• 대한토목학회논문집
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• 제30권5B호
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• pp.459-469
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• 2010

본 연구에서는 GIS 공간자료(수치표고모델, 토지이용도, 토양도)와 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상에 의한 식생활력도를 이용하여 유역의 일단위 유출량을 모의하는 격자기반의 분포형 일유출 모형을 개발하고 그 적용성을 평가하였다. 모형은 격자단위로 지표유출, 중간유출 및 기저유출, 증발산량 그리고 토양수분의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있다. 모형은 크게 유출, 증발산, 토양수분의 3개 주요모듈로 구성하였다. 유출은 강우전의 토양수분을 추적하여 지표하 저류능을 계산하므로서, 총 유출체적에서 각 유출량을 배분하는 감수곡선을 도입하여 모의하도록 하였으며, 증발산은 MODIS 엽면적지수(Leaf Area Index; LAI)를 고려한 Penman-Monteith 증발산량을 산정하도록 하였다. 매일의 토양수분은 전일의 토양수분에서 당일의 유출량과 증발산량을 계산하는 물수지 방정식을 이용하여 추적하도록 하였다. 이 모형에 대한 적용성 평가는 유역면적 930 $km^2$의 용담댐 유역을 대상으로 수행하였다. 공간해상도를 1 km로 맞춘 GIS 입력자료(토지피복도, 토양도, 경계자료 등)와 RS 입력자료(LAI)를 구축하였으며, 2000년부터 2008년까지의 기상자료를 수집하여 IDW 방법으로 공간분포화 하여 모형에 적용하였다. 검보정은 유역 출구 지점의 유출량 자료를 모의치와 비교하여 수행되었고, 보정결과에 따른 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위한 목적함수로는 결정계수($R^2$)와 평균제곱근오차 (RMSE : Root Mean Square Error)를 사용하였으며, 모형의 효율성 검증을 위해 Nash와 Sutcliffe(1970)가 제안한 모형 효율성 계수를 사용하였다. 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.78~0.93로 모의치가 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 유출량 분포도는 강우와 토양에 매우 민감하게 모의 되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.105-109
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• 2009

강우유출수의 기저유출(base flow)이 지표수 수질에 영향을 미치는 것은 잘 알려져 있다. 이 논문에서는 기저유출로 발생하는 질산성 질소가 수질에 미치는 영향을 USGS의 PULSE 소프트웨어를 사용하여 월별 지하수 유출량을 수문 분리하였다. 2005년도 금강유역의 갑천2 지점의 지표수 수질 및 유량자료를 사용하였으며, 지하수 수질자료는 정부기관 측정자료를 사용 하였다. 갑천2 지점의 상류는 농지 및 임야가 대부분이다. 수문분리 결과, 봄과 가을에는 하천유량의 85~95%가 기저유출 기여량이며 여름과 겨울에는 25~38%가 기저유출 기여량으로 나타났다. 갑천2 지점에서 질산성 질소의 월별 기저유출 부하량은 유역내 지하수의 평균 질산성질소 농도를 이용하여 산정하였다. 갑천2 지점에서 기저유출되는 질산성질소 부하량은 5.4 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$로 추정되었는데, 이는 갑천2 지점의 지표수 질산성 질소 부하량인 9.2 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$의 59%에 해당하는 값이다. 기저유출되는 질산성질소의 계절변화는 월별 질산성질소 부하량을 월별기저유출량으로 나누어 구하였는데, 우기시 질산성 질소의 기저유출농도가 높은 것으로 나타났다. 이 연구를 통하여 지하수 수질 모니터링이 지표수 수질 관리에 필요함을 알 수 있다.

• 농업과학연구
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• 제10권2호
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• pp.324-333
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• 1983

장기유출해석(長期流出解析) 모형(模型)은 물수지(收支)에 그 기반(基盤)을 두고 있다. 하천(河川) 유출량(流出量)의 물수지(收支)를 강우량(降雨量), 증발산량(蒸發散量), 토양수분변화량(土壤水分變化量)으로 단순화(單純化)하여, 이를 강우량(降雨量)pan증발량(蒸發量), 전기유출량(前期流出量)의 변수(變數)로 회귀모형화(回歸模型化)하여 회귀계수(回歸係數)로 부터 다음과 같은 유역(流域) 수문반응(水文反應)의 일반화(一般化) 경향(傾向)을 모색하였다. 이들 회귀계수(回歸係數), $b_1$, $b_2$, $b_3$로부터 개괄적(槪括的), 정성적(定性的), 연역적(演譯的)으로 유역(流域)의 수문반응(水文反應)을 해석(解析)할 수 있었다. 물수지(收支) 회귀모형(回歸模型)의 특성(特性)은 다음과 같다. 1. 회귀계수(回歸係數) $b_1$은 강우중(降雨中)에서 차단(遮斷), 지표저류량(地表貯溜量) 및 하도손실(河道損失)을 뺀 직접유출성분(直接流出成分)으로, 수계별(水系別)로 하류지점(下流地點), 유역면적(流域面積)이 커짐에 따라 $b_1$값은 작아진다. 2. 회귀계수(回歸係數) $b_2$는 토양수분변화에 따른 유출 체(滯)를 나타내는 기저유출(基底流出)의 Index로 유역면적(流域面積)이 커지고 유역평균경사(流域平均傾斜)가 완만할수록 유역(流域)의 저류능(貯溜能)이 커지므로 $b_2$값도 커진다. 3. 회귀계수(回歸係數) $b_3$는 토양수분과 토양피복상태에 따른 유역증발산(流域蒸發散)에 의(依)한 손실(損失)을 나타내어 부치(負値)를 가지며 하류지점(下流地點), 유역면적(流域面積)이 커짐에 따라 지표(地表), 지하저류능(地下貯溜能)이 커지므로 $b_3$값도 커진다. 4. 강우일수(降雨日數)가 많은 달은 대체로 Pan증발량(蒸發量)이 적으므로 큰 유출(流出)이 발생(發生)하여 전(前)달의 유출(流出)이 많았으면 그 달에 강우(降雨)가 없어도 기저유출(基底流出)이 나타내는 등(等) 유출(流出)의 계절적변화를 해석(解析)할 수 있다. 5. 월(月) 유출(流出)에 대한 강우량(降雨量), 증발산량(蒸發散量) 토양수분변화(土壤水分變化)의 상대적(相對的) 기여도(寄與度)는 ${\beta}$ Coeff.의 백분율(百分率)로 나타내면 각각(各各) 80%, 11%, 9%이다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제12권5호
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• pp.19-32
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• 2007

우리나라에서 대표적으로 사용되어 온 지하수 함양량 산정방법은 지하수 감수곡선에 의한 기저유출분리법, 유역내의 집중형 개념모형에 의한 물수지 분석, 그리고 지하수위 변동곡선법으로 대별된다. 지하수 함양량은 기후조건, 토지이용 그리고 수문지질학적 불균질성에 따르는 시공간적인 변동성을 나타내므로 전술한 방법들은 이같은 특성을 다루기에는 많은 제약을 가진다. 이 같은 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 통합 지표수-지하수 모형인 SWAT-MODFLOW로부터 얻어진 물수지 성분을 기초로 한 새로운 함양량 추정방법을 제시하고자 한다. 하천변에 위치한 지하수위는 하천흐름과 유사한 동적변화를 나타내는 반면 보다 상류부에 위치한 지하수위는 강수에 대하여 일정한 지체현상을 나타낸다. 이와 같은 지하수위 변동의 특징은 함양의 물리적 특성과 관련되므로 이 같은 현상을 설명하기 위해서는 토양층을 통과한 물이 대수층 함양에 도달하는데 걸리는 시간적 지체를 설명하는 것이 필요하다. SWAT 모형에서는 주어진 날에 대해 물이 토양층을 통과하여 대수층으로 함양되는 과정을 설명하기 위해 지수형태의 감쇠가중함수를 가진 단일 저수지 저류 모듈을 사용한다. 그런데 이 모듈은 지체시간이 긴 경우나 추정된 함양의 시계열이 지하수위 시계열과 잘 맞지 않는 제한 사항을 가지므로, 본 연구에서는 비포화대를 통과하는 시간 지체를 보다 현실적으로 반영할 수 있는 다단 저수지 저류 추적 모듈을 개발하여 SWAT모형에 탑재하였으며, 이 모듈내의 시간지체와 관련된 매개변수는 관측지하수위와 모의 함양량의 상관관계를 검토함으로써 최적화가 이루어지도록 하였다. 본 연구방법의 최종 단계는 모의 지하수위와 관측 지하수위, 그리고 관측 유역유출량과 모의 유출량을 검증함으로써 종결된다. 새롭게 제안된 방법을 우리나라 미호천 유역에 적용하여 지하수 함양량의 시공간적 분포를 추정하였는데 제시된 방법이 유역 모형의 효율성과 지하수위 변동법의 정확성이라는 장점을 모두 가진 방법이어서 추정된 일 함양량은 수리지질학적 불균질성, 기후조건, 토지이용과 토양층과 대수층의 거동까지 반영한 매우 개선된 값으로 판단된다.

• 농업과학연구
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• 제7권2호
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• pp.131-144
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• 1980

수자원개발(水資源開發)의 계획(計劃) 및 설계(設計)를 위한 하천(河川)의 월유출량(月流出量) 추정방법(推定方法)인 전월단위(全月單位)의 사변수(四變數) 선형회귀모형(線型回歸模型)을 일반화(一般化)하여 유출량(流出量) 기록(記錄)의 Extension, 무계기(無計器) 하천(河川)의 유출량(流出量) 추정(推定) 등(等)에 이용(利用)할 수 있도록 하였으며 금강(錦江) 수계(水系)에 적용(適用)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 선형회귀모형(線型回歸模型)은 물수지방정식(收支方程式)을 중첩(重疊)의 원리(原理)가 적용(適用)되는 선형(線型)(linear)으로 취급(取扱)하여 통계적(統計的)으로 모형(模型)을 설정(設定)하고 유역(流域) Response의 물리적(物理的) System 및 그 변화(變化)를 연역적(演譯的)으로 정성적(定性的)(qualitatively), 개략적(槪略的)(lumped)인 해석(解析)을 하려는 것이다. 각(各) 회귀계수(回歸係數)들이 각(各) parameter들의 phisical properties의 의미(意味)를 내포(內包)하는 일종(一種)의 grey box로 해석(解析)하려는 statistically deterministic model이다. 2. 금강(錦江) 수계(水系)의 4개(個) 수문지점(水文地點)의 선형회귀모형(線型回歸模型)의 방정식(方程式)은 다음과 같다. 통계적(統計的) 기준(基準)에 따라 판정(判定)한 결과(結果) 고도(高度)의 유의성(有意性)이 있는 모형(模型)으로 판정(判定)되었으며 특(特)히 유출량(流出量) 기록(記錄)이 짧은 경우에도 이용(利用)할 수 있다. 각(各) parameter들의 회귀계수(回歸係數)는 유역면적(流域面積)에 따라 질서(秩序)있게 변화(變化)하는 것을 알 수 있다. 즉(卽) 강우량(降雨量)(Pn)의 경우 유역(流域)이 커질수록 interception, detention storage에 의(依)한 손실(損失)도 커지며, 토양수분변화량(土壤水分變化量) (Qn-1)의 경우 유역(流域)이 커질수록 유역(流域)의 저류능(貯溜能)이 커지므로 기저유출(基底流出)도 커지며, 증발산량(蒸發散量)(En)의 경우 유역이 커질수록 Coverage의 나지화(裸地化) 면적(面積)이 커지므로 증발산량(蒸發散量) 손실(損失)도 커진다. 3. 선형회귀모형(線型回歸模型)의 정성적(定性的)인 phisical properties가 유역면적(流域面積)에 따라 변화(變化)하는데 착안(着眼)하여 모형(模型)을 일반화(一般化)하여 수계별(水系別) 유역면적별(流域面積別)로 회귀계수(回歸係數)를 구(求)하여 무계기(無計器) 하천(河川)에서도 월유출량(月流出量) 추정(推定) 모형(模型)을 설정(設定)할 수 있게 하였다. 금강수계(錦江水系)의 선형회귀모형(線型回歸模型)의 일반화도표(一般化圖表)는 다음 Fig.10과 같다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권10호
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• pp.863-874
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• 2018

본 연구에서는 SWAT 모형과 random forest를 이용하여 미래 기후변화에 따른 한강유역($34,148km^2$)의 수생태계 건강성을 평가하였다. 국립환경과학원에서 8년간(2008~2015년) 봄철(4~6월)에 모니터링한 부착돌말류 지수(TDI), 저서형 대형무척추동물지수(BMI), 어류평가지수(FAI)는 0~100점, A~E등급으로 평가되며, 이를 본 연구에서 사용하였다. 수생태 건강성에 영향을 미치는 변수로는 수질(T-N, $NH_4$, $NO_3$, T-P, $PO_4$)과 수온을 선정하였으며, 수질 오염도가 낮은 경우에는 수생태계 건강성 점수가 광범위하게 분포되지만 수질 오염도가 높은 경우 수생태계 건강성 점수가 낮아지는 역상관관계를 확인하였다. 기계학습의 분류 분석 기법 중 하나인 random forest 모델을 이용한 세 개의 수생태 건강성 지수 등급분류 결과 정밀도, 재현율, f1-score 모두 0.81 이상의 예측 정확도를 나타내었다. 기상청의 HadGEM3-RA RCP 4.5와 8.5 시나리오를 적용한 미래 SWAT 수문, 수질 결과 기저유출의 증가로 인해 질소 계열 수질 농도는 기준년도 대비 최대 43.2% 증가하였고, 지표유출 감소로 인해 인 계열수질 오염도는 최대 18.9% 감소하는 것으로 분석되었다. 미래 FAI, BMI의 등급은 개선되는 경향을 보이지만 TDI는 등급이 악화되는 것으로 나타났다. 이를 통해 TDI는 질소 계열 수질에 민감하고 FAI, BMI는 인 계열 수질에 더 민감하다고 판단하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.8-9
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• 2011

On 4 September 2010 an earthquake of magnitude 7.1 on the Richter scale occurred on the Canterbury Plains in the South Island of New Zealand. The Canterbury Plains are an area of extensive groundwater and spring fed surface water systems. Since the September earthquake there have been several thousand aftershocks (Fig. 1), the largest being a 6.3 magnitude quake which occurred close to the centre of Christchurch on 22February 2011. This second quake caused extensive damage to the city of Christchurch including the deaths of 189 people. Both of these quakes had marked hydrological impacts. Water is a vital natural resource for Canterburywith groundwater being extracted for potable supply and both ground and surface water being used extensively for agricultural and horticultural irrigation.The groundwater is of very high quality so that the city of Christchurch (population approx. 400,000) supplies untreated artesian water to the majority of households and businesses. Both earthquakes caused immediate hydrological effects, the most dramatic of which was the liquefaction of sediments and the release of shallow groundwater containing a fine grey silt-sand material. The liquefaction that occurred fitted within the empirical relationship between distance from epicentre and magnitude of quake described by Montgomery et al. (2003). . It appears that liquefaction resulted in development of discontinuities in confining layers. In some cases these appear to have been maintained by artesian pressure and continuing flow, and the springs are continuing to flow even now. In spring-fed streams there was an increase in flow that lasted for several days and in some cases flows remained high for several months afterwards although this could be linked to a very wet winter prior to the September earthquake. Analysis of the slope of baseflow recession for a spring-fed stream before and after the September earthquake shows no change, indicating no substantial change in the aquifer structure that feeds this stream.A complicating factor for consideration of river flows was that in some places the liquefaction of shallow sediments led to lateral spreading of river banks. The lateral spread lessened the channel cross section so water levels rose although the flow might not have risen accordingly. Groundwater level peaks moved both up and down, depending on the location of wells. Groundwater level changes for the two earthquakes were strongly related to the proximity to the epicentre. The February 2011 earthquake resulted in significantly larger groundwater level changes in eastern Christchurch than occurred in September 2010. In a well of similar distance from both epicentres the two events resulted in a similar sized increase in water level but the slightly slower rate of increase and the markedly slower recession recorded in the February event suggests that the well may have been partially blocked by sediment flowing into the well at depth. The effects of the February earthquake were more localised and in the area to the west of Christchurch it was the earlier earthquake that had greater impact. Many of the recorded responses have been compromised, or complicated, by damage or clogging and further inspections will need to be carried out to allow a more definitive interpretation. Nevertheless, it is reasonable to provisionally conclude that there is no clear evidence of significant change in aquifer pressures or properties. The different response of groundwater to earthquakes across the Canterbury Plains is the subject of a new research project about to start that uses the information to improve groundwater characterisation for the region. Montgomery D.R., Greenberg H.M., Smith D.T. (2003) Stream flow response to the Nisqually earthquake. Earth & Planetary Science Letters 209 19-28.

• 한국지리정보학회지
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• 제22권2호
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• pp.82-96
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• 2019

본 연구는 금강유역을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 유역 수문 및 수질에 대한 유역건전성 (Watershed Healthiness)을 평가하였다. 유역 수문과 수질에 대한 건전성은 다변수 정규분포를 이용하여 0(불량)에서 1(양호)의 범위로 산정하였다. 유역 건전성 평가에 앞서, SWAT 수문 검보정 결과 5개 지점에 대한 11년(2005~2015) 동안의 하천유출량의 Nash-Sutcliffe 모델효율(NSE)은 0.50~0.77이었고, 3개 지점에 대한 suspended solid(SS), total nitrogen(T-N), and total phosphorus(T-P)의 결정계수($R^2$)는 각각 0.67~0.94, 0.59~0.79, 0.61~0.79이었다. 총 24년(1985~2008)에 대한 토지이용변화에 따른 유역 건전성 분석을 위하여 1985년, 1990년, 1995년 2000년, 2008년 5개의 토지이용자료를 준비하였다. 기준년도인 1985년 대비 2008년 SWAT 총유출은 불투수면적의 증가로 40.6% 증가하였고, 토양수분과 기저유출은 각각 6.8%, 3.0 % 감소하였으며, SS, T-N, T-P는 특히 농업활동으로 인해 각각 29.2%, 9.3%, 16.7% 증가하였다. 1985년 토지이용조건 대비 2008년의 유역 수문과 수질의 건전성은 각각 1에서 0.94와 0.69로 감소하였다. 본 연구의 결과는 과거 자연상태 대비 인간활동에 의한 유역 환경변화를 감지할 수 있을 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제56권2호
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• pp.139-153
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• 2023

이 연구는 경안천 유역의 상류로부터 하류까지 본류와 하위 소유역의 배출 지점에서 관측되는 경안천 내 질소함량의 시공간적 변화를 이해하고, 이러한 질소류의 기원을 확인하고자 수행되었다. 2021년 11월부터 2022년 11월까지, 분기별 현장 조사와 실내 수질분석, 질산염과 붕소의 환경동위원소 분석을 수행하였다. 경안천의 유량지속곡선을 도출하여, 건조 기간(2021년 12월 중순부터 2022년 6월 중순)과 습윤 기간(2022년 6월 중순부터 11월 초까지)을 설정하였다. 연구 지역에서의 총 질소(T-N) 농도는 월단위 시간적 변동을 기준으로 할 때, 건조 기간에 속하는 1~2월에 농도가 가장 높았다가 5~6월까지 지속적으로 낮아진다. 홍수기인 7~9월 이후 T-N의 농도가 낮아지는 소유역 단위 최상류 지점들(Group 1: MS-0, OS-0, GS-0)과, 반대로 높아지는 경안천 본류와 소유역 하류 지점들(Group 2: MS-1~8, OS-1, GS-1)이 분리된다. 공간적으로, 경안천 본류의 T-N 농도는 상류에서 하류로 갈수록 증가하는 경향성을 보이지만, 소유역인 오산천과 곤지암천이 각각 합류되는 지점에서는 이들의 유입에 의해 본류의 T-N 농도 값에 의해 본류의 농도가 높아지거나 낮아지는 영향을 받고 있다. 환경동위원소비를 통해 모든 시료의 질소가 분뇨(manure) 기원으로 규명되었고, 수리화학적 특성의 변화와 T-N 농도의 변화에서 경안천으로 분뇨 기원의 질소가 유입될 수 있는 기작으로, (1) 축산단지의 분뇨, 폐수의 강우에 의한 유입, (2) 환경기초시설 방류수를 통한 유입, (3) 농업 활동 과정에서 축적된 질소류의 지하수 기저유출을 통한 유입 등이 제시되었다. 궁극적으로 경안천 유역의 수질관리는, 공간적 관점에서 지류를 포함하는 소유역 단위의 오염원 관리가 필요하며, 오염총량 관리 측면에서는 하천 유량의 수문성분을 구분하고, 각각 성분의 유량과 수질을 모니터링 할 수 있는 시스템의 구축과 운용이 선결되어야 한다.

• 한국지리정보학회지
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• 제21권4호
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• pp.50-63
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• 2018

급격한 도시화를 겪으면서 자연적인 물순환 체계의 왜곡을 초래하였다. 이러한 물순환 구조의 변화는 기존 수자원 이용 경향을 변화시키며 하천 건천화 현상을 유발하고 있다. 이를 관리하기 위해 건천화 평가 및 예측이 가능한 하천 건천화 영향 평가 기술이 필요하다. 하천 건천화 영향평가 기술 수행을 위해서는 기초자료로써 GIS 기반의 공간자료 구축이 필수적이나, 관련 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 하천 건천화 평가를 위한 GIS 기반의 시계열 공간자료 활용에 대한 연구를 수행하였다. 이에 6개 하천 건천화 영향요소(기상, 토심, 산림밀도 및 높이, 도로망, 지하수 이용량, 토지이용)을 대상으로, 과거 수십년 간의 변화과정을 전국 단위 GIS 자료로 구축하여 연속수문모형 운용에 대한 기초자료로 활용하였다. 이러한 영향요소를 대상으로 시계열에 따라 하천 건천화 원인을 분석하고 해석할 수 있는 분포형 연속수문모형 기반의 DrySAT을 활용하여 하천 건천화 영향요소별 연유출량 및 건천화 평가를 수행하였다. 그 결과, 다른 요소들은 고려하지 않고 주어진 기상 조건하에 연유출량은 기본값 977.9mm로 산출되었다. 반면, 토심 감소, 산림 높이 증가, 도로 개발 증가, 지하수이용량 증가, 토지이용 개발변화를 고려하였을 때의 연평균 유출량은 각각 1,003.5mm, 942.1mm, 961.9mm, 915.5mm, 1003.7mm로 산출되었다. 산출된 결과는 하천건천화의 주요 원인으로서 지표유출량을 증가시켜 하천유량을 감소시키는 토심의 감소, 지표유출량을 감소시키는 산림 밀도의 증가, 지표하유출량을 감소시키는 도로의 증가, 기저유출량을 감소시키는 무분별한 지하수 개발과 지하수이용량의 증가, 지표유출량을 증가시키는 불투수지역의 증가를 들 수 있다. 또한, 하천 건천화 정의 및 등급 범위를 통해서 건천화 등급에 따라 표준유역별로 나타내었으며, 기상, 토심 감소 고려, 산림 높이 증가, 도로 개발 증가, 지하수이용량 증가, 토지이용 개발변화를 고려하였을 때의 건천화 등급은 각각 2.1, 2.2, 2.5, 2.3, 2.8, 2.2로 나타났다. 기본값인 강우조건을 제외한 5개 하천 건천화 영향요소에 대한 건천화 영향순위는 지하수 이용량 변화에 대한 건천화 영향이 제일 컸으며, 산림 밀도 변화, 도로 건설 변화, 토지이용 변화 및 토심 변화 순으로 나타났다. 향후 전국 하천 건천화 평가시스템 개발을 통해 6개 하천 건천화 영향요소에 대한 미래 자료 변화 및 이에 대한 건천화의 진행전망 등 시스템에 의한 평가결과를 토대로 맞춤형 하천 건천 관리 및 방지 방안을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.