• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.516-516
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• 2016

기후변화는 농업생산량 감소와 식량 안보 문제와 같이 농업에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 또한 기존의 농업수리 및 관개배수 시설 운영에 영향을 줄 수 있다. 따라서 지속가능한 농업 수자원 관리를 위해서는 기후변화의 영향을 고려한 장기적인 계획 수립이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 논벼 지역의 설계용수량의 확률론적 분석을 통한 논벼 필요수량 및 설계용수량에 대한 기후변화영향 평가를 실시하였다. 이를 위해서 본 연구에서는 23개 GCM의 36개 산출물을 활용하여 Multi-model ensemble 구축하였다. 먼저 GCM별 증발산량과 유효우량을 산정한 결과 중부지역에서는 IPSL-CM5A 모델의 기후변화자료를 활용할 경우 증발산량과 유효우량이 타 GCM 모델들과 비하여 크게 산정되었다. 남부지역에서는 CanESM2 모델을 적용할 경우 가장 많은 증발산량과 유효우량이 모의되는 것으로 나타났다. 이처럼 GCM별로 다양한 결과가 모의되기 때문에 농업시설 설계에 적용되는 설계용수량의 경우 안전성을 위하여 Multi-GCM models을 활용할 필요가 있다. Multi-model ensemble의 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오를 적용한 결과, 모든 경우에서 1995s(1981-2014)에 비해 설계용수량은 점차적으로 증가하는 것으로 나타났다. 평균 증가율은 RCP 4.5에서 중부지역이 9.4%, 남부지역이 6.0% 증가하는 것으로 나타난 반면, RCP 8.5에서는 중부지역이 11.1%, 남부지역이 8.2% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 여러 GCM 산출물간의 불확실성은 RCP 4.5보다는 RCP 8.5 시나리오가, 중부 지역보다는 남부 지역이, 논벼 증발산량 보다는 유효우량이 더 큰 것으로 분석되었다. 본 연구는 향후 미래 가뭄 위험성을 최소화하기 위한 농업 수자원관리 전략수립에 활용될 수 있을 것이다. 또한 본 연구결과는 기후변화 영향 평가에 있어서 적합한 GCM 자료를 선택하는데 있어, 불확실성을 가늠할 수 있는 유용한 척도로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.65-65
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• 2023

최근 기후변화로 인해 홍수, 가뭄 등 수재해가 세계 곳곳에서 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인해 정확한 강우-유출 해석의 중요도는 높아지고 있으며 강우-유출 해석에 따라 수자원 관리 및 계획수립의 정도가 달라질 수 있다. 본 연구 대상 지역인 메콩강 유역은 중국과 동남아시아 5개국(라오스, 태국, 미얀마, 베트남, 캄보디아)을 관통하는 국가공유하천으로 기초자료의 획득이 어렵고 국가별로 구축된 자료가 질적, 양적 품질이 상이하여 수문해석에서의 기초자료로 사용하기에 불확실성이 있다. 최근 기술의 발달로 글로벌 격자형 강수자료 획득이 용이함에 있어 미계측 대유역에서의 다양한 연구들이 수행되고 있지만, 지점강수자료와 시·공간적 오차로 인한 불확실성을 내포하고 있다. 이에 본 연구에서는 글로벌 격자형 강수자료의 적용성을 평가하기 위하여 지점 격자형 강수자료(APHRODITE)와 4개의 위성강수자료(CHIRPS, CMORPH, PERSIANN-CDR, TRMM)를 수집하고 합성곱 신경망 모형인 ConvAE 기법을 이용하여 위성강수자료의 시·공간 편의 보정을 수행하였다. 또한, 하천 수위에 대한 장기간 정보 수집이 가능한 메콩강 본류 4개 관측소(Luang Prabang, Pakse, Stung Treng, Kratie)를 선정하였으며 SWAT 모형을 이용하여 매개변수 보정(2004~2013)과 격자형 강수자료의 보정 전·후의 유출모의(2014~2015) 결과를 비교·분석하였다. 격자형 강우를 이용한 보정 및 유출 분석 결과 4개의 위성강수자료 모두 성능이 향상되었으며 그 중 보정된 TRMM이 가장 우수한 성능을 보여 해당 유역에서의 APHRODITE를 대체할 수 있다고 판단하였다. 따라서 본 연구에서 제시하는 ConvAE를 이용한 보정기법과 이를 이용한 강우-유출 해석은 향후 다양한 격자형 강수자료를 활용한 미계측 대유역에서의 수문해석에서 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.280-280
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• 2023

강수의 정확한 시·공간적 추정은 홍수 대응, 가뭄 관리, 수자원 계획 등 수문학적 모델링의 핵심 기술이다. 우주 기술의 발전으로 전지구 강수량 측정 프로젝트(Global Precipitation Measurement, GPM)가 시작됨에 따라 위성의 여러 센서를 이용하여 다양한 고해상도 강수량 자료가 생산되고 있으며, 기후변화로 인한 수재해의 빈도가 증가함에 따라 준실시간(Near-Real-Time) 위성 강수 자료의 활용성 및 중요성이 높아지고 있다. 하지만 준실시간 위성 강수 자료의 경우 빠른 지연시간(latency) 확보를 위해 관측 이후 최소한의 보정을 거쳐 제공되므로 상대적으로 강수 추정치의 불확실성이 높다. 이에 따라 본 연구에서는 앙상블 머신러닝 기반 수집된 위성 강수 자료들을 관측 자료와 병합하여 보정된 준실시간 강수량 자료를 생성하고자 한다. 모형의 입력에는 시단위 3가지 준실시간 위성 강수 자료(GSMaP_NRT, IMERG_Early, PERSIANN_CCS)와 방재기상관측 (AWS)의 온도, 습도, 강수량 지점 자료를 활용하였다. 지점 강수 자료의 경우 결측치를 고려하여 475개 관측소를 선정하였으며, 공간성을 고려한 랜덤 샘플링으로 375개소(약 80%)는 훈련 자료, 나머지 100개소(약 20%)는 검증 자료로 분리하였다. 모형의 정량적 평가 지표로는 KGE, MAE, RMSE이 사용되었으며, 정성적 평가 지표로 강수 분할표에 따라 POD, SR, BS 그리고 CSI를 사용하였다. 머신러닝 모형은 개별 원시 위성 강수 자료 및 IDW 기법보다 높은 정확도로 강수량을 추정하였으며 공간적으로 안정적인 결과를 나타내었다. 다만, 최대 강수량에서는 다소 과소추정되므로 이는 강수와 관련된 입력 변수의 개수 업데이트로 해결할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 불확실성이 높은 개별 준실시간 위성 자료들을 관측 자료와 병합하여 보정된 최적 강수 자료를 생성하는 머신러닝 기법은 돌발성 수재해에 실시간으로 대응 가능하며 홍수 예보에 신뢰도 높은 정량적인 강수량 추정치를 제공할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.405-405
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• 2023

최근 기후변화로 인한 극심한 홍수와 가뭄, 폭염 등 이상 기온 및 기후에 따른 피해가 급격히 증가하는 추세이다. 특히, 집중호우로 인해 도심지에서 발생한 홍수피해는 재산피해뿐만 아닌 수 많은 인명피해가 발생하고 있다. 국내에서는 수재해로부터 인명과 재산을 보호하기 위해 용수공급과 체계적인 치수 사업이 행한 바 있다. 이러한 치수 사업에서 경제성 분석은 사업 전·후 의 편익추정이 완벽히 검증되기 쉽지 않으며, 기존의 치수 계획은 유역 전반에 걸쳐 다양한 홍수 방어시설의 종합적인 고려 없이 제방 중심으로만 수립되어 홍수 발생 시 하천에 과도한 부담을 줄 뿐만 아니라, 사업의 경제성이 낮게 평가되고 있다. 이렇게 국내에서 행해진 하천설계기준에서 제안되었던 경제성 분석 방법은 여러 가지 문제점들을 내포하고 있으며 지속적인 홍수피해가 발생하였다. 이와 같은 문제점들을 개선하고자 개발된 K-FRM(Forean-Flood-Risk Model)은 능동형 하천정보 운영을 통한 다차원 하천관리체계 구축 및 활용을 위한 정량적 위험도 평가 툴로 위험지역에 노출된 자산의 정보(인벤토리), 평가기준, 손상함수, 계량화 원단위 등 홍수피해를 추정하는데 활용이 가능하며, 손실 또는 피해액으로 표현되는 재해손실은 경제적인 관점에서의 위험이며 금전적인 형태로 표현된다. 본 연구에서는 홍수피해액 정량화 모델인 K-FRM을 활용하여 굴포천 유역과 영강 유역을 대상으로 항목별 피해액 산정 후, 정량적 피해액 산정 방법인 EAD(Expected Annual Damage) 분석을 통해 홍수피해위험지도를 작성하여 표준유역별, 행정구역별 홍수피해액을 산정하는 것을 목적으로 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.68-68
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• 2021

Sesan강과 Srepok강은 베트남, 캄보디아, 라오스가 공유하는 3S강 유역 (Sesan강, Srepok강, Sekong강)의 일부로 연구 및 관리된다. 3S강 유역은 Mekong강의 중요한 지류이며 Mekong강 유역의 상당 부분을 구성한다(Mekong강 유역 면적의 10%, 연간 총 유출량의 20%). 베트남 측 Sesan강 유역의 면적은 11,255km²이고 Srepok강 유역 면적은 18,162km²이다. Sesan강과 Srepok 강의 상류는 베트남 중부 고원의 긴 산맥에 위치하고 있다. Sesan강과 Srepok강 유역은 기후변화에 따른 홍수, 가뭄, 어업 지속 가능성 감소, 퇴적 등 많은 문제와 도전에 직면 할 것으로 예측되고 있다. 본 연구에서는 World Bank의 "Viet Nam Mekong Integrated Water Resources Management (M-IWRM) Project의 일환으로 베트남 정부 차원에서 처음으로 구축한 수자원관리 의사결정지원 시스템인 "DSS-2S"를 활용하여, Sesan-Srepok강 유역의 강둑 침식 위험성을 분석하였다. DSS-2S는 MIKE Hydro Basin을 기반으로 SWAT모델, 수리모델, 하상변동 모델, 및 수질모델 등과 연계 하여 구축되었다. 2030 년을 목표 연도로 설정하고, 기후 변화 시나리오와 사회 경제적 발전을 기반으로 DSS-2S에 포함되어 있는 유사 이송 및 수리학적 모델을 활용하여 주요 하천 단면에서의 평균 유속과 하상 침식 양을 예측하였다. 유속 및 심부 침식 기준에 근거하여 강둑 침식 위험성을 분석하였다. 모델의 시뮬레이션 결과를 기반으로 강둑 침식 위험이 있는 강 구간은 고(高)유속과 높은 침식의 조합에 의해 결정되었다. 고위험 침식 예상지는 Sesan강 유역의 Dak Bla, Po Ko, 및 Se San강에 총 길이 73.5km에 걸쳐 발생 할 것으로 분석되었으며, 침식 위험이 매우 높은 지역은 Dak Bla 강에 총 길이 2,286m, Po Ko 강에 총 길이 5,096m 정도가 발생 하는 것으로 분석되었다. 강둑 세국을 유발할 수 있는 다양한 인자들을 고찰하였으며, 본 성과는 베트남 중앙 정부의 장기수 자원 종합계획 수립의 기본 자료로 활용 될 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.360-360
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• 2021

최근 지구 온난화와 기후변화, 그에 따른 이상기후로 인하여 대규모 홍수피해가 발생함과 동시에 오랜 시간 동안 가뭄이 지속되어 재난관리가 더욱 중요하게 인식되고 있다. 영산강홍수통제소는 효율적인 재난관리를 위해 영산강권역의 5대강 및 해안지역의 수위·강수량·유량 등 수문조사시설을 설치·운영하여 홍수·갈수예보를 통해 재난관리를 수행하고 있다. 2020년 영산강홍수통제소 관할권역의 홍수기 강수량은 예년에 비해 약 150% 내외의 많은 강수가 내렸다. 영산강, 섬진강, 동진강 수계는 8월에 가장 많은 비가 내려 487.4 mm, 619.5 mm, 503.7 mm의 강수가 기록되었고, 8월의 예년 대비 강수량은 181%, 200%, 192% 수준이었다. 만경강과 탐진강은 7월 강수량이 535.1 mm, 365.5 mm로 가장 많았고, 7월 강수량의 예년비는 193%, 141%의 수준이었다. 특히 8.7~8.8일 섬진강 유역의 남원시(신덕리)와 영산강 유역 담양군(광주댐)에는 각각 542 mm, 654 mm의 기록적인 강수가 관측되었다. 이틀간의 집중호우로 영산강 및 섬진강 유역의 여러 지역에서 홍수피해가 발생했으며, 특히 남원시, 구례군, 하동군에서 홍수 피해 규모가 컸다. 영산강홍수통제소는 2020년 총 51회의 비상근무를 실시하여 홍수상황에 대응 하였으며, 15개 홍수특보지점 중 탐진강 유역 장흥군(예양교)를 제외한 14개 지점에 대해 홍수주의보 22회, 홍수경보 14회 등 36회의 홍수특보를 발령하였다. 홍수특보 지점의 대부분 지점에서 기왕 최고치에 근접하거나 이를 초과하였다. 홍수주의보 수위를 초과한 지점은 총 14개소이며, 이 중 계획홍수위 초과 6개소, 홍수경보 수위 초과 5개소, 홍수주의보 수위 초과 3개소이다. 또한 위기단계별 홍수정보 943건을 30개기관 595명에게 제공하여 관계기관의 방재활동을 지원하였으며, 관할수계 다목적댐 3개소, 발전댐 1개소, 용수댐 1개소, 농업용저수지 10개소, 다기능보 2개소, 홍수조절지 2개소에 181회의 방류승인을 통해 홍수조절을 실시하였다. 본 연구에서는 2020년 홍수기간 동안 영산강 및 섬진강의 홍수상황 및 홍수대응 현황을 분석하고, 향후 홍수상황에 대비코자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.93-93
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• 2020

미래 기후변화로 인해 집중 호우, 가뭄의 발생 빈도가 증가하고, 물 부족, 수질 오염 등으로 인해 합리적인 수자원 계획 및 관리의 중요성이 증가하고 있다. 기후변화는 유역간 물 이동량 뿐만 아니라 유역의 하천 유량 및 수질에 영향을 미치기 때문에, 물 이동량이 많은 유역에서는 기후변화 시나리오를 고려한 하천 유량 및 수질 변화를 정량적으로 평가해야 한다. 만경강 유역(1,602 ㎢)은 하류 지역에 비옥한 평야가 분포되어 있어 농업이 발달한 유역이나, 유역 내 가용 용수가 부족하여 인근에 위치한 금강 용담댐의 발전용수를 공급받아 사용하고 있다. 발달된 농경지로부터 발생되는 비점오염, 축산 점오염원으로 인한 수질 문제가 심각할 뿐만 아니라, 만경강의 수질은 궁극적으로 새만금호에 영향을 미치기 때문에 더욱 엄격한 관리가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 유역간 물이동량, 취수량 등을 고려하여 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모형을 구축하였다. 2개의 수위-유량 관측소의 일자료와 2개의 수질관측소 월자료를 이용하여 보정(2012~2014) 및 검증(2016~2018)을 수행한 결과 유출량의 평균 Nash-Sutcliffe model Efficiency (NSE)는 0.49 ~ 0.51, SS, T-N, 그리고 T-P에 대한 평균 결정계수(Coefficient of determination, R²)는 0.73, 0.78, 0.72였다. 미래 기후변화에 따른 유역의 수문 및 수질 변화 분석을 위해 증발산량 산정이 가능한 RCP 8.5 기후변화 시나리오에 STARDEX를 활용하여 가장 습윤한 시나리오 및 가장 건조한 기후변화 시나리오를 각각 1개를 선정할 것이다. 선정된 시나리오를 구축된 SWAT 모형에 적용하여 미래 유역간 물이동이 유역의 하천 유량 및 수질에 미치는 영향을 미래 평가기간(S1:2011~2040, S2:2041~2070, S3:2071~2100)으로 구분하여 분석할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.364-364
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• 2021

최근 지구온난화에 따른 홍수 및 가뭄 재해의 피해는 심각해졌다. 그러므로 미래 재해로 인한 피해를 완화시키기 위한 수자원 계획 수립 및 관리의 중요성이 높아지고 있다. 전지구모형(General Circulation Model, GCM)은 기후 변화 연구에서 기후 요인의 변동을 조사하는데 널리 사용되어지고 있다. 본 연구에서는 기후 변화 시나리오를 고려하여 도시유역의 소유역 별 투수성포장 시설의 우선순위를 산정했다. 기후 변화 시나리오에는Representative Concentration Pathway(RCP)와 Shared Socioeconomic Pathway(SSP) 시나리오가 사용되었으며 CMIP5와 CMIP6의 GCM을 고려하였다. GCM을 이용하여 산정된 미래 월 강수량은 분위사상(Quantile Mapping)법의 비모수변환(Non-Parametirc Transformation)법 중 하나인 스플라인 평활(Smoothing Spline) 방법을 사용하여 편이보정 되었다. 연구대상지는 목감천 유역이 선정되었으며, 27개의 소유역에 대해 투수성포장 시설의 우선순위를 산정되었다. 우선순위 산정을 위한 평가 기준들은 Driving force-Pressure-State-Impact-Response(DPSIR) 모형을 기반으로 산정 되었다. 평가기준에 따른 27개의 소유역에 대한 값들은 통계청 및 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS), 편이보정 된 미래 강수량과 Storm Water Management Model(SWMM)을 이용한 유출분석 결과를 통해 도출했다. 평가기준들의 객관적 가중치 산정을 위해 엔트로피 방법을 이용했다. 최종적으로 목감천 소유역 별 투수성포장 시설의 우선순위 산정에는 다기준의사결정기법 중 하나인 TOPSIS방법을 사용했다. 산정 결과 DPSIR 모형을 기반으로 수문학적 요소에 큰 가중치를 부여한 경우 하류보다는 상류 유역에서 높은 우선순위를 확인했으며, 각 요소별 동일한 가중치를 주었을 때 하류 유역에 높은 우선순위가 집중되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.381-381
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• 2021

영산강 유역은 타수계에 비해 농경지 비율이 높으며, 영산강 하류에는 나주평야 등 논농사를 하고 있어 농업용수 위주의 물이용율이 높다. 또한 4대호(광주호, 장성호, 담양호, 나주호) 이외의 대규모 다목적댐이 없어 수자원 확보에 어려움이 있다. 섬진강 유역은 유역변경으로 대부분 타수계로 물 공급이 이루어져 하천유량 부족, 섬진강 하류 생태계 피해로 물문제가 지속되고 있다. 이러한 물문제를 해결하기 위해 물관리 일원화에 따른 물이용, 수량, 수질 등을 모두 고려한 효율적인 통합 물관리 방안이 제시되고 있다. 통합 물관리를 위해 유역 내 수자원 이용현황과 물 문제해결 등을 고려한 용도별 최적 물이용 계획 및 효율적인 물관리 운영방안이 중요시되고 있다. 이를 위해서는 지역의 여건 및 특수사항을 고려한 장래 물공급량 변화 및 과부족량에 대해 분석하는 것이 필요하다. 이에 본연구에서는 대상지역인 영산강·섬진강 유역 특성 및 물공급체계를 파악하고 이를 반영한 물수지 분석체계를 구축하여 유역 내 수자원 현황을 파악하고자 한다. 본 연구에서는 실제 물이용체계를 반영하고 용수계통에 따라 자기유역 내 또는 타수계에 대해 용도별 수요량에 따른 공급량, 부족량을 산정하여 그 적용성을 평가하고자 한다. 이를위해 1) 하천수는 유수와 저수로 구분하고 유수는 하천 취수시설의 실사용량을 유역단위 수요량으로 추정, 저수는 다목적댐은 계약량, 농업용저수지는 필요공급량을 개별시설의 수요량으로 설정하여 각각의 수원(저수/유수)에 대한 수요량 대비 공급량과 부족량을 분석하였다. 2) 댐과 저수지는 용수공급조정기준에 따라 공급량을 탄력적으로 적용하고 농업용저수지는 가뭄등급에 따라 하천유지용수를 고려하였다. 3) 주암본댐과 섬진강댐은 송정 수위관측지점의 유량 상황에 따라 환경대응용수를 고려하였다. 4) 주안본댐과 주암조절지댐의 연계 운영을 고려하였다. 물수지 분석 결과 검증을 위해 주요 지점의 관측유량과 물수지 분석을 통해 계산된 유량을 비교하여 적용성 분석을 진행한 결과 상관관계가 높게 분석되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 영산강·섬진강 유역 내 효율적인 물관리 방안 수립에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.29-29
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• 2022

기후변화로 인한 전지구 미래는 호우 및 가뭄 등 자연재해의 발생이 증가할 것으로 전망되고 있으며, 불투수율이 높은 도시의 경우 극한강우에 따른 유출량 증가할 것으로 전망된다. 환경부에서는 물순환 선도도시에서 유출량, 불투수면, 비점오염 등을 저감하기 위해 LID(Low Impact Development)를 도입하고 있다. 본 연구에서는 도심지 내 LID 기법 중 인공습지를 이용하여 용량변화에 따른 빗물 가용 수량을 정량적으로 분석하고자 하였다. 연구대상지의 면적은 444,081.5m²이며, 유출계수는 토지이용별 면적 및 토지이용별 기초 유출계수를 이용하여 평균유출계수 0.72를 적용하였다. 인공습지의 총 용량은 2,244.8m³이며, 강우 시 월류웨어로 유입되는 지표수를 집수매거로 빗물을 취수하는 방식으로 구축될 예정이다. 대상지의 계획취수량은 150m³/day이며, 70m³/day를 빗물로 취수하는 경우와 150m³/day를 빗물로 취수하는 경우 2가지 시나리오를 대상으로 최종 취수가능여부를 분석하였다. 연간 빗물 취수 가능한 인공습지 용량을 분석하고자 부산관측소 강우자료를 이용하였으며, 강수량이 많은 6월을 시작으로 취수 가능량을 산정하기 위해서 18.06.05 ~ 19.12.31(약 1년 6개월) 강우자료를 이용하였다. 또한, 장기분석을 위해 부산관측소의 2011년 ~ 2020년 자료를 활용하였으며, 총 강수일수는 979일로 총 강수량은 16,139.8 mm로 나타났다. 연간 빗물을 항시 취수하기 위해서는 70m³/day를 빗물로 취수하는 경우 2,357.0m³의 인공습지 용량이 요구되었으며, 150m³/day를 빗물로 취수하는 경우 5,567.8m³의 인공습지 용량이 요구되었다. 또한, 10년 강우에 의한 빗물 취수 특성 분석은 70m³/day를 빗물로 취수하는 경우만 고려하였다. 분석 결과 강우 시작일을 기준으로 58일 동안 빗물 취수가 불가능한 것으로 나타났으며, 2012년도 1일, 2017년도 32일, 2018년도 8일, 2019년도 13일 동안 취수가 불가능한 것으로 나타났다. 70 m³/day의 빗물을 취수하기 위해 인공습지는 4,356.5m³의 용량이 필요한 것으로 나타났다.