• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.165-165
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• 2016

장기적인 수자원 계획의 수립이나 수공구조물을 설계함에 있어 수문학적 순환은 매우 중요하다. 그러나 수문학적 순환은 인간활동과 기후변화의 요인으로 인하여 시간 및 공간에 따라 항상 변화되기 때문에 특정지점에서의 유량도 수문학적 순환의 변동으로 인하여 변화된다. 따라서 본 연구에서는 특정 지점에서 취득된 과거 유량자료를 이용하여 기후변화와 인간활동에 의해 변화되는 유량을 정량적으로 분리할 수 있는 두 가지 기법을 개발하였다. 인간활동에 의해 변화되는 유량(인간활동 유량변동)에 영향을 미치는 요인으로는 인구 증가, 토지이용 변화 등을 들 수 있고, 기후변화에 의해 변화되는 유량(기후변화 유량변동)에 영향을 미치는 요인으로는 온난화로 인한 강수, 기온, 습도 등의 변화를 들 수 있다. 이러한 요인으로 인한 유량의 변동을 분석하기 위해서는 먼저 관측된 자료가 가지고 있는 변동점을 분석하여 변동점 이전 구간을 비영향구간(non-impacted period), 이후 구간을 영향구간(impacted period) 로 나누어야 하는데 이를 위하여 이중누가곡선, 선형회귀분석, Mann-Kendall 검정, Pettitt 검정을 이용하였다. 인간활동 및 기후변화 유량변동을 정량적으로 분리함에 있어서는 두 가지 분석기법이 사용될 수 있다. 즉 인간활동 유량변동을 먼저 분석한 이후 기후변화 유량변동을 산정하는 기법을 적용할 수도 있고 반대로 기후변화 유량변동을 먼저 산정한 이후 인간활동 유량변동을 산정할 수도 있는데 본 연구에서는 두 가지 기법을 모두 적용하여 그 결과를 비교하였다. 인간활동 유량변동을 먼저 산정하는 기법을 적용하기 위해서 비영향구간에 대해 SWAT-CUP을 활용하여 보정된 SWAT 모형을 구축하여 결과의 산정에 활용하였으며, 기후변화 유량변동을 먼저 산정하는 기법을 적용하기 위해서는 영향구간에 대해 민감도 분석 기법 중의 하나인 Budyko 분석을 활용하였다. 본 연구에서 개발된 두 가지 기법을 이용하여 인간활동 및 기후변화 유량변동을 정량적으로 산정하여 비교함에 있어 한강 유역의 소양강댐 상류유역과 섬강유역을 대상으로 과거 관측자료를 취득하여 연구를 수행하였다. 소양강댐 상류유역과 섬강유역의 변화된 유량에 대해서 기후변화로 인한 영향의 비율이 높은지 인간활동으로 인한 영향의 비율이 높은지를 파악함으로써 궁극적으로 두 유역에서의 인간활동과 기후변화로 인해 발생된 유량의 변화 요인을 정량적으로 분리하여 파악할 수 있었다. 그러므로 이와 같은 연구를 활용하여 수문학적 순환 관계에 있어 앞으로 어떠한 요인이 유량변동에 많은 영향을 미치는지 예측하여 미래에 변화하는 유량에 대해 계획하고 수공구조물을 설계함에 있어 활용될 수 있는 설계지침을 제시할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.462-462
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• 2017

유량은 기후적 요인과 인간활동 요인에 의하여 변동된다. 특히 우리나라는 지난 30년 동안 전지구적인 기후변화와 특정지역에서의 인간활동의 변화가 급격하게 진행된 바 있으므로, 합리적인 수자원 계획을 수립하기 위해서는 두 가지 요소들로 인한 유량의 변동량을 정량적으로 분리하여 분석할 필요가 있다. 또한 우리나라와 같이 연강수량의 대부분이 특정 계절에 집중되는 국가나 유역에서는 월별, 계절별 및 년별로 구분된 수문분석을 시행하여야 보다 실질적인 수자원 관리계획을 수립할 수 있다. 그러나 유량의 변동량을 특정 원인별로 구분하여 분석하고자 하는 연구는 기존의 홍수나 가뭄 자체에 관한 연구에 비해 미미한 형편이며, 다양한 시간단위를 이용한 원인별 유량 변동량의 산정에 관한 연구는 더욱 찾아보기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 기후변화로 및 인간활동으로 인한 유량 변동량을 정량적으로 분리하기 위하여 수문모형(hydrological model)을 이용한 방법과 수문학적 민감도 (hydrological sensitivity) 분석 방법을 소양강 상류유역 및 섬강 유역에 대해 적용하고 유량 변동량의 결과를 월별, 분기별 및 년별로 구분하여 제시하였다. 먼저 두 유역에 대한 기후변화 및 인간활동의 양상을 강수, 온도, 유량, 인구변화, 불투수층 변화의 추세를 통해 파악하였으며, 인간활동으로 인해 발생되는 급진적인 변동점을 탐색하기 위해 이중누가곡선, Pettitt 검정 및 베이지안 변동점 (Bayesian change point) 분석을 시행하였다. 탐색된 변동점을 활용하여 수문모형에 의한 유량 변동량을 정량화하기 위하여 변동점 이전 구간에 대해 보정 및 검증된 SWAT모형을 사용하였으며, 6가지의 Budyko 곡선 함수들로부터 각각 유량 변동량을 산정하여 수문모형에 의한 유량 변동량을 검증하였다. 최종적으로 수문모형을 이용한 방법을 통해 두 유역에 대한 기후변화 및 인간활동으로 인한 유량 변동량을 정량화하였다. 소양강 상류유역은 기후변화로 인한 유량 변동량이 인간활동으로 인한 유량변동량보다 상대적으로 크게 산정되었으며, 섬강 유역은 소양강 유역과 반대의 결과를 보이는 것으로 분석되었다. 특히 본 연구에서는 해당 분석결과를 월별 및 분기별로 구분하여 제시함으로써, 향후 특정 지역 및 시기에서의 합리적인 수자원 관리계획의 수립에 활용될 수 있는 기초적인 자료를 제공하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.39-39
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• 2016

기후 변화의 수자원 영향 평가에서 전지구모형이 갖는 불확실성이나 이산화탄소 배출 등의 시나리오별 불확실성에 대해서는 많은 연구가 진행되어져 왔으나, 외부의 변화가 아닌 지구 시스템상의 내부 변화에 대한 자연적인 변동성에 대해서는 상대적으로 연구가 미흡한 상태이다. 대표적인 내적 변동성의 예시로 엘리뇨 또는 라니뇨 현상을 들 수 있으며, 일정 영역 해수의 온도 변화에 따른 순환정도가 전세계적으로 큰 영향 (태풍, 가뭄, 홍수 등)을 주는 것을 확인할 수 있었다. 유역에서의 침식 및 퇴적 현상에서도 기후변화에서와 비슷한 내적변동성의 영향이 관찰되어지나, 과거의 대부분의 연구는 외적변동성의 영향에만 집중되어 왔다. 가장 빈번하게 발생하는 예로, 토양 표면의 미묘한 변화 (aggregation, dispersion, shielding, crusting 등)때문에 같은 양의 강우 또는 유출이 발생하는 경우라도 같은 양의 침식량이 발생하지 않는 현상을 들 수 있다. 여기에서 다루어지는 침식량의 '다름'은 같은 지역에서라도 적게는 수십배에서 크게는 수백배까지 예측량이 다를 수 있음을 뜻한다. 이러한 다름이 그동안 수자원/지질학을 연구하는 학자 및 실무자로 하여금 수치모델을 적용하고 예측하는 것을 어렵게 했던 원인이 되었다. 본 연구에서는 기후 변화가 가져올 수자원의 영향 평가를 수행할 것이다. 관심있는 기후변화 변수로서 기온 및 강수량을 시간단위로 상세화할 것이며, 변화한 기후의 영향을 평가할 수자원의 현상으로는 증발산, 토양수분량, 유출량, 하천에서의 수심 및 첨두량, 침식량 등을 고려할 것이다. 물리현상을 모의하기 위해, 유역기반의 수리, 수문, 침식 및 퇴적 현상을 동시에 계산할 수 있는 통합모델을 개발하였고 적용하였다. 여기에서 얻은 결과로부터 내적 변동성이 수자원 현상에 미치는 불확실성을 확률통계적인 기법을 이용하여 정량화할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2016

대하천에서의 하도정비 및 보 신설 후 다양한 하천환경변화가 예상됨에 따라 각종 변화에 의해 발생할 수 있는 현상들을 예측하고 환경변화에 의한 재난을 예방하기 위한 대책수립이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 하천에서의 하상변동은 경우에 따라 홍수위 상승, 저수 기능 감퇴, 용수와 취수 방해, 유사에 의한 오염원 확산 등의 문제를 발생시킬 수 있다. 기후변화에 따른 강우패턴의 변화로 하천 내 수리적 요소가 변화되고 그로인해 발생하는 하상 변동의 예측이 필요하다. 만일 유역의 특성이 유지된다면 하천의 동적평형상태인 정비 이전의 하천으로 돌아가려고 할 것이다. 하천이 준설로 넓어지고 깊어진 상태로 이전의 동적인 평형상태로 돌아가려고 하도가 좁아지고 얕아질 것이다. 그러나 기후변화로 인해 유역에서의 유량 및 유사량이 달라질 것으로 예상된다. 하지만 하상변동모델과 기후변화를 연계하여 하도의 변화를 비교 분석한 연구는 매우 드물다. 본 연구에서는 기후변화에 의한 유량의 변화에 따른 시나리오를 구성하고 장기간, 장구간에 걸친 하상변동 양상을 예측하였다. 준2차원 수치모형인 GSTARS를 이용하여 낙동강 상류에서 상주보 구간 사이의 기후변화 영향을 분석하고자 장기 기후시나리오를 구성하고 유사량 공식과 수류 튜브 개수에 따른 각각의 시나리오별 하상변동 양상을 예측하고 최심하상고, 횡방향에 따른 모의결과를 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.309-309
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• 2023

자연재해대책법에 따라 방재성능목표를 달성하기 위해 행안부 및 지자체는 방재성능목표강우량을 설정·운영하고 있다. 현재, 기후변화로 인한 할증률을 산정하여 방재성능목표강우량 산정에 포함하고 있으나, 기후의 내적변동성으로 인한 강수의 변화는 반영하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 기후변화뿐만 아니라, 엘리뇨, 라니뇨, ENSO 등과 같이 지구의 내적인 원인들로 인해 변화하는 기후내적변동성(Climate Internal Variability, CIV)을 추가적으로 고려하여 할증률 개념을 확장하고자 한다. 외부의 Forcing 변화(즉 기후변화)가 없더라도 자연적으로 기후가 변동하는 현상을 모의하기 위해, 크게 3개 동역학적, 통계학적, 추계학적 방법들이 적용되어 기후내적 변동성을 정량화하고 있다. 본 연구에서는 기후에 대한 일기를 추계학적으로 오랜 기간 동안 생성하고 생성된 시계열을 바탕으로 자연적인 변동성을 추출(Stochastic Approach)하는 방법을 사용하여 기후내적변동성을 추정할 것이다. 구체적으로, 생성된 앙상블 시계열에 Detrended 방법과Differenced 방법을 각각 적용하여 기후내적변동성의 크기를 정량화하고 상호 비교할 예정이다. 정량화된 기후내적변동성의 크기는 추계학적 할증률로 변환될 것이며 방재성능목표강우량 산정에 포함시켜 과거 기왕최대강우량을 갱신하는 지역에 대한 위험도를 추가로 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.48-48
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• 2018

하천생태계가 호수나 습지생태계와 비교하여 갖는 가장 큰 특징은 '흐름'이 강하게 존재한다는 점이다. 댐과 보 등의 인공물은 하천 내 흐름을 변화시키고, 유량을 조절함으로써 하류에서의 퇴적물 축적, 입자크기, 강의 경사 등의 환경적인 요인이 변화하게 된다. 낙동강 하류는 상류부에 설치되어 있는 안동, 임하, 합천, 밀양 및 남강댐 등 다목적댐과 그 사이에 설치된 보에 의해 지속적으로 하천 유량이 조절되고 있다. 댐/보와 하구둑이 연계된 정체성 조절하천 시스템인 낙동강의 경우, 기후변화와 그에 따른 강우패턴의 변화에 직접적인 영향을 미친다. 특히, 다기능보는 하천을 횡단하는 수공구조물로써 보의 수문운영 방식에 따라 유량이 변화하여 하상변동 및 유사이동 형태의 변화 가능성이 있다. 그러나 기후변화에 따른 유출량 변화와 하상변동을 연계하여 분석한 연구는 매우 드물기 때문에 본 연구가 충분히 가치가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 낙동강 유역의 구미보 하류와 칠곡보 구간에서 미래기후시나리오를 예측하여 SWAT 모형에 적용하여 수문모의를 통한 유출량 분석을 수행하였다. 미래 유출량 분석결과를 하상변동 모델인 GSTARS의 입력자료로 적용하여 유출량 변화에 따른 하상변동 양상을 분석하고자 하였다. GSTARS 모델의 수류튜브와 유사량 공식을 적용하여 연구구간에서의 최심하상고 분석과 주요지점에서의 횡단면 사행분석을 수행하여 유출량 변화에 따른 하상의 변화와 그에 따른 수리계수들의 변화를 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.203-203
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• 2018

기후변화로 인한 몬순 강수량 변동은 세계에서 가장 인구가 많은 몬순 지역의 농업, 수자원, 에너지, 경제 및 사회와 밀접한 관련이 있으므로, 미래의 몬순 강수량 변화를 예측하는 것은 매우 중요하다. 결합 모델 상호 비교 프로젝트의 5 단계(CMIP5)에서는 복사 강제력이 2100년 이후에 약 2.6, 4.5, 6.0 및 $8.5Wm^{-2}$의 증가로 안정화된다고 가정하는 4가지의 다양한 시나리오(RCP 2.6, 4.5, 6.0, 8.5) 자료를 제공하고 있다. 본 연구에서는 한반도의 강수량에 큰 영향을 미치는 동아시아 여름 몬순의 기후 변화에 대해 더욱 집중하고자 한다. CMIP5 모형 자료에 대하여 대표 GCM 모형 선정을 하기 위해, 수문 분야에서 활용 가능한 기후모델 성능 평가 matrix를 구축하였다. 본 연구에서 사용된 평가 matrix는 동아시아 및 한반도 지역을 대상으로 CMIP5 모형의 강수 및 최고?최저기온에 대한 평균 기후장(spatial climatology)과 연변동성(interannual variability)의 모사력을 각 모형별, 계절별 비교뿐만 아니라 극한기후 모사력도 함께 고려하여, 대표 GCM을 선정하였다. 기후변화에 따른 동아시아 지역의 몬순 특성을 더욱 자세히 살펴보기 위해, 대표 GCM으로 선정된 모형들의 2가지 시나리오(RCP4.5와 RCP.5)에 대해 동아시아 지역에서의 여름 몬순 강수 변동 및 특성을 분석 및 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.867-867
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• 2012

기후변화와 변동으로 인해 기온, 강수, 증발산 등의 수문순환 요소들이 과거와는 다르게 빠른 속도로 변하고 있다. 이에 따라 지난 수십 년간 기후변화가 수문학적 극한사상에 미치는 잠재적 영향은 수자원공학 관련 분야에서 관심 대상이 되어왔으며, 많은 선행 연구들은 극한 수문사상의 규모 및 빈도가 증가한다는 결과를 보여 주었다. 우리나라의 경우 최근 10년간(1999~2008년) 1일 100mm 이상 집중호우의 발생빈도는 총 385회로, 70~80년대 222회에 비해 무려 1.7배나 증가했다. 2011년의 경우 7월초부터 8월 중순까지 지속적인 장마와 집중호우로 인해 1285.3mm의 누적강수량이 발생하였으며, 서울 및 수도권 지역에서 100년 빈도 설계강수량을 초과하는 집중호우 발생으로 서울의 도심지역 곳곳이 침수되어 많은 재산피해와 인명피해를 입혔다. A1B 기후변화 시나리오에 따르면 21세기말(2071~2100년)에는 20세기말(1971~2000년)에 비해 약 17%가 증가할 것으로 전망하고 있다. 이처럼 기후변화는 특히 도시수공시설물을 설계하는데 있어 가장 중요한 변수인 극한강우사상을 변화시키기 때문에 도시배수시설물을 계획하고 설계하는 수공기술자들에게 기후변화를 고려하는 일은 자명한 일이다. 또한, 기후변화로 인한 수문과정의 점진적 변화 영향은 도시배수관련 기반시설물의 첨두홍수량과 빈도를 변화시킬 것으로 예상하고 있다. 이에 본 연구에서는 기후변동이 도시배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 외부기상인자의 변동을 반영할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 이용하여 지속시간 1기간, 3시간, 24시간 빈도별 설계강수량을 산정한 후 도시유출모형인 XP-SWMM 모형을 통해 도시배수체계에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 통해 현재의 도시배수체계와 비교함으로써 기후변동이 도시배수체계에 미치는 영향을 정량화하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.277-277
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• 2017

하천은 하도상황의 변경, 토지이용의 변화, 골재채취, 댐과 저수지 건설 등에 의한 인위적인 요인과 대규모의 홍수, 홍수시에 발생되는 산사태와 같은 자연적인 요인에 의해 하천의 특성이 변화되고 있다. 기후변화로 인한 기록적인 집중호우가 자주 발생하고, 탁수로 인한 피해가 심각해지면서 탁수에 대한 체계적인 연구 및 적적한 관리, 저감기술의 필요성이 대두되고 기후변화로 인해 하천 내 수리적인 환경을 변화시킴으로써 침식으로 인한 제방파괴 및 시설물 파괴나 퇴사에 따른 하천의 유지관리비용 절감을 위한 최적의 하천 하상변동 예측 기술 개발 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 남강에 적합한 유사량 추정공식과 장, 단기 하상변동을 정량적으로 제시하고자 한다. 국외에서 하도의 준 2차원적인 변화에 대한 적용성이 검증된 수치모형인 GSTARS를 이용하여 남강유역인 남강댐 하류 ~ 낙동강합류부 구간의 기후변화에 따른 유량의 변화에 따라 시나리오를 구성하였다. 유사량 공식, 준 2차원 모형 활용시 사용하는 수류튜브의 개수에 따른 민감도 분석을 수행하였으며, 연구의 결과는 하천의 물리적 변화에 따른 흐름 및 하상변동을 예측하는 방법에 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.189-193
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• 2008

본 연구는 충주댐 유역을 대상으로 미래의 기후변화, 그에 따른 식생상태, 그리고 미래의 토지이용 변화를 고려한 상태에서 SWAT-K 모형에 의한 수문순환인자들의 변화가 댐의 유입량에 미치는 영향을 파악하고자 한다. SWAT 모형의 검보정은 6년간($2000{\sim}2006$, 2001년 제외)의 댐유입량 자료를 이용하여 실시하였으며, Nash_Sutcliffe 모형효율은 $0.52{\sim}0.88$의 범위로 검보정되었다. 기후변화 시나리오는 IPCC에서 제공하고 있는 GCM들 중에서 CCCma CGCM2의 A2, B2 시나리오를 이용하였으며, 댐유역의 기후변화를 모의하기 위하여 과거 30년간($1977{\sim}2006$)의 기상자료 통계정보를 기준으로 Change Factor Downscaling 기법을 적용하여 2030년, 2060년, 2090년 전후의 각 30년간의 미래 정보를 재생산하였다. 미래의 식생정보는 7년($2000{\sim}2006$)간의 MODIS 위성 영상에 의한 엽면적 지수를 월단위로 구축하여 엽면적 지수와 평균기온간의 상관회귀식을 도출하여 미래 기후변화에 따른 식생의 활력도를 예측하였다. 미래의 토지이용 변화는 CA-MArkov 기법을 개선, 적용하여 총 9개의 토지이용 항목에 대하여 각 항목별 예측을 실시하였다. 2000년의 기상자료 및 댐유입량을 기준으로 이상의 미래기후, 식생, 토지이용 에측 정보를 적용하여 미래의 댐유입량을 모의한 결과를 분석하였다. 그 결과 강수량 및 온도의 변동이 가장 크게 영향을 주어 유입량의 변화가 모의되었으며, 이에 따른 수문인자의 변동은 2000년 기준으로 증발산량, 토양수분의 변동을 분석하였다. 미래의 수문순환에 가장 큰 영향을 주는 수문인자는 토양수분으로 나타나, 미래에는 산림지역 및 토지이용 개발에 따른 토양수분의 함양량 유지를 위한 유역관리가 중요한 요인이 될 것으로 나타났다.