서는 재해요인별 원인별 가중치가 동일하게 적용되어 단일 보험요율을 적용하고 있다. 현재의 불합리한 보험요율체계의 문제점을 보완하고 향후 피해발생 위험을 고려하여 피해 특성에 따라 지역적으로 차등화된 보험요율을 적용하는 방안이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 풍수해보험요율 산정을 위해 풍수해보험 대상재해 중 내수침수에 대한 분석 방안을 제시하고 적용성을 검토하고자 하였다. 우선 다양한 내수침수분석방법 중 전국단위의 내수침수분석을 위해 경제성, 간편성, 정확성을 고려하여 Level-Pool 방법을 선정하였다. 그리고 기존 Level-Pool 방법의 문제점을 보완하기 위해 내수침수분석 결과의 정확성을 향상시킬 수 있도록 도시계획 용도지역을 고려한 수정 Level-Pool 방법을 제시하고, 풍수해저감종합계획과 비교 검토를 실시하여 적용성을 검토하였다. 또한, 제시한 수정 Level-Pool 방법을 울산, 대구, 경북, 강원지역에 적용하여 내수침수위험지역을 도출하였다. 본 연구에서 제시한 수정 Level-Pool 방법을 통해 전국단위 내수침수 해석시 지역별로 차등화되고, 정확도가 높은 내수침수지역을 도출하여 풍수해보험요율 산정을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 만경강을 대상으로 하도경사에 따라 하천을 상 중 하류로 구분하고, 빈도별 홍수량에 따라 홍수범람면적과 공간적 자료를 이용하여 하천공간을 확보해야 하는 지역과 홍수 방어 대책 수립이 필요한 지역을 선정하고자 한다. 이에 따라 홍수범람도 작성을 위해 만경강 유역을 무제부로 가정하고 CAESAR LISFLOOD 모형을 이용하여 홍수범람해석을 수행하였다. 하천의 상 중 하류별 범람해석 결과 상류하천 유역에서는 빈도별 홍수량이 커져도 홍수범람면적의 변화가 작았으며, 하류 하천의 경우 빈도별 홍수량이 커짐에 따라 범람면적이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 하천구간별에 따라 홍수범람해석 결과와 GIS 정보인 건물위치 및 도로망도 등을 활용하여 제내지 지역을 분할하고 분할된 지역에 대하여 하천 공간확보 가능지역과 홍수방어가 필요한 지역을 선정하였다. 분석결과 하류지역은 하천 공간확보가 가능한 후보 지역이 상대적으로 많고, 상류지역은 홍수방어가 필요한 지역이 상대적으로 많은 것으로 분석되었다. 향후 과거 하천 형태 및 습지 분포 위치 등 보다 다양한 GIS자료를 이용한 하천공간 확보 가능지역에 대하여 분석이 필요할 것으로 판단된다.

최근 기후변화는 우리 삶에 다양한 영향을 미치고 있으며, 이에 따른 수문순환 변화 역시 자명하게 받아들이고 있다. 이에 따라 수자원 취약성 평가 및 대책에 관한 연구는 다양하게 진행되고 있는 실정이다. 하지만 국내의 경우 전체 유역에 대한 수자원 취약성 평가 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 총 12 수계인 한강, 안성천, 금강, 삽교천, 영산강, 섬진강, 탐진강, 만경강, 동진강, 낙동강, 태화강, 형산강 유역에 대한 수자원 취약성 평가를 실시하였다. 평가 방법으로는 장기간에 걸친 다양한 토양의 특징, 토지이용, 관리상태의 변화에 따른 크고 복잡한 유역의 유출량을 추정하기 위해 개발된 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 수문 모형을 구축하였고, 유출 관련 매개변수 최적화 작업은 SWAT-CUP 모형을 이용하였다. 최적화된 매개변수의 적용을 통해 각 유역별 유출량을 산정하였다. 그 결과 2009년과 2011년은 한강, 낙동강, 금강, 영산강순 이였으며, 2010년은 낙동강, 한강, 금강, 영산강순 이였다. 면적별 유출량인 비유량(specific discharge)을 산정한 결과, 2009년에는 영산강, 낙동강, 금강, 한강순 이며, 2010년에는 영산강, 금강, 낙동강, 한강순 이였으며, 2011년에는 금강, 한강, 영산강, 낙동강 순을 보였다. 또한, 인구당 유출량 산정 결과 2009년에는 영산강, 금강, 낙동강, 한강순 이며, 2010년에는 영산강, 금강, 낙동강, 한강순 이며, 2011년에는 영산강, 금강, 낙동강, 한강순 이었다. 이를 바탕으로 국내 총 12 수계에 대한 수자원 취약성을 산정해보았다. 대응변수는 이수의 수요 및 공급적인 측면에서 구분하였으며, 사회/경제, 물 이용, 환경, SWAT으로 구성하였습니다. 수자원 취약성 평가를 위해 다기준의사결정기법(MCDM, Multi-Criteria Decision Making) 중 하나인 TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)기법을 사용하였다. 산정 결과 삽교천, 동진강, 형산강, 안성천, 섬진강, 만경강, 낙동강, 영산강, 태화강, 금강, 한강, 탐진강 순 이였다. 본 연구 결과는 향후 다중 공간에 구축한 고해상도 모형을 통해 국내 수문상황 진단 및 고해상도 미래 수문 시나리오 생산을 통한 수자원 관리에도 활용될 전망이며, 기후변화 취약성 평가를 위한 지표 개발에 이용될 예정이다.

기후변화에 대비하여 한정된 수자원을 효율적으로 사용하기 위한 제도적 규제는 앞으로 기업의 제품 생산에서 발생하는 오염까지 확대될 전망이다. 기관투자가 등이 지원하는 영국의 NPO인 탄소정보공개프로젝트(CDP)는 2010년부터 온실가스배출량과 함께 물 사용 상황을 공개할 것을 전 세계 기업에 요구했다. 이에 따라 전 세계에서 탄소발자국과 물발자국에 대한 연구가 활발하게 진행 중에 있다. 우선 본 연구는 선진국을 중심으로 진행되고 있는 물발자국 개념의 활용현황을 분석하였다. 호주와 미국을 비롯한 일부 국가에서는 물발자국의 라벨 제도를 도입하여 기업의 제품에 대한 등급을 구분하고 있다. 라벨의 부착은 인증기관의 검토를 통하여 기존 제품보다 물 사용 효율이 높다는 것을 의미하며, 물발자국 라벨제도는 제품 생산의 전 과정 환경성 평가를 통하여 기업이나 제품의 물발자국 관련 영향을 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 또한 스페인에서는 물발자국을 물의 효율적인 분배와 사용을 위한 정책적 요소로 도입하였다. 이상의 분석을 바탕으로 물발자국의 기술적 활용 및 효과를 도출하기 위하여 법과 제도적 측면, 기술적 측면에서 살펴보았으며, 우리나라의 현황과 비교를 진행하였다. 이와 관련하여 분야별 기술 사업에 대한 목표와 최종성과물, 활용방안을 정리하여 해당 개념의 주요쟁점사항에 대해 기술적, 정책적으로 타당한지를 지표를 설정하여 분석하였다. 물발자국의 활용에서 기술적 타당성에 대한 지표는 적절성, 성공가능성, 우수성, 경제성 측면에서 제시가 되었으며, 정책적 타당성은 해당계획 및 기업 및 지자체의 추진의지, 위험요인, 특수평가 항목을 통해 개업 및 지자체의 물발자국 활용 타당성을 분석하였다. 이상을 바탕으로 본 연구에서는, 물발자국 도입을 위한 종합평가로서 AHP 분석을 실시하여 물발자국 도입을 위한 중요도와 종합목적 및 위기상황에 따른 대체안을 설정할 수 있도록 우선순위를 도출하였다. 현재 우리나라는 본격적인 정책적 도입에 앞서 개념의 정의, 정책 공감대의 확대, 한국형 데이터베이스를 구축하는 시범단계에 있다. 물 산업의 확대와 우리 기업들의 해외진출은 가상수와 물발자국의 데이터베이스의 구축이 시급하다는 것을 보여준다. 따라서 본 연구는 앞으로 우리나라의 물발자국 도입을 위한 방향을 설정할 수 있는 기초연구로서 큰 의미를 지니며, 기업의 물산업 전략을 수립을 위한 지표 설정에 있어서도 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

기후변화로 인한 다양한 문제는 전 세계적인 사항이며, 그 중 물과 관련한 사항은 가장 큰 문제로 주시되고 있다. 물 관련 인프라와 산업이 미비한 국가에서는 다양한 방법을 통해 자국의 물 공급 등 수자원 문제를 해결하려 하고 있으며, 이는 국내에서 물 산업의 해외진출 기회로 작용하고 있다. 본 연구에서는 해외 수자원 인프라 구축으로 인한 실제적인 효과성을 분석하고자 스리랑카 Galle 광역시 상수도 사업을 대상으로 하여 다양한 효과적 측면 중 사회적 측면인 지역주민의 삶의 질 향상, 경제 활성 기여, 성 인지도 제고, 지속가능성 제고에 대해 평가하였다. 지역주민의 삶의 질 향상은 현지의 통계자료 분석, 관계자 면담 등을 통해 취수시간 감소 및 깨끗한 물 공급 달성과 수인성 질병 감소를 조사하였으며, 경제 활성화 기여는 관련 문헌조사와 주민을 대상으로 한 설문조사를 통하여 그 여부를 파악하였다. 성 인지도 제고는 관계자 면담 및 설문조사를 수행하여 여성가사노동 감소 및 여성의 경제활동 참여 증가정도 및 기여도를 분석하였다. 지속가능성 제고는 관련 정책 개선여부에 대하여 조사 및 분석을 수행하였다. 분석 결과 깨끗한 물 공급이 사업 착수 전보다 원활해 졌으며, 수인성 질병 중 하나인 이질 환자가 감소되어 삶의 질이 향상되었다고 사료된다. 또한 상수도 사업을 통한 기간시설의 용수공급이 원활해지고 용수부족 해소 및 관광산업 등 서비스산업 활성화를 촉진시킴으로서 경제 활성화에 기여했다고 판단할 수 있다. 성인지도 제고에 대한 분석은 원활한 물 공급으로 인하여 여성의 물 관련 가사노동 감소에 기여하였으나 여성의 사회참여 기여에 많은 영향을 미치지는 못한 것으로 사료된다. 마지막으로 상수도시설 확충으로 인하여 용수보급률이 증가하고 이에 따라 관련제도를 개선하여 담당 기관의 재무건전성을 제고시킴으로서 지속가능성을 향상시켰다고 할 수 있다. 스리랑카 Galle 광역시 상수도사업의 이러한 성공적인 결과는 해당 국가의 개발정책과 높은 의지와 인구가 밀집되어있고 인구에 비해 급수보급률이 낮은 지역, 관광서비스 산업 밀집지역이 사업대상지로 선정된 요소가 작용하였다고 할 수 있다. 본 연구 결과를 통해 추후 해외 수자원 사업 진출 시 해당국가의 개발정책의지와 대상지역의 현황, 사업으로 인한 다양한 영향력을 고려한다면 성공적인 사업을 수행할 수 있을 것이다.

가상수의 흐름을 보다 가시적으로 파악하기 위하여 대두된 개념이 물발자국(water footprint)이다. 이는 흔히 사용되고 있는 생태발자국(ecological footprint)이나 탄소발자국(carbon footprint)에 착안하여 도입된 개념으로 한 국가의 물발자국은 직 간접적으로 물건이나 재화를 생산하는데 국민이 소비하는 물의 총량으로 정의된다. 물발자국을 내적/외적으로 단순히 구분하여 산정하는 방식이 진화하여 1단위의 생산에서 유통 및 서비스까지 확대하여 그 전 과정을 모두 포함하는 물발자국 산정방식이 도입된 것은 최근의 일이다. 직접적인 물사용과 간접적인 물사용을 구분하여 물발자국을 산정하고, 그 위에 물의 성질에 따라 green water, blue water, 그리고 grey water로 각각 개념을 상세화하여 물발자국을 산정하는 방안이 도입되었다. 2009년 물발자국 산정의 표준화를 위한 스위스의 제안이 ISO에 제출되었고, 각 국가들에 의한 투표가 진행되어 2010년 물발자국 국제표준안이 채택되었다. 본 연구는 이러한 국제기구에 의한 일련의 국제표준화 작업을 대상으로 진행되었다. 2014년 ISO/TC 207 국제총회가 개최되어 환경경영시스템(SC1), 환경감사(SC2), 환경 라벨링(SC3), 환경성과평가(SC4), 전과정평가(SC5), 온실가스관리(SC7)의 6개 분과위원회(Sub-Committees)가 구성되어 세부논의가 진행되었으며, 이러한 과정을 분석함으로서 물발자국 국제표준(ISO 14046)과 향후 우리나라의 대응방안을 고찰하였다. 물발자국 국제표준(ISO 14046) 제정을 통해 물발자국의 필요성 및 중요성에 대한 국가 간 합의는 도출되었으나, 적용시기 및 세부적인 방법론 등에 대한 이견이 여전히 존재하고 있다. ISO 14046의 실질적 적용에 필요한 세부사항과 관련된 기술보고서 작업초안(WD 14073)은 작업반(SC5/WG8)에서 진행되고 있다. 그러나 물발자국 국제표준이 국가 간 무역장벽이나 특정국의 진입을 막는 수단으로 사용될 수 있는 점 등 실질적으로 국제표준의 도입에 따른 문제점 역시 존재한다. 본 연구에서 제시된 국제표준의 도입 방안을 통하여 가상수무역의 국제적 선점효과를 기대함과 동시에 수자원의 유효한 활용을 기대할 수 있을 것이다.

하천법 제66조에서 지자체는 하천에서 생기는 수익금을 하천의 유지 보수에 관한 비용에 사용해야 한다고 규정하고 있고, 동법 시행령 제77조에서 하천 수익금은 하천의 유지 보수를 위해 우선적으로 사용해야 한다고 규정하고 있다. 하천 수익금은 법에서 규정한바와 같이 하천관리를 위해 사용되어야 하지만 건설교통부에서 제공한 2003년도 자료를 분석한 결과 하천과 관련된 용도로 사용된 하천수익금은 30%만 사용되고 있었다. 하천 수익금은 하천의 유지 보수에 우선순위로 사용해야 함에도 불구하고 현재 지자체의 하천 관리에 소요되는 비용을 구체적으로 파악하기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구는 지역 내 물 관리 및 재정 관리를 구축하고 있는 네덜란드의 사례를 통하여 국내 하천 유지 보수를 위한 재정확보 도입 방안을 도출하였다. 네덜란드는 지역의 55%가 해수면 아래에 위치한 저지대 국가로 기후변화의 적응을 위해 각 지역별 물 기구는 물 관리를 위한 재정확보로서 독자적인 세금시스템을 구축해왔다. 본 연구는 먼저 네덜란드의 하천관리 측면의 물 기구의 정책방향, 중점추진과제 등의 여건을 살펴봄으로써 네덜란드의 물 관리 방향을 조사하였다. 이를 통해 (1)물 관리 업무에 쓰인 네덜란드 정부 지출 내용 (2)네덜란드 물 관리 기구 법제분석 (3)네덜란드 물 관리 주관 기관 및 재정 조달 방식을 구분할 수 있었다. 또한 국내 하천 수익금 징수 체계와 네덜란드 징수체계를 비교 분석하였다. 비교분석 결과 우리나라와 달리 네덜란드 물기구의 시스템은 중앙정부와 별도로 독립적인 세금시스템을 갖춰 독자적인 하천관리유지가 가능하였다. 이는 지역별 물 기구가 세금을 토대로 물 관리를 위한 금융기관을 설립함으로써 물 관리 재정문제를 해결하고 있기 때문이다. 이는 물 관리를 위한 재원 확보를 위해 네덜란드가 지자체 중심의 물관리가 정착되는 모범적인 사례를 보여주고 있다는 점을 파악할 수 있다. 본 연구를 통하여 네덜란드의 사례를 통해 국내의 재정확보 방안을 위한 방향성을 도출하였다. 네덜란드의 사례는 물 관리의 확보를 위해 자체 금융기관을 설립하여 재원조달을 성공했다는 점에서 국내 하천의 관리 유지 재원조달에 관한 새로운 관점을 시사한다. 국내 하천의 관리유지 재원조달에 대한 논의가 지속되고 있으므로 네덜란드 사례는 향후 우리나라의 하천 관리유지를 위한 재원조달의 제도적 기반을 구축하기 위한 기초 조사로 활용되어 질 것으로 기대한다.

우리나라에서는 1961년의 제정 하천법을 통하여 하천을 사용하고자 하는 경우에는 관리청의 허가를 득해야 함을 명시적으로 규정한 이래 현재까지 하천수의 사용을 허가제로 운영하고 있다. 하천수 사용을 위한 제도가 정비된 지 반세기 이상의 세월이 흘렀지만, 이를 둘러싼 분쟁이 끊이지 않고 있는 상황이 반복되고 있다. 이로 인하여 상호간의 불신과 갈등이 증폭되고, 사회적 갈등비용이 증가하며 제도 그 자체를 불신하는 움직임마저 나타나고 있다. 특히 우리나라와 같은 댐저수와 하천수 의존형 물 관리에서는 댐용수와 하천수의 합리적인 배분이 매우 중요하다고 할 수 있다. 물분쟁의 주된 유형은 지자체와 물공급을 담당하고 있는 한국수자원공사와의 갈등이 대부분이다. 분쟁의 유형도 단순한 취수시설 확장에 관한 사항에서부터 물수지분석의 방법에 관한 사항까지 복잡다양하게 얽혀있다. 이와 같은 물분쟁은 물론 긴 역사속에서도 존재하여 왔지만 제도적인 틀을 정비함으로써 갈등상황을 감소시키고 나아가 하천과 물의 효율적 관리 등 국가적 차원의 긍정적 요인을 도출하는 것이 주요한 목적이라고 할 수 있다. 또한 2009년 하천법 개정을 통하여 하천수 사용허가의 세부기준을 정하도록 규정되어 있으나 현재에 이르도록 별다른 진전을 보이지 못하고 있다. 본 연구에서는 하천법 제50조4항(아울러 시행령 제56조2항 및 시행규칙 제28조4항)에서 규정하고 있는 하천수 사용허가의 세부기준을 작성하기 위하여 시도되었다. 세부기준은 하천수를 사용하고자 하는 물 사용자와 하천수 관리청의 역할을 비롯하여 책임과 권한의 관계가 분명하게 정립될 필요가 있다. 따라서 기존 하천수 사용허가 행정을 면밀히 분석하였고, 실제 하천수 사용허가 행정업무를 수행하고 있는 4대강(한강, 금강, 영산강, 낙동강) 홍수통제소 실무자와의 수차례에 걸친 논의를 거쳐 완성되엇다. 세부기준(안)은 9개장 43개조항으로 이루어져 있으며, 하천수 사용허가 행정 전반을 범위로 하고 있다. 본 연구를 통하여 작성된 하천수 사용허가 세부기준이 입법화된다면 하천수 사용허가를 둘러싼 갈등상황의 감소가 예상되며, 보다 투명한 하천행정을 기대할 수 있을 것이다. 또한 앞으로 물수지분석 방법이나 용도별 하천수 사용요금 등에 대한 현실적인 대안이 마련된다면 보다 선진적인 하천행정을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

소수력은 물이 가지는 위치 에너지나 운동 에너지를 동력으로서 이용하는 것 또는 그렇게 얻을 수 있는 에너지로 소수력발전에 의해 생산되는 에너지는 부존자원이 풍부하여 다른 신재생에너지에 비해 높은 잠재력을 가지고 있어 개발가치가 충분한 부존자원이다. 또한, 친환경적인 청정에너지 중 하나로 대체 에너지원에 비해 높은 에너지를 가지고 있어 개발가치가 큰 부존자원으로 평가되고 있으며, 초기투자비에 비해 유지관리비용이 낮은 편이다. 이러한 개발가치가 있는 잠재 소수력 에너지를 알아보기 위해 한강권역의 표준유역인 안양천을 대상으로 산정해 보았다. 안양천의 잠재 소수력 에너지 산정을 위해 2004년 1월 1일부터 2013년 12월 31일까지의 구로 강우관측소의 일강우자료와 신정수문관측소의 일수위자료 및 유량자료를 수집하였으며, 하상정보를 파악하였다. 낙차는 수차발전기를 회전시켜 전기를 생산하여 상용발전이 가능하며 소수력 발전을 최대치로 생산할 수 있는 조건의 낙차인 2m로 선정하여 소수력 산정공식에 적용하였다. 이에 본 연구에서는 여름인 7월에 1,421.1Kw로 최대값으로 나타났으며, 겨울인 12월에 최소값인 141.9Kw로 나타나 안양천에는 월간 최소 100Kw이상의 전력을 생산할 수 있는 잠재 소수력 에너지를 보유하고 있는 것으로 판단된다. 추후, 국토교통부와의 협력을 통해 관측되는 수문자료(강우, 수위, 유량)를 실시간으로 제공받아 일단위, 월단위, 년단위, 계절단위의 잠재 소수력 에너지를 실시간으로 산정할 수 있는 환경을 구축하여 지속적으로 잠재 소수력 에너지를 평가하고 재생에너지 확보를 통해 추구할 수 있는 경제적 이익 또한 분석되어야 할 것으로 판단된다.

The Ecuadorian coast has two different climate regions. One is humid region where the annual rainfall is above 2000 mm and rain falls in almost all months of the year, and the other is dry region where the annual rainfall can fall below 50 mm and rainfall can be very seasonal. The agriculture is frequently limited by the seasons during the year and the availability of rainfall amounts. The corn fields in Ecuador are cultivated during the rainy season, due to this reason. The weather conditions for optimum development of corn growth require a monthly average rainfall of 120 mm to 140 mm and a temperature range of $22^{\circ}C{\sim}32^{\circ}C$ for the dry region, and a monthly average rainfall of 200 mm to 400 mm and a temperature range of $25^{\circ}C{\sim}30^{\circ}C$ for the humid area. The objective of this study is to predict how the weather conditions are going to change in corn fields of the coastal region of Ecuador in the future decades. For this purpose, this study selected six General Circulation Models (GCM) including BCC-CSM1-1, IPSL-CM5A-MR, MIROC5, MIROC-ESM, MIROC-ESM-CHEM, MRIC-CGC3 with different climate scenarios of the RCP 4.5, RCP 6.0, and RCP 8.5, and applied for the period from 2011 to 2100. The climate variables information was obtained from the INAMHI (National Institute of Meteorology and Hydrology) in Ecuador for the a base line period from 1986 to 2012. The results indicates that two regions would experience significant changes in rainfall and temperature compared to the historical data. In the case of temperature, an increment of $1^{\circ}C{\sim}1.2^{\circ}C$ in 2025s, $1.6^{\circ}C{\sim}2.2^{\circ}C$ in 2055s, $2.1^{\circ}C{\sim}3.5^{\circ}C$ in 2085s were obtained from the dry region while less increment were shown from the humid region with having an increment of $1^{\circ}C$ in 2025s, $1.4^{\circ}C{\sim}1.8^{\circ}C$ in 2055s, $1.9^{\circ}C{\sim}3.2^{\circ}C$ in 2085s. Significant changes in rainfall are also projected. The rainfall projections showed an increment of 8%~11% in 2025s, 21%~33% in 2055s, and 34%~70% in 2085s for the dry region, and an increment of 2%~10%, 14%~30% and 23%~57% in 2025s, 2055s and 2085s decade respectively for humid region.

본 연구는 초생대 필지단위 모의프로그램인 VFSMOD-W(Vegetative Filter Strip MODel-W) 모형을 이용하여 새만금 유역의 밭경지 특성을 반영한 다양한 시나리오에 기반하여 초생대기법을 적용 하였을 경우의 유사저감효과에 대해 모의해 보았다. '새만금유역 농업비점오염 저감기법 개발'과제의 일환으로 초생대 현장실험을 위해 조성된 익산 밭경지 시험포의 실측치를 이용하여 모형의 보정이 이루어졌으며, 결과는 유출량의 경우 NSE=0.833와 $R^2=0.99$를, 유사량의 경우 NSE=0.794와 $R^2=0.99$로 각각 매우 높게 나타났다. 모의를 위한 시나리오는 새만금유역의 밭경지 특성을 고려하여 1ha, 5ha, 10ha의 밭규모에, 밭경사는 7%와 15%으로, 토성은 양토인 정방형 형태의 밭경지를 대상으로 하였다. 초생대 초종은 Grass mixture로 적용하였고, 규모는 밭경지 면적의 10%로 고정하여, 50mm, 100mm, 150mm, 200mm의 일강우량에 대해 초생대 유출 및 유사에 대한 모의를 실시하였다. 그 결과 새만금유역에 초생대 적용 시 유출저감효과는 밭경사 7%와 15%일 때 1.5~13.5%와 1.4~12.1%의 범위로 각각 나타났으며, 경사에 따른 차이는 미비하였으나 강우량과 밭경지 규모에 따른 유출저감효과의 차이가 크게 나타났다. 유사의 경우에는 밭경사 7%와 15%일 때 20.4~97.0%와 15.7~86.0%의 저감효과를 각각 보였으며, 유출에 비해 초생대 적용에 따른 유사저감효과가 월등히 높게 나타났다. 강우량의 차이에 따른 유사저감효과는 50mm일 때 58.4~97.0%, 200mm일 때 15.7~32.9%를 나타내어 강우인자의 영향이 밭규모와 경사 등의 밭경지 특성에 비해 유사 발생량 및 저감효과에 가장 크게 미침을 알 수 있었다. 본 모의 결과를 통해 새만금유역의 초생대기법 적용은 새만금호의 수질오염저감 및 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대되며, 현장 실용화를 위해서는 다양한 현장인자들에 적합한 세부적인 설계기술 개발이 요구된다.

전통적으로 우리나라의 농업용수 공급시스템은 개수로 방식이 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 지형의 영향을 덜 받으면서 안정적으로 용수공급이 가능한 관수로 시스템으로서의 전환이 늘어나는 추세이다. 특히 서남해안간척사업, 새만금 등 대단위 농업단지 조성이 늘어나면서 경제적인 수리시설의 설치와 유지관리에 대한 관심이 증대되고 있다. 우리나라의 관수로화 사업은 1980년대 중반부터 농업용 관수로 사업이 시행되어 왔다. 그러나 현재 운영 중인 농업용관수로 지구에서는 특별한 물관리에 대한 규정이 없고, 사용자의 급수요청에 따른 불규칙한 용수관리운영이 이루어지고 있다. 또한, 농업용수의 무분별한 사용과 운영관리방안의 부재로 인해 많은 양의 농업용수가 낭비되고 있다. 기존 개거에 비하여 관수로의 경우 통수량이 증가되어 관개에 소요되는 시간은 단축 되었으나, 급수소요시간의 변화에 따른 적절한 적용을 하지 못하여 지나치게 많은 양이 공급되고 있다. 이러한 문제점으로 인하여 발생되는 수자원의 낭비를 막기 위해 농업용 관수로의 운영계획이 필요하지만, 현재 농업용 관수로 운영기준은 사실상 없는 실정이다. 본 연구에서는 현재 운영되고 있는 호남지역의 해남지구를 대상지구로 선정하여 EPANET(US Environmental Protection Agency)모형을 이용하여 농업용 관수로시스템의 관망해석을 실시하고자 한다. EPANET모형을 통하여 대상지구의 급수방식을 분석하고, 용수량의 운영현황 자료를 비교 검토하여 계획수요량과 공급량을 비교하여 관수로시스템에서의 농업용수 공급능력을 검토하고자 한다.

전 세계적으로 식량과 물 안보에 대한 중요도가 높아지고 있으며 이에 따라 물발자국은 식량과 물을 연계하는 요소로서 거론되고 있다. 물발자국은 제품이 생산되는 과정동안에 사용되는 물의 양을 의미하며 $m^3/ton$으로 표현한다. 이러한 물발자국은 작물 필요수량 및 생산량을 기반으로 산정되기 때문에 기후변화와 밀접한 관계가 있다. 따라서 농업 및 수자원 계획 분야에서 물발자국의 활용성을 높이기 위해서는 기후변화에 따른 우리나라 농산물의 물발자국 변화를 살펴보는 것이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 기후변화에 따른 논벼의 농업용수량 및 생산량 산정을 통하여 미래의 녹색 및 청색 물발자국을 산정하고, 시기 및 시나리오별 불확실성 및 민감도를 평가하고자 하였다. 기후변화 시나리오는 RCP 기반의 신 기후변화 시나리오를 이용하였으며, 물발자국 산정 작물은 우리나라의 주곡인 논벼를 대상으로 하였다. 물발자국은 작물의 단위생산량당 소비되는 물의 양으로 정의되며, 최근 연구에서 물발자국은 용수 공급원에 따라 녹색(green), 청색(blue), 회색(grey) 물발자국으로 구분하여 산정되고 있다. 본 연구에서는 작물의 증발산으로 소비되는 수량만을 물발자국 산정에 적용하여 증발산량 중 강우에 의해 공급되는 수량인 녹색 물발자국과 관개에 의해 인위적으로 공급되는 수량인 청색물발자국을 산정하였다. 기후변화에 따른 미래의 작물의 생산량을 산정하기 위해 작물모델로 기상, 재배관리, 작물의 유전정보, 토양수분 및 질소의 효과까지 고려하여 작물의 생육뿐만 아니라 생산량까지도 모의할 수 있는 CERES-Rice모델을 적용하였다. 미래 기후 전망을 위한 전지구모형은 종류가 다양하고 모형의 특성과 모형 입력 자료에 따라 모의 결과가 상이하게 나타남에 따라 불확실성을 내포하고 있다. 따라서 기후변화에 능동적으로 대처할 수 있는 논벼의 물발자국을 산정하기 위하여 각 시나리오 및 시기별 물발자국의 불확실성 및 민감도를 분석하였다. 본 연구의 결과는 기후변화에 따른 미래 농업수자원의 변화를 분석하는데 이용될 수 있을 뿐 만아니라 우리나라 미래 국가수자원 정책의 수립을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

최근 기후변화에 따른 극한 강우사상의 증가로 인하여 농업용 저수지의 재해 위험도가 증가하고 있는 추세이며, 사고가 발생할 때 마다 파손/붕괴된 시설물을 보수하는 대응형 유지관리체계에서 벗어나 기반시설의 성능과 생애주기 등을 고려하여 재해 발생을 사전에 예보 및 경보를 알릴 수 있는 예방적 관리체계로의 전환이 필요하다. 한국농어촌공사는 전국 1,500개 저수지에서 10분 단위 수위자료를 측정하고 있으며, 이를 분석하여 재해예방에 활용할 수 있는 기반이 조성되어 있으나 이에 대한 관리가 이루어지지 않고 있고 수집된 자료를 활용하여 재해 징후를 분석할 수 있는 재해 예방적 분석기술이 마련되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 농업용 저수지 수위자료를 이용한 저수지 이상거동을 판별하기 위하여 전국 34개 한국농어촌공사 관할 저수의 시계열 수위자료의 특성(Feature)을 분석하고자 한다. 시계열 자료의 시계열 특성을 분석하기 위하여 한국농어촌공사 관할의 전국 34개 저수지를 선정하여 분석을 실시하였다. 대상저수지는 지역별, 저수용량, 안정등급, 붕괴발생, 1개 지사관할 저수지로 각각 구분하여 선정하였으며, 각 저수지의 수위 측정기간(최소 5개년)에 대한 자료를 수집하였다. 농업용 저수지의 시계열 수위 자료의 특성을 분석하기 위하여 자료의 전처리를 수행하였다. 자료의 전처리는 시계열 수위자료의 잡음 특성, 기상자료 관련 변동특성 등 분류(Classification)에 영향을 미치는 노이즈 요소를 제거하는 과정이다. 전처리과정을 거친 자료는 특징(Feature) 추출 과정을 거치게 되고, 추출된 특징의 적합성에 따라 분류 알고리듬 성능에 많은 영향을 미친다. 따라서 시계열 자료의 특성을 파악하고 특징을 추출하는 것은 이상치 탐지에 있어 매우 중요한 과정이다. 본 연구에서는 시계열 자료 특징 추출 방법으로 물리적인 한계치, 확률적인 문턱값(Threshold), 시계열 패턴, 주변 저수지와의 시계열 상관분석 등을 적용하였으며, 이를 데이터베이스로 구축하여 이후 분류알고리듬 학습에 적용하여 정상치와 이상치를 판별하는데 이용될 수 있도록 하였다. 따라서 본 연구에서 제시되는 농업용 저수지의 시계열 특성은 다양한 분류알고리듬에 적용할 수 있으며, 이를 통하여 저수지 이상거동 판별을 위한 최적을 분류알고리듬의 선택에 도움이 될 것이다.

농경지에서의 액비 수요는 최근 증가하고 있으나 적정 액비시비량에 대한 기준과 사후 관리에 대한 명확한 기준이 없어 환경문제에 대한 고찰이 필요하다. 본 연구에서는 시험포장을 선정하고 논에서의 질소 및 인의 동태를 모니터링하고, 관개수, 배출수 및 침투수 중 영양물질 및 중금속 잔류 특성을 분석하였다. 시험구는 대조구(화학비료 표준시비구, A)와 양돈분뇨액비 표준시비처리구(B)로 구성하였으며, 기상관측 측정을 위하여 자동기상관측기, 유입량은 수도미터계량기로 관측하였으며, 시험포장으로부터 유출량을 측정하기 위하여 압력식수위계를 각 처리구별로 설치하였다. 침투에 의한 영양물질의 유출부하량 평가를 위하여 침투계 1조 및 중금속 포집이 가능한 ceramic porus cup 4조를 각 처리구별로 설치하였다. 2014년 6월 9일 써래질 후, 6월 19일 $15{\times}30cm$, 1주 당 3본씩 "동진벼"를 기계이앙 실시하였고, 대조구 A는 농촌진흥청의 추천시비량, 처리구 B는 지상분무방식(액비시비 후 경운을 하는 방식 및 관개수 공급 후 액비를 시비하는 희석식)을 적용하였다. 기비 시비일은 6월 6일, 분얼비 시비일은 6월 26일, 수비 시비일은 7월 30일이었다. 강우량 대비 유출량 비인 유출률은 0.03에서 0.91까지 나타났으며, 담수의 수질조사는 평시 조사로 주 1회 실시하고 있으며, 분석결과는 SS의 경우 처리구 B가 상대적으로 높게 나타났다. 영양물질(T-N, T-P 등)의 경우는 대조구 A에서 꾸준히 높은 농도를 보여주고 있으며 이들 농도는 시비 시기에 따라 첨두값이 다르게 나타났다. 특히 $TH_3-N$의 경우 휘발성이 강하기 때문에 처리구 B에서 매우 낮은 값을 보여주었다. 유출수의 화학성분 분석결과는 완효성인 화학비료의 특징으로 전체적으로 대조구 A에서 수질농도가 높게 나타났으며, BOD의 경우는 처리구 B에서 높게 나타났다. 침투수의 T-N은 대조구 A에서 상대적으로 높은 값을 보여주고 있으며 이는 $TH_3-N$의 휘발에 영향을 받는 것으로 보이며, $NO_3-N$은 처리구 B에서 더 높게 나타나 토양중으로 침출되는 양이 많은 것으로 나타났다. 본 연구는 액비시용에 따른 농경지 위해성 평가와 관리방안 개발을 위한 1차년도의 연구 성과로서 지속적인 모니터링을 통하여, 향후 새만금 유역내 축산밀집지역에서 나타날 수 있는 축산분뇨 관리정책 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.

본 연구는 퍼클로레이트의 생물학적 환원 과정에 있어서 나이트레이트의 존재가 미생물에게 어떤 영향을 미치는지를 실험을 통해서 알아보고 적절한 모델링 접근을 통하여 나이트레이트의 퍼클로레이트 환원에 대한 저해의 정량적 분석을 위한 요소들을 도출하기 위해 수행되었다. 100mL 합성폐수를 포함하는 플라스크를 이용한 실험이 수행되었고, 유일 탄소원으로 아세트산나트륨이 사용되었고, 전자수용체로는 퍼클로레이트와 나이트레이트가 사용되었다. 먼저 퍼클로레이트와 나이트레이트 각각을 단일전자수용체로서 넣은 실험을 진행하였다. 퍼클로레이트의 동역학계수 qmax, Ks, Y, b값은 각각 0.9(mgClO4-/mgMLSSday), 42.28(mgClO4-/L), 0.382(mgClO4-/mgMLSS), 0.05(day-1)로 계산되었다. 그리고 나이트레이트의 동역학 계수 qmax, Ks, Y, b값은 각각 13.81(mgNO3-/mgMLSSday), 239.78(mgNO3-/L), 0.275(mgNO3-/mgMLSS), 0.05(day-1)로 계산되었다. 나이트레이트와 퍼클로레이트를 동시에 넣었을 경우에는 나이트레이트의 동역학 계수는 qmax, Ks, Y, b 값은 각각 13.72(mgClO4-/mgMLSSday), 235.64(mgClO4-/L), 0.263(mgClO4-/mgMLSS), 0.05(day-1)로 큰차이 없었으나, 퍼클로레이트의 경우에는 qmax, Ks, Y, b값은 각각 0.6(mgClO4-/ mgMLSSday), 42.24(mgClO4-/L), 0.393(mgClO4-/mgMLSS), 0.05(day-1)로 qmax값은 감소하였고, Y값은 증가하는 모습을 보임으로써, 나이트레이트의 존재가 퍼클로레이트의 환원을 저해시키는 것을 확인할 수 있었다.

우리나라의 산사태 및 토석류의 발생 시기는 주로 7,8,9월에 집중 되어 있고 유발인자 중 강우는 산사태 및 토석류를 발생시키는 가장 큰 인자이다. 특히 강원도 지역은 산지지형이 많고 여름철 장마나 국지적인 집중호우에 의해 토석류의 발생빈도가 다른지역에 비해 많다. 7,8,9월의 누적 강우량이 1,100mm 이상이 되는 지역에서 극심한 피해가 발생하고 누적강우량이 많을수록 규모도 커지게 된다. 이러한 결과는 취약지역에서 강우에 의해 토석류가 발생한 가능성이 증가한다는 것을 의미하며, 일정이상의 강우가 발생할 시 취약성이 낮은 지역에서도 토석류 및 산사태가 발생할 가능성이 충분이 있다는 것을 의미한다. (양인태 등, 2009) 따라서 강우발생에 따른 토석류 발생기준에 대해서 정립할 필요가 있다. 본 연구에서는 강원도 지역의 산사태 및 토석류 발생이력에 대해서 강우데이터를 분석하여 강우기준을 설정 하였다. 강우관측소는 국토교통부, 한국수자원공사, 기상청의 강우자료를 활용하였다. 관측소의 선택은 Thiessen Polygon에 의해 선택하였고, 유효시간에 따라 강우강도, 유효평균 강우강도, 누적강우량을 산정하여 DFG (Debris-Flow Guidance) 곡선을 작성하여 강우기준을 설정하였다. 또한 토질과 유효토심에 따라 강우기준을 제시하였다.

최근 기후변화로 인해 이상기후 현상이 지속적으로 발생하고 있으며 이로 인해 산사태나 토석류와 같은 산재재해가 발생하여 인근 도심에까지 영향을 끼치고 있다. 본 연구에서는 해마다 빈번하게 발생하고 있는 산지 토사재해의 피해저감과 원인분석을 위하여 과거 강원도 인제군에서 발생한 산사태 및 토석류가 발생 현장을 조사하였고 발생유역의 특징을 분석하기 위해 GIS기법을 이용하여 기후, 지질, 지형, 토양 등의 공간자료를 구축하고 보다 정밀한 지형인자 추출을 위하여 지상 LiDAR를 활용하여 토석류 발생현장을 스캔하고 3D 지형자료를 구축하였다. 추후 공간자료와 3D지형자료를 활용하여 토석류 발생량 추적이나 확산 범위등 정밀 분석의 기초자료로 활용 될 것이다.

최근 봄철을 맞아 산을 찾는 등산객의 수가 증가하고 있으며 그에 따른 안전사고 발생 위험도 높아지고 있다. 산지재해 중 가장 많이 발생하고 있는 산사태나 토석류는 산을 찾는 등산객에게도 많은 안전사고를 발생시키고 있으나 아직까지 탐방로의 위험성과 안전에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 설악산 국립공원 탐방로를 중심으로 재해발생 이력조사 및 현장조사를 실시하고 분석에 필요한 공간 데이터를 구축하였으며 설악산 전체 탐방로를 유역단위로 분할하여 위험성 분석을 실시하였다. 전체 탐방로를 대상으로 GIS기반의 확률론적 분석과 SINMAP을 이용하여 위험성 평가를 수행하였으며 그 결과 일부 탐방로 구간에서 위험성이 높게 나타났다. 탐방로 위험구간을 유역별로 나누어 분석함으로써 탐방로 전체에서 유역단위로 위험요소를 판단하는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Shallow landslide often occurs in areas of this topography where subsurface soil water flow paths give rise to excess pore-water pressures downslope. Recent hillslope hydrology studies have shown that subsurface topography has a strong impact in controlling the connectivity of saturated areas at the soil-bedrock interface. In this study, the physically based SHALSTAB model was used to evaluate the effects of three soil thicknesses (i.e. average soil layer, soil thickness to weathered soil and soil thickness to bedrock soil layer) and subsurface flow reflecting three soil thicknesses on shallow landslide prediction accuracy. Three digital elevation models (DEMs; i.e. ground surface, weathered surface and bedrock surface) and three soil thicknesses (average soil thickness, soil thickness to weathered rock and soil thickness to bedrock) at a small hillslope site in Jinbu, Kangwon Prefecture, eastern part of the Korean Peninsula, were considered. Each prediction result simulated with the SHALSTAB model was evaluated by receiver operating characteristic (ROC) analysis for modelling accuracy. The results of the ROC analysis for shallow landslide prediction using the ground surface DEM (GSTO), the weathered surface DEM and the bedrock surface DEM (BSTO) indicated that the prediction accuracy was higher using flow accumulation by the BSTO and weathered soil thickness compared to results. These results imply that 1) the effect of subsurface flow by BSTO on shallow landslide prediction especially could be larger than the effects of topography by GSTO, and 2) the effect of weathered soil thickness could be larger than the effects of average soil thickness and bedrock soil thickness on shallow landslide prediction. Therefore, we suggest that using BSTO dem and weathered soil layer can improve the accuracy of shallow landslide prediction, which should contribute to more accurately predicting shallow landslides.

도시화로 인한 지구 온난화는 현재 전 세계적으로 기후 및 자연환경에 적지 않은 영향을 미치고 있으며, 인구증가에 따른 물 부족 현상은 새로운 저수지 건설로 지속 가능한 수자원 개발이 불가능한 현 상황에서 더욱더 악화되고 있는 실정이다. 이에 따라 제한된 물 사용에 대한 효율적인 배분이 필요한 상황이며 이를 위하여 사용 가능한 물에 대한 권리, 즉 수리권(water rights)에 대한 자료 및 조사가 필요한 상황이다. 현재 국내 수리권에 대한 자료는 국가 수자원 관리 종합 정보 시스템(Water Management Information System, WAMIS)에서 특정년도에 생활, 공업 및 농업용수에 대하여 정보가 권역, 시도 및 하천등급별로 구성되어 있는 상황이다. 이에 따라 본 연구에서는 텍사스 수자원 관리 모델인 Water Availability Model(WAM) 시스템의 구성 요소 모델인 Water Rights Analysis Package (WRAP) 모델에 적용하기 위하여 권역별로 구성되어 있는 수리권 정보를 물 사용자의 지정학적 위치 및 점용년도에 따라 재구성하였다. 한강유역의 수리권 정보를 중점으로 수행되었으며 재구성 수리권 정보는 자연 순위 (natural order) 및 우선 순위 (priority order) 수리권의 두가지 형태의 입력값으로 WRAP 모델에 활용되었다.

1,4-dioxane은 페인트, 광택제 및 코팅제의 제조시에 첨가되는 화학물질로 인간에 대한 발암 가능성과 수중에서의 지속성으로 인해 EPA priority pollutant로 지정되어 있다. 이에 최근 고도산화법을 이용한 처리가 계속적으로 연구되고 있으며, UV/$H_2O_2$ 공법을 통하여 수계에서 발견되는 난분해성 유기 오염물의 제거가 효과적인 것으로 밝혀졌다. 하지만 고도산화공정(AOP)은 다량의 에너지 소모와 산화제 투여로 인한 높은 운전비용이 현실적인 적용에 장애가 되고 있다. 한편 상대적으로 저렴한 비용으로 1,4-dioxane을 처리할 수 있다는 장점으로 인하여 생물학적 분해에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 1,4-dioxane에 대한 많은 연구들이 주로 분해미생물의 분리동정 및 회분식 분해특성에 대한 연구들 위주로 보다 실질적인 연속적 처리반응조의 운전결과들은 거의보고 되지 않고 있다. 본 연구는 Lab scale 연속처리반응조의 장기운전 후 pilot plant 현장적용에 앞서 인공폐수와 합성폐수에서의 분해효율 비교 회분식 실험을 통해 합성폐수내 생물학적 분해에 영향을 미치는 inhibitor의 영향을 확인하였으며, 미생물의 배양 조건에 따른 분해효율 비교 회분식 실험과 modeling을 통하여 현장운영 효율을 예측하였다. 이를 반영하여 추후 진행예정인 pilot plant의 현장 적용성 검토 및 최적 설계인자 도출, 장기운전에서의 효율성 증대를 목적으로 한다.

본 연구는 퍼클로레이트의 생물학적 환원 과정에 있어서 고농도의 염이 미생물에게 어떤 영향을 미치는지를 다양한 방법을 통해서 알아보고 적절한 모델링 접근을 통하여 최적 환원속도를 위한 반응조 조건 및 설계에 필요한 요소들을 도출하기 위해 수행되었다. 100mL 합성폐수를 포함하는 플라스크를 이용한 실험이 수행되었고, 일정 농도의 퍼클로레이트와 유일 탄소원으로 아세트산나트륨이 사용되었다. 염화나트륨 농도가 $7490{\mu}s/cm$에서 $23700{\mu}s/cm$까지 증가하는 동안 퍼클로레이트의 생물학적 환원 속도는 현저하게 감소하였으며, $32100{\mu}s/cm$ 이상의 염화나트륨 농도에서는 퍼클로레이트가 환원되지 않았다. 동일한 농도의 염화나트륨, 염화암모늄, 염산 및 황산이 포함된 하수에서는 퍼클로레이트의 환원속도가 모두 비슷하였다.

댐 및 저수지 시설물은 노후화나 안전성 미확보로 인한 파손 또는 붕괴 발생 시 하류부에 막대한 인명과 재산피해 등 치명적인 결과를 초래하게 된다. 이러한 대형 안전사고를 예방하고자 시설물의 안전관리에 관한 특별법에서는 댐 시설물을 규모별로 1, 2종 시설물로 구분하고, 이에 대해 주기적으로 안전점검 및 정밀안전진단을 실시하도록 제도화하는 한편 진단 결과에 따라 보수 보강 등의 안전조치를 의무화하고 있다. 구조물 결함에 따른 보수 보강은 보수재료와 공법 선정시 공법의 적용성, 구조적 안전성, 경제성 등을 종합적으로 검토하여 결정하여야 한다. 손상 부위에 대한 보수 보강은 제한된 예산과 인력을 효율적으로 투자하기 위해 보수재료 및 공법의 선정 뿐만 아니라 보수 보강이 이루어져야 하는 부재에 대한 우선순위를 산정하는 것이 최우선적으로 선행되어야 한다. 안전점검 및 정밀안전진단 세부지침에서는 보수 보강 대책 마련 시안전점검 및 정밀안전진단 결과를 기초로 하여 적정 재료 및 공법을 선정하고, 보수 보강의 수준 및 우선순위를 결정하도록 명시되어 있다. 하지만 우선순위 결정에 대한 가이드라인이 부재하여 불필요한 시공과 비효율적인 예산 투입으로 인해 국가예산의 낭비되고 시설물의 안전까지 위협받게 되는 경우가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 시설물의 상태에 따른 적절한 보수 보강 필요성을 판단하고 보수 보강 수준 및 우선순위를 결정하기 위한 방법론을 개발하였다. 댐 시설물에 대한 안전점검 및 정밀안전진단의 종합평가는 평가대상 개별시설에 대하여 상태 평가 및 안전성 평가를 실시한 후 그 결과에 의해 산출된 상태평가지수와 안전성평가지수를 비교하여 평가단계별로 그 결과를 취합하여 종합평가를 실시하고 있다. 따라서 상태평가에 의해 산정된 종합평가 결과를 이용하여 개별 부재의 상태평가값 산정을 위해 하부 단계의 가중치 및 평가 지수 역산하고, 재산정된 가중치 및 평가지수를 이용하여 각 부재에 대한 보수 보강 우선순위를 산정하고자 하였다. 개발된 방법론은 점검 진단 책임기술자 및 시설물 관리주체 담당자가 댐 시설물의 개별부재에 대한 보수 보강 실시 여부를 판정할 수 있는 기준으로, 보수 보강에 대한 정책 결정시 경제성을 고려한 신뢰도 있는 기준으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

하천과 해양에서 발생한 수질오염은 특성상 유속의 흐름에 따라 광범위하며 급속도로 퍼져나가기 때문에 이를 효율적으로 유지, 관리하기 위해서는 오염인자들에 대한 모니터링이 수행되어야 한다. 원격탐사 기술을 이용한 하천의 수질측정은 대규모지역으로 분포해있는 수질농도의 변화양상을 시 공간적으로 모니터링 하는 것이 가능하게 할 뿐 아니라, 사람이 접근하기 어려운 지역에는 직접취수를 하지 않음으로써 기존의 수질측정방법들에 비해 편의성을 높여 시간적, 경제적 측면에서 효율적이다. 이에 본 연구에서는 최근 수질오염이 심화되고 있는 낙동강유역을 대상으로 인공위성 이미지영상을 이용하여 수질인자들의 농도측정을 수행하였다. 연구를 위해 사용된 인공위성은 NASA와 USGS가 공동으로 운용중인 Landsat 8 인공위성이다. Landsat 8의 11개 band 중 band2(Blue), band3(Green), band4(Red), band5(Near Infrared)를 사용하여 실제로 측정된 지점자료와 인공위성자료간의 상관관계를 규명하였다. 사용된 인공위성자료는 지점자료 날짜를 포함하는 총 4개의 연구날짜(2013/10/27, 2013/11/12, 2014/04/14, 2014/05/16)에 해당하는 위성이미지영상이다. Pearson상관계수를 통한 밴드와 수질인자간의 상관 결과, 본 연구지역에서는 $0.85-0.88{\mu}m$(band5)의 파장영역에서 클로로필-a와 부유물질이 가장 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 두 수질인자들은 band2, band3, band4에서도 비교적 높은 상관성을 보였으며, 이를 근거로 band combination, band ratio를 통해 클로로필-a와 부유물질의 회귀모델식을 유도하였다. 각각의 회귀모델식은 실제 측정된 데이터들과 비교 검증을 통해 4개의 연구기간 중 2013년 10월 27일, 2014년 5월 16일에 대해서 클로로필-a와 부유물질의 공간적인 분포양상을 시각적으로 도시화하였다.

본 연구에서는 두 지역의 실제 상수관망에 대해서 부정류해석을 수행하였고 각각의 상수관망에 필요한 부정류피해 최소화방안을 제시하였다. 첫 번째 대상지역은 베트남 호치민으로 148개 절점과 162개의 파이프로 이루어진 소블럭 상수관망이며 두 번째 대상지역은 파주시 광탄면으로 512개 절점과 527개의 파이프로 이루어진 세 개의 소블럭 상수관망이다. 두지역의 상수관망은 지형적면이나 규모면에서 다른 모습을 하고 있기 때문에 부정류해석 시 발생가능한 피해유형이 틀린 것으로 나타났다. 호치민의 경우 배수지의 높이가 낮고 도시 내 표고차가 없어서 관망 내 평균수압이 $1kg/cm^2$을 약간 상회하는 수준으로 수압이 낮고 수압차 역시 작다. 따라서 상수관망에서 일어날 수 있는 소요수량의 변화나 소화전 사용과 같은 작은 변화에도 역류발생이 빈번히 일어나는 것으로 나타났으며 역류발생이 잦은 파이프를 선정할 수 있었다. 상당히 많은 파이프에서 단기간 역류가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 짧은 기간에 발생하는 변화에 대한 단기간 역류는 교차연결(Cross-Connection)의 문제를 야기할 수 있다. 따라서 역류발생이 빈번히 일어나는 파이프 주위에 check valve나 역지밸브등의 설치를 통해 역류로 인한 피해를 최소화할 수 있다. 파주시 광탄면 지역의 소블럭 집합으로써 고저차가 많은 지역이다. 배수지 밸브개폐 시 발생 가능한 수충격에 대한 시뮬레이션과 펌프장정지로 인해 발생할 수 있는 수충격에 발생 시뮬레이션을 수행하였고 관망내에서 자주 발생하는 밸브개폐로 인한 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 광탄의 경우 수충격 발생위험 지점은 배수지 근처로 나타났고 수격압이 최대 $2.5kg/cm^2$에서 $3.0kg/cm^2$까지 발생 가능한 것으로 나타났고 밸브개폐시간이 1-2초 지연되어도 상당히 큰 수격압을 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 수충격압이 크게 발생할 수 있는 지역에 수충격피해 최소화를 위해 surge tank와 같은 장치를 설치해야 한다. 또한 발생가능한 수격압의 크기를 통계적기법을 통해 확률밀도함수로 나타낼 수 있었다. 이 결과는 앞으로 상수관망의 설계나 운영에서 수충격피해 방지 장치 및 설비를 시공할 때 장치의 규모나 용량을 결정할 때 유용한 정보가 될 것으로 판단된다.

최근 상수관망의 물 공급 과정에서 여러 가지 원인으로 인해 물의 손실에 따른 비용손실이 발생하고 있다. 급수시스템의 경우에는 파열 및 누수발생과 관련되어 사용되는 비용은 분실되는 물의 직적비용, 급수시스템 수리에 따른 공사비용, 공급중지와 관련된 사회적 비용이 있다. 파열 및 누수를 신속하게 감지하는 것은 물 손실에 의해 발생하는 직접 및 간접비용을 줄일 수 있다. 그러나 국내의 경우 정기적으로 매년 1회 시행되는 상수관로에 대한 누수탐지작업으로 신속한 감지 및 즉각적인 대처를 할 수 없는 실정이다. 본 연구에서는 수도관에서 발생되는 파열 및 누수를 탐지하기 위하여 블록 유입부에 설치된 유량계의 샘플링 간격의 영향에 대한 연구를 실시하였다. 적응칼만필터 알고리즘을 이용한 가변 샘플링 간격은 최대 최소 샘플링 간격과 정규화된 잔차의 상한값과 하한값 도입하여 제시하였다. 샘플링 간격의 효과를 강조하기 위해 사인 곡선, 사다리꼴 파열, 불규칙 잡음으로 구성된 가상의 유량 데이터로 알고리즘에 대한 검증실험을 진행하였고 실험 결과 샘플링 간격이 길수록 긴 시간 동안 누수 및 파열에 대한 작은 잔차를 발생시켰다. 모의실험결과 샘플링 주기를 변경함으로써 분석에 필요한 유량 데이터의 샘플수를 크게 줄일 수 있었다.

농촌용수는 자연계의 물순환과 융합한 형태로 반복과 순환의 특징을 갖고 있으며, 지역의 건전한 물순환 형성에 중요한 역할을 담당하고 있다. 또한 식량생산 기반으로서의 역할뿐만 아니라 환경 보전, 전통문화 및 지역사회 등과 밀접한 관련이 있어 사회적 자본으로서의 큰 역할을 하고 있다. 그러나 최근 쌀 소비의 급격한 감소로 논 경작면적이 축소되면서 밭 경작면적이 증가하고 있어 우리나라 농업형태가 논 관개 시스템에서 밭 관개 시스템의 특용작물 재배와 같은 첨단시설의 하우스 농업 형태로 변화하고 있음을 알 수 있다. 농촌용수의 활용은 감소하고 있고 관개 형태의 변화로 용수관리 시스템에 대한 중요성이 대두되고 있고, 관개시스템에서 농촌용수의 효율적인 이용을 위한 수로형태의 변화는 개수로 중심에서 관수로 중심으로 진화하고 있는 상황이다. 농촌용수를 저장, 운용 실태를 보면 노후 된 농업기반시설들로 인하여 저수량 감소가 발생하며, 확보된 용수를 재래식으로 운용함으로 인한 관리 손실발생으로 농촌용수 부족사태를 발생시키고 있으며, 농촌용수 관개를 위한 개수로에서의 용수 손실률은 약 15%에 달하며 이는 약 20억$m^3$으로 추정되고 우리나라 총 수자원의 6%에 해당되는 양이다. 본 연구에서는 관개지구의 급수관리 계획 및 사례 분석을 통해 기존의 모의에 의한 농촌용수 추정 값의 불확실성을 확인하고 실측에 의한 정량화 분석을 통해 관수로 시스템 구축의 타당성 제시 및 효과 분석을 하고자 한다.

하천과 해양에서 발생한 수질오염은 특성상 유속의 흐름에 따라 광범위하며 급속도로 퍼져나가기 때문에 이를 효율적으로 유지, 관리하기 위해서는 오염인자들에 대한 모니터링이 수행되어야 한다. 원격탐사 기술을 이용한 하천의 수질측정은 대규모지역으로 분포해있는 수질농도의 변화양상을 시 공간적으로 모니터링 하는 것이 가능하게 할 뿐 아니라, 사람이 접근하기 어려운 지역에는 직접취수를 하지 않음으로써 기존의 수질측정방법들에 비해 편의성을 높여 시간적, 경제적 측면에서 효율적이다. 이에 본 연구에서는 최근 수질오염이 심화되고 있는 낙동강유역을 대상으로 인공위성 이미지영상을 이용하여 수질인자들의 농도측정을 수행하였다. 연구를 위해 사용된 인공위성은 NASA와 USGS가 공동으로 운용중인 Landsat 8 인공위성이다. Landsat 8의 11개 band 중 band2(Blue), band3(Green), band4(Red), band5(Near Infrared)를 사용하여 실제로 측정된 지점자료와 인공위성자료간의 상관관계를 규명하였다. 사용된 인공위성자료는 지점자료 날짜를 포함하는 총 4개의 연구날짜(2013/10/27, 2013/11/12, 2014/04/14, 2014/05/16)에 해당하는 위성이미지영상이다. Pearson상관계수를 통한 밴드와 수질인자간의 상관 결과, 본 연구지역에서는 $0.85-0.88{\mu}m$(band5)의 파장영역에서 클로로필-a와 부유물질이 가장 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 두 수질인자들은 band2, band3, band4에서도 비교적 높은 상관성을 보였으며, 이를 근거로 band combination, band ratio를 통해 클로로필-a와 부유물질의 회귀모델식을 유도하였다. 각각의 회귀모델식은 실제 측정된 데이터들과 비교 검증을 통해 4개의 연구기간 중 2013년 10월 27일, 2014년 5월 16일에 대해서 클로로필-a와 부유물질의 공간적인 분포양상을 시각적으로 도시화하였다.

강우의 시 공간적 불균형이 심한 우리나라는 수자원 확보 및 관리가 어려움에 따라 신규 수자원 확보와 기존 수자원 관리의 중요성에 대한 인식이 높아지고 있다. 최근 대체수자원으로서 대두되고 있는 지하수는 지표수에 비해 이용지점에서 바로 취수하여 사용이 가능하다는 장점이 있으나, 오염이 진행되면 복구에 상당한 기간과 비용이 소요됨에 따라 철저한 관리가 필요하다. 특히 해안지역 수자원의 경우, 내륙지역에 비해 하천이 발달해 있지 않아 지하수에 대한 높은 의존도에 따른 수량적 문제와 해수와 접해있는 면적이 많음에 따라 지하수와 해수간의 유동으로 인한 수질적 문제로 지하수 관리가 더욱 어렵다. 이에 본 연구는 지하수유동해석프로그램인 Visual MODFLOW의 SEAWAT model을 이용하여 지하수위 변화에 따른 해수침투의 영향을 판단하고자 하였다. 연구지역은 태안지역의 근흥1, 근흥2 관측소의 지하수위 데이터를 사용하였으며, 2008 ~ 2014년 까지 매년 지하수위 변동에 따라 해수침투 영향을 분석하였다. 이와 함께 해수침투 영향 판단 인자인 EC, TDS는 각 관측소 데이터를 통한 환산 및 분석 진행하고, $Cl/HCO_3$ 몰비는 참고문헌을 인용하여 모델링에 의한 해수침투 영향과 관측자료 및 이온분석을 통한 영향을 비교하였다.

The aim of this paper is to numerically explore the feasibility of designing a Mini-Hydro turbine. The interest for this kind of horizontal axis turbine relies on its versatility. For instance, in the field of renewable energy, this kind of turbine may be considered for different applications, such as: tidal power, run-of-the-river hydroelectricity, wave energy conversion. It is fundamental to improve the turbine performance and to decrease the equipment costs for achievement of "environmental friendly" solutions and maximization of the "cost-advantage". In the present work, the commercial CFD code ANSYS is used to perform 3D simulations, solving the incompressible Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (U-RANS) equations discretized by means of a finite volume approach. The implicit segregated version of the solver is employed. The pressure-velocity coupling is achieved by means of the SIMPLE algorithm. The convective terms are discretized using a second order accurate upwind scheme, and pressure and viscous terms are discretized by a second-order-accurate centered scheme. A second order implicit time formulation is also used. Turbulence closure is provided by the realizable k - turbulence model. In this study, a mini hydro turbine (3kW) has been considered for utilization of horizontal axis impeller. The turbine performance and flow behavior have been evaluated by means of numerical simulations. Moreover, the performance of the impeller varied in the pressure distribution, torque, rotational speed and power generated by the different number of blades and angles. The model has been validated, comparing numerical results with available experimental data.

효율적인 지하수 관리를 위해서는 시공간적인 변동성을 고려한 지하수 함양량의 정량적 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 지표수-지하수 연동해석이 가능하며 토지이용 특성과 국내 토양특성을 가장 잘 표현할 수 있는 한국형 장기 유출 모형 SWAT-K를 이용하여 장성지역의 분포형 지하수 함양량을 산정하였다. 행정경계와 수자원단위지도에서 제시하는 표준단위유역을 기준으로 하여 장성군을 포함하는 유역을 SWAT-K 구동을 위한 모델영역으로 설정하여 주하도를 따라 13개의 소유역으로 구분하였다. SWAT-K를 구동하기 위해서는 기상 및 수문자료를 구축해야 하는데 강우량을 비롯하여 기온, 풍속, 일사량, 상대습도 등의 기상자료가 요구된다. 본 연구에서는 대상유역 내에 위치한 광주, 정읍 기상관측소의 자료를 이용하여 기상자료를 구축하였으며, 모형의 계산시간, 모형결과의 정확도 등을 판단하여 30m 공간해상도를 가지는 DEM을 300m 공간해상도로 가공하여 사용하였다. 토지이용도는 모의시 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있도록 중분류(1:25,000) 토지이용도를 사용하였다. 토양도는 국립농업과학원에서 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다. SWAT-K를 이용하여 장성군을 포함한 전체유역에 대해 지표수-지하수 통합 물수지 분석 결과(2005년~2013년) 연평균 강수량 대비 유출률은 63.0%, 증발산률은 34.6%, 함양률은 19.5%로 나타났다. 지표수 유출과정과 지하수위 변동을 동시에 고려하여 산정한 소유역별 연간 함양량 결과를 산정하였고, 총 13개의 소유역별 연간 지하수 함양량을 제시하였다. 또한 SWAT-K 모형을 이용한 모델 영역중 장성군에 속하는 행정구역별, 표준권역별 연평균 함양량을 산출하였으며, 그 분석 결과 장성군 평균 함양률은 20.3%로 산정되었다.

본 연구에서는 PMP 조건하에서 농업용 목적의 시례저수지의 가상붕괴에 따른 홍수파 해석을 통해서 하류부에 대한 수리학적 분석을 실시하였다. 그리고, 사력댐으로 구성된 댐 제체의 붕괴로 인한 유사 이송을 모의하고 이로 인한 하류부에서의 영향을 분석하였다. 이를 위하여 경상남도 김해에 위치한 시례저수지 유역을 대상으로 수리 수문자료 및 하천현황을 상세히 조사하고 댐의 가상 붕괴로 인한 하류부 홍수파 해석 및 댐 본체의 유실에 따른 유사의 이송으로 인해 발생 가능한 하류부에서의 영향을 분석하였다. 시례저수지의 댐 형식은 흙댐으로써, 구성방식은 침하량이 적은 중심코아형이며 댐 높이는 34.3 m, 유역면적은 3.13 km이다. 본 연구에서는 하천에서의 흐름과 유사이송 계산이 가능한 1차원 수치 모형인 CCHE1D를 이용하였다. 적용 모형은 확산파 및 동역학적 방정식을 모두 고려한다. 또한, 비평형 이송 모형을 사용하여 유사의 발생과 퇴적을 산정하고 비균질 상태의 유사 이송을 계산 하는데 있어서 하천 단면형의 변화와 하상물질의 구성 상태, 제방침식, 수로 확폭의 과정과 함께 산정된다. CCHE1D는 하상물질의 공극률과 non-equilibrium adaptation length, mixing layer thickness 등의 여러 변수들을 현재까지 개발된 식들을 제공하며, 토사이동해석을 위한 공식은 SEDTRA 모듈, Wu et al(2000) 공식, 수정 Ackers and White(1973) 공식, 수정 Engelund and Hansen(1967)이 사용된다. 비균질 유사이송과 bed deformation, bed-material sorting은 완전연계과정(coupling)로, 유사와 흐름방정식의 계산은 반연계과정(semi coupling)을 적용하여 계산하였다.

하천에서의 유사이송은 하상의 변화를 야기 시키고 하천의 흐름특성에도 영향을 미치는 주요 현상이다. 유사이송은 하상을 구성하고 있는 모래나 점토질 입자가 물의 흐름을 따라 이동하는 것을 의미하는데, 유사 입자가 균일하지 않고 재질 또한 다양하여 입자에 작용하는 외부 힘을 계산하기 힘들기 때문에 유사 이송을 예측하기에는 많은 어려움이 있다. 이런 이유로 좀 더 확실한 유사이송량을 추정하기위한 많은 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 1967년 Engelund와 Hansen에 의해서 개발된 공식을 이용하여 하상변동을 계산하였다. Engelund-Hansen 공식은 총유사량을 산정하는 과정에서 부유사량과 소류사를 구분하여 계산한다. 이 공식은 유사이송 함수를 유도하기 위해 수류력 개념과 상사원리를 이용하였다. 본 연구는 대상유역으로 금강 백제보 인근 10 km 구간을 선정하였고, 모의는 2014년도에 생산된 수문자료를 이용하였다. 유사이송은 대부분이 빠른 유속이 발생하는 홍수기에 집중된다. 그러므로 보다 정확한 하상변동을 파악하기 위해서는 홍수기를 포함한 장기간의 계산이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 모의기간을 365일로 결정하였다. 모의결과는 금강을 가로지르는 백제보가 하천의 흐름변화를 야기함에 따라 하류에서는 국부적인 세굴이 발생하는 것으로 나타났다. 특히 가동보 직하류에서 비교적 많은 세굴이 발생하였고 세굴 된 유사는 인근에 퇴적이 되고 있음을 알 수 있었다. 이런 국부적인 하상변동은 생태계의 불균형을 가져올 수 있으며, 하천구조물의 내구성을 약화시키는 요인으로 작용한다. 그러므로 이러한 재해를 예방하기 위해서는 하상변동의 예측이 필수적이다.

산지가 많은 우리나라에서 도로는 필연적으로 산지부를 지나가게 되어 토석류에 취약한 문제점이 있다. 2000년대 초반이전까지만 해도 통계자료조차 없었던 도로 인접지에서의 토석류의 발생이 최근 늘어나고 있는데 반해 도로에서의 토석류에 대한 연구는 초기단계에 있다. 도로에서의 사례를 제외하고 보면 2011년 발생한 서울 우면산에서의 토석류 발생 등 일부사례를 중심으로 발생 거동 해석을 수행한 연구결과가 있으나 이러한 연구 결과를 도로에 직접적으로 적용하기에는 어려움이 있다. 특히 도로에서 발생한 토석류에 대한 거동 분석을 수행할 필요가 있으나 이와 같은 문제로 인해 실제 도로에서 발생한 토석류 사례에 대한 거동 분석은 현재까지 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 GIS를 이용한 지형분석 및 HEC-HMS를 이용한 수문분석을 실시하였고, 미연방재난관리청(FEMA)의 홍수보험지도와 하천재해해석을 위한 공식 인증 프로그램으로 등록되어 있는 토석류 거동 해석 프로그램인 FLO-2D을 이용하였다. 실제 도로에서 발생한 토석류 사례에 대하여 FLO-2D 모형을 이용하여 거동을 해석하고, 해석결과를 실제 발생한 토석류 자료와 적합도 분석을 수행하였다. 또한, 국내 도로 인접지에서의 토석류 해석에 대한 FLO-2D 모형의 적용 가능성에 대하여 연구하였다.

도심지에서의 우수관거시스템의 경우 적정 설계빈도 기준에 따라 유입량에 따른 적정 통수능을 확보할 수 있도록 설계되고 있다. 유입량에 동반되는 토사량의 경우 관내 퇴적 방지를 위한 적정 설계유속 조건 반영을 통해 관내 퇴적이 이루어지지 않도록 고려하고 있다. 그러나 2011년 7월 우면산 토사피해, 2014년 8월 금정산 토사피해와 같이 실제 발생한 주요 침수피해들의 경우 다양한 피해발생 원인들 중 관로 내 토사퇴적에 따른 우수관로의 통수능력의 저하되는 문제점이 지적되었다. 설계 시 적절히 고려하지 못한 토사의 유입은 관내 토사 퇴적으로 이어지고 결과적으로 통수단면 저하에 따른 월류발생 및 도심지 내 침수피해가 발생으로 이어지게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하고 기존 관거의 통수능력을 적절히 확보하기 위해서는 관거 내의 퇴사량에 대한 분석과 이를 고려한 관로 설계가 필수적이다. 도시유역에서 일반적인 우수관거로 유입되는 토사의 경우 산지유역과 달리 비교적 작은 입경을 가진 토사들로 구성된다. 즉, 유입되는 토사량에 있어 입경의 적정 크기 및 분포에 따라서 관거내 토사 퇴적량이 달라지게 되며 이를 해소할 수 있는 유속 범위에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 토사 입경별 관내 유속에 따른 퇴적양상을 검토하기 위하여 특정 제원의 관거 및 우수관거로 유입되는 토사의 입경들을 기준으로 관내 수심의 변동에 따른 우수관거를 지나는 각입자별 부유 퇴적의 기준이 되는 한계유속 조건을 산정하였으며, 이를 고려한 관거의 경사도 조정을 통해 설계유량에 따른 관거 내 토사퇴적량 변화를 살펴보았다. 이때, 관로내에 일정량의 토사가 지속적으로 유입되는 것으로 가정하였으며, 유입되는 토사의 입경을 0.1mm~30.0mm까지 세분화하여, 유입되는 토사 전량에 대한 입경을 하나의 입경으로 고정시킨 조건으로 관내 유속에 따른 퇴적 양상의 변화를 검토하였다. 향후 해당 조건을 반영한 설계방안의 경우 설계강우에 대한 고려를 통하여 신뢰도 측면에서 관거내 토사의 퇴적과 유속 관계에 대한 분석을 바탕으로 이루어져야 하며, 이를 통하여 일반적인 관거의 설계 기준이 수립될 필요가 있다고 판단된다.

기존 토사유출실험 연구는 대체로 유출구에서 유사의 총량을 일정한 시간 간격으로 측정했다. 이 같은 방식으로는 총 토사유출량의 시간적 변화는 알 수 있으나, 토사유출의 공간적 분포 변화는 알 수 없기 때문에 토사유출의 취약지점을 파악하고 이를 제시할 수 없다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고자 입체사진측량 기법을 도입하여 토사유출의 공간분포를 측정하고 각 지점이 총 토사유출량에 기여하는 정도를 파악하였다. 토조($2m{\times}1m{\times}0.3m$)로부터 약 1.5 m 높이에서 고해상도 디지털 카메라를 이용하여 토조 내 표면을 촬영하였고, 입체사진측량 기법을 이용해 토조 내 수치표고모형(Digital Elevation Models)을 추출하였다. 수치표고모형 추출 과정에서는 고도값의 오차 범위를 확인하였고 격자 해상도를 다양하게 설정하면서 최적의 격자 해상도를 평가해보았다. 최종적으로 구한 일련의 수치표고모형으로부터 토사유출의 시공간적 변화를 파악할 수 있었으며, 이는 토조 내 토사유출 과정에 대한 보다 세밀한 이해를 가져올 것으로 기대된다.

부유사량을 알기위해 측정하는 방법은 여러 가지가 있다. 대표적인 방법으로는 측정기기를 이용하여 수심에 따라 일정하게 시료를 채취하는 방법과 일정 수위에서 포인트 개념으로 시료를 채취하는 방법이 있다. 이 측정법들은 일반적으로 수심에 따른 유속과 부유사농도가 다르게 나타나기 때문에 오차를 최소화하기위해 측정하는 방법들이다. 홍수 시 부유사량 농도는 유역특성, 하상재료, 강우특성 등에 따라 부유사농도가 다양하게 나타나지만 측정현장에서 발생하는 부유사농도는 사람의 시각적으로 판단 할 수 없을 정도의 황토빛 흐름이 발생한다. 또한, 여러 안전상 문제점이 발생하기도 하며 수위 상승부에서는 수위가 급격히 증가하는 현상을 보여 측정에 어려움이 발행하는 등 예상할 수 없는 여러 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 부유사량 채취 시 표면채취법과 수심적분법을 비교 검토하여 차이점을 분석하고 부유사량 산정 및 측정지점의 특성을 확인하여 보았다.

하천 유사량 자료는 하천의 이 치수 목적으로 활용할 수 있는 기본 자료중 하나로서 하상변동 예측, 저수지 퇴사량 추정, 하도 계획과 설계, 유사조절 계획 수립 및 기타 구조물 등의 영향 평가 등 다양하게 활용할 수 있다. 정도 높은 유사량 자료를 측정하기 위해서는 현장측정부터 분석까지 정확한 과정과 세밀한 준비가 필요하다. 본 연구에서는 정도 높은 유사량 자료를 생산하기 위하여 국가 유사량 관측망 중 19개 지점(율극, 점촌, 일선교, 구미, 왜관, 선산, 죽고, 진동, 개진2, 정암, 회덕, 마륵, 나주, 학교, 남평, 영수, 선암, 구례2, 죽곡, 용서, 곡성)에 대하여 부유사량 특성분석을 수행하고 이를 반영하여 유량-부유사량관계곡선식을 개발하였다. 유사량 측정과정은 사전조사, 현장측정, 실험실분석, 모형적용 단계를 거친다. 사전조사 단계에서는 현장에 대한 현장안전, 지점특성 등의 현장관련 정보를 수집하여 현장측정 계획을 수립한다. 현장측정 단계에서는 사전에 유량측정 자료를 이용하여 측선을 나누는 등유량법과 등간격법을 사용하였으며, ISO 기준 이상의 5~8개 측선을 나누어 측정하였다. 측정장비는 D-74 부유사 채취기를 이용하여 왕복수심적분법으로 부유사량 샘플을 채취 하였다. 실험실분석은 유량조사사업단 유사분석센터에서 채취 시료에 대한 농도, 레이저 회절법을 이용한 부유사입도분석, 하상토분석(체분석)을 실시하였다. 또한, 유량-부유사량 농도 변화양상과 부유사량 특성분석을 이용한 부유사량 측정결과를 평가하였고 각 지점의 부유사량특성을 잘 나타낼 수 있는 지수식($Q_{ss}=aQ^b$)을 이용하여 유량-부유사량관 계곡선식을 개발하였다.

강이나 하천에 이수 및 치수의 목적으로 소규모 댐이나 보 등의 수리구조물을 설치한다. 수리구조물의 상하류부에는 하천 하상의 극심한 침식인 국부세굴현상을 방지하여 수리구조물의 안정성을 확보하기 위해 하상보호구조물을 설치하는데, 특히 하류부에 설치하는 하상보호구조물에는 크게, 다양한 형식과 크기의 물받이공, 에너지 감세공, 그리고 끝턱구조물 등이 이에 속한다. 지금까지 국내 외 수리구조물 설계지침에서는 하상보호공의 적절한 길이규모를 산정하기 위한 다양한 공식이 개발 및 적용되었지만, 최근 들어 다양한 목적을 위해 복잡해진 수리구조물의 형식과 다양한 운영방식에 따른 수리학적 분석내용이 적절하게 반영되지 않은 경험공식이 대부분 적용되었다. 따라서 예상보다 매우 큰 하상유실이 발생 하여, 하상보호구조물의 설치역할을 제대로 수행하지 못하고 오히려 수리구조물의 안정성에 위협을 주는 주요한 요인이 되었다. 그리고 최근 국내에는 4 대강 유역에 16개 중 대규모의 다목적 보가 설치되었으나 앞서 언급한 바와 같이 미흡한 설계지침을 기반으로 설치된 보 및 하상보호구조물의 기능이 저하되어 극심한 세굴현상이 발생하였다. 또한 이를 보강하기 위한 추가적인 공사 등으로 경제적인 손실을 야기하였다. 반면 외국의 최근 설계지침에는 하상보호구조물 하류부에서 발생하는 평형최대세굴심의 규모를 고려하거나 흐름 및 난류분포를 고려한 수리학적 분석이 반영되어 있지만 국내 설계지침에는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 국내 설계지침의 한계를 조사하고 현재 외국에서 적절하게 제안되어 적용 중인 하상보호구조물 설계지침을 검토하였다. 특히 수리학적 거동특성과 유사분포 특성이 고려된 최대세굴심 산정공식과 설계지침을 검토하였고, 평형상태에 도달한 세굴공 내에서의 수리학적 특성을 고려하여 하상보호구조물의 길이를 적절히 산정할 수 있는 기존 연구결과를 토대로, 하상보호구조물 길이 산정공식을 제안하였다. 본 연구에서 검토된 외국 설계지침과 함께 수리학적 거동특성이 고려된 하상보호구조물의 길이 산정공식은, 향후 수리구조물의 안정성 확보를 위한 하상보호구조물의 설계에 반영될 필요가 있으며, 이를 통해 수리구조물의 효율적이고 경제적인 유지관리를 위해 적절히 활용될 수 있다.

2002년 태풍 "루사", 2003년 태풍 "매미", 2004년 태풍 "메기" 등의 강력한 호우사상은 경포호 일대에 큰 홍수피해를 가져왔다. 경포호 및 경포천 홍수 피해를 방지하기 위해 경포천 수계 수해방지 대책 수립을 통해 과거 경포호 농경지로 활용되던 약 289천$m^2$의 부지에 경포습지를 조성하고 경포호를 포함한 총면적 1,347천$m^2$의 경포유수지 기능을 부여하였다. 경포유수지는 경포천 운정교 하류부의 계획홍수량 중 일부를 분담하여 경포천 본류의 첨두홍수량을 저감시킬 목적으로 조성되었다. 새롭게 조성된 경포유수지의 안정적인 운영을 위해서는 경포천 계획홍수 발생 시 경포유수지의 운영에 따른 경포호 수위변동으로 주변에 미치는 영향의 검토는 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 경포천 계획홍수 발생 시 경포유수지의 홍수분담능력에 따른 경포호 주변과 경포천 하류부에 미치는 영향을 분석하였다. 분석은 수치모의를 통해 이뤄졌으며, 2차원 수치해석 모형인 RMA-2 모형을 사용하였다. 모의 결과 경포유수지의 홍수분담능력이 커질수록 경포호의 수위는 증가하며, 경포천 하류부의 수위는 감소하였다. 또한 모의한 결과를 통해 경포천과 경포호 상호 간에 미치는 영향을 분석하여 경포유수지의 적절한 홍수분담량을 제시하였다.

사주의 거동은 하안침식과 하도의 변화를 일으키며, 치수적으로 많은 문제를 일으키고 있다. 수제는 저수로의 이동과 하안침식을 억제하고 저수로를 안정화시키는데 구조적 대안으로 적용되고 있으나 수제에 의한 사주의 변화 과정을 정량적으로 연구되지 않고 있으며, 명확한 설계기준을 제시하고 있지 않은 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 수심적분 2차원 수치모형인 Nays2D를 이용하여 수제에 의한 사주의 변화와 이동 특성을 분석 하였다. 수제 설치 후 사주의 이동은 일정하지 않고, 파장의 변화도 일정하지 않는 것으로 나타났다. 무차원 수제의 길이가 증가함에 따라, 수제의 하류에서 사주의 형상은 변화되며, 이동 특성에 영향을 주었다. 특히, 무차원 수제의 길이가 0.6일 때에는 고정사주로 변화되는 것을 알 수 있었다. 또한 무차원 수제의 길이가 증가함에 따라, 사주의 파장은 증가하고, 사주의 이동속도는 감소하는 특성을 보여주고 있다.

본 연구에서는 수심적분 2차원 수치모형인 Nays2D를 이용하여 수공구조물(낙차공)이 사주의 거동과 하천의 평면변화에 미치는 영향을 분석하였다. 길이 20m, 저수로 폭이 0.48m, 좌우안 홍수터 폭이 0.26m인 복단면 하도에서 낙차공에 의한 사주의 변화를 파악하기 위한 실험결과와 수치모의 결과를 비교하여 그 적용성을 검증하였다. 최심 하상고의 변화와 교호사주의 발생을 모의하였으며, 실험결과와 잘 일치하였다. 하폭이 상대적으로 넓고 수심이 얕은 복렬사주가 발생하는 조건에서 사주의 거동을 파악하기 위한 수치실험을 수행하였으며, 상류에서 발생한 사주의 형상이 낙차공 하류의 하도변화에 영향을 미치는 것을 파악하였다. 낙차공 상류와 하류에서 교호사주가 발달하였으며, 낙차공 상류에서 발달한 사주의 형상을 반영하여 낙차공 하류에서 교호사주가 형성되었다. 사주의 파장은 낙차공 상류의 파장보다 낙차공하류에서 짧고, 사주의 파고는 낙차공 하류에서 파고보다 상대적으로 높다. 또한 사주의 이동속도는 낙차공 상류보다 하류에서 빠른 특성을 보여주고 있으며, 낙차공에 의하여 흐름이 강하게 교란되면서 하류에서 사주가 형성되는 영향을 주기 때문으로 판단된다.

하천의 지류와 본류가 만나는 합류부 구간은 본류와 지류에서 유입되는 유량의 크기가 달라 복잡한 흐름을 형성하게 된다. 합류부 구간의 흐름특성 변화는 합류부 하상 및 하안의 지형학적 변화에 영향을 미칠 수 있으며 이러한 국부적인 구간에서 발생하는 하상변동 및 하안침식은 급격한 하도의 평면적 변화를 야기할 수 있다. 하상변동과 하안침식은 독립적으로 발생하는 것이 아니라 하도침식과 퇴적 그리고 하안침식과 퇴적이 상호작용하여 하천의 지형학적 변화를 야기한다. 따라서 합류부 구간의 하도 안정성을 확보하기 위해서는 합류부 구간에서 발생하는 하상변동과 하안침식을 연계한 정량적 분석이 필요하다. 본 연구에서는 하안침식과 하상변동이 상호작용하여 하천의 지형학적 변화를 야기할 것으로 예상되는 합류부 구간에 대해 2차원 수치모형인 CCHE2D를 활용하여 하안침식을 연계한 하상변동 분석을 수행하고자 한다. 대상구간은 4대강 살리기 사업 후 합류부 지점에서의 하상침식이 지류 하천 상류 방향으로 전이되는 두부침식 현상이 발생한 지점으로 하상유지공 유실 및 하안침식 문제가 발생하고 있는 남한강과 금당천 합류부 구간이다. 흐름 모의 조건은 4대강 살리기 사업 후 해당구간에서 발생한 가장 큰 홍수 사상인 2013년에 발생한 유량조건을 본류에서 유입되는 유입 유량으로 선정하였으며, 유량-유사량 관계식은 합류부 구간에서 약 9.3 km 떨어진 청미천 원부교 지점의 관계식을 사용하였다. 또한 유사이송공식은 CCHE2D 모형에서 선택 가능한 공식들 중 대상 하천에서 측정한 유사량과 가장 근사한 값을 제시하는 Wu et al.(2000) 공식으로 선택하였으며, 유사이송형태는 총유사량 조건을 적용하였다. 본 연구를 통해 하천과 지류하천이 만나는 합류부 지점에서의 하안침식에 의한 영향을 분석하고 평면적 지형변화를 실제 현상과 유사하게 재현한 수치모의 결과는 하도안정화 대책 수립에 적극 활용할 수 있을 것이다.

충적하천에서 발생하는 하천의 침식과 퇴적은 흐름을 통해 발생하는 자연적인 현상이다. 침식 및 퇴적에 대한 수치모형을 이용한 분석은 하천에 존재하는 보와 같은 수리구조물들의 유사이송에 대한 영향을 연구하는데 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 낙동강에 위치한 강정고령보에서 달성보 구간을 대상으로 보 건설 후 다기능보 운영을 통해 발생되는 하상변동에 대해 다양한 유사량 산정 공식별 대상구간에 대한 하상변동양상을 파악하고 실측자료와의 비교를 통해 실제 한천에서의 수리구조물 영향을 고려한 하상변동 예측에 대한 HEC-RAS 모형의 적용성을 평가하였다.

The results of flow feature around two circular cylinders in various arrangements are carried out using two-dimensional simulation at Reynolds number of 200. In this work, time-averaged fluid force acting on the upstream and downstream cylinders were calculated for staggered angle ${\alpha}=0{\sim}90^{\circ}$ in the range of L/D = 1.1~5, where ${\alpha}$ is the angle between the free-stream flow and the line connecting the centers of the cylinders, L is centre-to-centre distance and D is cylinder diameter. The dependence of magnitudes and trends of fluid force coefficient on the spacing ratio L/D and ${\alpha}$ are discussed. In all arrangements of two cylinders, tandem arrangement (${\alpha}=0^{\circ}$) is the case produced a minimum drag coefficient for downstream cylinder. Moreover, the locations of separation and stagnation points or pressure coefficient on surface of the cylinder were examined. Acknowledgement: "This research was a part of the project titled 'Development of integrated estuarine management system', funded by the Ministry of Oceans and Fisheries, Korea."

행주대교 하류 약 3km 지점에 위치한 신곡수중보는 한강종합개발 사업 중 하도정비로 인한 상시수위 저하로 인해 발생하는 문제를 해결하기 위해 설치되었으며, 취수장의 취수심 확보, 주운수심 확보, 염수 역류에 의한 생태계의 변화 방지, 하천 주면의 지하수위 저하 방지 목적으로 건설되었다. 본 연구에서는 신곡수중보의 존치, 이전 혹은 철거로 인한 수질변화를 모의를 실시하였다. 한강 본류와 임진강 합류를 고려하여 총 495개 수질모의 셀을 구성하였고, 수질모의를 위한 WQ Cell은 길이가 100 m~340 m로 임진강 47개, 한강 448개로 총 495개의 셀로 구성하였으며, 주요 지천이나 오염원으로 신곡보 하류에는 공릉천, 신곡보와 잠실보 사이에는 창릉천, 서남과 난지물 재생센터, 안양천, 홍제천, 중랑천, 탄천, 잠실보 상류에는 왕숙천, 월문천, 덕풍천 등 9개 지천과 2개 물 재생센터를 포함하였으며 잠실보 상류에서의 생활용수 취수를 고려하였다. 수온, BOD, 조류의 경계조건은 환경부에서 제공한 2011년 3월과 4월의 측정자료를 사용하였다. 그 결과, 신곡보 철거시 수온의 변화는 서해로부터의 차가운 해수의 역류 증가로 임진강, 파주, 전류, 장항습지까지 수온이 최대 $0.94^{\circ}C$ 크게 하강할 것으로 나타났으나 행주, 가양, 영등포는 오히려 수온이 $0.03{\sim}0.04^{\circ}C$ 미미하게 상승할 것으로 나타났으며 현재의 신곡보가 수온의 급격한 변화를 완층하는 역할을 담당하여 왔으나 보가 철거되면서 이러한 수온 완충역할이 사라지기 때문으로 분석되었다. 신곡보 철거시 BOD 농도의 변화는 잠실보 하류쪽으로는 BOD 농도가 최대 1.02 mg/l 감소하는 등 전반적으로 수질이 크게 개선될 것으로 나타나는 반면 잠실보 상류쪽으로는 BOD 농도가 최대 0.56 mg/l 증가하며 현재의 1급수 수질에서 2급수로 수질이 악화되어 상수원 수질 관리가 어려울 것으로 예상되었다. 신곡보 철거시 조류 농도의 변화는 잠실보 하류쪽으로 조류 농도가 최대 1.85 mg-A/l 감소하는 등 전반적으로 수질이 크게 개선될 것으로 나타나는 반면 잠실보 상류쪽으로는 조류 농도가 최대 0.40 mg-A/l 증가하며 고조위 기간에는 조류주의보 기준 1.5 mg-A/l를 초과하는 경우도 발생하여 상수원 취수에 문제가 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다.

일반적인 다목적댐은 홍수 발생 시 본댐으로 유입되는 부유쓰레기 및 잡목 등을 차단하기 위하여 댐 상류에 차단망을 설치하여 1차적으로 사전 방지하고, 홍수기 이후 선박으로 부유물을 수거하여 재활용, 소각 등으로 처리하는 시스템이다. 그러나 본 연구의 대상인 한탄강댐은 홍수조절용 댐으로서 수위 변화 폭이 매우 크고 정상 조건(비 홍수기)시는 대규모 홍수터가 드러나기 때문에 댐 유지관리 방법이 상이하며 한탄강 본류 구간은 하폭과 수심 등 하도의 불규칙성과 만곡부에서 유수의 흐름이 한쪽으로 쏠리는 편기 현상이 발생하는 등 복잡한 수리현상으로 인하여 부유쓰레기의 분포를 판단하기 어려운 지역이다. 따라서 본 연구에서는 부유쓰레기의 유동을 모의하기 위하여 HEC-HMS 모형과 $Vflo^{TM}$ 모형을 활용하여 본류와 지류의 빈도별 홍수량 분석을 실시하고, EFDC 3차원 동수역학 모형을 적용하여 홍수조절용지 내 부유쓰레기의 유입 경로 및 정체 구역을 분석하여 효과적인 쓰레기 처리 방안을 제시하고자 하였다. 분석 결과, 소규모 빈도 홍수(2년, 5년)의 경우 중 상류 지류의 부유쓰레기는 거의 유동하지 못하고 하도의 만곡의 영향을 받아 부분적으로 높은 밀도로 고착될 것으로 모의되며, 특히 본류와의 합류점 부근에 도달한 부유쓰레기는 유로 폭이 급확대되어 유속이 거의 없는 사수역 구간으로 변함에 따라 본류 배수위 영향으로 불규칙하게 맴돌다가 고착되는 것으로 모의되었다. 중규모 홍수(25년, 50년)의 경우, 상류부의 부유쓰레기의 분포는 소규모 홍수 시와 유사한 패턴을 보였으나 중류부에서 홍수파가 본류 하도를 월류하여 홍수터로 넓게 범람하는 지역에서는 소규모 홍수 시 본류 하도 양안에 분포하던 부유쓰레기가 홍수터 쪽으로 밀려가서 고착되는 경향을 보였다. 대규모 홍수(100년, 200년)의 경우, 댐과 인접한 분석 구간 하류부는 댐 배수위의 영향을 가장 크게 받으며 수심이 깊어 흐름이 가장 정체되는 구간으로 본류와 지류 모두 다량의 부유쓰레기가 분포할 것으로 분석되었다. 분석 구간 중류부는 홍수 규모가 증가함에 따라 넓은 홍수터로 침수범위가 급격하게 증가하며 이에 따라 부유쓰레기가 분포할 수 있는 면적이 크게 증가할 것으로 분석되었다. 또한 분석 구간 상류부는 협곡을 이루고 있어 홍수규모가 증가하더라도 침수범위와 부유쓰레기의 분포면적에 큰 변화가 없을 것으로 분석되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 댐의 치수 문제가 발생하지 않도록 효과적으로 수거 처리 할 수 있는 부유쓰레기 적치장 및 차단 시설의 적정 설치 위치를 파악하였다.

홍수 저감, 생태계 복원, 위락 등 다양한 목적의 충족을 위해 강변에 저류지, 즉 다목적 유수지(detention basin)를 조성하는 사례가 나타나고 있다. 하천에서 홍수의 발생으로 수위가 어떤 기준보다 높아지면, 흐름의 일부를 돌려 저류지로 보냄으로써 본류의 부담을 덜 수 있다. 이때, 흐름의 분기를 위해 설치되는 하천구조물 중 하나가 측면 위어(side weir) 또는 횡월류 위어(side discharge/overflow weir)이다. 하천의 계획과 설계에서 위어가 적용될 때, 위어에 대한 수위-유량 관계, 즉 그 형식과 제원에 적합한 유량계수(discharge coefficient)의 결정이 관건이 된다. 일반적인 위어와 달리 흐름 양상이 복잡한 측면 위어의 경우, 이론과 실제의 괴리가 아직까지 해소되지 않아 실물 또는 3차원 수치 모형을 이용한 시험으로 수위-유량 관계를 수립할 필요가 있다. 이렇게 결정된 수위-유량 관계는 1차원 또는 수심적분 2차원 모형의 내부 또는 외부 경계로 사용되며, 본류의 수위 증감에 따른 측면 위어의 횡월류량을 통해 저류지의 홍수 조절 능력을 평가할 수 있다. 이 연구에서는, 측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 2차원 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률(flux)의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하였다. 먼저, 측면 위어가 없는 실험 조건에 대해 수로 내 한 측선에서 측정된 수위와 유량을 모의 결과와 비교하여 모형을 검증하였다. 이때, 경계조건으로 상류 끝에 측정 유량을, 하류 끝에 측정 수위를 부여하였으며, Manning의 조도계수를 0.014로 설정하였다. 또한, 측면 위어가 설치된 수로에 대해 계산 영역을 340개의 삼각형 격자로 분할하고 측면 위어가 없는 경우와 동일한 조건을 두어 모의하였다. 측면 위어의 하류에 위치한 측선에서 측정치에 대한 평균 제곱근(root mean square) 오차가 수위에 대해 1.9 mm, 유량에 대해 $2.2{\ell}/s$로서 그림과 같이 모의 결과는 실험의 그것과 잘 일치하였다. 이로써, 측면 위어에 대한 수위-유량 관계의 수립을 위한 실물 모형 시험 없이 수심적분 2차원 수치모의를 통해 저류지의 홍수 조절 효과를 평가할 수 있음이 확인되었다.

하천으로 유입되어 수질 오염을 야기하는 오염원은 오염 배출원이 명확하여 하나의 점으로 나타낼 수 있는 점오염원(Point Source)과 오염원이 명확치 않은 비점오염원(Non-point)으로 구분된다. 생활하수, 축산폐수와 같이 오염원이 명확한 점오염원은 하천 유입 이전에 처리장을 거쳐 정화작업이 가능한 반면, 비점오염원은 오염원이 명확치 않아 처리에 어려움이 따른다. 또, 오염물의 양과 이동 경로가 예측이 불가능하고 강우시에는 특별한 처리 없이 하천으로 바로 유입된다. 비점 오염원의 종류는 토사, 영양물질, 유기물질, 농약, 바이러스 등 다양하다. 이 중에서 토양에 흡착되어 이동하는 질소와 인은 하천으로 유입되어 부영양화를 야기하는 특성이 있어 더욱 처리가 필수적이다. 이러한 비점오염원으로 인한 수질 오염을 줄이기 위해 여러 최적관리기법(Best Management Practices, BMPs)이 제시되어 있으며 오염 물질의 하천 유입을 차단하는 것에 중점을 둔다. 가장 널리 이용되는 방법으로는 비점오염원 저감시설 중 하천변에 식물체를 설치하여 토양의 유실을 막는 식생대(Vegetative Filter Strip, VFS)가 있다. 식생 밀집 지역의 설치를 통해 표면 유출을 차단하고 토양 유실 감소와 수체로의 오염물질 확산을 막을 수 있다. 이에 VFSMOD-w를 이용하여 강우시 식생대를 통한 토양 유실 감소 효율에 대한 연구를 수행하였다. 연구 대상 지역으로 비교적 수문 및 토양 자료가 풍부한 청미천 유역을 선정하였다. 그 결과, 식생대의 길이와 식생대 내 식물체의 파종간격이 가장 지배적인 영향을 미치는 것이 확인된다. 이때, 식물체의 종류는 식물체 파종으로 인해 변화되는 토양의 수정된 Manning의 조도계수로 구분한다. 모든 강우 및 식물체 조건이 동일할 때, 식생대 내 식물의 파종 간격이 좁고 식생대의 길이가 길수록 토사 저감 효율이 증가하는 결과가 도출되었다. 식물체의 높이, 식물체의 종류 및 식물의 파종간격이 입력 자료로 요구되나 이 중 식물체의 높이는 토사 저감 효율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또, 동일한 강우 조건에서 식생대의 길이가 0.5 m에서 1.0 m로 2배 증가하였을 때 토사 저감 효율이 두 경우 모두 95% 이상의 효율을 보이는 것이 나타났다. 이는 식생대의 길이가 증가할수록 토사 저감 효율이 증가하나 일정 길이 이상이 되면 대부분의 토사가 저감되는 것을 의미한다. 결론적으로 식생의 파종 간격이 좁을수록 토사 저감 효율이 증가하더라도 식물체의 성장을 고려한 적절한 파종 간격을 선정하여야 한다. 즉, 식생대의 설치는 적절한 파종 간격 및 식생대 길이를 식생대 설치지역의 강우 특성에 따라 결정지어야 한다고 판단된다.

우리나라는 매년 하절기에 급격한 강우로 인해 홍수의 발생빈도가 급격히 높아지고 있다. 이러한 홍수 발생으로 인한 재산 인명의 피해는 연평균 약 2조억원에 달하고 있다. 이러한 홍수 피해를 방지하기 위해 다양한 연구를 하고 있으며 본 연구에서는 홍수 흐름의 정확한 예측을 통해 홍수 피해 저감을 목표로 하고 있다. 기존의 연구에서는 홍수 흐름 예측을 하는데 있어 부정류 상태로 흐르는 홍수량에 따른 범람의 위치와 범위를 산정하는 것에 중점을 두었다. 그러나 홍수의 흐름은 물에 토사가 섞여 흐르는 혼합체의 흐름이기 때문에 홍수위 모의하는데 있어 물성치도 고려되어야 한다. 이러한 물성치 변화에 따라 홍수 흐름도 영향을 받을 것이라 생각하여 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서 Non-Newtonian 특성을 고려하기 위해 Non-Newtonian 흐름과 일반적인 홍수 모의가 가능한 수치모형을 사용하였다. 사전 연구로 일반 사행수로 형태를 구성하고 사행수로에서의 흐름 물질을 달리하여 흐름 모의를 수행하였다. 흐름물질은 크게 물과 토석류로 나뉘고 토석류는 항복응력과 점성 등을 달리하였다. 또한 다양한 유량으로 흐름 모의를 하여 흐름 범람 시의 특징도 비교해 볼 수 있었다. 모의 결과 사행수로에서 흐름의 차이를 볼 수 있었으며 다양한 형태로 결과를 분석해 보았다. 흐름의 속도와 수심을 다양한 흐름 단면으로 비교하였고 범람되는 지역의 범위와 위치도 비교해 볼 수 있었다. 이러한 흐름 특성은 사행수로에서 곡률이 있는 부분에서 확실하게 확인할 수 있었으며, 홍수 흐름을 모의할 때 Non-Newtonian 특성과 같이 흐름에 영향을 미칠 수 있는 다른 특성에 대해도 고려해야 한다는 연구 가능성을 제시할 수 있었다.

기상이변에 따른 강우강도의 증가는 국지성 집중호우로 나타나게 되고, 이러한 강우양상은 하천에서의 홍수위 증가로 나타나 여러 가지 하천재해가 발생하게 된다. 본 연구에서는 대하천으로 유입되는 지류 합류부에서의 수리학적 특성을 살펴보기 위한 사전 연구로 비교적 규모가 큰 지류하천에 대한 부정류 모의를 수행할 수 있는 홍수추적모형을 구축하였다. 대상 하천은 지류 내 하도가 루프의 형태를 띠고 있는 밀양강을 대상으로 선정하였다. 낙동강의 제1지류인 밀양강에서 낙동강 합류부로부터 30.74 km 상류에 위치한 밀양강의 상동수위관측소를 상류단으로 선정하고 낙동강과 합류하는 밀양강 하류단을 대상구간으로 선정하였다. 상류 경계단인 상동수위관측소에서 측정된 수위자료는 유량자료로 환산하여 상류단 경계조건으로 사용하였으며, 하류단 경계조건은 낙동강 본류의 수산교 수위관측소와 삼랑진 수위관측소에서 측정된 수위자료를 밀양강 합류부까지의 거리 보정을 통해 밀양강 하류단의 수위자료로 사용하였다. 그림 1은 밀양강의 상동수위관측소에서부터 낙동강 합류부까지 구간에 대한 모식도를 나타내고 있으며, 그림 2는 밀양1 지점에 대한 모의결과를 나타내고 있다. 단장천 유입 이후 밀양강 본류가 두 개의 루프형으로 분류되었다가 다시 합류하는 하도의 형태를 가지고 있어 보다 복잡한 검증과정이 요구되었다. 본 연구에서 구축된 밀양강에 대한 수리학적 해석모형은 지류 합류부에서의 배수영향에 의한 수리특성을 분석하는데 활용될 것이다.

최근 기존의 SMS(Surface Modeling System) 모형에 Tuflow모듈이 추가된 형태로 새로운 버전이 출시되면서 윈도우버전에서 2차원 홍수범람모의가 가능하게 되었다. 따라서, 본 연구에서는 Tuflow모형이 추가된 SMS ver.11.2.7을 활용하여 2차원 홍수범람 분석을 실시하고 이에 따른 2012년에 발생한 실제 침수구간과의 비교를 통하여 Tuflow모형의 실제 적용성을 검토하고자 하였다. 적용대상유역은 2012년도 침수가 발생하였으며, 전제 침수 지역 21개 중 하천내 수문을 통하여 침수가 발생한 지역, 내수침수가 발생한 지역 등을 제외한 순수하게 하천의 범람으로 인한 침수구역인 2개 지역을 대상으로 하여 하천범람모형의 재현성을 검토하였다. 검토결과, 2개 지역에 대한 공간적인 홍수범람의 재현성은 침수면적으로 판단해 볼 때 우수한 것으로 판단되었으며, 침수심으로는 침수조사의 자료가 미흡한 상황으로 명확하게 판단하기는 어려운 것으로 나타났다. Mesh작성의 숙련도, GRID의 크기 등과 같은 기술적 요인과 더불어 침수흔적의 정확한 구획선의 결여 등으로 인하여 비교적 정확한 비교는 불가하였으나, 지형자료를 활용하여 2차원적 접근을 시도한 결과 침수흔적과 홍수범람의 재현성은 다소 우수한 것으로 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 향후 보다 정확한 침수흔적이나 침수자료의 구축을 통하여 보정, 검정 등을 실시한 후 홍수범람의 재현성을 신뢰할 만한 추가적인 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

홍수로 인한 인명 및 재산의 피해는 자연재해 중 가장 많은 부분을 차지한다. 홍수의 심각성과 빈도가 증가함에 따라, 홍수 재해와 관련된 경제적 손실을 감소할 필요성에 대해 국제적인 우려가 늘어나고 있다. 홍수로 인해 야기되는 재해는 적절한 예방 대책을 통해 저감시킬 수 있는데 그 중 홍수위험지역을 예측하는 것은 홍수를 완화시킬 중요한 해결책이 될 수 있다. 따라서 미국과 유럽 등에서는 홍수위험지역을 예측하여 실시간으로 국민들에게 정보를 제공해주어 위험성을 미리 인식시키고 대비할 수 있도록 국가적인 지원을 하고 있다. 아직 국내에서는 홍수통제소 등의 국가기관에서 주요 국가하천에서의 홍수위만을 실시간으로 제공하고 있어 홍수위험지도의 제작 및 제공이 필요한 실정이다. 이러한 실시간 홍수위험지도를 제작하기 위한 연구는 지속되어 왔으나 범람구역의 설정 및 복잡한 수리해석 등의 어려움을 동반하여 적용을 위한 노력이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 1차원 모형인 FLDWAV 모형을 이용하여 실시간 홍수위험지도 제작을 위한 기초 자료 제공으로 홍수위험지역을 선정해보았다. 국내 홍수예 경보시스템에서 사용하는 FLDWAV 모형을 이용하여 실시간으로 홍수위를 산정하여 홍수위험지역을 선정할 수 있었으며, 그 결과도 홍수흔적도와 상당히 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 빠르고 정확한 홍수위험지역 선정이 가능할 것으로 판단되며, 정확한 수리계산이 필요한 지역이나 홍수보험의 가입이 필요한 지역의 선정 등에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 활발한 하천개발을 통하여 하안에는 많은 식생도입이 주류를 이루고 있다. 통상 하안에 자생하고 있는 조밀한 식생은 수리학적 저항이 증가되고 통수능이 감소되어 수위상승을 초래한다. 본 논문에서는 수리 해석 모형을 활용하여 중소규모 3개소의 하천을 대상으로 자연 상태와 조밀한 식생 분포에 해당하는 11가지 조도계수 모델조건을 적용하여 수리특성 변화를 분석하였다. 각 하천별 전 구간에서 식생에 의하여 하천정비계획에서 분석된 수위보다 1.2~2.7m가 상승하는 것으로 분석되었다. 각 하천별로 계획된 여유고 0.6~1.2m를 감안하면 계획홍수 이상의 강우가 발생될 경우 적절한 대책수립이 필요한 것으로 분석되었다. 분석 결과에 의하면, 하천변 식생이 활착되면 하천의 규모, 하상경사에 관계없이 수리학적 흐름 특성은 매우 민감하게 변화되는 것을 알 수 있었다.

기존의 하천관리는 이 치수에 중점을 두었다면 최근에는 환경의 중요성을 인식하고 하천복원사업을 통해 주변환경을 개선하여 자연과 공존하는 방향으로 바뀌고 있다. 하천에 분포하는 다양한 종류의 식생은 지형변화, 유속 및 수위 변화 등 직 간접적으로 하천에 영향을 미치고 있다. 따라서 효과적인 하천관리를 위해서는 하천흐름에 대한 식생의 영향을 이해하고 분석하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 다차원 수리 수질 통합분석이 가능한 EFDC모형을 이용하여 홍수터 식생에 의한 하천의 수리특성 변화를 모의하였다. 금강수계 공주보~백제보 구간에 대한 수치지도 및 수심측량 정보를 바탕으로 작성된 3차원 정밀지형도와 30~50 m 간격의 직교곡선격자망을 이용하여 지형을 구축하고, 홍수터 식생에 의한 흐름저항을 반영하기 위한 현장조사를 통해 작성된 식생분포지도를 토대로 교목류(Tree), 관목류(Shrub), 초본류(Herb), 수체(Water) 4가지로 구분하여 분포밀도, 흉고직경, 교목의 높이를 모형에 적용하였다. 2일 간의 보 운영조건에 따라 상류의 공주보 방류량과 하류의 백제보 수위를 경계조건으로 분석을 실시하고, 동일기간 61개 관측지점 중에서 상 중 하류 4개의 임의지점에 대하여 유속측정결과와 모의결과의 비교를 통해 모형을 검증하였다. 홍수터가 완전히 잠겨 식생의 영향을 크게 받는 고유량 조건에 대하여 식생의 적용 여부에 따른 수리특성 변화를 살펴본 결과 홍수터의 경우 일부구간에서 유속이 감소하였으나 인근 주수로의 유속은 증가하는 것으로 나타났다. 하천수위의 변화는 미미한 것으로 나타났다.

감세블록(baffle block)은 고속의 흐름에서 도수를 유도함으로써 과도한 에너지를 감세시키는 역할을 하는 구조물이며 구조물의 크기, 형태, 위치, 조합 등의 변수로 도수가 형성되는 조건을 조절하여 흐름에 영향을 줄 수 있다. 하단방류형 가동보에서 고속으로 방류되는 흐름의 Froude 수가 2.5에서 4.5 사이일 경우 발생하는 불규칙한 주기의 진동이 중첩 보강되면 감세하기 어려운 파동을 형성하여 수 Km 동안 지속될 수 있어 추가적인 조치가 필요하다(Peterka, 1984). 이 연구에서는 총 연장 11m, 폭 0.5m의 구형수로에 하단방류형 가동보와 감세블럭을 설치하여 감세블록의 위치가 에너지의 감세에 미치는 영향을 분석하고, 감세블록의 최적 위치를 제안하였다. 감세블럭은 높이 2cm, 폭 5cm의 구형단면으로 제작하여 일정한 간격으로 치형 배열하였으며, 가동보로 부터 5.5~8.5cm 지점에서 1cm간격으로 총 5가지 조건으로 수리실험을 수행하였다. 또한, 수문 하단에서의 Froude 수가 3.8~3.9를 만족하는 강한 도수가 발생할 수 있도록 유량을 조절 하였고, 유속과 수심은 3차원 유속계와 피에조미터를 이용하여 가동보로부터 0.2m간격으로 하류단 2m 지점까지 측정하였다. 실험 결과, 가동보로부터 도수가 발생하여 수위가 안정되는 지점까지의 도수길이는 감세블록을 설치한 경우, 설치하기 전의 1.1m와 비교하여 최소 27.3%에서 최대 81.8%만큼 짧아졌으며 감세블록 보에 가깝게 설치될수록 도수길이는 단축되는 것으로 나타났다. 가동보 하류부에서 도수가 발생한 이후 수심이 안정화되는 1m 지점에서, 도수 전후의 비에너지비로 정의되는 도수효율은 감세블록 미설치 시 74.9%이고, 감세블록이 설치된 조건에서는 54.9~60.6%로 감세블록에 의한 에너지 감소효과가 큰 것으로 나타났다. 에너지 감세 효과가 가장 큰 감세블록 위치는 가동보로부터 6.5cm 떨어진 곳으로 하류단 수심의 약 80%에 해당하는 지점이 감세블록의 최적 위치인 것으로 판단된다.

지난 백여 년 동안 인간은 과거의 그 어떤 선조들도 이루지 못한 지식과 기술의 발전을 통해 고도로 산업화된 사회를 이루었지만, 전 지구적으로 기후변화라는 부차적인 결과와 현실에 직면하고 있다. 이상기후 현상은 전지구 규모뿐만 아니라 일정한 소규모 지역에서도 관측되고 있으며, 국내에서는 특히 특정 지역에 국한되어 단시간에 발생하는 집중호우가 대표적인 사례이다. 현재까지 집중호우 발생 지역과 정도를 예측하기란 불가능한 상태이며, 산업화와 도시화가 진행될수록 그 피해는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 따라서 집중호우에 대비한 도시 배수 시스템을 재점검할 필요가 있으며, 기존의 배수시설을 대체할 만큼 효율적인 배수구조물의 개발이 시급하다. 기존 도시지역의 측구형 수로관에는 마감불량, 정밀시공의 어려움, 이물질의 누적과 물고임, 노출로 인한 파손, 포장층 침투수 배수문제 등 많은 문제점들이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 측구형 수로관의 단점을 보완하는 더욱 효율적인 집수정을 개발하고자 하였다. 집수정을 덮고 있는 포장층 상부면을 따라 흐르는 표면수를 처리할 뿐만 아니라, 포장층 내부로 스며드는 침투수를 처리 가능하도록 구조체 상부에 침투수 유입공을 설치하여, 표면수와 침투수를 동시에 고려하는 이중배수 시스템을 구성하였다. 본 연구에서 개발하는 집수정 구조체는 침투수에 의한 도로 및 구조체의 내구성 감소 및 겨울철 동파 현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 단순공정, 시공성 향상, 유지비용절감 등 기존 배수 시스템과 비교해 많은 장점을 내포하고 있다. 본 연구에서 개발하는 이중배수 집수정의 효율 및 배수능력 평가를 위해서는 기존의 구조체와 차별되는 침투수 유입공에 대한 평가가 선행되어야 한다. 이를 위해서 침투수 유입공에 대한 실내 실험 장치를 구축하였으며, 반복 실험을 통해 침투수 유입공을 통한 배출 능력을 평가하고자 하였다. 또한 실험 결과를 바탕으로 구조체의 효능을 결정짓는 기준을 제시하고자 한다.

토석류는 바위, 자갈, 토사 등이 물과 혼합하여 흐르는 재해 현상이다. 근래에 이슈가 되었던 우면산 토석류사태, 춘천시 펜션 토석류재해로 인한 피해로 토석류에 대한 국민적 관심이 높아지게 되었다. 토석류의 피해를 저감하기 위한 대표적 시설로는 사방댐, 링네트, 브레이커시스템 등의 다양한 저감시설이 있다. 2000년 이후 국내에는 사방댐 형태의 토석류 유출저감시설의 설치가 매년 증가하고 있다. 그러나 대부분의 사방시설은 표준화된 설계기준에 의해 시공되기 보다는 단순한 검토만을 통해 시공되고 있어 관리적인 측면에서 문제점이 대두되고 있다. 또한 대부분 구조적인 안정성 검토는 이루어지고 있으나 수리적인 특성을 고려한 검토는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수리 실험 연구를 진행하기 위한 실험계획을 수립하고, 수리실험에 사용할 토석류 유출 저감시설 축소모형을 제작하였다. 모형의 제작 방법으로는 최근 다양한 분야에 활용되며, 널리 보급 되고 있는 3D프린터를 이용하였다. 3D프린터는 레이어를 한 장씩 쌓는 과정으로 제작되어 정밀하고 세밀한 모형물을 제작할 수 있다. 이러한 특성을 활용하여 기존에 단순화 시켜 제작되던 모형을 실제와 거의 동일한 형태로 제작하였다. 본 연구에서는 3D 프린터로 제작된 실험용 모형을 이용하여 토석류 유출저감시설의 토석류 저감효과 분석을 위한 기초 수리실험을 수행하였다.

본 연구에서는 식생이 활착된 식생매트 제품의 유속 저항 성능을 평가하기 위하여 식생매트의 설치 및 식생의 활착이 가능한 이동식 bed를 개발하고, 개발된 이동식 bed에서 식생매트 설치 및 식생의 활착을 완료한 후, 이동식 bed를 폭 11m 규모의 수로에 설치하여 실규모의 수리 실험을 수행하였다. 실험을 위하여 미국의 식생매트 제품의 시험방법인 ASTM D 6460을 참고하였다. 실험에 사용된 식생매트는 국내에서 통상적으로 사용되는 야자섬유 매트를 사용하였으며, 식생매트의 식생은 토심이 얕은 이동식 bed의 생육환경에서도 뿌리가 잘 발달할 수 있는 수크령을 선택하여 활착시켜 사용하였다. 실험은 봄 활착 및 가을 활착 두 가지 조건에 대하여 수행하였으며, 두 실험 조건의 결과 비교를 통하여 식생매트의 계절에 따른 식생활착 특성과 유속저항 성능 차이를 확인하였다.

본 연구에서는 낙동강 강정고령보에서 달성보 구간에 대한 지속적 지형조사를 통해 다기능보 건설 및 운영으로 인한 하천지형의 변화양상과 정도를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 4대강살리기사업 이전의 측량성과(낙동강하천기본계획, 2009년)를 기준으로 보 건설 및 하도정비 이후인 2013년과 2015년에 실측한 지형자료와 비교하였다. 2013년과 2015년 지형자료 취득은 대상구간(강정고령보~달성보: 23 km) 내 하도와 홍수터에 대해 각각 단일 및 다중빔 음향측심기와RTK-GPS 등의 측량장비를 이용하여 40 m 이상의 평면공간해상도를 가지도록 수행하였다. 대상구간 내 하천기본계획 지정 횡단측선에 대해 2013년과 2015년 지형정보를 비교함으로써 보 건설 및 하도정비로 인한 지형변화양상과 정도를 파악하고자 하였다. 특정 측선에서의 횡단지형자료인 2009년 측량성과와 비교하여 2013년과 2015년 실측자료는 전체 대상구간에 대한 3차원 공간정보를 제공함으로써 이들 간의 정성, 정량적 비교를 통하여 보 건설 및 운영을 통한 하도내 국부적 지형변화의 정도와 양상을 파악할 수 있었다. 이를 통해 하천의 지형학적, 수리학적 특성뿐만 아니라 보 건설 및 하도정비 등의 물리적 여건변화에 따른 특정 하천구간에 대한 시 공간적 지형변화특성을 파악할 수 있었으며, 이는 향후 하천관리 및 설계를 위한 연구와 실무에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 이상기후로 인한 홍수, 산사태 등 자연재난 및 각종 사건사고 등 사회적 재난에 따른 인명 피해가 매년 증가하고 있는 추세이다. 특히, 재난에 대한 노출도가 높고 재난이 빈번하게 발생하는 일본, 미국과 달리 높지 않은 우리나라의 경우 실제 재난상황에 직면할 경우 상대적으로 낮은 생존율을 보이고 있으며 이러한 대표적인 사례가 바로 올해 발생한 세월호 침몰사고에 따른 인명 피해를 들 수 있다. 이에 사후약방문식으로 많은 전문가들이 체계적인 대응 매뉴얼 부재, 정부의 일사분란한 대응의 부족을 언급하고 있는 실정이나 정작 재난에 직면한 일반 국민들이 평상시에도 이해하기도 힘든 매뉴얼의 대응수칙을 재난상황에 따를 수 있을 것이라고 생각하는 것은 "재난에서 재난을 배울 수 없는" 우리나라의 현주소 그 자체를 보여주는 것이라 할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 재난 발생시 신속한 대응이 가능한 수준의 직관적 재난대처 요령을 국민들에게 알려주는 것이 무엇보다 요구된다 할 수 있다.

최근 도시화에 따른 도로구역의 증가는 도심지의 불투수면적의 확대 및 도로의 수로화를 야기하여 집중호우 발생 시 노면 및 저지대의 침수를 가중시키고 있으며, 이로 인한 인명피해 및 재산 피해는 점차 증가하는 추세이다. 이에 기후변화에 따른 강우량의 변화 및 국지성 집중호우 등을 고려하고 도심지 침수 방지 및 방재성능 강화를 위하여 과거에 간선 10년, 지선 5년에서 간선 30년, 지선 10년으로 관거의 설계빈도가 상향조정 되었다. 도심지의 도로 및 유역 유출량의 배수에 상당한 영향을 미치는 빗물받이 및 빗물받이 유입구는 도심지의 방재성능강화 목적에 맞는 설계가 이루어져야 하나 현재 국내의 빗물받이 설치기준은 하수도시설기준(2009, 환경부)에서 '빗물받이 크기별, 도로 차선별 적정 빗물받이 설치간격' 으로 설계빈도 5년을 반영하여 제시된 설치기준이므로 이에 대한 수정 및 개정이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 관거시설의 설계빈도 상향을 고려한 도로 빗물받이의 유입량 산정을 위해 빗물받이 유입구 크기별 유입량을 도로의 차선, 종경사, 측구 횡경사 및 설계빈도의 변화를 고려하여 도로에서의 유출량을 산정하였으며, Froude 상사법칙을 이용하여 수리실험모형을 제작하여 실험을 실시하였다. 빗물받이 제원은 현재 대부분의 국도에 설치되는 크기인 $40{\times}50cm$, $40{\times}100cm$ 및 $40{\times}150cm$를 축소 제작하였다. 측구의 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(도로 종경사 2~10%, 측구 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)을 고려하였다. 실험 결과 측구의 횡경사가 커질수록 빗물받이로 유입되는 유량은 증가하였으며, 빗물받이 유입부의 길이가 증가함에 따라 유입부 측면부를 통한 횡유입량을 증가시켜 빗물받이 유입부의 차집율을 증가시켰다. 또한, 도로의 조건 변화 및 유입량의 변화에 따라서 흐름폭이 감소할수록 차집율이 증가하였다. 수리실험결과를 토대로 도로의 조건변화(차선, 도로 종경사, 측구 횡경사) 및 설계빈도 변화를 고려한 빗물받이의 차집율을 제시하였고 이를 회귀분석 하여 빗물받이 유입구 크기별 유입량 산정식을 도출하였다. 이는 설계빈도 상향에 따른 국내 빗물받이 유입부의 설계 기준 제시에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

거주지나 공장부지와 같은 이용 가능한 토지를 만들기 위하여 해안 지역을 매립하는 토목공사가 전세계 곳곳에서 이루어지고 있다. 매립공사에서 매립토량의 결정은 경제성 부분에서 매우 중요하나 국내는 어항 항만 설계기준(2014)에 의하여 단순히 입경별로 유실율과 유보율을 산정하여결정하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원형의 매립호안 주변의 유사 거동을 분석하기 위하여 수리실험을 통한 연구를 진행하였다. 수리실험은 길이 13.0 m, 폭 5.0 m, 수위 0.10 m의 직사각형 단면의 개수로에서 수행되었으며, 실험에 사용된 유사는 주문진사($d_{50}=1.0mm$)와 안트사이트($d_{50}=0.44mm$)를 사용하였다. 원형 호안은 방수처리가 되어있는 목재로 제작하였고 두 가지 유사 모두 매립지역에서 형성되는 모래의 형상은 차이를 보였고 일정량의 유사가 호안 하류측에 쌓이는 것으로 나타났다. 선행 연구와 달리 호안에서 형성되는 모래의 이송된 형상을 관측하였다. 향후 모래 유입 위치를 달리하여 퇴적된 모래의 형성을 정량적으로 관측이 가능하다면 매립공사의 경제성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.

부유사 자료는 유사이송해석에 필수적인 요소로 하천의 흐름 변화 및 하상 변동을 발생시키고, 하천 구조물의 설계, 수자원 개발 및 관리를 위한 하천계획의 전반에 있어 매우 중요한 자료이다. 부유사 농도는 수자원의 이용뿐만 아니라 하천 생태계에까지 피해를 미친다는 점에서 하천의 유지 관리 및 보수와도 밀접한 관련이 있다. 부유사량을 산정하는 방법에는 수리량 및 하상토 특성 자료를 유사량 공식에 대입하여 계산하는 간접적인 방법과 유사량을 직접 측정하는 방법으로 나뉜다. 현재 국내에서는 유사량 채집기를 사용하여 실제 하천의 유사량을 채집하는 방식으로 많이 사용되고 있으나, 많은 인력과 시간이 소모되기 때문에 다지점 계측과 지속적인 계측이 힘들다는 한계점를 보이고 있다. 또한 국내 하천에서는 홍수기를 거치면서 하천의 수리학적 특성이 변화하는 경향을 보여주고 있어 유량-부유사 관계식을 자주 갱신해야 한다는 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 현재 국내에서 사용하고 있는 직접적인 측정 방법의 한계점을 보완하고자 직접적인 측정 방법 중 초음파를 이용하여 횡단면 전체의 유사량 측정을 연속적으로 할 수 있는 수평초음파도플러유속계(H-ADCP)를 활용하여 유사량을 추정할 수 있는 기법을 개발하고자 한다. 본 연구의 연구는 건설기술연구원 하천실험센터의 직선수로에서 수행되었다. H-ADCP (SonTek SL3000, 셀 크기 4 cm)를 사용하여 자연상태 흐름조건 (유속 0.7 m/s)에서 초음파산란도(Backscatter, 혹은 신호대잡음비 SNR) 및 유속자료를 2분 간격으로 확보하였다. 그리고 부유사 농도(SSC)의 측정 정확도가 높다고 평가되고 있는 레이저부유사측정기(LISST-100)를 활용하여 부유사 농도를 실측하여 초음파산란도와 실측 SSC의 관계를 도출하고 그 경향을 분석하였다. 또한 초음파산란도의 흡수 등을 보정하고 실측 부유사자료와의 관계식을 기반으로 H-ADCP를 활용하여 실시간으로 부유사 농도를 산정할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다.

연안지역에서 발생하는 퇴적 및 침식현상으로 발생하는 피해를 분석하기 위하여, 고립파를 이용한 연구가 계속 진행되어왔다. 고립파는 파고의 크기에 따라 파형이 결정되는 특징을 가지고 있어 연안지역 파랑에 관한 연구에 적합하다. 기존연구는 sluice gate를 순간적으로 개방하는 방식을 통해 갑작스러운 수위의 변화를 유도하여 급변부정류흐름을 발생시키는 연구를 수행하였으나, 고립파 발생 조건에 대한 상세한 분석은 수행하지 못하였다. 본 연구는 기존연구에서 사용한 방식과 동일하게 sluice gate를 개방하여 고립파를 발생시켰으며, 실험조건을 상류 headtank 수위와 하류 수심의 수위차를 이용하는 경우와 sluice gate 개방 속도에 따라 두 가지 경우로 나누어 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 직사각형 수리실험수조는 폭 0.8 m, 높이 0.75 m, 수로길이 12 m에서 상 하류의 수위차를 0.05 m 단위로 높이는 방식과 수문개방속도를 0.5 m/s 부터 1.0 m/s까지 범위를 설정하여 두 가지 재현방식에 따라 실험을 진행하였다. 또한 Flow-3D GMO(General Moving Objects)기능을 활용한 수치모의를 수행하였다. 실험조건에 따른 수리실험 결과를 파랑의 특성인 고립파 파고와 파속을 수치모의결과와 비교하여 분석하였다. 수리실험결과와 수치해석결과 유사한 경향을 나타내었으며, 본 연구의 결과는 Sluice gate를 이용한 고립파 수리실험으로 경사면에서 발생하는 침식과 퇴적현상에 관한 기초적인 연구가 될 것이다.

최근 몇 년간 기록적인 집중호우와 태풍으로 인해 홍수피해가 점점 증가하고 있다. 국내 대부분의 하천은 고수부지 또는 제방으로 정비되어있다. 국지적으로 발생되는 집중호우는 수위를 급격하게 증가시켜 하천의 고수부지 또는 제방범람을 야기한다. 집중호우로 인한 흐름이 고수부지 또는 제방을 지나면 흐름양상은 매우 복잡하게 변화한다. 그러나 급격히 증가하는 흐름에 의해 하천의 제방, 옹벽 또는 계단지형으로 형성된 고수부지 등을 지나는 흐름특성을 분석하는 것은 매우 어렵고 이러한 불연속 단면을 고려하여 예측하기는 불가능하다. 이와 같이 급변하는 흐름이 계단형 구조물을 지날 때 잠김/드러남 특성을 조사하기위해 수리 실험을 실시하였다. 수리실험은 길이 6 m, 폭 0.4 m로 제작된 직선수로에서 수행되었다. 급격히 증가하는 댐 붕괴 흐름을 재현하기위해 수로중간에 게이트를 설치하고 상류에 물을 채운 후 빠른 속도로 게이트를 개방하였다. 하류에는 수로를 따라 계단형 구조물을 설치하고 하류경계는 물이 빠져나갈 수 있게 하였다. 하류 초기수위는 첫 번째 계단보다 약간 낮게 설정하였다. 계단형 구조물과 그 주변에 파고계를 설치하여 시간에 따른 수위변화를 측정하였다. 다양한 수리조건을 적용하여 수리실험을 수행하였고 측정된 데이터를 이용하여 급변한 비정상흐름이 계단형 구조물을 지날 때 잠김/드러남 특성을 분석하였다. 차후 이 실험 결과는 하천의 제방 및 계단지형을 고려할 수 있는 고정확도 수치모형을 개발하는 검증자료로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

국내 소하천에 설치된 대표적인 수공구조물은 교량, 보, 암거 등이 있으며 소교량은 전체 소하천 구조물의 56%를 차지하고 있어 태풍 및 집중호우로 인한 피해사례가 다양하게 보고되고 있다. 소교량에서의 대표적인 피해는 교각기초의 세굴, 여유고 부족으로 인한 파괴 등이 대표적인 피해사례로 알려져 있다. 이와 더불어 유송잡물 집적으로 인한 피해사례가 발생하고 있는데 교량에서의 유송잡물에 대한 피해는 유송잡물 집적으로 인한 교량전도, 수위상승으로 인한 제방월류, 압력흐름 증가로 인한 하상세굴 등의 피해 등 다양한 피해가 발생하는 것으로 보고되고 있다. 이러한 유송잡물로 인한 피해를 저감하기 방법으로는 유송잡물 차단, 우회시설을 설치하거나 충분한 교량의 여유고를 확보하는 방법 등이 있다. 여유고 확보를 위해서는 유송잡물로 인한 교각에서의 수위변동 특성을 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 유송잡물의 크기변화에 따른 교각주변에서의 수위변동을 실규모-모형실험으로 연계하여 영향을 검토하고자 하였다. 수리실험은 소교량 대상 실규모 유송잡물 집적실험과 집적형태를 반영한 수리특성실험으로 구성하였다. 이를 위해 1/1 규모의 실규모 소교량 교각모형을 대상으로 유송잡물(목본류, 초본+목본류)에 대한 집적실험을 수행하고 집적형태를 파악하였다. 집적형태를 반영한 수리실험은 실규모 실험결과를 토대로 유송잡물 모형을 제작하였으며 잡물의 크기변화에 따른 수위변동 영향을 검토하였다. 실험결과 유송잡물의 집적형태는 전반적으로 직사각형 형태로 집적이 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 형태를 반영한 수리실험결과 유송잡물의 높이가 교각두께의 1배 미만일 경우 상류단에서의 수위변동이 미미한 것으로 나타났다. 폭비와 길이비 변화에 따른 수위변동은 폭비변화에 비해 높이비 변화에 민감하게 영향을 받는 것으로 나타났다. Fr에 따른 수리실험에서도 높이비가 1이상일 경우 상류단에서의 수위상승이 발생하는 것으로 확인되었다.

표면영상유속계측법(Surface Image Velocimeter; SIV)은 영상분석기법의 일종으로 하천 표면의 유동을 영상저장장치로 기록하고 연속되는 이미지상의 입자이동을 계산하여 유속을 산정하는 방법이다. 그러나 표면영상유속계를 활용한 유속분석과정에서 현장 상황에 따라 많은 오차 요인들이 있을 수 있기 때문에 계산한 유속 산정 결과를 그대로 사용하면 정확도가 낮아질 수 있다. 특히 야간 영상과 같은 영상의 화질이 떨어지는 경우에는 유속 산정 결과를 필터링해서 사용해야 한다. 이는 순간 유속장을 분석하는 과정에서 획득된 이미지에 따라 분석된 유속벡터가 평균 유속보다 과다하게 크거나 상관계수 값이 너무 작은 경우가 포함되기 때문이다. 이 연구에서는 제주도 외도천 외도정수장에서 2013년 5월 27일 집중호우에 의한 유출 발생 주 야간 유출영상자료를 획득하여 표면영상유속계(SIV)와 ADCP를 활용하여 유량을 분석하고, 동시에 고정식 전자파 표면유속계인 Kalesto 관측 유량과 비교 분석하였다. 비교과정에서 제주도는 댐방류량과 같은 유량의 참값이 없으므로 각각 관측기기의 상대적인 비교를 하여 경향성을 분석하였다. 분석결과 주간유출영상은 상관계수가 0.6~0.7범위에 해당하는 유속이 전체 59개의 유속벡터 중 6.8%로 나타났으며, 0.7~0.8범위가 13.6%, 0.8~0.9범위가 18.6%, 0.9~1.0범위가 61.0%의 퍼센트를 나타났다. 야간유출영상을 주간유출영상과 비교해보면 0.6~0.7범위에 해당하는 상관계수가 6.8% 높게 분석되었으며, 반대로 0.9~1.0범위에 해당하는 상관계수는 17% 낮게 분석되었다. 이와 같은 결과는 야간유출영상이 주간유출영상에 비해 영상의 질이 떨어짐을 나타내며 표면영상유속계를 적용하여 유량을 산정하는 과정에서 획득되는 영상에 따라 상관계수에 대한 합리적인 필터링 과정이 필요하다.

하천 및 그 주변을 포함한 지형에 대한 정밀 측량 자료의 구축은 장기적인 수자원 계획 및 정책을 수립하는데 중요한 요건이 된다. 최근 들어 무인 항공기의 사진측량시스템을 이용하여 수치 표고모형을 구축하는 연구가 진행 중에 있으며, 이를 기존 하도측량 자료와의 통합 과정을 통해 하천 및 주변지형 측정에 대한 자료 구축이 이루어지고 있다. 본 연구의 목적은 무인 항공기와 무인 하천유량측정용 원격조정보트를 이용하여 측정된 주변 지형 및 하천 지형 자료를 통합하고 이를 공인된 측정 자료와의 비교를 통해 본 연구 결과의 정확성과 이에 따른 측정방법의 효율성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 낙동강 강정고령보 하류부 지역을 대상으로 하여 무인 항공기와 무인 하천유량측정용 원격조정보트를 이용하여 지형자료를 측정하였다. 이 측정 자료를 하나의 자료로 통합하여 수치표고모형을 구축하였고 이를 국토지리정보원의 1:5,000 수치지도를 이용하여 5m 간격으로 구축한 수치표고모형과 비교하여 그 정확도를 비교해보았다. 그 결과 측정완료시부터 표준화된 데이터 생성 완료시까지의 시간을 기준으로 기존 측량방법 보다 효율성이 높은 것으로 나타났고, 1:5,000 수치지도를 이용하여 구축한 수치표고모형 자료와 정확도를 비교해볼 때 실무에 적용 가능한 수준 내로 오차가 발생하는 것으로 나타났다.

하천의 하상고 측량은 하상변동 분석, 서식처 구조 등을 이해하는데 매우 중요한 정보를 제공한다. 하지만, 현재까지 대부분의 하상고 측량은 일정한 간격의 하천 단면 측량에 의해서 행해져 왔다. 최근 GPS와 다중 빔 측심기를 이용하여 하상의 3차원적 형상을 조밀하게 측량하고 있으나 비용이 많이 들기 때문에 긴 하천 구간을 전부 측량하지는 못하고 특정한 부분에 대해서만 집중하고 있다. 항공 LiDAR의 경우 넓은 지역에 대해 신속하고 고해상도로 지형을 측량할 수 있으나 수중 투과 장비가 고가이며, 일반 적색 레이져 기반 LiDAR는 수중을 측정하지 못하여 하상 측량에 한계가 있다. 이에 대한 대안으로 활용할 수 있는 방법은 광학 기반의 원격 탐사에 의한 수심 측량 방법이다. 이 방법은 얕은 수심의 하천에 대한 활용되었는데, 광학 센서 이미지나 항공사진 등을 이용한다. 본 연구에서는 저고도에서 촬영한 고해상도 디지털 항공사진을 이용하여 모래하천의 수심을 추정하였다. 이 방법은 항공사진의 적색 및 녹색 색상값과 현장에서 정밀한 측위 하에 측량한 수심값 사이의 관계를 이용한다. 이를 통해 보정식을 수립하고 검사 자료를 이용하여 검증한 후 항공사진의 해당 지역에 대해 수심 부분을 마스킹 처리하여 하상고를 구축하였다. 검사 자료에 대한 RMSE는 약 12 cm로 나타났다. 이를 활용하여 대상 구간의 3차원적 지형 형상을 구축하였다.

우리나라에 처음으로 건설된 경인운하는 한강과 서해를 잇는 길이 18km로 건설되었다. 이로 인해 한강과 서해에서 해수와 담수가 유입되고 유출되면서 매우 복잡한 수체 거동특성을 나타내고 있다. 특히 서해에서의 유입은 조위로 인해 유입량이 매일 변화하며 해수와 담수 간 비중차이로 인해 수심에 따른 거동특성도 상이하다. 따라서 본 연구에서는 수체거동특성을 조사하여 유수소통을 통한 수질관리에 활용하고자 한다. 수체의 거동을 조사하는 방법으로는 순간적인 유속을 조사하는 방법과 장기간 거동을 조사하는 방법이 있는데 본 조사에서는 부이를 이용하여 장기간 수체의 거동을 조사하였으며, 이 결과를 활용하여 EFDC모델을 적용한 모의를 실시하였다. 수체 거동조사는 2013년과 2014년에 걸쳐 주요지점에서 수심별로 수행하였다. 2014년 2월 18일에 아라마루 지점에서 수심 1m와 3m 지점에서 조사를 실시하였다. 이 기간 중 한강의 유입량은 최소 $5.2m^3/sec$, 최대 $14.2m^3/sec$을 나타냈고, 서해 유입량은 갑문의 유입과 배수문의 유출입량을 더하여 최대 $274.6m^3/sec$를 나타냈으며, 서해 유출량은 $136.9m^3/sec$으로 나타났다. 수심 1 m에서는 해수의 유입과 유출량에 의해 뚜렷한 유속의 변화를 확인할 수 있으며, 유출시 최대 유속은 38.5 cm/sec이고, 유입시 최대 유속은 49.3 cm/sec로 나타났다. 수심 3 m에서는 해수의 유입과 유출량에 의해 뚜렷한 유속의 변화를 확인할 수 있으며, 유출시 최대 유속은 34.4 cm/sec이고, 유입 시 최대 유속은 40.0cm/sec로 나타났다. 다양한 상황에 대한 운하수체의 유속 특성을 산정하기 위하여 수리모델을 적용하여 모의를 실시하였으며 한강에서 유입된 수체가 서해에 도달하는 시간을 산정해 보았다. 모의 조건은 2014년 5월 12일부터 22일까지의 유량조건을 경계조건으로 하였으며, particle tracking의 시작지점은 경인아라뱃길 김포터미널 지점 표층 1m를 대상으로 하였다. 모의 결과 김포터미널의 수체가 인천갑문에 도달 하는데 약 6.3일이 소요되는 것으로 산정되었다. 이는 유출입량 변화에 따라 달라지므로 향후 보다 다양한 조건에서 모의를 실시하여 수질관리에 활용할 수 있는 다양한 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단되었다.

정부는 1998년부터 4대강 물관리종합대책을 세워 하천의 수질보전을 위한 대책을 시행하고 있다. 그 중 대유역 중심의 수질개선대책은 전체적인 큰 목표를 제시하는 것이며, 이러한 대유역의 목표수질을 달성하기 위해서는 먼저 소유역의 수질개선이 이루어져야 한다. 현재 영산강유역에서는 도시하수종말처리장, 산업폐수처리장과 같은 점오염원 관리시설은 대폭 확충되었으나 하천과 호소의 수질은 크게 향상되지 못하고 있다. 이는 중 소유역에 대한 효율적인 수질개선대책이 없기 때문이며, 특히 중 소유역 내 비점오염원 물질이 대량으로 하천 및 호소에 유입되기 때문이다 따라서 효율적인 유역관리를 위해서는 소유역중심의 관리가 필요하며, 소유역 중심의 수질보전 대책을 수립하기 위해서는 대상 소유역에 대한 조사분석이 선행되어야 하는데, 여기에는 관거(우수관, 오수관) 시스템 조사와 하수의 차집조사가 관계되며, 또한 소유역내의 오염원(점오염원과 비점오염원) 및 잠재적인 오염원조사 등과 같은 광범위한 조사 작업이 필요하다. 한편 유역모형 중 HSPF모형은 모형의 적용에 필요한 방대한 자료와 노력을 최소화 되도록 개발되어 왔으며, HSPF는 광범위한 수문 수질과정을 장기 모의가 가능하도록 일련의 구조화된 모듈로 구성되어 있다. 복잡한 모형일수록 자료관리에 많은 노력이 요구되나 HSPF는 자료를 직접적으로 접근할 수 있는 Time Series Management System에 가깝도록 개발되었다. 또한, HSPF 모델은 유역내의 토지이용에 따른 특정 오염물질의 비점오염 부하를 계산하며, 강우에 따른 물의 흐름을 하천의 수질오염모의와 연결시키는데, 광범위한 유역조건에 적용이 가능하고, 각 소유역을 구분하여 비교가 가능하므로 소유역별 관리방안을 비교하는데 가장 적합한 모델이다. 따라서 본 연구는 유역모형(HSPF)을 이용하여 영산강 유역을 대표할 수 있는 중 소유역을 선정하고, 선정된 중 소유역에 대한 기초적인 자료를 조사 분석하여 종합적이고 구체적인 유역 관리계획을 수립해 봄으로써 중 소유역 수질관리에 지침서로서 역할을 하는데 목적이 있다.

담수가 해수에서 흘러드는 하구에서는 성층이 관측되며 이것은 난류의 미세구조를 변화시키는 주요 원인으로 작용한다. 이러한 성층화 현상은 하구 내 부유사의 군집인 하구 최대혼탁수(Estuarine Turbidity Maximum, ETM)의 형성에 영향을 주게 된다. 본 연구는 성층의 하구 최대 혼탁수 생성 메커니즘에 관심을 두고 수치모델링을 활용한 미세 난류의 부유사 거동 분석에 초점을 두었다. 성층과 전단응력 사이의 난류 혼합을 대표하는 유동인 켈빈-헬름홀츠 불안정성(Kelvin-Helmholtz Instability)을 도입하고 성층 경계면 근처에서 부유사의 이송을 높은 레이놀즈수(Reynolds number) 유동에서 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes Simulation)보다 다양한 규모의 에너지 획득이 가능하여 미세 난류 구조 재현에 장점을 갖는 Large-eddy Simulation(LES)를 활용하여 모사하였다. 여기에서, 부유사는 주위 유동의 물리적 특성 변화에 영향을 미치지 않는 Passive scalar로 가정하였으며 $6^{th}$-order Lagrangian 다항식 보간법을 적용하여 입자의 이동 속도를 계산하고 이를 시간에 대해 적분함으로써 이동 궤적을 추적하였다. 수치 모델 결과 Lock-exchange 유동 내에서 켈빈-헬름홀츠 불안정성이 발생함에 따라 경계면 주위에 위치한 부유사가 billow 내에서 트랩핑(trapping)되는 것을 보여주어 KH-billow 혹은 braids 내의 미세 난류에 의한 영향이 확인되었다. 본 연구에서는 LES를 활용하여 성층류 및 성층류 내의 부유사 혼합을 모사하여 난류의 정도에 따른 이동 궤적의 차이에 대해서 분석함으로써 성층의 난류 강도 저하에 따른 부유사의 군집으로의 영향에 대해 서술한다.

최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우 및 돌발홍수 증가로 도심지역에 많은 침수 피해가 발생하고 있다. 본 연구는 이러한 내외수에 영향을 받는 도시 중소하천의 침수 저감을 위하여 침수 예측모형에 적용 가능한 수리학적 계산모형을 개발하는 것이다. 일반적으로 자연하천은 수지형 수계가 대부분이며, 도시 우수관로와 관계배수 시스템 등은 폐합형 수계에 포함되어 수지형 계산모형으로는 도시 중소하천의 유출 모의를 할 수 없다. 폐합형 수계의 계산모형은 수지형에 비해 복잡하지만, 적용대상 수계가 폐합형이 아닌 경우에도 합류점의 유입량을 처리하기가 편리하고, 역방향의 월류 흐름이 존재하는 감조하천에서의 월류 흐름 모의가 가능한 장점을 갖고 있어 도시 내배수 시스템은 물론 자연하천에도 적용 할 수 있다. 본 모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성되는데 동력학적 방법인 1차원 Saint-Venant의 연속 방정식과 운동량 방정식에 수치해법을 이용하여 구하고자 하는 시간과 지점의 수위와 유량을 계산할 수 있게 구성하였다. 수치해법으로는 가장 보편적으로 사용되는 유한차분법 중 안정성과 정확성이 우수한 것으로 평가된 Preissmann의 4점 음해법으로 차분방정식에 Newton-Raphson 방법을 사용하여 유량과 수위 보정치에 Double Sweep 알고리즘을 적용하였다. 유한차분법은 안정성 문제를 수반할 수 있기에 시간 증분이 작을수록 Courant 조건을 만족할 수 있다. 모형 비교 검증을 위하여 동력학적 방법을 적용한 대표적인 폐합형 수계모형인 EPA SWMM을 지원하는 CHI사의 PC-SWMM 프로그램을 이용하여 가상의 폐합 수계를 구축하였다. 일반적으로 상류지점의 경계조건은 하류로 추적될 입력 자료로써, 상류지점과 합류지점은 유입되는 유량값을 그리고 하류지점은 유출되는 수위값을 경계조건으로 입력하였다. 운동량방정식의 에너지 경사와 마찰경사 항에 포함된 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소이지만, 고정 상수값인 0.03을 적용하여 검증에 용의하도록 하였다. 구축된 모형과 PC-SWWM을 통해 산출된 계산점별 수위와 유량에 RMS 오차를 비교한 결과 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 향후 내외수를 연계에 침수예측모형에 적용 가능할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 고정하상 직하류부에서 발생하는 국부세굴현상을 분석하기 위해서 이동상 수리실험을 수행하였다. 순환식 유량공급이 가능한 개수로 실험장치에 아크릴로 제작된 사각형 모형을 설치하고 하류에 균일한 입경의 모래를 설치하여 다양한 수리조건과 시간변화에 따른 하상고의 변화를 측정하였다. 그리고 측정된 하상고 자료로부터 시간별 최대세굴심의 크기를 산정하여 분석하였다. 그 결과 세굴심의 상류부 경사는 일정한 값으로 유지되었고, 최대세굴심과 세굴공 길이, 최대세굴심 발생거리는 시간변화에 따라 증가폭이 점차적으로 감소하였다. 또한 세굴심의 시간변화식의 기울기와 경계지점에서의 수심평균 상대난류강도값과의 관계를 분석하였다. 세굴공 내에서는 하상근처에서 후류가 발생하고, 수심방향으로 유속편차가 극심하게 증가하는 분리전단층이 발생하였다. 본 연구에서 분석된 최대세굴심의 시간적 변화양상과 세굴심 내부에서 발생하는 흐름 및 난류강도 분포특성을 보다 면밀히 분석하여 세굴심의 발달에 영향을 미치는 인자를 이용하여 향후 적절한 세굴심의 예측식을 개발할 수 있고, 최대세굴심을 저감할 수 있는 방안을 제안할 수 있다.

대부분의 중규모 유역 내에는 하도가 형성되므로, 유역의 출구는 하도(지류)와 대규모 유역의 하도(본류)가 합류하게 되며, 합류부에서 멀리 떨어지지 않은 곳에 지류 유역의 유출량 산정을 위한 수위관측소가 위치하게 된다. 수위관측소에서는 일반적으로 연속적인 수위관측과 수위-유량관계곡선(rating curve)으로 유량을 산정하게 되는데, 배수영향을 크게 받는 합류부 구간에서는 단일 수위-유량관계가 나타나지 않으므로 유량산정이 어렵게 되는 문제가 발생한다. 이는 배수영향이 발생할 경우, 유량 함수의 주요 변수에는 수위 뿐만 아니라 수면경사 등의 매개변수가 추가되기 때문이다. 현장에서는 하천 흐름방향으로 두 개의 수위관측소를 설치하여 관측소 간의 수면경사를 측정하고, 이를 유량 산정에 활용할 수 있다. 그러나 지류 합류부의 배수 영향 구간에서 수면경사를 알기 위하여 두 개의 수위관측소를 설치하는 것은 경제적이지 않으며, 현재 설치되어 있는 장비와 시설을 활용하여 유량을 산정할 수 있는 방법의 개발이 필요하다. 본 논문의 목적은 합류부 배수영향을 받는 지류 구간에 설치된 수위관측소에서 유량을 산정하기 위한 방법을 개발하는 것이다. 이를 위하여 발생가능한 모든 하천 흐름조건에 대한 배수영향 수면곡선을 요약한 HPG(Hydraulic Performance Graph)를 본류와 지류가 합류하는 시스템에 적용하였다. HPG의 개발을 위하여 본류와 지류로 구성된 수지상 하천망을 HEC-RAS 모형으로 구축하고 부정류 모의로 구축된 모형을 보정 검증하였고, 본류와 지류에 위치한 기존 두 수위관측소 수위와 유량과의 관계 표를 작성하여 크리깅 보간을 수행하였다. 크리깅으로 보간된 HPG와 두 수위관측소에서 계측된 수위를 이용하여 대상 홍수사상 기간 금호강의 유출량을 산정하였고, 유량 산정 결과는 금호강 성서 자동유량측정 자료와 거의 일치하는 것을 확인하였다.

급격히 변화하고 있는 산업화와 도시화로 지구 온난화 현상으로 기상이변의 발생빈도가 높아졌고 기후가 불안정하여 예전보다 많은 집중호우가 발생하면서, 홍수로 인한 제내지 침수가 발생되기도 한다. 기후변화로 인한 수재해에 대응하기 위하여 하천 호소 수리 예측 모형의 개선이 필요한 실정이다. 하지만, 자연하천 유역의 강우-유출 상관관계와 지표면 유출현상 및 하도 수리 특성을 자연현상의 복잡성, 강우발생의 시간적 공간적인 발생과정의 임의성, 정확한 해석방법 및 확률 분석에 따르는 불확실성 들을 토대로 단순한 이론과 제한적인 경험공식 등에 의해서 해석, 재현 및 평가를 한다는 것은 매우 어려운 문제이다. 최근 IT 기술의 발전과 더불어, 많은 연구자, 엔지니어들이 기존 수리 수문학적 지식과 IT기술을 융합하여 복잡 다단한 수자원 환경 문제를 해결하고자 한다. 이와 같은 최근 연구 동향에 의거하여, 본 연구에서는 HEC-RAS, TELEMAC-2D 1, 2차원 수리 모형을 연계하여 하천 흐름 분석 및 홍수 범람 해석에 적용하였다. 본 연구에서는 HEC-RAS, TELEMAC 모형을 적용하여 2012년 태풍 '산바(SANBA)'로 인해 홍수 피해를 입은 고령군에 위치한 낙동강 본류 회천 유역(상류 회천교 ~ 하류 도진교)의 하도 내 흐름 분석과 하천 인근 제내지 홍수범람을 예측하였다. 범람해석에 필요한 지형자료를 기초로 하여 각 지형의 조건에 맞게 수치자료를 이용하여 작성하였고, 수자원 정보를 이용하여 유랑, 수위 등 시계열자료를 지류 및 상 하류의 경계조건으로 설정하고, 조도계수 등 하천 기본정보들을 입력하였다. HEC-RAS 모형은 회천교부터 도진교까지 전구간에 대한 종단면과 횡단면별 홍수침수범위 및 홍수위 크기 등 거시적인 1차원 수리해석에 적용하였고, TELEMAC 모형은 HEC-RAS 시뮬레이션 결과를 바탕으로 HEC-RAS에서 나타내기 힘든 2차원 흐름특성, 침수현상 등 일부 범람 구간에 대해 수리해석에 적용하였다. HEC-RAS 시스템은 수공구조물들의 영향과 하천의 영향을 종 횡단면으로 다양한 홍수침수 범위를 1차원으로 나타 낼 수 있으며, TELEMAC 시스템 수리 모의를 통해 얻어진 결과는 유속, 유량, 수심, 하상고 높이 등 2차원으로 나타낼 수 있다. TELEMAC 시스템을 활용한 2차원 분석은 실측자료와 비교적 유사하고 시각, 공간적으로 이해하기 쉽게 표현되므로, 모형 적용성이 우수한 것으로 판단된다. 향후 유역 해석을 위한 수치데이터, 수위, 유량자료를 확보하여 HEC-RAS, TELEMAC 1, 2차원 연계 모형을 적용 한다면, 하천 준설, 하천 구조물 설치, 홍수피해 등 전반적인 하천관리 계획에 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

하천 내 식생은 수리학, 지형학 및 생태학적으로 매우 중요하다. 식생은 하천 수생물들의 서식처를 제공할 뿐만 아니라 필터와 같은 역할을 함으로써 부유사에 의한 하천오염물의 퇴적을 유발하여 하천의 수질을 개선시킨다. 더욱이, 하천 내 흐름 및 난류구조를 변경시킴으로써 식생주변의 유사 퇴적량 및 분포에 크게 영향을 미치고, 결국 하천의 지형을 변화시킨다. 개수로의 식생에 대한 영향은 주로 실험 및 수치모델을 이용하여 연구되었고 전단면이 식재된 조건에서 식생의 항력계수, 식생역내의 부유사 및 확산에 관한 연구가 진행되어왔다. 이러한 연구를 통해 식생역 내의 전단력이 감소하여 부유사퇴적이 증가하고 식생역과 비식생역 사이의 운동량 교환에 의해 부유사 퇴적이 증가함을 보였다. 그러나 개수로에서 존재하는 유한한 크기의 식생에 의한 흐름 및 유사분포에 관한 연구는 아직 미흡하다. 이에 본 연구에서는 침수하지 않은 원형 식생 주변에서 발생하는 흐름특성을 수치모의 하였다. 침수하지 않은 원형식생 하류에서 발생하는 흐름을 계산하기 위해 2차원 수치모형을 적용하였다. 식생에 의한 저항을 고려하기 위해 운동량 방정식에 식생항을 추가하였고 $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 적용하였다. 수치모의 조건은 Zong and Nepf (2012)의 수리실험을 참고하여 수로의 길이는 12 m, 폭은 1.2 m로 설정하였다. 0.13 m 수심을 갖는 개수로에 0.22 m 지름을 갖는 원형식생을 상류경계로부터 1.0 m 떨어진 곳에 설정하였다. 식생의 밀도($6{\sim}77m^{-1}$)를 변화시키면서 원형식생 하류의 흐름거동을 분석하였다. 식생밀도가 높은 경우에는 원형식생 양 측면에서 유발된 전단층들의 상호작용에 의해 하류에서 와류가 발생하였다. 와류가 발생하는 위치에서 난류강도가 가장 크게 나타났다. 그러나 식생밀도가 일정 값보다 낮아지면 와류가 발생하지 않는 것으로 나타났다.

Frequent urban floods affect the human safety and economic properties due to a lack of the capacity of drainage system and the increased frequency of torrential rainfall. The drainage system has played an important role in flooding control, so it is necessary to establish the effective countermeasures considering the connection between drainage system and surface flow. To consider the connection, we selected SWMM5 model for analyzing transportation capacity of drainage system and FLUMEN model for calculating inundation depth and time variation of inundation area. First, Thiessen method is used to delineate the sub-catchments effectively base on drainage network data in SWMM5. Then, the output data of SWMM5, hydrograph of each manhole, were used to simulate FLUMEN to obtain inundation depth and time variation of inundation area. The proposed method is applied to Sadang area for the event occurred in $27^{th}$ of July, 2011. A total of 11 manholes, we could check the overflow from the manholes during that event as a result of the SWMM5 simulation. After that, FLUMEN was utilized to simulate overland flow using the overflow discharge to calculate inundation depth and area on ground surface. The simulated results showed reasonable agreements with observed data. Through the simulations, we confirmed that the main reason of the inundation was the insufficient transportation capacities of drainage system. Therefore cooperation of both models can be used for not only estimating inundation damages in urban areas but also for providing the theoretical supports of the urban network reconstruction. As a future works, it is recommended to decide optimized pipe diameters for efficient urban inundation simulations.

The frequency of urban floods is recently increased as a consequence of climate change and haphazard development in urban area. To mitigate and prevent the flood damage, we generally utilized a numerical model to investigate the causes and risk of urban flood. Contrary to general flood inundation model simulating only the surface flow, the model needs to consider flow of the sewer network system like SWMM and ILLUDAS. However, this kind of model can not consider the interaction between the surface flow and drainage network. Therefore, we tried to evaluate the impact of bidirectional interaction between sewer and surface flow in urban flooding analysis based on simulations using the quasi-interacted model and the interacted model. As a general quasi-interacted model, SWMM5 and FLUMEN are utilized to analyze the flow of drainage network and simulate the inundation area, respectively. Then, FLO-2D is introduced to consider the interaction between the surface flow and sewer system. The two method applied to the biggest flood event occurred in July 2011 in Sadang area, South Korea. Based on the comparison with observation data, we confirmed that the model considering the interaction the sewer network and surface flow, showed a good agreement than the quasi-interacted model.

To estimate and forecast runoff by using Aritifitial Neaural Networks model (ANNs). it has been studied in Thailand for the past 10 years. The model was developed in order to be conformed with the conditions in which the collected dataset is short and the amount of dataset is inadequate. Every year, the Northerpart of Thailand faces river overflow and flood inundation. The most important basin in this area is Yom basin. The purpose of this study is to forecast runoff at Y.14 gauge station (Si-Satchanalai district, Sukhothai province) for 3 days in advance. This station located at the upstream area of Yom River basin. Daily rainfall and daily runoff from Royal Irrigation Department and Meteorological Department during flood period 2000-2012 were used as input data. In order to check an accuracy of forecasting, forecasted runoff were compared with observed data by pursuing Nash Sutcliffe Efficiency (NSE) and Coefficient of Determination ($R^2$). The result of the first day gets the highest accuracy and then decreased in day 2 and day 3, consequently. NSE and $R^2$ values for frist day of runoff forecasting is 0.76 and 0.776, respectively. On the second day, those values are 0.61 and 0.65, respectively. For the third day, the aforementioned valves are 0.51 and 0.52, respectively. The results confirmed that the ANNs model can be used when the range of collected dataset is short and insufficient. In conclusion, the ANNs model is suitable for applying during flood incident because it is easy to use and does not require numerous parameters for simulating.

밭에서의 비점오염은 경사에 따른 토양유실과 높은 비료 시용량으로 부하가 상대적으로 높아 이에 대한 관리의 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 연구에서는 4개의 강우 사상에 대하여 경사지 밭에서 유출되는 오염물질의 농도와 특성을 파악하여 밭에서의 비점오염 관리의 기초 자료로 제공하고자 한다. 본 연구의 조사 지구는 충청북도 청주시 상당구 미원면 옥화리에 위치한 경사지 밭으로 면적은 0.77 ha이며, 중앙에 위치한 배수로 말단에 삼각위어를 설치하여 4개의 강우사상에 대해 모니터링을 수행하였다. 연구결과 강우사상의 강우량은 17.0~33.6 mm의 범위로 나타났으며, 평균 강우강도는 1.0~4.8 mm/h로 나타났다. 유출률은 3.1~26.8 %로 나타났는데, 선행강우가 높은 강우사상에서 가장 높은 값을 보였다. 오염물질 유량가중평균농도(Event Mean Concentration; EMC)는 TN 5.6~13.1 mg/L(평균 10.8 mg/L), $NO_3-N$ 4.1~12.9 mg/L(평균 9.3 mg/L), TP 0.46~1.34 mg/L(평균 0.8 mg/L), $PO_4-P$ 0.3~0.8 mg/L(평균 0.5 mg/L), SS 1,099~6,547 mg/L(평균 3,438 mg/L) 및 COD 27.1~38.6 mg/L(평균 33.1 mg/L)의 범위를 보였다. TN과 TP의 유량가중평균농도 평균값은 강우시 농촌유역 유출수의 유량가중평균농도인 3.1, 0.3 mg/L보다 높게 나타나 밭으로부터의 유출수가 유역 유출수의 농도를 높이는 것으로 판단된다. 또한 TN 농도는 시비의 영향을 받고, TP 농도는 강우강도와 작물 부분 토양 피복도의 영향을 받는 것으로 나타났다. SS 농도는 평균 강우강도에 비례하는 것으로 나타났다. 강우에 따른 오염물질 농도변화를 보면 TN의 농도는 강우 초기에 높게 나타났으며, 유량이 증가함에 따라 감소하고, 유량이 감소하면서 다시 증가하는 경향을 보였다. TP, SS 및 COD의 농도는 유량이 증가함에 따라 증가하고, 유량이 감소하면서 다시 감소하는 경향을 보였다. 또한, SS의 경우 최대농도가 첨두유량 앞에서 나타나는 초기 세척현상(First flush)을 보였다. 향후 보다 많은 강우사상을 대상으로 밭 유출수의 농도 및 오염부하에 대한 추가적인 모니터링을 통해 오염물질의 유출특성을 파악해야 할 것으로 판단된다.

기후변화로 인해 예측하기 어려운 강우패턴의 변화와 도시화로 인한 불투수면의 증가로 도심지는 매년 침수위험에 노출되어 있다. 배수시설의 개선은 인구밀도가 높고 유동인구가 많은 도심지에서 이루어지기 쉽지 않은 상황이며, 강우패턴의 변화는 예측과 대처가 어려운 상황이다. 이러한 이유로, 침투증진을 통해 직접유출수를 줄이는 연구 중 LID(Low Impact Development)에 대한 관심이 높아지고 있다. LID기법은 도시화로 증가된 불투수면을 투수면으로 대체하여 저류, 침투, 여과, 증발산을 유도하여 물 순환 회복에 기여할 수 있는 방법으로 옥상녹화, 투수성포장, 침투 트렌치 등의 기술요소가 있다. LID 기술요소에 대해 국외의 경우 설치방안과 평균적인 저감효과를 메뉴얼로 제시하고 있지만, 강우 및 토지의 지역적 편차가 큰 국내에 적용하기에는 어려운 상황이다. 또한, LID 모델링의 경우 유역 내 적용 면적에 따른 유출저감효과를 제시하는 연구결과는 다수 제시되고 있지만, 적용 면적과 지점에 따라 효율성을 제시하는 점에서는 다소 미흡한 상황이다. 따라서 LID 기술요소 별 설계 사례와 GIS를 바탕으로 유역 내 적용 지점과 면적을 산출하고, 적용 지점 및 면적에 따른 저감 효율을 분석하는 것이 필요하다. 본 연구는 SWMM모형을 이용하여 LID 기술요소 중 옥상녹화를 적용하여, 강우 강도와 적용지점 및 면적에 따른 유출저감 효율을 분석하고자 한다. 연구지역은 청계천 유역으로 총 면적의 75% 이상이 주거지, 상업지, 교통시설 등을 포함한 불투수면으로 이루어져있는 도시 지역이다. 강우자료는 10년, 30년, 80년 빈도 확률강우량을 적용하였으며, 옥상녹화를 적용하기 위한 지점과 면적은 GIS를 기반으로 산정하였다.

본 연구에서는 기타재배지(벚나무재배지)에서 발생하는 비점오염물질 유출 및 수질특성을 살펴보고자 2014년 5월부터 9월까지의 총 12회의 강우사상에 대해 유출특성을 분석하고 오염물질별 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC) 및 오염부하를 산정하였다. 모니터링 기간동안 2.6~95.8 mm의 강우가 발생하였으며, 조사된 총 12회의 event 중 단 2회 유출이 발생하였다. 강우강도는 0.33~5.28 mm/hr의 범위로 나타났으며, 선행무강우일수는 0.6~21.2일, 총 유출량은 $0.92{\sim}20.75m^3$, 유출율은 0.03~0.18의 범위로 나타났다. 강우모니터링 결과, EMC는 TOC 3.4~10.3 mg/L(평균 6.9 mg/L), BOD 6.3~6.9 mg/L(평균 6.6 mg/L), COD 22.0~28.8 mg/L(평균 25.4 mg/L), SS 101.8~962.8 mg/L(평균 532.3 mg/L), T-N 4.295~11.864 mg/L(평균 8.080 mg/L) 그리고 T-P 1.109~1.582 mg/L(평균 1.346 mg/L)의 범위로 나타났으며, 각 강우사상에 대한 단위면적당 오염부하는 TOC 0.08~0.58 kg/ha, BOD5 0.05~1.07kg/ha, CODMn 0.22~3.76 kg/ha, SS 0.77~164.4 kg/ha, T-N 0.090~0.734 kg/ha, T-P 0.008~0.270 kg/ha의 범위로 산정되었다. 벚나무재배지의 수질 항목간 Pearson 상관계수를 분석한 결과, 항목 중 $COD_{Mn}$가 다른 수질항목과 유의성을 갖고 높은 상관관계가 나타나 초기유출효과 분석을 위한 대표 수질항목으로 선정하였다. 벚나무재배지의 경우 초기유출 발생에 의한 오염부하의 급격한 증가는 나타나지 않았으며, 누적오염부하량비의 그래프에서는 대부분의 강우사상에서 기울기가 직선에 가깝게 나타났다. 기타재배지의 경우 대부분 투수지역으로 초기세척효과가 비교적 작은 것으로 나타났으며, 지속적으로 오염물질을 배출하는 특성을 보이는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 사과재배지에서 발생하는 비점오염물질 유출 및 수질특성을 살펴보고자 2014년 5월부터 9월까지의 총 15회의 강우사상에 대해 유출특성을 분석하고 오염물질별 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC) 및 오염부하를 산정하였다. 모니터링 기간동안 3.2~80.3 mm의 강우가 발생하였으며, 조사된 총 15회의 event 중 3회 유출이 발생하였다. 강우강도는 0.39~4.46 mm/hr의 범위로 나타났으며, 선행무강우일수는 0.3~20.1일, 총 유출량은 $2.7{\sim}100.8m^3$, 유출율은 0.02~0.3의 범위로 나타났다. 강우모니터링 결과, EMC는 TOC 7.1~18.7 mg/L(평균 12.0 mg/L), BOD 4.3~7.8 mg/L(평균 5.9 mg/L), COD 16.9~30.2 mg/L(평균 22.3 mg/L), SS 35.6~738.1 mg/L(평균 293.1 mg/L), T-N 2.342~11.043 mg/L(평균 6.563 mg/L) 그리고 T-P 1.563~2.563 mg/L(평균 1.961 mg/L)의 범위로 나타났으며, 각 강우사상에 대한 단위면적당 오염부하는 TOC 0.12~2.4 kg/ha, $BOD_5$ 0.03~1.0kg/ha, $COD_{Mn}$ 0.12~7.1 kg/ha, SS 0.34~173 kg/ha, T-N 0.068~1.478 kg/ha, T-P 0.011~0.601 kg/ha의 범위로 산정되었다. 사과재배지의 경우 대부분 투수지역으로 강우 초기에 지하로 침투하는 양이 많기 때문에 초기세척효과는 크게 발생하지 않는 것으로 나타났으며, 대체적으로 30 mm 이하의 강우에서는 유출이 발생하지 않는 것으로 분석되었다. 하지만, 사과재배지에서 발생하는 비점오염물질의 유출특성은 기상조건 및 영농활동 조건등에 따라 상이하게 나타나기 때문에 강우시 비점오염원 유출특성을 보다 정량적으로 파악하기 위해서는 체계적이고 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 강우시 도로지역에서 발생하는 비점오염물질 유출 및 수질특성을 살펴보고자 도로지역(국도 46호선)을 대상으로 총 16회의 강우사상에 대해 분석하였다. 모니터링 기간(2014년 5월~9월)동안 연구대상지역에는 3.2~80.3 mm의 강우가 발생하였으며, 강우강도는 0.39~11.29 mm/hr의 범위로 나타났다. 선행무강우일수는 0.3~20.1일이며, 총 유출량은 0.1~6.8 ㎥, 유출율은 0.24~0.85(평균 0.6)의 범위로 나타났다. 강우 모니터링 결과, 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC)는 TOC 4.9~56.2 mg/L(평균 18.0 mg/L), BOD 3.1~21.5 mg/L(평균 7.5 mg/L), COD 6.7~58.6 mg/L(평균 23.6 mg/L), SS 2.1~281.9 mg/L(평균 59.4 mg/L), T-N 1.07~13.46 mg/L(평균 4.89 mg/L) 그리고 T-P 0.065~0.680 mg/L(평균 0.23 mg/L)의 범위로 나타났으며, 강우계급별로 살펴보면 0~10 mm일 때 BOD 9.3 mg/L, COD 30.5 mg/L, SS 84.1 mg/L, T-N 5.42 mg/L, T-P 0.27 mg/L로, 10~30 mm일 때 BOD 6.6 mg/L, COD 22.0 mg/L, SS 29.0 mg/L, T-N 4.9 mg/L, T-P 0.20 mg/L로, 50 mm 이상의 강우에서는 BOD 3.6 mg/L, COD 7.1 mg/L, SS 46.4 mg/L, T-N 3.42 mg/L, T-P 0.10 mg/L로 강우계급별 EMC는 대부분 수질항목에 있어 10 mm 이하 계급의 평균 EMC가 높은 수준으로 나타났다. 그리고 각 강우사상에 대한 단위면적당 오염부하는 TOC 0.06~3.5 kg/ha, $BOD_5$ 0.03~1.6 kg/ha, CODMn 0.09~4.74 kg/ha, SS 0.09~35.99 kg/ha, T-N 0.012~2.600 kg/ha, T-P 0.001~0.062 kg/ha의 범위로 산정되었다. 도로지역은 불투수층 면적비율이 높아 누적강우량 10 mm 이하에서도 유출이 발생하는 것으로 분석되었으며, 작은 강우에도 초기유출이 발생하고 유출되는 오염물질 농도가 높은 경향을 나타내었다.

본 연구에서는 도시침수 저감을 위한 여러 구조적인 시설물 중에서도 빗물저류조의 펌프 적정 용량 산정에 관한 연구를 실시하였다. 대규모로 설치되어 자연 방류를 하는 온라인 빗물저류조와 달리 우수 관망 내 설치된 오프라인 빗물저류조의 경우 도심지에 위치하여 규모에 한계가 있으며 신설이나 증대 등에도 제한이 있다. 따라서 기존 빗물저류조 능력의 최대화가 필요하다. 현재 빗물저류조 펌프 운영시스템은 일정 수위 이상이거나 강우 종료 후 토출을 시작하므로 연속강우에 대한 대처가 취약하다. 연속강우에 대한 빗물저류조 능력의 최대화를 위해서는 기존 배제시간 검토가 필요하다. 이를 통하여 펌프 적정 용량을 산정함으로써 도시침수 저감이 가능하다. 본 연구에서는 대림3 어린이공원 빗물저류조를 대상으로 여러 기왕강우를 적용하여 도시침수를 저감할 수 있는 펌프의 적정 용량을 산정한다.

우리나라는 2000년대 이후, 하천 및 수공구조물 계획시 Huff 분포를 지배적으로 사용해 왔다. 그러나 Huff 방법은 호우선정, 평균방법, 지속기간별 동일분포 가정 등 여러 가지 문제를 가지고 있어 극치 호우사상을 적절히 모의하지 못하는 약점이 있다는 의견이 많았다. 본 연구에서는 하천, 수공구조의 계획시 국내에서 주로 사용해 왔던 강우량 시간분포 방법인 Huff 방법이 과연 하수도시설물 계획시 적정한가를 평가하고 중소규모 배수(排水)시설물 설계시 합리적이라고 알려져 있는 ABM 방법의 적용성을 비교, 평가하여 하수도시설물의 계획시 적정한 확률강우량의 시간분포 방법을 제안하고자 한다. 연구대상 지역은 삼척지역이며 기상청 산하 동해관측소 자료를 이용하여 연구를 수행하였다. 삼척지역의 지속기간별 확률강우량을 Huff 방법을 적용하여 시간분포하면 지속기간 2시간, 3시간 호우의 1시간 최대치의 경우 지속기간 1시간 최대치 보다 크게 산정된다. Huff 1분위의 경우 지속기간 1시간 호우는 55.3mm이나 지속기간 2시간, 3시간 호우의 1시간 최대치는 각각 61.8mm, 60.7mm 로 지속기간 1시간 호우보다 더 크게 평가되었다. 이러한 구간별 최다 강우량의 지속기간별 역전현상은 도달시간 1시간이내의 소유역이라 할지라도 지속기간 2, 3시간호우에서 첨두홍수량이 발생할 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 지속기간의 개념을 고려하여 빈도별 홍수시 ABM, Huff 방법의 적용성을 검토하였다. ABM 방법의 경우 적용 유역 면적(0.1~2,000ha) 전체에서 지속기간이 길어지면 첨두홍수량 결과가 수렵하는 것으로 검토되었다. 반면, Huff 방법의 경우 유역면적이 커짐에 따라 임계지속기간이 길어진다. 30년 빈도 홍수의 경우 유역면적 0.1~0.5ha 에서는 30분, 1~50ha 에서는 1시간, 80~300ha 에서는 2시간, 500~2,000ha 에서는 3시간이 임계지속기간인 것으로 분석되었다. 소규모 유역에서는 ABM과 Huff 방법의 홍수량 산정결과의 차이가 크지 않았으며 하수도시설물 계획시 적용성이 높은 강우량 시간분포 방법은 유역의 연속성을 고려할 수 있는 ABM 24시간 호우를 이용하는 것이 타당할 것으로 사료된다.

유량예측의 가장 주된 목적은 가뭄과 홍수와 같은 수해방지를 위해 통합수자원관리를 수행하는데 있다. 이런 유량예측을 위해 다양한 기법들로 예측이 수행되고 있으며, 예측기간과 필요 정확도에 따라 초단기, 단기, 중 장기 예측 등으로 구분할 수 있다. 유량예측에 사용되는 기법들은 기후변화 시나리오와 같이 예측된 강우자료를 이용하여 유출량을 예측하는 방법이 있으며, 통계적인 방법으로 과거자료들을 활용하여 미래의 유량을 예측하는 방법이 있다. 본 연구에서는 ESP 기법을 이용하여 금호강 유역의 월 단위(30일) 유량을 예측하고자 한다. 앙상블 유량예측기법(ESP; Ensemble Streamflow Prediction)이란 현재의 유역상태를 초기조건으로 사용하고 과거의 온도나 강수 등의 시계열 앙상블을 강우-유출모형에 입력하여 유출량을 앙상블로 예측하는 기법이다. ESP는 결국 현재의 유역상태와 유역에서의 과거 강우 관측기록, 미래 강우예측에 대한 정보를 조합하여 그에 따른 유출 앙상블을 생산해내게 된다. 월 유량을 예측하기 위해서 금호강 유역의 1988년에서 2014년까지 27년간 대구, 영천, 포항 관측소의 기상자료를 수집하였으며, 금호강 표준유역에 해당하는 19개 유역으로 분할하여 모의에 이용하였다. 금호강 유역에 티센망을 적용하여 각 표준유역별로 강우량을 조합하여 2013년까지 모의에 적용하였으며, 이는 과거자료로 사용하였다. 유량예측에 사용되는 강우자료를 생성하기 위해서 26년간 일강우를 이용하였다. 예를 들어 2014년 12월을 예측한다면 11월까지 관측된 유역초기 조건을 가지는 수문모형의 12월 기상입력자료로써 현재 유역에서 발생 가능성이 있는 동일 유역의 과거 1988년부터 2013년까지의 12월 기상자료들을 사용하는 방법이다. 1988년부터 2013년까지 26개 12월 기상자료를 사용하므로 유량예측결과 또한 26개가 주워진다. 계산된 26개의 유량앙상블이 적용된 유역에서 12월에 발생 가능한 유출량의 모음이 된다. 시나리오결과를 수자원관리에 활용하기 위해서 초과확률로 분석하였으며, 이런 분석의 결과는 향후 가뭄과 홍수 같은 수해방지를 위해 수공구조물의 운영에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후변화 및 이상기후의 발생으로 짧은 시간에 많은 양의 강우가 발생하는 국지적인 기습강우가 빈번히 발생하고 있으며, 급격히 발전하는 도시지역은 토지이용에 따라 불투수지역이 대부분이며, 유출량이 증가하고 도달시간이 줄어들어 내수침수가 빈번히 발생하고 있다. 도시유역의 배수능력은 우수관거 말단부와 연결된 외수에 영향을 받기 쉽고, 복잡하고 긴 형태를 가진 도시유역의 관망분포에 따라 통수능 부족 및 외수에 의한 내수배제의 불량으로 인한 침수피해가 발생하고 있다. 도시유역에서 우수의 유출현상은 대부분 표면 흐름이나 우수관거를 통하여 흐르게 된다. 불투수층이 대부분인 도시유역의 강우에 의한 내수배제는 우수관거에 의존도가 높으며, 도시유역의 침수현상은 인간의 생활 및 사회기반시설 등에 직접적으로 피해를 입혀 막대한 재산피해와 인명 피해를 야기할 수 있다. 실제로, 우리나라의 경우 큰 하천주변으로 많은 도시들이 위치하고 있어 내수배제 불량에 의한 침수피해가 빈번히 발생하고 있으며, 이를 대비하기 위해 강우-유출 해석을 통하여 침수위험지역을 예측하고 홍수 저감을 위한 계획 수립은 매우 중요하다. 이러한 도시유역의 침수를 분석하기 위해서는 관거의 통수능과 월류수 및 지표수의 흐름을 고려한 2차원 해석이 함께 필요하다. 본 연구에서는 과거 침수가 발생하였던 신촌지역에 대하여 침수해석을 위해 범람해석 모형을 적용하였다. 현재 도시유출모의에 많이 사용되고 있는 SWMM 모형을 이용하여 우수관거의 관망해석을 실시하고 관거의 용량을 초과하여 범람한 유량은 범람해석 모형인 FLUMEN 모형을 이용하여 침수 분석을 통해 노면수의 흐름을 분석하여 도시유역의 침수모의 적용성을 검토하였다.

최근 국내외적으로 정도 높은 강우장을 모의하기 위해 레이더 자료와 강우자료를 합성하려는 연구가 수행되고 있다. 이는 정밀하게 강우를 관측할 수 있는 지점 강우의 장점과 강우의 공간분포를 파악할 수 있는 레이더 자료의 장점을 결합하여 고품질의 자료를 생산할 수 있기 때문이다. 기존에는 연속수정법, 조건부 합성기법, 코크리깅, 가우시안 합성기법 등과 같은 자료합성 기법을 이용하여 레이더 자료와 지상강우를 합성한 연구가 수행되었다. 그러나 강우자료의 간헐적인 특징으로 인하여 두 자료를 합성하려는 시도는 간단하지 않은 문제로 나타났다. 이에 본 연구에서는 간헐적 특성의 자료를 고려한 자료합성 기법을 제안하였다. 먼저, 자료를 0이 포함되지 않은 경우와 0이 포함된 경우의 2가지 유형으로 구분하였다. 기존에는 주로 자료에 0에 포함되지 않은 경우에 대한 합성기법이 평가되었지만, 본 연구에서는 0이 포함된 경우에 대한 합성기법에 초점을 맞추었다. 자료합성 기법 중 코크리깅 기법을 이용하여 0이 포함된 레이더 자료와 강우자료를 합성하는 방법을 제안하였고 이를 0이 포함되지 않은 경우를 이용한 합성 결과와 비교하였다. 아울러 제안된 합성기법을 한강 유역의 자료에 적용하여 그 결과를 비교 및 평가 하였다.

최근 지구온난화로 인한 기상변동성 증가로 인해 극한기후현상의 발생빈도가 점차 증가하고 있으며 유역단위의 수자원을 효율적으로 운영하는데 문제점을 해소하고자 다양한 측면에서 체계적인 수자원 운영을 위한 연구가 이루어지고 있다. 수공구조물을 설계하는데 있어서 가장 일반적인 가정 사항은 수문모형에 사용되는 강우의 빈도와 유출의 빈도가 동일하다는 가정에 근거한다. 즉, 유역의 초기함수조건, 강우강도, 강우의 시간적 분포와 관계없이 동일한 빈도로 고려되는 문제점이 있다. 이러한 점에서 비교적 장기간의 자료를 확보하고 있는 계측유역에 대해서 다변량 확률밀도함수를 적용하여 비선형관계를 고려한 수문빈도해석기법을 개발하고자 한다. 본 연구에서는 이변량 분석기법(bivariate analysis) 중 전통적인 이변량 분포에 비해 주변분포형(marginal distribution)을 자유롭게 선택할 수 있는 장점이 있는 추계학적 Copula 모형을 활용하여 댐 및 저수지 상류유역의 강우량과 유입량을 대상으로 이변량 분석을 수행하고자 한다. 최종적으로 비선형 관계에 있는 강수량과 유출량 사이에 이변량 빈도해석 모형을 개발하고 기존 해석방법과의 종합적인 비교를 실시하였다.

공업지역의 경우 비점오염원의 유출원단위가 타 토지이용보다 높은 것으로 알려져 있고, 불투수면의 비율이 높아 강우 초기에 오염물질이 다량으로 유출되는 특성을 가지고 있다. 공업지역의 비점오염원 유출 특성을 파악하고 저감 대책을 수립하기 위해서는 강우 유출수에 대한 장기적인 모니터링이 필요하다. 본 연구의 목적은 공업지역을 대상으로 강우 발생에 따른 유출량 및 수질을 조사하여 비점오염원의 배출 특성을 분석하는데 있다. 본 연구의 대상지역은 경기도 성남시 중원구 상대원동의 위치한 공업지역 3지점으로 선정하였다. 비점 유출 조사는 초음파 유량계와 자동채수기를 이용하여 2014년 강우시에 지점별로 7회씩 총 21회를 실시하였다. 유출특성 조사를 위해 집수구역면적, 선행무강우일수, 총강우량, 강우지속시간, 유출지속시간 등의 자료를 수집하여 총유출량과 유출고, 유출률, 강우강도 등을 산정하였다. 강우유출수 샘플링은 국립환경과학원의 '강우 유출수 조사방법'에서 제시한 방법에 따라 실시하였으며, 수질분석 결과를 바탕으로 $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TOC, SS, TN, TP 총 6가지 항목에 대한 EMC를 산정하고 강우특성과 연계하여 분석하였다. 모니터링 결과 항목별 EMC 평균(범위)은 $BOD_5$ 2.2 (0.8~5.1) mg/L, $COD_{Mn}$ 4.0 (1.2~8.6) mg/L, TOC 5.4 (1.7~15.7) mg/L, SS 20.9 (2.0~88.9) mg/L, TN 2.4 (0.1~5.8) mg/L, TP 0.2 (0.0~0.9) mg/L로 나타났다. 본 연구의 결과는 공업지역 비점오염 원단위의 정확성을 향상시키는 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

기후변화는 미래 강수량 변동을 야기하여 하천유량 관리에 큰 영향을 미칠 것으로 예상하고 있다. 이에 본 연구에서는 기후변화에 따른 중장기 하천유량 관리를 위하여 금호강 유역을 대상으로 SWAT 모형을 이용하여 중장기 하천유량을 예측하였다. 임하댐 상류지역의 2008~2012년 유량자료에 대하여 보정 완료된 SWAT 모형을 기반으로, 지역기후모형(RCM)인 HadGEM3-RA모형을 활용한 IPCC 제5차 보고서 RCP 4.5, RCP 8.5 시나리오를 적용하였다. 금호강 표준유역별 기후변화에 의한 영향을 모의하기 위하여 편이보정(Bias Correction)방법을 적용하였으며, 금호강 유역 내 과거 30년(1975~2005년, Baseline) 기상자료와 비교하여 통계적인 유사성을 가지도록 보정을 실시하였다. 기후변화 시나리오 적용결과는 S1(2011~2040년), S2(2041~2070년), S3(2071~2099년)으로 분할하여 월별, 계절별, 연도별 미래 강수량과 기온을 분석하였다. 분석 결과, RCP 4.5 시나리오의 경우 봄철(3~5월)의 강수량은 기준년도에 비해 약 57%가 증가하였으나, 가을철(6~8월)에는 7.9% 감소하였으며, 첨두 강수시기는 8~9월에서 6~7월로 이동하였다. 평균기온은 각 구분 시기별 $0.2^{\circ}C$, $1.1^{\circ}C$, $1.8^{\circ}C$ 정도 상승할 것으로 예측되었다. RCP 8.5 시나리오에서는 기준년도 대비 강우량은 봄철에 61% 증가, 가을철에는 14.9% 감소하는 것으로 모의되었다. 평균기온은 약 $0.4^{\circ}C$, $2.1^{\circ}C$, $4.2^{\circ}C$ 정도 상승하는 것으로 나타났다. 기후변화에 따른 유출량 결과 비교는 2001~2010년을 기준으로 하였으며, RCP 4.5 시나리오에서는 S1, S2, S3 시기별 각각 -10.9%, -7%, -3.6% 감소하였으며, RCP 8.5 시나리오에서는 약 -12.3%, 4.9%, -1.2% 변동하는 것으로 나타냈다. 금호강 유역 전반에 걸쳐 유출량이 감소하는 추세를 보였으며, 특히 본류에 비해 지류유역의 건천화가 심해지는 양상을 보였다. 또한 현재에 비해 여름철 유출패턴 시기가 앞당겨져 봄철 유량이 증가하고 겨울철에 감소하는 경향을 보이고 있다. 기후변화로 인한 수문패턴의 변화로 현재 하천유량관리의 변화가 필요할 것으로 판단되며, 향후 본 연구결과를 바탕으로 물수지 분석을 추가하여 유지유량 만족을 위한 해당유역의 이수기 유량관리 방안 연구를 수행할 예정이다.

강우유출분석 시 강우의 총량과 시간분포는 첨두치에 큰 영향을 미치므로 중요하다고 할 수 있다. 현재 대부분 강우의 시간분포는 HUFF 방법을 이용하고 있으나 Huff방법은 소유역과 도시 하천에 적용에 대한 문제점, 지속시간별 시간분포 변화 특성을 고려하지 못하는 문제점, 기준강우량으로 일괄 적용하는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 보완하고자 과거 실제호우사상을 기반으로 한 도림천 유역에 적합한 시간분포를 개발하고 유출분석을 실시하였다. 이는 목적에 따라 홍수 예 경보 뿐만 아니라 수자원설계에도 적용 가능할 것으로 판단된다.

산업화로 인하여 지구온난화가 가속화됨에 따라 전 세계적으로 경험하지 못한 자연재해가 발생하고 있다. 한반도 역시 집중호우와 같은 극치수문사상으로 인해 매년 막대한 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 2010년 9월 21일 발생한 호우는 상대적으로 지역적인 편차가 큰 국지성 집중호우 형태로 인하여 국가기관시설이 밀집한 종로구 광화문 일대에 내수침수를 야기한바 있으며, 2011년 7월 26일 이후에 발생한 집중호우의 경우 연 강수량의 30% ~ 45%를 차지할 만큼의 많은 양의 비가 내리면서 우면산 산사태, 강남역 및 도림천 침수를 발생시킨 바 있다. 특히, 치수대책을 고려하지 않은 무분별한 도시개발과 여름철의 강우 집중화(연강우량의 약 70%) 때문에 수자원확보 및 수방대책에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 보다 효율적인 이 치수 대책을 위해서는 한반도에 영향을 미치는 집중호우에 대한 정량적인 분석이 수행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 호우분리기법을 적용하여 집중호우만을 추출하고 한반도 집중호우의 극치사상을 시공간적인 특성 및 변동 및 경향 분석을 수행하고자 한다. 본 연구의 결과는 향후, 이 치수 대책을 고려한 도시계획 및 대책 수립에 대한 기초자료로 활용 가능 할 것으로 판단된다.

강우로 인해 발생하는 하천의 홍수량 결정은 수공구조물의 최적설계 및 효율적 관리를 위해 매우 중요하다. 우리나라에서는 주로 강우-유출 해석을 동해 홍수량을 결정하고 있다. 강우-유출 해석을 위해서는 단위도가 필요하고, 단위도를 유도하기 위해서는 장기간의 과거 강우기록 및 유량의 실측자료가 필요하다. 하지만, 그간 우리나라에서는 과거 수문자료의 부족 및 수위관측소의 부재 등의 이유로 미계측 유역에서 사용하는 방법인 Snyder 합성단위도법, SCS 무차원 합성단위도법, Clark 단위도 방법을 주로 사용하였다. 그러나 이와 같은 방법들은 외국에서 유도된 공식이기 때문에 국내 적용에 어려움이 많으며, 유역 특성에 따라서도 차이를 보이고 있다. 최근 양질의 강우-유출사상 측정 자료가 많아져서 단위도를 직접 유도할 수 있는 여건이 구축되었다. 이에 본 연구에서는 국내 유출특성을 적용할 수 있도록 42개 지점의 강우-유출 실측자료를 이용하여 각 유역별 단위도를 작성하고 무차원단위도의 유도를 통해 평균값을 도출하였다. 평균 무차원단위도의 유도 결과를 국내 유역의 실측치와 비교를 통해 적용성을 확인하였으며, 국내 유역의 강우-유출관계를 반영하는 성과를 얻을 수 있다. 본 연구를 통해 유도된 무차원단위도는 추후 우리나라 각종 유역에 대한 검증을 통해 대표적인 무차원단위도로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

일반적으로 호우사상의 특성은 강우강도, 지속기간, 총 강우량으로 정량화된다. 주어진 호우 사상에 대한 재현기간은 보통 위 세 개 변량 중 두 개의 변량에 대한 이변량 빈도해석을 통해 결정된다. 따라서 3 가지의 다른 빈도해석이 가능하며, 원칙적으로 이 세 가지 빈도해석 결과는 같아야 한다. 그러나, 문제는 어떤 변량을 선택하느냐에 따라 빈도해석 결과가 달라진다는 점이다. 본 연구에서는 이 문제를 해결하고자 다음과 같은 연구를 수행하였다. 첫 번째로 1961-2010년에 관측된 서울지점 연최대치 호우사상에 대한 이변량 빈도해석을 수행하였다. 이변량 빈도해석은 Frank, Gumbel-Hougaard, Clayton, ali-Mikhail-Haq copula 모형을 이용하여 수행하였으며, 모형의 매개변수는 두 변량의 상관관계를 나타내는 Kendall's tau를 이용하여 추정하였다. 호우사상에 대한 이변량 빈도해석을 수행한 결과, 결과가 일관되지 않고 고려한 두 가지 강우변량에 따라 다르게 나타난 것을 확인하였다. 두 번째로 보편적인 강우강도식을 이용하여 호우사상을 이루는 세변량의 특성을 분석하였다. 본 연구에서 고려한 강우강도식은 Talbot 형, Sherman 형, Japanese 형, Grunsky 형이다. 일반적인 강우강도식에서 지속기간과 강우강도의 관계는 I~t^a와 같이 나타나며, 이 때 a의 범위는 -0.5부터 -1까지 값으로 정해진다. 마지막으로, 호우사상을 이루는 세 변량의 상관관계를 이용하여 가장 적절한 이변량 빈도해석결과를 도출하는 강우 변량의 조합을 결정하였다. 결론적으로, 본 연구에서는 지속기간과 강우강도를 copula 모형을 이용한 이변량 빈도 해석의 가장 적절한 것으로 판단되었다.

2007년 IPCC 4차 기후변화 평가보고서 발간 이후, 최근 제 5차 기후변화 평가보고서에 표준 온실가스 시나리오를 대표농도경로(Representative Concentration Pathway, RCP)로 새롭게 선정하여 발간되었다. 이러한 기후변화 시나리오를 적용하여 수자원변화를 예측하는 연구들이 진행되었다. 그러나 기후변화 모델을 제공하는 기관이 많고 전지구적인 스케일로 제공되고 있어 모델의 선택여부와 지역적인 특성으로 인해 발생하는 스케일 불일치 등 다양한 불확실성을 포함하고 있다. 또한, 본 연구 대상지역인 도암댐 유역은 상류에 고랭지 밭이 다수 위치해 있으며 2018년 동계올림픽을 유치하는 평창에 속해있어 2011년 이후로 급격한 개발이 이루어졌고 지속적으로 토지 이용변화가 일어나는 유역이다. 따라서 본 연구에서는 RCP 4.5와 8.5시나리오를 대상으로 총 20개의 기후변화 모델 자료를 수집하였고 지역오차보정을 통해 지역적인 스케일의 불일치를 개선하고 미래시나리오에 대해서는 비정상성을 고려한 비정상성 분위사상법을 통해 미래 시나리오의 정확성을 높였다. 과거 토지이용변화추세를 반영하여 5가지의 미래토지이용변화 시나리오를 생성하고 이를 유역모형인 SWAT모형에 적용하여 미래기후변화와 토지이용변화를 모두 고려하여 도암댐 유역에서의 유출을 전망하였다.

수문학적 모델링은 수자원계획에 있어 가장 핵심적인 도구 중에 하나이다. 강우-유출모형의 매개변수 추정시 장기간의 자료를 활용하는데 초점이 맞추어져 있으며, 일반적으로 5년 이상의 자료를 활용하여 매개변수를 추정하는 경년변동(inter-annual variability) 매개변수 추정 방법이 추천되고 있다. 수문학적 변동성 측면에서 볼 때 강우, 온도, 유역의 조건 등의 연내변동성(intra-annual variability)이 경년보다 크게 나타나고 있으나, 이러한 특성을 고려한 수문모형의 매개변수 추정은 이루어지고 있지 않다. 이러한 점에서 연내변동성으로 기인하는 비정상성을 고려한 매개변수 추정 방법의 도입이 필요할 것으로 판단되며, 본 연구에서는 계측유역을 대상으로 다양한 시간규모에서 매개변수 추정을 수행하고 최적의 시간규모를 도출하고자 한다. 이를 위해서 DDS(dynamically dimensioned search) 알고리즘을 도입하여 최적화를 수행하였으며, 다양한 시간 규모에서 모형의 적합특성을 평가하였다. 교차검증을 통하여 매개변수의 통계적 유의성을 확보하였으며, 전통적인 매개변수 추정 절차와 비교 검토를 수행하였다.

국내에서는 유역의 설계홍수량을 결정하기 위해 강우-유출 사상에 의해 유도된 대표단위도를 활용하는 방식이 일반적으로 채택되고 있으나, 유역의 실측 호우사상이 부족한 경우 대표단위도의 신뢰성은 종종 논쟁의 여지를 갖게 된다. 이는 제한된 수의 자료를 활용하여 도출된 매개변수의 평균이나 최대/최소값으로 채택되는 대표단위도를 통해 산정되는 설계홍수량이 왜곡될 수 있는 가능성에 기인하는 것이다. 따라서 매개변수 산정 및 검정에 활용되는 사상의 수와 질이 설계홍수량 산정에 미치는 영향을 파악하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 가용한 호우사상의 수가 제한된 유역의 경우 Clark 단위도의 매개변수 도출에 대한 불확실성 분석을 수행하였다. 대상유역은 비교적 다량의 실측 호우사상을 갖는 국내 중규모 댐 유역으로 선정하였으며, 호우사상 모집단의 수가 N개일 때 단위도 유도에 활용되는 사상을 2개부터 N-1개까지 증가시켜 가며 분석대상이 되는 호우사상이 무작위로 선정될 경우를 가정하였다. 불확실성 분석을 수행하기 위하여 Monte Carlo Simulation을 각 호우사상 수별로 100회씩 적용하였으며, 이 때 확률변수는 등분포함수를 따르는 것으로 가정하여 각 호우사상이 선정될 가능성을 동일하게 부여하였다. 이러한 과정을 통해 선정된 호우사상별 매개변수들 중 도달시간과 저류상수의 평균값과 최소값을 대표단위도(평균, 최대)의 매개변수로 각각 채택하여 설계홍수량을 도출하였다. 그 결과 선정된 호우사상의 양과 질에 관계없이 호우사상 수가 증가함에 따라 채택되는 대표단위도의 매개변수가 안정되는 경향을 보였으며, 설계수문곡선의 첨두홍수량 분포는 음으로 왜곡되는 경향을 나타내어 설계홍수량이 과소산정될 가능성이 감소하는 결과를 보였다. 즉, 대상유역의 분석 대상 호우사상 수가 증가하면 대표단위도 매개변수 및 설계홍수량 산정결과가 안정되는 경향을 보이므로 설계홍수량 산정의 신뢰성을 향상 시킬 수 있을 것이며, 이는 향후 설계홍수량 산정 및 평가를 수행하는 기술자들의 판단도구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 소유역에서 발생하는 오염물질의 정량화를 위해 오염원 그룹별 발생부하와 배출부하를 분석하고자 하였다. 대상유역은 경기도 가평군 일대이며, 소유역을 8개의 세유역으로 구분하여 발생부하와 배출부하를 산정하였다. 오염원 현황자료는 2012년 전국오염원 조사자료를 기초로 하였으며, 행정구역 단위의 오염원 조사 및 행정구역과 유역의 경계가 일치 하지 않는 경우의 오염원별 점유율은 토지종합정보망(Land Management Information System, LMIS)의 연속지적도 자료를 이용하여 면적비로 산정하였다. 또한 발생원 단위는 실측자료를 우선으로 하되 실측자료가 없는 경우 수질오염총량관리기술지침에서 제시하는 발생원단위를 적용하였다. 대상유역 내에는 산업계, 양식계, 매립계의 오염원은 없었으며, 생활계와 축산계, 토지계 중 축산계의 발생부하량이 BOD, T-N, T-P 모두 가장 높은 것으로 분석되었다. 대상유역의 BOD 발생부하량은 총 891.51kg/day로 산정되었으며, 이 중 축산계가 포함되어 있는 유역의 BOD 발생부하량이 전체의 76.4%에 해당하는 680.70kg/day로 가장 높게 나타났다. 반면, 배출부하량은 생활계, 축산계, 토지계 중 BOD와 T-N은 토지계 배출부하량이 차지하는 비율이 가장 높았으며, T-P의 경우 축산계의 발생부하량이 가장 높은 것으로 나타났다. 유역의 BOD 배출부하량은 총 89.84kg/day로 산정되었으며, 이중 유역 하류에 위치하고 있는 세부 소유역의 BOD 배출부하량이 전체의 30.5%에 해당하는 27.4kg/day로 가장 높게 나타났다. 그러나 총 T-P 발생부하량은 14.12kg/day로 산정되었으며, 축산계가 포함되어 있는 소유역의 T-P 발생부하량은 전체의 64.3%에 해당하는 9.08kg/day로 가장 높았다. 이는 대상유역 내 축산농가의 분뇨가 위탁 처리됨에 따라 발생 부하량에 비해 배출부하량은 상당량 감소하는 것으로 분석되었다. 특히, BOD와 T-N의 경우 축산농가의 영향이 적었지만, T-P의 경우 자연농도가 낮기 때문에 축산농가의 배출부하량이 높은 비중을 차지하는 것으로 판단된다. 그러나 오염원의 정량적인 발생원 규명을 위해서는 오염원 그룹이 포함되어있는 지역에 대하여 장기적인 실측 모니터링 결과를 바탕으로 오염부하를 산정하여 비교?분석하는 연구가 필요할 것으로 판단된다.

본 연구는 밭에서 발생하는 비점오염원의 저감 효과를 분석하기 위하여 최적관리기법(BMPs) 중 경운방법과 침투짚단을 하여 효과를 분석하고자 하였다. 시험포 1개의 면적은 $150m^2$ (폭 5 m, 경사장 30 m)이며, 모두 사질토의 특성을 가진 토양이다. 시험포는 총 8개(경사도 3% 4개, 8% 4개)로 각각 무경운 시험포 2개와 경운 시험포 1개 그리고 침투 짚단을 설치한 경운 시험포 1개로 경사도와 영농방법을 다르게 조성하였다. 실험의 오차를 줄이기 위하여 강우지속시간과 강우량 그리고 강우강도가 일정한 인공강우 실험을 수행하였으며, 실험시 바람에 의한 강우량의 오차를 줄이기 위해 날씨가 맑은 날에 실시하였다. 또한, 선행무강우일수 7일로 유지하여 토양의 함수비를 동일한 조건이 되도록 하였다. 총 3회의 인공강우실험에서 강우강도는 30 mm/hr 이였으며, 강우로 인해 발생한 유출수는 수위를 측정한 뒤, 수위-유량곡선식을 이용하여 유량으로 환산하였으며, 이때 수질시료를 채취하였다. 채취된 수질시료는 $BOD_5$, $COD_{Cr}$, $COD_{Mn}$, TN, TP, DOC 등의 6개 항목을 분석하였다. 연구결과 경사도 3%의 침투짚단 시험포에서 오염부하는 경운 시험포 대비 $BOD_5$는 25.4%, $COD_{Cr}$은 20.5%, $COD_{Mn}$은 2.1%, DOC는 40.8%, 영양염류인 TN과 TP는 각각 23%와 8.7%가 저감되는 것으로 나타났다. 또한 경사도 3%의 무경운 시험포에서 오염부하는 경운 시험포 대비 $BOD_5$는 57.5%, $COD_{Cr}$은 59.8%, $COD_{Mn}$은 65%, TN과 TP는 65.4%와 75%로 저감되었다. 그리고 경사도 8%에서 경운 시험포대비 침투짚단 시험포의 오염부하는 $BOD_5$ 19.6%, $COD_{Cr}$과 $COD_{Mn}$은 각각 7.8%와 10% 그리고 영양염류인 TN은 15.5%, TP는 11.2%가 저감되는 것으로 나타났다. 경사도 8%에서 무경운 시험포에서는 경운 시험포 대비 $BOD_5$ 70.9%, $COD_{Cr}$과 $COD_{Mn}$은 각각 74.9%와 81.3% 그리고 영양염류인 TN은 70.2%, TP는 70.1%가 저감된 것으로 나타났다. 본 연구결과와 같이 경운을 하는 관행방법에 비해 토양의 침투능이 유지할 수 있는 무경운 방법이나 침투짚단을 활용하는 방법이 밭에서 발생하는 비점오염원을 저감할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 본 연구의 결과는 3번의 인공강우 실험을 통해 분석된 결과로써 추가적인 연구를 통해 다양한 경사도와 영농방법에 따른 비점오염물질의 저감효과를 분석해야 할 것으로 보여진다.

무경운 농법은 경작지의 토양을 교란시키지 않고 작물을 재배하는 방법으로, 토양의 물리성 개선과 토양 침식 예방, 생산비 절감 등의 효과가 있어 전 세계적인 인정을 받고 있는 농업기술이다. 그러나 아직까지 무경운의 재배 지속 기간 등 많은 의문이 제기되고 있으며, 국내 환경조건에 맞는 실험적인 연구가 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 최적관리기법의 하나인 무경운(No-till)을 적용한 밭의 오염물질 저감효과를 장기적으로 살펴보고자 2011년부터 2014년까지 4년간의 모니터링을 실시하였다. 무경운 농법을 적용하기 위하여 동계피복작물(밀, 보리)을 재배작물 정식하기 전해 겨울에 파종하여 이듬해 6월 말 수확하였다. 이후 7월에서 8월 사이 재배작물(들깨, 무)을 정식하였다. 시비는 2011년에는 축산퇴비, 2012년에는 축산액비 그리고 2013년과 2014년에는 화학비료를 시비하였으며, 매년 경운과 무경운의 시비량은 동일하게 처리하였다. 유출 시험포의 면적은 $150m^2$(폭 5 m, 경사장 30 m)이며, 8개(경사도 3% 4개, 경사도 8% 4개)의 시험포를 조성하여 각각 2개씩 경운(관행)과 무경운을 적용하였다. 모니터링은 재배작물(들깨, 무) 정식 이후부터 작물 수확 전까지 강우사상에 대하여 이루어졌으며, 연구기간동안 총 13회의 강우 사상에 대하여 조사를 실시하였다. 경운대비 무경운 시험포의 평균 오염부하 삭감율을 분석한 결과 경사도 3% 시험포의 경우 BOD는 35.1%, $COD_{Cr}$은 37.4% 그리고 영양염류인 TN과 TP는 각각 36.9%와 33.5%가 삭감된 것으로 조사되었으며, 경사도 8% 시험포의 경우 BOD가 36.4%, $COD_{Cr}$은 45.8%, TN과 TP는 각각 45.5%와 40.6%가 삭감된 것으로 나타났다. 우리나라에서는 경운(관행) 농법이 영농관리 차원에서 대부분 이용되고 있으나, 본 연구 결과에 기초할 때 무경운 농법으로 영농할 경우 강우유출수 및 하천으로 유입되는 비점오염부하를 효과적으로 제어할 수 있을 것으로 기대된다.

The storm water management and drainage relation are the key variable that plays a vital role on hydrological design and risk analysis. These require knowledge about spatial variability over a specified area. Generally, design rainfall values are expressed from the fixed point rainfall, which is depth at a specific location. Concurrently, determine the areal rainfall amount is also very important. Therefore, a spatial rainfall interpolation (point rainfall converting to areal rainfall) can be solved by areal reduction factor (ARF) estimation. In mainland of South Korea, for dam design and its operation, public safety, other surface water projects concerned about ARF for extreme hydrological events. In spite of the long term average rainfall (2,061 mm) and increasing extreme rainfall events, ARF estimation is also essential for Jeju Island's water control structures. To meet up this purpose, five fixed rainfall stations of automatic weather stations (AWS) near the "Hancheon Stream Watershed" area has been considered and more than 50 years of high quality rainfall data have been analyzed for estimating design rainfall. The relationship approach for the 24 hour design storm is assessed based on ARF. Furthermore, this presentation will provide an outline of ARF standards that can be used to assist the decision makers and water resources engineers for other streams of Jeju Island.

최근 제주도는 극한사상의 기상발생빈도가 점차 증가하여 집중호우, 태풍 등에 의한 홍수피해가 점자 증가하고 있는 실정이다. 따라서 지역특성에 적합한 단위유랴도 산정은 실제 하천설계 및 치수방재를 위해 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 외도천유역의 유역특성을 반영한 최적 단위유량도를 산정하기 위해 강우-유출모형은 HEC-HMS모형을 이용하였으며 적용한 단위도는 Clark, Sndyer, SCS 합성단위유량도법으로 각 사상마다 실측 유량자료와 비교 분석하였다. 일원분산분석 결과는 각 단위도의 첨두유량과 첨두시간에 대한 p-value가 유의수준 0.05보다 크기 때문에 귀무가설이 성립이 되며 각 단위유량도의 방법별 첨두유량 및 첨두 시간의 유의적 차이는 없다고 분석되었다. 오차율로 비교하면 Clark 합성단위도가 대상유역인 외도천의 유역특성을 가장 잘 반영하는 것으로 판단되며 Clark 단위유량도의 오차율은 0.02 ~ 1.93%로 타나났으며 첨두시간에 대한 오차율은 0 ~ 2.74%으로 나타났다. 향후 홍수유출량 산정하기 위해 장기간 지속적으로 유량관측자료 확보 및 구축이 필요하며, 이러한 제주형 유도식 개발 및 최적의 매개변수와 단위도를 적용한다면 신뢰도 높은 유출 특성 결과를 도출 할 수 있을 것으로 판단된다.

면적감소계수(ARF)는 면적강우에 대한 지점강우의 비로 정의되며, 과거 면적확률강우량 산정시 유역 내의 여러 지점강우량을 티센기법, Kriging 기법 등을 통해 공간보정을 실시하고 면적강우량을 산정하였다. 하지만 이러한 방법은 강우의 시공간분포 특성을 정확히 반영하지 못하는 단점이 있기 때문에, 최근에는 많은 연구에서 레이더 강우를 활용한 ARF를 산정한다. 기존의 연구에서 이중편파레이더를 사용하여 낙동강 유역의 호우중심형 ARF를 산정한 바 있기 때문에, 본 연구에서는 산정된 ARF 값을 적용한 설계홍수량은 분석해보고자 한다. 대상유역은 낙동강 유역내의 유역들을 대상으로 하고자 한다. 낙동강 유역에는 약 $175km^2{\sim}2000km^2$의 다양한 면적의 유역들이 존재함을 확인하였다. 따라서 면적별로 대표적인 유역을 선정하여 설계홍수량을 산정하기에 적합한 지역이라 판단된다. 설계홍수량을 산정하기 방법으로는 강우-유출 모형을 이용하고자 한다. 이용할 모형은 호주에서 개발된 IHACRES 모형으로써, 개념적인 모형으로 장기 및 단기 강우사상을 모두 모의할 수 있는 특징을 갖고 있다. 따라서 낙동강 내의 선정된 유역들을 실제 강우자료를 통해 각 유역의 매개변수를 산정하고, 확률강우량과 Huff분포를 이용한 지속시간 24시간의 설계강우량을 산정하고자 한다. 산정된 설계강우량에 앞서 소개한 이중편파레이더 ARF를 적용하여 설계홍수량을 산정하고, ARF를 적용하지 않고 산정한 설계홍수량, 두 값의 차이를 통해 ARF를 통해 감소된 설계강우량의 비와 ARF 적용 유무에 따른 설계홍수량 차이의 비를 비교하여 이중편파레이더 ARF가 면적별로 미치는 영향을 알아보고자 한다.

기상이변에 따른 국지성 호우 및 태풍의 영향으로 돌발 홍수가 자주 발생하여 홍수피해가 증가하고 있다. 이와 같은 피해를 저감하기 위해서는 신속하고 정확한 강우의 예측과 홍수량 산정이 필요하며, 이를 위해 최근 강우의 실시간 변화를 관측하고 예측이 가능한 레이더 강우의 활용성이 증대되고 있다. 강우-유출 해석을 위한 수문 모형으로 집중형 수문모형과 분포형 수문모형이 있다. 집중형 수문모형(HEC-HMS)은 수리 수문학적 매개변수들을 반영하여 강우로 인한 유역의 지표면 유출을 모의하는 단일 사상 모형이며, 분포형 수문모형(Vflo)은 유역의 공간적 특성을 격자기반으로 반영하는 GIS를 기반으로 하고 있으며 레이더 강우와 연계한 물리적 기반의 유출모형으로 홍수량 예측 및 분석에 매우 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 GIS를 이용하여 외도천 유역의 지형적 지리적 특성(DEM, 토지피복도, 토양도 등)을 분석하고 분포형 모형인 Vflo와 집중형 모형인 HEC-HMS를 활용하여 유출량을 모의하고, 첨두 유량, 첨두 발생 시간을 비교 분석하여 외도천 유역에 적합한 유출 모형을 확인하였다. 이와 같이 강우-유출 모형에 의해 분석된 결과는 향후 돌발홍수를 대비하기 위한 '단기 강우-유출 분석 시스템' 개발 시 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.

일반적으로 유량을 계산하는 수문모형은 강우에서부터 유출에 이르는 수문현상을 해석하는 방법에 따라 하나 이상의 매개변수가 이용된다. 이러한 수문모형의 보정은 계산된 유량과 관측 유량을 비교하고, 계산된 유량이 관측유량을 잘 재현할 수 있도록 모형의 매개변수를 반복적으로 수정하는 과정을 통해서 이루어진다. 수문모형의 매개변수는 수문학적으로 의미가 있는 값을 가지며, 매개변수를 수정하기 위해서는 대상 매개변수가 모형내에서 수문학적으로 어떠한 의미를 가지에 대한 이해가 필요하다. 또한 하나의 매개변수는 다른 매개변수와 함께 복합적으로 유량계산에 작용하므로, 다수의 매개변수를 함께 추정하여 최적 계산결과를 도출하는 과정은 일반적으로 전문성과 함께 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 범용 매개변수 추정모형인 PEST와 GRM 모형을 연계하여 GRM 모형의 매개 변수를 자동으로 추정할 수 있는 모듈을 개발하였다. 개발된 모듈에서는 GRM 모형의 보정을 위한 PEST 모형의 입력파일을 자동으로 생성하고, PEST 혹은 병렬 PEST를 실행할 수 있다. 사용자는 GRM 모형의 추정대상 매개변수 선택, 관측자료 설정, 자동으로 생성된 PEST 입력파일을 확인 및 수정하며, 병렬 PEST를 실행할 경우에는 slave PEST 개수 등을 설정한다. 본 연구에서 개발된 모듈은 OpenGIS인 MapWindow GIS의 Plug-in으로 개발된 GRM(MW-GRM)에서 메뉴로 제공되며, GUI를 통해서 편리하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 물리적 분포형 모형인 GRM의 보정시 다수의 매개변수를 편리하게 추정할 수 있는 방안을 마련하였다. 본 연구의 결과는 강우-유출 해석 분야에서 GRM 모형이 좀 더 쉽게 활용되는 데 기여할 수 있을 것이다.

농업용 저수지의 하류유역은 저수지로부터 농업용수를 공급받는 관개지구와 산림지 등 관개를 실시하지 않는 비관개지구의 수문순환이 복합적으로 연계된다. 이러한 저수지 하류유역의 하천유량은 배후 유역에서 발생하는 유역 유출량, 관개지구의 농업용수 회귀수량, 저수지에서 방류되는 환경용수 방류량과 제한수위 및 만수위 방류량, 그리고 지하수 유출량 등으로 구성된다. 본 연구에서는 저수지 하류의 하천유량 구성 요소를 해석하는 하천망 모형을 구성하였고, 대상지구의 자료를 구축하였으며, 모형의 보정 및 검정을 수행하였다. 비관개지구의 유출량 모의는 수정 3단 Tank 모형을 이용하였다. 관개지구의 배수량은 논 포장 배수량과 용수로 배수량을 구분하여 모의하며, 논 포장 배수량은 논 물수지식을 기반으로 모의하였다. 저수지 방류량은 저수지 유입량과 저수지 운영방식을 고려하여 모의하도록 구성하였다. 하도 추적은 Muskingum 방법을 이용하였다. 연구 대상지로 이동저수지 유역을 선정하여 기상, 지형, 수문, 그리고 영농 자료를 수집하여 모형의 입력 자료를 구축하였다. 모형의 평가를 위한 통계적 지표는 Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), root mean square error-observations standard deviation ratio (RSR), 그리고 percent bias (PBIAS)를 이용하였다. 보정 및 검정 결과 구성된 모형의 모의 결과는 실측치의 경향을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 우리나라 농촌유역 물순환에 대한 이해를 넓히며, 저수지 하류유역 유량 해석을 위한 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

XP-SWMM은 유한차분방법에 의한 천수방정식을 기반으로 하는 TUFLOW 엔진을 탑재하여 1차원 솔루션 엔진과 동적으로 연결하여 범람원에서의 흐름거동을 2차원으로 해석할 수 있다. 유역에서 발생한 모든 유출량은 해당 소유역의 노드(맨홀)로 유입되며 2차원 침수양상은 관로상태에 따라 노드를 통해 역류한 유출수에 의해서 폰딩(Ponding)되는 조건으로 모의한다. XP-SWMM의 침수범람 모의는 침수범람 상황을 가시적으로 보여주는데 상당한 강점을 가지고 있으나 실제 지형여건에 따른 자연현상을 엄밀하게 모델링하는데 일정부분 한계가 있다. 모형의 한계는 담수된 노드의 수위로 인한 에너지 영향(오리피스 흐름)으로 인접관로의 침수가 부가적으로 유발할 수 있다는 점이며 실제 대부분의 경사지에서의 침수상황은 노드에 유출수가 담수되지 않고 하류로 지면을 따라서 확산(Diffusion)되어 담수영향으로 인한 인접관로 침수가 추가적으로 유발되지 않을 가능성이 매우 높다. 즉, XP-SWMM의 담수허용조건, 지반고 2D연결 옵션은 유역에서의 침수발생량을 과대평가 할수 있으며 특정 유역에서는 실제 침수발생 상황과 차이가 발생 할 수 있는 것이다. 본 연구에서는 서울시 광화문 일대의 효자배수분구 우수관로를 SWMM으로 구성하고 강우조건 95mm/hr에서 노드조건을 담수허용, 2D연결, 담수없음 조건으로 모형을 수행하여 침수모의 결과를 비교, 검토하였다. 전체관로 노드조건을 담수허용, 2D연결로 설정하게 되면 담수없음 조건과 비교하여 1.2-2.8배의 침수발생량이 추가로 발생하는 것으로 검토되었다. 즉, 담수없음 조건의 경우 침수발생시 노면 수위상승 인한 동수경사 영향이 반영된 압력관로 영향이 반영되지 않아 노드간 침수발생량이 중복되지 않는다. 반면, 담수허용이나 2D연결로 모형을 수행할 경우 지면의 경사가 충분히 있는 지역에 침수가 발생하더라도 일정 수심이상의 수두(동수경사선)가 형성되어 침수를 추가로 유발하는 것으로 보인다.

기후변화 시나리오는 다양한 자연조건에 대한 불완전한 이해, 연산능력 등의 제한으로 매우 높은 불확실성이 내포되어 있으며, 국내의 다양한 연구에서도 제시되어 있듯이 매우 과소 추정되어 있는 문제점이 있다. 이러한 문제로 인하여 다양한 편의보정 기법을 통해 기후변화 시나리오의 불확실성을 줄이고자 하는 노력이 수행되었다. 그러나 편의보정 기법은 적용 방법이 서로 상이하기 때문에 보정에 따른 강우 특성이 다르게 나타나는 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 편의보정 기법에 따른 강우-유출 특성을 갑천유역을 대상으로 분석하였다. Change Factor(CF)와 Quantile Mapping(QM) 그리고 CF와 QM을 연계한 편의보정기법(CQ)에 따른 강우-유출 특성을 갑천유역을 대상으로 Change Factor(CF)에서 연평균(CF_Y)/월평균(CF_M) 교정계수를 이용하는 방법과 Quantile Mapping(QM)을 총 편의보정기간(QM_E)과 우기와 비우기(QM_P)를 구분하여 누적확률분포를 고려하는 방법, 그리고 CF와 QM을 연계한 편의보정기법(CQ) 총 5가지에 대해서 편의보정을 수행하고 유출특성을 SWAT모형을 이용하여 분석하였다. 과거 기간에 대해 CF_M과 QM_P는 첨두유량이 실측 첨두유량에 비해 2배 이상 크게 나타났으며, 특히 QM_P는 최대 강우 발생 월이 다른 편의보정 기법과는 다르게 나타나 월별 유출 분석시 큰 오류가 발생될 것으로 판단된다. 5가지의 편의보정 기법 중에 CQ가 과거 강수 크기, 발생 분포 및 빈도 재현을 가장 잘 반영하며, 미래기간에 대한 기간별(2030s, 2050s, 2070s, 2090s) 평균유량을 비교한 결과 본 연구에서 사용한 SRES A1B 시나리오의 이산화탄소 배출 시나리오의 특성을 유지한 미래 강우-유출해석이 이루어지는 것으로 나타났다. 기후변화 시나리오에 편의보정 기법 적용으로 자연적인 현상을 정확하게 모의하기에는 어려움이 많고 불확실성 역시 매우 크지만, 과거 강수발생 경향이나 편의보정의 특성을 알고 활용목적에 맞는 편의보정을 수행한다면 수자원 관리 계획 수립 등에 큰 도움이 될것으로 판단된다.

The temporal and spatial relationship of the weather elements such as rainfall and temperature is closely linked to the streamflow simulation, especially, to the flood forecasting problems. For the study area, Imjin river basin, which has the specific characteristics in geography with river cross operation between North and South Korea, the meteorological information in the northern area is totally deficiency, lead to the inaccuracy of streamflow estimation. In the paper, this problem is solved by using the combination of global (such as soil moisture content, land use) and local hydrologic components data such as weather data (precipitation, evapotranspiration, humidity, etc.) for the model-driven runoff (surface flow, lateral flow and groundwater flow) data in each subbasin. To compute the streamflow in Imjin river basin, this study is applied the hydrologic model SURR (Sejong Univ. Rainfall-Runoff) which is the continuous rainfall-runoff model used physical foundations, originally based on Storage Function Model (SFM) to simulate the intercourse of the soil properties, weather factors and flow value. The result indicates the spatial variation in the runoff response of the different subbasins influenced by the input data. The dependancy of runoff simulation accuracy depending on the qualities of input data and model parameters is suggested in this study. The southern region with the dense of gauges and the adequate data shows the good results of the simulated discharge. Eventually, the application of SURR model in Imjin riverbasin gives the accurate consequence in simulation, and become the subsequent runoff for prediction in the future process.

최근 급증하는 기후변화 영향으로 인한 자연재해의 위험이 증대되고 있다. 이러한 자연재해 중 가뭄은 그 빈도수나 피해의 규모가 홍수보다 작아 관련된 연구가 제한적이므로 유역의 특성을 반영한 장 단기 유출특성의 면밀한 검토가 요구되며, 향후 이를 반영한 홍수유출모형의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유역 수자원산정의 기초연구로서 낙동강 내성천 유역을 대상으로 유역의 유출수문자료를 구축하고 장기기저흐름지수(BFI: Base Flow Index), 표면유출지수(1-Base Flow Index)를 산정하여 유역의 유출특성을 분석하였다. 내성천유역은 낙동강 상류유역으로 본류길이는 110.69km, 유역면적은 $1,815.28km^2$이며, 분수계의 능선부가 대체로 1,000m이상의 고도를 나타내고, 유역분지의 평균 해발고도는 318.2m이다. 또한 영주댐이 검설 중에 있으며, 향후 댐 건설이 수자원에 끼치는 영향등을 분석 할 수 있는 유역이다. 본 연구에서는 내성천 유역을 분석하기 위해서 8개의 수위관측지점을 선정한 후, 2001년부터 2012년 기간의 일 유량자료를 바탕으로 유출비를 산정하였다. 내성천 8개 소유역의 유역 장기유출비를 분석한 결과 기저흐름지수는 0.24~0.47, 표면유출지수는 0.53~0.76의 분포를 나타내었다. 표면유출비는 미호(0.76), 월호(0.53), 점촌(0.71)유역을 제외한 5개 유역에서 0.62~0.65의 분포를 나타내었으므로 낙동강 상류인 내성천유역의 표면유출비로 0.63을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 다수의 낙동강유역을 추가분석하여, 낙동강유역의 고유 유출특성을 제시 할 수 있을 것으로 기대된다.

북한의 수자원 현황을 분석하고 미래를 전망하는 일은 수자원 분야 전문가들의 공통된 관심사 중 하나이다. 그러나 많은 노력에도 불구하고 제한된 자료로 인해 이에 대한 체계적인 성과가 구축되지 못한 것이 사실이다(안재현 등, 2010). 북한 수자원 현황과 관련해서 1994년 한국수자원공사의"북한 수자원 현황 및 개발 동향"에 대한 연구와 1996년 한국과학기술단체총연합회의"남북한 수자원 비교평가 연구"가 수행된 바 있다. 본 연구에서는 2012년 7월 북한의 홍수피해에 대하여 북한지역의 빈약한 강우량 정보를 활용하여 위성으로부터 유도된 강우자료를 보정하여 북한지역의 홍수량을 산정하는데 활용할 수 있는 시계열 자료를 생성하는 것을 목적으로 하였다. 2012년 북한 홍수피해는 조선 중앙통신 보도에 의하면 6월 말부터 7월말까지 169명 사망, 400여명 실중, 144명 상해의 인명피해와 평안남북도, 자강도, 함경남북도 등 4만 3770여 가구가 침수되었으며, 농경지 피해는 6만 5280정보가 유실, 매몰, 침수(평안북도 2만 3400정보, 평안남도 2만 1900정보, 함경남도 5679정보, 함경북도 7220정보)의 피해를 입은 것으로 보도하고 있다(http://www.hani.co.kr/arti/politics/defense/545795.html). 한편, 북한의 기상수문국 통보에 의하면 2012년 장마가 시작된 이후 20일 동인 평균 강우량의 2배 가까운 비가 내렸으며, 특히 7월 19일 오후 9시부터 21일 오후 3시 사이 자강도 동신군에 413mm, 송원군에 383mm, 희천시에 322mm, 평안북도 태천군에 380mm, 향산군에 312mm, 동창군에 304mm의 폭우가 쏟아졌다고 조선중앙통신은 덧붙였다. 본 연구에서는 위성으로부터 유도된 강수자료 중 GSMaP_NRT자료를 활용하여 북한의 기상수문국에서 통보한 같이 기간의 강수량 자료를 분석한 결과 자강도 동신군 지역의 경우 총강우는 208.8mm로 분석되었으며, 평균강우는 9.49mm, 최대강우강도는 17.7mm/hr로 분석되었다. 두 자료의 총강우량에 대한 상대오차는 약 49.5% 정도의 오차가 있는 것으로 분석되었다. 위성강우 보정 방법으로 Immerzeel(2001) 등은 위성으로 관측된 시계열 자료와 지상계측된 시계열 자료를 분석하여 두 자료간의 평균과 표준편차를 이용하여 평균 및 표준편차 계수를 산정하여 위성자료에 대한 보정강우를 생성하는 방법을 제시한 바 있다. 본 연구에서는 위성으로부터 유도된 강우량 자료는 시계열 자료이나 지점계측 강우는 총강우만 존재하여 총강우에 대한 시계열 자료를 위성강수자료를 무차원화하여 지점계측의 위성 보정강우를 생성하였다.

최근 도시 집중화 개발사업의 증가로 인해 유역의 유출환경이 크게 변화하고 있다. 특히, 도시화에 따른 불투수층 토지가 크게 증가함에 따라 지표면의 이용과 형질이 변형됨으로써 지표수 흐름과 지하수 함양 및 오염 등의 문제가 심각하게 대두되고 있는 실정이다. 제주도는 관광객 증가로 인한 각종 개발사업이 지속적으로 추진되고 있으나, 사전재해 영향성검토에서는 개발사업 소유역을 중심으로만 평가하고 있어 하천유역의 도시화에따른 홍수재해 영향은 검토하지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 제주도 도심하천인 한천유역을 대상으로 국가 수자원관리 종합시스템과 환경부에서 제공하는 1980년부터 2005년까지 5년 주기의 토지피복도를 이용하여 유역 내 토지이용 변화를 분석하고 호우사상에 따른 홍수유출 변동을 분석하여 토지이용 변화가 홍수유출량 미치는 영향을 도출하고자 한다.

자연적 및 인공적 조건들이 유출을 발생시키고, 발생시킨 유출수를 이동시키며, 특정지역에서 누적을 일으킬 수 있다. 이용 가능한 데이터베이스들은 쉽게 접근할 수 있고 사용할 수 있는 지리정보들로부터 구성된다. 이러한 자료를 이용해서 공간적 유출 위험 지도를 작성할 수 있다. 유출누적지도는 유출수에 의해 잠재적으로 침수되기 쉬운 지대들을 나타낸다. 침수지역은 원인지역의 규모, 원인지역의 형태와 경사, 천이점에 관련된 일시적인 감속과 누적들 및 토양의 침수상태와 같은 여러 요인들을 통해 발생된다. 유출에 대한 위험도 분석에서는 유출에 대한 누적위험도를 표현하기 위해 유출 과정에 유리한 요인들을 조합한다. 조합된 유출 민감도 지도는 유출민감도 값에 따라 등급화 된 형태로 표현된다. 5개의 민감도수준에 해당하는 요소들이 유출누적 지도에 사용되었는데, 여기서 민감도수준 1등급의 격자들은 누적에 유리하지 않고, 5등급은 물을 누적하는데 뛰어난 잠재력을 보여주고 있다. 본 연구에서는 안성천 유역의 유출누적지도를 작성하였으며, 이는 유역에서 유역 유출에 의한 홍수 위험도가 큰 지역을 탐지하는데 유용하며 이 자료를 기초로 하여 외수범람위험 지역과 합성하여 하천재해 위험지역을 도시하고 관리하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

현제 도시유역의 산업화와 도시화로 인해 유역 내 불투수면적의 증가는 직접 유출량 증가, 지하수자원 고갈, 침투량 감소, 증발산량의 감소 등의 물 순환 체계의 변화를 가져왔다. 이러한 도시 유역 내 물 순환 체계 변화를 개선하기 위해 여러 국가에서 저영향개발(Low Impact Development, LID)의 개발 및 도입이 진행되고 있다. LID는 분산형 빗물관리 시설로써 유역 내 소규모의 LID 요소기술을 대상유역에 적용하여 강우유출수를 저류, 체류, 방지 및 처리하는 시설을 의미한다. LID는 궁극적 목표로 계획단계에서 개발이전의 수문기능을 유지하기 위해 보전, 영향최소화, 유출이동시간 유지, 추가유출량 감소, 오염발지에 초점을 맞추어 계획된다. 현제 LID의 성능 및 적용성에 대한 다양한 연구가 진해되어지고 있으나, LID 요소기술별 시공 비용, 유지관리 비용, 강우유출수 저감효율, 비점오염원 저감효율, 적용위치 등의 다양한 인자를 복합적으로 고려하여 LID요소기술별 적용성 평가를 수행한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 LID 요소기술 중 나무화분 여과장치, 옥상녹화, 빗무정원, 투수성포장, 침투트렌치, 빗물통, 식생수로 등의 총 7가지 LID 요소기술을 대상으로 연구를 수행하였다. LID 요소기술의 적용성평가를 수행하기 위해 시공비용, 유지관리비용, 강우유출수 저감효율, 비점오염원 저감효율, 적용위치 등의 촐 5가지 평가인자를 Entropy 방법을 이용하여 평가인자별 가중치를 산정하였다. 이후 다기준의사결정 방법 중 PROMETHEE 방법을 이용하여 LID 요소기술의 우선순위를 산정하였다. 현제 PROMETHEE 방법을 이용하여 LID 요소기술별 우선순위를 산정한 결과 옥상녹화가 첫번째 우선순위로 분석되었으며, 침투트렌치, 나무화분여과장치, 투수성포장, 식생수로, 빗물통, 빗물정원 순으로 분석되었다. 따라서 국내에 LID를 적용할 경우 옥상녹화, 침투트렌치, 나무화분 여과 장치 등의 LID 요소기술의 적용성 및 기대효과가 클 것으로 판단된다. 그러나 국내의 모든 지역을 대상으로 적용하기에는 문제가 있으며, 국내 LID 요소기술 적용 시 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 대상지역별 신뢰도 높은 LID 요소기술 적용성 평가를 위해서는 대상유역 내 시공된 LID 요소기술을 계측하여 비점오염원 및 우수유출수 저감효율, 시공 비용, 연간 유지관리 비용을 분석하여 평가를 수행되어 한다고 판단된다.

비점오염의 특성에 대해 지속적으로 연구 중이지만 수문특성과 연관성이 크다 보니 그 일관성에 대해 확실한 기법이 개발되지 않았다. 기법 개발과 효과적인 오염원 관리를 위해 SWMM 등의 모형을 활용하고 있지만 투입된 노력과 시간에 비해 그 효율성이 매우 적은 편이다. 이런 부분을 보완하고자 본 논문에서는 기존의 비점오염량 산정방법이 아니라 낙동강유역의 도시화 특성 및 수문/기상자료와 처리장 운영자료를 활용한 차별화된 원단위법을 통해 비점 배출 부하량 산정방법을 제시하려고 한다. 배수구역 내 관거 시스템을 합류식으로 가정하였고 배수구역별 비점 발생형태는 하수처리장의 강우 유입량, 하수처리장의 우회유량(Bypass 유량), 하수처리구역의 CSO 유량 3가지로 구분 지었다. 유입 방류자료와 강우자료를 활용하여 임계강우량을 3mm로 설정하여 3mm이상일 경우에 우회유량이 발생한다고 가정하였고 우회유량 발생시 오염부하량 산정은 건기평균유량에 유량변동부하율을 곱하여 시간최대유량으로 전환한 후 강우 지속기간 동안만 우회유량이 발생하는 것으로 가정하였다. CSO 유량은 처리구역/배수구역 면적비에 따라 3개의 그룹으로 구분한 뒤 검증된 SWMM-온천천 모형의 각 소유역별 불투수면적비와 비교하여 유사한 소유역을 각 그룹의 대표유역으로 선정하였다. 선정된 소유역의 CSO 유량과 수문현상의 비선형적인 관계를 고려할 수 있는 신경망 기법을 적용하여 강우특성에 따른 CSO 오염부하량 산정을 실시하였다. 산정결과를 바탕으로 각 하수처리장별 비점저감 기여율을 산정한 결과 대구북부 처리장에서 21.56%로 가장 높은 효율을 보여줬으며 거창가조 지점에서 0.11%로 가장 낮은 효율을 보여주는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 낙동강유역 내 위치한 하수처리장의 효율성에 대해 알 수 있으며 개선되어야 할 처리장들을 알 수 있었다. 또한 획일화된 방법이 아닌 차별화된 원단위법을 통한 오염부하량 산정은 앞으로의 연구방향에 있어서 좋은 사례가 될 것으로 사료된다.

본 연구에서는 공업지역의 비점오염저감시설을 설계하는 방안이 제안된다. 처리대상구역의 SS 배출부하량은 최근 국립환경과학원에서 제안하고 있는 원단위를 기반으로 산출된다. SWMM을 이용하여 처리대상구역의 SS 배출부하량을 모의한 뒤, 비점저감시설로서 생태저류지를 설치하여 설계용량에 따른 비점저감효과가 정량화된다. 다양한 모의결과를 바탕으로 생태저류지 설계용량에 따른 SS의 삭감대상부하비가 유도되며, EPA 기준에 따른 생태저류지의 SS 저감효율이 산정된다.

최근 기후변화에 따른 전 지구적인 지구온난화는 단시간의 집중호우와 돌발홍수의 증가로 기존의 기후특성을 변화시키고 있다. 이로 인해, 자연재해의 강도가 강해지고, 재산피해가 커지고 있다. 특히, 내륙에 위치한 도시지역 보다 해안 도시지역은 조위에 따라 홍수위가 크게 영향을 받기 때문에 강우에 따른 피해규모는 더 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 기후변화로 인한 자연재해에 대비하기 위하여 미래 기후변화를 예측하고 해안 도시지역에 미치는 영향을 파악하고자 하였으며, 대상지역으로는 2012년 태풍 산바(Sanba)으로 인해 상당한 인명피해와 홍수피해가 발생한 마산(창원시) 일대를 선정하였다. 본 연구에서는 마산(창원시) 대상으로 빈도-지속기간별 강우와 조위의 영향을 고려한 침수모의를 실시하고자 한다. 또한 2004년도에 개발된 다차원법(다차원 홍수피해 산정방법(Multi-Dimensional Flood Damage Analysis))을 이용하여 조위와 홍수위의 영향을 받은 해안 도시의 경제성 분석을 실시하고, 침수에 따른 피해액을 산정하고자 한다. 본 연구의 결과는 향후 마산(창원시) 일대의 홍수피해 산정과 침수피해 관련 방재 정책을 수립하는데 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

급경사면의 세류간 토양침식은 지표면과의 강우입자 충돌에 의한 튀김현상과 면상흐름에 의한 토사이송 능력의 상호작용에 의해 영향을 받는다. 강우운동에너지와 면상흐름이 세류간 토양침식 및 토사유출 발생에 있어서 상대적인 기여도에 대한 연구는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 미흡하다. 본 연구에서는 강우현상을 재현할 수 있는 강우모의 실험장비와 사면 토양침식 실험을 위한 소규모 토양플롯을 제작하여 실험에 사용하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우의 운동에너지 산정식의 계산결과와 비교했을 때, 약 0.58배의 규모를 재현했다. 강우입자의 충돌을 제어하기 위한 스트립을 토양플롯에 올려놓은 경우와 커버가 없는 나지상태에서 강우모의 실험을 한 경우 사면에서 발생한 지표유출수, 지표하유출수 및 토사유출 자료를 측정하고 분석하였다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고, 지표하유출량은 상대적으로 감소했다. 지표커버는 지표유출의 첨두유량 발생시간을 지연시켰으며, 지표유출량과 지하수량의 변화를 초래했다. 지표커버에 의해 지표유출량은 평균 1.82배 감소하지만, 토사유출량은 평균 4.93배로 상대적으로 크게 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량과 관계를 분석한 결과 강우운동에너지는 토양입자의 튀김현상에 의한 침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수의 유속을 증가시켜 토사이송능력을 가중시키는 것을 확인하였다.

최근 비정상성을 띄는 강우 사상으로 인해 도심지에서는 유출량이 증가하여 많은 피해를 보이고 있다. 이를 해결하기 위해 투수성 포장재, 옥상 녹화, 침투 트렌치, 빗물 정원 등의 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 이를 유역에 속해 있는 전체 도심지에 적용하기에는 많은 자원이 소비된다. 이에 본 연구는 서울시의 청계천 유역을 대상으로 강우유출 모형인 SWMM을 이용하여 소유역 별로 투수성 포장재와 옥상 녹화 사업을 적용하여 유출저감 효과를 분석하였다. 적용된 강우는 강우강도에 따라 각 시설들이 갖는 한계점을 분석하기 위해 서울(108) 지점을 기준으로 재현기간 80년, 지속기간 24시간에 대해 초과확률 50%에 해당하는 Huff 3분위를 채택하였고, 투수성 포장재와 옥상녹화는 서로 적용 위치가 달라 두 가지 사업의 조합을 통해 각각의 효과를 분석하였다. 또한 사업 우선순위를 위해 소유역별 사회, 환경적인 자료를 취합하여 우선순위화 하였다. 이를 통해 한정된 자원 내에서 최적의 개발 지역을 선정하여 최대한의 효과를 도모하고자 한다.

우리나라는 최근 기후변화로 인한 이상기후의 영향으로 태풍 및 국지성 집중호우의 발생빈도가 잦아지고 있으며, 이에 따른 풍수해 피해 양상 또한 과거와 비교되지 않을 만큼 대형화 되고 있다. 본 연구대상지역인 가곡천 유역은 강원도 산지로부터 발원하여 동해안으로 유입되는 산지하천 중 하나로 유로연장이 짧고 경사가 급하여 홍수기시 홍수도달시간이 매우 짧은 특징을 가지고 있어 하류부에서의 피해가 증가하고 있는 실정이다. 실제로 대상하천의 경우 2002년 태풍루사와 2003년 태풍매미 등에 의해 피해가 컸던 것으로 조사되었으며, 이러한 피해를 저감하기 위해서 정확한 유역의 유출해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 가곡천 유역의 치수대책 수립을 위한 설계홍수량을 산정하기 위해 GIS 수문프로그램인 WMS(Watershed Modeling System)를 이용하여 수문해석에 필요한 수문인자들을 추출하고, WMS에 내장되어 있는 HEC-1 모형을 이용하여 유출해석을 수행하였다. 가곡천 유역에 대한 모형의 적합성 여부를 판별하기 위해 실제측정에 의해서 만들어진 수위-유량관계곡선과의 비교를 통해 모형의 적합성 여부를 검토하였다.

최근 1900년부터 1990년 사이 해수면은 매년 평균 1.2mm 상승했지만 1990년부터는 매년 평균 3mm씩 높아지고 있으며, 이에 1990년부터 현재까지 해수면 수위의 상승속도가 이전 90년 동안 측정된 수치보다 2.5배 빠르다는 연구결과가 발표되었다. 해수면 상승으로 인한 피해는 범람과 침식을 야기할 수 있으며 해일 및 폭풍으로 인한 피해를 증가시킴으로 물질적 피해와 인명 피해를 유발할 수 있다. 이러한 이유로 해수면 상승에 따른 과학적인 분석과 신뢰성 있는 전망을 통하여 해수면 상승에 따른 대응과 대비가 필요하다. 이에 본 연구에서는 비정상성 빈도해석 방법을 통하여 미래의 해수면 상승을 고려할 수 있는 비정상성 빈도해석 기법을 개발하였다. 본 연구에서는 극치사상을 추출하기 위해 국립해양조사원 (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration, KHOA)에서 관리한 45개 조위관측소의 시 조위 자료를 이용하였다. 45개 조위관측소의 한 시간 단위 자료로부터 연최대 및 연평균 조위계열 (annual average and annual maximum sea level series)을 추출하였다. 본 연구에서는 한반도 해안을 동해안, 서해안, 남해안, 제주 권역으로 구분하고 빈도 해석의 신뢰성을 만족하기 위해 자료 구축기간이 20년 이상이며, 각 해안을 나타낼 수 있는 지점을 선정하였다. 비정상성 빈도해석은 Gumbel 극치분포를 적용하였으며, 계층적 Bayesian 기법을 결합하여 매개변수들에 대한 사후분포를 추정하였다. 본 연구에서는 대부분의 지점에서 비정상성 빈도해석 결과와 정상성 빈도해석 결과와 상당한 차이를 보여주고 있으며, 이는 주로 정상성 가정에 기인하는 문제점으로 판단된다. 향후 기후변화에 따른 연안지역의 홍수 및 사회기반시설의 위험도를 평가하기 위해서는 비정상성을 고려한 빈도해석 절차의 수립과 적용이 필요할 것으로 판단된다.

수문학 분야에서 하천유량은 중요한 요소이므로 신뢰성을 바탕으로 지속적이고 정확한 관측이 필요하다. 일반적으로 수위나 강우량의 경우 지속적이고, 자동적인 측정으로 비교적 정확한 관측이 가능하다. 하지만, 기술적인 한계와 경제적인 면에서 연속적인 유량측정이 어렵기 때문에 수위-유량 관계곡선을 이용하여 유량을 산정하고 있다. 수위-유량 관계를 통해 유량을 산정할 경우 계산방법과 분석과정에서 오차가 발생되고 산정된 유량의 오차로 이어지게 된다. 따라서, 신뢰성있는 유량 산정을 위해서는 수위-유량 관계곡선의 불확실성을 감소시키는 것이 중요하다. 본 연구에서는 Bayesian 회귀분석 및 Bootstrap 방법을 이용하여 수위-유량 관계 곡선식의 매개변수를 추정하였다. 또한 앞의 2가지 방법의 적용성을 평가하기 위해서 기존 방법인 최소자승법에 의한 매개변수 추정치 결과의 신뢰구간을 비교분석 하였다. 본 연구를 통해 다양한 통계학적 방법을 이용한 결과로부터 수위-유량 관계곡선의 불확실성을 감소시키는데 효과적인 방법을 찾고자 한다.

미계측 유역에서의 수문 예측은 유역의 다차원 시공간에서 일어나고 있는 수문학적 기능에 대한 깊은 이해와 성찰을 요구한다. 유역면적의 2/3가 미계측 지역인 임진강 유역은 북한지역과 중첩하고 있어 관측자료가 불충분 하고 소량의 관측자료가 존재하더라도 기후변화로 인해 환경이 변화하기 때문에 미계측 지역 연구에 적당하다. 이에 따라 수문학적 반응을 예측할 수 있도록 비접촉 비파괴적인 도구를 이용하여 수집된 자료를 통해 미계측 유역에 대한 정확한 신뢰성 구축을 마련할 필요가 있다고 판단된다. 신뢰성 구축을 위한 방법으로는 현장답사 및 항공사진에 비하여 넓은 지역을 한번에 관측할 수 있는 Landsat TM 영상을 이용하여 북한의 지형과 토지피복특성 등을 구축하고, 준분포형 모형인 SLURP를 이용하여 소유역으로 구분 된 ASA의 하도 추적을 통해 전체유역의 출구지점 유출량을 산정하였다. 또한 예측 불확실성을 감소시키기 위해 wamis에서 제공하는 GIS Data와 위성영상의 Data를 비교하여 분석하였다. 그 결과 미계측 지역의 불확실성을 최소화 시킬 수 있는 비교 분석이 가능하였다.

본 연구에서는 댐 유역의 설계홍수량을 산정할 시 발생할 수 있는 대표 매개변수의 불확실성에 대하여 분석하였다. 설계홍수량 산정 방법으로는 국내에서 가장 일반적으로 활용되고 있는 강우-유출모형 중 Clark 단위도를 활용하여 확률강우량을 동일 빈도의 홍수량으로 변환하는 방식을 적용하였다. 대상 유역으로는 수문학적 안전성평가가 수행된 국내 댐 유역 중 비교적 실측 호우사상 자료 수가 많은 3개 유역을 선정하였다. 또한 단위도 매개변수 결정 시 자료의 부족으로 최적화 매개변수에 대한 신뢰도 문제가 발생할 수 있으므로 가용 자료수가 증가함에 따른 불확실성의 영향을 분석하기 위해 대상 유역 간의 시간응답 특성을 분석하였다. 이를 통해 상사성이 있는 것으로 판단되는 유역의 호우사상 매개변수를 통합하여 무차원화된 저류상수 $K_x$를 구하였다. 이 $K_x$값을 표준정규분포로 변환하고 Monte Carlo Simulation을 통해 난수를 발생시켜 100개의 무차원 저류상수 $K_x$를 산정하였다. 이 값을 사용하여 설계홍수량을 산정하기 위한 대표 매개변수의 불확실성 분석을 실시하였다. 그 결과 상사성이 있는 것으로 판별된 유역의 호우사상을 통합하는 경우 양질의 호우사상을 다수 확보하고 있는 유역이 추가되면 홍수량 산정결과가 개선되는 것으로 나타났다.

농업용수 수요량을 산정하는 방법으로서는 계측 및 추정방법에 따라 사용수량을 직접 계측하는 방법, 대표작물의 단위수량으로 추정하는 방법, 증발산 이론을 이용하여 추정하는 방법 등이 있다. 우리나라에서는 현실적으로 농업지역에서의 계측자료가 충분하지 못하고, 자연조건에 따라 크게 좌우되는 농업용수 특성상 증발산 이론에 의한 수요량 추정기법이 주로 적용되고 있으며, 그 중에서도 필요수량 개념의 접근법이 과거로부터 많이 활용되어 왔다. 이 방법은 경작지 내 작물의 생육에 필요한 수량을 공급하기 위한 목적으로 저수지나 관정 등의 시설용량 결정 및 계획 수립을 위해 활용되는 방법으로서, 1965년도 처음 수립된 수자원장기종합계획에서부터 현재까지 우리나라 농업용수 수요량 추정에 적용되어 왔으며, 제주도 수자원관리종합계획에서도 적용되었다. 또 다른 접근법으로서 유역에서의 물수지 관점에서 경작지 내 물 사용에 의해 감소되는 하천 수량을 산정함으로써 순물소모량을 추정하는 방법이 있다. 물수지 분석은 장래의 용수수요와 기준년의 자연유량을 비교함으로써 향후의 안정적 용수수급을 계획하기 위한 방법으로서 많이 활용되고 있다. 우리나라에서는 1977년 낙동강유역 하구조사 기술보고서에서 처음 순물소모량 개념을 도입하여 수요량을 추정하였으며, 이후 제3차 수자원장기종합계획(1991-2011), 21세기를 바라보는 수자원전망(1993) 등에서 이 방법을 통해 미래의 용수수급 전망을 분석한 바 있다. 본 연구에서는 제주도 지역의 수자원 부존량 해석 및 장래 용수 이용에 따른 수자원의 과부족 해석, 수자원관리계획 수립을 위한 목적으로 순물소모량 개념을 적용하였다. 제주도는 경지면적 중 밭의 비율이 99%이상이며, 대부분 관정에 의한 지하수를 이용하여 스프링클러 또는 점적관개에 의해 용수량을 공급하고 있다. 따라서, 제주도 지질 특성 및 밭작물 관개특성을 고려하여 제주도 지역에 적합한 순물소모량 산정식을 제안하고, 이에 따라 시험유역을 대상으로 대표작물(감귤, 콩 등)에 대한 순물소모량을 산정하였다.

최근 집중호우 및 돌발홍수로 인한 물관련 피해가 늘어감에 따라 도시화된 유역의 물관리 연구에 많은 초점이 모아지고 있다. 도시 유역의 물순환에 대한 하나의 해결방법으로 각광받고 있는 LID(Low Impact Development)에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 법정행정구역도를 따라 온천천 유역을 각 동별로 나누어 LID를 설치하였을 때 적용 효과가 가시적으로 나타나는 소유역을 확인하기 위하여 SWMM 모형을 통해 시뮬레이션을 실시하였다. LID 요소기술로는 토지피복에 따라 주택지에는 옥상녹화, 도로에는 투수성포장을 설치하여 각 동별로 LID 적용 전 후에 대한 유출량, 침투량, 첨두유량, 유출계수 등을 비교 및 분석하는 연구를 수행하였다. 온천천 유역 14개 동에 대한 분석을 실시한 결과, 유출량 감소율의 경우 수민동(85.24%), 거제동(83.23%), 명장동(82.81%), 침투량 증가율은 수민동(162.8%), 안락동(105.1%), 복산동(71.03%) 순으로 하천 주변의 거주지가 밀집된 지역에 가시적인 효과가 나타났으며, 첨두유량 감소율은 청룡동(81.82%), 장전동(80.37%) 부곡동(79.39%) 순으로 소유역의 경사가 급한 지형에 효과가 좋은 것으로 나타났다. 유출계수 감소율은 유출량 감소율의 경우와 마찬가지로 나타났다. 도시 유역에 보다 나은 물순환을 위하여 LID 요소기술을 설치할 때 저감시키거나 증가시키려는 매개변수를 확실히 선정하는 것이 LID 효과를 극대화 할 수 있다는 점을 확인하였다.

최근, 우리나라에서는 효과적인 수자원 관리와 추가적인 수원 확보 차원에서 빗물 재이용에 관한 관심이 크게 증대되고 있다. 하지만 국내의 관련된 제도와 기술 지침은 단지 규제 측면에서 빗물이용시설을 설치하도록 제시하고 있어 빗물이용시설의 실제 사용을 고려한 계획이 배제되어 있다. 본 연구의 목적은 실용적인 빗물이용시설의 계획을 위해 SWMM을 이용하여 빗물 재이용의 수요(빗물 재이용 목표량)와 공급(연간 강우량과 패턴)을 반영한 설계 방법을 제시하는 것이다. 이를 위해 SWMM 내에 구현되어 있는 빗물통 모의에 관한 수식을 이용하되, 수식을 목적에 맞도록 일부 변형하여 활용하였다. 그리고 빗물이용시설의 규모는 설정한 목표량을 만족할 수 있는 최소의 크기로 결정하는 것이 적절하고, 장기간의 강우자료를 이용한 물수지 석이 요구되므로 이를 고려하였다. 본 연구에서 제시한 빗물이용시설의 설계 방법은 송산 그린시티 동측지구에 계획된 빗물이용시설의 규모 결정에 활용되었다. 빗물 재이용의 목표량이 일정한 경우, 빗물이용시설의 크기가 커질수록 빗물 재이용 가능량은 로그함수의 형태로 증가하여, 빗물이용시설이 특정 규모 이상으로 커지더라도 빗물 재이용 가능량은 더 이상 증가하지 않는 임계점이 나타난다(그림 1). 따라서 빗물이용시설은 이러한 임계점이 나타나는 규모 정도로 설계하는 것이 합리적이다. 본 연구에서 제시한 빗물 재이용을 고려한 빗물이용시설의 계획은 빗물이용시설을 보다 합리적으로 계획하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

연구는 북한지역의 표토침식량 산정을 위하여 토양침식을 유발하는 강우침식인자를 산정하고 장기간에 걸친 경향성을 분석하기 위한 연구로서, 대상지역은 평양 관측소 지점의 1981~2014년의 강우자료를 이용하였다. 가용한 북한지역의 강수량은 월강수량이기 때문에, 강우침식인자의 산정은 수정 IAS 지수를 이용한 추정방법과 연강수량을 이용한 추정방법을 적용하였다. 연강우침식인자에 대한 경향성 분석결과 평양지점의 장기간에 걸친 연강우침식인자 값에 대한 뚜렷한 경향성은 발견되지 않는 것으로 나타났다.

이 논문에서는 시 공간적 토양수분 변화를 파악하기 위해 다년간 축적된 실측 토양수분 데이터를 이용하여 단변량 시계열 분석을 하였다. 지형에 따른 토양수분 변화를 알아보기 위해 경기도 파주에 위치한 설마천 유역의 산지사면 중 한 단면을 선정하였으며, 깊이에 따른 변동성은 깊이 10cm와 30cm에서 측정한 토양수분 데이터를 이용하여 분석하였다. 또한, 연도별 토양수분의 변화를 파악하고 토양수분을 예측하기 위해 2010-2013년의 토양수분 데이터를 일단위로 단변량 모델링을 시도하였다. 그 결과, 연도별 변화에 따른 경향성은 보이지 않았으며 대부분의 지점에서 ARMA(1, 1) 또는 ARMA(1, 0) 모형으로 모의되었다. 2시간 간격의 1-2개월 단기간 토양수분 데이터를 모의한 선행연구와 달리 본 연구에서는 낮은 차수의 모형을 보였다. 지형적 토양수분 거동을 살펴보면 상부사면에 위치하고 있는 지점에서는 모두 ARMA(1, 1)로 표현되지만 하부사면에 위치한 지점들은 연도나 심도에 따라 ARMA(1, 0)으로 모의된다. 단변량 모형의 정확도를 알아보기 위해 R2와 RMSE를 비교하였다. 10cm 깊이에서는 경향성을 보이지 않으나, 30cm 깊이에서는 사면하부로 갈수록 R2는 작아지고 RMSE는 커져, 하부사면에서의 모델링이 상부사면에 비해 정확도가 낮음을 보였다. 또한 2012년 토양수분 자료를 이용하여 2013년 토양수분을 예측하기 위해 2012년 매개변수와 2013년 전일 데이터를 이용하여 예측하고자 하는 일단위 토양수분을 구하였다. 그 결과 $R^2=0.646-0.807$, RMSE=1.758-4.802의 정확도를 나타냈다.

최근 들어 빈번히 발생하는 이상기후에 의한 국지성 집중호우로 내수배제 불량에 따른 도시지역의 내수침수 피해가 잇따르고 있으며, 이로 인한 대책으로 도시지역의 노후화된 우수관거 교체 및 저류시설의 설치 계획이 이루어지고 있다. 그러나 국내 대도시의 경우 저류시설 설치를 위한 부지 확보가 어렵고 우수관거 교체를 위한 예산확보가 어려운 실정이므로 도시지역에서의 홍수피해를 저감하기 위한 우수관거 및 저류시설의 합리적이고 효율적인 설계 기준이 필요하다. 따라서 도심지의 치수능력 향상과 예산 절감을 시킬 수 있는 기존의 우수관거를 연계한 저류지 설계가 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 기존 우수관거를 연계한 저류지인 간선저류지(가칭)를 설치한 것을 가정하여 연구를 진행하였다. 간선저류지란 도시에 설계빈도 이상의 강우 발생으로 관거의 허용용량을 초과하는 유량에 대해 기존 관거와 연결된 지하저류지에 임시로 저류시켜 내수침수를 방지하기 위한 구조물로 간선저류지에서 저류된 우수는 흐름이 원활한 하류의 맨홀이나 수위가 안정적인 하천으로 자연방류시킨다. 또한 간선저류지는 관거의 허용용량을 초과하는 구간에서 초과용량에 맞게 소규모로 설계되며 기존의 지하구조물에 간섭이 없도록 설계하여 설치하는게 기본 개념이다. 본 연구에서는 최근 내수침수피해가 발생한 강남역을 대상유역으로 선정하여 유출분석을 진행하고 집중호우시 유역내 기존 우수관거의 통수능 검토 및 침수피해 지역을 검토하였다. 또한 관거의 과부하가 심한 구간을 중심으로 저류지의 용량 및 개수 등을 고려한 분석을 통하여 간선저류지 설치로 인한 관거의 여유용량 및 간선저류지의 저류효과를 검토하였다.

수문해석을 수행할 때 유역의 지형으로 부터의 얻어진 수문인자를 사용한다. 유역의 경사나 흐름방향과 같은 지형적인 수문인자는 DEM 자료를 이용하여 여러 수치계산과정을 통해 얻을 수 있다. 이는 특히 유역 수문해석에 있어 유역 특성치 및 수문 인자들의 공간적으로 분포시켜 접근하는 분포형 모형에서 지형적인 입력요소 로 중요하게 사용된다. 본 연구에서는 아래와 같은 지형 수문인자 추출 모듈을 개발하고 사용하고자 한다. * Pit Remove : DEM에서 갱격자 제거 * Flat Remove : DEM에서 평격자 제거 * Flow Direction : 흐름방향 결정 * Flow Accumulation : 흐름 누적계수 결정 * Stream Definition : 하천영역 결정 * Watershed Delineation : 유역 생성 위의 모듈은 Java 오픈소스 프로그램으로서 분포형 수문해석 모형의 한 부분으로서 사용 가능하며, GIS 프로그램에 의존하지 않고 사용할 수 있다. 이 모듈은 이후 분포형 수문해석 프로그램 개발에 사용할 계획이며 연구에 사용되는 컴퓨팅 도구와 환경에 독립적으로 사용이 가능하다.

강우/무강우 정보는 재해의 관점에서는 중요성이 덜하지만 농업, 건설 등의 산업분야나 우리의 일상생활에 큰 영향을 미치는 인자이다. 본 연구에서는 레이더 자료를 이용하여 강우발생을 판단하는데 있어 그 정확성을 살펴보고, 아울러 이를 높이기 위한 방법으로 가강수량의 역할을 평가하였다. 본 연구에서는 관악산 레이더 자료, 관악산 레이더 반경 내 위치한 30개 AWS지점의 강우 자료를 분석하였다. 30개 AWS지점은 관악산 레이더 반경을 전체적으로 포괄할 수 있도록 임의로 선정하였다. 또한, 오산과 백령도 고층기상관측자료를 이용하여 산정한 가강수량을 레이더 강우발생 판단에 적용하여 정확성 개선을 검토하였다. 아울러 본 연구의 결과를 2차원 평면에 나타내어 공간적인 변화를 비교하였다.

지역빈도해석은 수문학에서 오랜 역사를 갖고 있으며, 수년에 걸쳐 수문학적 변량의 정량적 추정을 위해 다양한 접근방법들이 제안되어 왔다. 그러나 제안된 방법들의 가설설정 수준이 높기 때문에 실제 적용에 제약이 많고, 적용 시에도 예측에 대한 불확실성이 높은 문제점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위한 방법으로 계층적 베이지안 모델을 이용한 지역빈도해석 모형을 제안하고자 한다. 본 모형은 2개의 계층적 구조로 구성된다. 첫번째 계층은 재현기간별 GEV 분포의 매개변수를 정규화하여 주변분포로 설정하고, Kriging 기법을 이용하여 지형학적, 기상학적 정보들과 극치강수량 효과를 적합시켜 공간적 이질성과 미계측 유역에 대한 효과적인 보간을 가능하게 한다. 두번째 계층은 지점의 특성을 나타내는 매개변수들간의 공분산을 Bayesian 모델에 연계하여 매개변수들의 공간적 변동성을 나타낸다. 2개 계층의 결합확률분포는 MCMC 기법을 이용하여 예측값에 대한 불확실성을 정량적으로 분석하게 된다. 본 모형을 통해 홍수량 추정 시 필요한 시간 단위 극치강수량의 공간적 분포를 효과적으로 추정할 수 있을 것으로 판단된다.

Sustainable water resource management requires the assessment of hydrological variability in response to climate fluctuations and anthropogenic activities. Determining quantitative estimates of water balance and total basin discharge are of utmost importance to understand the variations within a basin. Hard-to-reach areas with few infrastructures, coupled with lengthy administrative procedures makes in-situ data collection and water management processes very difficult and unreliable. In this study, the hydrological behavior of Lake Chad whose extent, extreme climatic and environmental conditions make it difficult to collect field observations was examined. During a 10 year period [January 2003 to December 2013], dataset from space-borne and global hydrological models observations were analyzed. Terrestial water storage (TWS) data retrieved from Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), lake level variations from Satellite altimetry, water fluxes and soil moisture from Global Land Data Assimilation System (GLDAS) were used for this study. Furthermore, we combined altimetry lake volume with TWS over the lake drainage basin to estimate groundwater and soil moisture variations. This will be validated with groundwater estimates from WaterGAP Global Hydrology Model (WGHM) outputs. TWS showed similar variation patterns Lake water level as expected. The TWS in the basin area is governed by the lake's surface water. As expected, rainfall from GLDAS precedes GRACE TWS with a phase lag of about 1 month. Estimates of groundwater and soil moisture content volume changes derived by combining altimetric Lake Volume with TWS over the drainage basin are ongoing. Results obtained shall be compared with WaterGap Hydrology Model (WGHM) groundwater estimate outputs.

일반적으로 겨울철 강수는 기온에 따라 강우와 강설로 분류된다. 특히 기온이 임계온도보다 낮을 경우, 강수는 강설의 형태로 지표면에 도달하여 적설되어진다. 겨울철 산간에 적설된 눈은 봄철이 되어 기온이 상승함에 따라 융설(snowmelt)이 발생하여 유역의 유출에 기여한다. 이러한 융설은 기온이 영하로 내려가는 11-4월에 해당하는 갈수기에 유출량 등의 수문성분에 영향을 미치고 있다. 특히 제주유역의 경우, 고도에 따른 강수량, 기온의 차이가 매우 크므로 강설, 융설 현상의 시공간적인 발생에 대한 연구가 더욱 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 제주유역의 강설, 융설 발생의 시공간적인 평가를 위해서 융설모의가 가능한 SWAT-K를 한천유역에 적용하여, 그 결과를 분석하였다. 융설모의 이론을 검토하고, 실제 대상유역에 융설을 고려하기 위한 매개변수를 설정하고, 월별, 소유역별로 강설, 융설 발생현황을 평가하였다.

산업혁명 이후 인간사회의 산업화 및 도시화의 가속으로 지구온난화는 기후변화를 야기해 왔으며, 이로 인한 각종 부정적인 영향과 심각성은 날로 커져가고 있는 현실이다. IPCC(Intergoverment Panel on Climate Change)는 기후변화의 주범인 온실가스를 감축할 지라도 기후의 탄성 때문에 앞으로 수세기 이상 계속 진행될 것으로 전망하였으며, 기후변화 영향의 근원적 방지는 불가능하기 때문에 결국 수자원 관리 측면에서도 기후변화에 적응하기 위한 각종 적응전략 개발의 필요성을 강조하였다(IPCC, 2007). 또한, 극한강수의 발현비율이 도시 및 비도시 지역의 구분 없이 과거 30년에 비해 크게 증가하고 있으며 이러한 추세는 수공구조물의 치수안전도 저하에 큰 영향을 준다. 우리나라는 그동안 하천, 유역 홍수저감 시설물과 댐 등 대형 수공구조물에 대한 안전성 평가를 주기적으로 수행해 왔으나 단순히 모니터링을 통하여 현재의 안전기준의 부합 여부만을 판단하는 수준에 그치고 있다. 장래 증가하는 홍수피해에 대처하기 위해서는 다양한 극한강우 및 극한홍수시나리오를 기반으로 시설물 설계기준별 홍수 위험도와 취약성을 평가하고, 극한홍수 방어기준을 재설정하여 현재 설계기준을 제고할 필요가 있으며, 시설물별 안전도 평가와 위험도 저감계획 및 경제성 평가를 종합적으로 고려한 실행프레임워크 개발이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도림천 유역에 대하여 최적화된 도시유출모형을 통하여 기후변화가 도시유역에 미치는 유출영향을 분석하였으며, MCS(Monte Carlo Simulation)을 통한 극치수문사상의 적용 및 유출분석을 통한 하천제방의 취약성 평가와 위험도 분석을 실시하여 도시하천의 기후변화 영향을 정량적으로 표현하고자 하였다. 또한 기후변화에 따른 도시하천의 수문특성 변화분석 결과를 바탕으로 향후 발생할 수 있는 극치 수문사상의 값을 반영한 설계기준 강화 수방시설 계획 등의 연구에 활용하며, 여러 가지 수문학적 불확실성에 의하여 가변 가능한 도시하천 유역의 취약성 평가 및 위험도 분석을 통한 기후변화 대응과 수공구조물 설계 및 수방전략 수립에 활용하고자 한다.

본 연구의 목적은 위성영상 기반의 SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land) 모형과 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 수문모형을 용담댐 유역($922.3km^2$)에 적용하여 증발산량을 산정하고 모형 간 공간 증발산량의 비교를 통해 각 모형의 적용성을 평가하는데 있다. 이를 위해 SEBAL모형의 입력자료로 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrometer) Product 중 Normalized Distribution Vegetation Index(NDVI), Albedo 영상을 2012년부터 2013년까지 월단위로 구축하고, 일단위의 Land Surface Temperature(LST) 영상을 구축하였다. 지형자료로는 Digital Elevation Model(DEM)과 Land use를 구축하였으며 SEBAL 모형의 구동을 위한 위성영상 및 지형자료는 500 m의 공간해상도로 재구축하였다. SWAT 모형의 모의를 위해 기상 및 유량 자료를 2000년부터 2013년까지 일단위로 구축하였고, DEM, Land use, 토양도의 지형자료를 30 m의 공간해상도로 구축하였다. SWAT 모형의 유출 검보정 후 수위관측소 지점에서 평균 $R^2$를 산정한 결과 도치(0.80), 동향(0.72), 석정(0.64), 주천(0.80), 천천(0.80), 용담댐(0.72)로 높은 상관성을 나타냈으며, 유출 검보정 후 SWAT 모형의 증발산량 모의 결과를 바탕으로 SEBAL 모형과의 공간 증발산량을 비교하였다. 두 모형의 증발산량은 SEBAL 모형의 경우 지형에 따라 SWAT 모형은 토양 특성에 따라 분포하는 경향이 다르게 나타났다. SEBAL 모형은 주로 저지대에서 증발산량이 높게 산정되며 고지대로 갈수록 감소하여 증발산량이 지형의 고저차에 따라 분포하는 모습을 보였다. SWAT 모형은 토양 특성에 따라 증발산량이 분포하며 유역 내에서 뚜렷한 차이를 나타내지는 않았다. 월별 총 증발산량은 SWAT 모형의 경우 7~8월에 약 90 mm/mon로 가장 높게 나타나고 1~2월은 0 mm/mon로 계절별 변화폭이 컸으나, SEBAL 모형의 경우 5~6월에 증발산량이 약 60 mm/mon로 가장 높게 나타났고 계절별 변화 폭이 SWAT 모형에 비해 적은 모습을 보였다. 이는 위성영상을 기반으로 하는 SEBAL 모형의 특성상 장마 기간에 해당하는 7~8월은 구름으로 인해 일사량이 적게 계산되고, 그 결과 5~6월에 비해 증발산량이 작게 산정되는 것으로 판단된다.

토양내의 수분흐름을 이해하는 것은 토양수분의 시공간적 분포변화와 유출기작을 규명하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 설마천유역의 작은 사면에서의 장력측정 시스템을 구축하여, 3차원의 흐름방향에 대해 잠재적 흐름구배를 평가하고자 하였다. 또한 흐름구배를 평가하기 위한 일반적 산술적 계산방법인 평균적 흐름구배와 측정시스템의 구조적 영향 및 흐름구배의 공간적 평가 기준을 고려한 계산방법론을 개발하여 비교 평하였다. 3차원의 흐름방향은 사면의 지표경사를 기준으로 x, y, z축을 기준으로 하여, 각 축 방향에 해당하는 흐름구배 값과 흐름방향을 각각 계산하였다. 그 결과, 강우사상에 따른 토양내의 장력변화는 매우 민감하게 변화하였으며, 이에 따른 각 흐름구배 값과 흐름방향의 반응이 빠르게 반응을 하였다. 특히, 습윤, 건조기간동안의 흐름구배의 발달 및 방향이 바뀌는 천이되는 상태인 흐름 굽힘 현상(flow Bending)을 확인하였다.

토양수분은 수문학에서의 물 순환을 비롯한 여러 다양한 자연과학적 분야에 중요한 인자로 활용되고 있다. 본 연구의 대상사면인 지형학적, 토양학적으로 복합적이고, 불균질한 작은 산지사면에서 토양수분의 시공간적 분포에 대한 지형, 토성인자의 영향에 대해 파악하고자 한다. 토양수분은 TDR방식의 모니터링 시스템을 통해 안정적으로 측정이 되었으며, 각 영향인자들은 사면의 지형분석 및 토성분석을 실시하여 확보되었다. 지형인자는 습윤지수, 기여사면면적, 지역적 경사 그리고 토양깊이 인자이며, 토성은 모래, 실트, 점토함량, 가밀도 값을 이용하였다. 사면의 측정된 토양깊이별 토양수분의 시공간적 변동에서의 각 인자와의 상관분석 및 다변량 분석을 통해, 각 영향인자들의 관련성 평가하였다. 사면 전체측정지점들의 토양수분의 시공간적 분포와 영향인자의 상관분석을 통해서 토양수분의 결정에는 지형보다는 토성의 영향이 지배적으로 나타났지만, 모래함량이 높은 토성을 가진 측정지점들에 한해 분석한 결과에서는 지형의 영향은 증가하였고, 토성의 영향은 오히려 줄어들었다. 토양깊이별 상관분석에서는 토양깊이 10cm의 각 인자와의 관련성이 30, 60cm보다 높은 것으로 나타났다. 토양수분변화에 따른 각 인자와의 상관계수 변화는 토양수분이 약 28~32%정도의 포화되기 전의 습윤한 조건일 때, 각 인자들과의 상관성이 증가한 것으로 나타났다.

토양수분은 수문학적 과정의 시공간적 변동과 수자원 관리 및 계획 그리고 기후변화에 따른 자연재해의 원인규명에 중요한 부분이다. 본 연구에서는 사면의 단면선에 따른 토양수분의 분포 및 변동을 파악하기 위해, 청미천 유역내의 사면에서 10개월 동안의 토양수분들을 측정하여, 토양깊이별, 계절별로 분석하였다. 토양수분특성은 간단한 통계적 방법을 이용하여, 평균, 표준편차 그리고 토양수분의 감쇄기울기 값으로 표현하였다. 추가적 연구로, 측정지점의 위치, 지형, 토성의 토양수분에 대한 반응분석을 하였다. 깊은 토양층에서의 토양수분의 공간적 분포는 지표층에서의 공간적 분포 경향과는 상이하게 나타났으며, 사면의 지형 및 위치 그리고 토성의 공간적 분포는 토양수분의 시 공간적 분포특징에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 특히 상부흐름의 기여를 받는 측정지점에서는 토양수분 변동의 안정화가 진행이 되는 것으로 보이며, 수문학적 경계(Hydrologic Threshold)에 대한 추가연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 상부사면에서의 높은 토양수분 변동성 및 뷸 균질적인 공간적 분포는 우선적 흐름발달의 영향과 관련이 있다고 판단된다.

Horton 지수는 유역에 대한 수문순환의 특성을 정량화하는 지수로서 유역의 습윤량과 기화량의 비로 산출된다. 습윤량과 기화량은 토양 수분과 밀접한 관계를 가지므로 추계학적 거동에 따른 토양수분의 동역학모형을 파악하여 Horton 지수를 산출할 수 있다. 본 연구에서는 추계학적인 토양수분수지 모형을 이용하여 서울, 부산, 대구, 제주 지역을 대상으로 30년간 일 기상자료(강우량, 일 평균기온, 풍속, 상대습도, 일조시간)을 이용하여 Horton 지수를 각각 산출하였으며 Horton 지수에 대한 변동성 분석을 실시하였다. 분석 결과, 모든 대상 유역에서 기후의 계절성에 의하여 Horton 지수가 작아짐을 확인할 수 있었다. 하지만 습윤한 기후를 가진 서울과 건조한 기후를 가진 대구에서는 각각 연 강우량이 많거나 연 강우량이 적은 해에 Horton 지수에 미치는 기후의 계절성의 영향력이 줄어듦을 살펴볼 수 있었다.

The objective of this study is to apply a hybrid model for estimating solar radiation and investigate their accuracy. A hybrid model is wavelet-based support vector machines (WSVMs). Wavelet decomposition is employed to decompose the solar radiation time series into approximation and detail components. These decomposed time series are then used as inputs of support vector machines (SVMs) modules in the WSVMs model. Results obtained indicate that WSVMs can successfully be used for the estimation of daily global solar radiation at Champaign and Springfield stations in Illinois.

The objective of this study is to develop adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) model for estimating daily solar radiation using limited weather variables at Champaign and Springfield stations in Illinois. The best input combinations (one, two, and three inputs) can be identified using ANFIS model. From the performance evaluation and scatter diagrams of ANFIS model, ANFIS 3 (three input) model produces the best results for both stations. Results obtained indicate that ANFIS model can successfully be used for the estimation of daily global solar radiation at Champaign and Springfield stations in Illinois. These results testify the generation capability of ANFIS model and its ability to produce accurate estimates in Illinois.

The objective of this study is to develop generalized regression neural networks (GRNN) model for estimating daily solar radiation using limited weather variables at Champaign and Springfield stations in Illinois. The best input combinations (one, two, and three inputs) can be identified using GRNN model. From the performance evaluation and scatter diagrams of GRNN model, GRNN 3 (three input) model produces the best results for both stations. Results obtained indicate that GRNN model can successfully be used for the estimation of daily global solar radiation at Champaign and Springfield stations in Illinois. These results testify the generation capability of GRNN model and its ability to produce accurate estimates in Illinois.

우리나라의 강우 특성 상, 여름철에 집중되는 강우로 인해 홍수가 빈번히 발생하고 겨울과 봄에는 수자원이 부족한 현상이 발생한다. 또한 최근 기후변화에 따라 홍수와 가뭄의 강도와 빈도가 증가하고 있으며, 그로 인한 피해는 점차 증가하고 있다. 이러한 기후변화에 대응하여 효율적인 수자원 관리를 위해서는 저수지와 댐에서의 정량적인 물관리가 필요한 실정이다. 신뢰도 높은 저수지 수문자료 생성을 위하여 상류지역에서 저수지로의 유입량을 정확히 계측하는 것은 저수지 관리에서 무엇보다도 중요하다. 하지만 저수지 상류의 경우에는 대부분 산지 계곡 지형으로 이루어져 일반적인 유량측정에 사용되는 프로펠러 유속계를 이용한 도섭법 유량측정의 경우 많은 제약이 있다. 또한 이에 따른 유량 측정의 신뢰도가 매우 낮아지는 어려움이 존재한다. K-water 연구원은 이러한 문제점을 해결하고 신뢰도 높은 유량측정을 위해서 2012년 10월, 전북 무주군에 위치한 덕곡제 상류 1km 지점의 사방댐에 예언위어를 설치하여 유량측정을 실시하였다. 사방댐은 보통 계곡과 같은 하상구배가 큰 산지 지형에서 갑작스런 강우에 의해 발생하는 급류로 산사태가 일어나는 것과 토사 유출을 방지하기 위해 건설되며, 이러한 사방댐에 예언위어의 설치를 통해 사방댐의 기존용도 외에 유량측정도 할 수 있도록 하였다. 사방댐의 형태를 유지하면서 유량 측정을 위해 폭 12m, 높이 20cm의 예언위어를 설치하였고, 부식을 방지하기 위해 스테인리스 재질을 선택하였다. 사방댐에 설치된 위어로부터 측정된 수위를 유량 환산식에 대입을 함으로써 간단하게 유량산출을 가능하게 하였다. 사방댐에 설치된 위어에 기포식 수위계를 설치하여 30분 단위로 수위를 측정하여 유출량을 측정하였다. 또한 근처의 플럭스 타워에 설치된 강우량계에서 측정된 강우량을 통하여 유입량을 산정하였고, 이를 통하여 유출률을 분석하였다. 이와 같이 사방댐을 활용한다면 인력에 의한 유량측정보다 저비용으로 신뢰도 높은 유량 자료를 얻을 수 있으며, 이를 통해 저수지에서 합리적이고 효율적인 수자원 관리를 할 수 있을 것이라 판단된다.

Intermittent streamflow is common phenomenon in arid and semi-arid regions. To manage water resources of intermittent streamflows, stochactic simulation data is essential; however the seasonally stochastic modeling for intermittent streamflow is a difficult task. In this study, using the periodic Markov chain model, we simulate intermittent monthly streamflow for occurrence and the periodic gamma autoregressive and copula models for amount. The copula models were tested in a previous study for the simulation of yearly streamflow, resulting in successful replication of the key and operational statistics of historical data; however, the copula models have never been tested on a monthly time scale. The intermittent models were applied to the Colorado River system in the present study. A few drawbacks of the PGAR model were identified, such as significant underestimation of minimum values on an aggregated yearly time scale and restrictions of the parameter boundaries. Conversely, the copula models do not present such drawbacks but show feasible reproduction of key and operational statistics. We concluded that the periodic Markov chain based the copula models is a practicable method to simulate intermittent monthly streamflow time series.

일반적으로 홍수빈도해석을 위한 관측홍수량 자료를 구축하기 위해 수위관측지점별 연속된 수위자료와 개발된 수위-유량관계를 이용한다. 수위자료를 유량자료로 환산하기 위해 해당년도에 개발된 수위-유량관계곡선이 있을 경우에는 각 해당년도 수위-유량관계곡선을 적용하며, 없을 경우에는 해당년도 이전에 개발된 수위-유량관계곡선을 적용하는 것이 일반적이다. 환산된 유량자료를 이용하여 홍수빈도해석을 수행할 경우, 기존 연구들은 최대홍수위까지의 외삽으로 인한 불확실성에 초점이 맞추어져 있다. 그러나, 국내의 경우 수위관측지점별로 수위-유량관계곡선이 매년 꾸준히 개발되어 여러 수위-유량관계곡선이 존재한다. 실제 동일수위에서 2배 이상의 유량차이를 보이기도 한다. 따라서, 본 연구에서는 한강유역을 대상으로 수위관측지점별로 매년 개발된 수위-유량관계곡선, 가장 최근 개발된 수위-유량관계곡선을 각각 적용한 두가지 홍수량 자료계열을 구축하여 지역홍수빈도해석을 수행하여 분위수와 평균홍수량에 미치는 영향을 평가하였다.

산림 사면에서의 토양층 수문반응은 물순환을 이해하는데 중요하다. 본 연구에서는 토양수분자료를 이용하여 토양수분의 계절적, 공간적 변화를 분석하였다. 연구대상지역은 경기도 파주시 적성면 설마리의 설마천 유역 내에 위치한 범륜사사면과 충청북도 음성군의 청미천 유역내의 수레의산사면이다. 정밀측량을 통해 획득한 수치고도모형(Digital Elevation Model, DEM)을 이용하여 관측지점들을 각각 선정하였다. 대상사면에 토양층별 토양수분의 분포변화를 분석하기 위해 각 지점별 10, 30, 60cm에서 토양수분량 측정시스템(Time Domain Reflectometry, TDR)방식의 토양수분측정장비(miniTRASE)를 설치하여 2시간 간격으로 2014년 3월부터 12월까지 토양수분을 측정하였다. 각 지점별 사면에서 획득된 토양수분 시계열자료는 토양수분의 시공간적 분포특성을 파악하기 위해 지점별 토양수분량의 통계분석(평균, 표준편차, 변동계수)를 수행하였다. 설마천유역의 범륜사사면에서는 2014년도에 특히 강우량이 적어 토양수분의 평균과 표준편차의 월별 변화에서는 기저토양수분 값을 주로 유지하고 강우에 대한 변동성이 크지 않은 것으로 나타났고, 청미천유역의 수레의산 사면에서는 시간적 토양수분변화는 계절적 강우분포 패턴에 따라 반응이 나타났다. 청미천유역의 토양수분자료를 이용하여 토양수분의 계절적, 공간적 변화를 분석한 결과 지표근처 토양층(10, 30cm)와 저층(60cm)에서의 공간적 변화특성이 다르게 나타났다. 이는 저층(60cm)에서의 지표하 흐름, 기반암 존재의 영향차이에 의한 것으로 판단되고, 사면의 위치에 따라 토양수분의 안정화 정도가 다른 것을 확인할 수 있다.

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화의 영향으로 집중호우 및 돌발홍수는 증가하는 추세에 있다. 이것은 홍수의 위험성 및 자연재해의 발생을 증대시키므로 이에 대한 하천유역 단위의 홍수량 예측 및 재해방지를 위한 설계기법의 개선과 개발, 신뢰성 있는 수문정보 획득을 위한 정밀 수문조사는 매우 필요한 상황이다. 기후변화에 대응하기 위한 수문조사의 방향은 새로운 전환기에 이르렀다고 볼 수 있다. 기존의 수문조사 방법을 통해 획득했던 수문량의 초과치를 벗어난 극대값의 수문량 관측 및 측정을 극복하는 문제, 홍수량 산정 및 예측을 위한 새로운 설계기법의 개발 또는 기존 방법의 개선 등 문제 해결을 위한 방향이 모색되어야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요한 상황이다. 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 이러한 문제의 해결을 가능하게 할수 있다. 본 논문에서는 차탄천 유역(장진교/보막교 : 유역면적($190.64km^2/88.17km^2$), 유로경사(0.96%/1.62%), 경기도 연천군 소재)의 2014년 관측자료를 이용하여 수문특성을 분석하였으며, 2013년 관측결과와 비교 분석하였다. 2014년 연간 유출률은 연간 총강우량의 감소에 기인하여 2013년 보다 매우 적은 유출률을 보이고 있다. 그 원인으로는 2013년보다 강우지속기간(평균, 최대), 강우강도(평균, 최대)가 적게 나타나는 호우 특징과 강우일수의 감소(약 15일)에 있다. 따라서 2014년 차탄천 유역은 2013년 대비 하천유출량은 매우 크게 감소하였고, 지하수함양량과 증발산량은 적은 변화를 보인 수문특성을 보이고 있다.

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화의 영향으로 집중호우 및 돌발홍수는 증가하는 추세에 있다. 이것은 홍수의 위험성 및 자연재해의 발생을 증대시키므로 이에 대한 하천유역 단위의 홍수량 예측 및 재해방지를 위한 설계기법의 개선과 개발, 신뢰성 있는 수문정보 획득을 위한 정밀 수문조사는 매우 필요한 상황이다. 기후변화에 대응하기 위한 수문조사의 방향은 새로운 전환기에 이르렀다고 볼 수 있다. 기존의 수문조사 방법을 통해 획득했던 수문량의 초과치를 벗어난 극대값의 수문량 관측 및 측정을 극복하는 문제, 홍수량 산정 및 예측을 위한 새로운 설계기법의 개발 또는 기존 방법의 개선 등 문제 해결을 위한 방향이 모색되어야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요한 상황이다. 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 이러한 문제의 해결을 가능하게 할 수 있다. 본 논문에서는 설마천 유역(유역면적 $8.48km^2$, 유로경사 2.15%, 경기도 파주시 적성면 소재)의 2014년 관측자료를 이용하여 수문특성을 분석하였으며, 2013년 관측결과와 비교 분석하였다. 2014년 연간 유출률은 연간 총강우량의 감소에 기인하여 2013년 보다 매우 적은 유출률을 보이고 있다. 그 원인으로는 2013년보다 강우지속기간(평균, 최대), 강우강도(평균, 최대)가 적게 나타나는 호우 특징과 강우일수의 감소(약 20일)에 기인한 증발산량의 증가(2013년 대비 31.7% 증가)에 있다. 따라서 2014년 설마천 유역은 2013년 대비 하천유출량과 지하수함양량은 매우 큰 감소가 있었으며, 증발산량은 크게 증가한 수문특성을 보이고 있다.

댐과 같은 수공구조물의 치수능력부족은 구조물의 파손이나 붕괴로 직결되며, 대규모 재산피해와 인명피해가 불가피하다. 또한 최근 기후변화 현상에 의해 발생되고 있는 예상치 못한 큰 강우와 홍수는 댐 안전을 저하하는 요소로 간주되며, 복합적으로 발생시 댐의 치수능력이 크게 저하되어 댐 파괴에 영향을 미칠 가능성이 크다. 또한 ICOLD, 세계대댐회 등의 조사 결과 댐 파괴에 큰 영향을 미치고 있는 수문학적 요소로서 예상치 못한 강우, 홍수 및 월류로 조사되었다. 이러한 이유로 수문학적 위험인자를 효과적으로 고려하기 위해 2000년도 이후 선진국에서는 위험도 해석 기법을 기반으로 파괴모드, 다양한 하중조건 등을 조합하여 위험도 해석을 통해 댐의 안전도 검토를 실시하고 있다. 따라서 최근 증가하는 기상변동성을 능동적으로 고려하기 위해서는 위험도 해석기반의 수공구조물 안정성 평가기법을 기반으로 하는 종합적인 위험도 해석 방안수립이 요구된다. 이러한 이유로 본 연구에서는 BN 모형 기반의 댐 위험도 적용에 앞서 실증댐을 대상으로 분석을 수행하였으며, 분석 절차는 다음과 같다. 첫째, ICOLD 및 세계대댐회 등 다양한 논문, 보고서 등을 조사하여 댐 붕괴에 가장 큰 영향을 미치는 수문학적 파괴인자를 도출하였다. 둘째, BN 모형 구축시 각 노드는 앞서 도출된 수문학적 파괴인자를 이용하였으며, 각 파괴인자에 적합한 확률분포형을 부여하였다. 마지막으로, 노드별 임계값을 부여하여 상황별 파괴인자의 변화 양상을 도출하였다. 본 연구의 결과로 인해 연구대상댐의 가장 취약한 수문학적 파괴인자 도출이 가능하며, 댐의 보수 보강시 우선순위 의사결정의 지원이 가능 할 것으로 판단된다.

현재 기상레이더로부터 제공되고 있는 레이더 자료의 공간해상도는 $1^{\circ}{\times}250m$, 시간해상도는 10 분으로 보통 기상 및 수문분야에서는 10 분 이상의 $1km{\times}1km$의 격자 자료를 활용하고 있다. 그러나 이와 같은 크기의 해상도는 중규모 이상의 유역에서의 강우-유출 해석에 적합할지 모르나 이보다 고해상도의 자료를 요구하는 도시 유역과 같은 소규모 유역에서는 한계점이 있어왔다. 또한 너무 높은 해상도 자료를 강우-유출 과정에 입력하게 되면 레이더 강우 자료에 내포되어 있는 무작위 오차로 인해 강우-유출의 오차가 커지게 된다. 반면 너무 낮은 해상도 자료를 강우유출과정에 입력하게 되면 강우의 공간적인 특성이 평활화되고 이로 인해 레이더 강우 자료는 분포형 강우 자료로써의 기능을 잃게 된다. 이에 적절한 시공간 해상도 결정을 위해 공간 해상도에 따른 도시홍수모형의 입력 자료를 분석하였다.

농촌유역의 물순환 해석은 기후변화, 사회/경제적 변화, 유역환경변화 등의 복잡한 상호작용과 불확실성을 수반한 다양한 형태로 발현하고 있다. 효율적인 농촌유역 수자원 관리를 위해서는 농촌유역에 적합한 데이터베이스를 설계하여 농업생산기반시설, 유역 특성, 기상 및 수문 자료, 기후 변화 자료를 각각 구축하고, 외부 환경의 일회성 평가에 기반을 두어 수행되었던 과거의 접근 방법에서 나아가 내외부의 복합적인 환경변화를 능동적으로 반영하기 위한 요소 모듈 방식의 지능형 관리기법의 개발이 필요하다. 본 연구의 목적은 농촌유역 물순환 해석을 위해 필요한 자료를 효율적으로 가공 및 사용할 수 있는 웹기반 자료 전처리 및 모형 연계 시스템을 개발하는데 있다. 농촌유역 물순환 해석을 위해 농촌유역 데이터베이스 설계, 농업생산기반시설 인벤토리 구축, 유역 물리특성/기상/수문 등의 데이터베이스 구축, 기후변화 자료를 구축하고 이를 웹으로 구현하여 물순환 해석 시스템을 개발하였다. 본 연구는 농촌유역 물순환 해석을 위한 자료 전처리 및 모형 연계 시스템을 개발함으로써 지능형 물순환 해석 및 관리 시스템을 개발하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

수공구조물을 설계하기 위해서는 설계수문량을 빈도해석을 통해 산정할 수 있다. 빈도해석 중 지점빈도해석을 보완한 지역빈도해석을 적용하기 위해서는 군집분석을 통한 지역구분이 무엇보다 중요하다. 또한 스케일 성질(scaling property)은 강우의 시 공간적 특성을 지속기간별 관측된 강우자료를 이용하여 재현기간에 대한 지속기간의 함수로 강우의 IDF곡선을 제시할 수 있는 방법이다. 따라서 스케일 성질을 통해 군집된 지역에서의 강우자료에 적용하여 스케일 인자(scaling exponent)를 추정한 후 수문학적 동질성을 통계적 특성으로 설명하고자 한다. 본 연구를 수행하기에 앞서 군집 분석은 4개의 군집방법(평균연결법, Ward방법, Two-Step방법, K-means방법)을 적용하였고, 한강유역에 위치한 104개의 강우지점은 4개의 지역으로 구분하는 것이 적절하다고 판단되어 비계층적 방법인 k-means방법을 이용하여 지역을 구분하였다. 본 연구에서는 군집된 결과를 바탕으로 4개의 지역으로 구분된 지역에 포함된 강우지점을 대상으로 스케일 인자를 추정하고 수문학적 동질성을 통계적 방법으로 제시하고자 한다.

수위자료는 유량을 판단하기 위한 기초적인 수문자료이다. 하지만 관측자료는 항상 오류 가능성이 있으므로 이에 대해 지속적인 품질관리가 요구된다. 일반적으로 수위자료는 단일 지점에서 시간에 따라 수집되므로 시간에 따른 변화 등을 이용하여 수위자료의 오류 여부를 판단한다. 하지만 실제 수위자료는 상류와 하류가 공간적으로 연결되어 있으므로 상 하류의 관계를 비교함으로써 수위자료의 오류 여부를 판단하는 것도 가능할 것이다. 이에 본 논문에서는 하천의 수위자료를 해발수위 자료로 변환하여 하구로부터의 거리를 이용해 도시함으로써 수위 프로파일을 시각화하고 그 변화를 고찰함으로써 수위자료의 시공간적인 변화를 이용해 수위 오류를 찾을 수 있는 시각화 기법을 개발하였다. 그림 1에서 보는 것과 같이 각 관측소 수위의 정상 경사와 역 경사를 시간별로 구분하고 이를 연속적으로 추적함으로써 수위자료의 오류와 수위관측소 제원 정보의 오류 등을 찾는데 도움을 줄 수 있으며, 수위자료에 대한 향상된 품질관리를 가능하게 할 것이다.

수문자료는 국가적으로 중요한 자료로서 이에 대한 품질관리가 반드시 필요하다. 이에 우리나라 국토교통부에서는 국가 수문자료 품질관리시스템을 구축하여 실시간으로 수집되는 수문자료의 품질을 관리하고 있다. 국가 수문자료 품질관리시스템에서 사용되는 수문자료 자동점검기준은 실시간으로 수집되는 수문자료의 상태를 구분하기 위한 점검방법에서 설정한 기준 값을 말하며, 특히 수문자료의 오류 추출을 자동화하는데 핵심적인 역할을 하는 값이다. 해당 값은 점검 방법에 따라 다른 형태를 갖고 있으며, 관측소의 관측특성과 밀접한 연관이 있어 실무에서는 기존 관측자료의 통계적인 특성을 이용해 초기값을 추정하고 이후 관측자료들에 대한 실제 품질 판정을 기준으로 실제 상황을 고려하여 주기적으로 관리자가 수작업에 의해 시행착오법으로 보정하는 방법을 사용하고 있다. 이에 본 논문에서는 국가 수문자료 품질관리시스템에서 활용하고 있는 수문자료 자동점검기준을 대상으로 기존에 수작업으로 진행되던 자동점검기준의 보정을 자동화할 수 있는 평가지표와 평가 알고리즘을 개발하였으며, 이를 실제 자료에 적용하였다. 개발된 알고리즘은 그림1과 같은 추정 이상치 집합과 실제 이상치 집합의 상관관계를 이용하여 두 집합의 교집합인 A를 증가시키는 구조이다. 이를 이용해 자동점검기준의 적중률을 향상시킬 수 있었으며, 향후 실무에 적용될 경우 수문자료 자동점검기준을 신속하고 적절하게 보정함으로써 수문자료 품질관리업무의 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 안성천 공도 수위표 상류유역에 대해 농업용 저수지와 지하수 이용이 하천유량에 미치는 영향을 SWAT-MODFLOW 모형을 이용하여 모의 분석하였다. 대상유역내에 위치한 고 삼, 금광 농업용 저수지 영향을 고려하기 위해서 관개기에는 저수지 방류량이 관개수로를 통해 수리답 지역으로 보내져 작물소모에 의한 손실과 지표 및 지표하 유출 과정을 거쳐 하천으로 회귀되도록 하고, 비관개기에는 저수지가 만수가 될 경우에만 하천으로 저수지 방류가 일어나도록 처리하였다. 지하수 이용량은 유역내 위치한 허가 및 신고 관정을 대상으로 하였으며, 농업용 관정인 경우는 저수지 관개와 마찬가지로 작물소모에 의한 손실과 지표 및 지표하 유출 과정을 거쳐 하천으로 회귀되도록 처리하였고, 생공용 관정인 경우는 유역내에서 전량 소모되는 것으로 간주하였다. 저수지 및 지하수 양수 유무에 따른 하천유량을 모의한 결과 고삼 및 금광 저수지 직하류부에서는 저수지 영향이 지배적으로 작용하여 갈수량이 각각 약 40% 및 85% 만큼 감소하는 것으로 나타났다. 반면에 저수지로부터 보다 하류쪽로 가면서 회귀수의 영향으로 감소 영향이 둔화되는 양상을 보였으며, 유역출구부에서는 저수지 및 지하수 이용 영향으로 자연상태 유량에 비해 갈수량이 약 19% 만큼 감소하는 것으로 분석되었다.

'설계홍수량 산정요령(2012, 국토교통부)'에서 홍수량 산정시 유역면적이 $250km^2$이하의 유역을 하나의 유역으로 처리하여 홍수량을 산정하도록 제시하고 있다. 이는 소유역을 많이 분할하고 하도 홍수추적 및 합성을 통하여 홍수량을 산정할 경우 단일유역에 비해 홍수량이 과대하게 산정됨으로 이에 대한 개선방안으로 제시된 산정요령이다. 홍수량 산정 방법으로 실무에서 가장 많이 사용되고 있고 '설계홍수량 산정요령'에서 채택한 모형인 Clark 단위도법에 의한 방법으로 산정된 홍수량의 크기에 미치는 민감도가 도달시간보다 저류상수가 훨씬 크므로 합리적인 저류상수 결정방법이 매우 중요하다. 저류상수를 결정하는 방법에는 여러 가지 경험공식이 적용되고 있으며 그 중 '설계홍수량 산정 요령(2012, 국토교통부)'에서는 유역면적이나 유역형상 등을 고려하고 있는 Sabol 공식을 적용하도록 하고 있다. Sabol 공식은 유역형상계수에 의해 많은 영향을 받으며, 유역형상계수는 형상이 흐름방향으로 길쭉한지 넓적한지를 나타내는 지표로서 유역 평균폭을 본류 연장으로 나눈 값으로 정의되며, 통상 유역면적을 본류 유로연장의 제곱으로 나타낸다. 따라서 유역의 형상이 폭에 비해 길면 형상계수가 1보다 작아지며 반대로 길이에 비해 폭이 넓거나 형상이 둥글면 형상계수는 1에 근접하며, 일반적으로 우리나라 하천의 형상계수는 대부분 약 0.5~0.1 정도의 범위를 나타내고 있다. 그러나, Sabol공식을 적용하여 저류상수를 산정할 경우 유역형상계수가 극히 작을 경우 홍수량이 과소하게 산정되므로 적절한 유역분할을 통해 홍수량을 보정할 필요가 있다. 따라서, 미호천 권역에서 유역형상계수가 0.1 이하인 유역을 대상으로 단일유역으로 산정한 홍수량과 적절한 유역 분할 후 홍수량을 산정하여 비교하고 비슷한 규모의 인근유역의 홍수량과 기산정된 홍수량을 비교하여 유역형상계수 0.1이하에서의 적절한 소유역 분할 기준을 제시하여 홍수량이 과대 및 과소하게 산정되지 않도록 조정하는데 있다.

물 수요관리측면에 대한 정책을 수립하기 위해서는 현재 또는 장래에 대한 용수수급의 정확한 이해를 필요로 한다. 이를 위해서는 용수 수요량 및 공급량뿐만 아니라 여러 산정요소를 필요로 하는데, 그 중 회귀수량은 물이 이용되고 다시 하천으로 회귀되어 이용될 가능성이 있는 수량으로 정의되며, 용수수급 및 용수절약 측면에서 회귀 수량은 중요한 요소라 할 수 있다. 회귀수량 조사는 유역조사 사업 이래, 10년간 생?공용수를 중심으로 미시적, 거시적으로 조사를 시행하였으나, 측정 자료의 신뢰도, 조사방법 및 지점선정 등의 문제로 인하여 조사 성과의 활용성이 매우 낮은 실정이다. 수자원장기종합계획등에서는 수자원관련 계획 수립시 생?공용수의 회귀율을 65 %로 적용하고 있으나, 이는 1970년대 말의 사회적 여건 및 경제적 상황이 반연된 결과로 현재 상황에 적용되기 곤란하다. 따라서, 현재 실정에 맞는 회귀율 산정은 반드시 필요하게 된다. 본 연구에서는 기존 생활용수 회귀수량 산정 연구 한계를 보완하고 유역조사 시행을 위한 개선된 회귀수량을 산정하고자 한다. 본 연구는 서울시 중랑물재생센터 처리구역을 기반으로 중랑천유역을 시험유역으로 선정하였다. 기존 회귀수량 산정방법을 개선하기 위해 시험유역 회귀수량 산정을 위한 가용 자료 분석 및 용수흐름 네트워크 공간분석을 추가로 진행하였다. 가용자료로 시험 유역내 상수공급자료(정수장 공급량, 상수계통도, 유수 및 누수율), 하수처리자료(하수처리구역도, 하수처리계통도, 유입량 및 방류량) 및 기상자료(기상청 지점 및 AWS 강우자료)를 구축하였고 각각의 상수계통도 및 하수처리계통도로부터 용수 흐름 네트워크망을 구축하였다. 상수공급자료로부터 상수계통도 공급지역을 구분하여 월별 유수율에 따른 월별 실 공급량을 산정하였다. 하수처리자료로부터 시험유역에서의 월별하수처리 유입량 및 방류량을 산정하였다. 최종적으로 회귀율(하수처리 방류량/실 공급량)을 산정한 결과 연평균 회귀율은 각각 93.97 %(2011년), 95.02%(2012년)로 과잉 추정 되었으며 7 ~ 9월의 회귀율은 110 ~ 120 %로 유입량을 초과하였다. 이는, 하수처리로 유입되는 유입량의 하수관거는 합류식으로 구축되어 7 ~ 9월에 많은 양의 강우량이 우수관을 통해 하수처리장으로 이송되어 생활용수 이외에 자연적인 공급량으로 인한 것으로 분석되었다. 따라서, 월별 회귀율 산정을 위해서는 불투수층에서의 면적강우량(mm)을 유입량(m3/s)으로 환산된 값을 고려하여 회귀율을 재산정하였다. 그 결과 연평균 회귀율은 각각 78.27 %(2011년), 77.58 %(2012년)로 나타났다.각각의 월별 회귀율도 매우 유사하게 나타났으며 과거 관용적으로 사용된 65 % 회귀율보다 약 12 ~ 13%로 증가하였으며 이는, 하수처리시설 구축 및 처리효율의 증가와 상수처리시설의 관로시설의 개량으로 인한 유수율 및 누수율 감소로 회귀율이 증가한 것으로 판단된다.

우리나라는 1960년대 경제개발에 의한 산업화 이후, 토지이용이 꾸준히 확대되어 왔으며, 이로 인해 불투수면적 증가하였고, 배수시설의 확장은 표면조도계수 및 침투율을 급격히 감소시키는 요인으로 작용하여 우수 및 오수의 유출속도가 증가하여 홍수방어능력이 감소하였다. 또한 기후변화로 인한 국지성 집중호우의 발생빈도가 증가함에 따라 이로 인한 피해가 더욱 가중되고 있다. 현재 이에 대한 대응능력을 갖추기 위한 치수대책을 꾸준히 실시하고 있으나 주로 홍수량을 줄이기 보다는 증가하는 홍수량을 처리하기 위한 하천정비, 하수관, 유수지 및 펌프장 증설을 중심으로 이루어지고 있다. 이는 하천 하류의 홍수량을 증가시켜 하천주변에 침수피해를 일으키고 있어 보다 항구적인 대책이 요구되고 있다. 본 연구에서는 특정유역에 침수가 발생할 시 횡월류위어 가동방식(고정보-가동보)에 따라 미치는 침수영향에 대해 저류조 유입특성(총 유입량, 유입유량 첨두치), 침수지역 침수특성(첨두유량, 첨두수위, 첨두유속, 침수면적, 월류시간)을 정량적으로 분석하여 향후 저류지 설치에 따른 횡월류위어 가동방식 선정에 기여하고자 한다.

국가적 측면에서 수자원의 효율적 관리는 국민의 안전 등 중요한 요소이며, 이를 위하여 수자원 장기 계획을 필요로 한다. 설계홍수량의 적정성 판단 및 첨두홍수량의 파악은 수자원 계획에 꼭 필요한 요소이다. 이를 산정하기 방법으로는 "설계홍수 추정 지침서(1993, 국토교통부)"에서 제시한 비유량법을 활용한 추정공식을 제시한 바 있다. 하지만, 기존에 제시된 비유량 산정 공식의 경우 유역면적 하나만을 매개변수로 하는 회귀식이기 때문에 급변하고 있는 강우 패턴 등의 반영이 어려울 것으로 판단되었으며, 특히 도시화 및 기후변화의 영향으로 인한 불투수면적의 증가와 집중호우 등의 극치수문사상이 발생됨에 따라 기존의 비유량법에 의해 첨두홍수량을 추정할 경우 많은 차이가 있을 것으로 예상된다. 또한, 하천기본계획 및 소하천정비종합계획 등 대부분의 하천관련 정비계획에서는 단위도법에 의해 산정된 홍수량을 계획홍수량으로 결정하고 있으며 비유량법에 의한 첨두홍수량은 계획홍수량의 적정성 검증 정도로만 활용하고 있으며 신뢰성에 의문이 제기되고 있는 실정이다. 따라서 도시유역을 대상으로 최근 수립된 하천기본계획 등의 계획홍수량 자료를 수집하고, 기존 비유량공식을 적용한 결과를 비교 검토하여 비유량 적용의 적정성을 판단하며 개선방안을 모색하고자 한다.

시 공간적 관측에서 다양한 원인에 의해 강우 자료에 결측이나 오측이 발생할 수 있다. 강우를 측정하고 자료를 수집 관리하는 측면에서 결측 되거나 오측된 자료를 추정 보완할 필요가 있다. 현재까지 결측 강우 자료를 추정하기 위한 방법으로 결측 지점 인근의 관측소를 이용한 단순 가중 평균치 방법에서부터 복잡한 통계적 기반의 보간 방법에 이르기까지 많은 연구들이 진행되고있다. 본 연구에서는 결측 된 강우 자료를 추정하기 위해 인공 신경망을 이용하여 모형을 구축하고 주변 관측소의 강우자료를 이용해 신경망 학습을 실시하여 적용해 보았으며, 최근 관측의 단위가 짧아지고 있는 점을 고려하여 10분, 30분, 1시간 등 다양한 시간간격의 강우자료를 구축하고 선형회귀모형과 RDS 방법, 신경망 모형을 이용한 방법 등을 적용한 결과를 비교하여 신경망 모형의 적용성을 살펴보았다. 단순한 구조면에서는 기존의 RDS 방법에 대한 적용성이 높은 것으로 판단되었으나, 성능의 개선을 위한 별다른 방법이 없는 반면 신경망 모형은 입력 자료를 다양하게 변환하여 구성하는 경우 성능을 개선하여 적용성이 더 높아 질 수 있는 것으로 판단되었다. 향후 신경망 모형을 이용해 잘못 측정된 강우를 적절히 선별하고 결측된 보완함으로써 관측된 강우 자료의 활용성을 높일 수 있을 것이다.

정확한 유역 토양수분 정보는 홍수 예측의 정도를 크게 향상시키므로 공간 토양수분 정보를 획득하기 위하여 선진국에서는 위성 영상을 활용하여 토양수분을 관측하고 있다. 본 연구에서는 유럽우주기구 ESA(European Space Agency)에서 운영하는 SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity) L-band 토양수분 관측치와 일본 우주항공 연구개발 기구 JAXA(Japan Aerospace Exploration Agency)에서 운영하는 GCOM-W1 위성의 AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2) C-band 토양수분 자료를 비교 분석하였다. SMOS 토양수분, AMSR2 토양수분을 기상청 농업관측관서의 지상 관측 토양수분 자료와 비교한 그래프는 다음과 같다(Fig. 1). 상대적으로 깊은 관측심으로 인한 장점을 가짐에도 불구하고 RFI로 인한 L-band 토양수분 자료의 시공간 관측율이 C-band 토양수분자료에 비하여 낮아 활용성이 낮다. AMSR2 자료는 여름철을 제외한 모든 계절에 과소 추정하는 단점을 보이며 실제적 활용을 위해 지상자료와의 편이보정 과정이 필수적이라 판단된다.

홍수 예측의 개선에 있어 정확한 공간 토양수분 정보는 필수적이다. 위성관측을 활용한 토양수분관측이 이루어지고 있으나 실제적 토양수분 상태와 정량적 차이가 크므로 편이보정을 통한 정량적 개선과정이 요구되는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 위성에서 관측한 AMSR2 토양수분과 지상관측 토양수분자료 및 다중회귀모형를 이용하여 토양수분자료를 정량적로 개선하였다. 공간 해상도가 10 km인 AMSR2 토양수분을 1 km로 상세화한 우리나라 전역의 토양수분 자료와 수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하는 강우관측소 556개 지점에서 관측한 강우자료, 후처리한 MODIS LST 자료, 증발산량 및 식생지수를 사용하였다. 2012년 7월부터 2013년까지 기상청 농업기상관측관서에서 관측하는 지점 중 사용 가능한 6개 토양수분관측소 자료에 대해 토양군별회귀계수를 산정하였다. 토양군별 다중회귀모형을 이용하여 편이보정한 토양수분자료는 전반적으로 과소추정되는 AMSR2 토양수분의 단점을 개선하여 위성관측 토양수분자료의 활용성을 개선하였다(Fig. 1).

토양유실량을 산정하기 위한 모델로 Universsal Soil Loss Equation(USLE)가 전 세계적으로 가장 많이 사용되고 있다. USLE 모형은 농경지에서 면상침식(Sheet erosion)과 세류침식(Rill erosion)을 모의할 수 있는 시험포단위 모형(Field-scale)으로 농경지에서 유실된 토양이 하류 하천으로 얼마나 흘러 들어가 하류 수계의 탁수발생과 이에 따른 수질악화에 얼마나 기여하는지, 즉, 유역단위의 토양유실량을 평가하는데 이용될 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 Sediment Assessment Tool for Effective Erosion Control (SATEEC) ArcView 시스템이 개발되어 사용되고 있다. SATEEC ArcView 시스템은 USLE모형의 입력자료와 DEM만으로 유역면적에 따른 유달률을 산정하여 유역에서 유실된 토양이 얼마만큼 하류로 유달되는지를 모의할 수 있으며, 유역 경사도에 의한 유달률도 산정할 수 있어 지형적인 특성을 좀 더 다양하게 분석 할 수 있게 개발 되었다. 그러나 ArcView는 출시한지 오래되어 사용자가 많지 않고, 프로그램상의 오류가 많고, 대용량의 데이터 처리가 가능한 64비트 운영체제에서는 설치가 불가능한 단점이 있다. 또한, ArcView의 프로그래밍 언어인 Avenue는 클래스를 정의한다거나 상속을 한다거나 하는 문법을 제공하지 않기 때문에 객체지향 언어로 보기에는 부족하다고 할 수 있다. 또한, 최근의 ArcGIS 기반의 많은 모델들이 서로 연계하여 사용하고 있으나, Avenue는 기타 다른 프로그래밍 언어와 연계하여 사용하기가 쉽지 않은 단점이 있다. 그러나 최근 ArcGIS 버전들의 프로그래밍 언어인 Python은 간결하고 확장성이 좋으며, 다른 언어와의 연계가 쉽다. 또한, ArcGIS 10.x버전부터 제공되는 arcpy 모듈은 사용자와의 접근성이 매우 향상되었다. 따라서 SATEEC ArcView 버전을 ArcGIS 10.1 기반의 Python 으로 재개발하여 기존의 불편한 접근성과 대용량 데이터의 처리가 불가능했던 부분을 개선하였다.

본 연구는 한강유역($2,6018km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 지표수와 지하수의 상호작용에 의한 물수지 분석을 수행하고, 수량측면의 유역 건전성을 평가하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 한강유역을 표준유역 단위로 구분하고, 기상자료, 하천유량, 다목적댐(소양강댐, 충주댐, 횡성댐) 운영자료, 다기능보(강천보, 여주보, 이포보) 운영자료, 증발산량, 토양수분 자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 유출량 보정을 위해 한강유역 내 위치하는 다목적댐 및 다기능보의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고, 실측 지하수위, 증발산, 토양수분 자료를 이용하여 모형의 보정(2005~2009)과 검증(2010~2014)을 실시하였다. 그 결과 토양수분으로부터 증발산이 발생하고 유출 및 지하수까지 영향을 미치는 물수지 현상을 잘 재현하고 있음을 알 수 있었다. 이후 유역의 수량측면의 건전성 평가를 위한 수문요소로 하천 유출량, 증발산량, 침투, 침루, 기저유출, 토양수분, 지하수 함양량 등을 도출하고 유역의 물순환을 해석하여 유역의 건전성을 평가하였다.

레이더에 수신된 신호는 신호처리기를 통해 자료의 해석시 불필요한 지형에코를 제거하는 과정을 거친다. 신호처리기의 필터는 레이더의 기종에 따라 다르나, 일반적으로 도플러 속도나 스펙트럼 폭의 값에 따라 지형에코를 제거하며, 이 값들에 따라 번호를 부여하여 필터를 선택적으로 이용할 수 있도록 되어 있다. 본 연구에서는 국토교통부에서 운영하고 있는 비슬산 강우레이더와 소백산 강우레이더의 필터번호에 따른 반사도의 빈도 영역 그래프, 반사도-차등반사도의 빈도 산포도, 반사도와 차등반사도의 평균 및 표준편차를 통해 적정 필터를 선정하고자 하였다. 이 때, 지형에코와 기상에코의 제거 정도 확인을 위해 레이더 관측반경 50 km를 기준으로 비교를 수행하였다. 그 결과, 1번 필터 이후에는 필터에 따른 큰 변화가 없어 1번 필터를 사용하는 것이 기상에코를 보존하면서 지형에코를 제거하는 효과가 가장 좋은 것으로 판단되었다.

이 연구에서는 ESRI사의 ArcGIS 프로그램을 이용하여, 한반도 남한지역 중 기후변화시나리오에 의한 강수량이 제공되지 않는 해안선지역에 대해 기후변화시나리오를 이용하여 장래 강수량을 생성할 수 있는 모형을 개발하였다. 기상청에서 제공하는 기후변화 시나리오에 의한 장래강수데이터의 경우 복잡한 해안선지역에 대해 장래 강수데이터를 제공하고 있지 않기 때문에 최근의 지형도를 적용하여 기상청에서 제공하지 않는 지역에 대해 보완격자를 생성하고, 공간보간 기법을 이용하여 이를 해결할 수 있다. 1km 격자단위의 강수데이터를 생성하기 위하여 GIS내에 여러 툴(tools)의 기능을 단계적으로 모형화하여 순서화된 작업을 자동적으로 수행할 수 있는 model builder를 사용하였다. 데이터 변환작업을 위한 전처리, 데이터 보간 추출 기능과 공간보간기법을 적용하여 기후변화 시나리오가 적용된 데이터누락지역에서의 장래 강수예측데이터를 생성할 수 있도록 하였다. 기상청에서 제공하는 RCP 8.5 시나리오를 이용하였고, 일부 해안선과 섬 지역에 대해 장래강수량을 생성할 수 있는 보간기법이 적용된 모형으로 한반도 남한지역 중 강수자료가 제공되지 않는 총 4,186개의 격자에 대해 적합한 공간보간기법을 선택하여, 일단위 및 월단위 강수자료를 생산할 수 있도록 하였다. 기상청에서 제공하는 강수데이터의 경우 'ASCII' 파일 형식으로 기후변화 데이터를 제공하기 때문에 사용자가 별도의 프로그램을 이용하여 강수예측자료를 얻어야 하는 문제가 있다. 강수예측자료를 텍스트파일 형태로 사용자가 원하는 좌표를 선택 한 후 데이터를 추출할 수 있도록 격자화하여 저장되도록 하였다.

2007년 발간된 IPCC의 4차 평가보고서에서 자연재해, 환경, 해양, 농업, 생태계, 보건 등 다양한 부분에 미치는 기후변화의 영향에 대한 과학적 근거들이 제시되면서 기후변화는 현세기 범지구적인 화두로 대두되고 있다. 또한, 기후변화에 의한 지구 온난화는 대규모의 수문순환 과정에서의 변화들과 연관되어 담수자원은 기후변화에 대단히 취약하며 미래로 갈수록 악영향을 받을 것으로 6차 기술보고서에서 제시하고 있다. 특히 우리나라는 지구온난화가 전 지구적인 평균보다 급속하게 진행될 가능성이 높기 때문에 기후변화에 대한 담수자원 취약성이 더욱 클 것으로 예상된다. 따라서 지표수에 용수의존도가 높은 우리나라의 댐 저수지를 대상으로 기후변화에 따른 수환경 변화의 정확한 분석과 취약성 평가는 필수적이다. 본 연구에서는 SRES A1B 시나리오를 적용하여 기후변화가 주암호 저수지의 수환경 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 지역스케일의 미래 기후시나리오 생산을 위해 인공신경망(Artificial Neural Network.,ANN)기법을 적용하여 예측인자(강우, 상대습도, 최고온도, 최저온도)에 대해 강우-유출모형에 적용이 가능한 지역스케일로 통계적 상세화를 수행하였으며, 이를 유역모델에 적용하여 저수지 유입부의 유출량 및 부하량을 예측하였다. 유역 모델의 결과를 토대로 저수지 운영모델에 저수지 유입부의 유출량을 적용하여 미래 기간의 방류량을 산정하였으며, 최종적으로 저수지 모델에 유입량, 유입부하량 및 방류량을 적용하여 저수지 내 오염 및 영양물질 순환 및 분포 예측을 통해서 기후변화가 저수지 수환경에 미치는 영향을 평가하였다. 기후변화 시나리오에 따른 상세기 후전망을 위해서 기후인자의 미래분석 기간은 (I)단계 구간(2011~2040년), (II)단계 구간(2041~2070년), (III) 단계 구간(2071~2100년)의 3개 구간으로 설정하여 수행하였으며, Baseline인 1991~2010년까지의 실측값과 모의 값을 비교하여 검증하였다. 강우량의 경우 Baseline 대비 미래로 갈수록 증가하는 것으로 전망되었으며, 2011년 대비 2100년에서 연강수량 6.4% 증가한 반면, 일최대강수량이 7.0% 증가하는 것으로 나타나 미래로 갈수록 집중호우의 발생가능성이 커질 것으로 예측되었다. 유역의 수문 수질변화 전망도 강수량 증가의 영향으로 주암댐으로 유입하는 총 유량이 Baseline 대비 증가 하였으며, 유사량 및 오염부하량도 증가하는 것으로 나타났다. 저수지 수환경 변화 예측결과 유입량이 증가함에 따라서 연평균 체류시간이 감소하였으며, 기온 및 유입수온 상승의 영향으로 (I)단계 구간대비 미래로 갈수록 상층 및 심층의 수온이 상승하는 것으로 나타났다. 연중 수온성층기간 역시 증가하는 것으로 나타났으며, 남조류는 (I)단계 구간 대비 (III)단계 구간으로 갈수록 출현시기가 빨라지며 농도 역시 증가하였다. 또한 풍수년, 평수년에 비해 갈수년에 남조류의 연평균농도 상승폭과 최고농도가 크게 나타나 미래로 갈수록 댐 유입량이 적은 해에 남조류로 인한 피해 발생 가능성이 높아질 것으로 예상된다.

본 연구는 현재 한국건설기술연구원에서 운영중인 수문레이더의 관측자료를 사용자가 쉽게 파악할수 있도록 모바일 정보제공 시스템을 구축하는데 있다. 모바일 앱 개발 방식은 대체적으로 모바일 웹, 하이브리드 앱, 네이티브 앱 크게 3가지로 구분할 수 있다. 모바일 웹 방식은 웹 시스템을 모바일 사이즈에 맞게 개발하여 브라우저를 지원하는 모든 기기에서 사용할 수 있고 유지보수가 편한 장점이 있다. 그러나 디바이스의 리소스 접근이 힘들고 네트워크 사용이 힘든 경우 따로 기능을 사용 할 수 없다. 네이티브 앱 방식은 디바이스의 리소스 사용이 용이하고 네트워크 사용이 힘든 경우 기능 사용이 가능하나 OS별 개발과 버전별로 기능 구현에 따른 제약이 있고 유지보수가 힘들고 개발 비용이 많이 든다. 하이브리드 앱은 네이티브 앱과 웹 앱의 장점을 합친 형태로 핵심 기능들은 네이티브 앱으로 구현하고 지속적인 업데이트가 필요한 부분은 웹을 통해 관리하도록 구현한다. 때문에 디바이스 리소스 사용이 용이하고 네트워크 사용이 힘든 경우에도 기능 사용이 가능하다. 또 유지보수가 편하고 다양한 기기에 적용할 수 있는 장점이 있어 본 모바일 시스템은 하이브리드 앱 방식을 적용하여 개발하였다. 모바일서는 레이더 관측자료인 반사도와, 현재 강수량 및 10분 강우량, 1시간 강수량을 표출하였다.

This study evaluated the gap filler radar as an implementation of the 1.5 km CAPPI data in Korea. The use of the 1.5 km CAPPI data was an inevitable choice, given the topography of the Korean Peninsula and the location of the radar. However, there still exists a significant portion of beam blockage, and thus there has been debate about the need to introduce the gap filler radar (or, the gap-filler). This study evaluated the possible benefits of introducing gap-fillers over the Korean Peninsula. As a first step, the error of the radar data was quantified by the G/R ratio and RMSE, and the radar data over the Korean Peninsula were evaluated. Then, the gap-fillers were located where the error was high, whose effect was then evaluated by the decrease in the G/R ratio and RMSE. The results show that the mean values of the G/R ratio and RMSE of the 1.5 m CAPPI data over the Korean Peninsula were estimated to be about 2.5 and 4.5 mm/hr, respectively. Even after the mean-field bias correction, the RMSE of the 1.5 km CAPPI data has not decreased much to be remained very high around 4.4 mm/hr. Unfortunately, the effect of the gap-filler on the 1.5 CAPPI data was also found very small, just 1 - 2%. However, the gap-filler could be beneficial, if the lowest elevation angle data were used instead of the 1.5 km CAPPI data. The effect of five gap-fillers could be up to 7% decrease in RMSE.

In this study, the effect of threshold applied to the radar rain rate on the comparison of the radar and rain gauge rain rate was theoretically examined. The result derived was also evaluated theoretically, using the Bernoulli random field, and empirically, using Mt. Kwanak weather radar data. The results are summarized as follows. (1) In the application to the Bernoulli random field, it was found that the comparison of the radar and rain gauge rain rate with threshold does not introduce any systematic bias. (2) The same results could also be derived in the application to Mt Kwanak weather radar data. In all cases with several radar bin sizes and thresholds considered, the bias was estimated to be far less than 10% of the mean of the rain gauge rain rate. (3) However, in the comparison with threshold applied to both the radar and rain gauge rain rate, the bias was estimated to be higher than 20%. That is, the systematic bias was introduced. This result indicates that the comparison with threshold applied to both the radar and rain gauge rain rate should not be used.

2014년 제12호 태풍 나크리(Nakri)의 영향으로 한라산 윗세오름에는 2014년 8월 2일 하루 동안 총 1,182 mm의 강수량을 보였다. 이 기록은 지금까지 한국에서 관측된 가장 높은 강수량이다. 한라산 윗세오름의 해발고도가 1,673 m이므로 강수의 산지효과에 영향을 미칠 것으로 생각된다. 이는 한라산의 다른 지점에서도 최대 강수가 관측될 가능성이 있다. 그러나 제주도에는 23개의 지상강우관측소만이 설치되어 있어 강수량을 공간적으로 정확하게 파악하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 제주도를 대상으로 레이더(성산과 고산)와 우량계 자료를 이용하여 나크리 호우사상에 대한 최대 강수 지점을 탐색하였다. 먼저, 레이더 반사도의 고도를 해수면으로부터 250 m 간격으로 2,000 m 까지 구분하였다. 또한 각 구간에 해당되는 레이더 자료와 AWS 자료를 이용하여 Z-R 관계식을 유도하였다. 유도된 Z-R 관계식을 제주도 전역에 적용하여 최대 강수가 발생한 지점을 파악하고, 아울러, 제주도 전역에 내린 총 강수량을 추정하였다.

식물의 작물 계수는 실제 증발산량과 잠재 증발산량의 비로 정의되어지며, 이 인자는 식생의 종류, 성장 단계 및 다양한 기후 조건에 따른 작물 재배를 위한 관개에 필요한 물의 양을 예측하는데 매우 중요한 역할을 담당한다. 지점 기반의 작물계수는 다음과 같이 FAO-56 Irrigation and Drainage에서 제시한 Single 과 dual crop coefficient 접근법을 활용하여 계산되어 진다. Single crop coefficient는 하나의 계수에 지표면에서의 증발 및 식생에서의 증산에 대한 영향을 모두 고려한 접근법이며, dual crop coefficient는 지표면에서의 증발 및 식생에서의 증산에 의한 효과를 각각 상이한 계수로 정의하여 그들의 합을 통해 작물계수를 추정되어진다. 이러한 작물계수는 효율적인 수자원 관리를 위해서 광범위한 지역에 대한 작물 계수 산출 및 분석의 필요성이 대두되고 있을 뿐만 아니라, 지점 기반의 작물 계수는 공간적인 대표성을 갖지 못하기 때문에, 실제적인 적용을 위해서는 주변의 환경적 조건을 고려한 local calibration 작업이 추가적으로 수행되어야한다. 본 연구에서는 시공간적인 연속성을 가지는 인공위성을 활용하여 작물 계수를 산정하였으며, 지점 기반 작물 계수와의 비교를 통해 검증을 실시하였다. 또한, 인공위성 기반의 작물계수와 가뭄 분석에 널리 쓰이고 있는 식생상태지수 (Vegetation Condition Index) 와의 비교를 통하여 작물 계수를 통한 광범위한 지역에서의 가뭄 분석의 가능성 또한 분석하였다

국립기상과학원은 국가 물관리를 효율적으로 지원하기 위하여 TOPLATS(TOPmodel based Land-Atmosphere Transfer Scheme) 지면모델 기반을 활용한 전국 수문기상 분석 및 예측정보 생산체계를 구축하였다. TOPLATS 지면모델에서는 토양, 식생 등을 표현하기 위한 다양한 매개변수들이 사용되고 있으며, 그 중에서도 토양 속성과 관련 매개변수들은 토양수분, 증발산 등의 수문기상요소 생산에 큰 영향을 미치고 있어 현실적인 토양 특성에 대한 고려가 요구된다. 본 연구는 국립농업과학원의 토양도 정보를 이용하여 TOPLATS 지면모델에서 요구되는 토양 속성 및 관련 매개변수를 산정하고 이를 모델에 적용하고자 하였다. TOPLATS 모델에 사용되는 토양 매개변수는 총 22개 이며, 본 연구에서는 국립농업과학원에서 제공한 총 405개의 토양통에 대한 매개변수를 각각 산정하였다. TOPLATS 모델을 강제하기 위한 기상자료는 동네예보 분석자료, KLAPS(Korea Local Analysis and Prediction System) 분석자료, 입사 단 장파 복사량은 ASOS 관측자료를 기반으로 한 5km 해상도의 남한 격자자료이며, 2010~2013년 기간의 토양수분, 증발산량에 대한 검증 연구를 수행하였다. 본 연구의 결과는 기존의 11개 토양속성정보로 산출된 결과와 비교 분석하여 추후 제시할 예정이며, 본 연구에서 산출된 국내 토양 특성을 반영한 고해상도 수문기상정보는 향후 홍수 예측 및 가뭄 평가에 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

우리나라는 국토의 대부분이 산악으로 이루어진 지형학적 특성과 여름철에 비가 집중된다는 기상학적 요인으로 인해 물관리가 어려운 편이다. 최근에는 기후변화로 인한 이상 기상 현상으로 돌발성 호우와 가뭄 등의 발생 빈도가 증대되면서 용수공급 관리는 더욱 더 어려움을 겪고 있다. 이러한 가운데 장기 기상정보는 안정적인 이수기 용수 공급을 위한 댐 수위 운영 및 홍수기 운영 목표 수위 계획 수립 등에 활용도가 매우 높다. 최근 기상청은 2014년 6월 이후부터 기존의 장기예보를 확률 예보 방식으로 변경하면서 기온과 강수량에 대하여 평년 대비 높음(많음), 비슷, 낮음(적음)으로 단순 예보하는 기존의 방식에서 발생가능성에 대해 카테고리 별로 확률(%)을 발표하고 있다. 기후변화의 불확실성이 증가하는 가운데 개정된 새로운 형태의 확률장기예보를 물관리에 정량적으로 적용하여 보다 정확도 높은 중장기 물관리 체계가 구축되어야 할 것이다. 본 연구는 현재 기상청에서 제공하는 확률장기예보를 실제 댐 운영에 적용하기 위한 연구로서 과거 자료와 확률장기예보를 조합하여 2014년 6월~2015년 2월의 유역 강수량의 확률 분포를 전망하였다. 대상 지역은 안동댐 유역으로 과거 자료는 최근린법에 기초한 기상청 산하 관측소인 안동, 태백, 봉화, 영주의 1986~2013년의 월 자료를 사용하였고, Thissen법을 근거로 유역 강수량을 계산하였다. 확률장기예보는 안동댐 유역을 포함하는 대구 경북지역을 대상으로 한 동일한 기간의 예보 자료를 활용하였다. 과거 강수량은 각 월별로 적합도 검정 후 Gamma분포를 채택하였으며 이를 기반으로 예보의 카테고리 별 기준값을 산정한 후 장기예보의 확률정보를 조합하여 강수량의 확률 분포를 작성하였다. 이를 2014년 6월~2015년 2월의 실제 강수량과 비교한 결과 2014년 11월과 2015년 1월 경우 가장 큰 확률의 카테고리 강수 범위 안에 실제 강수량이 포함되었으나 나머지 월에서는 실제 값과 카테고리 확률 간에 상이한 결과를 보였다. 본 연구는 예보 자료 수의 제한 및 안동댐과 예보 구역의 지역 차에 의한 자료 차이 등이 배제되어 있기 때문에 참고 자료로만 활용 될 수 있을 것이라고 판단되며, 확률장기예보 정보를 이용하여 유역 강수량의 확률 분포를 산정함으로서 물관리 부문에서 예보의 정량적 적용 가능성을 최초로 제시했다는 것에 의의가 있다. 추후 기후 모델 특성과 확률장기예보 산출 기법 등을 보다 심도 깊게 고려하여 정확도 개선에 대한 연구가 보완되어야 할 것으로 판단된다.

최근 지구온난화로 인한 기후변화는 우리 삶에 다양하게 영향을 미치고 있으며, 특히 강수 또는 기온의 비정상성으로 대표되는 기후변화에 따라 수문순환의 변화 역시 자명하게 여겨지고 있다. 기후변화에 따른 수문변화를 전망하기 위한 최우선은 수문상황을 명확하게 이해 진단하는 것이고, 그 다음은 현재기후에 대비하여 미래 변화를 전망하는 것이다. 우리나라는 관측의 역사가 짧기 때문에 수문상황의 이해, 진단과 전망을 위해서는 수문모형이 필수적이고, 모형의 관측 재생 능력은 매개변수의 최적화 문제와 직결되어 있다. 따라서 이 연구에서는 SWAT 모형과 매개변수 최적화를 위한 SWAT-CUP를 이용하여 현재기후에서의 수문량(유량 및 수질)을 추정하였고, 대표농도경로에 근거한 미래기후에서의 수문량을 전망하였다. 연구결과, 연 최대 일유량은 현재기후에 비하여 21세기 후반에 약 27%(RCP4.5), 50%(RCP8.5) 증가하겠고, 총질소와 총인 역시 미래로 갈수록 부하량이 증가하리라 전망되었다.

수문 순환 및 물 수지에 관한 연구는 강수량, 지표유출량, 지하수, 토양수분 및 증발산량에 대한 정량화가 이루어질 때 실제적으로 규명될 수 있다. 그러나, 수문 순환 및 물수지 평가에 중요한 부분을 차지하는 증발산량의 경우 관측값보다 단순한 가정이나 경험식에 의한 추정값을 사용하고 있어 그 자료의 신뢰성에 대해서도 꾸준히 문제가 제기되어 왔다. 따라서, 수문 순환 및 물수지의 정량적인 분석을 위해서는 수문 순환 과정에서 상당부분을 차지하는 증발산량의 측정(실측)이 필요한 실정이다. 본 연구는 국토교통부의 기초수문자료 구축사업의 일환으로 수행되고 있으며, 에디공분산 기술을 사용하여 증발산량을 직접 관측하고 있다. 관측지점은 한반도의 약 70%를 차지하는 산림지 중 대표적 식생 기능 형태인 혼효림으로 구성된 지점(설마천 관측지, 2007년 8월부터)과, 인위적인 관개가 이루어지는 논경지(청미천 관측지, 2008년 8월부터)에서의 증발산량 측정을 수행하였다. 그 결과 두 지점에서 증발산량의 계절 및 경년 변동 특성을 파악 할 수 있었다. 혼효림(설마천 관측지)에서 산정된 증발산량은 2008년 471.7mm, 2009년 408.4mm, 2010년 489.4mm, 2011년 387.0mm, 2012년 323.3mm, 2013년 293.3mm, 2014년 360.9mm이고, 강수량 대비 증발산량은 18.9%~56.2%를 보였다. 논경지(청미천 관측지)에서 산정된 증발산량은 2009년 571.8mm, 2010년 608.5mm, 2011년 523.9mm, 2012년 509.8mm, 2013년 467.9mm 2014년 533.9mm이고, 강수량 대비 증발산량은 34.7%~59.3%를 보였다. 비율의 최대값은 모두 2014년에 발생한 것으로 적은 강수량에 의한 것이고, 평균 증발산량 비율은 산림지인 설마천 관측소보다 논경지인 청미천 관측소가 평균 약 14%정도 높게 나타났다.

기후변화에 따른 자연재해로 인한 인적, 물적 피해가 매년 증가하고 있으며 기후변동에 관한 정부간 협의체 IPCC(Intergovermental Panel on Climate Change) 5차 보고서에서도 기후변화의 양상이 향후 지속 될 것이라고 전망하고 있다. 이러한 기후변화가 야기하는 부정적인 영향을 저감하기 위해 기후변화 대응을 위한 연구가 세계 곳곳에서 이루어지고 있으며 본 연구에서는 한반도에 적합한 비정상성 빈도해석을 수행하기 위하여 베이지안 기법을 이용하여 산정된 확률강우량과 전지구적 기후변화 시나리오 RCP(2.6, 4,5, 6.0, 8.5)의 다운스케일을 통하여 산정된 확률강우량의 최적 블랜딩을 통하여 비정상성 확률강우량을 산정하였다. 낙동강유역의 1973-2013년 시강우 자료를 이용한 정상성 대비 증감률은 다음과 같다(Table 1).

최근 세계 곳곳에서는 호우로 인한 피해와 빈도는 증가하고 있는 추세이며 한반도 또한 이러한 추세 속에 있다. 이러한 기후변화에 의한 자연재해의 인적, 물적 피해를 감소시키기 위해 호우의 시공간 변동 특성 분석에 대한 연구가 많이 이루지고 있으나 강우량 및 강도 등 정량적인 분석에만 집중되고 있다. 본 연구에서는 극치강우의 시간적 구조의 변동을 상세분석하기 위하여 추계학적 강우생성 모형인 NSRPM를 이용한 강우의 군집특성과 강우세포의 변동 특성을 분석하였다(Fig. 1).

본 연구에서는 한반도 관측 공백지역인 북한지역에 대하여 레이더와 위성 원격탐사자료를 활용하여 강수량과 토양수분 등 수문기상정보를 생산 및 검증하고 효율적인 수문 모니터링 및 수문 기상 재해 감시와 평가 방안을 수립하고자 한다. 또한, 북한지역의 수문 기상 정보 수집 및 통합 DB를 마련하고 북한 수문기상 포털시스템을 구축함으로써 부처 간 자료를 공유할 수 있는 매개체를 마련하여 일관된 정책 수립과 효율적인 물관리를 도모하고자 한다. WPMM(Window Probability Matching Method)방법을 기반으로 구성된 RAD-RAR(Rain rate system) 산정 알고리즘(Rosenfeld et al., 1993)을 활용하여 산출된 합성 강우장 데이터의 정확성을 비교 분석하기 위해 접경지역 AWS 강수량과 세계기상통신망(GTS)기반 강수량을 산출하여 각각 레이더 강수량과 검증분석을 실시하였다. 연구기간은 2012년과 2013년 여름철 기간 중 5개의 기간을 선별하였다. 연구 기간 동안의 RAR 합성 강우장 데이터를 이용하여, 기간 중 1시간 동안 누적된 강수량을 산출하고 접경지역 AWS 강수량과 비교하였고 12시간 누적 강수량을 산출하여 GTS 강수량과 비교 분석을 실시하였다. 전반적으로 레이더 강수량에 비해 AWS 강수량이 더 높게 나타났으며 마찬가지로 레이더 강수량과 GTS 강수량의 비를 통해 레이더 자료가 상대적으로 과소추정되고 있음을 확인 할 수 있었다. 미항공우주국(NASA)과 일본항공우주국(JAXA)을 중심으로 진행된 GPM(Global Precipitation Measurement)미션은 한 개의 핵심위성과 마이크로파 복사계를 탑재한 10여개의 보조위성으로 구성되어 있으며, 매 3시간 간격의 전구 강수량 자료 생산에 목적이 있다. 이는 홈페이지를 통해 Level 1, 2, 3의 GPM 데이터를 배포하고 있다. 특히 Level 2 데이터는 언급된 3시간 간격의 전구 강수량 데이터를 제공한다. 이 경우 복사량을 강수량으로 변환하는 번거로움을 덜 수 있으며 NASA가 제공하는 Panoply라는 프로그램을 이용하여 한반도 강수 자료 가시화가 가능하다.

지난 반세기에 걸쳐 우리나라 대도시에서는 집중호우로 인한 피해가 증가했다. 강우 특성의 변화를 야기하는 요인으로 여러 가지가 있겠으나, 그 중 도시화의 영향에 주목할 필요가 있다. 도시화는 여러 가지 기상특성의 변화를 야기하는 것으로 알려져 있으며, 수문순환에도 영향을 줄 수 있다. 우리나라 도시는 한국전쟁 이후 급격히 성장했으므로, 도시화의 영향이 같은 시기 우리나라 도시에서 증가한 집중호우 빈도와 관련이 있을 개연성이 있다. 이에 본 연구에서는 도시화 진행과 강우특성 변화와의 상관관계를 분석하여 이러한 가설을 뒷받침할 기초 증거를 수집하였다. 구체적으로 12개 지점, 37년간(1975~2011)의 일 강우 자료를 이용하여 총 강우량, 연 최대 강우량, 연 중 강우일수, 10/30/50/80 mm 초과강우일수의 경향성을 파악하였고, 도시화의 진행 정도를 분석하기 위해서 시가화면적비, 인구를 고려한 도시화지수(urbanization index, UI)를 구축하여 같은 방법으로 경향성을 파악하였다. 강우특성의 경향을 살펴본 결과, 대상 지역의 총 강우량과 큰 호우사상은 해마다 증가하는 추세로 확인되었으며, 나머지 강우 특성에는 큰 경향성이 없는 것으로 확인되었다. 최종적으로 UI의 변화와 강우특성 경향 간의 상관관계를 비교한 결과, UI는 50 mm 이상 강우일수, 80 mm 이상 강우일수, 총 강우량과 높은 상관관계를 보이는 것으로 확인되었다. 결론적으로, 도시화가 진행되는 정도에 따라 큰 호우 사상의 발생빈도가 크게 달라진다고 볼 수 있다. 따라서, 향후 도시화의 진행에 따른 집중호우의 피해를 예방하기 위해서는 해당 분야의 지속적인 연구가 필요하다고 판단된다.

In recent decades, the independence and identical distribution (iid) assumption for extreme events has been shown to be invalid in many cases because long-term climate variability resulting from phenomena such as the Pacific decadal variability and El Nino-Southern Oscillation may induce varying meteorological systems such as persistent wet years and dry years. Therefore, in the current study we propose a new parameter estimation method for probability distribution models to more accurately predict the magnitude of future extreme events when the iid assumption of probability distributions for large-scale climate variability is not adequate. The proposed parameter estimation is based on a metaheuristic approach and is derived from the objective function of the rth power probability-weighted sum of observations in increasing order. The combination of two distributions, gamma and generalized extreme value (GEV), was fitted to the GEV distribution in a simulation study. In addition, a case study examining the annual hourly maximum precipitation of all stations in South Korea was performed to evaluate the performance of the proposed approach. The results of the simulation study and case study indicate that the proposed metaheuristic parameter estimation method is an effective alternative for accurately selecting the rth power when the iid assumption of extreme hydrometeorological events is not valid for large-scale climate variability. The maximum likelihood estimate is more accurate with a low mixing probability, and the probability-weighted moment method is a moderately effective option.

농업가뭄에 대한 연구는 주로 가뭄지표의 개선과 제안 등에 초점이 맞추어져 있으며 관개기의 강수량에 중점을 둔 사례가 대부분이다. 그러나 대부분의 논 관개용수는 저수지를 통하여 공급되기 때문에 관개가 시작되는 4월 초순의 저수량은 상당히 중요한 가뭄 대응 요소이다. 이에 따라 가뭄에 대비하기 위해서는 관개가 종료되는 10월부터 이듬해 3월까지 충분한 저수량이 확보될 필요가 있다. 그러나 기후변화에 의해 대부분의 강우가 관개기에 집중될 수 있으며 이에 따라 미래에는 비관개기 동안 충분한 저수량을 확보하는데 어려움이 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 기후변화에 따른 비관개기의 강수량을 확률기반으로 분석하고, 이를 관개기 필요저수량과 비교하여 저수지의 미래 가뭄 대응 능력을 분석하고자 하였다. 기후변화에 따른 비관개기의 강수량 변화를 분석하기 위하여 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 적용하여 미래 비관개기 동안의 연도별 비관개기 누적강수량을 분석하였다. 과거와 미래시기를 30년 단위로 구분하여 1995s, 2025s, 2055s, 2085s의 비관개기 동안의 비초과확률 10%, 50%, 90%의 강수량을 분석하였다. RCP 4.5 시나리오를 기반으로 모의한 미래강우의 비초과확률 10% 누적강수량 산정 결과에 따르면 주요 곡창지대인 전라남북도는 1995s에는 10월부터 이듬해 3월까지의 누적강수량이 약 215mm 정도로 나타났으나 2025s에는 약 150mm로 줄어드는 것으로 나타났다. 즉, 비초과확률 10%의 강우가 내릴 경우 비관개기 동안에 충분한 저수량의 확보가 어렵게 되고 관개기의 심각한 가뭄을 초래할 수 있었다. 비관개기 누적강수량과 저수량변화의 관개를 모의한 개운저수지와 계룡저수지의 경우 그 관계식은 y=1.442x-198.81, y=5.8105x-752.92와 같이 나타났다. y는 비관개기의 저수량변화를 나타낸 것이고 x는 비관개기의 누적강우량을 나타낸 것이다. 식을 통해 향후 100년 중 비초과확률 10%의 강수를 가정한다면 개운저수지는 관개종료시점의 저수율이 최소 96.93% 이상이여야 다음해 관개시작시점의 저수위가 만수위가 될 수 있었고, 계룡 저수지는 최소 86.84%의 저수위를 만족해야 다음해 관개시작시점의 저수위가 만수위가 될 수 있었다.

본 논문에서는 과거 호우를 이용하여 우리나라의 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP)을 산정하고, 기존의 결과와 비교하고자 한다. 1973년부터 2014년까지 190개의 호우를 선정한 후 WMO(2009)에서 사용된 수문기상학적 방법을 이용하여 면적별($25km^2$, $100km^2$, $225km^2$, $400km^2$, $900km^2$, $2025km^2$, $4900km^2$, $10000km^2$, $19600km^2$), 지속시간별(1, 2, 4, 6, 8, 12, 18, 24, 48, 72시간)로 우리나라의 PMP를 산정하고 계산된 결과를 바탕으로 한강유역, 낙동강유역, 금강유역, 영산강 유역의 PMP를 추정하였다. 또한 2000년에 산정된 PMP와 비교하여 그 값이 얼마만큼 변화되었는지 비교하였다. 또한 약 15년간의 극한강우 사상의 변화와 이에 따른 PMP 값의 변화에 대한 경향성을 평가해 보았다.

유역의 하천관리 및 홍수관리를 위하여 강우량을 정확하게 예측하고자 많은 수문학자들에 의해 강우량을 예측하는 연구를 진행하였다. 강우를 예측하기 위한 여러 가지 방법 중 인공신경망을 이용하여 강우를 예측하는 선행연구들을 살펴볼 수 있었다. 그러나 기존에 강우량을 예측하는 사례들을 살펴보게 되면, 강우사상이 발생된 후 강우량 예측은 비교적 높은 정확도를 가지고 있으나, 강우가 발생하기 시작하는 시점에 대한 강우량 예측은 그 정확성이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이에 본 연구에서는 무강우 기간에도 보다 정확하게 강우량을 예측할 수 있는 인공신경망 모델을 제안하고자 한다. 이를 위해 강우량 이외에도 기온, 풍속, 습도, 증기압, 전운량을 인공신경망의 입력자료로 활용하고자 하였다. 입력자료을 구성을 여러 가지 CASE로 구분하여 부산지점의 강우량을 예측하고 그 정확성을 평가하고자 하였다. 이 때, 사용되는 자료는 기상청 부산지점에서 제공하고 있는 1시간 간격자료를 적용하였다. 본 연구를 통해 개발된 인공신경망 모형을 이용하여 예측된 강우량은 부산 내에 위치한 하천관리 뿐 만 아니라 하천의 홍수 예 경보에 필요한 기초적인 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

댐 물수지 분석에 있어 매우 중요한 요소는 강수량, 유입 방류량, 토양수분량, 증발산량 등이 있다. 현재 육지에서의 증발산량은 대부분 에디공분산시스템에 의해 관측되고 있으며, 많은 전문가들이 양질의 자료를 산출하고 있다. 하지만 수면에서의 증발량관측은 아직 부족한 상황이다. 우리나라는 기후특성상 여름철에 강우가 집중됨에 따라 효율적인 댐 관리가 매우 중요하다. 댐관리의 주요 인자인 수면증발량은 현재 용담댐에서만 이루어지고 있다. 용담댐의 수면증발량 관측은 2013년부터 수행되고 있고, 수면위에 플랫폼을 설치하고 팬 내부에 수심이 1 m인 대형증발팬을 고정하는 방식을 취하고 있으며, 관측된 수위자료는 호내 수온을 고려하여 수면증발량으로 환산된다. 관측항목으로는 팬 내 외부 및 저수지 표층 수온, 팬 내부 정밀 수위뿐만 아니라 다양한 기상요소들이 있다. 2013년에 생산한 수면증발량은 풍향풍속, 수온, 상대습도, 복사량, 강수량 자료를 통해 정확도를 검증하였으며, Penman(1984)공식을 활용하여 실측 수면증발량과 추정 수면증발량을 비교 분석하였다. 본 연구는 용담호에서 자동 관측되고 있는 수위변동 자료를 활용해 수면에서의 증발량을 분석하였다. 2014년 3월부터 2015년 2월까지의 자료를 활용하였으며, 관측기간 중 최대 일증발량은 9.7 mm/day, 월 최대 일평균증발량은 3.5 mm/month(10월)로 나타났다. 수면에서 가장 많은 증발량이 나타난 시기는 10월 (증발량 : 107.6 mm, 강수량 : 122.9 mm)로 강수량의 약 88 %가 증발되었음을 알 수 있었다. 그 다음으로는 9월과 5월 순이었다. 증발량이 가장 많다고 예상되었던 7월과 8월의 경우는 각각 18일과 21일간 강수가 발생하였으므로 대기 중의 높은 습도로 인해 증발량이 크지 않았다. 결론적으로 수면에서의 증발량이 기상환경에 의존하고 있다는 사실은 명백하다. 그러므로 효율적인 수자원관리를 위해서는 다양한 지점에서의 수면증발 관측 및 기상요소와의 상관 성분석이 시급하다고 판단된다.

비점오염원은 기상조건과 토지이용에 따라 시간에 따른 오염부하량의 변동폭이 크게 발생하며, 강우초기에 오염물질의 농도가 크게 나타난다. MFFn은 강우지속시간에 따라 다양하게 변화하는 오염물질의 부하량과 유출량을 특정시점에서 강우유출율과 오염물질 유출율을 계산할 수 있으며, 강우가 시작될 때 0, 종료될 때 1의 값을 나타내며, 1보다 크면 초기세척이 있음을 나타낸다. 예를 들면 MFF20에서 평균값이 2.5이면 초기우수유출수의 부피 20%에 오염물질 부하량의 부피 50%를 포함하는 것을 의미한다. 본 연구에서는 논에서의 초기세척비율 정량화하기 위해 영산강수계 논지역(이하, 학야지구)과 섬진강수계 논지역(이하, 적성지구) 각 1개유역을 선정하여 2009년부터 2012년까지 수문 및 수질 모니터링을 수행하였다. 유역면적은 학야지구는 13.69 ha 이며, 적성지구는 8.06ha 이다. 두 지역 모두 외부유입이 없으며, 배수로가 구조물화 되어 있어 관측이 용이한 지점이다. 논에서 강우시유출되는 오염물질을 산정하기 위해서 배수로 말단에 압력식 수위계와 자동채수기를 설치하여 일정간격으로 관측하였으며, 수위별 유량관측을 통해 수위-유량관계곡선식을 산정 후 유량으로 환산하였다. 채취된 수질은 수질공정시험법을 통해 BOD, COD, TOC, T-N, T-P, SS를 분석하였으며, 관측된 유량과 수질자료를 이용하여 부하량을 산정하고, MFFn을 이용하여 초기세척비율을 정량화 하였다. BOD COD, TOC, T-N, T-P, SS 의 논 초기세척비율은 n 값이 10% 때 중앙값이 각각 1.3, 1.18, 1.13, 1.2, 1.13, 1.1 였으며, 13%, 11.8%, 11.3%, 12%, 11.3%, 11% 가 유출되는 것으로 나타났으며, n 값이 20%일 때 1.3, 1.1, 1.1, 1.25, 1.2, 1.2 이였으며, 26%, 22%, 22%, 25%, 24%. 24%가 유출되는 것으로 나타났다. n 값이 30%일 때 1.25, 1.0, 1.0, 1.25, 1.13, 1.3 였으며, 37.5%, 30%, 30%, 37.5%, 33.9%, 39%가 유출되는 것으로 나타났다.

국내에는 17,500여개의 농업용 저수지가 전국적으로 분포하고 있다. 이들 저수지의 대부분은 1945년 이전에 설치되어 경과년수가 70년 이상된 저수지가 전체의 약 52%에 달하며, 1962년 이전에 설치되어 50년 이상된 저수지는 전체의 68.3%에 이르고 있다. 국내 약 70%에 해당하는 저수지는 50년이 넘은 노후화된 저수지로 오염물질의 장기간의 퇴적으로 인해 수용적이 많이 줄었고, 퇴적층의 오염물질 재용출로 인해 호소의 수질악화에 상당한 영향을 주고 있을 것으로 추정된다. 따라서 본 연구에서는 호소 설치 경과년수와 수질간의 상관성을 알아보기 위하여 상관분석을 실시하였고, 일원분산분석과 Scheffe Test를 통해 경과년수에 따라 호소 수질에 유의한 차이가 있는 지에 대해서 살펴보았다. 저수지 설치 경과년수와 수질항목 pH, EC, DO, SS, COD, TN, TP, Chl-a와의 상관성을 분석한 결과, DO를 제외한 모든 항목에서 10~40%의 정(+)의 상관성을 보여 저수지 준공년도가 오래된 것일수록 수질오염도가 높아지는 것으로 나타났다. 농업용 저수지의 준공 경과년수 구간에 따른 수질이 통계적으로 유의한 차이가 있는가를 알아보기 위하여 호소의 경과년수를 70년 이상($Y{\geq}70$), 50년 이상 70년 미만($50{\leq}Y$<70), 30년 이상 50년 미만($30{\leq}Y$<50), 10년 이상 30년 미만($10{\leq}Y$<30), 10년 미만(Y<10) 등 5개 구간으로 분류하여 일원분산분석을 실시하였다. 통계분석에 사용된 자료는 2013년도 농업용수 수질측정망 조사자료 3,175개를 이용하였다. 수온, pH, EC, COD, TN, TP, SS, Chl-a 등 거의 모든 수질항목에서 유의수준 p<0.001 에서 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 사후검정인 Scheffe Test를 실시한 결과, DO를 제외한 모든 항목에서 70년 이상 된 구간($Y{\geq}70$)과 50년이상 70년 미만(의 구간에서 다른 구간에 비해 다소 높은 값을 보였고, 준공 경과년수가 작아질수록 농도가 점차적으로 낮아지는 경향을 보였다. 이러한 결과는 저수지가 설치된 지 오래되어 노후화가 진행될수록 수질오염도 높아지는 것을 알 수 있었다.

국내에는 17,500여개의 농업용 저수지가 전국적으로 분포하고 있으며, 이들 저수지는 인공호소이다. 농업용 저수지의 총 유효저수량은 2,838백만$m^3$에 달하고 있으며, 전체 수리답의 약 76%에 해당하는 593천ha의 농경지에 물을 관개하고 있다(2013농업생산기반통계연보). 최근 농어촌지역의 도농복합형태 개발 및 관광지, 유원지화로 농업용 저수지 유역의 오염원이 지속적으로 증가하는 추세에 있으며, 이로 인해 농업용수 수질이 지속적으로 악화되고 있다. 특히, 늦봄에서 초가을까지 외기온도 상승 및 저수율 저하와 함께 부영양화 증가, 녹조 대발생 등으로 수질오염도가 급상승하고 있으며, 이로 인해 호 내 물고기 폐사, 악취발생 등으로 민원이 다수 발생하고 있다. 본 연구에서는 농업용 저수지의 물리적 특성을 분석하여 농업용 저수지 수질개선을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 농업용 저수지 17,489개소를 수혜면적별로 분류해 보면 5ha이하가 7,808개소(44.7%), 5~10ha이하 4,277개소(24.5%), 10~20ha 2,772개소(15.9%), 20~30ha 797개소(4.6%), 30~40ha 385개소(2.2%), 40~50ha 238개소(1.4%), 50ha이상 1,201개소(6.9%)로 구성되어 있어 50ha이하가 전체의 93.1%에 이르고 있다. 유효저수량별 분포현황은 10천$m^3$이하가 7,996개소(45.7%), 10~50천$m^3$ 6,420개소(36.7%), 50~100천$m^3$ 1,003개소(5.7%), 100~300천$m^3$ 868개소(5.0%)로 전체 시설 중 50천$m^3$이하가 전체 저수지의 82.4%로 대부분이 소규모 저수지임을 알 수 있다. 농업용 저수지를 유효수심별로 구분해보면 1m이하가 전체의 26.6%, 3m이하가 전체의 77.1%, 5m이하가 전체의 91.1%로 국내 대부분의 저수지들은 수심이 5m 이하의 저류지 형태의 저수지임을 알 수 있다. 저수지를 유역배율(유역면적/만수면적)에 따라 구분해보면 유역배율 3이하가 전체의 1.2%이고, 5이상이 전체의 97.4%를 차지하고 있다. 일반적으로 유역배율이 3이상이면 부영양화에 취약한 호소로 분류되고 있다. 국내 농업용 저수지는 대부분이 수심이 낮고, 유효저수량이 소규모이며, 유역배율이 3이상인 호소가 대부분으로 태생적으로 수질오염 및 부영양화에 취약한 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 농업용 저수지 수질개선을 위한 종합계획 수립시에는 유입수 및 호내 대책과 함께 호소의 물리적 조건을 개선시키는 방안에 대해서도 검토가 요구된다. 특히 저수지 신규 설치시에는 수량관리 뿐만 아니라 수질도 함께 고려된 물리적 인자에 대한 설계가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

금호강은 포항시 북구 죽장면에서 발원하여 낙동강으로 합류하는 낙동강 제1지류로 유로연장은 114.6km이며, 영천과 경산지역의 생활 및 공업용수, 대구지역의 공업용수로 사용된다. 금호강의 평균 BOD는 1983년 191.2mg/L로 하수도나 산업폐수 처리 전 원수 정도의 수준이었으나, 2014년에는 3.6mg/L로 낮아져 수질개선율이 98.1%를 나타냈다. 이를 위해서 하 폐수 처리장 건설과 아울러 포항철강산업단지의 공업용수 공급을 위한 영천댐에 임하댐과 도수터널 52km를 연결하여 2001년부터 금호강에 하천유지용수로 $3.463m^3/s$를 공급하였다. 금호강 유역에서 오염총량제 목표수질은 금호B 지점이 BOD 3.8mg/L, TP 0.236mg/L이며, 금호C 지점은 BOD 4.0mg/L, TP 0.254mg/L이다. 분석기간인 2013년에서 2014년의 평균 수질은 모두 기준을 만족하고 있으나, 수질악화시에 금호B 지점에서 최대 BOD 8.6mg/L, TP 0.511mg/L, 금호C 지점에서 최대 BOD 8.5mg/L, TP 0.449mg/L을 나타내었다. 이에 영천댐의 탄력적인 유량방류로 수질악화시에 추가 방류를 수행하여 수질을 안정화시키고, 물공급의 안정화가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 갈수기 및 이수기에 영천댐에서 하천유지용수보다 많은 유량을 탄력적으로 방류하는 가상조건을 설정하여, 하천유지유량과 목표수질을 만족하는 유량분석을 수행하였다. 이를 위해 QUALKO2 모형을 적용하였으며, 상류단 경계조건을 영천댐으로 설정하고 낙동강에 합류하기까지 약 86km 구간에 대해서 유량과 수질모의를 수행하였다. 모형적용을 위해서는 23개의 reach와 86개 element를 사용하였으며, 주요지류로는 신령천, 청통천, 부기천, 오목천, 남천, 동화천, 신천, 팔거천, 달서천, 이언천를 적용하고, 주요 하 폐수 처리시설을 점오염원으로 입력하였다. 실측자료는 2013년과 2014년의 월자료를 사용하였으며, 유량시나리오는 상류단 영천댐 방류량 조건을 반영하여, 실방류량 조건과 하천유지용수 방류조건, 유지용수 외 추가 25%, 50% 방류조건, 목표수질을 달성하는 방류조건으로 총 5가지의 시나리오를 수행하였다. 상류단 유량이 증가하면 금호강 전반적으로 수질이 개선되나 수질 악화시에는 과도한 방류량을 요구하게 되어, 수질 악화시를 위한 구조적 비구조적 대책도 필요한 상황으로 분석된다.

현재 새만금 호 내로 유입되는 만경, 동진강 유역은 대규모 관개시스템을 통해 하천수의 대부분을 농업용수로 취수하고 있어 하천의 건천화가 심화되고 이에 따라 수질관리와 수생태계 보전에 어려움이 있다. 또한 새만금호는 방조제 완공 이후 배수갑문을 통한 해수유통이 줄어들어 호 내중 하류부에만 영향을 미치고 상류부인 만경, 동진강의 유입부는 유입되는 유량과 오염부하량의 지배적인 영향을 받는다. 이러한 새만금유역과 호에 대해 적정수질유지 및 합리적인 수질관리 대책 수립이 중요하며, 이를 위하여 상류하천 및 새만금호의 주요 지점에 대한 지속적인 모니터링 및 유역과 수역의 기작 등을 합리적으로 구현할 수 있는 수질예측 모델을 구축, 운영 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 새만금유역에 대해 SWAT모형을 적용시켜 자료를 구축하였고, 그 결과를 토대로 3차원 수리?수질모델인 EFDC를 이용하여 2020년 호 내 수질을 모의하였다. 또한 제수문 방류조건(1cms방류, 65%방류, 전량방류)에 따른 수질 변화를 모의하여 호 내 수질변화와 영향범위를 추정하였다. 제수문에서의 1cms방류조건과 전량방류조건을 모의하여 연평균 농도를 비교 한 결과 M3지점에 서 COD 1.304mg/L 감소, T-N 1.207mg/L 감소, T-P 0.08mg/L 감소, Chl-a $5.095mg/m^3$ 감소, D3지점에서 COD 0.492mg/L 감소, T-N 0.205mg/L 감소, T-P 0.009mg/L 감소, Chl-a $2.117mg/m^3$ 감소하는 것으로 예측되어 수질이 개선되는 것으로 나타났다. 이는 만경강과 동진강 제수문의 증가된 방류량으로 인해 유황이 개선되고 호 내 오염부하농도가 감소하는 것으로 판단된다. 방류조건별 영향범위를 살펴본 결과, 65%방류조건에서는 호 내 상류구간에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 전량방류조건에서는 호 내 중?상류구간이 지배적인 영향범위로 평가되었다. 따라서 유역 내 제수문 관리를 통한 방류량 조정은 새만금호의 효과적인 수질관리에 기여 할 것으로 예상되며, 향후 제수문의 체계화된 운영방안 수립대책이 필요하다.

본 연구에서는 달천구간 (괴산댐~송동보)에서 어류 군집 (Fish Community)을 고려한 생태학적 최적유량 (Ecological Optimum Discharge)을 산정하였다. 이를 위해 유량증진방법론(IFIM: Instream Flow Incremental Methodology)을 기반으로 한 2차원 모형인 River-2D를 적용하여 수리해석 및 대상어종 (Target Fishes)에 대한 가중가용면적 (WUA: Weighted Usable Area)을 산정하였다. 모형 검증을 위해 김원 등 (2007)에 의해 수행된 과업구간 내 수위 및 유량 모니터링 자료를 활용하였으며, 하류경계조건은 김지성 등 (2007)에 의한 수위-유량 관계곡선식을 활용하였다. 또한 평저류량 조건에서의 조도높이 (Roughness Height) 산정을 위해 유량 및 하상재료의 영향을 고려할 수 있는 멱함수 및 반대수함수 형태의 조도계수 공식을 적용하였다. 모형검증 결과 River-2D에 의해 계산된 수위값이 모니터링값과 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 대상유역에 대한 어류 모니터링 (에코리버21사업단, 2007~2010) 결과를 바탕으로, 과업지역내 우점종 (피라미), 아우점종 (쉬리 등 3개 어종), 멸종위기어종 (묵납자루)을 대상어종으로 선정하였으며, 대상어종에 대한 서식도적합도지수 (HSI, Habitat Suitability Index) 산정을 위해 IFASG (Instream Flow and Aquatic Systems Group) 방법 및 WDWF (Washington Department of Fish and Wildlife) 방법을 적용하였다. 수심, 유속, 하상재료 및 하상형상에 대한 서식도적합도지수가 5가지 대상어종에 대해 각각 산정되었으며, 복합적합도지수 (CSI : Combined Suitability Index)를 고려한 과업대상 위치별 어류의 발생확률이 모의되었다. 어류 군집에 대한 가중가용면적 (WUA)이 최대로 되는 생태학적 최적유량 산정 결과, Type I~III의 경우 모두 $10m^3/s$ 이하의 유량조건에 대해서 WUA가 최대값을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 납자루속의 어류 (Type III)의 WUA가 000 및 000속 (Type II)의 어류에 비해서 작은 유량에서 더 큰 값을 갖으며, $10m^3/$s 초과 유량에 대해서는 반대의 경향이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

과거 1990년대에 인터넷 이용이 전 세계로 확산되면서 World Wide Web를 이용하여 다양한 웹 서비스 기술의 구현 및 유통은 현재에도 개발되고 있다. 일반적으로 오늘날의 서비스는 XML 및 인터넷을 통하여 웹 서비스로 구현한 응용프로그램간의 연동을 가능하게 하는 기반기술이다. 이는 단순 객체 접근 프로토콜(SOAP), 웹 서비스 기술 언어(WSDL), 전역 비즈니스 레지스트리(UDDI) 등의 표준 기술을 사용하여 네트워크에 연결된 다른 컴퓨터 간의 분산 컴퓨팅을 지원하는 소프트웨어 및 기술이다. 이러한 웹 서비스의 발전으로 웹 서비스의 성능이 웹 서비스 제공자의 성패를 좌우하게 되고, 제공하고 있는 웹 서비스에 대한 검증이 필요하게 되었다. 웹 서비스에 대한 검증은 미국 Bloor NA(Bloor Research-North America)에서 웹 서비스 아키텍처의 단점을 발표하여 서비스의 품질과 신뢰성 및 개선점에 대하여 제시되어 활발한 연구가 진행 중에 있다. 그러나 사용자 관점에서 웹 서비스의 성능을 측정하고, 단순한 서비스 제공자의 서비스 검증 목적만이 아닌 서비스 제공자의 성능을 서비스 사용자에게 제공하는 검증 방법에 관한 연구가 많지 않은 실정이다. 하천공간정보에 대하여 웹 서비스 방식 중 통신 프로토콜인 HTTP 등을 이용한 인터넷상의 메시지 교환을 가능하게 하는 통신 프로토콜인 SOAP 및 WWW와 같은 분산 하이퍼미디어 시스템을 위한 소프트웨어 아키텍처의 한 형식인 REST(Representational State Transfer)를 실행하여 이에 따른 검증 프로세스를 수립하였다. 하천공간정보 웹 서비스에 대한 테스트 시나리오는 응답시간, 임계성능, 이용가능성, 신뢰성 및 접근성에 대하여 검증하며 하나 이상의 웹 서비스들 간의 호환성 표준의 준수 여부와 상호 운용 가능 여부를 테스트 하는 상호운용성 테스트, 신뢰성 메시징 및 분산 환경에서의 트랜잭션 처리 성능을 검증하는 웹 서비스 프로세스 품질 테스트를 실시하는 방안을 도출하고자 한다.

물 소비는 수자원 고갈을 야기하며, 수자원 고갈은 보건, 농업 생산력, 작물 생산력, 생태계에 악영향을 미친다. 따라서 물발자국 개념을 적용하고 이를 활용함으로써 일반생활에서 패러다임의 전환을 유도하는 것은 환경 및 물 문제를 저감하는 좋은 수단이 될 수 있다. 우리나라도 물발자국 개념 도입의 적극적인 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 스페인의 사례를 통하여 물발자국 도입 방안을 도출하고자 한다. 스페인은 2008년 9월 유럽연합에서 최초로 물발자국 평가를 정책으로 채택하였다. 스페인은 물 부족 국가로서 물발자국 연구를 수행해왔으며 강 유역 및 국가적 차원의 방법론을 연구하고 검증해왔다. 특히 도시와 산업 분야에서 물의 재사용을 증대시키기 위해 통합농업 및 생태농업을 장려하고 있다. 이와 관련하여 태양에너지, 관광, 전통 작물 재배 지역의 물발자국 계정의 비교우위를 통해 환경, 농업, 에너지, 무역 정책과 관련되는 물 정책의 조정 중에 있다. 또한 지나친 용수개발로 인한 생태적 위험에 대처하기 위해 강을 상류, 중류, 하류로 나누어 작물별 가상수량과 물 효율성을 분석하였다. 이에 따른 결과로 지역마다 적합한 수출입전략으로 물 효율성이 높은 작물을 주로 재배하는 상류지역은 농산물을 다른 지역으로부터 수입하는 동시에 채소류와 같은 물 효율성이 높은 농산물을 특화하여 수출할 필요성을 농가로 제시하고 있다. 이를 통하여 스페인은 지역의 환경 조건에 가장 적합한 제품의 생산을 촉진하고 본질적인 물 사용 패턴의 변화를 통하여 효율적인 물 분배 및 사용이 가능하게 됨으로서 관개용수 사용의 감소를 실현하였다. 본 연구를 통하여 스페인은 유역관리계획의 개발을 위한 기술적 표준으로서 다양한 사회경제 분야의 물발자국 분석을 포함하고 있음을 확인하였다. 이를 통하여 물발자국 정책의 활용방안을 파악하였고, 물발자국의 도입 방향성을 도출하였다. 환경 및 물 문제를 저감할 수 있는 물발자국 개념은 향후 우리나라의 수자원 관리에 있어 중요한 지표의 역할을 할 것으로 기대한다.

습지는 다양한 생물종의 서식지를 제공하고 있다. 습지는 물과 영양분이 충분하기 때문에 식물이 서식하기 좋을 것 같지만 실제적으로 습지에서는 잦은 수위변동이 발생하므로 습지에서 식물은 생리적으로 가혹한 환경에 처해 있다고 할 수 있다. 따라서 습지 식물은 서식하는데 있어 수위의 영향을 많이 받는다고 할 수 있으며 습지 조성 및 관리에 있어 습지 식물의 서식환경을 분석하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 습지 식물종의 특징과 최적의 생육환경과의 관계를 규명하기 위해 식생서식환경을 침수심과 연계하여 분석하였다. 이를 위해 식물 군락이 잘 발달되어 있는 남한강의 비내섬 습지에 대해 유황분석을 수행하였고, 유황에 따른 유량을 모의하였다. 모의된 유량과 HEC-RAS 모형을 이용하여 유황별 홍수위를 산정하였다. 또한 RAS Mapper를 이용하여 침수심과 침수구역을 모의하고, 이를 통해 여러 생물군 중 침수심에 영향을 많이 받는 식물의 서식환경을 분석하였다. 분석 결과, 버드나무군락은 침수가 발생하지 않는 지역 및 0~0.8m의 침수심, 물억새군락은 침수가 발생하지 않는 지역 및 0~0.4m의 침수심, 쑥-망초군락과 달뿌리풀군락은 0~0.4m의 침수심, 그리고 환삼덩굴군락은 0~0.8m의 침수심이 발생하는 지역에서 서식하는 것으로 분석되었다. 본 연구는 유황에 따른 침수심에 대한 식생서식환경을 분석한 것으로 식생을 고려한 인공습지 조성이나 하천설계에 있어 기초적인 자료가 될 것으로 기대되며 보다 더 정확한 연구를 위해서는 장기모니터링을 통한 식생 자료의 축적 및 더 효과적인 수위-식생 연계분석 방법론에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

본 연구는 수체 내 오염물질을 직접적으로 처리할 수 있는 친자연형 소재와 생물을 통한 처리의 다양한 기술 및 공법 중 식생을 이용한 수질의 정화효율에 대해 조사 하였다. 사용된 식생은 환경부 '하천식물자료집'을 바탕으로 수질정화능력이 있고 다년생으로 안정적인 생육특성을 갖는 식생으로 노랑꽃창포, 부들, 수크령, 질경이택사, 창포를 선정하여 약 13 L 크기의 원통형 반응조내에서 실험을 진행하였다. 선별된 식생들은 물가에 서식하는 식물로 15 cm 마사토를 식재 기반으로 하여 반침수 조건으로 실험을 진행하였다. 유입수는 경기도 용인시 기흥구에 위치한 기흥저수지 샘플과 경기도 화성시에 위치한 황구지천 샘플 혼합액 7 L를 주입하여 유입수 대비 유출수의 COD, T-N, T-P에 대한 저감 효율을 검토하였다. 노랑꽃 창포와 창포의 경우 침수된 부분에 플럭이 발생하여 투명도가 낮은 것으로 확인되었고, 수크령과 질경이택사의 경우 노랑꽃 창포와 창포에 비해 플럭의 발생은 적었지만 투명도는 비교적 높은 것으로 확인되었다. 특히 부들은 다른 식생에 비해 성장이 왕성한 것을 관찰할 수 있었으며, 수체의 탁도 또한 매우 낮아 투명한 것으로 확인되었다. 실험 종료 시점에는 창포의 경우 수체 내에서 잎 자체가 분해되어 식재기반 상부가 검정색으로 혐기화 된 것으로 나타났고, 부들의 경우 플럭이 약간 형성되었으나 투명도가 좋고 성장이 왕성한 특징을 나타내었다. 부들의 경우 COD, T-P의 평균 제거효율이 각각 47.1%, 46.0%로 조사되었고, 노랑꽃창포의 경우 T-N의 평균 제거효율이 63.9%로 선별 된 식생 중 가장 높게 조사되었다. 따라서 수질정화를 위한 공법으로는 부들과 노랑꽃창포가 적용 가능할 것으로 판단된다.

금호강 유역은 낙동강 유역에 위치한 22개 중권역에서도 본류에 유입되는 하천 규모가 크기 때문에 본류에 큰 영향을 미친다. 이로 인해 금호강에서 유출되는 유량과 비점오염원 부하량에 대한 정확한 분석이 반드시 필요한 상황이다. 더욱이, 기후변화로 인해 태풍이나 국지성 호우의 발생이 빈번해지고, 그 규모 역시 과거에 비하여 상당히 크기 때문에 각 유역에 대한 정확한 수문 및 수질 조사가 요구되고 있다. 점오염원에 의한 부하량은 강우량과 관계없이 발생되지만 비점오염원에 의한 부하량은 강우에 따른 유출 현상 때문에 매년 변동이 심하다. 도시지역의 경우 불투수 면적이 증가하고 있으며 지표면에 흡착된 오염물질들이 지표면을 통과하지 못하고 우수와 함께 하천으로 유입된다. 또한 도시화 산업화로 인해 교통량이 증가하면서 도로에 떨어진 기름, 타이어 분진 등이 강우 시 하천으로 유입된다. 특히 금호C지역의 공업단지의 경우 강우 유출수에 고농도의 오염물질이 혼입되어 있으며, 지표면에 퇴적되는 오염물질의 양도 주거지역보다 훨씬 높으며 강우 시 유독한 수질오염물질이 일시에 다량으로 하천에 유입된다. 시가지는 차지하는 면적이 각 소유역당 $20km^2$이내로 크지 않지만 BOD, T-N, T-P 모든 항목에서 영향이 큰 것으로 나타났고, 산림은 가장 큰 면적을 차지하고 있지만 BOD를 제외한 항목에서 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 농경지의 경우 각 소유역당 $5{\sim}45km^2$의 면적을 차지하지만 전체적으로 영향을 많이 미치는 것으로 나타났으며 모두 T-N에 대한 영향이 큰 것으로 나타났다. 금호강 유역은 상류에서는 농경지의 비율이 높아 비료나 토양침식에 의한 비점오염에 의한 오염이 큰 것으로 나타났고, 하류에서는 영천시, 대구광역시가 위치하고 있어 생활하수와 공업용폐수 등에 의한 점오염과 불투수 지역이 많아 우수와 함께 하천으로 유입되는 비점오염원에 의한 오염 모두 큰 것으로 나타났다. 금호강유역의 효율적인 비점오염관리를 위해서는 금호강 유역 상류지역의 농업지역과 하류지역의 도시지역에서 필요한 비점오염 부하량 감소 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

To overcome main drawbacks of parametric models, k-nearest neighbor resampling (KNNR) is suggested for water quality analysis involving geographic information. However, with KNNR nonparametric model, Geographic information is not properly handled. In the current study, to manipulate geographic information properly, we introduce a depth function which is a novel statistical concept in the classical KNNR model for stormwater quality simulation. An application is presented for a case study of the total suspended solids throughout the entire United States. Total suspended solids concentration data of stormwater demonstrated that the proposed model significantly improves the simulation performance rather than the existing KNNR model.

하천 시설물은 홍수시 혹은 비상시 운영할 수 있는 경보시스템이나 관리지침 등의 마련이 필수적임에도 불구하고, 현재까지 가동보 시설물에 대한 비상시 운영 메뉴얼 및 경보시스템이 구축되지 못한 실정이다. 4대강 살리기 사업이나 하천정비사업과 같은 대표적인 하천관련 사업에서 단순한 하천 이 치수 목적뿐만 아니라 소수력 발전, 친수공간조성 등의 다목적 활용을 위하여 가동보 설치 사업이 다수 수행되었으며, 현재 국내 하천에 약 1,200여개의 가동보가 설치 운영되고 있다. 이와 같이 다목적 활용을 위하여 가동보의 수요가 급증하는데 반해, 각 설치 현장 상황에 적합한 가동보 운영지침이나 비상경보시스템이 구축되지 못한 실정이며, 적절한 지침 없이 관행적인 가동보 방류로 인한 물놀이 안전사고나 인명피해가 속출하고 있는 실정이다. 2012년 11월에는 하천 제수변 공사를 위해 전주천에 설치한 가동보를 임시적으로 방류하였는데, 하류측의 안전을 확인하지 않고 관행적으로 가동보를 방류하였고, 경보시스템의 부재로 인하여 가동보 하류측 징검다리를 건너는 유치원생들이 급류에 휩쓸리는 사고가 발생하였고, 최근 2014년 5월에는 수원시에 위치한 원천저수지 여수로 둑에 설치된 가로 34m 높이 1.6m 크기의 가동보가 공기압축기의 오작동으로 인하여 보 높이가 낮아지면서 약 30분 원천저수지 하류의 원천리천에 갑자기 무리 불어나 산책로가 침수되고 인근에 산책하던 주민들이 휩쓸려 떠내려가는 사고가 발생하였다. 해외에서도 가동보 운영 미숙으로 인하여 인명사고가 발생하는데, 2008년 11월 호주에서는 하류측 상황 점검이나 경고 방송 없이 가동보를 도복시켜 4살 여아가 급류에 사망하는 사고가 발생하였다. 국외의 경우에는, 상류측 홍수 수위나 하류측 역류 수위를 조절하기 위하여 가동보의 높이를 제어하는 시스템을 구비하고 있지만 이러한 시스템 역시 단순한 수위조절 기능으로서 가동보의 방류량을 제어하지 못하는 실정이다. 가동보를 운영하기 위한 조작시스템은 국내의 경우, 조작실의 조작판넬을 이용하여 가동보의 기립/도복 조작이나 원격 조작 기능과 같은 단순기능만을 구비하고 있어 가동보 방류시 하류측의 범람 피해를 야기하고 있다. 본 연구에서는 가동보 방류에 의한 하류측 범람 피해를 최소화하기 위하여 (1) 가동보 도복에 의한 방류량 산정 알고리즘을 개발하고, (2) 방류량에 따른 하류측 수위상승 범위 예측 기법을 개발하고, (3) 가동보 도복 속도를 제어하는 방류량 제어시스템을 개발하고, (4) 가동보 방류에 의한 비상경보시스템을 개발하였다.

하천은 크게 이수와 치수 및 환경 등의 주요 기능을 가지고 있다. 이수는 하천과 물이 주는 가치를 말하며, 치수는 기능이라기 보다는 엄밀한 의미에서 하천관리를 통한 자연재해 방지를 의미한다. 이러한 이 치수 기능의 확보와 수변환경 조성을 위해 친환경적 수리구조물인 가동보의 설치가 증가 하고 있다. 가동보는 하천에 주로 설치되는 수리구조물 중의 하나로 국내에서는 2000년 대부터 고정보를 대신하여 설치가 시작 되었으며, 최근 친환경적 하천정비 및 다양한 목적 등으로 국내 하천에 약 1,200여개의 가동보가 설치 및 운영되고 있다. 이와 같이 다목적 활용을 위해 가동보의 수요가 급증하고 있으나, 안전한 이 치수를 위한 유량 계측 시스템은 국내 외 적으로 구축되어 있지 않은 실정이다. 하천 유량 자료는 하천관리에 있어 서 필수적인 요소이며, 하천 유량 측정을 위해 국토교통부 및 환경부에서는 매년 막대한 예산을 사용하고 있는 실정이다. 이에, 본 연구에서는 단면이 일정한 가동보 특징을 고려하여 높이 측정센서와 상류측 수위 측정 센서로부터 계측된 자료를 추출하여 가동보 월류량 산정식을 적용해 가동보와 연계한 실시간 유량 계측 시스템을 개발하였다. 개발 결과 각 센서의 계측값을 이용하여 실시간 하천유량 계측이 가능하며, 기 설치된 가동보에 적용이 가능해 개발된 기술을 국내 가동보에 적용한다면 정량적인 실시간 유량 측정이 가능하여 안전한 하천관리가 가능할 것으로 판단된다.

우리나라 연평균 수자원 총량은 1,297억톤이고 이용가능한 수자원량은 58%(753억톤)이며, 이 중 바다로 유실되는 32%(420톤)를 제외하고 연간 26%(333억톤)을 이용하고 있다. 용도별로 보면 생활용수 75억톤, 공업용수 21억톤, 농업용수 159억톤 및 유지용수 78억톤 등으로 사용되며 농업용수가 약 48%로 가장 많은 양이 차지하고 있다. 농업용수는 국내 수자원 소비량 중 가장 많은 양을 차지하고 있으나, 주기적인 가뭄에 따른 용수 부족이 매년 심각한 문제로 대두되고 있는 실정이며, 이에 대한 대책으로 저수지 준설, 둑 높이기, 다단계 양수장 건설 등을 통한 저수량 확보 사업이 진행되고 있으나 준설 및 둑 높이기시 막대한 사업비와 양수장 조성 공간 부족 등으로 농업용수 확보에 어려움이 발생하고 있다. 국내에서는 수자원 개발 및 친수공간 조성을 목적으로 매년 1,000여건의 하천공사가 실시되고 있으며, 하천공사로 인해 가물막이의 설치 및 해체가 계속적으로 발생하고 있다. 하천공사시 가물막이 설치를 위해 중장비의 출입 반드시 필요하나 중장비 출입이 어려운 지역에서는 공사기간 지연 및 경제성 등의 문제로 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이에, 본 연구에서는 휴대용 차수막의 구조개선을 통해 (1) 저수지 증고 및 하천 가물막이에 적합한 설계 및 설치 방법을 개발하고, (2) 수압 및 부유물질에 안전하도록 강도를 개선하였으며, (3) 내구성, 경제성, 유지관리성이 개선된 재이용이 가능한 휴대용 차수막을 개발하였다. 휴대용 차수막 개발로 인해 저수지 증고 및 하천 가물막이 뿐만 아니라 방재 및 레크레이션용도 등 다목적 활용이 높은 것으로 나타나 수자원 분야에 다수 적용될 것으로 기대된다.

비점오염원은 불특정 장소에서 불특정하게 수질오염물질을 배출하는 배출원을 의미한다. 비점오염원은 주로 강우에 의해 하천에 유입되며, 토지이용별로 다른 유출특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 환경부에서는 토지이용별 비점오염 유출 특성을 파악하기 위하여 단일토지피복에 대한 모니터링을 오랜 기간 실시하고 있다. 하지만 복합토지피복 유역에서 각 토지이용의 비점오염 기여 특성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 복합토지피복 유역을 대상으로 비점유출 모니터링을 실시하고, 유량가중평균농도 (EMC) 등을 활용해 토지이용에 따른 비점오염원의 유출 특성을 분석하고자 한다. 연구대상지로는 청미천 상류 유역을 선정하였고, 상류에서 하류 방향으로 4개 지점을 모니터링 지점으로 선정하였다. 유역 특성 파악을 위해 GIS를 이용하여 모니터링 지점별 집수구역의 토지이용을 분석하였고, 통계자료를 통해 주거, 축산 등의 유역현황 자료를 구축하였다. 또한 원단위를 이용하여 모니터링 지점별 배출부하량을 산정하였다. 각 모니터링 지점에서 유량 및 수질모니터링을 실시하였으며, 분석된 자료를 바탕으로 BOD, T-N, T-P의 강우사상별 EMC 및 유출부하량을 계산하였다. 모니터링 지점별 EMC는 각 집수구역의 토지이용과 비교하여 분석하였고, 유출부하량은 유역의 토지이용 및 원단위를 이용해 산정한 배출부하량과 비교하여 청미천 상류 유역의 토지이용에 따른 비점오염원 유출 특성을 분석하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 복합토지이용유역에서의 토지이용별 비점유출 영향 분석 및 저감 대책 수립의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

하천의 유황특성을 분석하는 것은 하천생태계의 변화를 파악하고 예측하는데 있어 매우 중요하다고 할 수 있다. 최근에는 수문학적인 변화과정을 통계학적 기법을 적용하여 정량적인 지표로 산정하고 분석하는 모델을 개발하여 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 미국 Nature Conservancy에서 개발한 수문변화지표법(IHA)은 일(daily)유출량 자료로부터 수문학적 관점에서의 특성지표와 환경유량 관점에의 변화지표를 분석함으로써 하천 유황변동을 정량화 할 수 있다. 본 연구는 기후변화가 향후 하천유황과 수생태계에 미치는 영향을 분석하기 위해 중규모 하천유역인 만경강을 대상으로 하고 RCP 8.5 기후변화시나리오를 기반으로 준분포형 모형인 SLURP 모형으로부터 일(daily)단위의 유출모의 시나리오를 작성하였다. 그리고 수문변화지표법(IHA)을 이용하여 기후변화에 따른 하천 유황과 수생태계에 미치는 영향을 정량화하였다.

우리나라 하천관리의 패러다임은 1990년대 이후 기존의 치수 및 이수능력을 고려함과 동시에 하천환경의 보전 및 복원을 새로운 목표로 설정한 자연친화적 방식으로 변화되었다. 하천법령 및 제도적 측면에서도 수자원 장기종합계획 및 유역 종합 치수계획은 하천의 환경보전 및 다목적 이용계획을 포함하도록 규정하고 있으며, 국내 하천법에 따르면 하천기본계획 수립 또한 자연친화적 하천조성 및 이와 관련된 보전지구 지정 등을 포함하도록 규정하고 있다. 하천설계기준, 자연 친화적 하천관리에 관한 통합지침, 또는 수자원 장기종합계획에서 적용하고 있는 하천환경조사 및 평가지표는 서로 다를 뿐만 아니라 과학적인 근거가 명확하지 않는 등 국가차원의 표준화가 이루어지지 못한 상태라 할 수 있다. 1990년대 이후 미국, 독일, 영국, 호주 등 선진국들은 하천환경 복원사업의 추진과정에서 복원사업의 타당성 제고 및 성공적인 사업수행을 위하여 그들 국가의 하천특성에 적합한 하천환경 평가 체계를 구축한 바 있으며, 이들 평가체계는 새로운 과학적 지식과 기술의 축적에 힘입어 지속적으로 발전되고 있다. Fujita의 유형화(Segment 분류)법에 의하면, 하천구간(Segment)은 하상경사, 하상재료, 식생, 생태 등이 통계적으로 동질인 하천 구간으로서, 하도 특성과 하천생태계 공간을 구분하는 단위이다. 자연하천에서 동일한 경사를 갖는 하천구간은 하상재료, 소류력, 저수로 폭, 수심 등이 대체로 동일한 값을 나타내고 있으며, 하도 특성을 지배하는 주요 인자로 각 하천의 평균 연최대유량, 하상재료의 대표입경, 하상경사 등을 설정하고 있다. 본 연구에서는 하천구간을 유형화하는 기준을 하상경사로 적용하여 평가단위를 분류하였으며, 평가체계는 미국의 USEPA를 한국형 하천환경에 맞도록 수정보완 하였다. 특히 미국의 USEPA의 지표 중 하안영역의 식생피복, 하반림 등은 생물분야 식생영역과 상충되어 제외하고 우리나라 특성에 적합한 하천횡단형상, 하천횡단 구조물 등의 평가기준을 재정립하여 내성천에 평가적용 분석하였다. 하천환경의 수리 및 하도 특성 평가기준 개발에 따라 평가체계의 개념적 틀을 토대로 통합적이고 표준화된 한국형 하천평가기준 개발을 위한 방법론을 정립하고, 나아가 하천환경의 지속가능성을 전제로 한 하천복원사업의 장 단기적 성공 여부를 평가할 수 있는 실무지침의 과학적 근거를 제시하고자 한다.

하천횡단구조물은 하천을 횡단하는 시설물로, 크게 농업용수 취수용 보, 하도개수시 유속제어를 위한 낙차공 등을 들 수 있으며, 각각의 설치목적에 따라 그 형태와 설계제원(높이, 마루폭, 바닥보호공의 길이 등)이 다르나, 하천을 횡단하여 인공적인 구조물을 설치하는 형태는 동일하다. 따라서, 하천횡단구조물은 홍수시 배수위 영향으로 상류에 수위상승을 초래하여 하천의 치수 안전도를 저하시킬 뿐 아니라 직하류에서는 하상의 세굴에 의하여 호안 및 제방이 파괴되는 경우도 빈번하게 발생하고 있다. 또한, 하천횡단구조물은 생태계의 이동통로로서의 종적 연속성을 차단하는 것이다. 즉 하천을 따라 거슬러 올라가는 소하성 어종(anadromous species)이나 하천에서 바다로 내려가는 강하성 어종(catadromous species)과 같은 회유성 어종의 이동을 차단하기도 하며, 회유성 어종 이외에도 치어와 성어의 성장환경이 다른 어종의 경우는 상 중 하류를 옮겨가며 성장하는 어종의 이동도 차단하고 있다. 하천횡단구조물은 치 이수적 측면에서 반드시 필요한 하천구조물로서 치수, 생태 및 경관의 측면에서 여러 가지 문제점을 가지고 있으나 지금까지는 어도설치나 기능을 상실한 보의 철거 등 소극적인 수준에 머무르고 있기에 적극적인 개선대책이 필요한 실정이다. 따라서, 하천횡단구조물로 인한 문제점을 파악하기 위하여 경남의 20개 시 군 684개의 지방 하천에 설치된 7,725개의 하천횡단구조물에 대한 전수조사를 실시하고, 구조형식, 높이, 재료, 어도 설치 여부, 세굴현황 등을 분석하였다. 하천횡단구조물의 용도별 구성비는 보가 49%, 낙차공이 51%로 나타났으며, 구조형식은 콘크리트 구조가 72%, 콘크리트 석재 구조가 25%, 석재 구조가 3%인 것으로 분석되었다. 또한, 하천횡단구조물의 본체 높이별 구성비는 0.5m 이하가 14%, 0.5~1.0m가 35%, 1.0~1.5m가 34%, 1.5~2.0m가 10%, 2.0m 이상이 7%인 것으로 조사되었다. 어도 설치는 약 9%인 669개소에 설치되어 있었으나 대부분이 어류 등의 이용하는 생태통로 기능을 발휘할 수 없는 것으로 분석되었다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 하폭, 하상고, 하상경사, 굴입정도, 유사량 등의 하도특성 및 용수이용 여건 등을 고려하여 유공관을 이용한 지하보, 석재 아치의 원리를 이용한 계단식 자연형 보/낙차공, 부분 램프 설치, 거석 놓기 등의 개선방안을 제안하였다. 제안된 개선방안은 하천복원 및 하천개수 사업 시행시에 반영하여 합리적인 하천복원 및 관리에 활용될 수 있을 것이다.

인북천과 북천 유역의 어류상 및 수리구조물을 조사하고 이를 통해 수생태복원 및 어류의 이동로 확보를 위한 개선 방안을 연구하였다. 인북천 유역을 대상으로 수환경을 조사한 결과 어류의 서식에 영향은 없을 것으로 판단되나 강우 후 탁도 증가에 대한 대책은 필요할 것으로 사료된다. 인북천 유역 6개 하천을 대상으로 어류상을 조사한 결과 인북천은 총 24종 2,944개체가 채집되었으며, 우점종은 참갈겨니(30.7%)였고, 아우점종은 피라미(13.5%)인 것으로 조사되었다. 인북천 유역의 보 및 어도 현황을 분석한 결과 인북천과 북천 수계의 보는 총 57개소, 어도는 23개소로 어도 설치율이 40.4%인 것으로 조사되었으며, 집괴분석 결과 인북천과 북천의 소하천 또는 지류의 어류상은 본류와 분리되어 어류상복원을 위해서는 본류와 지류의 연결이 필요하므로 하천 연결 흐름을 방해하는 요소인 보를 제거하거나 어도의 조성이 필요할 것으로 사료된다.

동아시아 지역의 대부분은 몬순의 영향으로 인해 수자원의 계절적 변동성이 크며 이로 인해 홍수 및 가뭄이 빈번하게 발생하고 있다. 기후변화에 따른 기온과 강수량의 변화는 수자원의 변동성을 더욱 악화시킬 수 있으며, 수재해 피해를 더욱 가중시킬 것으로 전망되고 있다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 동아시아 지역의 기온 및 강수량의 변화를 전망하고, 그 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 CMIP5의 핵심실험인 2개 RCP시나리오(RCP4.5, RCP8.5)에 대한 다수의 GCMs 결과를 이용하였다. 구축한 기후시나리오를 이중선형보간법(bilinear interpolation)을 이용하여 공간적으로 상세화하였으며, Delta method를 이용하여 편의보정을 수행하였다. GCM 모의자료의 편의를 산정하기 위해 관측자료는 APHRODITE의 기온 및 강수량 자료를 이용하였다. GCM에 따라 차이가 나지만, 우리나라의 경우 평균적으로 100~300mm 정도 과소모의 되는 것으로 나타났다. 미래 기온 및 강수량 전망을 위해 과거기간은 1976~2005년, 미래기간은 2021~2050년(2040s), 2061~2090년(2070s)으로 구분하였다. 우리나라의 경우 RCP 4.5 하에서 연평균기온은 $1.4{\sim}1.7^{\circ}C$(2040s), $2.2{\sim}3.4^{\circ}C$(2070s) 정도 상승할 것으로 나타났으며, 연평균 강수량은 4.6~5.3% (2040s), 8.4~10.5% (2070s) 정도 증가할 것으로 나타났다. RCP 8.5에서는 연평균 기온은 RCP4.5에 비해 상승폭이 더 컸으며, 강수량은 유사한 결과가 나타났다. 또한, 동아시아 지역에서도 연평균 기온이 상승하고 연평균 강수량은 증가하는 것으로 나타났다. 다만, 지역별로 계절별 기온 및 강수량이 매우 다른 양상으로 나타났다. 이는 동아시아 지역과 같이 계절별 강수량 발생패턴이 다른 지역에서는 홍수 및 가뭄에 매우 중요한 역할을 할 것이다. 따라서 지역적으로 계절별 강수량의 변화를 분석해야 할 것으로 판단되며, 추후 유출량 모의를 기반으로 홍수 및 가뭄의 영향을 직접적으로 분석해야할 것으로 판단된다.

최근의 환경부의 환경관리정책은 기존의 BOD나 COD로 대표되는 이화학적인 분석으로 수질항목을 측정 분석하여 환경규제로 활용되고 있는 상황에서 환경용량 기반의 수용체 중심의 통합관리방안을 추가하여 규제하는 방법으로 이루어지고 있다. 또한 수질관리부분에서도 2006년 "물환경관리 기본계획('06-'09)"을 수립하여, 생태적으로 건강하고 유해물질로부터 안전한 물환경조성 목표하에 오염원 중심에서 수용체 중심 즉, 통합적인 수질관리 방향으로 추진되고 있다. 하지만 하 폐수에 함유된 모든 유해화학물질에 대하여 배출허용기준을 설정하는 것이 현실적으로 불가능하기 때문에 환경부에서는 "생태독성 통합관리제도(WET : Whole Effluent Toxicity)"를 도입, 2007년 상기법의 시행규칙 개정을 통하여 배출허용기준에 생태독성기준을 추가하여 관리하고 있다. 생태독성을 평가하는 생물군에는 박테리아, 조류, 물벼룩, 어류 등 다양한 생물종이 있으며 국내에는 물벼룩을 이용하여 TU라는 생태독성단위를 이용하여 규제 및 관리를 시행하고 있으나 단일 생물종으로만 관리할 경우 생물의 내성 및 특정 유해물질에만 반응하는 특성을 지니고 있어 여러 가지 복합적인 화합물에 적용하기 위해서는 복수종에 대한 관리 및 규제가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 반달말(조류)를 이용한 WEMS(Water Enviroment Monitoring System)를 이용하여 하천 호소 및 정수장, 하 폐수처리장등 다양한 현장에 적용하여 화학물질군에 대한 독성의 특성을 파악과 더불어 통계학적 처리를 이용하여 수질관리에 대한 방법을 제시하고 과학적이고 현장 특성에 맞는 경보 수준을 통해 수생태관리에 관리에 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성 유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.

기후변화의 영향으로 자연재해 현상이 더욱 심각해지고 있다. 기상청에 의하면 서울특별시의 2005~2014년의 강수량은 1970년대에 비해 여름철에 38.7% 증가한 반면, 나머지 계절은 8.7%감소하여 홍수와 가뭄의 빈도가 상승하는 역설적 현상이 나타나고 있다. 또한 수도권 지역의 경우 도시화로 인한 불투수 면적 증가로 하천변의 홍수 피해지역이 더욱 증가되고 있는 실정이다. 재해 발생 규모는 점차 대형화되고 유형 또한 다양화되어 재해 발생 시 단순히 단일 지역이 아닌 여러지역에 걸쳐 피해가 발생되고 있다. 때문에 협력과 연계를 통한 치수대책이 효과적이지만, 현재 재해관련 업무는 여러 부처에 분산되어 있으며 지자체간 협력이 미흡한 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 재해 발생 시 피해를 최소화하기 위해 지자체들의 개별화 되어있는 대책을 서로 연계하는 방재협력시스템과 방재 대책 협력 방안을 제시하고자 한다. 국내 외 방재정책의 패러다임을 진단하기 위하여 관련 법령과 자료 및 도시의 협력대응사례를 조사, 분석하여 새로운 패러다임을 수립하고 이를 기초로, 기후변화를 고려하여 새로운 방재시스템을 제시하고 재난관리 협력방안을 모색하였다. 본 연구를 통하여 제안하고자 하는 새로운 방재시스템은 복구와 구조물적 대응 위주인 기존의 방재 패러다임에서 예방에 의한 방재와 탄력적 대응을 도입하도록 하여 예방적 차원의 이슈를 논의하고 비구조물/구조물 융합형 방재 개념을 실제 시스템으로 사용하도록 구체적 방안을 제안하였다. 또한 기존의 국내 도시방재형 패러다임을 분석한 결과, 인접지역의 계획간 연계가 부족하여 정책적 사각이 발생하고, 재해취약지역이 적절히 관리되지 못할 위험성이 존재하며 환경이나 지속 가능성에 취약한 형태가 될 수 있다. 따라서 수도권 내 지방자치 단체 간 협력을 통하여 사용할탄력적 개념을 제시하였으며, 이 개념의 적용을 통하여 효율적 재해 대응이 이루어 질 수 있다. 본 연구의 정책 제안을 기반으로 수도권 내 서울시 인천시 경기도 지역이 상호 협력하여 탄력적인 방재시스템을 구축하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

최근 하천에서 발생하는 침수피해는 대규모 하천보다는 중소규모의 하천이 전체의 약 50%이상 발생하고 있으며, 기후변화에 따른 강우량의 증가와 도시화에 따른 불투수층의증가로 인하여 도시유역을 통과하는 중소규모 하천에서의 침수피해는 증가하고 있다. 특히, 도시를 통과하는 중소하천의 경우 강우발생시 짧은 도달시간으로 갑작스런 침수피해가 발생하며, 최근 급격한 인구의 증가, 산업화 및 도시화로 인한 불투수면적의 증가로 도시유역의 유출특성이 변화되고 있다. 기존의 선행된 하천 연구는 주로 유역단위의 연구가 진행되었지만 하천이 통과하는 도시유역의 경우 대부분 합류지점에 도시지역이 밀집되어 있어 하천유역을 기반으로 하는 도시지역의 구분은 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 하천분류인 국가하천, 지방하천, 소하천에서 침수피해가 발생하는 지방하천과 소하천사이의 중소하천에 대한 구분 기준을 제시하고 중소하천의 유역의 불투수면적뿐만 아니라 하천 선을 중심으로 하천폭에 대한 불투수면적에 대하여 비교 분석하고자 한다.

근래 게릴라성 호우, 국지성 호우, 짧은 시간에 걸친 집중 호우 등 예측하기 힘든 강우로 인하여 발생하는 피해를 방지하기 위한 방재 사업의 일환으로 각종 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 원주천 유역, 설마천 유역 등 집중호우로 인해 산사태로 인한 피해가 빈번히 발생, 서울시를 비롯한 전국 도시의 내 외수로 인한 수해피해도 상습적으로 발생하고 있음에도 불구하고 지역 유형별 특성을 반영한 호우피해 대책은 미비한 실정이다. 수재해 사례별 강우특성을 분석하고 유역별 피해저감 대책을 분석하였다. 도시지역의 경우 내 외수로 인한 침수피해가 주로 발생하였고 하천준설, 제방공사, 관로 용량확장, 펌프장 증설 또는 확장을 하는 방법으로 피해를 복구하였다. 농경지의 경우 침수피해나 유실피해가 큰 편이며 2차적으로 오염피해를 유발한다. 우리나라에서는 논으로부터의 영양물질 유출 부하량에 관한 연구는 이미 수행되었으나, 직접적으로 토사유출을 저감하는 적극적인 방법에 대한 연구는 더 수행되어야 할 필요성이 있다고 사료된다. 산지유역의 경우 토석류, 유목등에 의한 피해가 심각하였으며 지금까지의 복구대책으로는 하천의 준설, 사방댐의 설치, 사방댐을 설치한 후 조림(造林)을 설치하여 유사저감 효과를 증대시키는 방법을 포함하여 링네트공법 등 국외에서 개발된 신기술 등이 적용되었다. 대표적 피해유역 유형은 도시, 농경지, 해안, 산지유역으로 분류할 수 있었으며 각 유역별 피해유형을 정리하였다. 앞으로의 연구에서는 기존의 유역별 피해사례 및 강우규모를 바탕으로 최근 강우특성에 적합한 설계기준을 제시하고 특히 유역특성을 반영한 지역 유형별 홍수피해 저감기법에 대해 연구하고자 한다.

최근 기후변화로 인한 국지성 집중호우와 태풍 등으로 홍수피해가 급증하고 있음에 따라 침수지역에 대한 공간적인 분석과 사전 예측으로 피해를 최소화하려는 노력이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 소유역 별 평균화된 매개변수로 홍수량을 산정하는 집중형 모형이 아닌 분포형 모형을 적용하여 남강댐 유역의 유출량 산정 및 침수예측을 분석하였다. 분포형 모형은 격자체계를 기반으로 유역에 각 격자별 공간적 특성이 반영된 매개변수를 적용하므로 유역의 특성을 효과적으로 반영하므로 집중형 모형보다 정확한 해석이 가능하다. DEM, 토양도, 토지피복도 등의 격자크기 $240{\times}240$의 지형공간 자료를 ArcGIS를 이용하여 남강댐유역의 Flow direction, 경사도, 하도경사, 불투수율, 유효공극률, 조도계수, 토양심도, 수리전도도, 토양흡인수두 등의 수문매개변수를 추출하였다. 강우 자료의 경우 티센(Thiessen)법에 의해 선정된 남강댐유역 주변의 장수, 거창, 진주, 합천, 산청, 남원 강우관측소의 100년빈도 확률강우량 산정하여 24시간 확률강우를 3분위 Huff 분포시킨 후 강우의 공간적 통계특성을 반영하는 크리깅(Kriging)기법으로 적용하여 강우보간을 실시하였다. 침수예측을 위해 $Vflo^{TM}$모형을 이용해 48시간의 강우모의시간 홍수수문곡선 유도 및 홍수량 산정하였으며, 시간에 따른 침수 시뮬레이션하여 침수예측도를 작성하였다. 작성 시 침수심의 정도에 따라 5개의 구간으로 분류해 침수위험지역을 확인 할 수 있도록 도식화하였다. 본 연구에서는 남강댐유역의 침수위험지역을 개략적으로 예측할 수 있었으며, 추후 연구에서는 보다 조밀한 격자크기와 강우를 이용하여 분석한다면 향후 피난 정보 제공과 홍수재해지도 작성, 홍수방지 시설물 건설 또는 홍수보험계획 등에 응용이 될 것으로 판단된다.

가능최대홍수량(PMF)이란 가능최대강수량(PMP)을 입력으로 한 강우-유출해석의 결과를 말한다. 즉, 대상유역의 가능최대강수량을 산정하여 시 공간분포를 고려한 가능최대호우를 결정한 후, 강우-유출관계를 이용하여 최대홍수량을 산정하는 것이다. 이러한 과정을 거쳐 산정된 가능최대홍수량은 실무에서 댐 설계를 위해 사용된다. 본 연구에서는 가능최대홍수량을 설계홍수량으로 채택하고 있는 국외의 강우-유출 해석 방법에 대해 조사하고, 국내의 경우와 비교하였다. 그 결과, 평균 개념의 Clark 단위도를 사용할 경우 홍수를 과소평가할 우려가 있으며, 큰 홍수사상을 모의하기 위해서는 최대 개념을 적용한 단위도의 도입이 필요하다고 판단하였다. 최대 개념을 적용한 기존의 연구들 또한 관측 기록년 이후에 기록된 수문량에 비해 월등히 큰 수문량이 발생할 때, 과거의 자료를 토대로 추정한 PMF의 신뢰성이 급격히 저감된다는 한계가 존재하므로, 국내 모든 유역에 적용할 수 있는 일관성 있는 단위도가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 특성 속도를 고려하여 빈도해석을 실시하였고, 이를 이용하여 최대 개념을 고려한 유역의 특성속도에 따른 Clark 단위도를 제시하였다. 아울러 단위도의 변화에 따른 가능최대홍수량의 변화를 검토하여, 단위도의 적용성을 평가하였다.

전 세계적으로 기후변화가 심화됨에 따라 기상이변으로 인한 홍수, 가뭄, 태풍 등의 기상재해가 급격히 증가하고 있으며, 피해규모는 물론 생명과 재산피해도 증가하는 추세이다. 기후변화에 의한 온도상승은 증기압을 더 증가시켜 홍수를 유발할 수 있는 강우의 잠재력을 증가시키고 있다(IPCC, 2001). 즉, 수문순환 과정을 빠르게 진행시키고 극한 수문사상의 빈도를 증가시키고 있기 때문에 기후변화가 홍수 재해 및 관리에 미치는 영향을 파악하고, 그에 따른 구조적, 비구조적 대책을 수립하는 것은 미래 치수계획에 있어 아주 중요하다. 따라서 본 연구에서는 IPCC 5차 평가보고서(AR5, 2013)에서 제시한 RCP 시나리오를 이용하여 경안천 유역의 홍수 범람을 모의하고 이에 따른 홍수피해액을 산정하였다. RCP4.5 시나리오와 RCP8.5 시나리오를 사용 하였으며, 목표기간별로(Reference : 1971~2005년, 목표기간I : 2006~2040년, 목표기간II : 2041~2070년, 목표기간III : 2071~2100년) 강우 유출분석 모형에 적용해 미래 기후변화가 경안천 유역의 홍수범람에 미치는 영향을 분석하고, 다차원홍수피해산정법(MD-FDA)을 통해 홍수 피해액을 추정하였다. 이를 통해 끊임없이 발생하는 자연재해로부터 보다 경제적 효과적으로 홍수피해 저감효과를 증대시킬수 있는 기초자료로 활용하고자 한다.

기후변화의 영향으로 발생 가능한 자연재난들에 대응하기 위해 많은 연구들이 활발히 수행중이다. 하지만, 대부분의 기후변화 연구들은 강수량의 증가와 해수면의 상승을 구분하여 재난의 영향을 평가하는데 그쳤고 기후변화로 인해 발생한 요소들의 복합적인 고려와 이로 인한 홍수 피해액 산정 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 서쪽 산지에서 발원하여 울산 시가지를 관통하고 동해로 유입되는 태화강을 대상유역으로 선정하였고 기후변화로 인한 해수면 상승이 연안 지역과 인접하천에 미치는 영향을 평가하였다. 기후변화 따른 미래 강수량과 함께 해수면 상승의 복합적인 고려를 통해 기후변화의 영향이 연안지역의 수문량 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 기후변화에 따른 해수면 상승이 연안지역에 얼마나 영향을 미치는지 확인하기 위해 강수의 증가량과 해수면의 상승량에 따른 홍수범람도를 작성 비교하였고 이를 정량적으로 비교하기 위해 홍수 피해액을 산정하였다. 해수면 상승으로 인한 하천의 기점수위가 높아짐에 따라, 전체적인 홍수위가 상승하는 것으로 나타났으며, 홍수위 상승은 하구에 가까울수록 상승폭이 큰 것으로 나타났다. 해수면 상승에 따른 침수심 및 피해지역의 변화는 홍수 피해액에도 영향을 미치는 것으로 확인할 수 있었다. 연안지역에 위치한 하천에서는 기후변화에 따른 강수량의 증가뿐만 아니라 해수면 상승량의 변화도 계획홍수위, 홍수범람 및 홍수 피해액에 분석에 있어 중요한 요소이며, 본 연구의 결과는 향후 연안 지역의 취약성 평가 기술과 풍수해 자연재난 위험의 대응방안 마련 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후변화로 인해 6 ~ 7년 주기로 가뭄의 정도가 점차 증가하고 있으며, 과잉취수로 인해 하천 상류 수원이 부족하여 지속적으로 하천 건천화가 발생되고 있는 실정이다. 물부족 지역의 경우 지하수와 같은 고갈되기 쉬운 물을 사용하므로 발생빈도가 높으며, 진행속도가 다른 자연재해와 달리 느리므로 시 공간적으로 정확하게 판단하기 어려워 해결이 장기화 되고 있다. 우리나라 물수급 지역이 급격하게 증감함에 따라 수량 확보와 탄력전인 하천수량 관리 기술이 사회적으로 중요시되고 있다. 이를 위한 수자원계획 도구로 여러 가지 방법이 제시되었다. 이러한 방법들 중 국내 실정에 맞도록 개선된 수자원평가계획모형인 K-WEAP(Korea-Water Evaluation And Planning System) 을 이용하여 물수지 분석하였다. 본 연구는 낙동강수계 금호강유역을 대상으로 중권역 내 행정구역별로 생활, 공업, 농업용수의 수요처와 공급량을 산정하고 이에 따른 네트워크를 구성하여 분석하였다. 각 하천의 자연유출량은 EPA(Environmental Protection Agency) 에서 개발한 강우-유출 모형인 SWMM(Storm Water Management Model) 에 의하여 산정된 결과를 적용하였다. 행정구역을 고려한 물수급 분석을 통해 물수급 전망이 세분화되어 있으나 실제 발생하는 물수급 평가의 어려움은 여전히 존재한다. 생공용수는 공급시설을 고려하여 물수급 분석을 수행하고, 농업용수는 월별로 수요량과 공급량을 검토하는 물수급 분석을 통해 국가수자원공급 계획을 반영한 광역, 기초자치단체의 수자원 확보 방안에 필요한 기초자료로 활용될 것이라 사료된다.

물은 인간생활에 있어 반드시 필요한 존재이다. 용수 수요량은 도시화로 인한 인구증가와 기상 이상화 현상으로 인해 점증되고 있는 실정이다. 특히 우리나라의 연평균강우량 2/3가 6, 7, 8월에걸쳐 3개월 동안의 강우량에 따라 가뭄빈도가 잦아지고 있어 이에 대한 피해는 앞으로 증가될 것으로 예상되어지고 있다. 실제로 2012년 5 ~ 6월 충남 서부지역에서는 예년평균의 20%로 관측되어 전국최대의 가뭄피해가 발생하였다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방법으로 수자원의 안정적인 확보와 하천의 효율적인 이용 및 보전계획 등에 대한 관심이 증가되어지고 있다. 이러한 실정을 고려하여 한국건설기술연구원과 SEI-B(Stockholm Environment Institute-Boston Center)가 공동으로 개발한 통합수자원평가계획모형인 K-WEAP(Korea-Water Evaluation And Planning System) 을 이용하여 물수지 분석하였다. 본 연구에서는 K-WEAP 모형을 이용하여 금강유역의 물수지 분석을 기존 수자원장기종합계획의 중권역 단위의 물수지 분석에서 시군 행정구역단위로 분석을 통한 구체적인 공급방안 제시하였다. 이 때 이용된 권역별 유출량 자료는 강우-유출 모형인 Tank 모형을 통해 산정하였으며, 네트워크는 시군 행정구역단위 모의 목적에 따라 구현하여 적용하였다. 물수지 계산시간 간격은 최대 갈수년 1967년을 설정하여 목표연도 2025년까지 총 45년간 반순단위로 물수지 분석을 수행하였다. 개선된 물수급 분석 방안에 의한 산정결과 생공용수의 지역적 물수급 불균형과 농업용수의 월별 물부족량이 발생하는 것으로 검토되어 가뭄에 대비한 중장기적 이수전략, 다양한 수원을 이용한 수자원 안정성을 확보하는데 필요한 참고자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구는 집중호우에 의한 홍수예측 및 소유역의 유출거동에 대한 수문학적 민감성(susceptibility) 규명을 목적으로 강우강도, 지속기간 및 토양포화도 변화에 따른 홍수유출특성을 분석하여 유역의 유출거동 민감성을 표출할 수 있는 노모그래프를 개발하였다. 개별 홍수사상에 대한 유출거동 특성 분석을 위하여 한국건설기술연구원의 대표 시험유역인 설마천 유역의 과거 17년간(1996 ~ 2012)의 10분 간격의 강우량 및 유출량 자료를 수집하여 홍수유출해석을 수행하였다. 설마천 시험유역의 일누가강우량 100mm 이상, 50개 홍수사상에 대한 홍수유출해석은 유역 물순환 해석모형인 CAT(Catchment hydrological cycle Assessment Tool)을 이용하였으며 모의결과를 바탕으로 홍수사상별 지체시간, 강우강도, 지속기간 및 토양포화도 변화에 따른 홍수유출특성을 상세히 분석하였다. 이 중에서도 지체시간은 유역반응을 나타내는 시간변수로서 수문모델링 및 홍수량예측에 매우 중요한 요소이다. 특히, 강우량에 대한 홍수량의 반응이 빠른 소유역의 경우에 홍수량예측에 큰 영향을 미친다. 따라서 강우강도, 지속기간, 토양포화도의 변화량에 대한 지체시간의 거동을 R 프로그래밍 언어 및 3D Surfer를 이용하여 분석한 후 최종적으로 소유역의 홍수유출 특성을 나타내는 3차원 홍수 유출특성 노모그래프를 개발하였다. 분석에 사용된 R 프로그래밍 언어는 통계 계산과 그래픽을 위한 프로그래밍 언어이자 소프트웨어 환경으로 데이터의 조작 및 수치연산, 시각화를 수행할 수 있는 기능을 여러 패키지를 통해 구현할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 R을 이용하여 10분 단위의 강우 및 유출량 자료를 1시간 및 1일 자료로 구축하고 17년간의 과거 홍수사상을 분리하여 추출하는 R 홍수유출해석 시스템을 개발하였으며 추출된 홍수사상을 관측 유출량 및 관측 토양수분을 포함하여 시각화함으로써 강우 및 토양수분 변화에 따른 소유역의 유출거동 민감성을 확인할 수 있었다. 분석 결과, 지체시간은 강우지속기간 및 토양포화도에 민감한 거동특성을 나타냈으며 토양포화도는 첨두홍수량의 변화에 민감한 영향을 주는 것으로 확인되었다. 개발된 3차원 홍수유출특성 노모그래프는 유역의 규모 및 지형물리학적 특성에 따라 다양하게 나타날 것으로 판단되며 여러 계측유역에 적용함으로써 유역별 홍수유출 반응특성을 정량화할 필요가 있다. 즉, 강우강도, 지속기간, 지체시간, 포화도 등의 변화에 따른 유역의 홍수유출 반응특성을 규명함으로써 미계측 유역의 홍수량예측 실무에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 위성사진과 1:5,000 수치지도를 이용하고, 실제 측량자료 및 현장조사를 통하여 GIS기법으로 홍수범람 정도를 중첩하여 보다 세밀한 홍수범람도와 비상대처계획도를 작성하였다. 입력자료는 국내의 실제 지형 및 저수지 자료를 이용하였으며, 현장조사를 수행하여 주요 시설물 및 교량, 도로망 등을 파악하고 재해취약인구를 고려한 현실적인 대피경로를 제시하였다. 본 연구의 수행으로 저수지 하류유역에서 보다 적합한 실제적인 비상대처계획을 수립하였으며, 재해의 피해저감에 합리적인 대책을 제시할 것으로 판단된다.

수공구조물 설계의 기본이 되는 설계홍수량은 정상성 (Stationary) 가정 하에 산정되고 있다. 정상성은 분포형의 매개변수들이 시간에 따라 변화하지 않는 것을 의미한다. 그러나 최근 기후변화로 인한 극치사상의 크기와 빈도가 비정상적인 증가 추세를 나타내고 있어 강우자료의 변화 특성을 정확하게 파악하기 위해서는 비정상성 (Non-Stationary)에 대한 고려가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 비정상성을 고려한 미래 IDF (Intensity-Duration-Frequency) 곡선을 산정하고, 기후변화에 의한 IDF 곡선의 특성 변화를 분석하고자 한다. 연구대상지로 충청남도 공주시에 위치한 계룡저수지를 선정하였고, 계룡저수지에 인접한 대전 관측소의 과거 강우자료 (1981-2010년)를 수집하였다. 또한 기상청에서 제공하는 RCP4.5 시나리오 기반의 미래 강우자료를 편의보정하여 3개 기간 (2011-2040년, 2041-2070년, 2071-2100년)에 대한 미래 강우자료를 구축하였고, 지속시간별 연최대치 강우자료를 추출하여 경향성 분석 및 비정상성 빈도해석을 실시하였다. 강우자료의 확률분포형과 매개변수 추정방법으로는 GEV (Generalized Extreme Value)분포와 L-모멘트법을 선정하였다. 이를 바탕으로 과거 및 미래 기간별 IDF 곡선을 산정하였으며, 그 특성을 비교분석하였다. 본 연구에서 도출한 IDF 곡선은 계룡저수지의 설계한도를 재검토하는데 활용될 수 있으며, 본 연구에서 제시한 방법은 기후변화에 따른 농업용저수지의 안정성 검토에 사용할 수 있을 것으로 사료된다.

기후변화에 따른 홍수 위험도 증가와 태풍 및 집중호우의 증가는 도시지역의 홍수로 인한 피해가 커지고 있다. 실제로 최근 10년간 홍수로 인한 재산피해 및 인명피해는 해마다 늘고 있다. 이러한 홍수피해를 최소화 할 수 있는 도시지역 초단기 강우 예보 시스템 개발은 필수적이다. 그동안 기상레이더를 이용한 강우예측 모형은 국내외적으로 많이 개발이 되어 있지만, 위성을 이용한 단기간 강우예보모형은 많이 부족한 실정이다. 최근 국내 최초 기상위성의 발사로 위성을 이용한 강수관측 및 초단기 예보가 가능하게 되었다. 이러한 초단기 강우 예보 시스템의 기본예측모형인 구름이동벡터를 개발하기 위해서 본 연구에서 COMS 위성자료를 이용하였다. COMS 위성은 2011년 4월에 발사되어 현재 운영 중에 있다. COMS 위성 자료는 현재 일본 정지궤도 위성 MTSAT 위성자료와 달리 한반도 영역을 대상으로 적외채널 자료들을 8-15분 간격으로 수집 가능하여 집중호우 예보에 매우 유리하다. COMS 위성의 연속되는 위성 구름의 교차상관을 통해서 이동벡터를 산출하여 예측 모형을 산출하였다. 교차상관 기법은 연속되는 구름 자료에 대해서 두 윈도우 사의 상관계수의 최대치를 찾아냄으로써 구름의 이동방향과 이동속도를 산출하는 방법이다. 기 개발된 예측모형을 이용하여 한반도 지역의 이동벡터를 산출하였으며, 본 연구에서 산출된 구름이동벡터는 도시지역의 갑자기 발생하는 집중호우나 태풍의 초단기 예측의 기본 모형으로 탑재될 것이다.

본 논문에서는 물리적 기반의 지역 대기 모형(Regional Climate Model)을 이용하여 최대강수량(Maximum Precipitation, MP)을 산정하는 방안에 대한 국내 적용가능성을 알아보고자 한다. 물리적 기반의 지역 대기 모형을 이용한 최대강수량을 산정하는 방안은 Ohara et al.(2011)에 의해 제안된 방법으로 기존의 통계학적/수문기상학적 방법의 논리적 약점인 기후의 정상성 가정을 극복하고 비정상성을 그대로 반영할 수 있기 때문에 추후 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP) 산정 연구에도 좋은 대안이 될 것으로 기대된다. 이에 본 연구에서는 차세대 대기모델인 WRF를 이용하여 이러한 방법론을 국내에 적용하고 그 가능성을 평가해보았다.

최근 지구온난화로 인한 기후변화로 자연재해의 형태는 점차 대형화, 다양화 되고 있는 추세이다. 이와 같이 기후변화에 의한 강도 높은 국지성 집중호우의 영향으로 막대한 인명 및 재산 피해를 주고 있으며, 이를 최소화하기 위한 대안을 마련하기 위해서는 정확한 홍수량 산정과 홍수방지 시설물들이 필요하다. 본 연구에서는 탐진강 하구부의 홍수방어계획 수립을 위해 가상의 분수로 설치 유무에 따른 수리특성을 비교 분석하고자 HEC-RAS모형과 RMA-2모형을 적용하여 모델링을 수행하였다. 먼저 1차원 수리모형인 HEC-RAS모형을 이용하여 탐진강 본류의 홍수위 저하 효과를 검토한 결과 현 상태와 비교했을 때 분수로 설치 시 홍수위가 최대 0.35m저하 되는 것으로 분석되었다. 2차원 수리모형인 RMA-2모형을 적용하기 위해 유한요소망을 구축하고 탐진강 본류 및 분수로의 흐름특성을 분석하였다. 그 결과 분수로 분류 후 탐진강 본류의 유속 및 수위가 저하되는 것으로 나타났으며, 분수로의 유속은 대체적으로 3.0m/s이하로 분석되었다. 분수로 설치 시 탐진강 본류의 홍수량이 일부 감소하나 유사이송능력도 함께 감소하여, 탐진강 하구부 하상퇴적이 예상됨으로 향후 추가적인 연구를 통해 합리적인 홍수방어계획을 제시할 예정이다.

최근 정부에서는 농업용 저수지의 노쇠화를 해결하기 위해, 이수공간 및 홍수조절공간 추가 확보를 목표로 농업용 저수지 둑 높이기 사업을 실시하였다. 둑 높이기 사업을 통해 추가로 확보된 저수 공간을 효과적으로 활용하여 홍수에 대비하기 위해서는 저수지의 홍수 취약성에 대한 정량적인 평가가 선행되어야 한다. 또한 기후변화로 인한 강우강도 증가에 대비하기 위해서는 미래 예측 강우량에 대한 농업용 저수지의 홍수 취약성 평가가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기후변화를 고려하여 둑 높이기 사업에 따른 농업용저수지의 홍수 취약성 변화를 분석하고자 한다. 기초자료 구축을 위해 기상청에서 제공하는 RCP 4.5 기반의 미래강수자료를 편의보정 하였으며, 둑 높이기 사업 보고서를 통해 농업용 저수지의 제원들을 수집하였다. 이를 바탕으로 농업용 저수지 유역의 설계홍수량을 산정하였고, 저수지 모의 운영을 통해 홍수조절효과를 분석하였다. 홍수 취약성은 IPCC (2007)에서 제안한 방법에 따라 평가하였다. 문헌조사를 통해 기존에 사용되어 왔던 지표들을 선정하였고, 본 연구에서 수행한 저수지 모의 운영 결과를 바탕으로 홍수조절율 등 둑 높이기 사업의 효과를 반영할 수 있는 지표들을 추가로 선정하여 홍수 취약성 평가에 적용하였다. 본 연구의 결과는 둑 높이기 사업에 의한 홍수조절효과를 정량화 하고, 둑 높이기 저수지의 최적 운영을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

비홍수기 하천유량관리는 정해진 기준 이상으로 유량을 유지하는 데 목적을 두며 유량관리를 위한 기준유량으로는 하천유지유량이나 하천관리유량이 주로 사용되고 있다. 이들 기준유량과 함께 최근에는 하천 유량 변화를 효과적으로 파악하고 유량변화에 따른 갈수상황을 객관적으로 판단하기 위한 의사결정 도구로 갈수지표가 활용되고 있다. 본 연구에서는 낙동강 주요 홍수예보지점의 하나인 진동지점을 대상으로 유량자료를 수집하고 갈수지표를 이용한 유량평가를 실시하였다. 다양한 갈수지표 중 특정기간을 대상으로 일정시간 가장 낮은 유량을 갈수지표로 활용하는 기법과 동일기간 유량자료의 저유량백분위 기준을 적용하여 이를 갈수임계값으로 활용하는 기법을 적용하였다. 전자는 7Q10(Singh, 1974)이 대표적이며 이는 10년 중 가장 낮은 값을 갖는 7일의 유량이 갈수의 기준이 된다. 본 연구에서는 7Q10의 기간을 20년으로 확대한 7Q20을 적용하였다. 후자는 WMO(2008)에서 적용된 바 있으며 본 연구에서는 1~12월의 월별 저유량90분위(Q90)를 갈수임계값으로 선정하였다. 신뢰할 수 있는 장기유량자료의 활용을 위해 "장기 수문자료 검증 및 평가연구"(한강홍수통제소, 2011)를 통해 수정, 보완된 진동지점의 과거 20년간(1994~2013) 유량자료를 활용하였으며 갈수지표와 함께 유량관리를 위한 기준유량으로 활용되는 하천유지유량(2006년 고시)과 하천관리유량(2013년 기준)의 유량만족도를 비교하였다. 과거 가뭄발생 및 제한급수시기, 강수량 등과 비교했을 때 월별 갈수임계값(Q90)을 갈수지표로 활용한 경우가 갈수관리에 효과적이라 판단되었다. 해당 기법은 통계학적 유의성을 갖기 위해서 장기수문자료의 활용이 필요하나 유량의 시계열 변동특성 반영이 가능하므로 우리나라와 같이 갈수기와 홍수기의 구분이 명확하고 하상계수가 큰 지역에서는 장점을 갖는 것으로 판단된다.

가뭄에 대한 정의와 구분이 다양하게 존재하나 일반적으로 기상학적 가뭄으로부터 농업적 가뭄, 수문학적 가뭄, 사회경제학적 가뭄으로 전이되므로 강수량의 부족이 가뭄의 첫 번째 원인인 것은 자명하다. 최근까지 여러 가지 기상학적 가뭄지수가 개발되어 다양한 목적으로 세계 곳곳에서 활용되고 있으나, 그 중 적용사례가 가장 많은 것은 표준강수지수 (SPI; Standardized Precipitation Index)이다. 월단위로 계산되어지는 SPI는 우리나라와 같이 강수의 변동성이 큰 지역에서는 그 활용성이 떨어지는 경우가 있어 최근에는 일 단위 SPI를 산정하여 활용하는 경우도 있다. 그러나, 일단위 SPI는 가뭄기간 동안 가뭄단계가 'Extreme drought'에서 'Moderate drought'로 약해질 경우 가뭄 지속기간이 가장 긴 'Moderate drought' 단계에서 가뭄피해 및 체감하는 고통이 가장 클수 있어, 가뭄에 대응하거나 대국민 가뭄정보 전달에 한계가 있다. 가뭄에 대응하거나 가뭄정보 전달을 위해서는 가뭄이 지속되는 동안 가뭄단계가 높아질 필요성이 있다. 이에 본 연구에서는 가뭄사상의 특성 중 가뭄의 강도(Intensity)와 지속기간(Duration)의 특성을 모두 포함하는 가뭄의 심도(Severity)를 활용하여 기상학적 가뭄을 평가하였다. 일단위 SPI 값(강도)을 가뭄기간동안 누적하여 일단위 가뭄심도(SPI-S)를 산정하고 이를 통해 가뭄단계를 제안하였다. 또한 다양한 SPI 대상기간에 대해 최솟값을 취하는 Blended SPI에 대해서도 같은 방법으로 가뭄심도(SPIB-S)를 산정하고 가뭄단계를 적용하였다. 2001년, 2008-2009년, 2012년 가뭄사례에 적용한 결과 SPI-S(or SPIB-S)는 가뭄기간동안 단계적인 가뭄단계의 상승으로 당시의 가뭄상황을 잘 나타내었다. 이는 SPI-S(or SPIB-S)가 단계적인 가뭄대비와 대응 지수로 가뭄피해 경감에 활용도가 높을 것으로 판단되며, 가뭄상황을 지역민들에게 단계적, 일관적으로 전달할 수 있어 가뭄극복을 위한 시민참여를 유도하기에 유리할 것이다.

모든 외재적 형식의 가뭄을 모니터링하고 예측 및 평가하기 위해서는 가뭄지수가 필수적 요소로써 이용된다. 일반적으로 가뭄지수는 단일지수(single index), 다중지수(multiple index), 복합지수(composite index)로 분류되며 대부분 강수량, 유출량, 토양 수분량 등과 같은 하나의 변수만을 사용하는 단일지수이다. 가뭄지수는 가뭄평가에 있어서 각각의 장단점이 있다. 하나의 변수를 사용하는 가뭄지수는 계산이 간편하지만 가뭄의 물리적 특성을 정확하게 반영할 수 없기 때문에 신뢰할 수 있는 가뭄평가에 충분하지 않다. CDI(Composite Drought Index)는 PDSI(Palmer Drought Index), ADI(Aggregate Drought Index), SWSI(Surface Water Supply Index)와 같은 다중지수의 개념을 착안하여 고안되었으며, 모든 가뭄 형태(농업적 수문학적 기상학적)와 관련된 강우량, 유출량, 정규식생지수(NDVI)를 변수로써 사용하였다. NDVI는 MODIS(Moderate resolution imaging spectroradiometer)에서 제공하는 16일 간격의 위성자료를 이용하여 계산되었고 이와 시간 스케일을 맞추기 위해 나머지 두 변수 또한 16일 시계열을 사용하였다. CDI는 (1)각 변수들의 시계열을 행렬로 나타내고 (2)이것을 정규화하여 무차원 행렬로 변환한 후 (3)연구 지역의 최고습윤상태(most wet condition) 및 최고건조상태(most dry condition)의 차이값을 기반으로 하여 산정된다. 본 연구에서는 상대적으로 다른 유역에 비해 장기적이고 연속적인 자료를 확보할 수 있으며 농경지와 산림지역 비율이 높은 낙동강 유역을 대상유역으로 설정하였으며, 2001-2013년 기간의 자료를 이용하였다. 그 결과 연구 기간 중 실제 발생했던 가뭄을 반영하는 것을 확인하였다. 또한 CDI는 다양한 변수의 활용으로 가뭄의 물리적 특성의 반영이 가능하며 연구 지역의 기상 조건에 직접적으로 관련된 결과를 나타낸다. 자료의 가용성에 따라 적용범위가 제한적일 수 있으나 입력값으로 사용된 변수와 시계열을 편의와 효율에 따라 유연하게 적용할 수 있다. 따라서 CDI는 농업적, 수문학적, 기상학적 가뭄의 모든 관점을 통합하는 실용적 가뭄지수로써 사용될 수 있는 가능성을 포함하고 있다.

급속한 도시화와 산업화로 보수 및 유수기능이 감소하였고, 세계적인 기후변화로 국지성호우가 빈번히 발생하여 기존 우수관망시스템의 문제점이 야기되고 있다. 최근 발생하는 도시유역의 홍수 피해는 대부분이 내수에 의한 침수 피해로 이러한 피해를 감소시키기 위해서는 도시하천에 적합한 강우-유출모형을 이용하여 침수 위험 유역을 정확히 예측하여 사전 보강 및 예 경보를 수행하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 최근들어 잦은 침수피해가 발생한 도림천 유역을 대상으로 강우-유출모형인 XP-SWMM을 이용하여 민감도 및 미래 유출 특성변화 분석을 수행하였다. 첫 번째로, 지형자료 및 관거 자료, 2014년에 완공된 저류지 및 펌프시설 자료를 모두 적용하여 유역의 특성을 최대한 반영한 모형을 설계하고 실측유량과 모형유량을 비교하여 최적화된 모형임을 확인하였다. 두 번째로, 최적화된 모형의 매개변수를 기준으로 인자별 민감도 분석을 수행하여 현재 도림천의 유출특성을 살펴보았다. 마지막으로 미래 경향을 예측할 수 있는 인자인 강우량과 불투수율의 경향성을 반영하여 도림천 유역의 미래 유출특성(첨두유출량, 침수심, 침수면적, 홍수위)의 변화를 검토하였다. 민감도 분석결과 강우량을 20% 감소시켰음에도 최대 침수심과 침수면적이 3.772m, 침수면적이 $5.027km^2$로 여전한 내수침수가 발생하고 있어 도림천 유역이 치수로 부터 취약한 지역임을 확인하였다. 비정상성 빈도해석으로 강우를 산정하고 log형 회귀식으로 불투수율을 산정하여 도림천 유역의 미래 유출특성을 모의한 결과 2020년과 2030년의 최대침수심이 각각 4.9352m, 4.9954m로 현재의 최대 침수심(4.8093m)보다 평균 0.156m 증가하였다. 마지막으로 현재와 미래의 홍수위와 여유고를 이용하여 제방안전성 평가를 수행한 결과, 현재에도 전체구간이 안전구간으로 이루어져 있지 않으며 2030년으로 갈수록 안정단면은 평균 8.5% 감소하고 위험단면은 평균 17% 증가함을 확인하였다. 향후 본 연구의 결과를 이용하여 추후 침수피해 저감을 위한 대응방안 및 효과적인 대피소, 대피경로 수립 등에 활용 가능할 것으로 판단된다.

최근 지구온난화로 인해 전 세계적으로 기상이변이 발생하여 강우량과 집중호우 발생빈도가 증가하는 추세이다. 특히 동북아시아 지역은 인구밀도가 높아 강우량 및 집중호우 발생빈도 증가에 따른 도시홍수 발생확률이 높으며 홍수피해가 가중될 수 있다. 또한 도심지에 위치한 하천의 외수위 상승 및 배수시설 설계빈도 이상의 강우의 발생빈도가 증가하여, 기존 홍수방어대책으로는 제어하기 어려운 실정이다. "수자원장기종합계획(2011~2020), 2011, 국토해양부"에 따르면 기상청의 한반도 장기 미래 전망을 21세기말(2071년~2100년)에 대해 한국 평년 기온은 $4^{\circ}C$정도 상승하고, 강우량도 증가할 것으로 전망하고 있다. 따라서 도심지에 위치한 하천의 외수위 상승 및 배수실 설계빈도 이상의 강우가 빈번히 발생하여 기존 홍수방어대책으로는 제어하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 연구 대상지역인 서울, 북경, 도쿄 지역의 과거 도시홍수 사례의 비교분석을 통하여 집중호우 빈발, 기존 방재시설물의 기후변화 대응능력 부족, 저지대지역 지형적 영향, 무분별한 도시개발로 인한 도시지역 불투수면적의 증가, 고령화와 재해취약계층 등 여러 가지 도시홍수 재해 영향인자들을 제시하였다. 앞으로 도시홍수 발생의 근본 원인 파악 및 홍수관리 효과를 최대화 시킬 수 있는 대책 설립에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 동북아시아 지역 도시홍수로 인한 인명 재산 피해를 최소화하기 위해 기존 한국, 중국, 일본 삼국의 주요 도시별 홍수에 대한 구조적 비구조적 방어대책을 종합하고 비교분석을 실시하였다. 향후, 국내외 도시홍수 저감대책 수립을 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 support vector regression (SVR) 및 매개변수 최적화 알고리즘을 이용한 하천수위 예측모델을 구축하고 이를 실제 유역에 적용하여 모델 효율성을 평가하였다. 여기서, SVR은 하천수위를 예측하기 위한 예측모델로서 채택되었으며, 커널함수 (Kernel function)로서는 radial basis function (RBF)을 선택하였다. 최적화 알고리즘은 SVR의 최적 매개변수 (C?, cost parameter or regularization parameter; ${\gamma}$, RBF parameter; ${\epsilon}$, insensitive loss function parameter)를 탐색하기 위하여 적용되었다. 매개변수 최적화 알고리즘으로는 grid search (GS), genetic algorithm (GA), particle swarm optimization (PSO), artificial bee colony (ABC) 알고리즘을 채택하였으며, 비교분석을 통해 최적화 알고리즘의 적용성을 평가하였다. 또한 SVR과 최적화 알고리즘을 결합한 모델 (SVR-GS, SVR-GA, SVR-PSO, SVR-ABC)은 기존에 수자원 분야에서 널리 적용되어온 신경망(Artificial neural network, ANN) 및 뉴로퍼지 (Adaptive neuro-fuzzy inference system, ANFIS) 모델과 비교하였다. 그 결과, 모델 효율성 측면에서 SVR-GS, SVR-GA, SVR-PSO 및 SVR-ABC는 ANN보다 우수한 결과를 나타내었으며, ANFIS와는 비슷한 결과를 나타내었다. 또한 SVR-GA, SVR-PSO 및 SVR-ABC는 SVR-GS보다 상대적으로 우수한 결과를 나타내었으며, 모델 효율성 측면에서 SVR-PSO 및 SVR-ABC는 가장 우수한 모델 성능을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 적용한 매개변수 최적화 알고리즘은 SVR의 매개변수를 최적화하는데 효과적임을 확인할 수 있었다. SVR과 최적화 알고리즘을 이용한 하천수위 예측모델은 기존의 ANN 및 ANFIS 모델과 더불어 하천수위 예측을 위한 효과적인 도구로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

수공구조물의 설계에서는 홍수빈도분석을 통해 산정된 특정 재현기간에서의 확률수문량이 설계기준으로 사용된다. 그러나 최근 기후변화로 인해 이상기후 현상이 심해짐에 따라 수문기상자료의 정상성을 가정하는 기존의 홍수빈도분석은 변화되는 수문현상을 적절히 표현하지 못하는 경우가 많다. 본 연구에서는 확률분포의 모수가 시간에 따라 변화하는 비정상성 빈도분석기법을 적용하였으며 확률분포의 모수들을 최우추정법으로 추정하였다. 또한, 분위수 추정과정에서도 비정상성을 고려하여 정상성 가정에서 산정된 재현기간 및 위험도와 비교분석하였다. 확률분포는 GEV 분포를 사용하여 정상성 및 비정상성 모형 4개를 구축하였다. 특히, 비정상성 모형은 위치모수만 선형 경향성을 가지는 경우, 규모모수만 선형경향성을 가지는 경우, 위치 및 규모모수가 선형경향성을 가지는 경우의 3가지로 구분하여 적용하였다. 구축된 4개의 모형 중 적합모형을 선정하기 위해 우도비 검정과 Akaike 정보기준을 사용하였으며 적합모형선정 절차를 체계적으로 구축하고 적용하여 적합모형을 선정하였다. 본 연구에서 구축된 비정상성 홍수빈도분석 기법은 우리나라의 8개 다목적댐 (충주댐, 소양강댐, 안동댐, 임하댐, 합천댐, 대청댐, 섬진강댐, 주암댐)으로부터 취득된 과거 관측 댐 유입량을 대상으로 하여 적용되었다. 우도비 검정과 Akaike 정보기준을 이용한 적합 모형 선정 결과 합천댐과 섬진강댐이 비정상성 GEV 모형에 적합한 것으로 분석되었고, 나머지 지점의 다목적댐들은 정상성 모형에 적합한 것으로 분석되었다. 합천댐과 섬진강댐의 경우 비정상성 가정에서 산정된 재현기간이 정상성 가정에서 산정된 재현기간보다 매우 작게 산정되었으며 확률수문량과 위험도는 크게 산정되었다. 적합모형으로 정상성 모형이 선정된 6개의 다목적댐 중 소양강댐은 Mann-Kendall 비모수 경향성 검정 결과 유의하지는 않지만 비교적 큰 선형경향성을 가지고 있었다. 비록 비정상성 모형이 적합모형으로 선정되지는 않았지만 소양강댐에 비정상성 모형을 가정하여 재현기간과 확률수문량, 위험도를 분석한 결과 정상성 모형 가정에서 산정한 결과와 상당한 차이가 있었다. 이와 같은 결과는 수문자료의 정상성과 비정상성을 고려한 홍수빈도분석이 향후 수공구조물의 설계에 있어서 신뢰성 있는 확률수문량을 결정하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

One of the hazard of nature is a drought. Its impact varies from region to region and it is difficult for people to understand and define due to differences in hydrometeorological and social economic aspects across much of the country. In the most general sense, drought originates from a deficiency of precipitation over an extended period of time, usually month, season or more, resulting in a water shortage for some activity, group, or environmental sector. Palmer Drought Severity Index (PDSI) is well known and has been used to study aridity changes in modern and past climates. The PDSI index is estimated over US using USHCN historical data.(e.g. precipitation, temperature, latitude and soil moisture). In this study, low frequency drought variability associated with climate variability such as El-Nino and ENSO is mainly investigated. With respect to the multi-scale analysis, wavelet transform analysis is applied to the PDSI index in order to extract the low frequency band corresponding to 2-8 years. Finally, low frequency patterns associated with drought by comparing global wavelet power, with significance test are explored.

최근 도시화로 인해 지상 도로망은 포화상태에 도달했으며, 지하에도 전기나 가스관 등과 같은 라이프라인들이 거미줄처럼 얽혀있어, 교통터널의 지하화 및 대심도화에 대한 국내외적인 관심이 고조되고 있다. 또한 도시의 가장 큰 재산피해를 야기하는 재해 중 하나인 홍수피해는 도시 불투수층의 증가 및 기후변화 등으로 인해 그 발생빈도가 증가하고 있으며, 원인 또한 하천범람이나 우수관의 통수능 부족 등 다양해지고 있다. 그러므로 대도시 지하의 교통터널에 홍수저감의 구조적 대책인 방수로 기능을 추가한 방수로 겸용 터널에 대한 사회적 경제적 수요가 발생하고 있으며, 해외에서는 이미 시공되어 사용되고 있는 사례가 있다. 그러나 교통이나 홍수방어 중 하나의 목적만을 위해 건설되는 터널과 달리 방수로 겸용 터널은 사람이나 차가 평상시에 다니다가 홍수 시에만 방수로로 그 기능이 전화되어 사용되므로, 혹시 발생할 수 있는 수재해에 대한 대피 가이드라인이나 수방 설계에 더욱 주의를 기울이지 않는다면 자칫 큰 인명피해를 야기할 수 있을 것이다. 그러므로 본 연구에서는 기존 도로터널과 방수로에 각각 적용되어 오던 국내 수방 설계 기준 및 수재해 대응 가이드라인을 정리하고, 외국의 방수로 겸용 터널의 설계 지침을 참고하여 우리나라 실정에 맞는 방수로 겸용 터널의 수방 설계 기준 및 수재해 대응 가이드라인을 제안하고자 한다. 이는 향후 국내에 건설될 방수로 겸용 터널의 설계 기준으로 활용될 수 있으며 추가로 입법이 필요한 정책에 대한 기준을 제시할 수 있을 것이다.

최근 전 지구적인 온난화로 인한 이상기후에 따라 강수량이 증가하고, 특정지역에만 국한되어 집중적으로 비가 내리는 국지성 집중호우의 발생 빈도가 증가하여 이로 인한 극한 홍수나 강우로 인한 산사태 등의 재해가 반복적으로 발생하고 있다. 홍수는 재산 및 인명에 이르기까지 막대한 피해를 야기한다는 점에서 이를 대비하기 위한 방안이 필수적이므로 국가적인 차원에서 홍수피해를 경감시키기 위한 여러 가지 구조적 또는 비구조적 대책들을 제시하고 있지만, 정확한 기상 변화의 예측이 어렵고 다양한 유발 원인들로부터 비롯된 홍수에 모두 대응할 수 있는 통합 대책 마련이 어려운 실정이다. 즉, 사전예방보다는 피해 복구에만 중점을 두고 있기 때문에 홍수 발생 유역의 지역적인 홍수피해 특성을 반영하지 못할 뿐만 아니라 어느 지역이 상대적으로 홍수피해의 위험성이 높은 지역인지도 파악하기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 도시홍수피해 유형인 내수침수피해와 외수침수피해의 유형에 따라 사례들을 조사하고 관련문헌들로부터 도시 홍수 취약성 평가를 위한 대표적 인자들을 도출하였다. 도출된 인자들을 각각 IPCC의 취약성 평가 프레임에 따라 기후노출, 민감도 그리고 적응능력으로 구분하고 도시 상습침수지역인 도림천 유역을 시범 지역으로 하여 도시홍수 취약성 평가를 위한 지수를 개발하고자 한다. 본 연구를 통하여 향후 도시홍수피해의 잠재적 위험성이 높을 것으로 판단되는 유역에 대한 활용방안을 제시하고 유역의 특성 및 중요도에 따른 치수사업의 우선순위를 결정하는 등 유역의 특성을 반영한 구체적 적응정책의 방향성을 세우는데 기초자료로 제공될 수 있으며, 도시홍수로 인한 인명 및 재산의 피해를 최소화 하는 것에 목적이 있다.

하천수는 하천의 지표면에 흐르거나 하천 바닥에 스며들어 흐르는 물 또는 하천에 저장되어 있는 물을 말하며, 인구의 증가나 산업화로 인하여 물 사용이 증대되고 있는 실정이다. 이에 따라 국가에서는 하천법 제50조에 의거하여 생활 공업 농업 환경개선 발전 주운 등의 용도로 하천수를 사용하려는 자는 국토교통부장관(홍수통제소장)의 허가를 받아야 한다. 우리나라 수문특성상 우기에 집중되어 있는 물을 갈수기에 이용할 수 있도록 분배하고 관리하는 것이 어려운 실정이다. 하천법 제51조에 의하면 하천유지유량은 생활, 공업, 농업, 환경개선, 발전, 주운 등의 하천수 사용을 고려하여 하천의 정상적인 기능과 상태를 유지하기 위한 최소한의 유량을 말하며, 2006년 고시된 낙동강 수계의 하천유지유량은 대부분 국가하천을 기준지점으로 산정되었고, 산정방법은 평균갈수량 13개, 기준갈수량 2개, 하천생태계 2개 지점이다. 또한, 하천관리유량은 하천유지유량과 이수유량의 합으로 산정된다. 본 연구에서는 2013년도 말 기준으로 하천수 사용허가 현황을 정리하였으며, 용도별, 수계별, 행정구역별, 하천등급별로 하천수 사용허가 건수와 허가량을 분석하였다. 낙동강본류를 대상으로 하천시설물을 고려하여 하천관리유량을 산정하였으며, 하천유지유량의 적절성을 검토함으로써 향후 낙동강권역의 물관리방안을 모색하였다. 낙동강본류구간은 하천관리유량이 기준갈수량에 비하여 큰 형태로써 하천관리유량 확보를 위한 노력이 필요한 것으로 나타났으며, 향후 하천수 사용허가 시설물의 회귀율에 대한 실제적인 자료 수집과 함께 정확한 분석을 통한 하천의 회귀유량을 산정하고, 하폐수 방류시설을 고려하여 산정한 결과와 비교하여 보다 정확한 물수지 분석 체계를 확립하여야 할 것이다.

세계적 기상이변으로 인해 폭우와 태풍이 빈발하고 있으며 그 강도 또한 날로 증가하고 있는 추세이다. 이러한 악기상으로부터 유발된 홍수의 위협은 인명과 재산에 막대한 영향을 미치고 있다. 따라서 이러한 홍수의 피해를 최소화하기 위해 여러 국가에서는 다양한 노력을 기울이고 있다. 홍수로 인한 피해를 줄이는 방법으로는 구조적인 대책과 비구조적인 대책이 있다. 홍수예보는 비구조적인 대책을 대표하는 방법 중 하나이다. 현재 낙동강권역에는 2015년 현재 10개 홍수예보지점이 운영되고 있으며, 최근 기후변화 등에 의한 수문상황 및 하천환경 변화와 더불어 홍수피해가 집중되는 중소하천 및 주요지천에 대한 홍수예보 필요성이 제기됨에 따라 '12년 홍수예보 확대 예비지점 12개소를 선정하고 각 지점에 대한 현장 조사 및 타당성을 검증을 통해 '15년부터 순차적으로 홍수예보지점을 확대할 계획에 있다. 홍수예보지점 확대 운영에서 발생할 수 있는 시행착오를 최소화하기 위해서는 확대예정지점에 대한 예비운영을 통해 현재 운영 중인 홍수예보관련 각종 운영체계에 대한 문제점 및 개선방안 도출을 통해 예보지점 확대의 적절성 검토 및 최적운영방안의 수립이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 홍수예보 확대예정지점에 대한 기준수위 설정을 위한 기초자료를 조사하고 예정지점에 대한 예비운영을 통해 얻어진 결과를 검토하였다.

본 연구의 목적은 홍수피해 잠재능 산정을 위하여 항목별 가중치 산정을 통한 계층화분석기법의 적용성을 평가하고자 한다. 홍수피해 잠재능 산정의 경우 유역의 특성에 따른 다양한 항목과 가중치를 적절하게 고려하여야 한다. 그러나 도시화 지역의 경우 외수력과 우수관 미설치에 대한 고려 없이 미리 정해진 절차에 의해 이루어지므로 실제 현장 조건을 정확하게 모사하지 못하고 있다. 따라서 위에서 언급한 것과 같이 두 가지 주요 항목을 홍수피해 잠재능 산정 절차에 반영하여 실제 상황을 보다 잘 모사하고 다양한 전문가 집단의 설문 결과를 반영하여 보다 정확한 판단을 하는 것이 필요하다. 연구결과 항목별 가중치 산정은 주요 항목의 가중치를 산정하는데 효과적인 것으로 나타났다. 또한 외수력과 우수관 설치를 고려한 수정 방법은 홍수피해 잠재능 산정에서 보다 좋은 결과를 제시하였다.

본 연구에서는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 가동보의 기립 각도변화에 따른 잠김흐름에 대한 가동보의 유량계수를 산정하고 흐름특성을 분석하였다. 실험결과, 보의 기립각도의 변화에 대한 위어높이와 위어길이의 비(L/W)가 작을수록 하류수두($H_2$)가 큰 것으로 나타났다. 위어마루에서 하류수면까지의 높이와 위어마루에서 상류 수면고 높이의 비($h_t/H$)에 대한 유량비($Q_s/Q_1$) 변화는 $h_t/H$가 1에 가까울수록 감소하였다. 또한 동일한 $h_t/H$에서 Villemonte(1947)와 Tullis(2007)의 결과와 매우 잘 일치하는 경향을 보여주었다. 따라서 보 하류에서의 수심은 상류보다 작지만 보를 통과하는 흐름으로 인해 하류 유속이 빠르게 나타났으며, 유량이 증가할수록 상 하류 수위차는 감소하는 것으로 나타났다. 또한 같은 유량조건인 경우 하류수두는 L/W가 클수록 크게 증가하였다.

본 연구에서는 하천공간정보의 웹서비스를 위해 SOAP(Simple Object Access Protocol) API 및 REST(Representation State Transfer) API로 제공하는 HydroG-OneFlow 웹서비스를 개발하였다. HydroG-OneFlow는 GML 기반의 서비스를 제공하며 GetBasin, GetGeoVariable 및 GetData 등의 기본서비스로 구성된다. GML은 GIS S/W의 벡터 GML 포맷과 공간정보 오픈플랫폼 서비스인 브이월드 데이터 API에서 제공하는 GML 포맷을 참고하여 하천공간 벡터정보를 제공할 수 있도록 GML을 구성하였다. GDM 공간 데이터에 대한 벡터정보 ML 수용 수준을 향상시킬 수 있도록 벡터구조의 점, 선, 면 정보에 대하여 GML의 PointPropertyType, CurvePropertyType, SurfacePropertyType을 도입하였다. 또한 일반적인 공간자료에서는 Multi 객체에 대한 지원도 필요하다. 현 GDM 데이터베이스에서도 OGC 표준의 MultiPoint, MultiLineString, MultiPolygon을 지원하고 있다. 이를 위하여 GML의 상응 요소인MultiPointPropertyType, MultiCurvePropertyType, MultiSurfacePropertyType을 하천공간정보 벡터 스키마에 도입하여 활용하였다. 클라이언트 서버 통신은 메시지 교환프로토콜인 SOAP을 사용하여 서버의 객체를 직접 호출하여 이루어진다. 서버는 서버의 제공 서비스를 WSDL(Web Service Description Language)를 통하여 게시하고 클라이언트는 이 기준(Criteria)을 참고하여 접근한다. GetData의 경우 Type(GRID or VECTOR), GDM(Geospatial Data Model) 여부(true or false), LayerName, BasinID, GenTime을 인자로 받아 GeoData에서 검색된 정보를 반환한다. SOAP버전은 1.1과 1.2를 지원하여 접근하는 클라이언트에서 선택할 수 있도록 개발하였다.

기존 물관련 시스템들은 독자적인 DB 구조를 가지고 있고 검색 서비스는 자체 시스템의 DB를 직접 접근하여 사용자에게 결과를 제시하는 형식이다. 이러한 서비스의 단점은 사용자가 개별 시스템의 서비스에 대한 지식이 없으면 접근하기 어렵다는 점이다. 개별 시스템의 개별 서비스의 개념을 벗어나기 위하여 물관련 시스템에 있는 하천공간자료 검색 정보를 카탈로그 서버에 등록하고, 카탈로그 서버에 등록된 검색정보를 사용자가 검색하는 방식을 적용하고자 한다. 카탈로그 서버에 자료에 대한 정보를 등록할 때 자료의 정보를 어떻게 기술할 것인가의 문제가 발생한다. 개별 서버마다 등록하게 된다면 용어 및 문화에 의한 차이로 같은 개념을 다른 용어로 등록하게 되는 혼란이 발생할 소지가 있다. 예를 들어 강우자료에 대하여 "강우", "Precipitation", "Railfall", "비" 등으로 등록할 소지가 있다. 이러면 실제 자료가 존재하는 데도 등록 방법에 따라 자료의 검색이 어려워진다. 이러한 상황을 제어하기 위하여 검사어휘(Controlled Vocabulary)를 도입한다. 이는 포털의 운영자가 미리 용어의 개념과 용어의 분류체계를 설정하고 등록 자료의 검색어를 미리 설정하여 자료의 원천 소유자가 자료를 등록 시 검사어휘를 참고하여 등록하거나 또는 등록되지 않는 용어의 자료인 경우 이 용어를 포탈에 신규로 등록한다. 검색용어의 난립을 피하기 위하여 사용자의 신규등록은 포탈의 운영자가 어느 정도 제어할 필요가 있다. 검사어휘의 정립과 하천 관련된 분류체계는 하천공간정보 검색의 포탈을 위한 필수사항이다. 검사어휘의 정립의 주된 목적은 이질성의 극복이다. 이질성의 종류는 문법적 이질성, 데이터 형식과 구조 및 문맥적 이질성이 있다. 이 중에서 문맥적 이질성이 가장 넓고 어려운 문제이다. 단위는 분야마다 호칭이 다르고 채택하는 기준마다 다르다. 유사어는 전문용어라도 분야마다 다르다. 우리나라에서 서비스 인코딩시 국어와 영어를 어떻게 처리할 지에 대한 대책도 필요하다. 수문학의 시계열 자료를 다루는 CUAHSI/HIS의 온톨로지는 대 개념으로 물리학적, 화학적 및 생물학적인 분야로 분류하고 있다. 하천공간정보의 온톨로지 구축을 위해 데이터 분석 및 분류, 온톨로지 요소 설정, 온톨로지 데이터 테이블 작성, 클래스 생성 및 계층화, 클래스 계층화에 따른 속성 설정, 클래스에 적합한 개체 삽입, 논리 관계 확인 및 수정과 같은 과정으로 온톨로지 개발을 진행하고자 한다.

유역의 형상은 강우, 산사태 등과 같은 지배적인 침식작용과 더불어 지형 지질학적 요인들에 의해 결정되어 진다. 그러므로 유역형상에 대한 공간특성 분석을 위해서는 지형학적 요인과 다양한 침식작용에 대한 분석이 필요하다. 국내 외 많은 연구결과에 의하면 지형학적 인자에 의한 침식 형태는 국부경사와 집수면적의 크기에 의해 다양한 구간으로 나뉘며, 그 특성에 따라 지표침식, 세굴, 산사태 등으로 구분되는 것으로 연구된 바 있다. 일례로 유역 내 세굴과 관련된 지배인자는 집수면적보다는 국부경사에 반대로 지표침식, 산사태는 국부경사보다는 집수면적의 크기에 따라 영향을 받는다. 따라서 지형학적 인자(국부경사, 집수면적)의 임계치(threshold) 산출을 통해 침식특성(불안정지역)을 검토할 수 있으며, 이에 대한 물리적 검증은 여러 연구를 통해 물질플럭스(유량, 에너지)에 대한 Power Law로써 검증된바 있다. 본 연구에서는 이러한 지형학적 침식특성 분석을 위하여 2006년 집중호우에 의해 광역적 산사태가 발생한 강원도 평창군 진부면 일대의 $10m{\times}10m$ DEM로부터 국부경사, 집수면적을 산출하고 경사-면적한계곡선(Slope-Area Threshold Curve, SATC), 배수면적 확률분포곡선(Probability distribution of Drain Areas Curve, PDAC), 에너지지수 확률분포곡선(Probability distribution of Energy Index Curve, PEIC)를 실제 산사태지점과 중첩하여 도시하였다. 그 결과, 특정 임계구간(Threshold Area, Unstable area, 2~3권역)내에서 산사태 발생지점이 분포하는 것으로 분석되었다. 이를 통해 지형학적 인자만을 고려하여 미계측 유역에 대한 잠재적 불안정지역의 판별이 가능할 것으로 판단되며, 추후 광역적 사면안정해석에 적용 가능할 것으로 판단된다.

습지는 다양한 생태계가 형성되어있고, 토양과 물의 정화기능, 폭우방지 및 홍수 완화 등 인간이 살아가는데 중요한 역할을 하고 있다. 이처럼 중요한 기능을 제공하는 습지에 대한 관심이 증가하고 있지만 그에 따른 습지관리 방안에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 특히, 습지 조성 후 유지관리 방안을 제시하기 위해서는 습지의 생태환경을 모니터링 하여 분석하는 것이 필요하다.이를 위해 본 연구에서는 비내섬(남한강), 옥포지구(낙동강), 세도지구(금강) 3개의 인공습지를 대상으로 생태환경에 대한 모니터링을 실시하였다. 모니터링 결과, 비내섬 습지는 천이초기단계에서 개척자식물이 유입되는 등 향후 천이도중상태의 이차초지로 천이될 것으로 판단되며, 옥포지구 습지는 안정된 천이과정을 보이고 있으나, 안정화 단계에 도달할 때 까지 지속적으로 변화될 것으로 판단된다. 세도지구 습지는 인위적 교란요인이 적기 때문에 미소입지별로 식생천이에 따라 다양한 식생이 형성될 것으로 판단된다. 본 연구의 결과 향후 봄, 여름이 추가된 사계절을 장기적으로 모니터링 하여 식물상 데이터를 구축할 수 있다면 더 정량적인 식성천이 분석을 할 수 있을 것으로 판단된다.

기존의 내배수시설에 대한 모의 및 시스템 운영과 관련하여 기존의 연구들은 강우의 설계빈도 및 제한적 호우 시나리오에 국한된 침수의 모의 및 대응에 기반을 하고 있다. 이러한 연구들의 경우 해석에 따른 모의결과에 기반하고 있기 때문에 도시지역에 실시간으로 발생하는 수문현상을 적절하게 반영하지 못하고 있으며, 이에 따른 내배수시설의 효율적 운영 및 침수발생 지점의 예측에 대한 불확실성이 크다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 도시하천에서의 외수위 변화 예측에 따른 단기간 내 펌프 조기가동의 효과를 검토에 따른 향후 내수침수 위험성을 감소시키고자 한다. 인공신경망을 이용하여 보다 정확한 단기간 내 외수위 변동성에 대한 분석을 실시하였으며, 상하류 관측수위 기반 펌프 조기가동에 대한 운영 알고리즘을 개선하고자 한다. 이를 위해 최근 몇 년간의 하천의 홍수사상들 중 교차상관계수($R^2$) 값이 비교적 높은 다수의 수문 관측 사상들을 수집 및 적용이 필요하다고 판단되었으며 도림천 유역 내에 위치한 펌프장들에 대한 외수위 관측자료들을 수집하여 연구에 적용하였다. 인공신경망 구성을 위해 입력값으로는 상류지점의 관측 수위지점 자료를 지정하여 입력을 실시하였으며, 출력값으로는 하류단 수위지점 자료를 지정하여 수위 예측을 실시하였다. 다만 수위예측의 경우에 있어 수위를 가장 잘 대변할 수 있는 수위관측소를 선정하는 것이 매우 중요하다고 판단되었으며, 해당 연구에서는 주요 빗물펌프장들의 외수위 자료를 대표 적용하였다. 선정된 지점과 하류의 수위예측지점을 연계하여 운영할 경우 효율적인 수위 예측이 가능하기 때문이다. 결과적으로 수위관측소 지점이 빗물펌프장임을 감안하여 상류단 빗물펌프장의 유역특성이 반영된 유출특성 및 토출특성으로 인하여 하류의 수위 변동에 영향을 미치며 이는 펌프장의 방류수문 개폐시기 및 조기가동의 시점을 선정하는데 있어 밀접한 연관이 있다고 판단된다.

최근 데이터가 전략적 의사결정의 핵심요소로 대두됨에 따라 데이터 통합 및 데이터 품질에 대한 관심이 증대되고 있다. 특히, 데이터 품질을 확보하기 위해 데이터 표준화가 필수적으로 수반되어야 한다. 그러나 데이터 활용에 있어 (1)데이터의 중복 및 불일치 발생, (2)데이터에 대한 의미 파악 지연으로 정보 제공의 적시성 결여, (3)데이터 통합의 어려움, (4)정보시스템 변경 및 유지 보수 곤란 등과 같은 현실적인 문제점들이 정확한 정보를 적시에 사용자에게 전달하는데 장애 요인으로 발생하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 '국토관측센서 기반 수문 및 수재해 정보포털시스템 개발'에 앞서 보다 정확한 데이터 통합관리 및 제공서비스가 가능하도록 국내외 사례연구를 통한 기반을 마련하고자 한다. 데이터 표준화는 시스템별로 산재해 있는 데이터 정보요소에 대한 명칭, 정의, 형식, 규칙에 대한 원칙을 수립하여 이를 전사적으로 적용하는 것을 의미하며, 이러한 데이터 표준화 작업은 데이터의 정확한 의미 파악뿐만 아니라 데이터에 대한 상반된 시각을 조정하는 역할을 수행한다. 기본적으로 데이터 모델 및 데이터베이스에서 정의할 수 있는 모든 오브젝트를 대상으로 하는 것이 이상적이나, 주로 관리해야 될 필요성이 있는 오브젝트만을 대상으로 데이터 표준화를 하는 것이 더욱 효율적으로 작용한다. 본 연구는 국내외 데이터 통합관리 표준화 동향을 제시하였으며, 현업 사용자로부터 데이터 표준과 관련된 요구사항을 수요조사를 통하여 조사함으로써 데이터 표준 대상 후보를 식별하고 개선점을 도출하는데 사용할 기반을 마련하였다. 데이터 표준화가 수행되면 현업 사용자는 정확한 데이터를 사용할 수 있고, 올바른 의사결정을 내릴 수 있을 것으로 판단된다. 앞으로 데이터 표준, 데이터 표준 준수 체크, 데이터 표준 조회 및 활용 등 데이터 표준 관리에서 수작업으로 인해 발생하는 애로사항을 배제하기 위해 자동화에 관한 연구가 지속적으로 추진되어야 할 것으로 사료된다.

기후변화로 정상적인 물 순환 체계가 변화되면서, 건천화로 하천의 정상정인 기능이 어렵게 될 것이다. 농업용 저수지의 둑 높이기 사업으로 수자원의 저류공간이 증가되었고, 확보된 수자원을 기후변화에 대응해 하천유지유량으로 활용 할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 기후변화 시나리오 RCP 8.5를 기반으로 임고 저수지의 둑 높이기 사업 전과 후의 공급 가능한 하천유지유량을 평가하였다. 하천유지유량의 공급은 일별 일정량을 공급하도록 하여 이수안전도 90%를 만족하도록 설정하였고, 상시공급과 갈수시 공급으로 구분하여 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 둑 높이기 사업 전에 하천유지유량의 공급 없이 용수공급 능력을 분석한 결과, 2025s기간, 2055s기간, 2085s기간의 이수안전도는 각각 100%, 93.3%, 96.7%로 분석되어 농업용수의 공급 능력은 충분한 것으로 분석되었다. 둘째, 미래 2025s기간, 2055s기간, 2085s기간에 대하여 둑 높이기 사업 전, 농업용수 공급과 함께 하천유지유량을 상시 공급하였을 경우에는 각각 일별로 3.7천$m^3$, 1천$m^3$, 1.2천$m^3$ 공급 가능하였고, 갈수시만 공급 하였을 경우에는 각각 일별로 7천$m^3$, 2.2천$m^3$, 3.5천$m^3$ 공급 가능한 것으로 분석되었다. 셋째, 미래 2025s기간, 2055s기간, 2085s기간에 대하여 둑 높이기 사업 후, 농업용수 공급과 함께 하천유지유량을 상시 공급하였을 경우에는 각각 일별로 10.5천$m^3$, 4.5천$m^3$, 7천$m^3$ 공급 가능하였고, 갈수시만 공급 하였을 경우에는 각각 일별로 16.6천$m^3$, 7천$m^3$, 12.2천$m^3$ 공급 가능한 것으로 분석되었다. 결론하여 농업용수 공급능력이 충분한 임고 저수지는 둑높이기 사업 후 확보된 수자원을 하천 유지유량으로 공급하면, 증고사업 전보다 상시공급일 경우에 2.8-5.8배, 갈수시 공급일 경우에 2.4-3.4배 많은 양을 공급 할 수 있는 것으로 나타났다.

재해의 발생 빈도 증가와 불규칙성, 대형화 추세에 따른 SOC 시설물 피해가 증가함에 따라 유관 기관의 재난/재해 정보 수집은 지속적으로 이루어지고 있다. 그러나 각 기관별로 자료가 분산 관리됨에 따라 선제적 재해대응 체계는 갖추어지지 못하고 있는 실정이다. 이에, 예방적 유지관리체계 구현을 위한 분산정보 공유형 재해대응 인벤토리를 구축하고자 한다. 본 인벤토리는 3차원 공간정보를 기반으로 분산 관리되고 있는 재난/재해 관련 정보를 수집하고 이렇게 수집된 데이터들의 통합적 관리를 위해 데이터 표준화를 거쳐 선제적 재해 대응의 원천 데이터로 활용될 수 있다. 본 연구에서는 인벤토리 관리/연계 모듈의 설계 방안을 마련하고자 국내외 인벤토리 관련 시스템 현황조사를 진행하고 관리 및 연계 대상 데이터의 항목을 선정하고 내용을 분류하였다. 또한, 시스템 요구사항을 수집하고 정의하고 관리/연계 모듈의 세부기능 정의를 하였다. 뿐만아니라, 프로토타입 개발을 위해 서비스 제공 형태와 데이터 제공 방식을 결정하였다. 본 연구에서 개발하고 있는 프로토타입은 Web Service 기반의 REST 방식으로 데이터를 제공할 것이며, 3차원 공간 정보를 기반으로 하고 있다. 본 연구에서는 프로토타입 개발을 위해 기본 주재도를 제작하고 연구 지역의 시설물 정보를 구축하였다. 분산정보 공유형 재해대응 인벤토리 시스템은 분산 관리되고 있는 재난/재해 정보들을 자료 송/수신 모듈을 통하여 수집하고 데이터 필터링 모듈에서 수집된 자료의 표준화와 품질측정을 진행하여 데이터의 신뢰도를 향상 시킬 것이다. 또한, 데이터 관리 모듈을 이용하여 공간정보 데이터를 검증하고 최적화 관리를 할 수 있도록 하며, 시스템 관리 모듈에서 유관기관에서 유입되는 자료들을 관리하고자 한다. 이렇게 구축된 인벤토리 시스템은 선제적 재해대응 의사결정의 원천 데이터를 제공하고 SOC 시설물의 유지관리에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

최근 국지성 호우와 잦은 태풍으로 인한 돌발홍수가 빈번하게 발생하여 도심지에서의 호안유실과 범람으로 많은 외수침수의 피해가 발생하고 있다. 또한 기후변화에 따른 강우량의 증가와 집중호우로 인한 홍수 피해는 지속적으로 증가할 것으로 예상됨에 따라 대하천 유역을 중심으로 홍수범람예측 연구가 활발히 진행되고 있지만 대하천을 제외한 지방 중소하천의 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 지방 중소하천 중 태풍과 집중호우의 영향이 많은 제주지역의 주요 하천 중의 하나인 한천 유역을 테스트베드로 선정하여 연구를 진행하였다. 한천은 강우 시에만 유출이 발생하는 건천으로, 집중호우 시 암반하상 조건, 복개, 교각 등으로 수위가 국부적으로 급격히 상승하는 경우가 있었다. 그리고 한천 하류부에는 도심이 위치하고 있어 돌발홍수 발생 시 막대한 피해가 발생한다. 이에 따라 홍수 피해를 줄이기 위한 제도화, 정책결정 등의 구조적 해결방안과 홍수 피해의 규모와 원인을 분석하는 비구조적 해결방안에 대한 연구가 시급하다. 따라서 본 연구에서는 홍수범람 등으로 인한 홍수 피해규모를 산정하여 각 정부부처 및 유관기관, 지자체에서 빠른 정책결정을 내릴 수 있는 자료를 제공하는 목적으로 제주도의 특성을 고려한 홍수범람위험도 산정 알고리즘을 개발하고자 한다. 본 연구에서는 제주 한천유역의 단면 자료와 빈도별 홍수량 자료를 이용하여 HEC-RAS 모형으로 수리학적 흐름특성 모의를 실사하였다. 모의된 결과를 바탕으로 ArcGIS 소프트웨어인 ESRI사의 ArcMap을 이용하여 빈도별 홍수위 자료와 제주지역 수치표고모형 자료를 활용한 빈도별 홍수범람지도를 산정하고, 좌안과 우안의 제방고로부터 위험도를 산정하여 홍수범람위험도를 각각 구축하였다. 구축된 결과를 이용하여 분석하고자하는 해당 빈도의 홍수위와 홍수량이 발생할 때의 피해지역을 예측하였으며, 예측된 지역과 제주시의 공시지가 자료를 중첩하여 피해지역에 대한 피해액을 산정하였다. 본 연구의 알고리즘을 적용한 2007년 태풍 '나리' 사상의 경우와 비교한 결과, '나리' 사상의 침수 흔적도와 유사한 홍수범람지도를 획득 할 수 있었으며, 모의된 유역의 하천 복개구간을 중심으로 홍수범람이 발생한다는 점과 우안보다 좌안에서의 홍수범람위험도와 피해액이 더 크게 나타난 점 등의 홍수범람 특성을 파악할 수 있었다. 본 연구에서 제시된 기법을 이용할 경우, 홍수에 의한 취약지에 대한 제방 설계 강화, 하천의 보수 정비 등 정책적 결정에 사용될 수 있을 것이며, 실시간 자료제공, 재해정보시스템 등에 적용하여 홍수범람 피해를 줄일 수 있는 기반기술이 될 것으로 사료된다.

1960년대부터 우리나라는 증가하는 용수수요에 대한 안정적인 생 공용수 공급, 수력발전, 하천생태계 유지를 위한 하천유지용수 공급 및 하천 연안지역의 홍수피해 경감 등의 목적으로 댐 사업이 본격적으로 시작되었다. 그러나 현재 댐 건설적지의 감소, 환경보전에 대한 인식 증대 및 지역 주민의 반대 등으로 신규 댐건설에 한계가 있는 실정이다. 또한 국제적으로 댐 건설 패러다임의 변화로 지속가능한 개발을 위한 노후화된 댐의 개량이 새로운 방안으로 제시됨에 따라 국내에서도 이에 대한 대안으로 기존 댐 재개발의 필요성이 대두되고 있다. 한정된 자원과 인력을 통해 댐 재개발의 효과를 극대화하기 위해서는 댐 재개발 우선순위 결정이 필수적이다. 국내에서도 이에 대한 연구가 진행되어 수자원공사 및 농어촌공사에서 각각 댐 및 농업용 저수지의 재개발 우선순위 평가기법을 제시하였으나 최근 기후변화로 인한 영향이 고려되지 않았을 뿐만 아니라 공공서비스 향상, 고령화율과 안전, 환경 및 지역사회 등 여러 측면을 고려한 기준이 제시되어 있지 않았다. 또한 국내 댐 재개발 우선순위 평가 기술은 다른 선진 국가들에 비해 기술적으로 많이 뒤떨어진 실정이다. 본 연구에서는 국내 댐 재개발 우선순위 평가기준 개발을 위한 국내외 사례조사 및 비교분석을 통해 기존의 댐 재개발 우선순위 결정 기술에서 나아가 기후변화 및 시대적 환경적 측면을 고려한 다 기준 댐 재개발 우선순위를 개발하여 향후 기후변화 적응 댐 재개발 실행프레임워크 구축 기술에 활용하고자 한다.

우리나라는 환경용수 수요 증가, 기후변화 등으로 인하여 물이 부족해지고 있으며, 농촌용수와 공업, 생활, 환경용수의 경쟁이 그 어느 때보다 격화되고 있다. 생활, 공업, 농업용수로 나누어서물관리를 하던 과거와는 달리 현재에는 통합물관리의 필요성이 대두되고 있으며 한 분야만 검토해서는 전반적인 물관리 개선방안의 수립이 어려운 실정이다. 따라서 통합적인 지능형 물관리가 절실히 필요한 시점이다. 농촌용수 지능형 정보화시스템은 직접조작을 위한 원격 제어계측시스템으로 물관리자동화사업 분야와 수리, 수문, 관개배수 프로그램 등의 정보화시스템의 두가지 측면에서 살펴볼 수 있다. 현재 우리나라의 농업용 수리시설물에 대한 데이터베이스와 응용프로그램은 농촌용수종합정보시스템(RAWRIS)을 비롯하여 몇몇 시스템에서 구축하고 있으나 만족도는 높지 않고, 이들의 중요성도 인정받지 못하고 있는 실정이다. 농촌용수와 관련된 분야별 목적에 따라 별도로 수집 관리되고 있는 기존 정보시스템의 효율적인 연계 구축 및 활용을 위한 종합적인 정보전략계획(ISP) 수립이 필요하고, 농촌용수 및 시설물 관련 신규 사업과 공정의 체계적 관리, 기존 시설물들의 통합관리, 농촌용수의 수량 및 수질 계측의 실시간 및 장단기 자료관리와 분석, 가뭄과 홍수대비 물관리의사결정 지원, 농촌용수 관련 대국민 정보서비스 제공, 농촌용수 관련 조직들의 업무적 공유와 통합 등을 실현해야할 필요성이 있다. 본 연구에서는 지능형 시스템 정보서비스를 위한 정책지원 등의 정보제공 대상의 수준을 분석하고자 한다.

2009년 미국에서 처음으로 스마트워터그리드의 개념이 도입된 이후로 국내외 국가 기관뿐만 아니라 민간 기업에서도 스마트워터그리드에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 스마트워터그리드는 IBM의 진출을 시작으로 Veolia, Suez 등 다국적 물관리 기업들이 사업을 추진 중이다. 국내의 ICT기술과 수자원시스템의 융합을 통하여 용수 수요 공급량을 실시간으로 파악하고 관리하여 수자원의 지역적 시간적 격차를 해소하는 스마트워터그리드 연구가 국내에서도 진행 중이다. 물관리 시장 주도권을 확보하기 위해 글로벌 물기업간 경쟁이 심화되고 있으며, 개별플랫폼을 구축 활용하여 신규기업의 물산업 진출을 가로막고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 국외 물산업 시장 진출을 위하여 통합플랫폼 개발 및 체계적인 데이터 구조 설계가 필요하며, 본 연구는 스마트워터그리드를 운영하기 위해 여러 곳에 분산되어 관리 운영되어지고 있는 수자원 및 물관리 데이터의 통합을 위한 체계적인 데이터베이스 구조설계에 대한 연구를 수행하였다. 이에 본 연구에서는 스마트워터그리드 도메인 내에 주력하고 있는 통합데이터베이스 구조를 외부 데이터 마이닝과 연계하여 확장하는 구조로 현실적이고 단기적인 데이터 통합효과를 위해 ETL/데이터웨어하우스방식을 적용하여 데이터 통합을 추진하였다. 지자체간 분산되어 있는 데이터베이스간의 연동은 관련 법제도 및 지자체간 협의 등 다양한 문제가 연루되어 있어 단기적으로는 B2B 데이터 연동방식을 응용하여 구성하였다. 광역 중앙 제어를 위한 통합데이터베이스는 가상DB 방식을 고려하였으며, 이는 지자체별로 구성된 통합DB에 대한 인터페이스 및 Wrapper 플랫폼을 적용하였다. 이 플랫폼간의 연동은 WaterML2.0을 적용함으로써 단기간내 구현이 가능하도록 하고 상호운용성에 문제를 해결하며, 실시간 데이터 연계를 추구하였다. 본 연구를 통해서 궁극적으로는 수자원 및 물관리 데이터의 통합을 위해 해당플랫폼에서 스키마 맵핑, 프로토콜 변환 정합 등을 실시하며, 실시간 데이터 마이닝 및 통합이 가능하도록 구성함으로써 향후 스마트워터그리드의 빅데이터 플랫폼 개발까지 확장해나갈 수 있을 것으로 기대된다.

스마트워터그리드는 기후변화 등 한정된 수자원을 효율적으로 활용하기 위해 정보통신기술을 이용하여 효율적인 물 관리 인프라 시스템 구축하는 연구로써 수자원관리에 필요한 여러 가지 프로그램들이 개발되어지고 있다. 수자원 관리와 정보통신기술의 패러다임 변화에 따라 양방향 통신의 다차원적인 접근 전략과 더불어 수자원의 효율적인 관리를 위해 스마트워터그리드의 여러 프로그램을 통합적으로 운영 관리하는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 시나리오 기반으로 스마트워터그리드 프로그램의 입 출력 데이터를 연계 운영하고, 동일한 개발환경인 플랫폼기반으로 구축하여 프로그램의 통합 운영이 가능하도록 하였다. 통합적인 운영을 위한 시나리오는 다중수원의 실시간 계측과 수용가의 상수도 사용량을 실시간 계측하여 DB서버에 저장되고, 이 자료를 물부족 위험평가 프로그램의 입력자료로 활용하여 다중수원의 부존량이 산정된다. 부존량은 다시 가용수량 산정프로그램에 입력 데이터를 사용되고, 출력데이터는 수처리조합공정을 걸쳐 워터루프를 통하여 배분 및 공급하도록 시나리오를 수립하였으며. 이러한 시나리오를 기반으로 스마트워터그리드의 여러 프로그램을 통합 운영하였다. 본 연구를 통해서 수자원 생산, 배분, 공급 등 관리에 필요한 각각의 스마트워터그리드 프로그램이 통합 운영됨으로써, 국내 통합 수자원 관리에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 지식정보 사회는 IT가 핵심 구성요소인 스마트 사회로 변모하고 있으며, 인간과 사물 간 의사소통에서 사물과 사물 간 의사소통까지 확장하고, IT간 융합에서 나아가 타 산업과 융합하는 지능형 사회로 나아가고 있다. '공간'에 대한 정보는 '시간'과 함께 인간이 생활하는데 있어 반드시 알아야 하는 가장 근본적인 정보로써, 공간에서 발생하는 정보를 기반으로 다른 사람들과 소통을 하고 목적을 충족함으로써 삶의 질을 향상시킨다. 현대 사회에서 공간정보는 중요한 인프라 가치를 증대시키므로 새로운 사회 패러다임 전환을 위한 필수적인 요소라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수재해 정보 플랫폼 구현에 앞서 사용자의 니즈를 만족시키고 효용가치 증대가 가능하도록 공간정보서비스 활용 방안 연구를 하고자 한다. 공간정보는 시대의 흐름에 따라 형태 및 생산?활용방법이 달라졌으나 항상 중요한 정보로 인식되어 왔으며, 미래 공간정보는 단순 콘텐츠 영역을 뛰어넘어 상황(Context)정보까지 범위를 확장하였다. (1)미국의 공간정보는 시설, 기록관리 및 지도와 같은 공공분야에서 현재는 업무통합관리, 의사결정지원 등에서 데이터 웨어하우스(Data Warehouse)로서의 역할 담당한다. (2)일본은 아시아 최고의 원천기술력을 보유하고 있으며, 높은 수준의 GIS, RS(위성항측), ITS(지능형 교통 시스템) 기술을 기반으로 하고 있다. (3)영국은 지리정보시스템과 공공서비스를 접목하여 시민의 요구에 부응하는 고객맞춤형서비스 제공을 국가정보화의 우선과제로 선정하고 있다. (4)우리나라는 초고속통신망과 모바일 기술 등 세계 최고 수준의 인프라를 확보하고 있어, 이러한 인프라 기반융 복합 공간정보서비스를 이용하는데 안정적인 기반을 확보하고 있다. 본 연구는 국내외 공간정보서비스의 패러다임 변화 및 추진 동향 등을 제시하였으며, 수재해정보 플랫폼 활용에 능동적 적극적으로 접근할 수 있는 기반을 마련하였다. 공간정보서비스를 활용하여 커뮤니케이션 강화, 수재해 정보 서비스의 효율성 증진, 재해부문 선진화 측면에서 발전적 영향을 미칠 수 있으며, 특히 각종 현안에 대한 미래 예측 및 대응에 기여할 것으로 판단된다.

2010년과 2011년 서울에서 발생한 집중호우와 2014년 부산에서 발생한 집중호우의 발생으로 막대한 재산상의 피해와 사상자를 냈다. 2010년 9월 21일에 발생한 집중호우는 1908년 관측시작이래 가장 많은 비가 내린 것으로 기록되었으며 주거지 4,727호, 상가 1,164호, 공장 126동 등이 침수되고 13시를 기준으로 강서지점의 경우 시간당 98.5mm의 기록적인 강우를 기록하였으나, 관악지점은 5.5mm에 그쳐 두 지점간의 시간당 강우량의 편차가 약 200배 가까이 차이가 나는 것으로 나타났다. 이와 같이 최근 도시지역에서 국지성 집중호우가 증가하고 있으며 지역별 강우 편차가 크고 이에 따라 침수피해발생 여부도 지역에 따라 달라진다. 강수의 공간적 분포와 그로 인한 침수해석은 도시돌발홍수 예경보 시스템에 있어 무엇보다도 중요하다. 본 연구의 목적은 도시지역 돌발홍수 예경보 시스템 구축을 위한 정량적 강수추정 QPE(Quantitative Precipitation Estimation)기법에 따른 수리 수문학적 영향을 평가하는 것이다. 정량적 강수추정을 위해 AWS, SKP, 레이더 자료를 활용하여 250m의 해상도를 가지도록 크리깅을 적용하였다: QPE 1은 34개의 AWS의 지점우량을 지구통계학적 기법 중의 하나인 크리깅을 이용하여 산정한 기법, QPE 2는 AWS와 156개의 SKP의 강우데이터를 크리깅을 이용하여 산정한 기법, QPE 3는 광덕산 레이더를 이용한 기법, QPE 4는 AWS, SKP, 광덕산 레이더 자료를 조건부 합성한 기법이다. 월류량을 산정하기 위해 도시유출해석모형인 SWMM을 강남역 일대를 대상으로 구축하고 우수관로 시스템으로 유입되지 못한 노면류(Surface flow)를 함께 고려하였다. 침수해석을 위해서는 DHM모델을 적용하였으며 2013년 7월 기간에 발생한 호우에 대하여 분석을 수행하였다. 비교수행을 위해서 인접한 서초 AWS와 강남 AWS의 지점강우량도 함께 고려하였으며 모의결과를 국가 재난관리 정보 시스템(NMDS)에 침수피해가 확인된 가옥 및 빌딩 정보와 일치여부를 적합도로 산정하였다. 산정된 적합도를 통하여 정량적 강수추정기법에 따른 수리?수문학적 영향을 평가하였다. 실제 침수흔적정보와 비교 결과, QPE 2와 QPE4가 가장 적합도가 높았으며 이에 따라 고밀도의 관측망의 구성이 도시지역 침수해석결과에도 적합할 것으로 판단된다.

수자원 관리의 새로운 패러다임으로 스마트워터그리드가 이슈화되고 있다. 스마트워터그리드는 현재 직면해 있는 물 문제를 ICT기술을 활용하여 효율적으로 관리 및 운영할 수 있는 기술이다. 가뭄과 홍수 등을 대응하기 위한 분산형 수자원, 그리고 수량과 수질등의 통합 관리를 지향하는 물관리 패러다임과 ICT와 물산업을 융복합화하여 양방향 실시간 운영을 통한 네트워크 구성, 그리고 대규모 수원개발과 장거리 수송방식으로부터 지역단위의 부존된 수자원인 다중수원을 효율적으로 활용하고, 이들 수원의 최적 블랜딩 기술 및 멀티워터루프를 이용한 수요자 중심의 물관리에 초점을 맞추고 있다. 이에 본 연구에서는 지역의 부존된 수자원을 효율적으로 관리하기 위한 운영지수를 산정함으로써 지역의 평상시 물관리 운영과 상수공급차단, 다중수원에 오염물질 유입, 가뭄발생 등 비상시 상황에 물관리가 원활히 이루어지도록 하였다. 스마트워터그리드에서 사용되는 물관리 운영지수는 비상시 지역간 플랫폼에 정상적으로 물공급이 어렵거나, 예상되어 유량 확보가 필요시 원활하게 유량 확보가 가능하도록 주변 지역간의 운영지수를 산정하여 최적의 조건을 도출하여 우선순위를 시나리오에 나타내어 사용자가 플랫폼에 물공급이 가능하도록 제시한 운영지수이다. 물관리 운영지수는 중회귀분석 기법을 이용하여 종속변수에 선형적인 영향을 미치는 유량, 수질, 이송거리, 전력비용, 경제적인 영향 등을 고려하여 종속변수의 값을 예측하고 통계적인 기법으로 유량, 수질, 이송거리, 전력비용, 경제적인 영향 등에 대한 장래추정치를 부여하여 회귀모델을 구축하여 물관리 운영지수를 산정하였다. 이를 활용하여 평상시에는 물수요 공급량을 정확히 관리하여 지역간의 수자원 불균형을 해소하고 비상시에는 상황을 대처하여 지역의 물부족 문제를 해소할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 지속가능한 개발을 위한 연구와 수자원 취약성에 대한 논의가 활발히 이루어지는 가운데, 북한의 수자원에 대한 관심 또한 증가하여 다방면으로 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 북한 자료의 확보가 가능한 World Bank 자료를 바탕으로 Pressure-State-Response 구조에 따라 선정된 14개의 지표를 이용하여 168개 국가를 대상으로 수자원 취약성 분석을 수행하였다. 의사결정을 위한 가중치 결정은 객관적 가중치 산정방법인 Shannon의 entropy 기법을 이용하였으며, 정량적 평가를 위하여 TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) 기법을 적용하여 국가 별 수자원 취약성을 지수화하고 취약성 순위를 도출하였다. 각 지표별 Positive Ideal Solution과 Negative Ideal Solution의 거리를 산정한 후 상대근접도계수를 산정하였으며, 상대근접도계수가 작은 국가일수록 수자원이 취약한 국가가 된다. 연구결과 북한은 168개 국가 중 17위, 우리나라는 67위로 나타났으며, 대체적으로 남 북한의 수자원 취약성이 취약한 가운데 북한이 더 취약한 것으로 나타났다. 우리나라와 연관이 깊은 주요 국가와 비교 시, 북한, 중국, 미국, 일본, 우리나라 순으로 취약성의 정도가 심각했다. 또한, 압력, 상태, 반응의 요소별로 수자원 취약성을 분석한 결과 북한이 반응요소 측면에서 타 국가에 비해 불안정하였으며, 우리나라의 경우 상태요소 측면에서 취약함을 보였다. 따라서 본 연구는 국가 간 우리나라와 북한의 상황을 파악할 수 있게 해주며, 수자원 취약성 극복을 위한 수자원 계획 및 대책을 제시할 수 있는 자료로 활용할 수 있을 것이다.

최근 북한의 수자원에 대한 관심과 연구가 활발히 이루어지고 있다. 또한, 수자원 취약성과 지속가능한 개발과 관련된 지수에 대한 연구도 꾸준히 이루어지고 있으며, 이 지수를 이용하여 현재 또는 미래의 수자원 취약성을 판단하고 대비하고 있다. 본 연구는 기상청, 통계청, 환경부에서 제공하는 자료 중에서 북한의 지역별 자료의 확보 가능한 자료를 대상으로 기후변화에 대한 기후노출, 민감도, 적응능력을 나타내는 지표들을 선정하여 남한과 북한의 26개 광역자치단체에 대하여 수자원 취약성 순위를 도출하였다. 기후변화를 고려한 지표들은 각각 홍수피해와 물부족을 반영하는 지표인 일최대강수량, 일강수량이 80mm 이상인 날의 수, 연최대 연속강우일수, 3일주기 최대 강수량, 6-9월 강수량, 12-2월 증발산량, 3-5월 증발산량, 12-2월 강수량, 3-5월 강수량, 연속적인 무강우일 수의 최대값, 총인구, 인구밀도를 선택하였으며, 변수들의 가중치 결정은 객관적 가중치 산정 방법인 Shannon의 entropy 기법과 주관적 가중치인 환경부(2012)에서 전문가를 대상으로 유도한 가중치를 적용하여 치수와 이수분야에 대한 취약성을 각각 평가하였다. 수자원 취약성의 정량적 평가를 위하여 TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) 기법을 적용하여 남 북한 지역별 수자원 취약성을 지수화하고 취약성 순위를 도출하였다. 산정된 수자원 취약성 지수가 낮을수록 취약함의 정도가 심각한 것으로 정의할 수 있으며, 연구결과 남 북한을 통틀어서 서울이 가장 취약한 지역으로 나타났으며, 치수 분야에서는 북한의 양강도가 취약성이 낮은 것으로 나타났고, 이수분야에서는 북한의 양강도와 남한의 제주도가 취약성이 낮은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 남 북한의 지역별 취약성 순위를 통해 우리나라와 북한 수자원의 현황을 제시하며, 미래의 국가 수자원 계획 수립 및 대책을 제시할 수 있는 자료로 활용할 수 있을 것이다.

최근 국가적 차원에서 자연재해대책법에 근거한 여러 방재심의제도를 운영하고 있다. 그 중 최상위 계획인 풍수해저감종합계획을 통하여 저감대책을 마련하고, 위험지구에 대한 대책과 사업을 시행중에 있다. 그러나 방재업무를 진행하는 중앙부처와 지자체, 방재대행업체자 등에서는 심의보고서간의 자료공유와 접근성이 미약하고 잦은 담당자 변경으로 인한 심의보고서 보관과 관리가 힘든 실정이다. 또한 제도간의 연계와 환류기능이 미흡하여 제도별로 산재되어 있는 부분이 많으므로 통합적으로 관리할 수 있는 운영체계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 풍수해 방재심의제도를 통합적으로 운영하고 관리하기 위한 시스템을 구축하는 것이 최종 목표이며, 이를 위해 우선적으로 풍수해저감종합계획 수립제도를 시범적으로 적용하여 운영 관리할 수 있는 시스템 기반을 마련하였다. 또한, 향후에 있을 방재심의제도별 통합적인 운영을 위해 선제적으로 재해위험지구 정비사업과 구성항목의 데이터 연계성을 분석하였으며, 이를 바탕으로 제도별 연계 시스템을 설계하여 제시하였다.

기존 홍수예보에 사용되는 일반적인 절차는 관측되는 강우를 이용하여 유역의 유출량을 계산하고 댐 저수량과 현 상황에서 발생할 수 있는 하천의 수위와 유량을 판단한 뒤 홍수예보 및 경보를 발령한다. 이러한 방법은 모형의 구동에 걸리는 시간으로 인한 의사결정 시간의 단축, 모형의 성능에 의존하는 홍수예측 결과 등의 단점이 존재하며, 관련 전문가가 상주하며 홍수 유무를 판단하고 상황을 전파해야하는 인적 재원이 필요하다. 본 연구에서는 분포형 강우-유출모형 기반의 강우강도-지속시간-홍수량(IDQ) 곡선을 활용하여 미계측 유역 홍수예보에 활용하는 기법을 평가하였다. 계측된 유역의 자료를 이용하여 분포형 모형의 검보정을 실시하고 하천의 예경보 홍수량에 준하는 한계강우량을 산정하였다. 이때. 다양한 지속시간의 강우를 적용하였으며 토양함수상태에 따른 IDQ 곡선을 산정하여 발생 가능한 여러 시나리오에 대비할 수 있는 홍수예보 기법을 제시하였다. 주요 홍수예경보지점에 적절한 IDQ 곡선을 보유하게 된다면 비전문가도 신속한 홍수예경보 의사결정이 가능하여 각 지자체와 유관기관에서 손쉽게 활용할 수 있으리라 판단된다.

임진강은 북한지역이 유역면적의 60%에 달하고 2000년대 초부터 북한의 4월5일 댐과 황강댐과 남한의 군남과 한탄강 홍수조절지로 인해 물의 흐름과 강의 모습이 급격히 변화하고 있다. 기후변화 측면에서도 한반도 중부지역으로 기온 증가와 계절별 유출량, 특히 봄철의 유출량 감소가 전망되는 지역이다. 임진강 본류 유량 감소는 북한 측의 영향은 자료가 전무하고, 남측에서는 횡산, 군남 등 일부 수위표 자료만이 가용한 수준이다. 현재까지 자료로 보면, 2014년에 연강수량이 예년의 50% 수준이었던 점이 본류 유량 감소의 주 원인이었고, 다른 원인은 군남 홍수조절지의 저류 수준이 그 직하류 유량 변동에 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 유량감소 영향은 2014년 장단반도 일대 파주지역에서 가장 극심하였고, 유량 감소와 연동된 염도 변동이 가중되면서 모내기철 농업용수 공급이 어려웠다. 유량 감소 피해는 농업보다 어업분야에서 그 체감 정도가 극심하였고 경제적 피해도 심각했다. 체감하는 주민들 대부분은 댐 건설 이후 하도와 수변의 침식과 퇴적 등 하천의 역동성이 변화함을 느끼고 있고, 그로 인해 어업과 수생태계가 지속가능성하지 않을 거라는 우려가 팽배해 지고 있다. 지금까지 파악된 임진강 유량 감소의 수준과 피해 정도가 앞으로 어떻게 변화될지, 그 수준, 심각성, 경제적 피해와 환경적 가치나 서비스 제약 등에 대해 면밀한 검토가 필요하다. 하천의 흐름이 단절, 변경되어 야기되는 직간접적 변화를 인정하고 이를 지속가능하게 보완할 방안이 논의되어야 할 시점이다. 무엇보다 수환경과 수생태계의 변화 정도를 파악하기 위한 장기모니터링이 절실하고 그 결과의 해석을 통해 새로운 대안을 모색해 나가야 할 것이다. 2014년 혹은 그보다 심각한 강우량 감소 재현을 대비하고, 기후변화와 남북한 문제까지를 고려한 임진강 관리가 필요하다. 단기적으로는 농업용수 공급을 위해 하천 본류는 물론 가용한 저수지, 지하수 등 대체 자원을 적극 활용하는 등 비상급수체계를 운영해야 한다. 그러나 기후변화 등 장래 여건이 수량 압박을 가중할 것을 고려, 유역의 용수수급과 변동성에 대한 재평가가 시급하다. 보다 면밀한 평가는 횡산, 군남 등을 포함한 남북유역의 상황을 장기모니터링하고 북한 지역의 기초 자료 확보를 위한 여건을 마련해야 한다. 보다 합리적 분석을 위해 임진강 수계와 유역을 국가하천에서 국제하천으로 격상하는 방안이나, DMZ와 연계한 남북공유 하천으로 관리하는 등의 새로운 대안이 절실하다. 국제수로협약 등을 통해 접경지역의 하천관리를 공동으로 하고 있는 외국 사례의 시사점도 접목해 볼 필요가 있다. 무엇보다 임진강 관리를 좀 더 제도적 틀안에서 확립해 가기 위해 지역정부로서의 경기도, 중앙정부 주체로 국토부와 통일부가 보다 협력적인 관계 정립과 역할 배분을 논의해야 한다.

본 연구는 새만금 유역에 잔디초생대 적용 시 수질오염 저감효과와 적용비용을 산출해 보았다 또한 초생대 본래의 기능 외에 잔디의 활용성에 대해서도 평가해 보았다. 새만금유역 내 익산시 밭경지에 세로 22m${\times}$폭 5m 규모로 대조구 1개소, 처리구 2개소를 각각 조성하여, 처리구 말단에 세로 2m${\times}$폭 5m 규모의 잔디 초생대를 조성하여 실험을 수행하였다. 시험포의 경사는 8%이며, 토성은 양토로서 토양배수등급이 양호한 것으로 조사되었다. 연구기간동안 모니터링 실시한 강우에 대해 각 시험구별로 측정된 유출과의 관계를 분석한 결과 초생대 처리구의 대조구 대비 유출저감 효과는 14.1~64.0%로 나타났으며, 비점오염저감효과는 SS 9.8~73.9%, T-N 24.0~84.2%, T-P 31.6~80.9%으로 나타났다. 잔디초생대 적용시 소요되는 총비용의 산정은 초생대 조성을 위한 잔디구입비 및 관리비용, 초생대 조성 면적만큼의 작물재배 포기로 인한 손해비용 등을 고려하여 산출하였다. 그 결과 초생대 조성을 위한 잔디구입 및 조성비용과 유지관리비용은 1,730천원/ha로 소요되는 것으로 산정되었으며,, 초생대 구역의 작물 재배포기로 감수해야 할 손해비용은 1,649천원/ha로 산정되어 잔디초생대 적용을 위한 총비용은 3,379천원/ha/year로 산정되었다. 또한 차년에는 조성비용은 제외할 수 있으므로 유지관리비용 및 손해비용만을 고려한 1,899천원/ha/year이 소요되는 것으로 산정되었다. 잔디의 활용성 평가는 초생대가 완전 피복된 후 잔디를 일정부분 떼어 내어 판매할 경우를 고려하여 파악해 보았다. 그 결과 초생대 40% 규모의 잔디를 떼어내 판매할 경우에 발생할 수 있는 수익은 1,260천원/ha/year으로 추정되었으며, 떼어낸 부위의 잔디 재활착은 정상적으로 진행됨을 파악하였다. 따라서 잔디초생대는 새만금유역의 수질오염 저감효과 뿐만 아니라 잔디판매를 통한 농민 소득증대에 기여할 수 있으므로 초생대의 현장 적용성은 매우 높을 것으로 기대된다.

이 연구는 수자원 환경을 전반적으로 객관화, 계량화하는 새로운 방법이 성공적임을 소개한다. 기존의 계량법이 일강수량, 월 강수량, 년 강수량 등등, 단순한 수학적 합계에 치중한 결과 가중 중요한 강수의 시간 분포를 간과하였다. 이 단점을 해결하여, 1) 구체적으로 매 시간, 매일 남아 있다고 추정되는 물의 양 만을 합산하는 방법을 택했다. 시간적 감소함수를 이용하여, 강수 후 유출과 증발 등으로 사라지는 물의 양을 고려한 것이다. 2) 합산기간을 객관화하였다. 기본 합산 기간을 365일로 하고, 물 부족 또는 물 과잉이 지속될 경우는 지속되는 기간만큼, 합산기간을 늘이는 방법을 택했다. 따라서 다른 지수들이 임의로 3개월 또는 12개월 등등으로 기간을 결정하는 단점을 해결했다. 이렇게 계산되는 4차원 강수지수(4-Dimensional Rain Index, 4RI)는 1) 일별유효강수지수 (AWRI), 2) 일별가뭄지수(EDI), 3) 일별 홍수지수(FI), 4) 시간별 장기 물지수(LWI), 5) 시간별 단기 물지수(SWI) 등 5개가 기본지수이다. AWRI는 매일 남아 있는 물의 양이다. 이로 인해, 전 지구의 수자원과 재해위험의 시공간적 분포의 정량화 분석이 정밀해졌다. 지구상에서 물 집중이 가장 강한 곳은 캄보디아 내의 한 지점이며 시기는 7월 말이고, 가장 약한 곳은 사하라 사막의 한 지역임이 확인되었다. 또 한국에서 발생하는 갈수기와 풍수기가 정의되었고, 이들의 각 지역별 특성과 차이가 정량적으로 드러났다. 시간적 분포 또한 명확하게 드러나, 각종 저수지의 물 관리나 농?임산물의 생산관리에 획기적 전환점이 마련되었다. 각 국가별로, 각 지역별로 이런 분석은 향후도 무수히 시도되어야 할 것이다. EDI는 매일의 AWRI를 그 날짜의 평균치와 비교한 값이다. 장기가뭄 및 단기가뭄의 강도를 모두 가장 정밀하게 표현한다. FI는 일별로 홍수, 산사태, 침수, 토사 (이하 홍수 등이라 칭함)의 위험을, LWI는 장기 누적된 강수량에 의한 돌발적 홍수 등의 위험을, SWI는 단기 누적된 강수량에 의한 돌발적 홍수 등의 위험을 잘 반영한다. 이들은 모두 시간적으로 산발적인 호우에 의한 홍수 등의 위험을 한 개의 지수로 표현해 주는 장점이 있다. 강수 후 홍수가 발생하기 까지는 시간차이가 있기 때문에, 특히 호우 경보에는 SWI가, 홍수 경보에는 LWI가 아주 효과적이다. 결론적으로 5개의 4차원 강수지수는 물환경의 시공간적 분포진단과 예측, 그리고 조기경보에 혁명적 진화를 초래함이 확인되었다. 따라서 추후 모든 강수기후와 연관된 연구는 연강수량 등의 단순 합산보다, 4차원 강수지수를 먼저 사용하는 것이 바람직 할 것임이 제안되었다.

최근 기후변화 및 이상기후로 인해 하천환경 또한 급격하게 변화되고 있다. 변화되는 지구환경에 대응하기 위해 하천환경 대책과 하천생태계 보전/복원, 생물 보호, 친수기능 강화를 요구하고 있는 실정이다. 더욱이 소하천 건천화 및 하천환경관리에 대한 중요성은 대두되고 있으나 비용 및 인력투입 문제로 수위나 유량 등의 기초자료인 수위-유량 계측기술 및 대응연구가 미미한 실정이다. 체계적인 하천관리를 위해서는 신뢰성 있는 대상 하천의 수리량 자료 확보가 기본으로 요구된다. 이러한 중소하천의 관리의 신뢰도를 높이기 위해서는 실시간 수위유량 자료 확보가 필수적이다. 현재 하천 정비 계획 단계에서 수문모델링을 통해 중소하천의 유량을 산정하고 있지만 산발적으로 측정한 자료로는 검/보정에 한계가 있으며, 신뢰도를 확보하기 어려운 실정이다. 이수, 환경, 생태 등의 관점에서는 평상시 유량에 대한 실시간 정보가 매우 중요하다. 이에 체계적인 하천관리를 위해서는 중소하천에 대한 실시간 수리량 자료를 경제적으로 확보 할 수 있는 장치 개발 및 현장적용이 시급하다. 본 연구에서는 하천 횡단구조물이 가지고 있는 유량 측정의 편이성을 최대한 이용하여 급성장하고 있는 영상분석기술과 IT을 하천공학분야에 접목하여 중소하천의 수위와 유량을 실시간으로 원격 측정하는 WIA (Wireless Image Acquisition) 시스템을 개발하였다. WIA 시스템은 라즈베리파이 기반으로 적외선카메라를 이용하여 일정한 시간간격으로 횡단구조물의 상류, 중류, 구조물 주위의 흐름 영상을 확보하여 중앙처리장치로 전송하는 시스템으로 구성된다. WIA 시스템에서 전송된 영상은 본 연구에서 개발한 영상판독 S/W 및 H-Q 산정 S/W를 통해 하천의 수위를 판독하고 실시간으로 하천단면 수위유량 산정 자료 구축하는 자료로 활용된다. 현재 WIA 시스템의 성능 및 개선과 영상판독 S/W 및 H-Q 산정 S/W서버와의 연계운영 성능 평가를 통해 장치를 검증하는 단계에 있으며, 추후 서버구축을 통해 홍수 예 경보와 하천수질관리를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. 또한 본 연구에서 개발하는 유량측정 시스템을 적용하면 기존 장비의 약 15% 예산으로 실시간 수리량 자료를 확보할 수 있을 것으로 예상된다.

최근 하천에는 치수와 하천생태를 고려한 수많은 하천복원기술이 개발 적용되고 있으나 국내 여건을 제대로 반영한 기술이 전무한 것이 현실이다. 또한 과도한 콘크리트 사용으로 인한 하천경관의 훼손 및 하천생태계에 악영향을 미치고 있으며 이와 더불어 강우량의 증대 및 집중호우 등 돌변하는 기후변화로 하천환경변화에 대한 적용 가능한 기술이 미비하다. 따라서 하천에 유해한 물질을 방출시키지 않고 하천환경 및 하천 생물의 생활사에 영향을 주지 않는 무 저독성 소재를 활용하여 기후변화에 대응이 가능하도록 수리적 안정성을 강화시키고, 생태적으로도 건강한 생태하천 복원 기술개발이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 무독성 소재를 활용하여 치수적으로 안정적이고 식물 및 어류 등 각종 생물의 서식이 가능한 하천호안공 기술을 개발하였으며, 개발된 호안기술은 창원시 마산회원구에 위치한 광려천 상류 일부구간에 시범적으로 적용하였고, 시공 전 중 후 물리, 화학, 생물 모니터링을 통하여 개발기술의 현장 적용성을 검증하였다.

최근에는 그동안 추진했던 점오염원 중심의 하천수질관리에서 벗어나 비점오염원도 중요한 오염물질로 고려되어 비점오염원 저감을 위한 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다. 하지만 기존 비점오염원 저감시설의 설치 사례를 살펴보면 각각의 요소 기술들이 조화를 이루지 못하여 하천의 경관성을 훼손시키고 오염원 차단 및 저감 효과를 상쇄시키는 경우가 대부분이기에 이를 해결할 수 있는 통합적 운전 시스템이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존의 비점오염원 저감시설에 대한 연구를 발전시켜 요소기술의 개별 평가가 아닌 요소 기술들의 통합적 운영에 대한 성능 평가를 실시하고자 한다. 선정된 요소기술은 비점오염원 저감 목적으로 주로 사용되는 저류지, 인공습지, 호안을 선정하여 각 요소기술별 개별 운전과 연계처리 운전을 비교 분석하여 수질정화 능력을 검토하였다.

도시유역의 소하천은 불투수 면적의 증가 및 우수관거의 설치로 인해 오염물질 및 강우의 유달률이 증가한 반면 침투 및 저류 기능의 감소로 인해 지하수위가 저하되어 비강우시에 현저하게 유량이 감소되어 하천환경에 심각한 문제를 나타내고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 연구에서 유역에 저영향개발기술을 제안하고 있으나 이들은 과다한 면적을 필요로 함에 따라 설치 및 유지관리에 많은 비용이 발생하고 기존에 개발되어 있는 도시유역에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 도시 소하천의 유량과 수질 문제를 저감하기 위해 위와 같은 문제점을 고려하여 하천 제외지 지하공간을 이용하여 초기 우수 제어 시스템을 개발하고자 하였다. 본 시스템은 도시유역에서 강우에 의해 초기에 오염물질이 다량으로 유출되는 소위 초기세척효과를 제어하기 위해 침전시스템을 설치하고 및 교체가 가능한 카트리지형 여과 시스템으로 구성하였다. 여과 시스템에서 섬유필터를 이용하여 수질을 개선하고 또한 침전 및 여과시스템에 저류가 가능하도록 하여 도시 소하천의 유량에 따라 방류를 조절함으로써 도시 하천의 건천화 감소에 도움이 되도록 구성하였다. 또한 초기우수 제어 시스템을 효율적으로 운영하기 위해 SWMM(Storm Water Management Model) 적용 결과와 자동모니터링 스시템을 활용하는 종합설계 및 관리시스템을 개발하고 있다. 이를 위해 시범 유역에 SWMM을 구축하고 보정 및 검증을 실시하였다. ?측 및 SWMM을 이용하여 계산한 결과 연구대상 지역에서 처리시설에서 수용할 수 있는 초기우수유출량의 적정량은 초기강우 4시간 또는 6 mm의 누적강우량으로 산정되었으며 이를 토대로 현장의 지형여건에 따라 시스템의 설계기준이 수립될 수 있다.