• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.10-10
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• 2021

하천은 인간뿐만 아니라 다양한 생물이 서식하는 장소로 하천생태계 보전은 수많은 생물들에게 있어 중요한 요소이다. 1970년대의 국내 하천은 대부분 자연하천의 모습을 경제 성장과 더불어 도시화, 공업화 등으로 용수 수요가 급속히 증가함에 따라 기능 위주의 하천관리가 이루어졌으며, 이로 인해 하천유황의 장기적인 변화가 나타났다. 변화가 발생한 하천은 본래의 모습인 자연 하천으로 완벽하게 복원될 수 없다는 한계점이 있으나, 자연과 인간이 서로 유익하게 도움을 주는 양방향 관계로 발전한다면 하천의 기능도 유지하고 하천수생생물 보존에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 즉, 하천이 갖고 있는 하천공학적 기능을 최대한 유지하면서도 다양한 수생생물의 서식처의 기능도 되살아나게 해야하는 복합적인 목적을 갖고 있다. 하천 수생생물의 서식처 복원을 위해서는 하천생태계에 필요한 환경유량의 정량적인 평가와 확보방안 및 공급방안의 검토가 필요하다. 본 연구에서는 HEC-EFM(Ecosystem Function Model)을 활용하여 하천 수생생물의 서식조건을 고려한 환경유량을 산정하였다. 연구 대상유역은 2013년 김천부항댐이 준공된 감천유역을 연구대상유역으로 선정하였으며, 댐 건설에 따른 환경유량의 변화와 기후변화를 고려한 가까운 미래의 수문환경 변화 및 이에 따른 환경유량과 하천생태계 서식처 변화를 살펴보고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.370-370
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• 2023

수자원이란 인간의 생활이나 경제활동 및 자연환경 유지 등을 하는데 이용할 수 있는 자원으로서의 물을 말하며 효율적인 수자원의 활용을 위해서는 수문조사가 필수적이라고 할 수 있다. 수문조사는 강수량, 수위, 유량, 유사량, 증발산량, 토양수분량을 측정, 조사, 분석하는 것이라고 할 수 있으며 이 중 유량은 강우-유출 관계 규명, 이수, 치수 등을 위해 높은 정확도의 관측자료가 필요하다. 그러나 하천유량은 장기간 연속적으로 관측하는 것이 어려우므로 특성 횟수의 유량조사를 통해 수위-유량관계곡선식(Rating curve)을 개발하여 수위로부터 연속적인 유량을 산정하여 활용하고 있어 이를 개선하기 위해 전자파표면유속계를 활용한 자동유량측정장치를 개발하였으며 측정자료 분석 및 알고리즘 고도화를 통해 신뢰도 높은 유량을 산정하고자 하였다. 운동하는 물체에 의하여 산란된 전자파의 주파수가 변하게 되는 현상을 도플러 효과라고 하며 이때의 주파수의 변화량을 도플러 주파수라고 한다. 전자파표면유속계는 하천 수면으로 전자파를 발사한 후 물 표면에서 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하는 것으로 전자파표면유속계를 교량 상류 방향으로 고정시켜 설치하였으며 측정된 자료는 유량관측 시스템에서 저장, 관리되고 물리적, 통계적 방법이 적용된 알고리즘을 통해 유량을 산정한다. 산정된 유량의 정확도 확보를 위해 바람 영향, 최적 환산계수 재산정, 통계분석 등을 통해 시스템의 유량산정 알고리즘 개선 방안을 도출하였으며 개선된 알고리즘이 적용된 유량은 NSE(Nash Sutcliffe Efficiency), PBIAS(Percent Bias), RSR(RMSE-observations standard edviation ratio)을 통해 평가하였다. 바람 영향은 유량 관측 고도화 매뉴얼(일본 토목연구소)의 경험식과 현장에서 관측된 풍향·풍속을 활용하여 분석하였으나 개선효과가 미미한 것으로 나타났으며 자동으로 관측된 유량자료에 포함된 무작위적인 변화량을 감소시키기 위해 경향성 분석을 병행하여 이동평균 방법을 적용하였다. 또한 ADCP 등을 활용한 유량측정성과와 수위-유량관계곡선식과의 비교·분석을 통해 수위별 최적 환산계수를 산정하여 유량산정 알고리즘에 적용한 결과 NSE는 0.980, PBIAS는 1.580, RSR은 0.142로 모두 Very Good(높은 상관성)으로 분석되어 유량자료의 정확도를 확보하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.214-218
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• 2008

하천의 유황특성을 평가 하는 것은 하천생태계의 인위적인 변형을 이해하고 예측하는데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 댐 건설에 따른 하류하천의 영향을 분석하고자 수문변화 지표모형을 이용하여 용수 전용댐인 영천댐을 대상으로 댐 건설전 후의 유황변동을 분석하였다. 분석결과는 다음과 같다. (1) 월 평균유량은 갈수기와 홍수기 모두 댐건설 후 감소하였다. (2) 연 극치유량의 크기와 기간 분석결과, 댐 건설전 후의 1일 최소유량은 $3.48\;m^3/sec$와 $0.89\;m^3/sec$ 이였으며, 1일 최대유량은 $833.1\;m^3/sec$와 $672.1\;m^3/sec$ 이었다. (3) 연극치 유량의 발생시기 분석결과, 최소유량의 Julian Day는 댐 건설전 180 일(6월), 댐 건설 후 257 일(9월)이었으며, 최대유량의 Julian Day는 댐 건설전 209 일(7월), 댐 건설 후는 217 일(8월)에 발생하였다. (4) 홍수맥파의 빈도와 기간의 분석결과, 저맥파(Low Pulse)의 발생횟수는 댐 건설전 3회, 지속기간은 23 일, 댐 건설 후에는 7회, 지속기간 61 일 이었으며, 고맥파(High Pulse)의 발생횟수는 댐 건설 전 4회 지속기간은 2 일, 댐 건설후에는 2회 1.2 일로 분석되었다. (5) 변화율과 빈도의 분석결과, 상승율은 댐 건설 전, 후의 각각 39.27 %와 19.36 %로 댐 건설 전에 수문변동이 크게 발생하였으며, 감소율은 각각 -15.85 %와 -8.16 %로 분석되었다. (6) 분산정도를 변동계수로 분석하였으며, 1일 최소 최대유량은 0.9054에서 0.6314와 1.0440에서 0.9617로 모두 감소하였으며, 연 극치유량 발생시기는 댐 건설전 후 최소유량은 0.269에서 0.282, 최대유량은 0.069에서 0.153으로 댐건설이후 변동계수가 증가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.176-176
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• 2017

배수시설 내 맨홀에서의 과부하 흐름은 관거시설의 배수 능력을 저하시켜 우수의 역류로 인한 도시 침수피해의 가중 요인이 된다. 특히, 도시 유역 중 하류부의 저지대에서 주로 설치되는 합류 맨홀은 저지대 침수에 많은 영향을 미치므로 합류맨홀에서의 흐름특성 분석 및 유입유량 변화에 따른 손실계수의 변화에 관한 연구가 필요한 실정이다. 현재까지 중간맨홀, $90^{\circ}$ 접합맨홀 및 3방향(T형) 합류맨홀 등에 관한 연구는 지속적으로 수행되고 있으나 4방향 합류맨홀에 관한 연구는 기초적인 연구만 수행되고 있다. 4방향 합류맨홀은 세 개의 유입관과 한 개의 유출관으로 구성되어 있으므로 각 유입관의 유입유량 변화에 따라서 맨홀에서의 손실계수가 다양하게 변화된다. 이와 같은 유입유량 변화에 따른 맨홀 내 흐름특성 분석 및 손실계수 산정에 관한 연구는 국내에서는 전무한 실정이다. 그러므로 유입유량 변화에 따른 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 변화특성의 분석이 필요하다. 본 연구에서는 4방향 사각형 합류맨홀에서 세방향에서 유입되는 각 유입유량의 유입비($Q_{in}/Q_{out}$)가 0.0~1.0으로 변화하는 조건에서 평균 손실계수를 산정하기 위하여 하수도시설기준(환경부, 2011)의 표준 1호 맨홀 및 연결관경을 1/5로 축소하여 수리실험 장치를 제작하였다. 유출유량은 $3{\ell}/sec$이고 각 유입관(주유입관 및 좌 우측면유입관)의 유입유량을 $0{\sim}3{\ell}/sec$까지 유입유량의 비율을 각각 10%씩 변화시키면서 수리실험을 실시하였다. 실험결과 주관거의 유입유량이 줄어들고 측면관거의 유입유량이 늘어나면서 손실계수가 상승하는 것으로 나타났으며, 한쪽 측면 관거에서만 유입유량이 들어오는 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 형태에서 손실계수가 가장 크게 나타났으며, 유입유량 변화에 따른 4방향 합류맨홀에서의 손실계수의 범위는 0.5~1.7으로 산정되었다. 이는 과부하 4방향 사각형 합류맨홀에서는 측면 유입관에서의 유입유량의 증가에 따라 평균 손실계수 값이 크게 증가되는 것으로 판단된다. 이는 김정수(2010) 등이 산정한 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 손실계수 및 중간맨홀의 손실계수와 유사하게 나타났으므로 전체적인 손실계수의 범위는 타당하다고 판단된다. 또한, Wang(1988) 등의 유사연구와의 유입유량 변화에 따른 손실계수의 변화 경향도 유사하였다. 따라서 본 연구에서 산정된 유입유량 변화 조건이 고려된 4방향 합류맨홀에서의 손실계수는 XP-SWMM 등의 부정류 흐름이 고려된 도시지역의 침수해석이나 관거 배수능력 평가에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.279-283
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• 2018

하천의 조도계수는 흐름에 대한 하도의 저항 정도를 표시하는 지표로서, 하천의 다양한 수리 계산을 실시할 때 가장 중요한 기본 자료 중 하나이다. 이러한 조도계수는 하도의 형상, 하상 재료, 유량의 크기 등에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 하천의 유량 규모에 따른 조도계수의 변화 정도를 수리 실험과 수치 모의를 통해 간접적으로 검토하였다. 유량 조건별 수리 실험은 한국건설기술연구원의 하천실험센터 내 직선 수로에서 수행하였고, 수치 모의는 HEC-RAS를 이용하였다. 유량 조건은 하천실험센터의 펌프 가동의 정도를 고려하여 5개로 구분하였고, 각각의 유량 조건에 대하여 유량을 실측하였다. 실측에 따른 유량의 규모는 $0.23{\sim}1.91m^3/s$로 나타났다. 각각의 유량 조건에 대하여 수치 모의의 검증을 위해 6개 지점에서 수위표와 초음파 수위계를 이용하여 수위를 계측하였고, 이 가운데 최하류 지점의 수위는 HEC-RAS 모형의 하류단 경계조건으로 이용하였다. 실험 하도 구간의 총 연장은 372 m 이고, 횡단구조물이 없는 지점을 제외하면 대부분 20 m 간격으로 총 21개의 하천 단면을 입력하여 HEC-RAS를 구성하였다. 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 모형은 5개 수위 계측 지점의 수위 오차가 최소화되도록 조도계수를 변화시켜 보정되었다. 그 결과, 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 결과의 평균 오차는 0.01~0.02 m로 계산치와 관측치가 매우 근사하였다. 결정된 조도계수는 0.041~0.075의 범위를 가지는 것으로 분석되었고, 유량의 증가에 따라 큰 폭으로 감소하다가 특정한 값에 수렴하는 것으로 검토되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.932-932
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• 2012

하천의 유량은 우리나라 수자원의 주요 구성원이므로 그 자료는 수자원 분야의 기초자료로서 매우 중요한 역할을 한다. 하천의 유량을 알기 위한 연속적인 측정은 많은 비용과 인력 등으로 의해 현실적으로 어려운 일이다. 따라서 하천 수위와 측정된 유의 관계를 도시한 수위-유량관계곡선식(Stage-Discharge Rating Curve)으로 통상 유량을 산정하고 있다. 수위-유량곡선은 하천의 수자원의 계획 및 관리, 홍수예보, 수리시설물의 설계 등에 이용되고 있다. 그러나 하류에 보와 같은 구조물이 존재하는 경우 단순 수위-유량관계곡선식으로 유량을 환산하는 경우, 배수영향으로 인해 환산유량은 실제유량과 큰 차이가 나게 된다. 본 연구에서는 배수영향이 있는 곳의 동일수위에서 유량변화의 가장 큰 요인인 수면경사임을 착안하여 동일 수위에 대한 실제 현장의 수면경사와 유량관계 분석을 통해 수위-하강고-유량 관계를 정량적으로 파악하여 환산유량 편차를 줄이고자 하였다. 현장 지점은 창녕 합천보와 함안 창녕보 사이에 위치한 적포교 지점으로서 보의 수문개폐여부에 따른 수위-하강고-유량관계 분석을 통해 유량을 환산하고 현재 운영되고 있는 자동유량 측정치와 비교하였다. 단순 수위-유량곡선을 통해 환산한 유량 값과 하강고를 고려한 환산유량을 자동유량 측정치와 비교한 결과 각각 39.85%와 5.04%의 표준오차를 보여, 보다 정확한 환산유량 값을 구할 수 있었다. 따라서, 본 연구결과는 하류 보등 시설물이나 본류흐름 등에 의한 배수영향을 받는 지점에서의 환산유량을 기존보다 정확히 산정할 수 있는 방법을 제시하였다는데 그 의의가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.391-391
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• 2011

대규모 유역의 하천유량은 수많은 인위적 활동의 영향으로 자연상태의 유량과 다른 형태를 지니고 있다. 특히 하류지점의 유량은 상류유역에 위치한 대규모 저류시설물인 댐의 영향, 광역상수도 시설에 의한 유역내외로의 물이동, 하천수 취수 및 회귀 등과 같은 일련의 인위적 요인에 의하여 조절된 유량인 것이다. 유역의 수자원 평가 및 계획을 위해서는 이러한 인위적 요인들이 하천 유량에 미치는 영향에 대한 평가가 합리적으로 이루어져야 한다. 따라서, 본 연구에서는 낙동강 유역을 대상으로 댐운영, 물이동, 하천수 취수 및 회귀 등과 같은 인위적 요인을 고려하여 장기유출해석을 수행하였다. 인위적 요인에 의한 월별, 계절별 유량 변화량 및 유황변동 분석을 통하여 낙동강 유역의 장기적인 유출현황을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.416-416
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• 2015

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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.257-257
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• 2019

최근 기후변화에 따른 대응을 위해 기존 수자원 활용의 고도화 및 배수능력 증대를 위해 다양한 방안이 추진되고 있으며, 그에 따라 기존 개수로에 신규 수로를 연결하여 합류와 분류를 시키는 사례가 증가하고 있다. 특히 신규 개수로 연결을 위한 분류부 형상은 관련 설계기준, 분류유량의 규모, 해당 지점의 하상변동 경향, 지형여건, 흐름 분류시설 및 구조물의 형태(양수펌프장, 스크린이나 수문, 암거설치)와 같은 구조적 요인 등에 의해 달라지지만, 이와 관련된 연구가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 분류부 평면형상 변화에 따른 분류유량비와 흐름분리구역 분포 등에 대한 흐름특성을 분석하고 이수와 치수계획 수립 등에 활용하고자 한다. 본 연구에서는 TELEMAC-2D 모형을 이용하여 주수로 상류 유입흐름의 프루우드 수가 0.74, 0.52인 두 흐름에 대해 형상변화 폭을 주수로 폭(B)의 1B, 주수로 형상변화를 급확대, 점진적 확대 구간길이를 1B~3B로 변화시키며 분류유량비(분류수로 유입유량/상류 유입유량)와 흐름분리구역의 위치와 크기 등에 대한 분석을 수행하였다. 분류부 상류 유입흐름의 프루우드 수가 0.74, 분류유량비는 0.33인 흐름은 주수로 형상변화 구간길이가 1B 일 때 0.44~0.46, 3B일 때 0.54~0.60으로 점차 분류유량비가 증가한다. 반면 상류 유입흐름의 프루우드수가 0.52, 분류유량비가 0.52인 흐름은 주수로 형상변화 구간길이가 1B일 때 0.77~0.82에서 3B일 때 0.70~0.80으로 점차 분류유량비 증가율이 감소하는 경향을 나타내게 된다. 주수로 형상변화 폭을 0.5B, 1B로 달리하여 수로 형상변화를 시킨 경우 분류유량비 증가율은 각각 135~162%, 134~176%로 나타났으며, 이는 수로 형상변화 폭보다 변화구간 길이가 더 큰 분류유량비 변화에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 흐름분리구역은 상류 유입흐름의 프루우드 수가 0.74인 경우 수로형상 변화구간과 분류수로 입구에 형성되지만, 상류유입흐름의 프루우드 수가 0.52인 경우 수로형상변화 구간과 주수로 하류에도 형성된다. 수치실험 결과 동일수로 폭 직사각형 $90^{\circ}$ 분류수로에서 분류부 평면형상의 변화에 따라 주수로 하류방향흐름의 관성력은 감소하는 반면 분류수로로 향하는 횡압력경사와 흐름분리구역 발생위치 변화로 인해 분류 수로내 통수능이 증가하여 분류유량비가 급격하게 증가하게 된다. 또한 분류부 상류 유입흐름의 관성력이 작은 경우 분류부 평면형상 변화시 주수로 하류방향에서도 흐름분리구역이 형성되고 주수로 종방향 수위가 상승함에 따라 분류흐름 계획수립 시 세심한 주의가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.62-62
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• 2011

한강하구지역의 강화해협은 한강, 임진강과 예성강의 강물이 흘러들어오는 하구형 수로로서 폭이 좁고, 유속이 매우 빠른 특성을 갖는다. 또한 조류(潮流)의 영향을 강하게 받아 상당량의 유량을 경기만으로 내보내고, 한강의 상류로부터 유입되는 상당량의 물질이 하구로 운반되어 침전하여 쌓이거나 하류의 외해로 배출하는 역할을 한다. 본 연구에서는 한강하류부에 위치한 강화해협의 유 무에 따른 한강과 임진강의 흐름특성 변화를 분석하였다. 수치모의를 위해 복잡한 하구지역의 물의 흐름해석이 가능한 일차원적인 모델링 도구인 MIKE 11 모형을 이용하여 정류 및 부정류 해석을 실시하였다. 상류경계조건은 홍수 시 방류량이 크게 증가하는 홍수기 유량과 조위의 영향을 많이 받는 평수기 시 유량으로 설정하였고, 하류경계조건은 평수기를 비롯하여 홍수기에도 임진강과 한강의 유량에 영향을 미치는 서해 조위로 설정하였다. 강화해협의 폐쇄에 따른 수위 변화의 영향은 홍수기 시 실제 강우 사상을 모의 하였을 때 최대 8.21% 수위가 상승하였으며, 200년 빈도 계획홍수량을 모의한 결과로는 정류 해석의 경우 최대 8.25%의 변화율을 보였고, 부정류 해석의 경우 최대 13.08%의 변화율을 보였다. 평수기는 창조기에 수위 변화가 적었던 반면 낙조기에는 창조기에 비해 수위 변동이 심하게 일어나는 것으로 나타났다. 추후 강화해협 뿐만 아니라 해양생태계의 중요한 가치를 지니고 있는 한강하구의 다른 수로에 의한 영향을 분석함으로써 수로의 중요성을 평가하고, 2차원 수치해석 등을 통한 다양한 분석을 실행하여, 홍수 및 해양환경 훼손으로부터 하구 환경을 보호하는 보다 정량적인 대응체계가 정립되어야할 것으로 사료된다.