• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.429-429
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• 2011

우리나라는 연중 강우량의 계절적 편중이 심하여 약 2/3이 6월-9월에 집중하는 기상학적 요인과, 국토의 약 70%가 산악지역으로 되어있는 지형학적 요인 등 홍수에 취약한 자연특성을 갖고 있으며, 특히 하천, 도시 저지대, 해안 및 산지에서는 홍수범람, 내부배제 불량, 해일, 산사태 등으로 매년 많은 인명피해와 재산상의 손실이 크게 발생하고 있다. 또한 최근 발생하고 있는 이상기후 현상과 각종 개발사업으로 인한 불투수면적의 증가 등으로 인해서 극한 홍수의 발생빈도가 높아가고 있으나, 기존 수방시설물의 홍수배제능력 부족 등으로 매년 많은 피해를 입고 있는 실정으로, 구조적인 대책만으로는 재해피해를 경감시키는데 한계가 있음을 인식하여 구조적 대책과 더불어 토지이용규제 및 개발규제, 홍수터관리, 홍수예경보 등 비구조적 재해대 비능력 향상이 시급한 현황이다. 우리나라의 경우, 구조적 수방기술의 발전은 비교적 높은 수준에 도달해 있지만, 구조적 대책에 비해 비구조적 대책의 개발 및 적용은 미흡한 형편이므로, 비구조적 홍수대책의 종합적 정비 및 효율적 운영방법 필요하다. 따라서 본 연구에서는 홍수유형별 발생원인별 대표적인 비구조적 홍수대책을 국내외 적용사례를 조사하여 분석하고, 비구조적인 홍수방어대책들에 대한 장단점 및 적용성 등의 정성적 평가를 실시하였다. 국내 여건에 적합한 홍수위험구역 설정방안을 제시하고자, 국내의 다양한 하천공간 확보를 위한 관련규정인 하천구역, 홍수관리구역, 수변구역, 상수원보호구역, 친수구역, 홍수위험구역, 자연재해위험지구, 방재지구 등에 대하여 조사하였으며, 국외 사례로 영국의 홍수위험구역 평가제도, 미국의 홍수터 관리 프로그램, 호주의 하천공간 분류 기준, 일본의 하천공간 설정 기준 등에 대한 고찰을 수행하였다. 또한 국내 홍수보험 제도의 문제점 분석 및 제고방안을 제시하고자, 현재 소방방재청 주관으로 시행되고 있는 풍수해보험제도에 대한 조사 및 분석을 실시하였으며, 미국에서 시행되고 있는 국가홍수보험프로그램, 프랑스의 자연재해보험, 스위스의 자연재해보험풀 제도, 일본의 홍수보험제도에 대하여 심층적인 고찰을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.290-290
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• 2011

수문모형은 여러 가지 기준에 따라 분류될 수 있으며 공간적 분포에 따라 집중형 모형과 분포형 모형으로 나뉜다. 한국건설기술연구원에서 개발한 CAT(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool) 모형은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 토지이용, 하도특성에 따라 집중형인 링크-노드 구성을 통해 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하며, 개발전후의 유출특성을 평가할 수 있도록 구성되어 있다. CAT은 다양한 물순환 개선 시설을 평가하고 사용자 편의 시스템을 제공하고 있으며 입력자료가 적고 지표수와 지하수의 상호작용 해석이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 CAT은 개발 초기 단계로서 현재도 모형의 보정이 이루어지고 있기 때문에 다양한 검증이 요구되고 있다. 본 연구의 목적은 소유역에서의 강우-유출 특성을 평가하기 위하여, 대상유역을 선정하여 유역수문특성을 조사 분석하고, CAT 모형을 적용하여 장기 유출량을 추정하여, 그 적용성을 평가하는 데 있다. 대상지구는 경기도에 위치한 CAT 모형을 이용하여 소유역의 장기 유출을 모의하여 실측자료와 비교함으로서 모형의 적용성을 평가하는 데 있다. 대상지구는 경기도에 위치하고 있는 발안저수지 유역의 HP#6 ($3.84km^2$) 소유역을 선정하였다. 발안 저수지 유역은 경기도 화성시에 위치하고 있으며, 1996년부터 서울대학교 지역시스템공학과에서 수문/수질 모니터링을 실시해오고 있다. 대상유역의 기상자료 및 유역 특성자료를 바탕으로 모형의 입력자료를 구축하였고, 모형의 적용성을 평가하기 위하여 1997년과 1999년의 일 유출량 실측 자료와 CAT을 통해 모의된 값을 비교하여 보정하였고, 2000년 자료를 이용하여 검정을 수행하였다. 모형의 적용성은 모형의 보정과 검정에 대한 결과에 대한 통계적 변량을 이용하여 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.193-193
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• 2015

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2015

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.174-174
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• 2015

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.80-80
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• 2015

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.209-209
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• 2015

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.338-338
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• 2015

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.412-412
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• 2015

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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.358-358
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• 2016

본 연구에 앞서 가뭄에 따른 충청남도 서부권의 물 부족을 해결하기 위하여 금강 본류로부터 보령댐으로 일정 유량을 도수(diversion)하는 계획이 금강 본류에 미치는 수리적 영향을 1차원 비정상류 해석(unsteady flow analysis)을 통하여 분석하였으며, 본 연구에서는 수리모형 결과와 연계하여 수질 모형을 구축하여 금강 본류 수질에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 조위 영향에 따른 염도의 역류 모의를 위하여 전자해도와 위성영상자료를 활용하여 금강 하굿둑에서 외해 방향으로 약 9km에 이르는 모의 구간을 확장하였으며, 상류단의 진두수위표를 포함한 8개 지천의 유입유량 및 수질, 하구의 조위와 염도, 농공용수 취수시설의 취수량 및 회귀수 수질, 금강 배수갑문 운영, 대상 구간에 인접한 기상대의 기상자료 등을 고려하고 금강 본류를 따라 9개 수질측정소의 수질자료를 이용하여 모형의 보정을 실시하였다. 또한 대상 구간 내 2015년의 갈수기 유황 분석을 토대로 비선형 회귀분석식을 도출하여 2016년 갈수기 예측 유량과 함께 수질-유량 관계식을 도출하여 대상 구간의 수온, 염도, 용존산소(DO), BOD, 조류 등 영향을 분석하였다. 수온 분석 결과, 지점에 따라 2015년 유황 대비 평균 수온 1.79~3.83도, 최고 수온 1.74~4.30도 상승할 것으로 모의되었으며, 염도는 2016년 갈수기 동안의 금강 하굿둑 외해 염도는 담수 방류량의 감소로 전년 동기 대비 평균 53% 증가하는 것으로 모의되어 기수역 생태계에 상당한 영향을 줄 것으로 분석되었으며, 갈수기 동안의 금강 하굿둑 내수의 염도는 배수갑문 개방 빈도, 개방 시간, 개방 정도의 감소에 따른 해수 역류의 감소로 전년 동기 대비 크게 감소할 것으로 모의되었다. 용존산소는 2016년 갈수기 동안의 용존산소 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 4~11% 감소하는 것으로 모의되었으며, 2016년 갈수기 동안의 BOD 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 30~57% 증가하는 것으로 분석되었다. 조류는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 29~67% 증가하는 것으로 모의되었다. 유량의 감소에 따른 수온 증가 및 수질 악화의 영향이 있을 것으로 분석되나, 도수에 따른 영향은 상대적으로 제한적인 것으로 분석되었다.