• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.437-437
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• 2021

새만금유역의 용수이용체계는 농업용수를 중심으로 이루어져 있고, 대규모 관개시스템을 통해 하천수가 농업용수로 공급되고 있어 하천의 수질관리와 수생태계 보전에 어려움을 겪고 있다. 특히, 농업용수와 공업용수 대부분을 하천으로부터 확보하고 있는 만경강은 용담댐과 금강호와 같은 외부 공급원에 의존하고 있으며, 유역내 위치하고 있는 수원인 대아저수지와 경천저수지는 관개기에 대부분 유량을 농업용수로 공급하고 있어 하천유지유량 유지에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 만경강유역의 용수별 공급 및 이용체계에 따른 용수 확보방안을 검토하고 수질에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 이를 위해 유역내에서 용수 확보방안에 따른 시나리오를 구성하였고, 수역의 기작 등을 합리적으로 구현할 수 있는 수질예측 모델을 구축하여 본류구간의 수질변화를 예측하였다. 수질모의시 유황조건은 하천수질환경기준의 설정근거인 저수량(Q₂₇₅)과 평수량(Q₁₈₅)을 기준으로 하였고, 각 구간별 수리입력계수와 수질입력계수를 입력하여 보정하였으며, 보정 및 검증자료는 환경부 자료에서 기준유량의 ±20 % 내에 측정된 시기의 값을 활용하였다. 수치해석 결과, 저수량 조건에서 시나리오별 확보되는 유량증가에 의해 주요지점에서의 수질개선율이 평균 BOD 12.1 %, T-N 4.9 %, T-P 10.1 %, 평수량 조건에서 평균 BOD 4.7 %, T-N 4.1 %, T-P 5.6 %로 평가되어 본류구간의 유량이 증가할수록 수질이 개선되는 것으로 나타났다. 따라서 유역내 용수별 공급 및 이용체계에 따라 확보되는 유량을 효율적으로 이용한다면, 외부 수자원에 의존하지 않고 유역내에서 자체적으로 만경강 및 새만금호의 유입량을 확보뿐만 아니라 수질개선에도 기여할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.428-428
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• 2021

상수관망 내 수질사고는 매우 다양한 원인과 상황에서 시·공간적으로 광범위하게 발생가능하다. 일반적인 수질사고의 정성적 정의는 "정상적인 운영에 비하여 상대적으로 비정상적인 활동이나 행동에 의해 발생되는 수질문제"라고 할 수 있으나, 이는 매우 광의적이라 할 수 있으며 실제 현장에서는 발생 가능한 모든 수질사고 시나리오를 미리 예측하여 대비하기에 한계가 있다. 본 연구에서는 국외 및 국내 지자체, 그리고 K-water 등의 자료를 확보하여, 상수도 공급계통에서 발생한 수질사고 사례 및 발생 빈도 등을 분석하였다. 이를 상수도 관망 내에서 발생빈도가 잦고 피해영향이 큰 대표 수질사고 발생 시나리오 선정에 활용하였다. 과거 사례를 분석한 결과, 관망 내 대표적인 수질사고는 정상적 운영조건 (예, 정수처리문제에 의한 유출수내 고탁도 발생)뿐 만 아니라, 비정상적인 운영조건 (수계전환, 밸브조작 등에 의한 유속, 수압 변동에 의한 고탁도 발생)에서 발생 가능함을 확인하였다. 이와 같은 대표적 수질사고는 수리학적 조건의 변화에 따라 관망 내 수질이 변화되어 발생되므로, 수질사고의 현실적인 모의를 위해서는 합리적인 수리학적 관망해석이 수반되어야 한다. 상수관망 시스템의 수리해석 기법은 크게 수요기반해석(Demand Driven Analysis; DDA)과 수압기반해석(Pressure Driven Analysis; PDA)로 구분 가능하다. 기본적으로 정상적 운영조건은 수요기반해석의 수행이 적절하며, 비정상적 운영조건은 수압저하에 의한 수리적상태가 변동하므로 수압기반해석이 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 대표적 수질사고의 모의 시 필요한 적정수리해석 기법을 제안하고, 각 적정 해석기법 별 검·보정이 필요한 인자들에 대해 제시하였다. 이와 같은 수리해석 기법을 적절히 활용할 경우, 관망 내 탁수사고 발생 가능성이 높은 지점 등을 결정하는 방법론의 정확도가 높아질 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2007.05a
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• pp.223-226
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• 2007

수질모의를 위해 WASP7 수질모델 프로그램을 사용하였으며, 연구대상지역인 임하호의 일부분을 선정하여 수리${\cdot}$수문 조건적용 및 segment 를 구분하였다. 선정된 연구대상지역의 매개변수를 추정한 후 민감도 분석을 임의로 -50%, -25%, 0%, +25%, +50% 로 조정, 적용하여 민감도를 분석한 결과를 이용하여 장래 연구대상 지역의 수질모의 분석에 적용할 수 있으리라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.500-500
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• 2016

전국의 농업용 저수지 중 장기간 높은 유기물 및 영양염의 농도로 인해 부영양화가 우려되는 71개 저수지에 대하여 수질오염 및 퇴적물오염 특성을 분석하였다. 수질오염 특성 분석 결과, 평균농도가 COD 11.7 mg/L, TOC 6.8 mg/L, TN 1.844 mg/L, TP 0.101 mg/L, SS 18.1 mg/L, Chl-a 57.3 mg/$m^3$ 로 분석되었다. 조사 대상 저수지 71개 지구 중 COD 46.3 %, TN 84.4 %, Chl-a 63.7 %가 농업용수 수질기준 초과 저수지로 조사되었다. 또한 연구 대상지구의 주요 오염원으로 생활계오염원 31개 저수지의 COD 11.1 mg/L이며, 축산계오염원 40개 저수지의 COD 12.2 mg/L로 나타났다. 각 항목의 수질 결과에 대한 평균 오염도를 분석한 결과, 축산계 오염원이 생활계 오염원 저수지보다 부유물질(SS)을 제외하고 모든 항목에서 오염도가 높게 나타났다. 그러나 TN, TP는 오염원에 따라 크게 차이를 보이지는 않았으며, 축산계 오염원 저수지의 수질 오염도는 모든 항목에서 농업용수 수질기준을 초과하였다. 장기적인 수질오염 저수지에 대하여 퇴적물의 오염 특성을 조사하였으며, 퇴적물오염으로 인한 수질오염 영향관계를 조사 분석하였다. 퇴적물 오염 특성 분석 결과, 강열감량 10.5 %, 총질소 3,480 mg/kg, 총인 1,299 mg/kg으로 오염 수준이 전체적으로 높게 조사되었다. 생활계오염원 31개 저수지의 강열감량 9.8 %, 총질소 2,711 mg/kg, 총인 1,178 mg/kg이며, 축산계오염원 40개 저수지의 강열감량 11.1 %, 총질소 4,076 mg/kg, 총인 1,393 mg/kg로 나타났다. 수질 중 COD, TOC, TN, TP, SS, Chl-a의 오염도와 퇴적물중 강열감량, 총질소, 총인의 각 항목간 상관관계를 분석한 결과, 퇴적물 내 다른 항목에 비해 SS를 제외하고 총인이 모든 수질 항목과 정(+)의 상관관계를 나타내었다. 특히 퇴적물 중 총인과 수질의 TP가 가장 높은 상관성을 나타내는 것으로 조사되었는데, 이는 퇴적물 내 총인이 수질오염에 가장 많은 영향을 줄 수 있으며, 상호작용이 있음을 의미한다고 하겠다. 또한 수질의 TP 오염도에 따라 부영양화 및 조류의 활성화가 크게 영향을 받는다는 기존의 연구결과에 의하면 퇴적물 내 총인의 오염도가 부영양화와 조류 번식에 영향을 크게 미칠 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
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• 2010.06a
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• pp.306-311
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• 2010

수질모의에는 유속, 유량, 저수량, 체류시간의 자료를 비롯한 수심, 하폭, 유하거리, 수표면적과 등 다양한 수리학적 정보를 필요로 하며, 이러한 자료들은 수질모의의 기초자료로서 그 중요도와 활용도가 높게 나타나고 있다. 하지만 기초자료의 구축 방안 및 기준이 표준화되지 않아 각 기관별로 상이한 데이터를 보유하고 있으며, 기초자료의 선정에 따라 연구 결과가 달라지는 동 관련 연구의 신뢰도와 정확도에까지 영향을 미치고 있다. 이에 본 연구에서는 수질모의에 주로 쓰이는 1차원 수질모의에 필요한 수리학적 기초자료의 체계화된 구축방안을 마련하고, 이를 GIS 데이터로 정의한 한국형 Stream Reach File의 구축방안을 제시하고자 한다. 우선 기존에 구축된 미국 EPA Reach File 구축사례를 기초로 하여 관련 자료의 분석과 속성 내역을 파악하고 국내 실정에 적합한 방안을 제시하였다. 본 설계안에 사용되는 기초자료는 기존에 구축된 자료를 최대한 활용하였으며, 필요에 따라 데이터 편집 과정을 수행토록 하였다. 본 연구 결과를 따라 실제 Stream Reach File을 구축할 수 있으며, 이를 통해 관련 연구의 체계화된 기초자료의 제공이 가능할 것이다. 또한, 향후 오염원데이터와 연계하여 수질오염총량관리제를 지원할 수 있으며, 다양한 정보와 결합하여 다차원적인 수질모의도 가능할 것이다 나아가 Reach File에 대한 지속적인 연구를 통해 개선사항 및 보완점을 도출하여 보다 발전되고 완성된 한국형 수리기초자료를 구축하여야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.145-149
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• 2011

우리나라의 강우특성은 여름철인 6월~9월에 집중되며 대부분이 일시에 집중적으로 발생하여 하천을 통하여 호소 및 바다로 유입된다. 이러한 강우특성으로 여름철에 집중되는 강우로 인한 하천의 유량을 댐과 같은 수공시설물을 통해 저류시킴으로써 하류지역의 홍수피해를 예방하고 이용할 수 있는 물을 안정적으로 확보할 수 있도록 하고 있으나 대형 인공호의 유역에서는 인구 증가와 상업 및 공업화에 따른 토지이용이 변화함에 따라 오염물질의 유입이 증가하고 있는 추세이다. 댐이나 호소는 지표면에 고여 있는 수체를 말하며 물이 천천히 흐르거나 흐름이 전혀 없는 경우도 있다. 댐이나 호소에서는 장기간 수류의 지체현상이 발생하므로 발생하는 수체 및 수질의 문제가 하천과는 다르다고 할 수 있다(서동일 등, 2009). 호소의 물은 정체되어 있기 때문에 흐르는 물에 비해 자정능력이 부족하고 바닥에 퇴적된 유기물이 분해되어 수질에 나쁜 영향을 미치기 때문에 수질관리에 여러 가지 어려움이 따른다(박석순, 2009). 따라서 흐름방향 보다 수심방향으로의 특성이 강하게 작용하는 댐이나 호소에서는 3차원 수리 수질 모형의 적용이 타당하며 본 연구에서는 이를 위하여 EFDC를 적용하였다. 섬진강 유역의 경우 전체유역의 65.8%가 임야로 이루어진 산림유역으로 비교적 적은 양의 유역오염물질이 발생하지만 산불이나 벌채와 같은 산림의 손실은 홍수기 때 유역오염물질의 발생 및 유출을 증가시켜 주변수체의 수질을 악화시킬 우려가 있다. 이에 본 연구에서는 운암호 수질측정망 상류 유역면적인 $526.23km^2$에 대하여 토지변화 시나리오를 임야의 25%, 50%, 75%가 손실되어 나대지화 되었다고 가정하고, EFDC 모형을 이용하여 산림지역의 소실에 따른 토지피복 변화가 섬진강 댐 운암호의 수질에 미치는 영향 정도를 파악하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.102-102
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• 2017

갈수시 하천의 수질문제는 다양한 요인에 의해 발생하고 제어된다. 수질 그 자체는 상류나 지류의 점오염원과 비점오염원의 증가 또는 예상치 못한 추가적인 오염원의 유출에 직접 영향을 받으며, 조류 등의 발생도 영향인자인 수온 및 일사량 또는 바람에 의존적이다. 최근 수년간은 특히 빈번한 가뭄조건의 발생으로 인하여 갈수기의 강우 및 유출량이 저조하여 상대적으로 하천의 조류발생이 다수 발견되고 보고된 바 있다. 이와 같은 수질의 이상상태를 일시적으로라도 제어하기 위한 방편으로 유량의 증가, 인위적인 하천 수위의 변동 및 유속 변동 등이 고려될 수 있으며, 이를 위해서는 상류의 댐과 하천의 다기능보 등의 조절을 탄력적으로 수행하여야 한다. 이와 같은 시설물 운영효과는 수질문제의 원인을 근본적으로 해결하는 것은 아니지만, 이의 일시적인 효과를 극대화하기 위해서는 기존의 수리 수질 모델링이 이상 수질 발생시의 방제 및 사후분석 등을 중심으로 이루어진 부분을 넘어서, 사전 설정된 조건에 의한 예측모의와 가이드라인의 연계방식이 효과적일 것이다. 본 연구는 수질 이상이 빈번히 발생되었던 낙동강의 칠곡 하류 하천을 중심으로 2차원 CE-QUAL-W2 모형과 EFDC모형을 병행 모의하여 다기능보 인근의 표층과 저층의 수온(밀도) 성층화 및 이의 해소와 관련된 수리모의 및 수질인자에 대한 영향을 분석하였다. 수리모형 구축의 적정성은 현장의 실측 수온과 모의결과 비교를 통해 확인하였으며, 구축된 수리 수질 모델을 이용하여 추가방류량 3~23백만$m^3$ 규모에서 발생하는 수리적인 수층혼합 현상과 일시적으로 저감가능한 수질개선 효과가 의미있는 수준으로 나타날 수 있음을 예측하였다. 또한, 다기능보의 수문방류 모의시에 개방조건을 0.3~3.5m로 달리하여 방류기간 중 총방류량이 유사하더라도 최대방류량 또는 유속이 충분치 않은 경우에는 혼합효과가 급격히 감소함을 알 수 있었다. 연구에서 밝혀진 조건들을 향후 보다 효과적으로 수치모의하기 위한 방안으로서 EFDC모형의 내부경계조건을 다기능보의 문비조건(RSG, Lift 등)에 맞게 조정하는 방법을 제안하고 그 적용성을 검토한 뒤 모형을 부분 수정하여 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.208-208
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• 2023

북한강 유역은 대한민국을 대표하는 한강의 제1지류로 상류에 북한산이 위치하여 풍부한 자연환경과 생태계를 보유하고 있다. 해당 유역은 수력 및 다목적댐이 위치하여 수력발전과 수도권 물공급에 있어 중요한 역할을 하고 있다. 더욱이, 상수원보호구역으로 지정되어 있어 수질오염 예방을 위한 수질 관리가 필요하다. 기존 연구의 경우 북한강 유역 내 1개 다목적댐(소양강댐) 지점에 대한 수량 및 수질 매개변수 검·보정을 수행한 사례가 있으나 다목적댐 및 수력댐을 모두 고려한 사례는 없어 관련 연구가 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 활용한 북한강 유역 내 수량·수질을 분석 및 평가하고자 한다. 대상유역은 북한강 유역이며 저류를 하지 않는 평화의 댐을 제외한 5개 댐(화천댐, 춘천댐, 소양강댐, 의암댐, 청평댐)에 대해 모형에서 고려하였다. 자료평가기간은 1983년부터 2021년이며 기상 및 지형자료, 저수지 자료, 점오염원 자료를 입력자료로 활용하였다. Penman/Monteith 방법, SCS 방법, Muskingum 방법, 저수지 운영 방법(일 단위 관측 방류량 입력 및 목표 저수량 유지)을 활용하여 모형 모의를 수행하였다. 매개변수 검·보정은 수량(댐 유입량 및 방류량, 저류량) 및 수질(유사량, 총질소, 총인) 자료를 활용하여 수량 9개 지점과 수질 6개 지점, 댐 저수지 5개 지점을 중심으로 수행하였다. 수량 및 수질에 대한 도시적 및 통계적 평가를 통해 관측 및 모의 간의 정확도를 평가하였다. 평가결과, 수량은 임남댐의 영향을 받는 일부 댐을 제외한 대부분의 댐 유역에서 관측 및 모의 유량 간의 적합도가 우수하게 나타났다. 수질은 수량의 영향을 직접적으로 받아 일부 지점을 제외한 대부분 지점에서 관측 및 모의값 간의 적합도가 높게 나타났다. 검·보정 적절성 판단을 위한 정량적 평가결과, 수량의 경우 결정계수(R²) 0.64~0.94, 용적오차(PBIAS) 0.09%~15.77%로 적정한 것으로 나타났다. 수질의 경우 용적오차 0.00%~29.14% 사이로 적정범위 안에 포함된 것으로 나타났다. 본 연구결과는 기후변화와 연계하여 미래 기간의 수량 및 수질 분석 연구에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1641-1645
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• 2006

수문순환과 수질오염과정의 제반 기작들이 완벽하게 규명되지 않은 상황에서 인위적 또는 자연적 조건에 따른 수질의 평가는 수질모형으로서 추정하는 것이 유일한 대안이며, 다양한 관리대안에 따른 수질환경변화를 예측함으로서 합리적인 관리방안을 도출하는데 유용한 수단이 되고 있다. 현재 시행 중인 수질오염총량관리제에서 또한 수질모형은 핵심적인 역할을 담당하고 있으며, 보다 구체적으로는 단위유역의 목표수질을 결정하는 것에서부터 기본계획 또는 시행계획에 따른 오염부하량 등 환경요인의 변화와 이에 따른 목표수질 설정지점의 수질 변화 등을 모의하는데 이용되고 있다. 그러나 모형에 사용되는 입력 매개변수의 불확실성과 이에 관련된 수질 모형 자체의 불확실성은 수질오염총량관리제와 같이 많은 이해당사자가 관여된 정책의 결정 시에는 공학적으로 많은 부담으로 작용하고 있는 것 또한 현실이다. 실제로 미국의 오염총량관리제의 경우를 살펴보면 모형의 불확실성 분석이 전체 과정의 진행에서 가장 핵심적인 지위를 차지하고 있다고 볼 수 있다. 많은 연구들이 수질모형에 있어서의 불확실성을 정량화하기 위하여 수행되어 왔으며, 특히 미국의 오염총량관리계획의 수립 시에는 이러한 불확실성 분석을 토대로 하여 안전율을 산정하도록 되어있다. 그러나 이러한 연구들의 대부분은 수질모형의 매개변수 중 수질기작에 관련된 매개변수들(예를 들어, DO, BOD, N, P 등에 대한 반응계수)에 대한 연구에 집중되어 있다. 하천의 수질을 적절하게 모델링하기 위해서는 이러한 수질에 직접적으로 관련한 매개변수들 이외에 하천의 수리특성에 관한 올바른 이해를 바탕으로 그와 관련된 수리학적 매개변수들에 대한 연구가 뒷받침되어야 한다. 그동안 수행되어온 수질 모델링의 적용 사례를 살펴본 바에 따르면 하천을 모델링하기 위해서는 현장 특성 자료의 중요성, 특히 하천수리특성에 관련된 기초 자료의 가용성 여부가 모형의 성패에 매우 중요한 역할을 함을 알 수 있다. 이는 유량, 유속 및 폭과 깊이로 대변되는 하천 지형은 물질 이송에 대한 주요 외력 함수이며, 다른 모든 예측치들은 이들에 의존적일 수밖에 없기 때문이다. 따라서 이들의 정확한 표현은 올바른 수질 예측에 있어서 필수적일 수밖에 없다. 많은 모형매개변수들이 유속과 깊이에 의존적이나, 이들에 관한 정보는 종종 현장관측에서 조차 무시되는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 수질모형의 매개변수 중 특히 수리특성에 관련된 매개변수들이 수질에 미치는 영향을 파악하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 적용된 수질모형은 QualKo를 사용하였으며, 대상 하천은 낙동강 본류 경남구간 시점 부근인 회천 합류 전부터 낙동강 본류 경남구간 종점 부근인 밀양강 합류 전까지의 경남 오염총량관리 기본계획 시 구축된 모형 매개변수를 바탕으로 분석을 수행하였다. 일차오차분석을 이용하여 수리매개변수와 수질매개변수의 수질항목별 상대적 기여도를 파악해 본 결과, 수리매개변수는 DO, BOD, 유기질소, 유기인 모든 항목에 일정 정도의 상대적 기여도를 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 이로부터 수질 모형의 적용 시 수리 매개변수 또한 수질 매개변수의 추정 시와 같이 보다 세심한 주의를 기울여 추정할 필요가 있을 것으로 판단된다.