After the dissolution of the Soviet Union, the Kra-Araks Basin (KAB) became an international river basin with respect to the South Caucasus states of Armenia, Azerbaijan, and Georgia. However, there are no agreements regarding water allocation, water quality, or ecosystem maintenance among the aforementioned riparians. The main water problems in the basin include not only water quantity and quality, but also the lack of joint management. The aforementioned countries share many similar circumstances: location in a politically unstable but strategic region bureaucratic and structural issues; and more importantly, ongoing ethnic and related conflicts. Despite these obstacles, the countries recognize that they depend greatly on the basin, whose waters they must share. To that end, they proposed and participated in the joint NATO-OSCE South Caucasus River Monitoring (SCRMP) project between 2002 and 2009.The SCRMP sought to investigate and characterize the surface water quality in the KAB by providing equipment and training to all three countries. Several years' worth of water quality data were collected in the KAB: major ions; heavy metals; POPs (persistent organic pollutants); and radionuclides; The North Atlantic Treaty Organization (primary funder) and the Organization for Security and Co-operation in Europesupported the SCRMP not only to build capacity but also to promote cooperation and minimize conflict over water and other resources, thus providing a measure of security for Europe and other regions. The South Caucasus is a strategically-important region, functioning as a bridge between Asia and Europe. Energy-rich Azerbaijan seeks to become a key player in trade by serving as a transportation and energy hub between the energy and mineral-rich Central Asian KUT countries (Kazakhstan, Uzbekistan, and Turkmenistan) and Western Asia, Europe, and other areas. The presentation will summarize the scientific results of the SCRMP, elucidate the regional water-energy-security nexus, discuss future work in the region, and explain why the world needs to be concerned about the KAB and the entire South Caucasus.

On March 11 in 2011, off the Pacific coast of Tohokua huge earthquake of Magnitude 9.0 occurred. This presentation reports the earthquake, the ensuing tsunami and the devastating damages caused by them. The epicenter was approximately 72 km east of the Oshika Peninsula of Tohoku, with the hypo-center at an underwater depth of approximately 32 km. Owing to this earthquake, strong quakes were observed in eastern Japan with the levels 6 and 7 on the Japanese scale. The earthquake triggered extremely destructive tsunami wave, which attacked the very wide range of eastern Japan coast. The earthquake and ensuing tsunami caused severe damage to levees and embankment along the coasts and rivers. Those water-related damages are reported in this presentation. The Fukushima No. 1 Nuclear Power Plant was also damaged by the earthquake and ensuing tsunami. From the crippled nuclear power plant, appreciable quantities of radioactive material were emitted to the surrounding environment. Those substances which emitted to air may fall on the ground together with raindrops and runoff to rivers. Elucidation of those processes is the task which our hydrological society should undertake.

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.

The Rio Grande Compact Commission, in collaboration with local water management entities, water users and universities established a three state Rio Grande The Rio Grande Compact Commission, in collaboration with local water management entities, water users and universities established a three state Rio Grande Salinity Management Program. The objectives of the Rio Grande Project Salinity Management Program are to reduce salinity concentrations, loading, and salinity impacts in the Rio Grande basin for the 270 mile river reach from San Acacia, New Mexico to Fort Quitman, Texasto increase usable water supplies for agricultural, urban, and environmental purposes. The focus of this first phase of the program is the development of baseline salinity and hydrologic information and a preliminary assessment of the economic impacts of salinity. An assessment of the economic impacts of salinity in this region was conducted by scientists at Texas A&M University's AgriLife Research Center at El Paso and New Mexico State University. Economic damages attributable to high salinity of Rio Grandewater were estimated for residential, agricultural, municipal, and industrial uses. The major impact issues addressed were: who is being affected the types of economic impacts the magnitude of economic damages overall and by user category and identification of threshold-effect levels for different types of water use. Salinity concentrations in this 270 mile reach of the river typically range from 480 ppm to 1,200 ppm, but can exceed 3,000 ppm in the lower section of this reach. Economic impacts include reductions in agricultural yields, reduced water appliance life, equipment replacement costs, and increased water supply costs. This preliminary economic assessment indicates annual damages of $10.5 million from increased water salinity. Under current water uses, municipal and industrial uses account for 75% of the total estimated impacts. However, agricultural impacts are based on current crop pattern yield reductions and, salinity leaching requirements and do not account for the impacts of reduced revenue from having to grow salinity tolerant, lower value crops. Actual damages are anticipated to be significantly higher with the inclusion of these additional agricultural impacts plus the future impacts from the growing population in the region. A more comprehensive economic analysis is planned for the second phase of this program. Results of the economic analysis are being used to determine the feasiblity of salinity control alternatives and what salinity reduction control measures will be pursued.

Groundwater in the Waikatoregion is a valuable resource for agriculture, water supply, forestry and industries. The 434,000 ha study area comprises the upper Waikato River catchment from the outflow of Lake Taupo (New Zealand's largest lake) through to Lake Karapiro (a man-made hydro lake with high recreational value) (Figure 1). Water quality in the area is naturally high. However, there are indications that this quality is deteriorating as a result of land use intensification and deforestation. Compounding this concern for decision makers is the lag time between land use changes and the realisation of effects on groundwater and surface water quality. It is expected that the effects of land use changes have not yet fully manifested, and additional intensification may take decadesto fully develop, further compounding the deterioration. Consequently, Environment Waikato (EW) have proposed a programme of work to develop a groundwater model to assist managing water quality and appropriate policy development within the catchment. One of the most important and critical decisions of any modelling exercise is the choice of the modelling platform to be used. It must not inhibit future decision making and scenario exploration and needs to allow as accurate representation of reality as feasible. With this in mind, EW requested that two modelling platforms, MODFLOW/MT3DMS and FEFLOW, be assessed for their ability to deliver the long-term modelling objectives for this project. The two platforms were compared alongside various selection criteria including complexity of model set-up and development, computational burden, ease and accuracy of representing surface water-groundwater interactions, precision in predictive scenarios and ease with which the model input and output files could be interrogated. This latter criteria is essential for the thorough assessment of predictive uncertainty with third-party software, such as PEST. This paper will focus on the attributes of each modelling platform and the comparison of the two approaches against the key criteria in the selection process. Primarily due to the ease of handling and developing input files and interrogating output files, MODFLOW/MT3DMS was selected as the preferred platform. Other advantages and disadvantages of the two modelling platforms were somewhat balanced. A preliminary regional groundwater numerical model of the study area was subsequently constructed. The model simulates steady state groundwater and surface water flows using MODFLOW and transient contaminant transport with MT3DMS, focussing on nitrate nitrogen (as a conservative solute). Geological information for this project was provided by GNS Science. Professional peer review was completed by Dr. Vince Bidwell (of Lincoln Environmental).

The radar observation system in Japan is operated by two governmental groups: Japan Meteorological Agency (JMA) and the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (MLIT) of Japan. The JMA radar observation network is comprised of 20 C-band radars (with a wavelength of 5.6 cm), which cover most of the Japan Islands and observe rainfall intensity and distribution. And the MLIT's radar observation system is composed of 26 C-band radars throughout Japan. The observed radar echo from each radar unit is first modified, and then sent to the National Bureau of Synthesis Process within the MLIT. Through several steps for homogenizing observation accuracy, including distance and elevation correction, synthesized rainfall intensity maps for the entire nation of Japan are generated every 5 minutes. The MLIT has recently launched a new radar observation network system designed for flash flood observation and forecasting in small river basins within urban areas. It is called the X-band multi parameter radar network, and is distinguished by its dual polarimetric wave pulses of short length (3cm). Attenuation problems resulting from the short wave length of radar echo are strengthened by polarimetric wavelengths and very dense radar networks. Currently, the network is established within four areas. Each area is observed using 3-4 X-band radars with very fine resolution in spatial (250 m) and temporal (1 minute intervals). This study provides a series of utilization procedures for the new input data into a real-time forecasting system. First of all, the accuracy of the X-band radar observation was determined by comparing its results with the rainfall intensities as observed by ground gauge stations. It was also compared with conventional C-band radar observation. The rainfall information from the new radar network was then provided to a distributed hydrologic model to simulate river discharges. The simulated river discharges were evaluated again using the observed river discharge to estimate the applicability of the new observation network in the context of operations regarding flood forecasting. It was able to determine that the newly equipped X-band polarimetric radar network shows somewhat improved observation accuracy compared to conventional C-band radar observation. However, it has a tendency to underestimate the rainfall, and the accuracy is not always superior to that of the C-band radar. The accuracy evaluation of the X-band radar observation in this study was conducted using only limited rainfall events, and more cases should be examined for developing a broader understanding of the general behavior of the X-band radar and for improving observation accuracy.

Statistics of extreme rainfall play a vital role in engineering practice from the perspective of mitigation and protection of infrastructure and human life from flooding. While flood frequency assessments, based on river flood flow data are preferred, the analysis of rainfall data is often more convenient due to the finer spatial nature of rainfall recording networks, often with longer records, and potentially more easily transferable from site to site. The rainfall frequency analysis as a design tool has developed over the years in New Zealand from Seelye's daily rainfall frequency maps in 1947 to Thompson's web based tool in 2010. This paper will present a history of the development of New Zealand rainfall frequency analysis methods, and the details of the latest method, so that comparisons may in future be made with the development of Korean methods. One of the main findings in the development of methods was new knowledge on the distribution of New Zealand rainfall extremes. The High Intensity Rainfall Design System (HIRDS.V3) method (Thompson, 2011) is based upon a regional rainfall frequency analysis with the following assumptions: $\bullet$ An "index flood" rainfall regional frequency method, using the median annual maximum rainfall as the indexing variable. $\bullet$ A regional dimensionless growth curve based on the Generalised Extreme Value (GEV), and using goodness of fit test for the GEV, Gumbel (EV1), and Generalised Logistic (GLO) distributions. $\bullet$ Mapping of median annual maximum rainfall and parameters of the regional growth curves, using thin-plate smoothing splines, a $2km\times2km$ grid, L moments statistics, 10 durations from 10 minutes to 72 hours, and a maximum Average Recurrence Interval of 100 years.

As a method of countermeasure to bed degradation and armoring phenomena of bed material in the downstream area of dam reservoirs, sediment augmentation (replenished sediment) has been carried out in many Japanese rivers. In general, bed of the replenished sediment site is composed of rocks, because the site is located in the downstream area of the dams and sediment supply is very small. Bed deformation process has been researched by many researchers. As a method of countermeasure to bed degradation and armoring phenomena of bed material in the downstream area of dam reservoirs, sediment augmentation (replenished sediment) has been carried out in many Japanese rivers. In general, bed of the replenished sediment site is composed of rocks, because the site is located in the downstream area of the dams and sediment supply is very small. Bed deformation process has been researched by many researchers. However, most of them can treat movable bed only and cannot be applied to the bed deformation process of sediment on rocks. If the friction angle between the sediment and the bed surface is assumed to be the same as the friction angle between the sediment and the sediment, sediment transport rate must be smaller without sediment deposition layer on the rocks. As a result, the reproduced bed geometry is affected very well. In this study, non-equilibrium transport process of non-cohesive sediment on rigid bed is introduced into the horizontal two dimensional bed deformation model and the model is applied to the erosion process of replenished sediment on rock in the Nakagawa, Japan. Here, the Japanese largest scale sediment augmentation has been performed in the Nakagawa. The results show that the amounts of the eroded sediment and the remained sediment reproduced by the developed numerical model are $56300m^3$ and $26800m^3$, respectively. On the other hand, the amounts of the eroded sediment and the remained sediment measured in the field after the floods are $56600m^3$ and $26500m^3$, respectively. The difference between the model and field data is very small. Furthermore, the bed geometry of the replenished sediment after the floods reproduced by the developed model has a good agreement with the measured bed geometry after the floods. These results indicate that the developed model is able to simulate the erosion process of replenished sediment on rocks very well. Furthermore, the erosion speed of the replenished sediment during the decreasing process of the water discharge is faster than that during the increasing process of the water discharge. The replenished sediment is eroded well, when the top of the replenished sediment is covered by the water. In general, water surface level is kept to be high during the decreasing process of the discharge during floods, because water surface level at the downstream end is high. Hence, it is considered that the high water surface level during the decreasing process of the water discharge affects on the fast erosion of the replenished sediment.

Climate change is impacting and will increasingly impact both the quantity and quality of the world's water resources in a variety of ways. In some areas warming climate results in increased rainfall, surface runoff, and groundwater recharge while in others there may be declines in all of these. Water quality is described by a number of variables. Some are directly impacted by climate change. Temperature is an obvious example. Notably, increased atmospheric concentrations of $CO_2$ triggering climate change increase the $CO_2$ dissolving into water. This has manifold consequences including decreased pH and increased alkalinity, with resultant increases in dissolved concentrations of the minerals in geologic materials contacted by such water. Climate change is also expected to increase the number and intensity of extreme climate events, with related hydrologic changes. A simple framework has been developed in New Zealand for assessing and predicting climate change impacts on water resources. Assessment is largely based on trend analysis of historic data using the non-parametric Mann-Kendall method. Trend analysis requires long-term, regular monitoring data for both climate and hydrologic variables. Data quality is of primary importance and data gaps must be avoided. Quantitative prediction of climate change impacts on the quantity of water resources can be accomplished by computer modelling. This requires the serial coupling of various models. For example, regional downscaling of results from a world-wide general circulation model (GCM) can be used to forecast temperatures and precipitation for various emissions scenarios in specific catchments. Mechanistic or artificial intelligence modelling can then be used with these inputs to simulate climate change impacts over time, such as changes in streamflow, groundwater-surface water interactions, and changes in groundwater levels. The Waimea Plains catchment in New Zealand was selected for a test application of these assessment and prediction methods. This catchment is predicted to undergo relatively minor impacts due to climate change. All available climate and hydrologic databases were obtained and analyzed. These included climate (temperature, precipitation, solar radiation and sunshine hours, evapotranspiration, humidity, and cloud cover) and hydrologic (streamflow and quality and groundwater levels and quality) records. Results varied but there were indications of atmospheric temperature increasing, rainfall decreasing, streamflow decreasing, and groundwater level decreasing trends. Artificial intelligence modelling was applied to predict water usage, rainfall recharge of groundwater, and upstream flow for two regionally downscaled climate change scenarios (A1B and A2). The AI methods used were multi-layer perceptron (MLP) with extended Kalman filtering (EKF), genetic programming (GP), and a dynamic neuro-fuzzy local modelling system (DNFLMS), respectively. These were then used as inputs to a mechanistic groundwater flow-surface water interaction model (MODFLOW). A DNFLMS was also used to simulate downstream flow and groundwater levels for comparison with MODFLOW outputs. MODFLOW and DNFLMS outputs were consistent. They indicated declines in streamflow on the order of 21 to 23% for MODFLOW and DNFLMS (A1B scenario), respectively, and 27% in both cases for the A2 scenario under severe drought conditions by 2058-2059, with little if any change in groundwater levels.

The appraisals of hydrology model behavior for flow and water quality are generally performed through comparison of simulated data with observed ones. To perform appraisal of hydrology model, some criteria are often used, such as coefficient of determination ($R^2$), Nash and Sutcliffe model efficiency coefficient (NSE), index of agreement (d), modified forms of NSE and d, and relative efficiency criteria NSE and d. These criteria are used not only for hydrology model estimations also for various comparisons of two data sets; This NSE has been often used for SWAT calibration. However, it has been known that the NSE value has some limitations in evaluating hydrology at watersheds under monsoon climate because this statistic is largely affected by higher values in the data set. To overcome these limitations, the SWAT auto-calibration module was enhanced with K-means clustering and direct runoff/baseflow modules. However the NSE is still being used in this module to evaluate model performance. Therefore, the SWAT Auto-calibration module was modified to incorporate alternative efficiency criteria into the SWAT K-means/direct runoff-baseflow auto-calibration module. It is expected that this enhanced SWAT auto-calibration module will provide better calibration capability of SWAT model for all flow regime.

The purpose of this research aims to evaluate the emergence of new business mode in the Chinese water market since the mid-2000s - Transfer-Operate-Transfer(TOT) Projects. The study pays special attention to the case of the Hefei Wangxiaoying Wastewater Treatment TOT Project, which was awarded to the consortium of Berlin Water International and its Chinese partner in late 2004. The consortium secured an exclusive operating right for 23 years on the basis of a TOT scheme and would take responsibility of all the profits and losses in the operation of the plant. The total investment for the transfer amounted to RMB 491 million(US$70 million). The price was more than 288% of the original value, RMB 170 million (US$24 million). The project can be regarded as a successful case because of the following three causes. First, the Hefei government followed a series of standardized procedures in the international bidding, which ignited best-performed international players' competition for the project. Second, the project will bring in cutting-edge operation skills and management know-how. Third, the government succeeded in raising public asset values, and thanks to this, the government is able to consider other similar projects not only in the water sector but also other sectors in public utility services. Nevertheless, Berlin Water's point of view, there are several challenges. First, the company took a risk to pay such a large amount of cash to the Hefei government. Although such premium can be recouped in the operation period of 23 years, whether or not the company would be able to recover the initial investment and realize profits is in question due to an uncertainty of socio-political circumstances in China. Second, Berlin Water should expect a steep rise of water tariffs over the contract period in order to get the investment back. Water pricing is still a sensible matter to Chinese authorities, and therefore, it is uncertain if such rise of water tariffs would be possible. Third, the TOT mode leads to creation of a large amount of cash to government officials, which might have caused corruption between those who are involved in TOT deals. Then, the final contract fee would soar, which often results in the burden of normal customers. As discussed, the TOT mode has drawn much attention of foreign investors as a new alternative to enter into the Chinese water market. But it is important to note that foreign investors should be aware of possible risks in water TOT projects, which reflects some features of the Chinese political economy landscape and social norms. The Hefei case indicates that benefits can overshadow risks in TOT projects, which will continue to attract foreign investors that are dedicated to establishing their strongholds in the Chinese water market.

Many Asian countries are suffered from various problems on water, which include the need for increased access to improves water supplies and sanitation through investments in infrastructure and capacity building, the balances water management system between development and ecosystem, and the need to reduce the human populations'vulnerability to water-related disasters, in particular, from climate variability and evolution. Decison makers are the most influential people in policy making and solving global water problems is central issue in eradicating poverty and achieving sustainable development (MDG). They across the world form an integral part of the architecture of national or regional governance. Their role covers a range of decision-making processes including passing legislation, scrutinizing government policy, and representing citizen through the election. We must ensure that these quiet but important issues get the political space, financial priority and public attention they deserve. Regional bodies such as the EU have also enacted legislation which introduces rules on water quality and other enforceable mattera across state boundaries. With this growing body of laws and policies on water issues, the role of decision makers is growing. Recognizing this role, decison makers' platform is essential to provide an opportunity to discuss crucial water issues in each country or region and for the purpose "2010 Parliaments for Water in Asia" has planned and organized to investigate our common issues and goals. During the meeting, we have an opportunity to observe water policy of Bangladesh, Bhutan, China, Mongolia, New Zealand and the Philippines and share the views on what needs to be done to move forward by decision makers for the future of water. In conclusion, the process of developing the decision makers' platform in each region would be ultimately essential point to increase the awareness of the developed and developing countries' roles, knowledge to clarify roles and responsibilities of each stake holders and finally be a major actor for resolving not only water challenges also issues of human settlements.

기존의 빈도해석(frequency analysis) 방법은 자료의 정상성(stationarity)을 가정하고 있다. 즉, 자료 분포가 기상에 영향을 받는 정도가 통계적으로 유의하지 않다는 것을 의미하는데 최근의 관측값들은 주기를 나타내거나 증가, 감소하는 경향을 자주 보이고 있고 이는 정상성에 대한 가정이 더 이상 유효하지 않음을 의미한다. 본 연구는 최근 증가경향이 두드러지게 나타나고 있는 관측 연최대 일강우량을 대상으로 증가 변동점(changing point)을 탐색하였다. 이를 위하여 Barry and Hartigan이 1999년에 제안한 BCP (Bayesian Change Point) 방법을 우리나라 전체 강우 관측지점에 적용하였다. 적용 결과, 2000년대를 기준으로 이전의 관측값과 통계적 특성이 다른 관측값들이 많이 발생하는 것을 알 수 있었다. 향후, 매개변수와 시간의 회귀분석(regression analysis)으로 확률분포형의 미래 매개변수를 구하는 비정상성 빈도해석 방법 적용시, BCP 결과로 얻은 변동점을 바탕으로 회귀분석의 구간을 적절하게 선택한다면 계산된 결과의 신뢰성이 더욱 향상되리라 본다.

우리나라는 국토의 60% 이상이 산지로 이루어져 있다. 최근 산지하천 유역에서 발생한 홍수와 토석류 등에 의해 많은 인적 물적 피해가 발생하고 있다. 현재 산지하천 유역은 유량자료에 비해 강우관측 자료는 비교적 많이 축적되어있으며, 최근에는 레이더를 이용한 강우관측도 지속적으로 이루어져 강우특성을 분석하는 것은 용이하다. 이에 비해서 산지하천 유역의 하천 유량에 대한 자료는 부족하거나 자료가 있더라도 결측치가 많고 보유연한이 분석에 필요한 만큼 충분하지 못하다. 또한 산지하천 유역의 유출특성을 분석하기 위해서는 강우관측 자료와 수위자료로부터 환산된 유량자료가 필수적인 인자이나 산지하천 유역의 수위관측소는 설치 및 유지관리 등의 어려움으로 인하여 유량자료가 상대적으로 부족한 실정이다. 이와 같은 제약을 해소하기 위해서는 많은 비용과 시간이 소요되므로 단 시간 내에 해결하는 것은 쉬운 일이 아니다. 따라서 유역의 물리적 특성을 이용하여 임의의 지점의 설계홍수량을 손쉽고, 정확하게 산정할 수 있다면 산지유역의 홍수와 토석류에 의해 발생하는 홍수 피해에 대한 대책을 마련하는데 큰 도움이 될 것이다. 일반적인 통계적 회귀분석은 여러 분야에서 널리 적용되고 있으나, 산지하천 유역의 강우-유출해석의 경우 관측자료의 수가 적고 발생하는 사상이 애매한 경우가 많아 일반적인 통계학적 선형 회귀분석을 적용하는 데 어려움이 많다. 이와 같은 어려움을 해결하기 위해 본 연구에서는 fuzzy regression 기법을 사용하였다. Fuzzy regression 기법의 하나인 possibilistic 모형을 사용하여 주어진 관측값과 산정값의 오차를 최소화함으로써 모형의 fuzziness를 최소화하였다. fuzzy regression 기법을 사용하면 변수들 간의 애매한 관계를 쉽게 해석하고 관측값과 산정값의 오차를 최소화하여 연구목적에 적합한 결과를 도출할 수 있다. 산지유역에서 발생하는 홍수는 많은 인명 및 재산피해뿐 아니라 사회 및 경제적 측면, 환경 및 생태계 그리고 인간의 정신적인 측면까지도 깊이 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서 제안한 fuzzy regression 기법을 사용한 홍수량 산정기법을 통해 임의 지점의 빈도별 설계홍수량을 보다 신속하고 정확하게 산정하여 수공구조물의 설계에 적용하면 집중호우에 의해 발생하는 피해를 최소할 할 수 있을 것으로 기대된다.

최근 기후변화에 따라 강우의 패턴이 변화하고 있다. 강우일수는 줄어드는 반면, 강우강도는 증가하여, 홍수로 인한 많은 피해에 직면하고 있다. 이러한 기상이변은 홍수방어시스템을 위한 수공구조물에도 많은 영향을 미친다. 수공구조물을 설계할 때, 일반적으로 강우 기록들의 통계적 특성이 정상성을 가진다고 가정한다. 하지만 최근의 강우 자료를 분석하면, 시간에 따라 평균, 분산, 왜곡도와 같은 기본 통계량이 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, 수공구조물의 설계를 위한 확률 강우량은 이러한 기후변화에 따른 자료의 특성을 반영할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 강우 자료의 비정상성의 특성을 이용하여 확률강우량을 산정하는 것이다. 최근 비정상성 강우빈도해석에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이들 연구는 대부분 목표연도까지 경향성의 기울기가 증가, 또는 일정하다고 가정한다. 하지만, 현재는 경향성이 있지만, 목표연도에는 경향성이 없을 경우도 있고, 또는 경향성이 있어도 그 기울기가 적어지는 경향을 보일 수도 있다. 본 연구에서는 현시점과 목표연도의 시점에 대한 경향성 기울기의 변화를 고려하여 비정상성 강우빈도해석을 수행하였다. 대상지점 선정은 통계적 경향성 검정, Mann-Kendall test를 이용하여 1994년(현재시점)에 경향성이 있다고 판단되는 관측지점을 대상지점으로 선정하였다. 분석 방법은 24시간 임계지속시간의 연최대강우자료를 구축하였다. 자료를 현시점까지 선형회귀식을 이용하여 잔차 계열을 산정하고, Gumbel 분포를 이용하여 확률 잔차를 산정하였다. 확률강우량을 추정하기 위해 추세요소를 산정하였다. 기울기의 증가 혹은 감소 경향을 회귀모형을 이용하여 추세요소를 산정하였고, 잔차의 확률빈도와 추세요소의 합으로 비정상상 확률강우량을 산정하였다.

우리나라의 지점들은 강우자료 관측기간이 다른 나라에 비해 상대적으로 짧고 50년이 넘는 지점이 적기 때문에 지점빈도해석에 의한 확률강우량 추정시 불확실성을 내포하는 문제점을 갖고 있다. 또한, 긴 재현기간에 대한 확률강우량 추정시 더 큰 불확실성이 내포되는데 이러한 이유로 짧은 강우 관측기간의 문제를 보완하고자 지역빈도해석 기법에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 전국의 838개소 지점자료로부터 지속기간별 연 최대 강우자료를 추출하였으며, FORGEX 기법의 절차에 따라 확률강우량을 추정하고자 하는 대상지점을 중심으로 네트워크를 구성하였다. 강우자료에 대하여 자료 이상치 보정 후 지속시간별 연 최대강우량 자료를 추출하여 신뢰성 있는 자료를 구축하였다. 구축된 자료를 토대로 중앙값(median)을 이용하여 표준화하였으며 자료 보존기간이 상대적으로 긴 대상지점들을 중심으로 네트워크를 형성하였다. 네트워크별로 pooled points 자료와 netmax 자료를 매년마다 추출하여 구축하였고 이 자료를 이용하여 성장곡선을 유도한 뒤 긴 재현기간에 대한 확률강우량을 구하였다. 또한, 우리나라 강우자료의 지역빈도해석에 적합한 모집단 성장곡선으로부터 netmax 자료의 분포 위치를 조사하기 위하여 강우지점자료를 토대로 기존의 영국에서 사용된 $lnN_e$식이 아닌 새로운 $lnN_e$식을 산정하여 FORGEX기법을 적용하였다. $lnN_e$식은 GEV분포를 토대로 기상청 산하 545개소 지점자료를 이용하여 산정하였다. 지점빈도해석과 FORGEX 그리고 새로운 $lnN_e$식이 도입된 FORGEX기법을 적용하였고, 긴 재현기간에 대한 확률강우량 값을 비교 분석하였다.

치수는 고대국가로부터 현재의 국가에 이르기까지 중차대한 국가사업이다. 근대를 지나면서 산업화가 가속화되었고 수자원의 사용과 관리는 더욱 세분화 되었다. 또한 수자원의 사용과 관리에 앞서 기후와 밀접한 관계가 있는 수자원의 물리적 특성을 분석하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 우리나라도 급격한 산업화로 인한 환경파괴와 지구온난화로 인한 강수의 편중이 더욱 심해지고 있다. 즉, 한반도도 전 세계가 직면한 기후변화로 인한 자연재해로 부터 안전하지 않다는 것을 의미한다. 특히 수자원을 관리함에 있어 가뭄의 경우에는 장기적으로 진행되는 경우가 많고 피해 규모와 복구 등도 가뭄의 진행 기간과 밀접한 관계를 가지므로 적극적인 대비가 필요하다. 따라서 가뭄을 연구함에 앞서 과거 한반도의 가뭄의 경향성 및 주기성 같은 특성을 분석할 수 있는 연구가 수반되어야 할 것으로 사료된다. 이에 따라 본 논문에서는 과거 한반도 가뭄 사상의 특성분석을 위해 대표 가뭄지수로 SPI(Standardized Precipitation Index)와 PDSI(Palmer Drought Severity Index)를 선정하여 우리나라 전역에 위치한 총 59개 기상관측소의 1980년~2009년까지의 기상자료를 수집하여 유역별 월평균 가뭄지수를 산정하였다. 또한 이를 이용하여 가뭄발생의 경향성 및 주기성을 중심으로 과거한반도 가뭄의 통계학적 특성분석을 실시하였다. 각 지수의 경향성을 분석한 결과, SPI3와 SPI6는 봄과 겨울에는 가뭄이 심화되는 경향을 보였고 여름철에는 가뭄이 완화되는 경향을 보였다. 반면 SPI12의 경우는 섬진강과 영산강은 유의하지는 않으나 전 기간에 걸쳐 가뭄이 심화되는 경향을 보였고 한강, 낙동강, 금강유역은 가뭄이 완화되는 것으로 나타났다. PDSI의 경우에는 SPI와는 반대로 섬진강과 영산강은 전 기간에 걸쳐 가뭄이 완화되는 경향을 보였고 한강, 낙동강, 금강유역은 유의한 수준에서 가뭄이 심화되는 경향을 보임으로써, SPI와 PDSI에 의한 가뭄평가 경향성이 유역별로 다소 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 각 유역의 주기성을 분석한 결과로는 모든 유역에서 1년~3년 또는 6년 이하의 주기성을 나타냈으며, SPI의 경우 지속기간이 길어질수록 6년 이상의 저빈도 주기성을 나타냈고, SPI3는 짧게는 1년 미만의 고빈도 주기를 보이는 경우도 있었으며, SPI6와 SPI12는 4년~6년 주기를 나타냈다. 또한 PDSI도 마찬가지로 6년 내외의 장주기를 보였다. 특히 유역별로 분석할 경우 남부지역의 가뭄발생 주기가 중부지역보다 길게 나타나는 성향을 보였다. 그리고 SPI와 PDSI, 두 가뭄지수의 공통주기를 분석한 결과에서는 상관관계가 적은 것으로 확인 되었다.

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형은 물리적 기반의 준분포형 강우-유출 모형으로서, 대규모의 복잡한 유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 유출과 유사 및 오염물질의 거동에 대한 토지관리 방법의 영향을 예측이 가능하여, 수자원 관리 계획 및 유역관리를 위한 의사결정 지원 등 그 적용 범위가 매우 광범위하다. 이러한 모형의 적용성 검증을 위해서는 매개변수 민감도 분석 및 검 보정, 예측 불확실성 분석을 필요로 한다. 최근 수문 모델의 불확실성을 분석하기 위한 다양한 기법들이 개발 되었는데, 본 연구는 충주댐 유역(6,581.1 m)을 대상으로 유역출구점의 실측 일 유출량 자료(1998~2003)를 바탕으로 SWAT 모형의 유출관련 매개변수(총 18개)에 대한 불확실성 분석을 실시하였다. 이때 사용된 분석 기법으로는 SUFI2 (Sequential Uncertainty FItting algorithm 2), GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation), ParaSol (Parameter Solution)등을 적용 하였다. 이러한 기법은 모두 SWAT-CUP (SWAT-Calibration Uncertainty Program, Abbaspour, 2007) 모형에 탑재되어있으며, 모형의 결과로써 검 보정, 매개변수의 민감도 분석, 각종 목적 함수 및 불확실성의 범위 등이 자동으로 산출 되므로 모형의 사용자가 불확실성 평가 기법의 분석 및 비교를 손쉽게 할 수 있다. 그 결과 대표적인 목적 함수인 결정 계수( $^2$)와 NSE (Nash-Sutcliffe Model Efficiency)는 모두 0.65에서 0.92사이의 값을 나타내어 대체적으로 모의가 잘 이루어졌음을 알 수 있었다. 그러나 불확실성의 범위를 나타내는 지표인 p-factor 및 r-factor에서는 평가 기법 별로 그 차이가 확연하게 드러났다. 여기서 p-factor는 불확실성 범위에 실측치가 포함되는 비율이며, r-factor는 불확실성의 상대적인 범위로 각각 1과 0에 가까울수록 모의 기법의 성능이 우수함을 의미한다. 세 가지 알고리듬 중에서 SUFI2의 p-factor가 약 0.51로 가장 높게 나타났으며, ParaSol의 r-factor가 0.00으로 가장 작게 나타났다. 여기서 p-factor는 불확실성 범위에 실측치가 포함되는 비율이며, r-factor는 불확실성의 상대적인 범위를 의미한다. 본 연구의 결과는 SWAT 모형을 이용한 수문모델링에서 수문분석에 따른 예측결과의 불확실성을 정량적으로 평가함으로서, 모형의 적용성 평가 및 모의결과의 신뢰성 확보에 근거자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

현재 우리나라는 수자원의 안정적인 확보와 효율적인 관리를 위하여 20년 단위의 수자원장기 종합계획을 수립하고 있으며, 향후 발생가능한 물의 과부족을 평가하는 물수급 분석을 통해 최적의 수자원관리 계획을 수립하고 있다. 하지만, 현재의 수자원장기종합계획에서는 미래 물수급 전망을 단일 값으로 제시하는 확정론적 기법을 적용하고 있으며, 과거 유출패턴이 미래에도 똑같이 재현된다는 가정 하에 물수급 분석을 수행한다. 이는 기후변화의 불확실성에 따른 물공급 시나리오의 다양성을 고려하지 않는 것을 뜻하며, 현재 다양한 GCM(Global Circulation Model)을 통해 제시되고 있는 미래 수자원 변동 전망을 물수급 분석에 반영하지 않고 있음을 말해 주는 것이다. 따라서, 본 연구에서는 기후변화에 따른 미래 자연유출량의 불확실성을 반영할 수 있는 물수급 전망 기법을 제안코자 한다. 먼저 국내유역에 적합한 GCM 시나리오들을 선정하였으며, 스케일상세화(downscaling) 기법을 통해 한강유역 중권역별 강우량, 증발산량 등의 일 단위 미래 수문기상 자료를 구축하였다. 다음으로, 앞서 구축한 기상자료를 개념적 강우-유출 모형인 TANK 모형에 입력하여 중권역별 미래 유출량을 산정하여 각 시나리오별 미래 유출량 변화를 전망하였다. 물수급 분석 모형으로는 한국건설기술연구원에서 미국 SEI-B와 제휴하여 개발한 통합수자원평가계획모형인 K-WEAP을 사용하였으며, 물수급 분석 결과를 바탕으로 중권역별 물공급 지수를 산정하여 제시하였다. 현재 대부분의 기후변화 연구에서는 GCM 시나리오를 직접 적용한 결과를 바탕으로 미래 수자원 전망 결과를 제시하고 있는데, 여기에는 GCM 자체의 불확실성은 물론 과거 관측 자료를 입력자료로 하는 기존 연구 방법론으로 부터의 급진적인 변화에 따른 연구 연속성의 문제 또한 존재한다. 따라서 본 연구에서는 GCM 유출량 시나리오의 직접 적용 대신 과거 유출 시나리오별 가중값을 산정하여 반영함으로서 GCM 모의 결과의 불확실성을 저감하는 방안을 제안하였다.

해마다 반복되는 수해를 대비하여 배수펌프장을 설치하고, 취수보를 철거하는 방법으로 수해예방시스템을 고도화 시키고 있지만, 증가하는 홍수량에 대한 대비책으로는 역부족이다. 따라서, 홍수 피해에 대한 선제적 대응방안으로 강변저류지를 설치하여 상습 침수구역에 대한 대비가 진행되고 있다. 강변저류지 설치를 통해 유역의 홍수량을 분담하고 인접지역의 침수피해를 예방하는 역할을 기대할 수 있다. 국내에서도 영월군의 상습침수구역에 대한 대비책 중 하나로 국토해양부 및 강원도가 함께 영월강변저류지 조성공사를 추진하고 있다. 영월군은 지난 2002년과 2003년에 태풍 '루사'와 '매미'로 인해 심각한 피해를 입었으며, 2006년 집중호우시에도 현재 저류지 예정지역인 방절리 일대와 영월읍 시가지, 북쌍리 등이 대규모로 침수피해를 입은 바 있다. 해당 저류지의 총 넓이는 68만 8천 $m^2$로 물 290만 $m^3$을 가두어 둘 수 있는 규모이다. 하지만, 영월 강변저류지의 저류용량이 290만 $m^3$에 불과해 홍수예방 효과가 미흡하다는 지적이 잇따르고 있다. 따라서, 적절한 수문운영을 통해 홍수저감량과 저류효과를 증대시키는 홍수예방 방안을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 유전알고리즘의 적용을 통하여 강변저류지에 설치된 수문의 운영 방법을 개선함으로써 홍수저감량을 최대화하고자 하였다. 수리 수문학적 모형인 HEC-RAS, HEC-I 모형을 연계 운용하여 평창강 유역을 대상으로 수문분석, 홍수유출량 분석, 하류 하천의 홍수영향 분석 결과를 도출하였다. 강변저류지 설치로 인하여 저류지 직하류부를 기준으로 약 $131\;m^3/s$의 첨두홍수량 저감 효과가 발생하는 것으로 검토되었지만, 본 연구에서 제안된 최적화 기법이 적용된 수문운영 방법을 병행하여 운영한다면 추가적으로 $24\;m^3/s$를 저감하는 효과를 얻을 수 있다. 효율적으로 저류지를 운영하여 홍수피해를 사전에 방지하고 나아가 다른 저류지 유역에도 본 연구를 적용하여 홍수피해를 줄이고 합리적으로 용수를 이용하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

가뭄은 홍수와 같이 단기간에 피해를 발생시키는 것이 아니라 장기간에 걸쳐 서서히 진행되므로 그 심각성을 인식하기 어렵고 국가 차원의 대책 또한 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 가뭄의 발생특성을 파악하기 위해 기상학적 가뭄지수를 산정하여 가뭄빈도해석을 실시하였다. 빈도해석방법은 weibull분포를 이용한 매개변수적 방법과 경계핵밀도함수(Boundary Kernel Density Function)를 이용한 비매개변수적 방법을 병행하여 재현기간별 가뭄심도를 산정하였다.

현재 우리나라 기상청에서는 단기, 중기 및 장기 예보자료를 생산하고 있으나, 이들 자료는 단순히 일기 예보에 치중되어 생산되고 있어 강우-유출해석에 직접 적용하기에는 시 공간 해상도가 크고 정량적 강수예측의 정확도가 미흡하다. 이에 기상 및 수자원분야에서는 정확도 개선을 위해서 관측강우와 예측강우의 비교 분석을 통해 편차를 산정하여 예측강수를 보정하는 기법을 적용하고 있다. 다만, 기존의 편차보정방법은 보정인자로 강수량만을 고려하기 때문에 정확도 개선에는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 수자원분야의 수치예보자료의 정확도를 향상시키기 위해 규모, 발생영역에 대한 강수의 특성을 고려한 강수예측자료의 편차보정 방법을 제안하고 이를 강우-유출모델에 적용하여 개선정도를 평가하고자 한다. 이에 적용유역을 춘천댐상류유역으로 선정하고 국내 기상청의 RDAPS(Regional Data Assimilation and Prediction System)수치예보자료, 지점강우자료, radar자료의 수문기상자료와 지형자료를 수집하였다. 화천, 평화의 댐 일부 미계측유역의 관측자료로 radar자료를 이용하였다. 이상의 자료를 토대로 강우강도 및 규모, 영향범위를 고려한 예측강우의 편차를 산정하여 RDAPS 수치예보자료의 정확도를 개선하고 평가하였다. 이는 해당 유역뿐만 아니라 주변 유역의 정보를 이용하여 예측강우의 발생위치에 대한 오차를 고려한 방법으로, 각 영역별로 예측강우의 편차보정계수를 산정하여 적용하였다. 또한, 이전시간대의 강우 편차에 대한 오차를 줄이기 위해 정규분포방법을 이용한 Ensemble 편차보정계수를 산정하고 최근 생산된 수치예보자료에 적용하여 확률예측강우를 산정하였다.

최근 우리나라에서는 기상이변과 기후변화에 의한 국지성 집중호우의 발생으로 인해 인명 및 재산 피해가 증가하는 추세이다. 따라서 이러한 기상현상을 좀 더 정확하게 예측하고 이를 대응하고자 악기상 모형의 개발과 구축 및 활용에 대한 연구들이 활발하게 진행 중에 있다. GCM이 제공하고 있는 많은 유용한 정보에도 불구하고 대부분의 모델이 시 공간 분해능과 물리 과정의 한계점으로 인해 지역적인 기후 특성이나 변화를 예측하기에는 많은 문제점들이 나타나고 있다. GCM의 한계점을 극복하기 위한 방법으로 세밀한 규모의 기후 정보를 얻기 위해 복잡한 지형과 해안선, 호수, 식생, 지표특성과 같은 아격자 규모의 강제 효과를 반영할 수 있는 고해상도 지역 기후 모델(Regional Climate Model, RCM)의 필요성이 제기되었다. 본 연구에서는 전지구 20km 격자자료를 입력장으로 하여 8km 격자로 한반도를 포함하는 도메인에 대해 비정역학 완전 압축성 중규모 모델인 WRF를 이용하여 상세예측자료를 생산하고자 하였다. 강수 예측의 경우 돌발적으로 발생하는 경우가 많아, 이를 예측하기 위해서는 상세한 강수량 정보를 빠른 시간 내에 정확히 제공할 수 있는 모델을 사용하여야 한다. 강수의 경우 온도와는 달리 공간적 편차가 매우 커 지역적으로 정확한 강수량을 예측 하는데 어려움이 있다. 상세강수 예측을 위해 미세 격자 규모의 비 정역학 모형을 사용할 경우 계산양이 매우 늘어나기 때문에 장시간의 모형 적분 시간뿐 아니라, 상당한 컴퓨터 자원을 필요로 하므로 이에 대한 대안으로 지형효과를 포함한 강수량 진단 모형인 QPM(Quantitative Precipitation Model)을 사용하였다. 최종적으로 한반도의 복잡한 지형적 영향을 반영하기 위해 1 km의 수평해상도를 가지는 고해상도 강수량 진단 모형(QPM)과 상세한 지리적, 공간적 분석을 할 수 있는 ARCGIS를 이용하여 한반도 도별 상세 강수자료를 생산하고자 한다.

토양과 식물의 잎에서 일어나는 증발산은 주로 증발접시, 침루계 등을 이용하여 실측하거나 에디 공분산, Bowen 비 등을 이용하여 경험적으로 측정할 수 있으나, 이러한 지점별 실측 자료는 공간적인 변동성이 큰 수문기상인자 특성상 지역적인 대표값으로 적용하는 데 어려움이 따른다. 본 연구에서는 이러한 기존 증발산 관측 방법의 단점을 보완하고자 인공위성 영상자료를 기반으로 한 원격탐사 기법을 이용하여 Penman-Monteith (PM)와 Priestley-Taylor (PT) 공간 증발산 산정 모형을 적용, 우리나라 증발산의 시공간적인 분포를 산정하였다. Terra 인공위성에 탑재된 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)로부터 제공되는 위성 영상 자료를 이용하여 기존에 연구된 증발산 모형을 이용하여 증발산을 산정하고 이를 상호 비교함으로써 우리나라에 대한 적용성을 검토하였다. 본 연구의 결과는 토양 및 식생이 소비하는 물의 양을 보다 정확하게 시공간적으로 파악하여 정부 차원의 수자원 관리 계획 수립에 유용하게 이용될 것이다.

일반적으로 저수지 퇴사는 연간 저수지의 유효용량의 0.5~1%을 감소시키고 홍수 시에는 홍수위를 상승시키는 등 저수지에 여러 가지 문제를 일으킨다. 따라서 댐 설계시 장기적으로 저수지 퇴사를 적절히 예측하고, 유지 관리 중에는 주기적인 퇴사 조사를 하여 퇴사의 진행 상황과 분포 등을 분석하여 필요시 댐 조작 방법의 개선이나 나아가 배사와 같은 적극적인 대책이 요구된다. 이에 본 연구는 저수지 배사작업의 지침을 제시하기 위하여 1차원 저수지 퇴 배사 모형을 제시하였다. 1차원 배사수치모의는 수위하강(drawdown)에 의한 배사를 고려하였으며, 준정류가정을 적용한 비연계 모형으로 구현하였다. 소류사량 산정을 위해서는 MPM 공식을 사용하였다. 모형의 적합성을 검증하기 위해 기존 선행 연구에서 수행한 수리실험의 제원 및 실험조건들을 적용하여 수치모의를 수행하였고, 수치모의 결과와 실험결과를 비교하였을 때, 본 연구에서 제시한 1차원 배사 수치모형의 적용성을 확인할 수 있었다.

태풍 루사나 매미에 의한 피해사례를 보면 하천 횡단 구조물 본체가 파괴되는 피해 뿐 만 아니라, 구조물과 제방과의 연결부가 세굴되어 붕괴되는 사례가 많이 발생하였다. 하천설계기준(2009)에는 이러한 보와 제방의 연결부 부분을 연결호안이라 하여 관련 기준을 제시하고 있으나, 설치구간의 길이를 정할 때 하천의 규모나 하도의 특성을 고려하지 못하고 일률적으로 결정하도록 하고 있다. 이에 건설기술연구원에서는 상류 Froude 수와 보 높이를 변수로 하는 연결호안 설치 길이에 대한 실험식(2006)을 제시하였다. 하지만 보 접속부 세굴에 영향을 주는 인자는 상류의 Froude 수와 보의 높이 뿐만 아니라, 상 하류 수위차, 보의 형상, 제방의 재료적 특성 등 많은 요인들이 존재한다. 이 중 본 연구에서는 상 하류 수위차와 보 접속부 세굴 범위의 관계를 파악하고자 한다. 보 접속부 세굴에 대한 수치모의에 앞서 Gill(1972)와 Dongol(1990)이 수행하였던 교대세굴 자료를 바탕으로 Flow-3D의 세굴에의 적합성 및 적용성을 검토하였다(그림 2참고). 검토 결과 수치모의의 입력 변수를 조정함으로써 실험값과 가깝게 나타나는 것을 확인하였다. 이렇게 조정된 변수를 이용하여, 보 접속부 세굴에 대한 수치모의는 상 하류의 수위차에 대해 다양한 검토를 하기 위해 상류의 수위를 1.0m로 고정한 채하류부의 수위를 0.2~0.8m까지 0.1m간격으로 변화시켰으며, 유사의 대표 입경은 0.63mm로 주문진 표준사를 가정하였다. 모의 시간은 평형세굴심이 발생할 때까지 수행하였고, 난류모델로는 LES(Large Eddy Simulation)를 채택하였다. 모의 결과 상 하류 수위차가 증가할수록 보 하류부 세굴 길이($L_d$)가 증가 하였으며, 세굴의 폭($B_d$) 역시 증가하였다. 그림 3은 수치모의 결과로 세굴이 발생된 제방의 모습을 도시한 것이다.

토석류는 산간지역에서 발생할 수 있는 가장 위험한 자연재해 중 하나로 입자-유체 혼합물인 토석류가 중력에 의해 매우 빠른 속도로 이동하는 현상을 의미한다. 산간지역에서의 토석류 발생은 도로의 횡단 배수 구조물의 통수능을 저하시키게 되며 그 결과 도로의 유실 등 막대한 피해를 발생시킨다. 잠재적인 토석류 발생 지역에서의 피해 저감을 위해서는 진보된 설계 기준이 마련되어야 하며 이를 위해 토석류의 횡단 배수구조물 내에서 토석류의 동적 거동 특성을 파악하는 것이 선행되어야 할 것이다. 이번 연구에서는 수리 실험을 통하여 횡단 배수구조물 내에서 토석류의 퇴적 특성을 파악하고자 한다. 수리 실험 장비는 폭이 일정한 사각형 수로로 접근 수로와 하류부 수로로 구성되어 있으며 접근수로의 상단부에서 일정한 유량의 토석류를 연속적으로 유입시켜 경사가 급변하는 하류부 수로 내에서의 토석류 퇴적 특성을 파악하였다. 실험 결과로 토석류의 거동 특성은 토석류의 체적 농도, 입자의 특성, 그리고 접근수로와 하류부 수로의 바닥 경사에 종속됨을 정량적으로 알 수 있었다. 또한, 토석류의 체적 농도나 수로 바닥경사 등과는 상관없이 토석류의 퇴적은 하류부 수로의 종단부인 자유 낙하 지점에서부터 시작되었고 시간이 경과함에 따라 퇴적 지점이 접근 수로 쪽으로 이동하며 퇴적량이 크게 증가하는 현상을 보였다. 이 때, 하류부 수로 내 퇴적된 토석류는 약 $12{\sim}15^{\circ}$의 경사를 보였다.

하천에서 수공구조물을 설계시 구조물의 규모, 형식, 운영방식, 안정성 등을 검토하기 위하여 일반적으로 수리모형실험과 수치모형실험을 이용한다. 수리모형실험은 자연현상의 왜곡을 최소화하여 검토결과를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 많은 시간과 비용, 인력 및 공간이 필요하기 때문에 단기간에 다양한 검토가 필요한 경우에는 많은 제약이 따른다. 반면에 수치모형실험은 제한적인 조건에서 검토목적 및 용도에 따라 다양한 수치모의기법을 활용하여 상대적으로 낮은 비용과 신속하고 다양한 검토가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 수치모형실험은 어디까지나 자연현상에 대한 수학적, 물리적 기법을 활용한 분석이기 때문에 결과에 대한 신뢰성 확보가 매우 중요하다. 최근에는 컴퓨터의 계산능력 향상과 유체의 복잡한 동수역학적 거동 해석 기법의 다양화, 그리고 많은 적용성 검토 연구결과로 인한 신뢰성 향상 등으로 인해 수치모형실험에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 현재 금강에 건설 중인 금강보에 대하여 다차원 수치모형인 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)를 이용하여 하천 구조물 및 물리적 환경변화에 대한 정밀수리분석을 실시하기 위한 사전절차로, EFDC 모형을 하천수리해석에 적용할 경우 모형에 포함되어 있는 다양한 변수설정 및 제약조건들에 대하여 적용한계를 검토하고자 한다. 검토방법은 금강보가 건설되기 이전의 하천지형 상황에서 EFDC 모형과 HEC-RAS 모형을 이용한 수리분석을 수행하고, 수리거동 결과 들을 상호 비교 분석 한다. 수치모의 대상구간은 금강보 건설구간을 포함하여 약 20km 구간이고, 대상구간에 대하여 3차원 정밀지형자료를 구축하였으며, 과거 호우사상에 대한 구간 내 관측 수위 및 모형별 계산수위결과를 비교 검토하였다.

동해를 전파하는 지진해일은 세계적으로 다른 지역에서 발생하는 지진해일과 비교하였을 때 상대적으로 파장이 짧고, 이에 비해 먼 거리를 전파한다. 그러므로 동해에서 발생한 지진해일의 전파에 대한 해석을 수행할 때 물리적인 분산효과가 매우 중요하다. 따라서 지배방정식으로 분산 효과가 충분히 고려된 선형 Boussinesq 방정식을 사용한다. 기존의 연구에서는 leap-frog 기법을 사용하여 선형 천수방정식을 차분할 때 발생하는 수치분산항에 분산 보정계수를 이용하여 선형 Boussinesq 방정식의 물리적 분산항과 같은 형태로 나타나도록 유도하여 수치모의를 수행하였다. 그러나 기존에 사용한 지배방정식은 수심이 일정하다는 가정을 통하여 유도된 것으로, 수심에 변화가 있는 실제 지형을 통과하는 지진해일에 대한 수치모의를 수행한 결과의 정확도에 문제가 생길 수 있다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 발생할 수 있는 수심 변화에 따른 오류를 개선하기 위하여 바닥 지형이 1차원으로 변한다는 가정을 이용하여 지배방정식을 유도하였으며, 이로 인해 발생하는 수심 변화가 고려된 항을 기존의 분산보정기법에 추가하였다. 그리고 적용성을 높이기 위하여 수치모의 기법의 제한을 최소화하는 연구를 진행하였다. 본 연구에서 제안한 수정 기법이 수심이 변화하는 지형을 전파하는 지진해일 수치모의 과정에서 경사에 대한 분산효과가 충분히 고려되는지 확인하기 위하여 Gaussian hump를 이용한 가상 지진해일을 원형 천퇴 지형에 통과시켰다. 본 연구에서 사용한 지형을 통과하는 Gaussian hump에 대한 해석해를 구하는 방법이 존재하지 않으므로, Boussinesq 방정식을 직접 차분하여 푸는 FUNWAVE를 사용하여 동일한 조건 하에서 수치모의를 수행하였다. 비교 결과를 통하여 본 연구에서 제안한 기법의 정확도 향상을 확인하게 되면, 실제 지형을 통과하는 지진해일의 수치모의에 대한 활용성을 높일 수 있을 것이다.

최근 컴퓨터 기술의 발전으로 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 이용하는 3차원 수치모형에 의한 연구가 기초과학 분야인 수학에서부터 공학은 물론 의학 분야까지 광범위하게 진행되고 있다. 3차원 수치모형을 이용한 연구는 이론적으로 매우 우수하긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 근래의 컴퓨터 기술이 엄청난 속도로 발전하고 있는 점을 감안할 때 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 이러한 흐름에 따라 해안공학 분야에서도 3차원 수치모형을 이용한 다양한 연구가 시도되고 있다. 복잡한 해안구조물로 인한 파랑변형 및 구조물의 안전성 등을 검토할 때 기존의 평면 2차원 수치모형이나 연직 2차원 수치모형으로는 재현이 힘들어 상대적으로 수치모형을 활용한 연구의 효용성이 낮았던 것에 비해 3차원 수치모형을 활용할 경우 복잡한 지형 및 구조물의 형상을 재현할 수 있기 때문에 좀 더 유용하게 사용될 수 있다. 한편, 파랑변형을 다루는 수치모형실험을 수행할 때 외부조파를 사용할 경우 구조물이나 지형에 의해 반사되어 나온 파랑이 조파지점에 도달할 때 실험영역으로 재 반사되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 내부조파기법의 개발에 대한 연구가 필수적이었으며, 2차원 수치모형을 중심으로 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔으나 Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 3차원 Navier-Stokes 방정식 모형에서 내부조파기법을 도입하여 목표 파랑을 조파하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 유한차분모형으로 자유수면 추적에는 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용한다. 수치모형실험 결과를 일정한 수심을 전파하는 정현파의 해석해와 비교하였으며, 수치모형실험 결과가 비교적 정확하게 목표 파랑을 조파할 수 있음을 검증하였다.

본 연구에서는 구조물 상치에 에어챔버를 설치하여 챔버 내부의 공기주입량에 따라 흘수심을 조절 할 수 있는 유공 및 투수성부유식방파제를 사용하였으며, 부유식방파제의 흘수심구간에 유공을 두어 내부의 흐름에 따른 에너지소산 효과를 수리모형실험을 통하여 분석하였다. 기존 연구에 의하여 선행되어진 부유식방파제의 형상은 구조물 제체의 입사면과 투과면이 막힌 형태의 연구가 대다수였으나, 계류라인의 장력에 따른 부체의 안정성을 고려하여 본 수리모형실험에서는 입사면 흘수심구간과 투과면 흘수심구간에 유공 및 투수층을 두어 진행하는 입사파랑을 일부 흡수하도록 하였다. 또한, 부유식방파제 흘수심단면의 내부에서 흐름변화에 의한 에너지소산 효과와 입사면과 투과면의 유공률 변화에 따른 방파성능을 무공 부유식방파제와 비교하며 효율성을 분석하였다.

본 연구에서는 일본 전력중앙연구소에서 수행된 wave fission 수리모형실험 자료를 토대로 일차원 FUNWAVE 수치모형을 이용하여 wave fission 현상을 재현하는 수치모의를 수행하였다. FUNWAVE 수치모형은 Boussinesq 방정식을 지배방정식으로 사용하고 있으며 파의 분산효과와 비선형 효과를 고려할 수 있는 수치모형이다. 따라서 wave fission의 주된 발생원인인 분산효과와 비선형효과에 대한 고려를 통해 수치모의 결과는 수리모형실험의 관측치와 상당히 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 또한, 본 연구에서는 추가적으로 해수의 흐름이 존재하는 경우를 가정하고 수로 내 일정한 유량의 흐름을 추가하여 wave fission 일차원 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 파의 진행방향과 반대방향으로 흐름이 존재하는 경우 wave fission으로 인한 수면변위의 크기가 상대적으로 증가함을 확인할 수 있었으며 반대로 파의 진행방향과 동일한 방향으로 흐름이 존재하는 경우 wave fission으로 인한 수면변위의 크기가 상대적으로 감소함을 확인할 수 있었다.

Severe sediment erosion during floods occur disaster and economic losses, but general sediment erosion is basic mechanism to move sediment from upstream to downstream river. In addition, it is important process to change river form. Check dam, which is constructed in mountain stream, play a vital role such as control of sudden debris flow, but it has negative aspects to river ecosystem. Now a day, check dam of open type is an alternative plan to recover river biological diversity and ecosystem through sediment transport while maintaining the function of disaster control. The purpose of this paper is to verify sediment erosion progress of river bottom and bank as first step for river restoration after dam slit by cross-sectional shear stress and critical shear stress. Study area is upstream reach of slit check dam in mountain stream, named Wasada, in Japan. The check dam was slit with two passages in August, 2010. The transects were surveyed for four upstream cross-sections, 7.4 m, 34 m, 86 m, and 150 m distance from dam in October 2010. Sediment size was surveyed at river bottom and bank. Sediment of cobble size was found at the wetted bottom, and small size particles of sand to medium gravel composed river bank. Discharge was $2.5\;m^3/s$ and bottom slope was 0.027 m/m. Excess shear stress (${\tau}_{ex}$) was calculated for hydraulic erosion by subtracting the values of critical shear stress (${\tau}_{c}$) from the value of shear stress (${\tau}$) at river bottom and bank (${\tau}_{ex}=\tau-{\tau}_c$). Shear stress of river bottom (${\tau}_{bottom}$) was calculated using the cross-sectional shear stress, and bank shear stress (${\tau}_{bank}$) was calculated from the method of Flintham and Carling (1988). $${\tau}_{bank}={\tau}^*SF_{bank}((B+P_{bed})/(2^*P_{bank}))$$ where $SF_{bank}=1.77(P_{bed}/p_{bank}+1.5)^{-1.4}$, B is the water surface width, $P_{bed}$ and $P_{bank}$ are wetted parameter of the bed and bank. Estimated values for ${\tau}_{bottom}$ for a flow of $2.5\;m^3/s$ were lower as 25.0 (7.5 m cross-section), 25.7 (34 m), 21.3 (86 m) and 19.8 (150 m), in N/$m^2$, than critical shear stress (${\tau}_c=62.1\;N/m^2$) with cobble of 64 mm. The values were insufficient to erode cobble sediment. In contrast, even if the values of ${\tau}_{bank}$ were lower than the values for ${\tau}_{bottom}$ as 18.7 (7.5 m), 19.3 (34 m), 16.1 (86 m) and 14.7 (150 m), in N/$m^2$, excess shear stresses were calculated at the three cross-sections of 7.5 m, 34 m, and 86 m distances compare with ${\tau}_c$ is 15.5 N/$m^2$ of 16mm gravel. Bank shear stresses were sufficient for erosion of the medium gravel to sand. Therefore there is potential to erode lateral bank than downward erosion in a flow of $2.5\;m^3/s$. Undercutting of the wetted bank can causes bank scour or collapse, therefore this channel has potential to become wider at the same time. This research is about a potential of sediment erosion, and the result could not verify with real data. Therefore it need next step for verification. In addition an erosion mechanism for river restoration is not simple because discharge distribution is variable by snow-melting or rainy season, and a function for disaster control will recover by big precipitation event. Therefore it needs to consider the relationship between continuous discharge change and sediment erosion.

하도 내 수역이 식생으로의 천이가 진행되고 최종적으로는 육상 식물들이 활착하게 되는 육역화 현상은 하도의 수리학적 문제 및 환경생태적 측면에서 큰 문제를 발생시킬 가능성을 내포하고 있다. 최근 하천복원의 필요성이 강조됨에 따라 물골공법 및 국부세굴 유도형 공법 등 실용성을 포함시킨 다양한 하천 복원공법이 제시되고 있다. 물골공법은 자연적인 물골형상에 의한 유사퇴적방지, 홍수시 유속저감 및 생물서식처를 조성하는 하상 생태복원 공법을 의미하며, 본 연구에서는 수리모형실험 및 3차원 수치모의를 이용하여 다양한 하도육역화 방지 공법 중 물골공법의 효과 및 적용성을 검토하였다. 물골공법의 특성 중 유사퇴적방지의 효율성 분석을 위해 부정류(unsteady state)상태에 대해 연구를 수행하였으며 홍수 이후 수위하강시 고수부지 및 물골 주변에서의 흐름특성을 재현하였다. 수위하강 모의를 위해 임의의 수위하강시간을 선정하여, 수위하강이 진행되는 시간( )을 각각의 수위하강시간으로 무차원 화한 후 무차원된 시간(t/�� )에 따른 흐름특성을 비교 분석하였으며 모의 및 분석결과, 수위하강시간이 80초 이상일 경우 주요 지점에서의 유속의 변화는 무차원된 시간에 대하여 일치하였으며 수리모형실험 및 수치모의에 적용할 수위하강시간으로 선정할 수 있었다. 물골 전구간에 대한 부정류 실험을 위해 LSPIV(Large-Scale Particle Image Velocimetry)장치를 이용하여 수위하강에 따른 물골주변의 흐름특성을 관측하였으며 3차원 수치모의를 통해 검증하였다. 실험 분석결과, 수위하강에 따라 고수부지 위로 흐르는 유수가 물골 내부로 유입되어 물골을 따라 흘러 물골 합류부로 이동하는 것으로 나타났으며, 이는 홍수시 유수와 함께 떠다니는 부유사(suspended load)가 물골로 유입되어 물골 합류부로 이동하므로 물골의 유사배제 가능성을 판단할 수 있었다. 또한 물골의 유사배제능력을 평가를 위해 실험을 통하여 산정된 최대 및 최소 마찰속도(U )와 유사이동 한계곡선을 이용하여 물골의 통한 배제 가능한 유사의 입경을 분석하였다. 분석결과, 최소 2mm에서 최대 4mm로 나타났으며 이 입경 이하인 유사에 대해서는 퇴적되지 않고 물골을 통하여 배제될 수 있을 것으로 예상되었다. 본 연구 결과 물골공법 적용시 수위하강에 따라 물골에서 하도방향으로 유사의 수세(flushing)효과가 나타났으며 유사의 부상 및 이송이 효과적으로 발생하여 고수부지 내 유사퇴적 방지가 효과적인 것으로 판단되었다. 추후 다양한 형상의 물골에 대한 능력검토가 보완된다면 물골설계지침 제안을 위한 자료로 활용 가능할 것이다.

본 연구에서는 미래 기후변화가 하천 및 호소수질에 미치는 영향을 평가하고자 유역 수문-수질 모의가 가능한 SWAT(Soil and water assessment tool) 모형과 호소수질 모의가 가능한 WASP(Water Quality Simulation Program) 모형을 연계운영하여 충주호를 포함하는 충주댐 유역($6,642.0km^2$)에 적용하였다. 이를 위해 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제공하는 A1B 배출시나리오를 포함하는 MIROC3.2 hires 모형의 결과로부터 충주댐 유역의 총 6개 기상관측소에 대한 과거 30년(1997~2006) 실측자료를 바탕으로 미래 온도와 강수에 대한 편이보정(Bias correction) 및 Change Factor Method로 상세화(Downscaling)하여 미래 기후자료(2020s, 2050s, 2080s)를 생산하였다. 미래 연평균 온도는 기준년도인 2000년에 비해 최대 $+4.8^{\circ}C$(2080s)의 온도증가를 보였으며, 강수량의 경우 여름과 가을 강수량이 다소 감소하였으나 연평균 강수량은 최대 +34.4%(2080s) 증가하는 것으로 전망되었다. 먼저, SWAT 모형을 이용한 기후변화에 따른 댐 유입량은 39.8%(2080s) 증가는 것으로 분석되었으며 유역의 유출특성 변화로 인한 유사량은 지표유출변화에 기인하여 봄과 겨울에 증가하는 경향과 함께 -14.5%(2020s) ~ +27.3%(2080s)의 변화를 보이는 것으로 분석되었다. 영양물질에 대한 오염부하량은 2080s에서 T-N이 증가추세를 보이며 최대 87.3% 까지 증가하는 반면, T-P는 유사량과 유사한 변화패턴을 보이며 최대 48.4%까지 감소하는 것으로 분석되었다. 호소수질 모델링을 위한 충주호의 Segment 구성은 충주댐1 지점에서부터 충주댐4 지점까지 전체 수표면적 $65.7km^2$에 대하여 상층과 하층 총 760개로 구성하였으며, SWAT 모형에 의한 충주호 유입하천 소유역에서의 미래 유출 및 영양물질 자료를 WASP 모형의 초기값으로 입력하여 수체 내의 BOD, Chl-a, T-N, T-P 변화 분석을 실시하였다. 이와 같이 지구 온난화에 의한 기후변화는 강우특성 변화에 따른 가뭄과 홍수 등 극한 기상현상의 발생, 유역 물순환 체계 변화를 야기 시키므로서 수자원 부존량 변화에 영향을 미칠 뿐만 아니라 기온상승에 따른 수온변화, 비점오염물질의 거동에도 변화를 초래하여 하천 및 호소 수질에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

최근 지구온난화에 따른 이상기후로 강우가 집중되는 돌발강우가 발생하여 지류의 수위를 급속도로 증가시켜 도심에서도 침수가 발생하는 경우가 발생하고 있다. 이에 대한 해결방법으로는 구조적인 대책과 비구조적인 대책으로 나눌 수 있으며 대표적인 구조적 대책으로 고지수로가 있다. 고지수로는 지류의 상류인 고지대에서 발생되는 유출량을 지류로 직접 흘려보내지 않고 지류의 하류나 본류로 직접 방류하여 지류가 부담하는 홍수량을 분담시켜 홍수의 피해를 경감시키는 역할을 한다. 따라서 고지수로의 유량을 모니터링 하는 것은 홍수방어 대책에 중요한 역할을 한다. 고지수로의 유량을 측정하는 다양한 방법 중 위어를 이용한 개수로에서 유량 측정은 경제적이지만 에너지 손실이 크고 위어의 직상류에 토사가 퇴적된다는 단점이 있다. 반면 파샬플륨은 퇴사에 관한 문제가 거의 발생하지 않는다. 따라서 파샬플륨은 토사유입이 많은 고지수로에서 위어에 비해 상대적으로 유리한 유량계측기라 할 수 있다. 또한 수로의 횡단을 막고 낙차를 두어 유량을 산정하는 위어에 비해 에너지의 손실이 작아 돌발강우와 같은 큰 규모의 유출량을 빠르게 배제시키는 데에도 적합한 유량계측기이다. 파샬플륨의 형상은 그림 1과 같으며 본 연구에서는 3차원 수치모의를 이용하여 ISO에서 제안한 파샬플륨의 유량산정공식을 검증하고 고지수로에 파샬플륨을 경사로 설치하였을 때를 고려하여 다양한 유량조건에 대해서 수치모의를 실시하였으며, 그 결과는 그림 2에 도시하였다. 수치모의 결과를 바탕으로 파샬플륨의 경사를 고려한 새로운 유량산정공식을 도출하였다. 이는 고지수로에 적용하는 파샬플륨의 설계 시에 실질적이고 유용한 참고자료로 활용이 가능할 것이라고 판단된다.

공극률, 슬릿 수 및 두께가 다양한 오리피스 구조물을 대상으로 개수로 수리실험을 진행하여 유공벽의 벽두께에 따른 에너지 손실계수의 변화 및 메커니즘을 연구하였다. 오리피스의 개수로 수리실험을 수행하였으며 다양한 유속조건에서 오리피스의 벽두께에 대한 에너지 손실계수를 측정한 뒤 결과를 권 등(2010)의 관수로 실험결과와 비교하였다. 실험결과 전체적으로 유속에 따라 에너지 손실은 변화하였으며 유속이 감소할수록 에너지 손실은 크게 증가함을 보였다. 유속이 작은 층류구간에서 유속이 감소할수록 에너지 손실은 증가하는 반비례 관계를 보였고 에너지 손실량은 관수로 실험결과와 서로 비슷하였다. 그러나 유속이 강한 난류 구간에서는 에너지 손실이 유속과 무관하게 일정한 관수로 결과와는 달리 유속에 따라 변화하였다. 또한 유속이 약한 흐름에서는 오리피스의 두께 및 슬릿 수에 따라 에너지 손실은 각각 다르게 측정되었지만 유속이 강한 흐름에서는 벽두께 변화와 상관없이 에너지 손실은 거의 비슷하였다. 이 결과로부터 개수로 오리피스의 경우 유속이 강한 구간에서는 오리피스의 벽두께 효과 보다 상 하류 수위차로 발생하는 개수로 효과가 더 큰 영향을 주는 것으로 확인되었다.

유역의 홍수위험도를 산정하기 위해서는 홍수의 발생가능성과 유역의 홍수방어 능력 등의 환경적, 공학적 요소 이외에도 홍수로 인한 피해 및 영향의 종류에 따라 사회적, 경제적, 문화적, 공학적인 요소를 반영해야 한다. 이들 홍수 피해 요소는 그 중요성이나 특성별로 홍수로부터의 방어 비중이 다르게 설정될 수 있으며 지역별로도 차이를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 홍수위험도를 평가하기 위한 인자 선정에 지속가능성 평가 모형인 DPSIR (Driving force-Pressure-States-Impacts-Response)을 이용하여 환경적, 공학적 요소뿐만 아니라 사회적, 경제적, 문화적인 요소를 반영하고자 한다. DPSIR 모형은 유역의 영향 인자들을 지표로 선정하며 각 지표간의 유기적 관계를 반영하는 구조로 이루어져 홍수로 인하여 인자 간에 발생하는 반응을 묘사할 수 있는 장점이 있다. 또한 인자를 선정함에 있어서 전문가 및 이해당사자들의 견해에 따른 평가 지역의 특성과 지속적인 변화 가능성 등을 유기적으로 연결될 수 있도록 평가요소로 반영할 수 있다. 본 연구는 추가 연구를 통해 남한강의 하도구간 별로 적용될 예정이며 각 인자들에 대한 자료는 문헌조사, 통계자료 조사 및 수리학적 수치모형 등의 분석을 통해 수집될 예정이다. 인자들에 대한 가중치는 전문가들의 의견을 반영할 예정이다. 향후 하천의 구간별 상대적 홍수취약도를 사회, 경제, 문화, 환경적인 측면을 고려한 인자들을 반영하여 정량적으로 제시하므로 하천 구간별 치수관리 우선순위를 결정하는데 적극적으로 활용될 수 있다.

최근 지구온난화가 가속화되면서 전 세계적으로 기상재해가 급증하고 있다. 특히 강우패턴의 변화를 고려한 강수 전망 연구결과는 온실가스 농도 증가로 호우나 가뭄, 대설 등이 지역에 따라 서로 상반되는 변화를 가져올 가능성이 있으며, 우리나라의 경우도 극한강수의 발생빈도가 1990년대 후반 이래로 뚜렷하게 증가하는 경향을 보이고 있다. 현재 우리나라에서도 이러한 기후변화에 대비하기 위해 여러 가지 가뭄연구를 수행하고 있는 실정이다. 일반적으로 가뭄의 해석에는 그 목적에 따라 여러 가지 지표를 이용하여 가뭄을 정의하며, 그 중 강수 및 하천유량 등은 기상 및 수문학적 가뭄을 판단하기 위한 지표로 널리 사용되고 있다. 특히 강수의 부족은 가뭄의 주된 요인이라 할 수 있으며, 가뭄의 정량적 평가에 효과적으로 이용될 수 있다. 즉 평균수준(혹은 절단수준)을 설정하고 가뭄의 지속기간, 심도, 발생빈도 등을 정의한 후, 이를 시계열 분석하여 가뭄의 특성을 분석하는 것이다. 또한 가뭄은 지속기간과 심도를 주요 특성변수를 가지는 이변량 수문사상이므로, 이를 반영한 확률 및 통계학적 해석방법의 적용이 반드시 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 우리나라의 가뭄특성을 가뭄지속기간과 심도의 이변량을 동시에 고려하여 지점별 가뭄빈도해석을 수행하였으며, 지역별 가뭄발생특성을 고려하여, 강우관측지점별 과거에 발생한 최대가 뭄사상에 대한 가뭄위험도를 계산하였다. 그 결과, 우리나라 지점별 미래에 연속되는 10, 50, 100, 150년에 따라 과거의 최대가뭄이 발생할 확률을 지도로 도시하여 지역적 가뭄위험도를 분석하여 가뭄위험지역을 예상하였다. 이는 우리나라 내 가뭄취약지역의 우선순위를 결정하고, 실제로 국가적인 차원에서의 장기적인 가뭄관리를 하는 데 있어, 가뭄취약지역별 차별성 있는 가뭄대응방안을 마련하는 데 있어서도 하나의 객관적 근거로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

가뭄은 강수 부족 및 온도 상승에 따른 물 수지의 불균형으로, 그 특성상 점진적이고 홍수에 비해 피해규모가 광범위 하여 효율적인 대처방안을 마련하기가 어려운 특성을 가지고 있다. 현재 국내의 경우 가뭄관리를 위해 비구조적 대책 방안인 가뭄지수를 활용하여 해당 지역의 부족한 용수의 정도를 시 공간적으로 측정하고 크기와 강도에 대한 정량적 또는 정성적인 평가를 수행하고 있다. 그러나 대부분 강수 및 기온자료를 토대로 한 평가가 주를 이루고 있으며, 그나마 제공되는 지수들의 경우 가뭄을 나타내는 기준이 상이하여 사용자에게 많은 혼란을 가중시키고 있는 실정이다. 따라서 효율적인 가뭄관리를 위해서는 장주기 기상정보를 토대로 국가 또는 권역별 가뭄감시가 이루어져야하며, 기상 분만 아니라 지표와의 물 수지 해석이 반영된 수문정보(유량, 토양수분 등) 기반의 가뭄 정보가 생산되어야 할 것이다. 본 연구에서는 전지구 수문해석이 가능한 지표수문해석모형을 활용하여 남한에 대한 수문성분 기반의 가뭄평가를 수행하고자 한다. 우선 남한 전역에 대한 기상 및 지형 정보를 구축하고 지표수문해석모형에 적용하여 격자별 수문성분을 생산하였다. 수문성분은 가뭄평가에 필요한 정보로 전환되어야 하며, 본 연구에서는 빈도해석기법을 적용하여 가뭄에 대한 발생 빈도 및 규모를 정량화 하였다. 즉, 모형에서 산정된 수문정보로 부터 빈도해석을 수행하여 적정 확률분포형을 결정한 후, 해당기간에 대한 확률값을 산정하여 과거 대비 가뭄에 대한 여부를 판단하였다. 산정된 지수에 대한 평가를 위해 국내 과거 가뭄기록사례를 조사 및 기존 가뭄지수인 SPI 및 PDSI를 활용하였다. 평가 방법은 시계열 및 지역별 분석과 유역별 물수지 분석으로 구분되며, 주로 가뭄기간동안의 가뭄심도와 가뭄 발생 및 해갈에 따른 재현여부를 평가하였다. 평가 결과 가뭄발생 및 해갈시기 그리고 피해지역에 대한 표현에 있어 기록된 사항을 적절히 반영하는 것으로 나타났으며, 기존 가뭄지수 보다 가뭄 재현에 있어 비교적 신뢰성이 높은 것으로 확인되었다. 따라서 지표수문해석모형 기반의 가뭄평가의 경우 적용성이 우수한 것으로 판단되며, 이상의 연구결과는 향후 국내 및 동아시아 가뭄감시 전망에 있어 기초자료로 활용될 것이다.

홍수로 인한 인적 물적 피해는 국가 및 지방자치단체의 치수방재노력에도 불구하고 매년 끊이지 않고 발생하고 있다. 다행히 인명피해의 경우 1970, 80년대 연간 300명 규모에서 2000년대에는 150명 가량으로 줄고 있으나, 재산상의 피해는 매년 증가하고 있는 실정이다. 또한 과거 자연재난에 의한 홍수피해에 기후변화라는 외부요인이 추가적으로 발생하고 있는 실정이며, 국가 경제 발전 및 노령화 사회로 인한 홍수취약인구 증가로 좀 더 적극적인 방재대책이 필요할 것으로 판단된다. 이러한 방재대책 등의 국가정책 수립을 위해서는 장래의 홍수피해 예측이 무엇보다 필요하게 되는데, 현재까지는 홍수피해의 빈도분석 등을 통해 이러한 예측이 이루어지고 있다. 그러나 기후변화라는 외생변수는 과거 자료의 확률적 특성을 마비시켜 이러한 방법론들은 효용성을 잃게될 것으로 전망된다. 홍수피해액을 산정하는 방법은 일반적으로 2005년 이후 하천설계기준에서 채택하고 있는 다차원법을 많이 사용하고 있는데, 이 방법은 침수구역의 물리적 피해를 고려할 수 있어 비교적 정확한 홍수피해액을 산정할 수 있는 것으로 알려져 왔다. 그러나 이 방법을 적용하기 위해서는 정확한 침수심 산정이 무엇보다 필요하게 되는데, 이를 위해서는 지리정보체계(GIS)와 수리모형의 연계가 필수적이다. 따라서 이 방법은 주로 중소유역단위의 취수사업에 적용되어 왔다. 그러나 정책결정에 필요한 대규모유역 또는 지자체단위의 피해비용 산정에의 적용은 한계를 갖게 된다. 따라서 본 연구에서는 향후 기후변화 시나리오에 적용이 가능하도록 과거 홍수피해자료와 호우사상의 강우특성을 중심으로 양자간의 히스토그램 분석을 실시하였다. 또한 실제 홍수피해 조사자료는 대부분 지방자치단체별로 조사가 되고 있는 실정이므로 본 연구에서도 행정구역별로 분석을 수행하였다. 분석 결과 지자체별 전체 피해액은 발생횟수가 높은 중규모 호우사상으로 인한 비중이 가장 높게 나타나고 있으며, 국가에서 집중해야할 치수대책 수립 대상 규모도 이를 중점적으로 고려하여야 할 것으로 판단된다.

기후변화는 지구 온난화와 같은 인위적인 변화와 기후 자체의 자연적인 변동성에 기인하고 있으며 기후변화의 영향으로 인해 물관리 분야에도 영향을 받고 있다. 이러한 기후변화의 영향은 가용 수자원량의 예측과 이를 관리하는 측면의 불확실성을 증가 시키고 있으며 미래 물관리가 더욱 어려울 것으로 전망되고 있다. 이에 본 연구에서는 기후변화에 대응한 수자원의 종합적인 관리 차원에서 시공간적 물수급 불균형 해소를 위한 방법론을 제시하고자 유역 물관리 모형인 KModSim을 이용하여 낙동강유역을 대상으로 수자원 네트워크를 구축하였다. 유역의 자연유량을 산정하기 위하여 SWAT 모형을 이용하였으며, 현실적으로 유역의 물관리 문제에 접근하기 위해서 낙동강 유역의 수리시설물, 생 공용수 및 농업용수, 댐용수 및 하천수 점용허가 등의 수리권 자료에 근거하여 KModSim을 구축하였다. 미래 기후변화 시나리오(온실가스 배출이 현 수준에서 지속될 것으로 가정한 균형적 발전 시나리오인 A1B 사용)를 적용하였으며 현재(1980~2009년)와 미래(2011~2100년)를 각각 30년씩 구분하여 기후변화에 대한 생활 공업 농업용수의 수요량 변화, 하천유지용수의 공급 변화, 다목적 댐 모의 운영 결과를 검토하였다. 낙동강 유역의 상류 다목적댐의 용수공급 능력은 2040년 초반부터 저류량이 감소 등 물공급에 심한 영향을 받을 것으로 전망되었다. 이와 같은 기후변화의 영향은 수요량에 대응하는 저수지의 공급능력에 영향을 주게 되어 물공급 시설의 운영에 어려움이 있을 것으로 전망되었다. 농업용수에 대한 기후변화의 영향평가 결과 또한 2041년부터 2070년의 기간에 부족이 발생하는 것으로 모의되었다. 생활과 공업용수의 물공급은 기존의 물공급 시설 투자 덕분으로 기후변화의 영향이 두드러지지 않은 것으로 나타났으나 일부 지역은 기후변화에 영향을 고려하지 않더라도 취약한 것으로 모의 되었다. 하천유지유량의 경우 지류가 본류에 비해 하천유지유량의 확보가 어려운 것으로 나타났지만 양적으로는 본류가 부족량이 더 많은 것으로 모의되었다.

댐의 용수공급능력이란 어떤 기간 동안에 저수지로부터 각종 용수로 공급할 수 있는 수량을 의미하고 통상 연간 공급가능량으로 표시되며, 평가기준인 이수안전도는 크게 보장공급량 기준과 신뢰도 기준으로 구분된다. 보장공급량이란 최악의 갈수기 동안에도 공급을 보장할 수 있는 최대공급량을 뜻하며 다년기준과 특정 한발년도 기준으로 구분된다. 신뢰도 기준은 장기간의 계획기간에 걸쳐 저수지운영을 통하여 전체기간 중에서 일정비율의 기간 동안만 물 부족을 허용하는 방법이고 연간단위기준, 기간단위기준 및 공급량단위기준으로 구분된다. 기존의 다목적댐의 경우 설계 시에 이수안전도를 다년기준 혹은 특정 한발년도 기준의 보장공급량 방식으로 용수공급능력을 평가하였으나 최근에는 적극적인 수자원의 활용을 위하여 신뢰도 기준의 이수안전도로 용수공급능력을 평가하고 있다. 본 연구에서는 설계 당시 이수안전도를 21개년간의 보장공급량으로 기준한 임하댐과 이수안전도를 '67~'68의 한발년으로 기준한 안동댐의 용수공급능력을 신뢰도 방식으로 재평가 하였고, 기본계획 공급량과 비교하여 추가용수공급 가능 여부를 검토하였다. 다년간 운영된 기존댐의 용수공급능력을 평가하기 위해서는 저수지를 하나의 시스템으로 고려하고 댐 운영시점에서의 유효저수량에 저수지 유입량, 강수량, 목적별 계획 용수 수요량, 홍수 시 월류, 방류량 등을 고려한 저수지 모의운영분석을 실시하여 물 부족량 및 용수공급능력을 계산한다. 본 연구에서는 안동댐과 임하댐의 30년 일 유입량 자료를 사용하여 단독운영 모의를 수행하였고, 30년 중 1회 물 부족발생(신뢰도 96.7%) 및 20년 중 1회 물 부족발생(신뢰도 95.0%)을 기준으로 연간단위 평가 및 월간단위 평가를 수행하여 각각의 용수공급능력을 산정하였다. 모의운영 결과 신뢰도 95.0%의 연간단위 평가 시 안동댐의 용수공급 가능량은 연간 893백만$m^3$, 임하댐의 용수공급 가능량은 연간 382백만$m^3$으로 안동댐과 임하댐 모두 기본계획공급량에 비하여 용수공급능력이 작게 산정되었다.

탄소발자국(carbon footprint)은 인간의 생산 및 소비활동 전 과정에서 발생하는 온실가스의 양을 나타내는 지표 중 하나로, 최근 기후변화 대응 전략의 일환으로 국제사회의 주목을 받고 있는 개념이다. 현재 영국, 일본, 스위스, 프랑스, 미국 등 선진국을 중심으로 탄소발자국 산정을 통해 온실가스 배출을 저감하려는 시도가 활발히 진행되고 있으며, 탄소발자국 개념을 물관리 분야로까지 확대 적용하는 방안이 논의되고 있다. 본 연구의 목적은 영국과 미국의 서로 다른 형태의 물분야 탄소발자국 산정 방안을 비교 분석함으로써 우리나라의 효율적인 기후변화 대응 물관리 계획에 적용하는 방향을 제시하는 데 있다. 영국은 2008년 제정된 기후변화법에 따라 탄소 저감 목표를 수립하고 정부 차원에서 마련한 표준화된 탄소 산정 가이드라인을 바탕으로 지역 물회사들로 하여금 탄소발자국 산정 및 온실가스 저감계획을 이행하도록 하고 있다. 반면 미국의 경우, 정부 차원에서 탄소라벨링 시스템이 제도화되어 있지는 않으나, 하천네트워크(River Network)와 같은 비영리 민간단체를 통해 물 분야의 탄소 저감 인벤토리가 구축되어 왔다. 현재 우리나라 수자원 분야에서 한국수자원공사가 일부 지역 정수장의 수돗물 및 병물의 생산 및 공급 전 과정에서 발생하는 탄소를 정량화하고 있으나, 물관리 시스템 전반의 온실가스 인벤토리 구축을 통한 표준화된 저감계획이 수립되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 우선 영국과 미국에서 진행되어 온 물 분야 탄소발자국 논의의 배경과 동향 및 시행 체계를 살펴보고, 영국 정부 차원에서 제시한 물 분야 탄소 산정 가이드라인과 미국 민간부문에서 제시한 안을 각 항목별로 분석하였다. 이를 통해 두 나라가 비슷한 시기에 탄소발자국 논의를 시작하였음에도 불구하고 실제 적용 과정에서 나타나는 차이점과 특수성을 분석하였다. 탄소발자국 산정은 오늘날 수자원 분야의 기후변화 대응력을 강화하기 위한 대안으로 그 중요성이 점차 증대되고 있다. 영국과 미국의 사례에서 살펴보았듯이 효율적인 온실가스 감축을 위해서는 총괄적인 온실가스 감축 인벤토리 구축이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구의 결과는 국내 물관리 분야에서 저감 잠재력이 큰 곳을 중심으로 한 온실가스 저감계획 및 방향 설정에 유의한 시사점을 제공할 것이다.

The Texas Commission on Environmental Quality(TCEQ) WAM(Water Availability Modeling) System consists of the generalized Water Rights Analysis Package(WRAP) river/reservoir system water management simulation model, 22 sets of WRAP hydrology and water rights input files for the 23 river basins of Texas, geographic information system tools, and other supporting databases. The WRAP/WAM modeling system, as routinely applied since the late 1990s, has not included consideration of water quality. Recently developed WRAP-SALT(Water Rights Analysis Package) is designed primarily for computing concentration frequency statistics and supply reliability indices at locations of interest in a river system for alternative water development and management scenarios. Though motivated primarily by natural salt pollution, WRAP-SALT water quality modeling features are applicable to essentially any conservative water quality constituent. The Brazos River studies discussed in this paper focus on total dissolved solids, though the available observed data also includes chloride and sulfate which can be modeled as individual constituents. The WRAP-SALT salinity input file contains loads or concentrations of salinity inflows during each month of the hydrologic period-of-analysis and reservoir storage at the beginning of the simulation. The WRAP-SALT model computes salt loads and concentrations for each control point of a river/reservoir system for inflows and outflows during the month and end-of-month reservoir storage for each month of the hydrologic period-of-analysis, for given loads entering the system. River reaches connect control points. The mass balance algorithms proceed from upstream to downstream, with outflow from one river reach contributing to inflow to the next downstream reach. In a given month, for each control point in sequence, the inflow loads are first computed. Loads and concentrations of outflows and reservoir storage at the control point are then determined. Complete mixing during the month is assumed at locations without reservoir storage.

하천에서의 홍수 피해 발생을 예방하기 위한 대책은 크게 구조적인 대책과 비구조적인 대책으로 나눌 수 있다. 구조적인 대책은 댐이나 제방과 같이 하천을 중심으로 수공구조물을 설치하여 직접적인 홍수 발생을 억제하는 대책이지만, 비구조적인 대책은 무형의 체계를 통해 하천에서의 홍수발생을 억제하는 대책이다. 비구조적인 대책 가운데 대표적인 것이 홍수 예 경보인데, 한강홍수통제소에서는 1974년부터 홍수 예 경보시스템을 구축하여 운영하고 있다. 본 연구에서는 남한강 유역에 대한 홍수 방어능력 검토와 홍수 방어대책 강구에 필요한 충주 댐 수문 운영이 가능한 수리학적 홍수추적 모형을 구축하였으며, 충주댐을 중심으로 상 하류 구간에서 수위증가를 억제하기 위한 수문 운영기법을 검토하고자 하였다. 이를 위해 남한강 상류에 위치한 영월2 수위관측소로부터 팔당댐까지의 대상구간에 대해 최근 이루어진 하도측량자료를 이용하여 수리학적 모형을 구축하였다. 구축된 모형에 대해 2006년 홍수사상을 적용하여 모형의 보정을 실시하였으며, 2003년부터 2008년까지의 홍수사상을 대항으로 검증을 실시하였다. 충주댐 수문 운영은 HEC-RAS 모형 내의 E.C.G(Elevation Controlled Gate) 기법과 Rule Operation 기법을 이용하여 남한강 주요 지점에서의 홍수의 증가에 대한 억제효과를 검토하였다.

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.

본 연구에서는 낙동강 하구둑의 수문을 완전히 개방한 경우로 상정하여 외해로부터 염수가 하천의 상류방향으로 침입해 가는 과정을 수치모의하였다. 본 연구의 목적은 염분 침투현상에 대해 모델링 및 과거 관측한 자료를 이용하여 낙동강 하구둑 상류로 침투되는 염수쐐기의 거동을 규명함으로써 낙동강 하구둑 상류지역의 기수역을 확보하고자 하는 것이다. 수치모의를 수행한 결과, 대상 영역 내에서 염수가 하구부를 시작으로 낙동강 상류방향으로 활발하게 침입하고 있음을 알 수 있었다. 각 경우의 결과로부터 밀도차에 의한 담수와 염수의 층 분할현상은 유입유량이 작을수록 더욱 강하게 나타나고 유입 유량이 클 경우 층분할 현상이 작아지며 좁은 영역에서 담수와 염수의 혼합이 이루어지고 있다는 것을 알 수 있다.

본 연구에서는 일반 좌표계를 사용함으로써 자유수면이 매시간 변화하는 계산격자를 구성해야하는 문제점을 해결하였고, 또한 유한차분법의 단점인 지형변화의 적용성을 보완할 수 있었다. 자유수면과 동수압을 고려하기 위하여 계산단계를 3단계(정수압 계산단계, 동수압 보정단계, 자유수면 보정단계)로 나누어 해석하였고, 개발된 수치모형을 이용하여 실험값이 존재하는 수중방파제를 지나는 비선형파의 전파문제에 대해 수치모의를 실시하였다. 전반적으로 수치모의에 의한 결과는 실험값과 일치하는 경향을 나타내었다.

하천의 하구지역은 유역의 보전, 개발 논의가 매우 다양하게 전개되고 있는 지역으로 개발계획들로 인한 환경변화로 유출 특성 및 유사이동 변화에 따른 정밀한 조사연구를 통한 대처방안을 수립이 필요한 지역이다. 본 논문은 2차원 수치해석이 가능하고 복잡한 해안구조를 포함한 하구지역의 흐름해석이 가능한 MIKE21 FM 프로그램을 통하여 홍수기시의 조위조건변화에 따른 수치해석을 수행하여 자연하구역인 한강하구지역을 중심으로 수위 및 유사이동의 변화 특성을 분석하였다. 첨두유량 발생 시점과 하류경계조건의 변화에 따른 하구지역의 수위변화를 살펴보면, 대상 지역의 하천구간에 해당하는 전류수위표 지점에서 기수역 수로 지점에 비하여 변동폭이 가장 크게 나타났으며, 하류의 외해와 인접할수록 변동폭이 줄어드는 것으로 나타났다. 또한, 대상지역의 상류구간은 하천유량의 영향이 크기 때문에 상류구간일수록 창조시간에 비하여 낙조시간이 길게 분포되는 것으로 나타난다. 유사이동의 특성은 하천의 유속이 크게 감소하는 부분에 퇴적이 발생되며 강화북수로의 단면이 급격하게 변화하는 석모도와 교동도사이의 수로, 염하수로의 입구부분에서는 퇴적층이 발달하는 것으로 나타났다. 따라서, 한강하구와 같이 하구둑이 설치되지 않은 하천의 하구지역에 대해서는 상류와 하류 경계조건의 특성에 따라서 복잡한 수리학적 특성이 발생하기 때문에 개발이나 구조물 축조에 앞서 더욱 많은 현장조사와 특성분석을 통한 보다 정확한 경계조건의 구축이 필요할 것으로 사료된다.

최신의 수치 해석 방법을 적용하여 개발되고 있는 자유 유체역학 소프트웨어를 소개하고, 비교적 사용이 용이한 자유 소프트웨어 Gerris를 홍수범람 모의에 활용한 결과를 보여주고자 한다. 도시 지역 돌발 홍수 범람 모의를 위한 Gerris의 신뢰도 검증을 위해 Gerris를 유럽 IMPACT(Investigation of Extreme Flood Processes and Uncertainty) 프로젝트에서 수행한 도시지역 홍수실험을 모의하는데 적용해 보았으며, 모의 결과는 실험 결과와 비교적 잘 일치하여 Gerris가 도시 지역 돌발 홍수 모의에 적합함을 보여주고 있다. 학교 및 연구기관을 중심으로 Gerris와 같은 자유 소프트웨어를 널리 활용하고 개발에 참여할 경우, 국내 홍수범람 수치모형의 개발 역량이 강화되는 토대를 만들 수 있을 것이며, 수공학 전문가는 최신의 소프트웨어를 저비용으로 하천 관리 및 홍수 관리에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

지구 온난화 등에 의한 이상기후 현상으로 인해 야기되는 대규모 호우 등의 기상이변 현상은 댐 및 제방 붕괴와 같은 비상상황을 발생시키고 있고, 실제로 최근 10년간 태풍 등의 기상이변 현상으로 인해 낙동강의 여러 지류하천의 제방이 붕괴되는 피해가 발생했으며, 잇따른 피해들은 이 분야에 대한 종합적인 연구의 필요성을 증대시켰다. 본 연구의 목적은 이상홍수 및 국지성 호우에 의해서 하천 제방의 붕괴로 인한 제내지에서의 비상상황 발생에 대비하기 위해, 제내지에서의 범람홍수 해석결과를 통한 홍수위험지도 제작을 위한 tool로 활용함으로써 피해예상지역 내 주민 등의 신속한 대처를 통해 주민의 생명과 재산을 보호하기 위함에 있다. 이러한 하도 및 제내지에서의 범람홍수 양상을 효율적으로 계산하기 위해 실제 제방붕괴사례를 포함하는 사상에 대해 1차원 하천흐름 해석을 실시하였으며, 이를 통해 산정되는 제방붕괴 유출유량을 통해 제내지에 대한 2차원 범람홍수해석을 실시하였다. 1차원 제방붕괴 해석을 위해 FLDWAV 모형을 적용하였으며, 2차원 범람해석 모형으로 흐름의 전파양상을 정확하게 반영할 수 있는 상류이송기법인 Godunov 기법과 수치적인 계산 이전에 인접자료의 값을 이용하여 자료를 재구성하는 MUSCL(Monotone Upstream-centered Schemes for Conservation Laws) 기법을 사용하여 개발된 고정확도 유한체적모형을 적용하였다. 실제 제방붕괴 사상을 적용하기 위해 남강의 제방붕괴 사례를 고려하였으며, 2003년과 2006년에 각각 발생한 태풍 매미와 에위니아 사상에 대해 1차원 하천흐름해석 및 2차원 홍수범람해석을 실시하였다. 1차원 하천흐름해석에 대해서 하천 내에 위치한 수위표에서 관측된 실측수위를 통해 검증을 실시하였으며, 2차원 범람홍수모형에 의해 산정된 홍수범람범위는 침수흔적도를 통해 검증하였다. 본 연구에서 개발되어 적용된 2차원 범람해석 모형을 국가홍수위험지도 제작에 대해 활용할 수 있다면, 정확도 높은 통합홍수방재시스템 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

전세계적으로 기상이변이 빈번하게 발생하면서 기후변화가 수문환경에 미치는 영향에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기후변화 연구에는 대체로 이산화탄소 배출 시나리오에 근거한 GCM 모의 결과가 사용되며, GCM 자료를 바탕으로 미래의 수문량 변화를 예측하는 방법으로 진행된다. 기후변화가 강우에 미치는 영향과 관련해서는 기후변화가 총강우량에 미치는 영향에 대한 연구가 주를 이뤄왔으나 극한강우량에 미치는 영향에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 또한 상세화 된 강우 자료가 월단위 또는 일단위이기 때문에 극한홍수량 산정에 필요한 시단위 극한강우량 추정에는 한계가 있다. 본 연구에서는 기후변화가 극한강우량에 미치는 영향을 분석하기 위해 A2 시나리오에 근거한 ECHO-G 모델의 모의 결과를 상세화 시켜 얻은 한강 유역 내의 9개 강우 관측 지점의 일강우 자료를 바탕으로 강우의 scaling invariance 특성에 근거한 시단위 확률강우량을 추정하였고, Neymann-Scott Rectangular Pulse Model (NSRPM)을 적용하여 시단위 확률강우량을 추정하였다. 이러한 방법으로 추정된 9개 지점의 확률강우량과 한강유역종합치수계획(국토해양부, 2008)에서 산정한 확률강우량을 비교하여 미래의 확률강우량 변화를 분석하였다. 분석된 한강 유역 내 강우 관측 지점의 확률강우량 변화 추이는 지점에 따라 상이하게 나타났으며, 이에 따른 확률홍수량의 변화를 검토해 보는 것은 미래의 치수 측면에서 필요한 작업이라 할 수 있다. 또한 기후 변화의 영향은 시나리오와 GCM에 따라 달라질 수 있기 때문에 향후 다양한 시나리오와 GCM에 따른 확률 강우량 변화를 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다.

영산강 수계인 함평지역의 면적이 13.69ha인 논 유역에 건설기술연구원에서 개발된 수문모형인 CAT 모형을 적용하였다. 이 유역에서는 배수를 위해 플라스틱 파이프로 된 배수공을 쓰고 있으며, 배수공은 기존의 Weir Type의 물꼬와는 상이하게 Orifice 형식의 수리적 특성을 갖는다. 이러한 조건에 맞는 수문분석을 위해서 CAT 모형에 배수공을 위한 모듈이 추가되었으며, 현장 계측 자료를 이용한 적용성 평가가 요구되고 있다. 본 연구에서는 2008년부터 2010년까지 대상지역 논에서 모니터링 한 강우-유출 자료를 이용하여 논에서의 물수지 분석을 위한 CAT 모형의 적용성을 평가하였다.

기후변화 연구는 불확실한 미래를 전망하는 과정이므로 '불확실성'은 모든 기후변화 영향평가의 키워드임에 분명하다. 하지만 불확실성 평가를 위해 IPCC에서 제공되고 있는 수많은 GCM 시나리오를 모두 활용하기에는 많은 시간과 노력이 필요하기 때문에 이를 효율적으로 수행할 수 있는 방법이 필요하다 본 연구에서는 시나리오 저감(scenario reduction)방법을 이용하여, 수많은 GCM 시나리오 대신 몇 개의 대표적 GCM 시나리오로도 충분히 불확실성을 유지할 수 있는 시나리오 저감(scenario reduction)방법을 수립하고 제시하였다. IPCC 기후시나리오 중 20C3M과 A & B 배출시나리오를 바탕으로 생산되는 71개의 GCM 시나리오를 다운로드 받아 월평균 기온과 강수량에 대하여 한반도를 대상으로 분석하였다. 비교결과, 기온 전망은 실측과 비슷한 경향성을 보였으나 강수량은 홍수기를 모의하지 못하는 것으로 나타났다. 시나리오 저감방법은 시나리오 분류(scenario cluster)방법과 시나리오 선정(scenario selection) 방법으로 구성된다. 시나리오 분류방법에서는 k-mean방법을 이용하여 5개의 cluster로 나누었으며, 시나리오 선정방법에서는 GCM 시나리오 선정기법을 조사 분석하여 연구방향과 목적에 따라 GCM 시나리오 선정기법을 선택할 수 있는 표를 제시하고, 이 중 시나리오의 확률밀도함수를 이용하는 PDF method를 적용하였다. 본 연구에서는 불확실성 정량화를 위해 maximum entropy를 이용하였다. 또한 시나리오 저감방법이 불확실성을 유지하는지 비교하기 위해 PDF method를 이용하여 정확성이 높은 순으로 5개의 GCM 시나리오를 선정(best 시나리오)하여 불확실성을 정량화하였다. GCM 시나리오의 분산을 이용하여 maximum entropy를 산정한 결과, 20C3M 배출시나리오에서는 모든 시나리오의 entropy는 3.08, 시나리오 저감방법은 2.75, best 시나리오는 2.28이었으며, 이는 시나리오 저감방법은 모든 시나리오의 89.3%의 불확실성을 설명하고 있으나 best 시나리오는 74.0%밖에 설명하지 못한다는 것을 나타낸다. A & B 배출시나리오에서도 시나리오 저감 방법을 사용한 GCM 시나리오가 best 시나리오보다 모든 시나리오의 불확실성을 더 잘 설명하는 것으로 나타났다. 이와 같이 수많은 GCM 시나리오를 사용하는 것보다 몇 개의 대표 시나리오를 이용하여 기후 변화 불확실성을 유지하면서 미래전망을 할 수 있다면, 매우 효율적으로 기후변화 연구를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.

지난 세기동안 지구 평균 기온이 상승함에 따라 대기 중에 차지하는 수증기 함유량 또한 증가 추이를(7%/$^{\circ}C$) 보이고 있으며, 이는 전 세계적으로 수문 순환 패턴의 변화를 초래한다(IPCC, 2007). 그 중에서도 강수 특성의 변화는 궁극적으로 유출량의 변화를 초래하며, 이는 수자원 총량의 변화로 이어지게 된다. 특히, 여름철에 대부분의 강수 현상이 집중되는 우리나라의 경우 육지의 70% 정도가 산악 지형으로 이루어진 복잡한 지리적 영향으로 집중호우 시 홍수가 일시에 유출되어 이에 따른 인적 물적 피해가 해마다 되풀이 되고 있다. 수자원은 인간 생활과 밀접한 관계에 있기 때문에 이러한 극심한 기후변화에 의한 피해를 최소화하기 위해 수계단위의 효율적인 물관리가 필수적이다. 따라서 한반도 내 주요 강(한강, 금강, 영산강, 섬진강, 낙동강)을 중심으로 수계별 강수량 및 유출량의 장기 특성 변화를 살펴보고자 한다. 장기간의 자료를 보유하고 있는 기상청 산하 27개 지점의 시간 강수량 자료 및 국가 수자원관리 종합정보시스템에서 제공하는 장기유출 자료를 수집하여 수계 평균값을 산정하고, 각 수계별 강수량 및 유출량의 장기 추이 및 변동성, 상관도를 알아보고자 하였다. 최근 36년 동안(1973~2008년) 모든 수계에서 연총강수량이 증가하는 추이를 보였으며, 한강 수계에서 유의수준 5% 내에서 가장 높은 증가율(약 10 mm/yr)을, 섬진강 수계에서 가장 낮은 증가율(약 4 mm/yr)을 나타냈다. 여름철 집중호우(20 mm/hr 이상) 빈도 분석 결과, 모든 수계에서 호우 빈도의 증가 경향이 뚜렷함을 볼 수 있다. 특히, 최근 10년간(1999~2008) 호우빈도의 변화를 살펴보면 섬진강 수계의 경우 총 60번으로 가장 많았고 상대적으로 낙동강 수계에서 35번으로 가장 적었다. 여름철 무강수일수(강수량이 0.1 mm 미만인 일수)의 경우 모든 수계에서 거의 완만한 감소추세를 보임을 확인할 수 있었다. 1970~2001년간 연총유출량의 경우 한강 및 금강 수계의 경우 증가하는 경향을 나타내는 반면 섬진강 수계의 경우 오히려 감소하며, 영산강 및 낙동강 수계에서는 뚜렷한 변화를 볼 수 없었다. 월별 유출량의 경우 모든 수계에서 7월, 8월, 9월에 집중되며, 한강 수계에서 8월, 그 외 수계에서는 7월에 가장 높은 값을 보였다. 향후 장기적인 관점에서 바라 본 강수량과 유출량의 관계에 관한 추가적인 연구를 통하여 신뢰성 있는 기후변화에 따른 수자원 영향 평가에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구는 레이더 강우 영상에서 추출된 강우 패턴을 인공신경망으로 처리하여 단기 강우 예측을 수행하는 방안을 제시한 것이다. 본 연구에 활용한 CAPPI 영상자료로는 편차 보정과 품질 관리가 이루어지고 있으며 획득이 용이한 기상청 자료를 이용하였으며 CAPPI의 PNG 영상으로부터 강우 패턴을 추출하고, 이를 역전파 알고리즘의 인공신경망 강우 예측 모형에 학습시켜 단기 강우를 예측하기 위한 절차를 제시하였다. 이를 위하여 강우의 시공간적 변화 패턴 추출을 위한 영상 처리와 GIS 자료처리 기법을 제시하였고 이를 인공신경망의 단기 강우 예측 학습과 검증에 적용하여 본 연구에서 제시된 기법의 타당성을 검토하였다.

일반적으로 미래 기후자료를 산출하기 위하여 기후 시스템을 수치화한 GCM에 의한 결과를 사용한다. 하지만 GCM의 시공간적인 해상도의 문제로 기후변화에 따른 수자원 영향 분석을 위해서는 축소기법의 적용과정이 필요하다. 이를 위하여 전세계적으로 통계학적 방법에 의한 일기발생기를 이용한 축소기법 방법이 많이 이용되고 있다. 하지만 일기발생기에 의한 방법은 월 평균값의 연간 변동성이나 계절적 변화를 재현하는데 한계가 있는 것이 사실이다. 본 연구에서는 이러한 일기 발생기의 한계가 강우의 발생 특성이 평균과 표준편차로 대표되는 통계학적 기법에 근거하고 있기 때문이라고 파악하였다. 따라서 최저온도, 최고온도, 강수량, 상대습도, 풍속, 일사량과 같이 6개의 기상자료를 선정하여 비선형 관계를 고려할 수 있는 기법을 적용하고자 하였다. 이를 위하여 SRES A1B 기후변화 시나리오에 의한 CNCM3 기후모형의 결과를 이용하였고 각 관측소 마다 다양하게 발생하는 강우 특성은 과거의 강우 특성과 유사할 것이라는 가정하에 공간적 축소기법으로 인공 신경망(ANN: Artificial Neural Network) 을 적용하고 시간적 축소기법으로 최근린(NN: Nearest Neighbor) 방법과 유전자 알고리즘(GA: Genetic Algorithm)을 적용하는 기법을 함께 제시하였다. 이러한 기법들을 실제 남한강 유역의 기상관측소 지점으로 적용하여 검증한 결과 모의된 대부분의 기상자료가 관측치를 비교적 잘 재현하였다. 본 연구에서 제시한 비선형 축소기법은 추후 기후변화 연구에 중요한 방법론으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

제주도는 본토와는 달리 유량 관측에 상당한 어려움이 있어 왔다. 투수성이 매우 높은 지반 특성으로 인해 6개의 하천을 제외하고 평시에 대부분 건천이거나 강우로 인한 유출 발생 시에도 급한 하상 경사와 짧은 유하거리 등의 수문지질학적 특성으로 강우 발생 1~2일 정도만 지속되어 유출의 측정 자체가 난해한 지역이다. 현재 16개 관측 지점에서 하천 유출 관측이 전자파 표면 유속계를 이용하여 실시되고 있으나 하천 전문 인력의 부족으로 인해 효과적인 관측자료의 해석, 운용 및 검보정 등에 어려움이 많았다. 본 연구는 국토환경부에서 발주한 제주형 물순환 관리기반 시스템 구축의 일환으로 제주도에 적합한 유량 측정 방식을 확립하고 유량 관측 지점을 증가시키고 기존 측정 자료를 검보정하는데 목적을 둔다. 우선 다양한 유량 계측 기법을 활용하여 상시하천에서 유량 관측을 실시하여 상호 비교하여 기존 방식으로 관측된 유량을 검보정하고 제주도 유출의 특성을 개괄적으로 파악하고자 한다. 사용된 유량 관측 기법으로 ADCP, LSPIV, 자기유속계, 전자파표면유속계가 연외천과 강정천에 동시에 적용되었다. ADCP는 유량 관측의 정확도가 다른 계측 기기보다 상대적으로 우수하다고 알려져 다양한 유량 관측 결과를 보정하는 기준으로 사용되었다. 하지만 홍수 유출의 경우 대부분의 현장에서 관측이 어려워 이 경우 LSPIV가 대안으로 채택이 되었다. 그리고 단면의 일부 지점에서 유속을 계측하는 자기 유속계와 전자파표면유속계로 유량을 계산하여 ADCP와 LSPIV의 유량과 비교하였다. 비교 분석 결과는 기존의 전자파표면유속계의 측정 오류를 보정하고 향후 제주형에 적합한 유량 측정 방식을 선정하는 데 사용될 것으로 기대된다.

수자원 확보를 위해 건설된 저수지는 내외부위의 여러 가지 환경영향으로 인해 수질문제가 종종 발생한다. 이런 수질문제에 대처하기 위해 다양한 형태의 수질개선 장치가 고안되어 적용되고 있으며, 물순환장치도 그 중에 하나이다. 물순환장치는 수층에 산소를 공급하고 표층의 조류제어, 이취미 제거 등 다양한 목적으로 사용된다. 본 연구에서는 저수지에 설치된 대류식 물순환장치의 수질개선 효과를 평가해 보았다. 수체가 큰 저수지에서의 조사는 매우 어려운 점이 있으나, 조사방법은 물순환장치로 부터 일정거리에서 수심별 수질조사를 실시하였으며, 물순환장치가 가동되는 지역과 장치가 없는 지역에 대한 조사를 실시하여 그 차이 만큼을 수질개선 효과로 평가하였다. 현장조사는 물순환장치로부터 1m, 3m, 5m, 7m, 10m, 13m, 15m 떨어진 지점에서 유속과 수질조사를 실시하였으며, 유속은 표면유속만 측정하였고 수질은 수표면에서부터 저수지 바닥까지 조사를 실시하였다. 조사기간 동안 수체의 물리적 조건은 계절에 따라 다양한 변화를 보였으나, 양수된 저층수의 흐름은 수평방향으로 흘러들어가면서 온도변화에 따라 혼합되거나 하강하는 것으로 나타났다. 심층 혐기성층이 발달된 상황에서 물순환장치의 가동은 물순환장치 흡입구 근처의 혐기성층을 흡입하여 표층으로 확산시켰고 이로인해 주변의 수체가 물순환장치 흡입구로 밀려오면서 심층의 혐기성층이 약화되는 현상을 나타냈다. 조류가 발생한 기간중에 물순환장치에 의한 조류제어 효과는 심층수가 상승하여 확산되는 수평방향으로 반경 약 10m 지점까지 조류농도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며 조류농도가 낮아지는 기간에는 그 영향범위가 조금 적어지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼때 저수지에 설치되어 운영되는 대류식 물순환장치는 심층의 혐기화 개선과 표층의 조류제어에 효과가 있는 것으로 판단할수 있으나, 조류제어에 대해서는 좀 더 심도있는 조사가 필요할 것으로 판단되었다.

도시지역에서 강우발생 시 우수는 대부분 도로를 통해 이동하고 배수된다. 도로의 배수시설은 도로면의 안전을 확보하기 위한 목적뿐만 아니라 도로 이외의 지역에 흐르는 유출수를 배수시키는 기능도 포함하고 있다. 현재 우리나라의 도로배수는 빗물받이와 횡유입부를 통해 대부분 이루어지고 있다. 이러한 배수시설이 제 기능을 충분히 발휘하지 못하면 노면수가 정체되고, 노면수가 인근 주택가로 유입되어 침수피해를 가중시키는 경우도 있고, 교통의 원활한 흐름을 저해하게 된다. 도로배수시설의 설계 시 설계빈도에 상위하도록 충분한 여유를 두고 설치하더라도 부유잡물 등에 의해 그 효율이 저하될 수도 있다. 또한 배수시설을 통해 배수되는 초기 유출수는 많은 비점오염원을 포함하고 있고, 이러한 오염원이 하천으로 유입되어 하천수 및 저수지를 오염시킬 수도 있다. 본 연구에서는 배수시설 중 빗물받이의 효율개선과 비점오염원을 처리할 수 있는 비노출배수로에 대하여 수리실험을 실시하고 효과를 검토하였다. 이를 위해 폭 2.4 m, 길이 10.0 m의 실험도로를 제작하였고, 유입유량을 증가시켜가며 배수효율을 확인하였다. 또한 흙탕물을 유입시켜 비노출 배수로를 통해 배수시킨 후 유입수와 유출수의 부유물질, BOD, $COD_{Mn}$, TN, TP의 량을 측정하고 변화를 확인하였다. 이때 비점오염원처리를 위한 여과재료로는 제오라이트를 이용하였다. 실험결과 실험도로의 측면에 비노출 배수로를 설치하였을 경우 도로위에 수심이 거의 발생하지 않으면서 배출할 수 있는 최대 유량은 2.29 l/s였고, 서울시를 기준으로 설계빈도 10년에 대하여 본 연구의 실험도로 규격에서의 유출량이 1.09 l/s임을 고려할 때 10년 빈도 강우강도 발생 시 비노출 배수로가 충분한 여유를 가지고 배수 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험도로의 규격에서 2.29 l/s의 유출량이 발생하기 위한 강우강도는 서울시를 기준으로 100년 빈도에 상위하는 강우강도로 비노출 배수로에 막힘이 없는 경우 100년 빈도의 강우시에도 노면수 배출이 가능하였다. 쓰레기와 모래와 같은 부유잡물이 배수로를 막고 있다 하더라고 배수효율 저하는 크게 발생하지 않았다. 또한 BOD와 $COD_{Mn}$의 농도는 유입수와 비교하여 30%이상의 제거 효율을 보였다. 특히 부유물질의 경우 제거효율이 50 %인 것으로 검토되어 본 연구의 비노출 배수로가 초기우수의 오염원제거에 효과가 있을 것으로 판단된다.

산지하천의 만곡부에서는 홍수시 원심력이 작용하여 하천 횡단방향으로 수면경사가 발생되기 때문에 만곡 외측에서는 수위가 상승하고 내측에서는 수위가 내려가는 편수위 현상이 일어난다. 산지하천 만곡수충부의 수위 상승 특성을 파악하기 위해 만곡수충부 하류부의 수위가 그 편수위에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 이에 강원지역 하천 만곡부의 형태학적인 특성을 바탕으로 산지하천 만곡부 조건을 설정한 수리모형 실험장치를 이용하여 하류부 수위를 6단계로 조절하고 각 단계별로 횡단수위 분포를 측정하는 과정으로 이루어졌다. 실험결과 만곡부의 최대 편수위는 하류부 수위조건이 고수위 보다 저수위에서 크게 나타났으며 이는 만곡수충부 하류에 보와 같은 수위조절구조물에 의하여 만곡부 내의 수위가 상승될 경우 편수위가 감쇠될 수 있는 가능성이 있다는 것을 나타낸다.

우리나라는 최근 많은 주요하천에서 생태하천으로의 복원작업이 활발하게 진행되고 있다. 견고함을 위해 예전부터 수충부에 콘크리트를 주로 사용하였으나, 생태하천으로의 복원을 위해서는 호안 조성 재료의 교체가 필요하다. 콘크리트를 대체 할 여러 종류의 자연친화적 재료 및 공법들이 개발되고 있으나, 재료에 대한 신뢰성 있는 특성 분석 자료 및 평가에 대해서는 진행되어 있지 않다. 본 논문에서는 최근 자연형 하천 조성에 사용되고 있는 소프트 백(Soft-Bag)에 대한 수리학적 특성치를 검토하기 위하여 식생 유 무에 따른 조도변화, Re수 및 Fr수를 산정하였다. 본 연구를 위하여 최대로 약 0.4cms의 유량이 통수가 가능하도록 길이 20m, 폭 2m, 높이 1m의 개수로 장치를 실내에 설치하였으며, 지하저류조를 제작하여 200톤의 유량이 순환되도록 펌프 4대를 설치 하였다. 또한, 유속의 증가를 위하여 개수로 경사장치를 설치함으로써 최대 0.005의 경사로 실험이 가능하도록 제작하였으며, 최하류부에 수문을 설치함으로써 하류경계조건에 의한 실험이 가능 하도록 하였다. 본 실험을 위하여 유량 및 하류경계조건의 변화에 따라 호안의 식생 유 무를 달리하여 실험을 통해 얻어진 데이터를 분석하였으며, 식생이 없는 경우 유량이 증가할수록 Re수 및 한계소류력이 증가하였으며, Fr수의 경우에는 하류경계조건에 따라 유속변화에 더 민감한 것으로 나타났고, 조도의 경우에는 0.01~0.025의 범위로 나타났고, 식생이 있는 경우 하류경계조건에 의한 변화의 폭이 더 작게 나타났다. 식생에 의한 유속은 하류경계조건이 낮은 경우에는 유량이 클수록 식생에 의한 변화가 크게 나타났지만, 하류경계조건이 커질수록 식생에 의한 유속의 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 충북 괴산 달천의 수전교 지점에서 기포식, 압력식, 레이더, 부자식 등 4종의 수위계를 함께 운영하여 얻은 자료를 바탕으로 관측 기종과 조건에 따른 수위값의 특성을 상대 비교 분석하였다. 기준 수위는 동시간대 측정한 4개 수위계의 평균값을 이용하였다. 분석 결과 전체적으로 수위계가 약 ${\pm}2%$ 범위에서 상대차이가 발생하고 있으나 레이더 수위계는 저수위에서는 이보다 약간 큰 범위에서 변동하고 있고, 홍수시에도 일부 측정 결과들은 큰 변동성을 보이고 있음을 알 수 있었다. 이 결과는 각 수위계의 오차 특성을 정확하게 판단할 수는 없고 경향성만 보여주었으나 측정 환경과 기종에 따른 차이가 다소 있음을 보여주었다.

산지하천은 지형 및 지질적인 요인으로 경사가 급하고 만곡수충부가 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시 수충부에서 호안파괴의 문제가 많이 발생한다. 본 연구에서는 급경사 만곡수로의 외측 벽면에 돌출줄눈을 설치할 때 조도계수에 미치는 영향을 조사하였다. 실험유량은 $100{\ell}/s$, $120{\ell}/s$, $140{\ell}/s$이고, 수로경사는 1/50으로 고정하였다. 모든 구간에서 돌출줄눈의 영향으로 약 5-63%의 조도계수 변화가 발생하였다. 상대적으로 유량이 많을 때 외측벽면조도에 의한 조도계수의 증가는 더 크다. 이는 급경사 만곡수충부의 조도계수가 돌출줄눈에 의하여 제어될 수 있음을 나타내는 것이다.

저수지에서 수체의 거동정보는 저수지관리를 위해 매우 중요하며, 이를 수리 및 수질모형에 적용하여 다양한 예측에 활용할 수 있는 기본적인 정보이다. 그러나 저수지 수체의 흐름은 매우 느리고 조사시기에 따라 혹은 수심에 따라 영향을 받으며, 바람 등 외부요인에도 영향을 받게 됨으로 정확한 측정에 많은 어려운 문제가 있다. 따라서 보다 정확한 측정을 위해서는 최신의 기술이 적용되어야 한다. 현장조사에 적용한 저수지 수체거동조사장비(drifter)는 수체의 유동을 관측하는 장치로 GPS 및 Drogue를 장착한 장치가 저수지 수체의 흐름에 따라 이동하면서 위치정보를 무선통신으로 실시간 전송할 수 있도록 만들어진 장치이다. 수체흐름 측정장치는 크게 수체거동정보 생산부이 시스템과 수집서버 및 데이터베이스 서버로 구성되어 있다. 현장 조사시에는 부이에 장착되어 있는 GPS를 통해 현재의 위치가 매번 정해진 시간 간격마다 본체 내부의 메모리에 저장되며, 측정자가 설정한 시간간격으로 위치정보를 수신국으로 전송하도록 구성되어 있다. 수체이동부이의 데이터 수신은 CDMA를 통해 송신된 메일 데이터를 자체적으로 수집하여 데이터형태로 변환한 뒤 실시간으로 표출하고 저장되며, 최대 10개의 부이를 동시에 추적 및 모니터링할 수 있게 구성되어 있다. 본 연구는 용담댐저수지에서 평갈수기 및 풍수기로 구분하여 수체거동을 조사하였다. 평갈수기 조사는 2010년 4월부터 6월까지 총 3차례에 걸쳐 실시하였으며, 풍수기 조사는 8월에 3차례에 걸쳐 실시하였다. 수집된 자료에 의하면 평갈수기 drifter의 평균 속도는 2.25 cm/sec, 최고 속도는 3.46 cm/sec, 최저 속도는 1.15 cm/sec로 나타났으며, 풍수기 조사에서는 평균 속도 2.0 cm/sec, 최고 속도는 2.5 cm/sec, 최저 속도는 1.29 cm/sec로 조사되어 평갈수기와 풍수기간 저수지 수체의 이동속도는 유사한 것으로 평가되었다. 그러나 수기별 조사는 보다 더 많은 정보가 필요하며, 수심에 따른 차이도 있을 것으로 판단되어 좀더 다양한 조사가 수행되어야 보다 정확한 결과를 도출할수 있을 것으로 판단된다.

홍수기에 안전하고 정확한 유량측정을 통하여 물관리에 필요한 기초수문자료를 확보하고자 한국수자원공사에서 1993년도부터 홍수유량측정기술 확보를 위한 연구를 시작하였다. 그간의 연구성과를 바탕으로 1999년도에 하천의 유속을 비접촉식으로 측정할 수 있는 홍수용 전자파표면유속계를 개발하여 특허등록하였고 그와 동시에 이의 상품화를 추진하여 2010년도까지 75대를 보급하여 실무에서 이용하고 있다. 이동식인 홍수용 전자파표면유속계를 바탕으로 2001년도에는 고정식 실시간 홍수유량측정측정시스템을 개발하여 특허등록하였고, 이 시제품을 현재 용담 수자원시험유역의 동향지점에서 시험운영하고 있다. 또한, 현장 유량측정실무자들의 홍수용 전자파표면유속계 개선요구에 따라 편각용 전자파표면유속계 시제품을 개발하였으며, 이는 임의의 한 지점에 설치한 한 대의 장비로 좌우 여러 측선의 유속을 동시에 측정할 수 있는 다점 측정기능을 갖도록 성능을 개선하였다. 이에 따라 홍수시 유량측정에 소요되는 시간이 줄어들어 신속하게 유량측정을 완료할 수 있는 계기를 마련하였다. 이와 더불어 유속측정 범위를 확장하여 홍수시의 고유속 뿐만 아니라 0.5 m/s 이하의 저유속까지 측정할 수 있는 범용 전자파표면유속계의 시제품을 추가로 개발하였다. 이 장비는 최저유속 0.03 m/s의 측정을 실내시험을 통하여 입증하였다. 범용 전자파표면유속계는 상품화 시제품의 개발을 목표로 기존 시제품의 현장시험을 통하여 현장적용상의 문제점에 대한 해결에 주력하였다. 첫째, 평갈수용 전자파표면유속계의 사용편의를 개선하기 위하여 소형화 및 경량화를 추진하였고, 이를 위하여 사용주파수를 기존의 10 GHz에서 24 GHz로 변경함으로써 $35{\times}35\;cm$ 크기의 기존안테나를 $22{\times}22\;cm$ 크기로 소형화하였으며 송수신부의 무게는 기존 18 kg에서 3.3 kg으로 혁신적으로 줄이는데 성공하였다. 이를 위하여 안테나는 기존의 반사형안테나에서 도파관슬롯배열안테나로 변경하였다. 둘째, 측정값의 안정화를 위하여 안테나의 특성을 개선하여 부엽(side-lobe) 레벨 30 dB 이하 그리고 전후방비(front-back ratio) 50 dB 이하로 개선하여 안테나가 지향하는 방향 이외의 위치에서 반사되는 불필요한 신호를 줄였다. 또한 적응형 이득제어(adaptive gain control)기법의 채택으로 미소 신호에 대한 안정적 측정 및 과다 신호에 대한 능동적 감쇄를 할 수 있도록 시스템을 구성하여 전 유속범위에 대한 안정적 측정을 가능토록 설계 및 제작하였다. 셋째, 자가점검 기능을 탑재하여 유속측정 전에 기기의 상태에 대한 self test기능을 통하여 측정자가 기기의 상태를 사전에 파악 가능토록함으로써, 기기 오작동에 대한 능동 대처할 수 있도록 하였다. 이외에도 저전력 회로설계를 통하여 배터리 사용시간을 확장하였고, 기존의 전자파표면유속계가 가지고 있던 방습 및 방수에도 내성을 갖는 제품으로 설계하였으며 스마트기기를 이용한 무선측정 및 세련된 디자인 등 사용자의 요구사항을 충분히 반영하였다.

1922년 R. L. Parshall이 고안한 파샬플륨은 현재 사용되고 있는 개수로 유량계로서는 가장 많은 실험자료를 보유하고 있다. 위어에 비해 설치가 어렵고 경제성이 떨어지는 단점도 있지만 설치 후에는 상대적으로 다른 시설보다 토사이동이 원활하다는 장점이 있어 하수 및 폐수 등의 유량측정에 많이 적용되고 있다. 용담저수지의 주요 지천인 금강본류와 구량천 2곳에는 국가가 관리하는 수위관측소가 있다. 설치지점의 지명을 따 동향수위관측소와 천천수위관측소로 운용되고 있으며, 동향수위관측소 약 170 m 하류와 천천수위관측소 약 2.5 km 상류 2곳에 갈수기 유량조사를 위한 파샬플륨이 설치되었다. 동향파샬프륨과 천천파샬플륨은 갈수기 유량을 고려하여 Iso 9826의 파샬플륨 번호 10(Parshall flume No. 10)과 유사한 규격(설치당시 목부(Throat)폭 5ft))으로 설계되었으며, 플륨으로 흐름을 유도하는 유입부(Entrance section) 좌 우 횡단방향에 보를 연결하여 상대적으로 하폭이 넓은 자연하천에 적용하였다. 수년간의 현장운용 결과, 파샬플륨의 가장 큰 장점이었던 원활한 토사이동이 보로 인해 차단되고, 누적된 토사가 흐름을 왜곡시킴으로서 플륨내 수위로부터 환산한 유량값에 비교적 큰 오차를 발생시 킬 수 있음을 알게 되었다. 본 연구는 이러한 문제의 원인이 상류에 누적된 토사에 있음을 규명하고 대처방안을 제시하기위해 동향파샬플륨을 대상으로 수행되었다. 플륨을 통한 유량자료의 신뢰도는 (1) 플륨내 정밀유량측정, (2) 50 m 하류에서의 도섭법에 의한 유량측정 그리고 (3) 130 m 하류에서의 도섭법에 의한 유량측정을 통하여 비교 및 검증하였다. 조사결과 플륨내 수위는 상류에 퇴적된 토사로 인해 일정하지 않으며 이로 인해 유량에 오차가 발생하고 있음이 확인되었다. 또한 본 연구에서는 자연하천에서의 파샬플륨 적용을 위해 토사이동을 고려한 설비의 구조개량을 병행하였다. 새로운 형태의 파샬플륨은 '에코플륨'이라 명명하였으며 원활한 토사이동과 인공구조물에 의한 자연경관 훼손을 방지할 수 있는 두 가지의 효과가 기대된다. 현재 실물모형의 제작이 완료되어 실내실험을 수행하고 있으며, 머지않은 장래에 현장설치가 가능하다고 판단된다.

강수는 지역에 따라 발생양상이 매우 다른 자연현상 중 하나이다. 이러한 강수를 효과적으로 분석하여 확률강수량을 산정하기위해서 수문학에서는 다양한 방법이 시도되어 왔다. 우리나라에서는 지점빈도해석을 통한 확률강수량을 주로 사용해왔으나 최근 들어 Hosking and Wallis(1997)가 제안한 지역빈도해석을 활용을 적극 도모 하고 있는 중이다. 이러한 지역빈도해석 기법은 지점빈도해석 기법에 비하여 한정된 강수자료를 활용하는 측면 등 여러 가지 장점을 가진 확률 강수량 산정방법이다. 그러나 이 기법을 적용하여 확률강수량을 산정하기 위해서는 강수의 지역구분을 먼저 수행하여야 한다. 강수지역의 구분을 위해서는 여러 가지 기법이 존재하나 최근에는 Cluster 기법 중 K-means 방법이나 Fuzzy c-means 방법 등을 주로 적용하여 지역구분을 수행하고 있다. 그러나 K-means 방법이나 Fuzzy c-means 방법 등은 산정 방법내에서 최적 군집수를 결정할 수 있는 알고리즘이 없기 때문에 임의적으로 최적 군집수를 결정하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 Cluster 평가지수 중 하나인 Dunn 지수를 이용하여 최적 군집수를 제시하고자 한다. 본 연구에서 강수지역을 구분하기 위하여 적용한 인자는 월 평균 강수량, 연 평균 강수량, 월 최대 강수량, 경도, 위도, 고도 등이며, 이를 K-means, PAM 및 친근도 전파 기법을 통하여 강수지역을 구분하였다. 적정 군집수를 임의적으로 증가시켜 가면서 Dunn 지수를 산정하였다. 산정된 결과를 통하여 최적 군집수를 결정하였다.

수자원에서 일강수량 모의기법은 다양한 목적으로 활용되고 있으며 기본적으로 수공구조물 설계 및 수자원계획을 수립하기 위한 입력 자료로서 이용된다. 수자원계획은 장기적인 목적을 가지고 수행되는 것이 일반적이며 우리가 목표로 하는 장기간의 일강수량자료의 획득이 어렵기 때문에 단기간의 일강수량자료를 장기 모의하여 이용하게 된다. 일강수량을 모의하는데 있어서 강수계열의 단기간의 기억(memory)을 활용한 Markov Chain 모형이 가장 일반적이며, 기존 Markov Chain 모형을 통한 일강수량 모의에서 발생하는 가장 큰 문제점은 극치강수량을 재현하기 어렵다는 점이다. 이러한 문제점으로 인해 수자원 계획을 수립하는데 있어서 불확실성을 가중시키고 있다. 특히 일강수량 모의기법을 통해서 추정되는 빈도강수량의 과소추정으로 인해 수공구조물 설계 시에 신뢰성을 확보하는 데 문제점이 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 기존 Markov Chain 모형에서 일강수량에 평균적인 특성과 극치특성을 동시에 재현할 수 있도록 불연속 Kernel-Pareto Distribution 기반에 일강수량모의기법을 개발하였다. 한강유역의 3개 강수지점에 대해서 기존 Markov Chain 모형과 본 연구에서 제안한 방법을 적용한 결과 여름의 일강수량 모의 시 1차모멘트인 평균과 2-3차 모멘트 모두 효과적으로 재현하지 못하는 문제점이 나타났다. 그러나 본 연구에서 제안한 불연속 Kernel-Pareto 분포형 기반 Markov Chain 모형은 여름의 일강수량 모의 시 강수계열의 평균적인 특성뿐만 아니라 표준편차 및 왜곡도의 경우에도 관측치의 통계특성을 매우 효과적으로 재현하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제시한 방법론은 전체적으로 기존 Markov Chain 모형에 비해 극치강수량을 재현하는데 유리한 기법으로 판단되며, 또한 극치강수량을 일반강수량으로부터 분리하여 모의함으로서 평균 및 중간값 등 낮은 차수에 모멘트 등 일강수량에 전체적인 분포특성을 더욱 효과적으로 모의할 수 장점을 확인하였다.

한 유역에서 유출 모형의 성공을 좌우할 수 있는 중요한 요소 중 하나는 강수 손실량(precipitation loss)을 결정하는 것이다. 손실량은 홍수 예측이나 수자원 평가를 위한 유출 모형의 주요 입력 자료가 된다. 만족할 만한 유출 모형을 구현하기 위해서는 손실량의 정확한 평가가 요구된다(Najafi, 2003). 총 강우량 중에서 손실량을 뺀 초과 강우량 또는 유효 강우량은 치수적 측면이든 이수적 측면에서 요구되는 직접 유출량(direct runoffs)에 상당하는 규모로서 유출 모형에서 매우 중요하다. 이제까지 많은 경우에 직접 유출되는 유효 강수량은 총강수량에서 주요 손실량 성분인 침투량을 감하여 산출하여 왔다. 이 때 침투량은 호우사상별로 적게는 유출량의 30%에서 많게는 100%까지 차지할 만큼 주요한 손실 성분으로 취급되었다(Chow, 1964 ; Singh, 1989). 침투량을 산정하기 위한 기존 모형내 포함되는 매개변수 값은 실용적으로 잘 정립되지 않았기 때문에 유출 모형에 실제 적용하는데 어려움이 있다. 한편 침투량 산정 모형 중에 Horton 모형은 가장 잘 알려져 있는 모형 중 하나이다(Horton, 1939 ; 1940). 후속 성과(Blake et al., 1968; Rawls et al., 1976)은 있었지만 모형내 매개변수 값을 결정해야 하는 실용상의 어려운 점이 있다(Singh, 1989). 그리고 국내 초과 강수량 산출 모형에 관한 연구사례가 다수(조홍제,1986; 남선우와 최은호, 1990; 정성원과 김승, 1991; 안태진 등, 2000; 박햇님과 조원철, 2002; 유주환, 2006) 있었지만 시간적으로 연속함수를 갖는 Horton 침투 모형을 실무적으로 이산화 하여 적용할 수 있도록 하는 방법의 절차 및 원칙이 제시되지 않아 유출 모형에 직접 적용하기 쉽지 않은 형편이다. 이에 본 발표에서는 한 유역에서 Horton 매개변수를 결정한 기존 연구(2006, 유주환)의 성과를 적용한 Horton 침투모형을 강수사상별 이산화한 시간별로 적용하는 절차와 적용 원칙을 소개하고자 한다.

Long-term nonstationary oscillations (NSOs) are commonly observed in hydrological and climatological data series such as low-frequency climate oscillation indices and precipitation dataset. In this work, we present a stochastic model that captures NSOs within a given variable. The model employs a data-adaptive decomposition method named empirical mode decomposition (EMD). Irregular oscillatory processes in a given variable can be extracted into a finite number of intrinsic mode functions with the EMD approach. A unique data-adaptive algorithm is proposed in the present paper in order to study the future evolution of the NSO components extracted from EMD.

In the present study, the proposed EMD and NSOR models has been applied in hydrology and climate sciences. Here, we present those applications as the following: (1) to extend future scenarios of Global Surface Temperature Anomaly including long-term oscillation component; (2) to extend the future evolution of the Eastern Canada winter precipitation; (3) to apply EMD in detecting climate change.

수자원장기종합계획(2006)에 따르면, 우리나라는 물부족이 예상이 되고 있고, 이러한 물부족 현상은 기후변화의 영향으로 더욱 악화될 것으로 예상된다. 기후변화에 따른 물부족에 대응하기 위해서는 현행 지표수 및 지하수(Blue Water) 위주의 수자원관리와 더불어 그전에는 수자원으로 인식되지 않았던 토양수(Green Water)를 새로운 개념의 수자원으로 인식하는 것이 필요하다. 토양수는 현재 물사용량 중에서 가장 많은 비중을 차지하는 농업용수 부분에 효율적으로 활용하면, 지표수나 지하수와 같은 수자원을 대체하는 효과가 있다. 기후변화에 따른 물부족에 대응한 토양수의 효율적 활용을 위해서는, 과거 뿐아니라 미래의 지역별 시기별 토양수 공간분포특성을 분석하는 것이 선행되어야 한다. 그러므로 본 연구에서는 토양수의 분석을 통한 미래 물부족 해결에 도움이 될 새로운 수자원 관리의 기틀을 마련하기 위해 토양수 분포특성분석모델을 개발하고, 이를 활용해 과거 및 미래의 토양수의 공간분포특성을 분석한다. 토양수 분포특성분석모델은 선행 5일간의 일 강우데이터 값을 표준선행강우지표(Normalized Antecedent Precipitation Index)에 적용하여 일 단위 토양수 상태(Wet, Average, Dry condition)를 계산하는 모델이다. 과거 토양수 분석에는 인공위성 강우데이터(Tropical Rainfall Measuring Mission 3B42)를, 미래 토양수 분석을 위해서는 기상청에서 제공하는 국가표준 기후변화 시나리오(A1B)를 각각 사용하여, 과거 데이터는 27km의 격자로, 미래는 25km 격자크기로 한반도 전체의 일 단위 토양수 상태를 계산했다. 계산된 토양수 결과를 활용해 연 월별 그리고 토양수를 쓸 수 있는 시기, 즉 식물이 자라는 시기(4-9월)의 특성을 분석했다. 이를 통해 향후 기후변화에 따른 물부족 대응 토양수 수자원 활용방안에 도움이 될 것으로 예상된다.

전 세계적으로 기후변화로 인한 기상재해의 피해가 매년 증가하고 있으며, 기후변화로 인한 시민들의 안전, 재산, 인명피해 또한 늘어나고 있다. 이러한 피해를 최소화하기 위해서는 도시지역을 중심으로 한 신뢰성 높은 미래 기후전망 기법이 필수적이며, 미래 기후전망을 바탕으로 하여 기후변화로 인한 향후 발생할 수 있는 위험성의 정도를 전망하여 적응대책을 수립할 필요가 있다. 본 연구에서는 도시지역의 미래 기후전망 기법을 개발하여 서울시의 미래기후를 전망한다. 본 연구를 수행하기 위하여 먼저 IPCC 기후시나리오에 대한 조사를 수행하여 자료를 수집한다. 수집한 자료를 바탕으로 역학적 상세화와 통계적 상세화 기법을 이용하여 고해상도 기후 시나리오를 생산하였다. 역학적 상세화 기법은 A2시나리오의 ECHO-G/S에서 생산된 기후 시나리오를 이용하여 지역 기후모델인 RegCM3에 적용하여 상세화 과정을 수행하였다. RegCM3를 이용하여 60km로 상세화한 후에 one-way double-nested system을 구축하여 20km까지 상세화 하였다. 20km 해상도의 기후 시나리오는 서울시와 같은 좁은 지역의 기후를 분석하기에는 어려움이 있으므로, RegCM3에 사용할 수 있는 Sub-BATS라는 기법을 이용하여 5km의 고해상도 기후 시나리오를 생산하였다. 역학적 상세화 결과는 관측결과에 비해 과소 추정되는 경향이 있어, 편차보정을 통하여 관측값에 가까운 자료를 만들어 주었다. 역학적 상세화 결과를 분석한 결과, 기준기간에 비해 미래기간(S3)에는 전체적으로 약 4.9도의 기온상승과 강수량 증가가 나타났으며, 특히 9월에 가장 큰 상승폭을 나타내고 있었다. 강수량의 경우 증가 경향이 뚜렷이 나타나고 있었으며, 여름철에 큰 증가폭을 나타내고 있었다. 통계적 상세화 기법은 역학적 상세화 기법에서 사용된 ECHO-G/S를 포함한 13개의 GCM결과와 우리나라의 57개 지점에 대한 CSEOF기법을 이용하여 기후 시나리오를 생산하였다. 이 자료는 서울시에 대하여 하나의 지점밖에 존재하지 않아, 서울시내의 지역별 미래 기후전망에는 문제가 있었으므로, Delta method라는 기법을 이용하여 서울 및 인근지역의 AWS 35개 지점에 대하여 미래 기후시나리오를 생산하였다. 통계적 상세화 결과, 13개 GCM의 기온변화는 전체평균 약 3.1도 상승하였고, 겨울과 여름철의 변화폭이 가장 크며, 모델의 불확실성 또한 겨울과 여름에 가장 큰 특징을 가지고 있다. 강수량의 경우 MME에서는 약간의 상승은 나타나고 있었지만 모델간의 불확실성은 여름철에 크게 나타나고 있었다. 역학적 및 통계적 상세화 기후 시나리오(ECHO-G/S, A2)를 비교 분석한 결과, 기온은 역학적 상세화 결과가 약간 크게 나타났으며, 전체적으로 유사한 패턴을 보이고 있었다. 강수량 또한 역학적 상세화 결과가 크게 나타나고 있었다. 역학적 및 통계적 상세화 결과는 S1의 경우 유사한 특징을 보이고 있었지만 S3로 갈수록 차이가 크게 나타나고 있었다.

최근에 산악지역에서의 국지성 강우에 의한 사고 발생이 증가하고 있고, 2009년에는 북한의 무단 댐방류로 인해 인명피해가 발생함에 따라서 산악이나 북한 지역과 같은 지역의 모니터링이 필요하게 되었으며, 강수량의 기후학적 분포의 특성과 같은 장기적인 강수량 정보가 필요하게 되었다. 레이더는 넓은 영역에 대해서 시 공간적으로 고해상도의 자료를 제공할 수 있기 때문에 국지 규모의 단시간 강수량 정보를 제공하는데 유용하다. 국립기상연구소(National Institute of Meteorological Research; NIMR)는 기존의 층운형 Z-R 관계식(Z=$200R^{1.6}$, Marshall-Palmer, 1948)을 이용한 레이더 강우강도 산출에서 과소추정 문제를 개선하기 위해 레이더-AWS 강우강도(Radar-AWS Rain rate; RAR) 산출 시스템을 개발하여 현재 운영하고 있다. RAR 산출 알고리즘은 각 레이더에 대해서 레이더 강우강도와 지상 AWS 우량계 자료를 비교하여 실시간으로 Z-R 관계식을 산출하여, 레이더 반사도를 강우강도로 변환하고, 이를 합성하여 한반도 영역에 대해서 강우강도 정보를 제공한다. 2010년에는 RAR 자료와 지상 AWS 우량계 자료를 이용하여 레이더-AWS 누적강수량을 산출하는 시스템을 구축하였으며, 현재 시험운영 중에 있다. 본 연구에서는 레이더-AWS 누적강수량의 정확도를 평가하기 위해서 2009년에 대해 레이더-AWS 누적강수량 자료와 지상 AWS 누적강수량 자료에 대해 RMSE, Bias 등의 통계값을 산출하였으며, 북한 지역에 대한 적용가능성을 분석하기 위해서 레이더 관측 반경 내의 북한 지역의 GTS 지점 자료를 이용하여 사례 분석하였다. 본 연구는 레이더 자료를 이용한 지상 관측 공백지역의 강수량에 대한 모니터링을 통하여 이러한 지역의 사고에 대비할 수 있고, 기후학적인 강수량 정보 제공 및 향후 유역별 레이더 면적강수지도 시험판 개발을 통하여 수문 기상 분야에 적용하여 효과적인 물관리에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

토양수분은 전 지구 및 기후 모델 연구, 전 지구 환경 감시, 기후변화, 대기-지표의 물과 에너지 상호교환 등 중요한 역할을 한다. 최근에는 수동형 마이크로웨이브 센서를 이용하여 토양수분을 탐지하고 있으며, NASA는 공식적인 전구 토양수분을 제공하고 있다. 특히, AMSR-E(Advandced Microwave Scanning Radiometer on EOS)의 6 GHz 영역에서 산출된 토양수분은 지표 토양층(0～5 cm)의 높으 정확도의 토양 수분 정보를 제공하고 있다. 지금까지의 위성관측을 이용한 토양 수분 알고리즘은 복잡한 선행모델과 관측된 경험식을 바탕으로 한다. 이 연구의 제안한 알고리즘은 위성에서 관측된 휘도온도 정보를 이용하여 역변환 방법을 이용하여 토양수분을 산출할 수 있기에, 복잡한 선행모델 사용을 최소화하는 장점이 있다. 본 연구에서 제시한 토양수분 산출 알고리즘은 각 채널(6.9 및 37 GHz)의 특성을 이용하여 거친 표면의 반사도를 산출한 후, 편광비율 특성을 이용한다. 아울러 반사도는 Hong 근사식을 이용하여 지표면 거칠기, 물질의 특성을 나타내는 유전상수를 산출하고 두 변수 사이의 관측된 경험적 관계식를 이용하여 전 지구적인 토양수분이 산출한다. 이 결과는 NASA에서 산출한 토양 수분과 현장관측 (SMEX03)의 오클라호마, 조지아 지역 관측 결과와 비교하였을 때, 사용자들이 요구하는 수준 (<0.06g/$cm^3$)의 정확도를 만족시킨다. 본 연구에서 제시된 토양수분 알고리즘은 단순성, 정확성, 물리적 기반을 바탕으로 하기에 현업용으로 그 활용 가치가 높다. 본 연구 결과는 향후 국외 토양수분산출 전용 위성들인 SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity)와 SMAP(Soil Moisture Active/Passive) 자료들을 생산하는데 활용된다면, 전 지구적 토양수분 정보제공에 기여할 수 있을 것으로 예산된다.

최근에 미국에서 출범한 수질 교환 법은 수질기준을 혁신적인 접근방법으로 만족시키는 법이다. 이 법안은 수질기준을 초과하지 않는 조건에서 한 유역 안 다른 지점들의 점 오염과 비점오염 배출의 교환을 허용한다. 이 법안을 적용하기 위한 방법을 도출하기 위하여 많은 시험 프로그램을 운영하고 있지만 여전히 실제 교환은 상대적으로 적게 이루어지고 있다. 또한 하천내의 비 점오염량의 불확실성으로 인하여 교환 지점을 선정하고 적용하는 데에 큰 어려움이 있다. Hydrological Simulation Program-Fortran (HSPF)은 Soil and Water Assessement Tool (SWAT)과 함께 미국 하천 모델링에 많이 쓰이는 유역 모델로써 특히 HSPF는 각각의 토지 피복도의 퍼센트 투수량을 지정함으로써 도시지역의 유출량을 시뮬레이션 하는데 강점이 있다. 미국 중서부 미조리 주의 퍼시픽시를 포함하고 있는 Brush Creek 유역을 선택하여 퍼시픽시의 도시화 증가로 인한 Brush Creek 유역의 상류와 하류지역의 유출량 및 Sediment 변화를 예측하여 수질관리법을 적용하는 방법을 연구하였다. 이 연구의 특징은 원격탐사 이미지 (QuickBird)로 구현한 최근의 토지 이용을 미래의 도시지역으로 전환한 토지이용도를 사용함으로서 특정 유역을 가장 정확하게 이해하는 시뮬레이션을 가능하도록 한다는 점이다. 각각의 토지이용에서 도시화가 3가지의 강도를 가지고 진행된다는 시나리오를 이용하여 모델링을 하였고 이로 인해 계산된 유출량과 Sediment 양을 이용하여 각각의 토지이용 변화 별 수질 교환단위를 도출 하였다.

2011년 1월 약 5년에 걸쳐 공방을 이어오던 서울시와 한국수자원공사(수공)와의 물값 분쟁 사례에 대한 대법원의 판결이 내려졌다. 서울시는 댐용수 사용료로 지불한 약 677억에 대한 부당이득금 반환 청구소송을 제기하였고, 이에 대하여 수공은 한강 취수장 물값 114억원을 청구하는 소송을 제기하였다. 결론적으로 대법원은 수공의 손을 들어줌으로서 기나긴 물값 분쟁 사례의 종지부를 찍었다. 본 사례는 대법원이 하천점용허가의 본질을 언급하는 등 향후 물값 관련 분쟁이 발생하는 경우 중요한 선례로 기능하게 될 것이다. 본 연구는 기득수리권 물량의 허용범위에 대하여 2011년 대법원 판결을 중심으로 분석하였다. 기득수리물량의 총합으로 용수료를 계산하고자 한 서울시의 주장에 대하여 각 취수장별 계약량 산정을 주장한 한국수자원공사의 논리에 대하여 대전지방법원 및 대법원의 판결을 중심으로 법적인 분석을 시도하였다. 특히, "민법" 제104조에서 규정하고 있는 '불공정한 법률행위'를 통하여 서울시와 수자원공사 간의 계약상의 하자에 대하여 분석하였다. 수리권과 관련하여 물값 분쟁에 대한 명확한 지침을 제시하는 판례를 찾기는 쉽지 않다. 민법 상의 기득수리권 규정과 하천법 상의 허가수리권 규정이 충돌하면서 명확한 법적인 해석이 곤란한 실정이다. 선서례구속의 의미에서도 본 대법원 판결은 중요한 의미를 가진다고 할 수 있다. 따라서 본 사례에 대한 상세하고 지석적인 분석을 통하여 우리나라 수리권 제도를 재 규명하기 위한 이론적인 토대로 삼는 것이 중요하다고 할 수 있다. 판결문을 중심으로 사례연구를 수행한 본 연구는 다음 두 가지 점에서 의의를 가진다. 첫째는 '공익성'이 높은 물값에 대한 객관적인 판단을 가능하게 하였다는 점, 그리고 둘째는 실질적인 물값 제도개선을 위한 중요한 선행연구로서의 가치를 가진다는 점이다.

공유하천의 물 배분문제는 이해당사자간 입장차이가 뚜렷하여 일관된 해결책을 찾기가 어려운 과제이다. 따라서 문제해결을 위한 접근방법이나 적용하고자 하는 논리와 원칙이 일방적일 수 있으며, 연안국가간 서로 상반되는 논리를 주장하는 것이 대부분이다. 즉 어떤 국가든 자기에게 가장 유리한 입장을 취하게 되며 상대방의 주장에 동조하는 자세는 자국 내에서 큰 비판에 직면할 수 있다는 정치적 부담이 있다. 결국 각각의 연안국가들은 자기에게 가장 유리한 이론과 논리를 내세우게 되며 타협과 협력에 도달하기 위해서는 수문, 기상, 사회, 문화, 경제 및 정치적 문제를 극복해야 한다. 본 연구에서는 남북공유하천의 공평하고 합리적인 이용방법을 제시하기 위하여 이해관계가 복잡한 하류유역의 수리권을 추정하였다. 이를 위해 국제 공유하천에서 수리권 배분을 위한 표준화된 법칙이 없으므로 과거 사례 분석을 통해 해석방법을 찾고자 하였다. 아울러 현재 남북공유하천의 문제점을 진단하고 국제사례를 통해 하류국가인 남한지역에 기득수리권이 존재함을 증명하고자 하였다. 또한 수리권 배분(북한의 임남댐 보장방류량)을 위해 국제적으로 적용된 사례와 이의 평가기준 등을 고려하여 남북공유하천에 적용하고자 하였다.

다목적 댐이 사회경제적으로 많은 편익을 제공함에도 불구하고 댐에 대한 부정적인 여론이 만연하면서 댐의 사회경제적 편익에 대해서는 상대적으로 등한시 되어 왔다. 이러한 이유중 하나는 댐 운영으로 인해 발생되는 사회경제적 효과에 대한 정량적 분석이 어렵기 때문이다. 다목적 댐 운영으로 인해 발생하는 중요한 효과는 잉여 수자원을 활용하여 사계절을 안정적으로 생활용수 및 공업용수를 공급할 수 있다는 것이다. 또한 최근 환경과 생태계에 대한 국민적 관심이 증가하면서 하천유지용수와 환경개선용수 등 다양한 용수의 수원으로서 댐의 역할이 증가하고 있다. 이외에도 댐 운영을 통해 얻어지는 수력발전은 온실효과 저감에 기여하고 있다. 본 연구는 다목적 댐 운영으로 발생하는 용수공급 및 용수활용의 경제적 가치를 추정하여 다목적 댐의 사회경제적 기여효과를 정량적으로 제시하였다.

오늘날 우리 사회는 물산업의 성장성을 높이 평가, 국내 물산업 육성이 경제발전을 위하여 중요하다고 말한다. 따라서 정부는 정부대로, 기업은 기업대로 시장의 육성 및 선점을 위하여 많은 노력을 경주하고 있다. 특히 최근에는 국내 물시장의 성장 한계성을 이유로 해외 물시장 진출의 중요성이 강조되고 있다. 하지만 우리사회는 정작 해외 시장 진출을 위해 무엇보다 중요한 부문인 시장에 대한 정보 탐색에는 노력이 미흡한 실정이다. 즉 해외 물시장 진출의 중요성을 강조하고는 있지만, 어느 시장을 목표시장으로 선정해야 하는지, 무엇이 우리의 강점인지, 무엇을 고객에게 줄 것인지 등에 대한 탐색이 미흡함에 따라, 해외 물시장 진출에 대한 속 시원한 해법을 제시하는 이는 많지 않다. 이에 본 논고는 물시장의 성장 가능성이 높을 것이라고 알려진 아시아 시장의 여러 국가 가운데 국내 시장에도 잘 알려져 있지 않은 말레이시아 시장을 중심으로 정부 정책, 시장 환경, 현지 기술력 등에 관하여 살펴보고, 이를 기초로 시장으로서의 기회와 위험, 그리고 국내 기업의 강점과 약점을 살펴보았다. 분석결과로서 기회와 위험, 강점과 약점을 약술하면 다음과 같다. 먼저 기회의 관점에서 말레이시아는 치수사업, 수도사업, 환경정화사업 등 물산업 인프라가 여전히 취약한 점에서 국내 물기업에게 시장으로서의 기회를 제공하고 있다. 둘째, 외국계 기업에 대한 정부의 규제, 부실한 수도 재정 및 낮은 요금 등은 외국계 기업에 게 있어 위험 요인이 된다. 셋째, 높은 기술력을 이용하여 성공적으로 물 인프라를 구축 운영함으로써 선진국 수준의 물안정성 및 안전성을 확보하고, 4대강살리기 사업과 같은 대규모 프로젝트를 통해 녹색성장 모델을 구축함은 국내 물기업의 큰 강점이다. 넷째, 국내 기업에 대한 현지 시장의 낮은 인지도는 약점 요인이 된다. 현지 이해 관계자의 말에 따르면 "한국계 기업은 보유하고 있는 기술력에 비해 '기업' 및 '보유기술'에 대한 홍보가 부족하다"라고 지적한다. 결과적으로 국내 물기업이 현지 시장에 성공적으로 진출하기 위해서는 무엇보다 국내 기업에 대한 그리고 국내 기술력에 대한 적극적인 홍보가 필요할 것이다.

2010년 기준 세계 물산업은 약 4,800억불 규모이며, 2025년에는 약 1조 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. 또한 기후변화 등의 요인으로 물산업의 범위는 물순환체계 전과정을 포괄하는 "유역종합개발+상하수도+대체수자원"으로 확장될 것으로 예측된다. 그러나 지금까지의 국내 물산업 육성은 주로 상하수도 분야 중심으로 국한되어, 기후변화에 대응한 유역종합개발 분야에 대한 시장 진출기회를 상실하고 있다. 상하수도 중심의 물산업은 이미 선진 메이저 기업들이 선점하여 치열한 경쟁이 벌어지고 있는 '레드오션'이라 할 수 있으므로, 새로운 물산업의 강국으로 부상하기 위해서는 우리가 가진 장점을 바탕으로 물산업의 새로운 영역을 개척하는 방안에 대한 연구가 필요한 시점이다. 본 연구는 먼저 국내외 물순환체계 전과정(유역종합개발+상하수도+대체수자원)에 대한 시장 조사을 통해 세계 물산업 시장을 프로젝트 유형별, 지역별로 분석하고, 이를 토대로 국내 물산업 육성과 해외진출을 위한 당면 과제를 다음과 같이 제시하였다. 첫째, 민관협력을 위한 제도적 틀을 형성할 필요가 있다. 정부의 역할이 매우 중요한데, 정부 또는 기금이 자금의 단순한 대부자에서 적극적인 투자자로 전환함으로서 국내 민간기업들의 해외시장 진입장벽을 낮추어 줄 필요가 있다. 정부 주도의 민관협력이 활성화되면 참여 기업의 재무적 리스크를 현저히 줄일 수 있다. 또한, 상하수도 운영 경험을 축적한 공기업이 해외진출 지원기능을 수행하도록 하여야 한다. 즉, 공기업이 민간 기업의 경쟁자가 아니라 지원자가 될 수 있도록 프레임을 바꿔주어야 한다. 둘째, 물산업 클러스터의 형성이다. 물산업 제조업은 대부분 중소 벤처기업으로 독자적인 해외진출이 곤란하므로, 물전문 공기업이 중소 벤처기업 육성 및 해외진출의 앵커 역할을 담당하는 것이 필요하다. 이스라엘이나 싱가포르의 물산업 클러스터처럼 Anchor 역할을 행하는 공기업과 민간기업이 장기적 협력관계를 구축할 수 있는 기반을 마련해야한다. 셋째, 신시장 역량의 창출이다. 기후변화로 크게 성장할 전망인 통합물관리 시장에 대한 전략적 접근이 요구된다. 우선 ODA 등 대외 원조자금을 활용하여 투자비가 적게 들고 정보를 선점할 수 있는 조사 설계부터 시작하여, 댐 및 수력개발, 상하수도 건설 운영 등에 단계적으로 접근할 수 있을 것이다. 또한, 향후 도입될 예정인 물인프라의 Smart 기술, 첨단 수처리 기술 등을 활용하여 새로운 시장을 개척해야 한다. 4대강살리기 사업, 해수담수화 등 조기에 경쟁우위를 갖출 수 있는 사업과 기술을 Flagship Project로 브랜드화하여 우리나라를 "물강국"으로 포지셔닝할 경우 세계 물시장 공략에 보다 효과적일 것으로 판단된다.

라오스는 최근 수년간 연 7~8%의 높은 GDP 성장률을 달성할 만큼 전세계 투자가 집중되고 있다. 라오스 수도인 비엔티안시를 비롯한 라오스의 메콩강변 주요도시는 매년 크고 작은 홍수로 인해 인명 및 재산피해가 지속되고 있으나, 현재 라오스에 대한 국가차원의 홍수저감 및 관리 프로그램이 전무한 실정에 있어, 라오스의 급속한 발전속도와 함께 홍수위험도가 급증될 것으로 예상된다. 특히, 라오스 주요도시 중 홍수위험도가 가장 높을 것으로 예상되는 비엔티안시에서 홍수로 인한 주민의 인명 및 재산피해를 방지하기 위해 홍수방어대책을 마련하는 것이 매우 시급한 실정에 있다. 따라서, 본 연구에서는 라오스 비엔티안시를 대상으로 메콩강 홍수의 저감 및 관리 방안을 제시하였다. 메콩강의 수문학적 특성을 분석하기 위해 메콩강 유역, 기후 및 기상조건, 유출특성을 검토하였고, 과거 메콩강의 홍수사례, 홍수수문곡선 등을 토대로 메콩강에 적합한 홍수규모인자로서 첨두홍수량, 홍수체적, 홍수지속시간을 제시하였다. 홍수체적과 첨두홍수량의 상관도를 분석하여 과거 발생한 홍수의 규모를 정량화하였으며, 확률분석을 통해 계획빈도에 대한 홍수체적 및 첨두홍수량을 산정하였다. 또한, 과거 93개년 홍수사상을 토대로 홍수지속시간과 첨두홍수량, 홍수체적의 상관성을 분석하고, 홍수지속시간이 첨두홍수량, 홍수체적의 함수로 표현되는 회귀식을 도출하여 비엔티안시의 제방계획에 고려될 홍수지속시간을 산정하였다. 마지막으로 본 연구에서는 홍수위험요소를 홍수위험, 홍수노출, 홍수취약성 등 3개의 구성요소로 구분하였고, 각 홍수위험요소별 비엔티안시의 현상태를 정성적으로 평가하여 현재 비엔티안시에 적합한 홍수저감 및 관리방안을 제시하였다.

소수력은 온실가스 배출량이 적은 친환경 청정에너지원이면서 지역의 분산전원에 기여할 수 있는 유용한 자원으로 평가되고 있다. 이러한 여건은 소수력발전 사업이 전력의 smart grid 구축 효과로 인해 가장 큰 효율성을 달성할 수 있을 것으로 기대된다. 국내 소수력발전은 1500Mw의 부존량을 가진 것으로 평가되고 있으나 계절적 편중으로 인한 가동률 부족, 경제성 부족 등으로 활발한 보급이 이루어지지 않고 있다. 특히 신재생에너지 확대 전략에도 불구하고 지원금 등 경제적 인센티브 부족으로 인해 민간부문의 참여는 상당히 저조하다. 그럼에도 불구하고 수력에너지는 환경친화적이고 잠재성이 큰 신재생에너지로 온실가스 저감과 에너지 확보에 기여할 수 있다. 특히 수력에너지는 민간투자의 어려움이 존재하므로 정부의 장기적인 기술개발투자 및 효율성 확대 정책이 중요하다. 본 연구에서는 소수력 확대의 경제 환경적 효과를 평가해보기 위해 연산일반균형모형 (CGE :Computable General Equilibrium Model)을 구축한다. 본 연구는 다음과 같이 수행되었다. 첫째, 수력발전부문과 수도사업을 구분하고 사회회계행렬을 작성하였으며, 전력부문에서 수력발전을 포함한 다단계 생산구조를 가정하였다. 둘째, 일반균형모형 방정식 체계를 작성하고 모형의 파라미터 추정 등 보정(Calibration) 작업을 수행하였다. 셋째, 국가 중기 온실가스저감 시나리오를 적용한 전망을 수행하고 소수력 확대(투자지원) 시나리오를 구축한다. 본 연구는 저감수단으로 탄소세를 부과하였다. 끝으로, 소수력 발전 보급 확대의 경제적, 환경적 파급효과를 계산하였다. 분석결과, 소수력 발전 잠재 성장을 반영한 수력에너지 비중은 약 2020년에 약 4.5% 까지 증가하는 것으로 나타났다. 이로 인한 온실가스 저감 기여분은 약 3%에 이르는 것으로 계산 되었다. 또한 수도사업과 비에너지 제조업의 산업비중은 증가하였다. 이러한 결과는 소수력 발전 확대가 화석연료 대체를 통한 지속가능한 에너지 수요에 기여하고 지역개발과 물산업 발전 등 경제적 파급효과 등을 유발할 수 있음을 시사한다. 또한 본 연구에서 고려하지 못한 소수력 기술 개발은 에너지 대체 촉진으로 인한 온실가스 저감과 녹색성장에 기여할 것이다.

인류가 수렵생활에서 농경문화로 정착됨에 따라, 물을 손쉽게 이용할 수 있는 하천이나 호소의 수변공간을 활용하여 고대문명이 형성되어 왔다. 이와 같은 고대문명이 근대 산업화에 의한 새로 운 문명으로 이어지면서, 종래의 하천이나 호소의 수변공간을 이용한 생활과 문화로부터 대외지향적인 해안공간을 중심으로, 그것이 확장되기에 이르렀다. 특히, 최근의 세계화에 수반되어 많은 국가들이 대외지향의 편리성 도모를 위하여, 일종의 제2의 도시국가형태의 문화가 이루어지면서, 새로운 형태의 문명이 태동하고 있는 듯하다. 이와 같은 배경에서, 우리나라는 저 출산 고령화 사회라고 하는 새로운 조류가 긴박하게 진전되고, 도시화율이 90%, GDP의 대외 의존도가 80%에 육박하고 있는 등으로, 고도의 수변공간을 활용하는 세계 유수의 도시국가의 형태로 이행되고 있는 듯하다. 그러므로 종래의 하천 호소 해안 등의 수변공간의 이용을 위하여 발전시켜온 하천공학이나 해안 항만공학만으로서는 이러한 변화에 대응하가가 미흡하고, 더욱이, 20세기후반으로부터 시작된 환경적요인의 도입에는 아직까지 혼란이 야기되고 있어, 새로이 형성시켜가야 할 수변문화의 효율성제고의 도구로서의 새로운 공학의 발전이 모색되어야한다. 이는 수변공간의 이용 안전 환경이라고 하는 큰 틀로서의 문화 문명을 만들어 갈수 있는 공학이어야 할 것이다. 기존의 수공학 위주의 공학개념에서 종합공학 또는 공학종합의 학문으로서 인문사회, 첨단과학기술까지의 대융합을 고려한, 장소나 공간이라고 하는 "것(물(物))"의 디자인뿐만 아니라 장면, 상황, 규칙 만들기라고 하는 "일(사(事))"의 디자인까지도 포함되는 공학의 새로운 모델을 제시한다. 주요내용으로서는, 새로운 수면문화조성을 촉진하여, 지속가능한 인류문명이 유지 될 수 있도록 지금까지의 터 무늬 또는 자취를 최대한 살리면서, 최근의 하천 해안을 중심으로 한 외부의존형 대도시권형의 국토이용에서, 지식산업단지 생산녹지 등을 최대한 아우를 수 있는 소위 글로발형의 국토이용을 촉진할 수 있는 수변문화공학의 모델을 제안한다.

용수공급 계획의 수립이나 수자원시설물 운영에서 주어진 목적의 달성여부를 판단하는 기준은 사회적 합의를 바탕으로 한 공개념으로 작용하기 때문에 기준 적용은 매우 신중하게 다루어져야 한다. 이런 기준들은 신규용수공급시설 설계나 기존시설의 경우 이행도를 평가하는 척도가 되며 경제성이나 대안을 결정하는데 이용된다. 또한 이런 기준들은 국가 수자원 정책의 지표가 될 뿐만 아니라 물 공급 서비스를 받는 사람들에게 최소 필요로 하는 물을 어느 수준으로 얼마를 어떻게 공급할 것인가를 약속하는 의미를 갖는다. 이를 위해 우선 검토하여야 할 사항은 용수공급신뢰도 조사를 위한 기본체계를 제공하고 현재 신뢰도가 어떻게 정의되었으며 물 공급관리지표에 맞추어 예상되는 물 수요의 증가를 언제 어떻게 맞출 것인가라는 측면에서 신규시설물을 계획하면서 공급신뢰도에 의한 계획공급량(목표공급량)을 정하였다. 물을 공급받는 수요자는 공급에 대한 신뢰도가 높은 상태를 원하며 자신이 원하는 물을 아무런 장애없이 지속적으로 공급될 수 있는 조건을 전제로 물 공급계약을 체결한다. 이와 같은 신뢰도가 늘 엄격히 지켜지는 것은 아니나 현대 사회에서도 수요와 공급관계에서 지켜져야 할 기준으로 인식되고 있다. 아울러 수자원 기술자들에게 는 최적으로 달성해야할 업무목표가 된다. 그러나 제한된 정보를 이용하여 용수공급의 신뢰도를 정하게 되며 설계치를 초과하는 수문사상의 불확실성 및 수리구조물의 불안정 등으로 물 공급의 위험도는 항시 발생할 수 있다. 또한 인구증가나 새로운 산업입지에 의한 물 수요의 증가는 기존 시설물의 용량을 초과하여 물 공급의 신뢰도를 악화시킬 수 있다. 가장 널리 이용되고 있는 공급신뢰도 개념은 목표한 용수공급량 혹은 수요량을 충족시키느냐 못하느냐의 정도를 발생빈도 확률로 나타내는 것이다. 그러나 신뢰도의 적용에 대한 기준은 국내뿐만 아니라 외국에서도 종종 논란거리가 되고 있다. 또한 한 국가 내에서나 수자원을 개발하는 기관 내에서도 동일 목적의 사업별로 적용기준이 천차만별이다. 본 연구에서는 국내 외 이수안전도에 대한 정의와 적용사례를 분석하고 각각의 기준이나 지표의 장단점을 비교 평가하고자한다. 아울러 도출된 문제점을 바탕으로 개선방향을 제시하고자 하며, 궁극적으로 국내의 이수안전도 기준설정에 대한 종합적 의견을 제시 하고자 한다.

수자원사업은 합리적이고 신뢰성 있는 의사결정이 필요한데 그동안 주로 경제성분석에 의존하여 왔다. 본 연구는 경제성분석위주의 기존 방법을 탈피하여 사업 필요성과 투자 타당성을 다양한 각도로 평가할 수 있는 합리적이고 객관적인 수자원사업 대안선정과 투자우선순위결정 방법을 도출하고자 하였다. 이를 위해, 대안 간에 동일한 기준으로 종합평가점수를 산정하여 우선순위를 결정할 수 있도록 다기준의사결정모형을 개발하였다. 적용결과는 취약성 기준에 큰 영향을 받으며, 정책적 기준, 경제성 기준의 순으로 분석되었다. 이는 전문가 설문에 의한 평가기준별 가중치의 영향으로, 수자원사업은 단순히 경제성 분석만으로 평가를 해서는 안 됨을 의미한다. 본 연구는 대규모의 예산이 투입되는 수자원사업에 대한 효율성과 취약지역에 대한 형평성을 제고하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 국제적으로 물관리의 차세대 개념으로서 지능형 물관리(Smart Water Grid)가 활발하게 논의되고 있다. 우리나라에서도 일부 학자들을 중심으로 이에 대한 개념이 도입되고 있다. 현재까지 정리된 지능형 물관리의 개념은 최근 급성장한 정보통신기술을 활용하여 기존에 비효율적으로 운영되는 물관리의 시스템을 획기적으로 개선하자는 것이다. 따라서 이론적으로는 물의 생산, 정수, 배송 그리고 이용과 처리에 이르는 전 과정을 실시간으로 통합하여 관리하는 것이 가능하다. 국제적으로는 IBM과 Siemens 등과 같이 정보통신과 물산업을 선도하는 기업 주도의 기술개발이 진행되는 단계이다. 2000년대 초반에는 용수수급의 효율화를 위한 장치개발에 주력하였으나, 현재에는 용수수급과 관련된 제반사항에 대한 기술적 통합시스템 구축으로 적용범위를 넓히고 있다. 우리나라에서도 도시인프라 자료의 통합관리와 수질 모니터링 시스템 구축이 추진되었으며, 2010년 12월 발표된 새만금종합개발계획에서는 본격적으로 활용을 검토하고 있다. 그러나 지능형 물관리의 기술적 통합시스템 전략은 곧 심각한 제도적 장벽에 직면할 것이다. 아무리 우수한 기술적 시스템이 개발된다고 하여도 제도적 기반의 구축이 없으면 국민경제에 도움이 되는 현실적용에는 한계가 있다. 기존에 확립된 물관리의 제도적 기반으로는 한정된 지역의 좁은 영역에서 활용될 수밖에 없다. 이것은 우리나라의 물관리가 기본적으로 법적, 제도적, 행정적 차원에서 분리되어 운영되고 있기 때문이다. 본 연구는 지능형 물관리가 지향하는 기술적인 통합시스템 구축이 당면할 제도적 한계를 도출하고 이를 극복하기 위한 정책적 방향을 제시하고자 한다. 또한 2009년 국회에 제출된 물관리기본법(안)에 지능형 물관리의 개념을 도입하는 방안을 모색하고자 한다.

지속가능한 수자원관리를 위한 물관리의 거버넌스구축에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 물 관리기본법(안)에 의하면 유역위원회를 통한 물관리 이해당사자의 참여원칙이 중요하게 인식되고 있다. 물관리 참여는 우선, 물관리 공급자(공급기관)간의 거버넌스가 구축되어야 하고, 이후 물관리 이용자(국민)의 참여로 확대되어야 한다. 그러나 우리나라의 물관리기관이 공급자중심으로 분산되어 있어 물관리 기관간의 거버넌스 구축에 많은 초점이 맞춰져 있어, 물관리 이용자의 참여와 협력, 역할분담에 대한 논의가 미흡한 실정이다. 농업용수는 일반 생공업용수와 달리, 농업용수의 이용자가 곧 관리자였던 특성을 가지고 있다. 물론 2000년 이후 과거 농업인 중심의 조합조직이 국가(공적기관) 중심의 공사조직으로 변화되어 있지만, 아직까지도 농업용수 이용자인 농업인이 농업용수관리에 일정부분 참여하고 기여하고 있는 바가 있다. 따라서, 오랜 농업용수관리에 있어 용수이용자가 어떻게 물관리에 참여하여 왔고, 국제적인 물관리 참여형태가 어떻게 이루어져 왔는지 살펴봄으로서, 생공업용수를 비롯한 타 분야의 이용자까지 포함되는 물관리 참여를 유도할 것인지에 대한 좋은 사례가 될것이며, 이를 통하여 물 이용자와 공급자가 함께하는 거버넌스를 구축해 나갈수 있을 것이다.

2010년 12월 8일 국회 본회의에서 "친수구역 활용에 관한 특별법"(이하 친수법)이 통과되었다. 친수법은 국가하천의 양안 2km 이내의 지역을 엄격한 기준에 의해 친수구역으로 지정하여 체계적으로 개발하도록 제도화하였다. 또한 특히 사업시행자를 공기업 및 지방자치단체 등 공공기관으로 제한하고 개발이익도 하천정비에 재투입하여 개발이익이 사유화되거나 이윤추구의 장이 되지 않도록 하는 법적 토대를 마련하고 있다. 우리나라의 하천은 지난 수십 년간 개발일변도 정책으로 하천 본래의 모습을 찾기 어렵다. 인구의 도시집중, 지속적인 개발, 하천에 대한 기대치 증가 등으로 앞으로도 하천 자체의 자정능력에 의한 회복은 기대하기가 쉽지 않다. 4대강 살리기 사업(이하 4대강사업)은 국내 하천의 이러한 절실한 현실이 고려되었다고 한다. 그런데 4대강사업으로 조성되는 수변지역을 그대로 방치하면 무분별한 난개발과 토지투기의 장으로 전락할 가능성이 크다. 또한 수변구역 주변의 넓은 토지는 이미 농경지화되어 있어 비료, 제초제 등 비점오염원의 하천유입으로 수질을 지속적으로 위협하고 있다. 이러한 제반 여건들이 친수법 제정의 주요한 동기가 되었다고 한다. 그러나 친수법의 제정에는 수많은 우여곡절이 포함되어 있다. 친수법은 법안이 발의된 이래 법안의 취지를 둘러싸고 향후 법 실행과 관련된 논의가 첨예하게 대립하여왔다. 본 연구는 이미 제기된 특별법의 문제점에 대하여 법적인 관점에서 짚어보고, 그에 따른 개선방안을 모색해 보고자 한다. 친수법의 제정을 위하여 꼭 특별법이라는 입법과정을 거쳐야 했는지 그리고 친수법이 상정하고 있는 사업의 성격 및 내용에 대한 법적인 타당성을 살펴보고자 한다. 또한 친수법 제4장에서 규정하고 있는 하천관리기금을 법률 구성의 입장에서 어떻게 파악할 수 있는지에 관한 점도 고찰하였다. 즉, 친수법이 구상하고 있는 [특별법의 제정${\rightarrow}$친수구역 개발에 의한 수익 창출${\rightarrow}$하천기금의 조성${\rightarrow}$건전한 하천관리]의 구도가 법적으로 어느 정도 균형과 조화를 이룰 수 있는지 고찰하였다.

"환경과 개발"을 함께 고려하는 지속 가능한 유역관리제도 정착을 위해 도입된 수질오염총량관리제도(TMDL)가 총 8년(1차: 2004~2010년, 2차: 2011~2015년)이라는 세월이 흘렀다. 또한 이 제도의 효율적인 추진을 위해 낙동강수계 총 41개 단위유역별 모니터링 사업(유량 및 수질조사)이 지속적으로 수행되고 있다. 이와 더불어 단위유역 내 지자체간 오염배출부하 기여도 분석을 위해 각 소하천들 중 주요 시 군 경계 소하천 유역 46개 지점을 선정하여 신규 소하천 모니터링 사업을 2010년 9월부터 수행하고 있다. 소하천 모니터링 사업의 목적은 오염총량관리 단위유역 내 시 군 경계 지점에 대하여 모니터링(유량 및 수질)을 효율적으로 실시하여 소유역내 유량/수질의 변화추세를 파악하고 오염총량관리제 기본 시행계획 수립 및 이행평가 등을 위한 기초 자료 제공 및 활용에 그 목적을 두고 있다. 본 연구는 2010년에 낙동강수계 소하천 모니터링 사업에서 수행된 소유역 분석결과 및 유량/수질 측정성과에 대한 평가 및 소하천별 수질오염현황에 대해 소개하고자 한다.

1960년대 산업화와 도시화 이전 우리나라 하천은 모래, 자갈 사주가 경관생태의 대부분을 이룬 이른바 'White River'이었으나, '70년대 이후 댐건설, 하천정비 등으로 유황과 유사이송 특성이 변하면서 수변에 식생이 번무하는 이른바 'Green River'가 진행 중이다. 하천에서 식생활착은 생태 측면에서 생물 종의 다양성에 일부 긍정적인 역할을 하는 반면에, 고유종이 감소, 소멸하는 문제가 생긴다. 치수 측면에서는 흐름저항 증가와 하도의 고착화를 촉진시켜 치수 안정성에 문제를 야기할 수 있다. 본 연구는 사주 상 식생활착 현상을 정량적으로 규명하기 위한 연구의 시작으로서, 하천 식생사주역에서 식생활착에 직접적인 영향을 주는 소류력과 토양 수분 등 2대 물리 요소 중에서 후자에 초점을 맞추어 토양수분 요인과 식생 이입, 활착, 천이와의 관계를 규명한다. 이를 위해 모래하천인 낙동강 제1지류 내성천의 국가하천 구간 하류 지점인 회룡포 직상류 약 4km 지점을 시험하천 구간으로 선정하여 하천수위, 지하수위, 토양수분을 연속적으로 측정할 수 있는 시설을 설치하였다. 이러한 관측 시설을 가지고 1차적으로 2010년 8월부터 2011년 4월 초까지 지하수위와 하천수위, 토양수분을 연속적으로 모니터링하고 상호 관계를 분석하였다. 사주 상 식생 활착 특성도 주기적으로 조사하였다. 이번 일차 기초 조사 및 분석 결과, 하안에서 약 140-240m에 위치한 지하수위 관측정에서 측정된 지하수위는 하천수위 변화에 비해 시간적으로 약 20시간 지체되는 것으로 나타났다. 한편 사주 토양수분은 일반적으로 지하 깊이에 따라 커지나, 동시에 토층구조(soil texture)에 영향을 받는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 자갈사주의 식생 이입 과정을 밝히고, 식생 이입에 영향을 미치는 수리적 특성을 규명하기 위한 현지조사 방안을 제시하였다. 자갈사주의 식생이입은 조절 하천과 비조절 하천에서의 이입 과정이 다르며, 본 연구에서는 비조절 하천을 대상으로 하였다. 따라서 상류에 댐이나 저수지가 없는 자연에 가까운 하천을 고려하였으며, 장기적으로는 조절 하천의 식생이입 과정과의 비교를 위해 임하댐의 반변천과 가까운 길안천의 중류 구간을 선정하였다. 자갈사주의 식생이입 과정을 모니터링하기 위해, 자갈사주를 전구역과 세부구역으로 나누어 같은 지점에서 같은 배율로 사진을 촬영하였다. 전자는 자갈사주 전체를 대상으로 촬영하며, 이를 위한 view point 선정이 중요하고 선정에 적절한 지점을 제시하였다. 후자의 경우 식생의 이입 정도를 왕성, 보통, 미약, 없음(4단계)로 구분하기 위해 대상 지점을 matrix가 50% 이상인 지점 ; 식생이입 왕성 (2개 지점), matrix가 50% 이하인 지점 ; 식생이입 보통, 또는 미약 (2개 지점), matrix가 없는 자갈만의 지점 ; 식생이입 없음 (1개 지점)을 선정하였다. 식생이입에 영향을 미치는 변수로는 하상토의 입경과 흐름의 특성(수심, 유속, 하상 소류력 등)을 들 수 있으며, 이들 조사를 위한 방법을 제시하였다.

무심천에는 2002년부터 자연형 하천정비사업에 착수하면서 저수로, 저수로 하안, 고수부지 등 하도내에 여러 자연형 하천 공법과 함께 시설들을 설치하였다. 본 모니터링 조사사업은 '무심천 살리기'의 일환으로 이루어진 하천종합조사사업으로써 무심천의 수리/수환경 변화와 생태계의 변화를 조사를 통해 생태 수환경 수리특성 등 생태복원에 필요한 기초자료를 축적하고, 필요한 공법 등 향후 추진될 무심천 하천정비 및 관리에 반영하기 위하여 저수량, 홍수량, 생태계 및 하천공법 등에 대한 조사 및 분석을 전문가, 시민참여 그리고 공무원이 함께 수행하고 있다. 본 연구에서는 무심천을 친자연형 하천으로 복원하기 위하여 실시한 친자연형공법에 대하여 모니터링을 실시하고 얻은 수리/공학적 그리고 생태적 성과물을 자연형하천정비사업에 피드백시키는 자연형 하천관리방안에 대하여 논하였다. 무심천의 친자연형하천관리를 위하여 하천의 3대기능과 관련한 항목을 이용하여 평가지표를 설정하고, 평가를 하고 자연형 하천공법 등급을 I-V로 구분하여 하천관리를 위한 기준으로 사용하였다. 평 저수시 무심천 본류와 지류에 대한 유량측정을 실시하고, 하천유지유량을 산정하였다. 저수/고수호안, 하상, 둔치에 대한 조사분석을 실시하고 관리방안을 제시하여 무심천을 점차 자연형하천으로 변화시키고 있다. 또한 생태계의 적응관리로 하천식생을 유지하기 위한 관리를 실시하고, 유해식물과 외래식물을 제거하고, 하도내 직경이 10(m) 이상되는 버드나무 수목에 밑둥치기를 실시하여 치수기능의 저해를 방지하였다.

기존 국내의 자연형 하천복원사업은 인위적으로 정비된 하천을 대상으로 훼손된 자연성을 되살리기 위하여 물리적 환경의 개선을 중심으로 진행되었으며, 저수호안의 안정성과 더불어 식생 피복율을 높이는 등 형태적 복원을 중심으로 사업이 시행되어 왔다. 이러한 자연형 하천복원사업은 하천의 생태적 특성에 대한 고려가 미비하여 하천이 생물서식처로서의 기능을 수행하는 데에는 효과적이지 못하였다. 따라서 본 연구는 하천의 물리적 특성에 의하여 형성되는 생물서식처와 이에 반응하는 생물들의 상호관련성을 분석하여 생물들에게 적합한 서식환경을 제공할 수 있는 기술을 개발하며, 하천유역의 환경 훼손으로 인하여 개체수가 급감하고 있는 종을 복원 목표종으로 선정하여 개발된 기술을 현장에 시범적으로 적용하여 기술을 검증함으로써 생물을 중심으로 한 자연과 함께하는 하천복원기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 우리나라의 중소하천을 대표할 수 있는 대표하천을 선정하여, 서식처 유형을 분류하고 각 서식처의 물리 화학 생태특성을 분석하였으며, 이를 통해 납자루아과 어종의 산란처 및 서식처로서의 역할을 하는 개방형 하도습지 조성 기술을 개발 및 시범적용 하였다.

농림수산식품부에서 추진중인 "농업용저수지 둑높이기사업"의 기본 목표는 이 치수측면에서 농업지역 관개용수의 공급과 함께 하류하천 지역용수의 공급이고, 더불어 재해측면에서 취약한 농업용저수지를 보강하는 것이다. 하드웨어적으로는 수자원의 확보를 위해 저수지의 둑을 높이는 방법을 선택한 반면에 소프트웨워적인 물관리 운영의 측면은 운영기법이 정립되어 있지 못하다. 특히, 사업후 용수공급대상이 달라지는 만큼 기존 공급시스템 및 관리방식으로는 효과적인 공급이 될 수 없기 때문에 새로운 체계의 시스템이 필요하고, 확보된 수자원의 배분 관리에 따른 각종 민원 및 사회적 갈등 방지를 위한 기준 검토 및 대책 마련이 시급하다. 또한, 최근 부각된 기후변화에 대비할 수 있는 이 치수측면의 운영기준의 마련이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 농업용 저수지 둑높이기사업을 통해 재개발되고 있는 농업용저수지에 대한 물관리 운영 표준안을 개발하고자 한다. 농업용저수지의 수문학적 특성은 비교적 소규모이고, 하천의 최상류에 위치해 있으며, 유역의 형태별로 유출특성이 지역에 따라 매우상이하다는 것이다. 또한 농업용저수지의 용수공급은 기존에는 관개용 목적의 농업용수공급만을 목적으로 건설되었기 때문에 홍수조절능력이 없으며 지역의 기상에 따라 관개기와 비관개기 그리고 갈수기와 홍수기로 구분하여 저수지를 관리하고 있는 특징이 있다. 농업용저수지의 저수율관리와 방류량 결정이 운영방안의 핵심사항으로 지금까지는 논농업 기간의 용수공급과 홍수기 재해대비를 위한 저수율 조정에 초점이 맞추어져 왔다. 또한 기존 물관리는 특정기간에 집중적으로 방류하고 이앙기가 끝나면 대부분 장마가 시작되어 크게 한발의 영향을 받지 않았으며, 농업용저수지의 공급량 결정도 논농업의 작부체계와 기상조건을 고려한 필요수량 계산으로 이루어졌기 때문에 물관리가 비교적 간단하였다. 하지만 둑높이기사업 후 기존 농업용수를 공급함과 동시에 하천유지용수를 연중 공급해야 하기 때문에 경험적 물관리로는 갈수기간 동안의 물관리 및 홍수기 동안의 저수율 조정 문제를 해결할 수 없다. 따라서 기왕의 경험적 용수공급에서 탈피하고 가이드라인에 의한 방류가 이루어져야 용수목적별 공급이 원활하게 이루어질 수 있으며, 이를 위해서는 물수지 분석 등 기술적으로 분석해야하는 과정을 종합하여 관리자가 쉽게 운영할 수 있도록 의사지원체계가 구축되어야 한다.

도시유역 물순환 해석 모형(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool, CAT)은 기존의 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여, 도시유역 개발 전/후의 장/단기적 물순환 변화특성을 정량적으로 평가하고 물순환 개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. 이 모형은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있으며, 개발 공간 단위별로 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 링크-노드 방식으로 개발되었다. 모형의 UI(User Interface)는 사용자가 손쉽게 모형을 적용/관리하고, 여러 시나리오를 동시에 효과적으로 모의하여 분석할 수 있도록 설계되었다. 또한, 모든 입/출력 자료를 엑셀이나 텍스트 형식과 연동되도록 하여 프로젝트별 매개변수 관리가 용이하도록 개발하였다. 특히 본 모형에서는 사용자의 목적에 맞는 다양한 물순환 개선시설(침투시설, 저류지, 습지, 빗물저장시설, 리사이클 및 외부급수 등)의 구현 및 모의가 가능하도록 개발하였다. CAT은 수자원의지속적확보기술개발사업(2008 ~ 2011)의 연구 성과로서 한국건설기술연구원에서 개발하였다. 2008년 말에 모형의 기본구조가 개발되었고, 2009년에는 세부 알고리즘인 증발산, 침투, 유역 유출, 지하수 유거, 하도추적 등의 모듈과 사용자 편의시스템이 개발되었다. 2010년에는 우리나라 논의 특성을 반영한 논 유출 해석 모듈 및 저류지, 침투시설, 습지, 빗물이용시설 및 하천에서의 취수와 도수 등과 같은 물순환 개선시설을 평가할 수 있는 모듈을 추가하여 개발하였으며 2010년 3월에 도시유역 물순환 해석 모형 1.0 베타 버전을 출시하였다. 2010년 12월 에는 1.0 베타 버전에 침투해석모듈(Green&Ampt, Horton), 논에서의 개량물꼬 배수, 침투녹지(Bioretention) 및 차집관거 기능을 추가하였고, 기타 GUI의 업그레이드 및 추가를 통하여 1.5 베타 버전을 출시하였다. 현재까지 여러 자연유역과 신도시 개발지역에 대한 적용을 통하여 모형의 적용성을 평가하였다. 본 연구에서는 기존의 자연유역과 신도시 개발지역 외에 농업용 저수지와 논 관개지구가 위치한 유역을 대상으로 모형의 적용성을 평가하고자 하였다. 대상유역은 농업용수 지구이며 농업수리시설의 종류와 규모가 다양할 뿐만 아니라 농촌유역으로써의 대표성을 가지고 기존의 관측자료가 풍부한 점 등을 고려하여 경기도 평택의 이동유역을 선정하였다. 이동유역은 행정구역으로는 경기도 용인시 이동면, 남사면 일원이며 서쪽은 경기도 오산시, 남쪽은 평택시, 안성시 그리고, 북쪽은 용인시와 인접하고 있다. 이동유역 내 주요시설로서 유역면적 $94.4km^2$의 이동저수지와 상류에 용덕저수지($12.41km^2$)와 미산저수지($4.39km^2$), 노곡저수지($2.00km^2$)의 3개 저수지가 위치하며 2개의 유입하천(진위천, 송전천)에 의해 이동저수지로 유입된다.

수자원 분야에서 기후변화 관련 연구는 치수 측면 보다는 이수 측면에서 주로 이뤄지고 있다. 이는 홍수분석을 위한 시간 단위를 충족시켜주는 전지구 대기순환모형(Global Circulation Model: GCM)의 자료가 드물고, 시간 단위의 GCM 자료라 하더라도 극치값(extreme value) 표현에는 한계가 있기 때문이다. 이를 극복하기 위하여 과거 관측자료의 통계적 특성으로 극치자료의 편의(bias)를 보정하고 시간 단위로 분해하기도 한다. 하지만 이런 통계적 상세화(statistical downscaling)는 미래 기후는 과거자료와 통계적 차이가 유의하지 않음을 가정하고 있어, 미래 기후는 현재와 다를 것이라는 공감대에 는 적합하지 않다. 이와 같은 이유로 타당한 극치수문변수 결과를 얻기 위해서는 시간 단위의 고분해능(high resolution) GCM이나 지역기후모델(regional climate model)과 같은 고해상도의 미래 기후변화 자료가 필요하게 된다. 이에 국립기상연구소에서는 영국 기상청의 통합모델(UM)기반의 지역기후모델(HadGEM3)을 사용하여 50 km 및 12.5 km 격자 단위로 역학적 상세화(dynamic downscaling)를 수행하였다. 본 연구에서는 개발된 HadGEM3-RA 결과의 극치수문변수 검증을 위하여 한강유역의 관측 자료와 다양한 방법으로 비교하였다. 두 자료의 극치값을 GEV (Generalized Extreme Value) 분포에 적합(fitting)시켜 비초과확률별 극치사상과, 특정 임계값(threshold value) 이상의 극치사상 발생확률을 비교하였다. 검토 결과, HadGEM3-RA는 통계적 상세화로 구한 극치값 보다는 작았으나 기존의 지역 기후모델에 비하여 현실성 있는 극치값이 계산되었음을 확인하였다.

가뭄은 다른 기상재해들과 달리 특정한 기후현상에 의해 발생하는 사건이 아닌 장기간의 강우 부족으로 인한 물 부족으로부터 기인하며, 가뭄의 특성상 가뭄의 시작과 끝을 명확히 구분하기 힘들며, 심도를 결정짓는 것 또한 어려움이 있다. 이러한 가뭄의 특성을 파악하기 위한 연구는 계속되고 있으며, SPI(Standardized Precipitation Index), PDSI(Palmer Drought Severity Index), SWSI(Surface Water Supply Index), EDI(Effective Drought Index), CMI(Crop Moisture Index)등과 같은 가뭄의 특성을 잘 반영한 가뭄지수의 개발 또한 끊임없이 이어지고 있다. 하지만 이러한 가뭄지수들은 기상학적, 기후학적, 농업적, 수문학적등과 같은 분류에 의해 가뭄의 표현이 상이한 결과를 보여주며, 동일한 방법으로 산정된 가뭄평가지수라 하더라도 지역적인 적합성 정도에서 또한 차이를 보인다. 본 연구에서는 우리나라의 실제 가뭄의 발생사례를 바탕으로 각종 가뭄지수들의 적합도와 가뭄의 변동특성을 파악하고자 한다. 우리나라의 가뭄특성을 확인하기 위하여 보고서 등 각종 문헌과 신문기사를 통해 1973년부터 2009년까지 실제 가뭄발생 기록을 정량화하고 행정구역단위의 우리나라 전역에 공간분포로 표현하였다. 69개 기상관측소의 강수 및 기온 자료를 통해 기상청과(SPI, PDSI, PN, 강수량십분위) 동일한 방법으로 가뭄지수를 산정 후 마찬가지로 행정구역단위의 우리나라 전역에 확장하였으며, 이렇게 생성된 각종 가뭄지수 및 기후변수의 공간분포와 실제 가뭄발생사례의 공간분포를 비교 분석함으로서 각 가뭄지수 및 기후변수의 적합성을 평가하였다. 각 가뭄지수 및 기후변수의 적합성을 평가하기 위하여 ROC space 상의 검정통계량을 이용하였다. 분석결과 PN(Percent of Normal)이 실제 가뭄의 현상을 가장 잘 표현했으며, 강수량, SPI 3, 강수량 십분위 등이 높은 상관성을 보였다. 또한 SPI12, PDSI, PN, 강수량십분위 등이 행정구역에 따른 산포정도가 비교적 낮게 나타났다. 본 연구를 통해 우리나라 전 지역 가뭄의 시 공간적인 가뭄변동특성을 파악하고, 기존에 사용되고 있는 가뭄지수의 적합도 평가를 통해 우리나라 가뭄특성을 가장 잘 반영한 가뭄지수의 선정과 각종 기후특성을 잘 반영하는 좀 더 향상된 가뭄지수 개발에 도움을 줄 수 있으며, 가뭄의 시 공간적인 예측에 대해 적합한 가뭄지수 선택에 도움을 줄 것으로 판단된다.

토양유실 모델링의 중요한 입력자료인 강우침식인자는 분석자료, 호우사상의 분류, 강우 운동에너지식의 적용, 30분 최대 강우강도의 산정방법 등에 따라 연구자별로 결과값이 달라질 수 있다. 본 연구의 목적은 다양한 강우 운동에너지식에 따른 (R)USLE의 강우침식인자(R factor) 값의 차이와 정도를 비교 분석하기 위한 것이다. 이를 위해서 기상청으로부터 서울 지점에 대한 1960∼1999년 기간의 1분 단위 강우자료를 이용하여 5가지 강우 운동에너지식에 따른 강우침식인자를 각각 계산하였으며, 그 값을 비교 분석하였다. 연구결과 Wischmeier와 Smith(1978)의 강우 운동에너지식을 적용한 강우침식인자 값이 가장 크게 나타났고, Brown과 Foster(1987)의 식을 적용한 값이 이에 비해 약 10%, 노재경과 권순국(1984)의 식을 적용한 값이 약 20% 작게 평가되는 것으로 나타났다. 국내에서 개발된 유일한 강우 운동에너 지식인 노재경과 권순국(1984)의 강우 운동에너지식을 적용한 서울 지점의 강우침식인자는 6988.9MJmm/ha/hr/yr이었다.

본 연구에서는 기후변화에 의한 자연재해 취약성을 정량적으로 분석하기 위하여 기상인자와 재해발생으로 인한 피해액의 상관관계를 이용하였다. 재해로 인한 피해액은 1994년부터 2008년까지 15년간 전국 시군별로 피해액을 집계한 자료를 이용하였으며, 우리나라 58개 강우관측소의 일강수량 자료를 이용하여 재해에 영향을 줄 수 있는 네 가지 인자를 추출하였고, 연도별 태풍 발생 횟수도 하나의 기상인자로 고려하였다. 피해액의 규모는 가뭄, 화재, 태풍 및 해일 등 재해발생 유형에 따라서도 영향을 받겠지만, 기후변화 시나리오에 의해 예측할 수 있는 대표적인 미래 추정값은 강수량과 온도 등이며, 결국 재해발생 유형별 시나리오에 의한 재해규모 예측이 아닌 기후변화 시나리오에 의한 미래 재해발생 규모 모형을 구축하기 위해서는 관련 인자로서 강수량으로부터 추출한 인자들을 고려할 수밖에 없을 것이다. 일강수량으로부터 추출한 네 가지 영향인자들은 80mm이상 일강수량 발생일수, 80mm이상 일강수량의 합, 80mm이상 강우의 발생 간격이 30일 이하인 횟수 및 연최대강수량이다. 우선 광역시와 도별로 전국 58개 관측소를 분류하고, 해당 관측소들로부터 추출된 인자들의 평균값을 이용하여 연구를 진행하였다. 미래 강수량 자료는 국립기상연구소의 A2시나리오를 통계학적 Downscaling을 통해 재생산한 자료를 이용하였다. 예측모형은 Bayesian 모형을 기반으로 DEXP(double exponential distribution) 확률분포를 이용하였다. 재해피해액 를 아래와 같이 비정상성 모형으로 구성하였으며, 위치매개 변수의 확률분포를 네 가지 기상인자에 의한 회귀식으로 구성하였다. Y damage costs) = dexp(${\mu}(t),\tau(t)$) $p({\mu}(t))\sim(abs({\alpha}+{\alpha}_1X_1+{\alpha}_2X_2+{\alpha}_3X_3+{\alpha}_4X_4,\;\sigma_{\alpha}^2)$ $p(\tau){\sim}G(k,s)$.

우리나라에서 본격적인 수문조사와 하천조사가 실시되기 시작한 것은 1910년대 일제 강점기라고 할 수 있다. 이 시기에는 근대적인 기술에 의해 전국적인 수문관측망이 구축되었고, 외국에서 개발된 각종 계측장비가 설치되었다. 또한 유속계가 도입되어 하천에서 유량측정이 시작된 것도 이 시기이다. 본격적인 하천개수공사도 이 시기에 시작된다. 오랫동안 자연상태로 유지되어 온 하천에 직강화 공사가 대대적으로 실시되고, 홍수피해 방지를 위한 대규모 제방 사업이 시작된 것이다. 이에 따라 일제 강점기에 하천에 관련된 많은 변화가 발생하였고, 지금까지도 그 영향이 지속 되고 있다. 일제 강점기에 이루어진 우리나라 수문조사 및 하천공사의 역사에 대해서는 거의 알려진 바가 없다. 불과 몇 권의 문헌만이 알려져 있고, 이마저도 일본어로 작성되어 있음으로 인해 자료의 분석이나 활용이 이루어지지 못했다. 또한 일제 강점기라는 특수성으로 인해서 이 시기에 이루어진 하천관련 사업은 관심의 대상이 되지 못하였다. 그러나 비록 일제 강점기에 일본인들의 주도로 이루어진 하천사업이지만 우리나라 땅에서 이루어진 우리의 역사라는 점에서 이 시기에 이루어진 하천 관련 사업에 대한 자료의 발굴, 분석 등은 매우 중요하다고 판단된다. 본 연구에서는 일제 강점기에 발간된 수문조사, 홍수피해 조사, 하천조사, 공사연보, 조사연보, 논문 등을 발굴하여 분석하였다. 이 시기에는 조사에 대한 방대한 사업이 이루어져서 조선하천조사서, 수력조사서 등의 문헌이 발간되었다. 또한 1925년, 1934년 등 이 시기에 발생한 대홍수에 대해서 다양한 형태의 조사보고서가 발간되었고, 매년 하천공사나 수문조사 결과를 담은 연보가 발간되었다. 한강, 낙동강, 대동강에 대한 홍수예보를 위한 논문도 이 시기에 작성된 바 있다. 본 연구에서 발굴한 이와 같은 문헌은 모두 100여건에 이른다. 이 시기에 작성된 문헌들은 수문조사나 하천과 관련해서 중요한 정보를 담고 있다. 1911년부터 시작된 수위 및 유량측정에 대한 상세한 방법과 결과, 연도별 수문조사 결과, 하천 직강화 이전의 하천형태, 연도별 하상변화 내역, 대홍수시의 범람상황, 하천별 개수공사 내역, 하천공사와 관련된 각종 통계 등이 사진, 그림, 도표 등의 형태로 작성되어 있어 있다. 본 연구에서는 이와 같은 자료를 분석하여 정리하였다. 본 연구에서 분석한 일제 강점기의 수문조사와 하천에 대한 내용은 향후 하천복원, 수문통계 작성, 하천공사 등에 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

본 연구에서는 RHESSys (Regional Hydro-Ecologic Simulation System) 모형을 이용하여 산림 유역의 생태수문학적 거동을 평가하고자 한다. 설마천 유역($8.48\;km^2$)을 대상으로 2007~2009년의 관측 일유출량을 이용하여 유출량을 검 보정하였고, 증발산량 및 토양수분은 신뢰할 만한 실측자료를 바탕으로 모형의 보정(2007-2008)및 검증(2009)을 실시하였다. 또한 지구의 탄소순환을 규명할 수 있는 식생의 순광합성량과 총일차생산량에 대한 모형의 검 보정은 Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서를 이용한 산출물인 순광합성량과 총일차생산량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2007)및 검증(2008)을 실시하였다. 모형의 최적의 수문, 생리생태학, 토양의 매개변수를 선정하여 검증한 결과, 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.84, 증발산, 토양수분, 총일차생산량, 순광합성량의 결정계수는 0.49, 0.18, 0.38, 0.93 이었다.

본 연구에서는 자동유량측정시설에 의하여 실시간으로 생산되는 자동유량측정 자료의 정상성 여부를 판단하는데 중요한 적정 측정 신뢰구간을 실시간으로 예측할 수 있는 기술을 개발하였다. 전세계적으로, 현대적인 유량측정이 시작된 이래 연속유량 산정을 위한 방법은 수위-유량관계곡선을 이용하는 방법 외에 실무적으로 활용 가능한 방법은 거의 전무한 실정이다. 수위-유량관계곡선을 이용하는 방법은 연속수위를 계측하여 이에 해당하는 연속유량을 산정하는 방법으로 수위와 유량간에 일정한 관계를 가지는 정상적인 흐름을 보이는 자연하천의 경우에 정확도가 매우 높다. 그러나 감조나 구조물 등에 의해 유량이 조절되는 경우에 유량산정의 정확도는 현저히 떨어지게 된다. 따라서 수위에서 유량을 환산하는 방법이 아닌 유량을 직접 연속으로 측정하는 방법이 꾸준히 연구되어 왔고, 이 중 가장 대표적인 방법이 자동유량측정 방법이다. 그러나 자동유량측정 방법은 유량을 연속으로 측정할 수 있다는 장점에 반해 측정된 유량의 정확도를 높이기가 매우 어렵다는 단점도 가지고 있다. 계측 자체의 기술적 한계는 주로 계측기기적인 문제로 이는 전자기, 통신 기술 등 첨단 기술의 발전과 함께 다양한 현장 시험을 통해 폭넓은 개선이 이루어지고 있다. 그러나 아직 기술적 완성도가 완전하지 못한 현실에서, 현재 설치되어 있는 자동유량측정 유량자료의 신뢰도를 높이기 위해서는 각각의 계측 시점에서 자료가 정상적으로 산정되고 있는지에 대한 검정이 필요하고, 이는 자동유량측정 자료의 정확도 확보에 매우 중요한 관건으로 작용할 수밖에 없다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 조석성분과 유출성분을 분리하여 예측하는 방법을 새롭게 개발 적용하였다. 자료는 자료의 시간해상도 증감에 따른 실제 예측의 정확도 증감을 고려하여 가장 적절하다고 판단되는 시자료를 사용하였으며, 자료간 상관을 분석하여 주 입력 자료로 팔당댐 방류량, 한강대교 지점 수위, 전류 수위를 이용하였다. 모형의 예측 능력을 극대화하기 위하여 조석 영향을 받는 자료의 경우는 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 순수 유출성분과 조위성분을 분리하여 별도로 적용하였다. 그리고 예측을 위한 모형은 실시간 자료기반 모형으로 그 안정성이 인정된 서포트벡터머신(support vector machine)을 이용하였다. 이러한 과정을 통해 한강대교 지점의 순수 유출성분과 조위성분의 유량을 각각 예측한 후 두 결과를 합성하여 최종 한강 대교 지점의 유량을 산정하였다. 조석성분을 분리하여 한강대교 지점의 유량을 예측한 결과 대부분의 예측치가 95% 예측구간에 포함되었다. 그리고 조석성분을 분리하지 않은 모형과 조석성분을 분리한 모형의 예측 능력을 비교한 결과, 조석성분을 분리한 모형이 예측이 정확도가 높았다. RMSE의 경우 분리하지 않은 모형대비 23%의 예측오차가 감소하였고, NSC의 경우 0.92에서 0.95로 예측의 정확도가 증가하였다.

본 연구에서는 강수예보의 선행시간을 확보하기 위하여 기상청 지상관측망 자료뿐만 아니라 MTSAT-1R 위성영상자료와 수치예보모형인 RDAPS(Regional Data Assimilation and Prediction System) 자료를 활용하고, 입력자료 사이의 물리적인 비선형 상관관계를 효과적으로 고려하기 위하여 인경신경망 기법을 적용한 단시간 강수예측모형을 개발하고자 하였다. 또한 강수의 변화특성을 반영하기 위하여 장마기(6월, 7월)와 태풍기(8월, 9월)로 세분화하여 인공신경망 구축을 위한 학습훈련을 수행하였다. 구축된 모형은 서울지점을 대상으로 선행시간 3, 6, 9, 12시간에 대해서 강수예측을 수행하였다. 2006부터 2008년까지 학습훈련 후 2009년 서울지점의 강수예측결과, 장마기의 상관계수는 각 선행시간에 대해서 0.6998, 0.6498, 0.4434, 0.2961, RMSE(Root Mean Square Error)는 0.7605, 2.8431, 3.1973, 4.2147, 태풍기 상관계수는 0.5368, 0.5089, 0.4164, 0.2392, RMSE는 1.2218, 2.3144, 3.9153, 5.2145로 나타났다. 각 선행시간별로 장마기의 예측결과가 태풍기보다 다소 정확하게 도출되었으며, 선행시간 9시간 이후부터는 정확도가 급격히 낮아지는 결과를 얻었다.

물은 인간생활에 없어서는 안될 필수재화이며 경제활동의 모든 생산활동에도 필요 불가결한 재화이다. 최근 기후변화로 인해 우리나라의 기후변화 패턴은 극한 홍수와 극한 가뭄을 경험하고 있다. 우리나라의 기상 패턴을 살펴보면 6-7년 주기로 극심한 가뭄이 발생하고 있다. 2009년 태백지역에서는 식수가 중단되는 극심한 가뭄을 경험한 바 있다. 기후변화로 인한 영향중 가뭄의 특성은 언제부터 가뭄이 발생한 것인지에 대한 판단이 어렵고 또한 갑작스러운 강우발생으로 가뭄이 해갈됨으로써 가뭄피해의 심각성을 인지하지 못하는 것이다. 따라서 가뭄에 대한 대응정책은 상대적으로 뒤로 미루어져왔다. 본 연구는 가뭄이 발생할 경우, 그 정도에 따라 물의 잠재가격 추정을 통해 가뭄이 미치는 사회경제적 피해와 파급효과를 분석하기 위한 모형과 결과를 제시하였다.

기후변화로 인한 기상이변 현상이 빈번하게 발생하면서 홍수와 같은 자연재해의 피해규모가 증가하고 있다. 이를 극복하기 위해 최근에는 구조적 대책뿐만 아니라 홍수예측시스템과 같은 비구조적 대책에도 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 통상 홍수예측을 위해서는 예측강우의 정확도가 중요하게 부각되지만 중규모 이상의 유역에서는 수 시간의 지체시간 효과로 인해 AWS 실황강우만으로도 어느정도 선행시간에 대해서 하천유량예측이 가능하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 기상청 AWS 실황강우를 이용하여 하천유량을 예측할 경우 어느정도 선행시간과 정확도를 확보할 수 있는지에 대해서 분석하고자 한다. 분석을 위한 시단위 강우자료와 기상자료는 각각 AWS와 ASOS 자료를 이용하였다. 또한 하천유량 모의를 위한 강우-유출모형으로는 SURF 모델(Sejong University River Forecast Model)을 이용하였다. 이 모형은 저류함수모형 기반의 연속형 강우-유출모형으로 미래에 대한 유출모의결과의 정확도를 향상시키기 위해 앙상블 칼만필터링 기법을 연계한 모형이다. 그림 1은 충주댐유역에 대해서 2009.7.8~17일(240시간)에 대해서 관측유량 자료동화 전후의 결과를 나타낸 것이다. 현시점을 100, 105, 110, 115시간으로 가정하고 미래기간에 대해서는 관측강우를 0으로 가정했을 때 대략 첨두유량 발생 5시간 전에 예측된 모의유량이 관측유량과 거의 일치함을 확인할 수 있다. 따라서 실황강우와 관측유량 자료동화 기법을 연계할 경우 수 시간의 선행시간에 대해서 유량예측이 가능한 것으로 판단된다.

수제는 유수에 의한 하안 침식을 방지하기 위한 목적의 수공구조물이다. 최근에는 하천복원 및 생태계복원에 대한 관심이 증가되면서, 하안 침식 방지뿐만 아니라 수제에 의한 흐름분리 및 재순환영역의 생태 서식처 제공에 대한 역할이 부각되고 있다. 따라서 수제 설계 시, 수제 설치에 따른 수리특성 변화를 미리 파악하는 것이 필요하지만, 수제 간격, 설치 방향, 수제 높이, 수제 길이, 하도 특성 및 접근 유수 특성 등 다양한 인자에 의해 수리특성 변화를 예측하기란 쉽지 않으며, 비용과 시 공간 측면에서 물리 모형을 이용한 접근법도 용이하지 못하다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 수제 설치에 따른 흐름특성 변화를 모의하고, 모형의 적용성을 판별하고자 하였다. 지배 방정식은 기본적으로 천수방정식을 적용하게 되는데, 수제 주변 흐름 특성은 난류에 의한 횡방향 확산이 중요한 인자로작용하게 된다. 상수 와점성(constant eddy viscosity) 모형, 포물선형 와점성 (parabolic eddy viscosity) 모형을통해 개발 모형의예측 결과와 실험수로 결과를 비교하였다. 수제하류의 재순환영역의 길이가 실험수로의 결과에 비해서 5~6 배까지 확대된 결과를 나타내고 있어, 만족할 만한 결과를 현재까지 얻지 못하였다. 횡방향 확산이 중요한 만큼 k-$\varepsilon$ 모형 등 다양한 난류 모형의 적용이 고려되어질 필요가 있으며, 또한 1차원 요소가 아닌 2차원 요소의 적용을 고려할 필요도 있다.

본 연구에서는 3차원 수치모형을 이용하여 댐붕괴파의 전파특성에 대한 모의를 수행하였다. 적용된 수치모형은 ANSYS CFX(v. 13) 모형으로 진보된 유동해석기법과 편리한 workbench 환경이 결합된 강력한 GUI 환경을 통해 작업하기 편리하며, 빠르고 정확한 해석결과를 제공하는 전산유체역학 도구로 국내외에서 이용되고 있다. 본 연구에서는 기존의 댐 붕괴파 특성 분석과 관련된 수리모형실험(Soares Frazao 등, 2004: Soares Frazao와 Zech, 2008) 자료를 이용하여 모의를 수행하였으며, 지점별 실측자료와 2차원 유한체적모형(정 등, 2009, 2010)에 의한 결과와의 비교를 통해 적용성 검증을 수행하였다. 또한 3차원 모형 적용 시 중요한 매개변수로 고려되는 수로바닥 및 벽면에서의 조도높이 따른 댐 붕괴파의 전파양상을 분석하였다.

3차원 난류 부력젵의 혼합을 큰 와 모의(large-eddy simulation) 기법을 이용하여 수치모의 한다. 개발된 수치모형은 3차원 열동수역학 모형을 이용하여 부력젵의 퍼짐, 자기 보존 그리고 주변류의 연행 등을 포함하는 난류젵의 동적 특성을 분석할 수 있다. 수치해석에서 하부격자규모 (subgrid scale, SGS) 난류 응력은 부력항을 수정한 Smagorinsky 모형을 이용한다. 여과된 엔탈피 수송방정식에서 하부격자규모의 스칼라 플럭스는 상수의 SGS Prandtl 수를 가지는 단순 경사수송 가설에 근거하여 모의한다. 계산된 결과를 실험결과와 비교하며, 결과는 양호하게 일치함을 보여준다. 계산결과에 따르면 부력항의 수정이나 SGS 난류 Prandtl 수는 결과에 큰 영향을 미치지 않지만 SGS 모형 상수인 Cs 값은 부력젵 확산 예측에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

지구온난화와 이상기후에 따라 최근 우리나라를 둘러싼 기후패턴의 변화가 가속화되고 있으며 한반도는 장마기간이 소강상태를 보이는 반면, 장마 후 국지성 집중호우가 증가하고 태풍이 내습하는 현상이 빈번해짐으로써 홍수에 대한 위험과 피해규모도 증가하고 있다. 특히 도시지역에서는 강우규모가 배수시스템의 용량을 초과하거나, 하천수위 상승으로 관로 내에 역류가 발생하는 등 우수 배제 기능을 제대로 수행하지 못할 경우 발생하는 지표침수로 인해 심각한 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 실제로 현재 홍수해석 및 홍수위험지도 작성시 내수시스템을 반영하지 않아 침수면적 및 범위의 오차가 존재하며 홍수위험지도 작성시 내수범람과 외수범람을 따로 고려하는 문제점이 있다. 따라서 도시 침수 해석시 내수시스템을 반영한 정확한 침수심 및 침수면적계산뿐만 아니라 이상기후에 대비한 복합적 요인으로 인한 침수해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 하천해석을 위해 1차원 하천 해석 모형인 FLDWAV모형을 적용하고 가상의 제방 파제 시나리오를 통하여 외수범람 영향을 구하였으며, 배수시스템의 SWMM모형과 제내지에서 내수와 외수범람의 영향을 고려한 DEM기반의 2차원 범람해석을 연계한 Dual-Drainage모형에 대하여 외수범람 영향에 따른 흐름의 양상, 침수심, 침수위 등을 분석하였다. 개발한 모형에 대한 적용성을 검토하기 위하여 대구 신암5동 유역을 선정하였고 대상유역의 수치지도를 활용하여 정형 격자 20m 크기로 지형자료를 구성하였으며, 건물의 영향도 고려하기 위해 DEM에 건물자료를 합성하였다. 침수해석 결과 내수시스템의 영향을 고려하지 않을 때가 고려하였을 때 보다 Node(맨홀)에서의 재유입의 영향으로 인하여 최대 침수심이 더 높게 나왔으며 침수면적도 넓게 나타나는 것을 확인하였고, 기존의 홍수위험지도 작성시 외수침수와 내수침수를 구분하여 해석하였던 것을 본 연구에서 통합하여 외수범람의 영향을 고려한 통합침수해석을 실시하여 내수에서 발생할 수 있는 유출량과 내수시스템의 월류량 등에 대한 고려가 없는 외수침수만 해석시 보다 최대침수심이 더 높게 나타났으며 침수면적 또한 넓게 나타남을 알 수 있었다. 본 연구를 통해서 도시홍수, 돌발홍수 등의 발생시 정확한 도시 침수 해석이 가능하며 도시침수구역에 대한 적절한 예 경보 및 피난대책 수립에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 국내의 홍수위험지도나 도시 침수해석과 연계하여 선행시간을 확보한 정확도 높은 홍수정보시스템 구축에 크게 기여할 것으로 판단된다.

최근, 수자원의 효율적 이용을 위하여 농업용수로를 파이프라인으로 시공하는 지구가 증가하는 추세에 있다. 한편으로는 간척지를 복합농업단지, 시설원예, 신재생에너지단지 등 다각적으로 이용하는 정책을 추진하고 있다. 이에 따라, 농업용수 공급시스템도 개수로에서 관수로로 설계하는 추세에 있다. 농업분야에서 관수로를 활용하기 시작한 것은 ‘80년대 중반부터이나 그간 관수로 설계기준의 부재, 시범사업의 실패 등으로 인하여 보급이 지연되어 왔다. 일반적으로 관수로 설계는 노선선정, 관조직 구성, 관경산정, 관망해석, 도면작성 등 일련의 과정을 거쳐야 완성된다. 이 설계과정에서 관경산정 및 관망해석은 고도의 설계 노하우가 없으면 활용이 어려운 설계기술이다. 이번에 개발한 관수로 설계지원시스템은 관수로 설계 전문가가 처리해야할 일련의 설계작업을 AUTO CAD상에서 일관성 있게 처리할 수 있도록 개발한 것이 특징이다. 관수로설계지원시스템은 수치지도상에서 등고선 좌표, 표고 등을 자동 추출하여 사업계획서 및 종단도를 작성할 수 있으며, 관망심볼을 이용하여 시스템상에서 관망조직을 구성할 수 있으며, 다양한 안에 대한 노선검토, 관경산정, 관망해석과 관두께, 매설심도 등 구조해석이 가능하다. 그리고, 농업용 관수로의 제수밸브 등 부대시설에 대한 표준도를 D/B로 작성하여 설계도 작성시 참고할 수 있도록 개발하였다. 관수로설계지원시스템은 매뉴얼대로 처리하면 관망해석에 대한 전문지식이 없어도 설계에 활용이 가능하다.

급격한 세계인구의 증가에 의해 물 부족지역이 세계 각지로 확산되고 있다. 이에 따라, 건전한 수자원으로써 하수처리수의 재이용이 주목을 받고 있다. 하수처리수의 재이용시에는 특히, 재이용수의 미생물학적 안전성과 더불어 화학물질 등으로부터 기인할 수 있는 인체 및 생태계에의 리스크를 고려해야 한다. 미국 EPA는 병원성 미생물 뿐만 아니라 화학물질에 대한 안전성을 확보 차원에자외선/과산화수소 등의 고도산화처리법을 검토하였다. 1일 $10m^3$ 처리규모의 연속실험장치를 이용, 검토된 공정별 실제 하수 2차 처리수중에 존재하는 의약품류의 제거효과, 에너지 소비량 및 생태리스크 저감효과 등을 비교, 평가하였다. 에너지 소비량에 있어서는 공정별로 다소 차이가 있었으나, 본 실험동안 검출된 38종의 의약품류 제거에는 각 공정 모두 매우 효과적이었다. 에너지 소비측면에서는 오존 단독공정이 가장 적은 에너지 소비량에서 타 공정과 동일한 수준의 의약품류 서 막처리나 자외선 처리 등의 고도처리시설에 대한 정보를 재이용수 가이드라인에 제시하고 있는 반면, 우리나라에서는 재이용수중에 일정농도 이상의 염소가 잔류하도록 함으로써, 재이용수의 미생물학적 안전성 확보만을 고려하고 있다. 최근, 수환경분야에서는 의약품류라는 화학물질이 유럽, 미국 및 일본 등지를 중심으로 주목을 받아오고 있으며, 이들은 ng/L-${\mu}g$/L 수준으로 수환경중에서 검출되고 있다. 이들의 주요 발생원으로 하수처리시설이 지목되고 있으며, 따라서 하수처리수의 재이용시 잔류 의약품류에 의한 리스크 발생 가능성이 우려되고 있다. 이를 배경으로, 하수처리시설에서 의약품류를 효과적으로 제거할 수 있는 공정으로 오존 및 오존/자외선, 제거효과가 얻어졌다. 한편, 오존처리시 발암성 물질인 브로메이트($BrO_3^-$) 등과 같은 부생성물 생성 가능성을 고려하면, 오존 단독공정보다 상대적으로 많은 에너지를 소비하는 오존/자외선, 자외선/과산화수소 등의 고도산화처리법이 높은 적용성을 갖는 것으로 나타났다. 향후, 수자원 부족문제로 재이용수의 용도가 훨씬 다양해 질 것으로 예상된다. 그에 따라, 재이용수의 안전성 확보를 위해 보다 폭넓은 검토가 예상되지만, 현 단계에서는 오존을 포함, 다소 많은 에너지 소비가 예상되는 자외선을 이용한 고도산화처리법이 다양한 미량 화학물질의 제거에 유효한 공정으로 판단된다.

식생된 개수로에서 식생의 영향을 파악하기 위해 k-$\in$ 난류 모형을 이용하여 수치모의를 하였다. 식생의 영향을 고려하기 위해 항력항을 추가한 지배방정식을 구성하였으며, 지배방정식을 해석하기 위하여 유한체적법을 사용하였다. 수치모의에서 구한 식생된 개수로의 흐름구조를 기존의 수리실험 결과와 비교하여 비교적 잘 일치함을 확인할 수 있다. 난류의 생성과 소멸을 수치모의한 결과, 부분구간 식생된 경우 식생높이 보다 낮은 구간에서는 후류에 의한 난류 생성이 지배적이며, 식생높이보다 높은 구간에서는 주로 마찰에 의한 난류 생성이 지배적임을 보였다. 기존의 연구들은 식생의 영향을 고려하여 개수로의 흐름을 연구한 예는 드물며, 현재까지 진행되어진 국내의 연구는 난류모형을 이용하여 식생된 개수로에서의 흐름 구조를 모의하였다. 따라서 난류흐름을 모의하는데 가장 보편적인 k-$\in$ 난류모형을 이용하여 식생된 개수로에서 수직방향으로의 흐름구조와 식생의 영향을 해석하는 것은 그 자체로도 의미 있는 연구이며, 앞으로의 환경수리 문제를 해결하기 위해 선행되어야 하는 연구이다. 식생된 개수로에서의 난류구조와 부유사 이동에 대한 식생의 영향을 비정상 1차원 수직모형으로 해석하였으며, 폐합문제를 위해 2-방정식인 k-$\in$ 난류모형을 사용하였다. k-$\in$ 난류모형에 식생에 의한 항력항을 더하여 지배방정식을 구성하였다. 수직방향에 대해 흐름방향 유속 u, 난류에너지 k, 그리고 난류에너지 소산율 $\in$의 분포를 구하고, 부유사에 대한 수송방정식을 풀었다. 식생된 개수로와 식생되지 않은 개수로에서의 유속분포, 난류강도, 레이놀즈 응력 분포와 난류의 생성과 소멸을 구하여 식생이 난류흐름에 미치는 영향을 분석하였다.

생태적 기능이 담보되는 하안의 조성 및 복원은 필연적으로 하안공간에서 물리적 구조변화를 야기한다. 이러한 하안공간의 물리적 구조변화는 장기적으로 구간에서의 생태적 기능뿐만 아니라 단기적으로 하천의 수리특성변화를 야기한다. 이러한 수리특성변화는 복원구간에서의 생태적 기능에 직접적인 영향을 준다. 하천복잡도에 따른 수리특성의 변화는 자연형 하천복원에 영향을 주는 변수이므로 이들 변화를 예측할 수 있는 하천복잡도 시나리오의 수립은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 하천유형에 따른 수리특성을 분석하고자 하였다. 하천복잡도 시나리오는 Rosgen (1994)에 의해 제안된 하천분류방법과 유량크기별 모의 시나리오를 작성하여 모델에 적용하였다. 연구대상지역은 안성천유역의 오산천과 진위천으로 하천분류결과 크게 C유형과 E 유형으로 분류되었다. 분류된 유형의 수리특성 분석을 위해 C 유형의 구간중 진위천 본류구간과 통삼천의 만곡구간을 선정하여 모형을 구동하였다. 모형의 입력자료인 유한요소망은 하천정비기본계획의 부도를 이용하여 생성하였으며 모델의 경계입력자료는 WMS HEC-1의 유출량 결과 자료를 사용하였다. 빈도별 강우량 자료를 Huff의 4분위 법을 적용하여 24시간으로 분포화하여 빈도별, 구간별 유출량 자료를 구축하여 모의 하였다. 선정한 하천유형구간에 대하여 유량크기별 수위, 유속, 한계유속, 소류력에 대한 흐름특성분석을 실시하였으며, 조도계수의 변화에 따른 흐름특성 변화를 분석하였다.

자연형 하천 복원 사업은 하천 복원 사업과 함께 친환경적 기능을 중시하는 연구가 활발하게 진행중이다. 본 연구에서는 계단형 낙차공의 평면형상의 곡선형 낙차공에서의 수리모형 실험과 수치모의를 통해 흐름 특성 및 형상을 검증하였다. 계단형 낙차공으로 수리모형 실험과 수치모의를 한 결과 복잡한 수공 구조물의 흐름 특성은 동일하게 나타났다. 본 연구에서 수리모형과 수치모형은 동일한 SCALE과 실험조건으로 하였다. 계단형 낙차공은 우측에어도가 설치되어 있어 흐름이 우측으로 많이 편향 되어 세굴심이 일어나는 것을 확인 할수 있다. 이러한 세굴 특성은 실제 자연형 하천에 적용 되었을 경우 문제점을 야기 시킬 수 있으므로 본 연구 결과를 분석하여 물받이공 산정 등에 활용될 수 있을 것이다.

4대강 살리기 사업에서 국가하천 주요 구간에 대규모 보가 건설되고 있다. 이로 인해 치수 및 하천환경에 많은 문제점이 야기될 수 있으며, 발생 가능한 하천관리의 문제점을 최소화하기 위해서는 하천정비에 따른 수리학적 영향을 검토할 필요가 있다. 보의 설치는 유지유량 및 수심 확보의 목적을 지니고 있지만, 기존 하천에 설치된 보는 대부분 고정보로서 흐름의 정체를 유발시키는 단점이 있다. 최근에는 가동보가 설치되어 일정 이상의 초과 유량 및 수위를 조절할 수 있도록 탄력적인 보 운영이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 낙동강 본류에 건설 중인 강정보 설치지점 직상 하류 구간에 대하여 가동보의 설치 및 운영에 따른 보주변의 흐름특성을 RMA2와 FLOW-3D를 이용하여 모의하였다. 2개의 수문으로 구성되어 있는 강정보의 수문 운영을 2년 빈도 및 100년 빈도 홍수량에 대하여 좌측 또는 우측 단일수문 완전개방 및 부분개방, 양측 수문의 완전개방 및 부분개방에 따른 보 상류단 수위의 변화 및 하류단에 형성되는 주흐름의 변화를 분석하였다. 2년 빈도 홍수량에서의 가동보 지점의 유속이 100년 빈도 홍수량에 대한 가동보 지점의 유속보다 크게 발생하였다. 양측 수문을 완전히 개방하였을 때 주흐름이 우안방향으로 휘는 현상이 발생하였으며, 우측 수문 단일개방에서 주흐름의 우측 휨 현상이 뚜렷이 나타나고 있어 양측 수문 개방에서의 주흐름이 우측 수문에서 발생되는 흐름에 의해 지배되고 있는 것으로 판단된다. 100년 빈도 홍수량에 대한 모의에서 수문 개방방식에 따른 보 상류부의 홍수위 변화가 크게 나타나지 않았으며, 2년 빈도 홍수량에서는 수문 개방 방식에 대한 보상류의 수위가 차이를 보였다. 가동보의 $30^{\circ}\sim60^{\circ}$ 부분개방에 대한 모의결과에서는 부분개방의 정도가 커짐에 따라 수문 지점에서의 유속이 크게 발생하였다.

합류부에서의 수공구조물의 설치는 수리학적으로는 매우 불리하며, 최근 심각해지고 있는 국지성 집중호우로 인한 과중한 유량이 합류부에 집적되어 홍수위를 상승시킴으로써 하천 범람 피해의 주원인이 된다. 본 연구에서는 1차원 HEC-RAS 및 2차원 수치모형 CCH2D을 이용하여 합류부에서의 교각설치에 따른 하천흐름 변화를 분석하고 각 모형의 성과를 비교 검토한다. 또한 2차원 모형인 CCHE2D 모형의 원형교각 배치에 대한 단점을 보완하고자 2차원 수리해석 모형인 FLUMEN모형과 함께 비교 분석하여 실제 교각의 배치, 형상 및 제원이 고려된 격자망을 이용하여 합류부 주변에 위치한 교량에 의한 흐름 유동특성을 평가한다.

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.

본 연구에서는 길이 35.6m, 폭 4m, 사행도 1.8의 2회 사행하는 복단면 사행하도의 상류 직선부와 만곡 정점부 6개 지점에 폭 0.4m, 길이 0.8m의 타원기둥 형태의 부유 구조물을 구성하여, 0.25m, 0.40m의 수심 조건으로 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과자료 중에서 부유 구조물 주변의 흐름특성을 국부적으로 분석해 본 결과 부유 구조물이 없을 때의 흐름과는 상당히 다른 흐름특성들이 발견되었는데, 특히 그 중에서도 부유 구조물 아래에서 작용하는 상승류와 부유 구조물로 인한 단면 이차류의 분리가 두드러졌다. 이와 함께 수로 유입부와 유출부 사이의 총 수두 값 변화도 수로 내 부유 구조물의 유무에 따라 다르게 나타났다. 그리고 이러한 결과들 모두 동일 측선 상에서라도 부유 구조물의 위치가 바뀌면 다른 양상으로 나타났다. 본 연구에서는 하도 내에 부유 구조물이 있을 때 부유 구조물의 위치에 따른 통수능 및 흐름특성의 변화를 3차원 수치모의 결과를 통하여 보여준다. 그리고 그 결과들은 하도 내 부유 구조물을 설치 할 때, 검토대상에 부유 구조물 뿐 아니라 하도형태 및 하천의 흐름특성도 함께 포함되어야 함을 뒷받침해준다.

이상기후 및 극한 홍수 발생빈도의 증가 등으로 인해 많은 수공 구조물이 붕괴 위험에 노출되어 있다. 사전 피해 예방 및 경감을 위해 다양한 수공구조물의 붕괴 현상에 대하여 수리실험적 접근방법을 통한 현상이해 및 예상결과 비교 검증이 필요하다. 그 중에서 제방붕괴에 대한 수리실험은 수치모의를 통한 분석의 어려움 때문에 대부분 모형실험을 통해서 이루어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 실제규모의 제방붕괴 선행실험의 측정결과를 활용하여 실험설계에 이용 하였다. 모형은 실험공간의 규모를 고려하여 축척을 1:10 으로하고, 하도내 흐름 안정을 위해 수로의 길이 는 16, 저폭은 $b\geq10h$를 만족하는 하천으로 설계하여 b를 3m로 설정 하였다. Fr수는 0.29로 원형과 동일하게 하고, 그에 따른 유량 ( )는 0.538m/s로 하였다. 실제 모형 제작에서는 현장 실험실의 펌프용량에 따른 가용유량 ($Q__{max}$)의 제약에 따라 수로가 직선이고 좌우가 대칭인 점을 감안하여 폭을 1/2로 절단 하고 유량은 $0.269m^3/s$(Q/2)를 공급하였다. 위와 같이 모형제작을 위한 실험 설계시 현장 여건을 고려하여 모형을 변형할 경우 EIM(Experimental Information Modeling)을 이용한 수리영향에 대한 분석을 통한 설계검증이 필요하다. FLOW-3D를 이용한 3차원 수치모의를 통하여 동일 지점에서의 유속과 수심을 분석하여 흐름양상을 비교 하였으며, 유속과 수심의 측정위치는 그림 1에 도시하였다. 수치모의 결과 측정지점에서의 수위가 하도 바닥을 기준으로 0.25m로 동일할 경우 수로 단면에 대한 유속 분포가 제방을 기준으로 2b/3까지는 유사한 경향을 보였다. 그 결과, $b\geq10h$인 수로에서 제방붕괴를 위한 모형 설계시 하도 폭을 1/2만 만들 경우에도 실험의 신뢰성이 확보된다는 것을 확인하였다.

Riemann 문제는 천수방정식과 같은 쌍곡선형 방정식과 단일한 도약에 의해 불연속인 어떤 점의 좌 우에서 상수인 자료로 구성되는 초기치 문제로서 그 해법은 Godunov 방법과 같이 정확해에 의하면 정확 Riemann 해법, 근사 기법에 의하면 근사 Riemann 해법으로 불린다. 지금까지 이용되는 근사 Riemann 해법으로는 1981년에 P. L. Roe가 제안한 Roe의 선형화 기법과 1983년에 A. Harten, P. D. Lax, 그리고 B. van Leer가 제안한 HLL 기법의 수정 기법들이다. 최대 및 최소 파속만 고려하는 것으로 알려진 HLL 기법은 1988년에 B. Einfeldt의 제안에 의해 두 파속의 결정에서 Roe의 선형화 기법에 따른 고유치와 비교하는 것으로 수정되었다(HLLE 기법). 또한, 1994년에 E. F. Toro 등은 접촉파를 고려하기 위해 선형화된 지배방정식의 정확해로부터 중앙 파속을 고려하는 기법을 제안하였고, 이를 HLLC 기법으로 불렀다. 2002년에 T. Linde는 중앙 파속을 평가하기 위해 일반화된(수학적) 엔트로피 함수를 도입하였으며, van Leer는 이를 HLLL 기법으로 불렀다. 이 기법에서는 접촉파의 평가를 위해 보존변수에 대한 일반화된 엔트로피 함수로부터 중앙 파속이 유도되며, 이것과 특성 속도의 비교를 통해 최대 및 최소 파속이 결정된다. 따라서 이 기법에서는 모든 파속이 초기치로부터 결정되므로 HLLE 기법과 달리 Roe의 선형화 기법과 완전히 결별되고 HLLC 기법과 달리 정확해에 의존되지 않는 점에서 HLLL 기법은 모태인 HLL 기법의 온전한 계승으로 볼 수 있다. HLLL 기법은 여러 분야에 적용된 바 있으나, 수공학 분야에 적용된 사례는 알려진 바 없다. 이는 천수방정식에 대한 (물리적) 엔트로피 함수가 명확하지 않기 때문인 것으로 보인다. 이 연구에서는 보존변수로부터 정의되는 총 에너지를 일반화된 엔트로피 함수로 간주하여 모형을 구성하고, 정확해가 알려진 1차원 문제에 대해 적용성을 검토하였다. 정확해가 알려진 경우에 대해 모의한 결과, 1차 정도 수치해의 한계에도 불구하고, HLLL 기법의 결과는 대체로 정확해와 잘 일치하였으며 그 외의 HLL-형 기법의 그것에 비해 우수한 것으로 나타났다. 특히, 물이 빠져 바닥이 드러나는 상태에 대한 접촉 파속의 추정에서 Riemann 불변량을 이용하는 HLLC 기법에 비해 물이 빠지는 전선을 더 정확하게 포착하는 HLLL 기법의 결과는 매우 고무적이었다.

기후변화에 따른 영향으로 태풍 및 집중호우가 증가하고 있으며, 산업발달과 인구의 도시집중 현상이 심화됨에 따라 도시지역의 인명 및 재산 피해가 증가되고 있는 시점이다. 도시화로 인한 불투수면적의 증가는 자연유역에 비해 도달시간이 단축되고 첨두유량을 증가시키게 된다. 또한 도시지역에서 대부분의 우수량은 관거(합류식의 경우에는 하수관거)를 통해 배제되기 때문에 관거 용량 이상의 강우에 대해서는 이를 충분히 배제하지 못하여 도시홍수 피해의 가장 큰 원인으로 작용하게 된다. 즉, 도시유역의 배수시스템 능력이 부족할 경우 큰 피해를 가져올 수 있게 된다. 따라서 이러한 특징을 갖는 지역에서는 도시유출모형을 이용한 침수예측과 이에 따른 효과적인 대책 수립이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 도시유출모형 중 ILLUDAS 모형을 이용하여 2010년 9월 집중호우로 피해를 입은 굴포천 유역에 대해 내수침수모의를 실행하고 실측침수심도 자료와 비교하여 효과적인 피해 저감방안에 대해 연구하고자 하였다.

최근 수자원분야에서 원격탐사(RS) 및 지형정보시스템(GIS)의 비중이 높아짐에 따라 이를 이용하여 1,2 차원 수리분석 향상을 위한 활용이 증가하고 있다. 그러나 현재 사용하고 있는 일반적인 DEM은 하천부분에 대한 고도의 불일치로 인해 수리분석시 정밀한 분석을 하기에는 어려움이 따르므로 이에 대한 개선이 필요하다. 본 연구에서는 현재 사용하고 있는 USGS DEM과 낙동강 측량 자료를 이용하여 낙동강 유역 정밀 DEM 제작 방안을 제시하고자 한다. 측량자료를 이용하여 하천의 DEM을 생성한 후, 자체적으로 개발한 알고리즘을 이용하여 하천 DEM과 USGS DEM을 접합하여 낙동강 유역의 정밀 DEM을 제작한다. 이는 1,2차원 수리모델을 이용하여 분석할 때 결과를 더욱 향상시킬 것으로 기대한다.

평활입자동역학법(SPH, Smoothed Particle Hydrodynamics)은 도수, 댐붕괴류, 쇄파 등과 같이 수면 변동이 큰 유체 역학 문제를 해결하기 위한 무격자법 중의 하나이다. SPH법을 이용하여 1.5에서 8.0 범위의 여러 가지 Froude 수에 대하여 도수를 모의하였다. 또한, SPH의 모의 결과와 비교 검토하기 위해 실험실 수로에 물리모형을 구축하였다. 도수 전면의 위치와 도수 후의 수심을 대상으로 수리실험과 수치모의 결과를 비교하였다. 그 결과 Froude 수가 5 미만일 때, 수치모의결과는 물리 모형과 비교적 잘 일치하였으나, Froude 수가 클 때는 오차가 커지는 경향을 보였다. 이처럼 수치 모의의 결과가 물리 모형과 차이를 보이는 주요 이유는 점성의 처리와 난류에 따른 와도와 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이 문제는 난류모형을 도입하면 어느 정도 개선될 수 있을 것으로 판단된다.

낙동강 살리기 사업의 결과 낙동강 본류 내에는 총 8개의 다기능 보가 설치된다. 각각의 보는 고정보와 가동보 복합형식의 다기능 보로서 보 상류의 수위가 일정하게 유지되도록 하여 하천 내의 수자원을 확보하는데 그 목적이 있다. 하지만 보의 설치 시 홍수로 인한 수해 발생의 위험이 높아지므로 다기능 보의 건설에 있어 치수안정성은 중요하게 고려해야 할 부분이다. 따라서 각각의 보에서의 치수안정성 확보를 위해서는 낙동강 사업 완료 후 적절한 가동보의 운영이 필요하다. 본 연구에서는 치수안정성이 확보되면서도 과도한 방류로 인한 수자원의 손실을 예방할 수 있는 적절한 가동보 운영에 대한 연구를 실시하고자 하였다. 이를 위해 낙동강 하구둑부터 반변천 합류점까지의 구간을 선정하여 낙동강 살리기 사업 후의 부정류 모형을 구성하고 홍수 모의를 실시하였다. 모형을 구성할 때에 가동보의 운영을 위한 기준은 보 상류의 수위로 선정하였다. 이는 치수안정성 및 하천 내 유량의 증감을 직접적으로 확인할 수 있는 지표가 수위라 판단하였기 때문이다. 따라서 각각의 보에서의 상류 수위를 가동보 운영의 기준으로 설정하여 가동보의 운영 조건을 결정하고 모형을 구성하였다. 가동보의 적절한 운영 기준을 찾기 위해 보 상류 수위의 상승에 따른 가동보의 개방정도를 다양한 조건으로 구성하고 각각의 모형에 동일한 홍수사상을 적용하여 홍수 모의를 실시하였으며 또한, 첨두치가 다른 여러 개의 홍수사상에 대해서도 모를 실시하여 홍수 규모에 따른 결과를 비교하여 가동보 운영의 효과를 분석하였다.

강변저류지 설계를 위해 주로 사용되고 있는 방법은 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS의 Storage 기법이다. HEC - RAS의 Storage 기법을 이용할 경우 설계자는 유입부 설계제원과 저류용량 외에 두 개의 매개변수를 결정해 주어야 한다. 하나는 하천의 조도계수이며, 다른 하나는 횡월류 위어의 유량계수이다. 그 중 횡월류 위어 유량계수는 강변저류지 홍수조절효과에 직접적으로 영향을 주는 저류량과 관련되어 있다. 따라서 저류량을 결정하기 위한 유량계수는 기존 연구자들에 의해 다양한 산정식들이 제시되어 있다. 하지만 횡월류 유량계수가 동일한 흐름 조건에서도 산정식별로 차이를 보이고 있어서, 설계자가 어떤 유량계수를 선택하느냐가 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 홍수시 발생 가능한 유량계수의 범위를 결정한 후 설계 인자별로 유량계수의 변화에 따른 강변저류지 홍수조절효과를 분석하였다. 분석 결과 유량계수에 따라 크게는 최대홍수량 대비 약 5 ~ 6% 정도의 차이를 보였다. 이는 가장 작게 산정된 홍수조절효과의 범위가 약 15 ~ 20% 정도인 것과 비교하면 큰 차이를 보이는 것으로 확인하였다. 따라서 강변저류지 홍수조절효과 산정시 발생 가능한 다양한 유량계수를 적용하여 보수적으로 설계하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

As the need for predicting the flood stage of river from torrential downpouring caused by climate change is increasingly emphasized, the study, centered on the area of Gangwon-do Inje-gun and Jeongseon-gun of local river, is to develop peak water level regression equation by rainfall. Through the correlation between rainfall and peak water level, it is confirmed that rainfall according to duration and peak water level have a high correlation coefficient. Based on this, a relational expression of rainfall and peak water level is verified and then the adequacy of the calculated expression is analyzed and the result shows that a very accurate prediction is not easy to achieve but a rough prediction of the change of water level at each point is possible.

본 연구는 만곡수로 외측에 횡월류 위어를 설치하여 곡률반경에 대한 횡월류 유량계수의 특성을 분석하였다. 곡률반경의 변화에 따른 만곡부의 중심각이 180인 수로모형을 설계하였으며, FLOW-3D모형에 적용하여 유량계수를 산정하고 직선 수로와 비교하여 유량계수의 특성을 분석하는데 목적이 있다. 난류모형은 RNG-$\in$ 모형을 사용하였으며, 수치기법으로는 유한체적법을 사용하였다. 모형의 적용성 검정을 위해 기존에 연구되었던 수리실험과 동일한 조건의 수치모의를 수행하여 모형의 적용성을 확인하였다. 본 연구에서는 하폭를 고정시키고 곡률반경를 변화시킴으로써 $R_c/b$의 변화에 따른 유량계수(C)의 변화를 분석하고, 만곡수로의 월류량($Q_{wc}$)에 대한 직선수로의 월류량($Q_{ws}$)의 비, 만곡수로의 평균 월류 수심에 대한 직선수로의 평균 월류 수심($y_{cave}/y_{save}$)과 $R_c/b$의 관계를 분석하였다. 분석결과 유량계수는 상류수심, 월류량, 만곡수로의 곡률반경 등의 변화에 따라 유량계수는 변화하였으며, 직선과 만곡수로에 대해 분석을 수행하였기 때문에 직선수로의 영향인자를 이용하여 만곡수로에 설치된 횡월류 위어의 월류량과 유량계수를 추정 가능할 것이라 판단된다.

횡월류위어를 천변저류지 등의 유입부에 설치하기 위해서는 정확한 월류량을 산정하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 실제 하천에 적용성이 높은 것으로 판단되는 사다리꼴 수로에서 수리실험을 실시하였고, 횡월류위어의 형상변화에 따른 흐름분석 및 유량계수산정을 위하여 직사각형, 1:1사다리꼴, 1:2사다리꼴 형상의 횡월류위어를 설치하여 수리실험을 하였으며, 상류 Froude수, 위어높이, 위어길이, 본류수로폭, 수로경사 등을 고려하였다. 분석결과 광정횡월류위어에서 /y, ��/$y_{u}$, $Fr_{u}$, L B의 순서로 중요도가 큰 것을 확인하였고, 다중회귀분석을 통해 유량계수식을 제시하였다. 또한 기존 연구자들의 실험자료와 본 실험의 연구자료를 비교하였으며, 측정된 월류량과 계산된 월류량을 비교하여 유량계수식의 적용성을 확인하였다.

낙동강하구둑 접근수로에는 상류로부터 유입되는 유사가 유속감소로 인해 하구둑 근처에서 퇴적되는 문제가 발생하고 있다. 퇴적되는 유사를 저감시키기 위한 방법으로 하구둑 건설이후 매년 일정한 통수능 확보를 위해 준설이 수행되어 왔다. 그러나 준설 방법은 많은 비용과 시간이 소모된다는 점에서 효율적이지 못하며, 이를 대체 할 수 있는 적절한 퇴사저감방안 연구가 지금까지 선행연구들을 통해 제안되고 있는 실정이다. 특히 하폭이 급격히 확대되어 유속 감소를 유발하고 유사 퇴적을 야기 시키는 하구둑 상류 2km에서 3km 지점의 하폭을 국부적으로 축소함으로써 효과적으로 퇴사를 저감시킬 수 있을 것으로 나타났다. 그러나 하폭축소로 인하여 홍수발생시 상류의 홍수위가 기존 조건에서 보다 상승할 수 있는 위험성이 있다. 따라서 본 연구에서는 하폭축소 방법으로 인해 발생할 수 있는 상류의 홍수위 상승 위험성을 1차원 수치모형인 HEC-RAS 모형을 이용하여 하폭축소 전 후의 수면곡선을 분석하고자 한다. 연구대상 영역은 낙동강하구둑 상류 12km 구포대교 지점까지이며 하폭축소 구간은 낙동강하구둑 상류 2km에서 3km로 하도 우안 구간의 하폭을 10% 축소하였다. 입력 자료는 낙동강유역 종합치수계획에 명시된 빈도별 유량 및 낙동강하구둑 수위 조건을 적용하였다. 모의결과 30년, 50년, 80년, 200년 빈도별 유량과 수위를 적용한 경우 최대 수위상승이 0.02m이하인 것으로 나타났으며, 500년 빈도의 경우 0.03m의 최대 수위상승 값을 확인할 수 있었다.

천수방정식과 같은 쌍곡선형 미분방정식의 불연속 해에 대한 Riemann 해법은, 1950년대 말 공기동역학 분야에서 S. K. Godunov의 선구적인 시도 이후, 다양한 영역에서 성공적으로 적용되고 있다. 당초 제안된 해법은 공간에 대해 1차 정도였으나, 2차의 정도를 얻을 수 있는 기법이 1970년대 말 B. van Leer에 의해 제안되었으며, MUSCL로 불린다. 서로 인접한 격자의 보존변수가 고려된 경사가 도입되어 두 격자에 의해 공유되는 변의 좌 우에서 선형으로 보존변수가 재구축되는 MUSCL은 제한자와 함께 이용될 때, 구조 격자 체계에서 비교적 단순하면서도 효과적인 적용성이 입증되었다. 그런데, 이 기법을 2차원의 비구조 격자 체계에 적용하는 경우, 인접한 모든 격자의 보존변수를 고려한 평면의 경사를 결정해야 하는 어려움이 따른다. 특히, 삼각형 비구조 격자에 적용할 경우 최적의 평면을 결정하기 위해 Green-Gauss 적분식이나 최소-자승법 등을 이용하게 된다. 이에 비해, 2010년 T. Buffard와 S. Clain이 제안한 다중경사 기법은 격자의 각 변에서 경사가 각각 결정되는 방법으로 계산량이 많은 Green-Gauss 적분식이나 최소자승법을 피할 수 있는 장점이 있는 것으로 알려져 있다. 정확해가 알려진 두 경우에 대해 몇 가지 제한자를 적용한 결과를 1차 정도의 해와 함께 비교하였으며, superbee 제한자에 의한 결과가 우수하였으나, 희유파와 충격파가 맞닿는 곳에서 수치 분산이 나타났다. minmod 제한자의 결과가 대체로 무난하였으며, 이를 2차원 댐 붕괴 문제에 적용하여 1차 정도의 해와 비교하였다. 마찰이 없고 초기 수심이 댐 상류에서 10 m, 하류에서 5 m로서 물이 차 있는 경우, 1차 정도의 해에서 나타나는 수치 소산이 2차 정도에서는 발생되지 않았다. 댐 하류에서 초기에 수심이 영으로 바닥이 드러난 경우에서 마찰의 영향을 검토하였다. 마찰이 있는 경우, 마찰 경사 항의 Manning 계수를 0.04로 두었으며, 마찰에 의한 영향이 잘 드러났다. 수심이 50 mm 보다 작은 경우에는 마찰을 적용하지 않았다. 이 연구는 환경부 '차세대 핵심환경기술개발 사업'의 지원에 의한 것이다.

천수방정식에 대한 Lax-Wendroff 기법을 기반으로 한 유한요소 모형을 낙동강 상류부 단호교 지역에 적용하였다. 모형의 검증을 위하여 이동경계에 대한 Thacker (1981)의 정확해와 젖음-마름 기법(wet-dry scheme)을 이용한 본 모형의 수치해를 비교하여 대체로 잘 일치함을 알게 되었다. 또한, U자형 만곡부를 포함한 수로의 흐름에 적용하여, 기존의 수리실험 결과, 수치모의 결과와 비교하고, 모형의 적용 가능성을 확인하였다. 낙동강 상류지역에 위치한 단호교지역에 본 모형을 적용하고, 이를 기존 유한차분법에 의한 수치해와 비교하였다.

경기도 안산시 시화습지내에 위치한 하안 유도 시험장에 직선수로와 곡선수로를 시공하였다. 각각의 수로에 유도틀을 설치한 후 수리학적 특성을 분석하기 위해서 2차원 모형인 SMS를 이용하여 유량조건에 따른 유속 및 침식, 퇴적에 미치는 영향을 분석하고 예측하였다. SMS 모형 중 2차원 수리분석을 위한 RMA2 모형과 유사이송현황을 모의할 수 있는 SED2D 모형을 이용하여 하안유도 시험장에 적용하였으며 하안 유도 시험장은 크게 직선수로와 곡선수로로 구분하였다. 각각의 수로에 설치되는 유도틀은 ㄷ자형, ㄷㅂ자형, 직사각형, 마름모형이 있고, 총 10가지 경우로 하여 시험장 유도틀 형태별 2차원 수치모의를 분석하였다. 유속을 모의하기 위해 RMA2모형을 사용하였으며, 침식 및 퇴적을 모의하기 위해 SED2D모형을 사용하였다. 이러한 모의결과를 통해 실제 하천에서 유도틀 시공시 유량에 대한 하류 구간 대책을 수립하는 기초자료 활용하고자 한다.

수리계수는 하천의 수리학적 특성을 대표하는 인자라고 할 수 있다. 따라서 우리는 하천정비기본계획에 의하여 하천을 측량하고 그 측량성과를 바탕으로 수리계수를 산정하여 왔다. 이러한 수리계수는 하천의 홍수위, 유사량, 수질 산정을 위하여 중요한 매개변수로 활용할 수 있다. 하지만, 하천 측량성과가 없는 미계측 유역의 경우 수리계수를 산정할 수 없는 한계가 있는 것이 사실이다. 이러한 문제점을 극복하고자 SWAT 모형의 방법론을 검토하고 미계측 유역에서 수리계수를 산정하는 방안을 제시하고자 하였다. SWAT에서는 하도 단면을 사다리꼴로 가정하여 대상 유량에 대한 유속 및 수위를 산정하게 되는데, 이의 관계를 활용하면 유량-유속, 유량-수심에 대한 회귀방정식을 지수식으로 산정 할 수 있다. 본 연구에서 검토하고자 하는 방법론을 적용하고자 계측유역인 경안천 유역을 미계측 유역으로 가정하여 SWAT 모형을 적용하였다. 따라서 계측유역에 일반적으로 적용하는 방법인 HEC-RAS 모형을 이용한 수리계수 산정 결과와 본 연구에서 미계측 유역을 대상으로 적용하고자 하는 SWAT을 이용한 결과를 비교하였다. 비교결과 SWAT 모형을 이용한 방법론이 일반적인 방법론과 차이가 있음을 확인할 수 있었으며 이는 경안천이 자연하천이 아닌 정비된 제방하천이기 때문인 것으로 판단되었다. 따라서 자연하천에 대한 적용을 통한 검증 또는 제방하천에 대한 적용 방법의 개선이 필요할 것으로 판단되었다.

하천제방은 가장 치수효과가 높은 홍수방어시설로서 홍수 시 유수를 원활하게 소통시키고 제내지를 보호하기 위해 하천을 따라 축조한 시설이다. 누수에 의한 제방파괴는 제내지 제체에 드러난 포화표면이 결정적인 요인이 되므로 침윤선을 낮추어 제체하부에 위치하도록 해야 하며 누수가 발생한 제방에 대해서는 적절한 보강기법을 적용해야 한다. 본 연구에서는 하천제방 축조 또는 보강 시 누수에 의한 파괴를 방지하기 위한 방법으로 미국 공병단과 일본 국토기술연구센터에서 사용하는 기법 중 하나인 배수공을 두어 침윤선을 조절하는 방법을 적용하였다. 구체적으로 공병단과 일본 국토기술연구센터에서 제시하는 배수공을 가지는 경우의 제방 실험 및 수치 모형 보정 결과를 비교하였다. 침투 수치 모의는 SEEP/W 프로그램으로 검토하였다. 실험에 적용한 제방의 규격은 제방폭 2.6 m, 둑마루폭 0.4 m, 사면경사 1:2, 제방 높이 0.55 m, 수위 0.5 m이다. 배수공이 없는 제방은 사면에서 누수가 발생하였으며, 배수공 바닥폭이 0.4 m인 공병단과 일본 국토기술연구센터에서 제시하는 배수공을 설치하였을 때는 누수가 발생하지 않았다. 같은 배수공 바닥폭을 가지는 공병단과 일본 국토기술연구센터식 배수공을 설치한 제방의 실험을 비교한 결과, 일본국토기술연구센터식 배수공을 설치한 제방의 침윤선이 공병단식 배수공을 설치한 제방보다 낮았다. 즉, 일본 국토기술연구센터식 사각형 배수공이 다소 안정한 것으로 분석되었다.

평활입자동역학법(SPH, Smoothed Particle Hydrodynamics)은 붕괴파(도수, 댐붕괴류, 쇄파) 등과 같이 수면 변동이 큰 유체 역학 문제를 해결하기 위한 무격자법 중의 하나이다. SPH를 이용한 붕괴파의 모의에서는 압력, 점성, 밀도(압축성), 척력 등 다양한 계산 인자가 필요하다. 이들 인자가 SPH 모의 결과에 미치는 영향을 도수와 댐붕괴류에 대해서 검토하였다. 그 결과 압력과 관련하여, 상태 방정식 계수로 표현되는 유체의 음속은 입자들의 흩어짐 현상과 밀접한 관계를 가지는 것을 밝혀내었다. 평활 거리는 수치해의 안정성과 밀접한 관련이 있으며, 너무 작거나 크게 설정하는 경우 해의 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다. 일반적으로 2차원 문제의 경우 20~23개 정도의 입자가 해의 내삽에 사용되는 것이 바람직하다.

우리나라는 하상의 평균경사가 급하고 하상계수가 크게 나타나며, 소하천에서의 돌발홍수가 빈발하게 일어나 국내 실정에 적합한 하천 해석 기술을 이용한 바람직한 하천 거동해석이 매우 중요하다고 할 수 있다. 홍수 시 하천의 만곡부나 협착부에서의 흐름은 기본적으로 2차원 흐름으로 서 이 경우 하천 흐름의 수위와 유속 분포는 1차원 하천 모형으로 모의할 수 없다. 특히 우리나라와 같이 하천에 하구둑, 보, 기타 하천 구조물이 많은 경우에는 2차원적인 흐름 해석은 경우에 따라 필수적이다. 본 연구에서는 개발모형인 RAM2 모형을 4대강 살리기 사업이 진행되고 있는 실제유역인 낙동강유역에 적용하여 모형의 적용성을 검증을 위해 그 결과를 실측치와 기존의 법용 프로그램인 RMA-2 모형과 비교하여 모형의 적용성을 입증하였다. 또한 보와 교각과 같은 수공구조물의 설치에 따른 하천흐름의 양상을 파악하기 위하여 RAM2 모형을 달성보 구간에 적용하여 보의 설치 전 후에 대하여 모의를 실시함으로써 모형의 적용성을 입증하였다. 본 연구에 적용된 달성보 구간은 낙동강 살리기 22공구 사업구간으로 중심부에 다기능보가 위치하고 있다. 하천 준설 후, 대상구간 내 보를 설치함으로 인하여 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류 하도의 홍수위와 유속분포 등 하천흐름의 양상을 검토하였다. 4대강 살리기 사업에 따라 실제하천의 준설 후 구간내의 전체하도 및 주요 시설물 주위의 하천 흐름을 정확하게 재현하기 위하여 요소망을 조밀하게 구성하고, 안정적인 해를 구하기 위하여 사각형과 삼각형의 복합망으로 낙동강하천정비계획의 측량자료와 GIS프로그램과 SMS를 이용하여 수치모형을 위한 2차원 유한요소망을 구성하였다. 본 연구에서는 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류의 홍수위 영향과 유속분포 등 하천흐름의 양상을 연구하기 위하여 대상구간에 대하여 100년 빈도, 500년 빈도의 홍수사상에 대하여 모의를 실시하고 결과를 분석하였다. 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형은 수자원의 지속적 확보기술의 초석이 될 뿐만 아니라, 필요에 따라서는 하천생태계 보존 및 관리를 위해서도 적용될 수 있어, 수생태계 개선과 친수환경 조성에 크게 기여할 수 있겠다. 또한 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형을 활용하여 적절한 하천개발 및 관리가 이루어질 경우, 하천의 홍수, 갈수, 환경오염에 따른 사회적인 손실을 방지할 수 있을 것이다.

현재 계획 또는 설계 단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에는 연결관 내에서의 마찰손실만을 감안하여 수행하고 있으며, 맨홀에서의 에너지 손실은 고려되지 않는 실정이다. 그러나 연결관 내부와 맨홀의 내부는 여러 가지 수리학적 조건이 다르므로 에너지 손실이 발생하게 된다(최원석과 송호면, 2002). 더욱이 직선으로 연결된 중간맨홀보다 유입관과 유출관이 $90^{\circ}$의 각도로 접합된 합류맨홀은 연결 구조상 유수교란에 의한 에너지 손실이 커질 것으로 예상됨에도 불구하고 현재 실무에서 우수 배수시설의 설계 시 직선 연결맨홀과 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 손실을 구별하지 않고 사용하고 있는 실정이다. 그러므로 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 우수관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 과부하 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 또한 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 급격한 와류에 의해 발생하는 에너지 손실을 저감하기 위하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 내부 형상 및 접합 조건을 변화시켜 손실계수를 산정하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 에서의 손실계수 값과 수리모형에 의하여 산정된 손실계수 값이 거의 유사하게 나타났다.

HEC-GeoRAS는 HEC-RAS의 모의값을 토대로 지형공간자료로 나타내기 위한 ArcView GIS의 확장모형이다. 이모형은 홍수 범람도 작성 및 침수피해 위험도 평가 등에 이용되고 있으며, 이때 홍수 범람도 작성이나 침수범위 설정에 이용되는 지형자료가 수치지형모형(DTM)이다. 수치지형모형에서 표고는 수치지도와 횡단자료를 중첩시켜 만든 TIN(Triangulated Irregular Network)과 같은 자료 구조 규칙을 사용하여 저장된다. HEC-GeoRAS에서 여러 가지 RAS Themes을 만드는데 이 중에서 지형속성 Themes을 생성할 때 문제점이 발생하는데 사용자가 HEC-GeoRAS 사용하여 직접 드로잉하기 때문에 잘못된 위치에 지형속성자료를 입력할 수 있다는 것이다. 또한 TIN생성 시 하천 고수호안이 수직 옹벽형태로 되어 있으면 벽체에 여러 개의 고도자료가 존재하는데 한 개의 고도값만 입력할 수 있어 횡단면이 왜곡된다는 점이다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 ArcView GIS에서 RAS Themes을 구축할 때 Auto CAD를 사용하여 지형속성자료를 드로잉 하였고, 수직 옹벽형태의 측점을 수정하여 고도값을 추가 입력하였다. 연구 대상지역은 광주천으로 고수호안이 수직 옹벽형태로 되어 있어 벽체에 여러 개의 고도값이 존재하므로 TIN 구축 시 횡단면이 왜곡되는 하천이다. 연구결과 횡단자료가 갖고 있는 좌표를 Auto CAD에서 입력할 수 있어 정확한 위치에 지형속성자료를 생성할 수 있었다. 또한 수직 옹벽형태의 측점을 수정하여 고도값을 추가 입력함으로써 횡단면 왜곡을 보완할 수 있었다. 홍수량에 따른 최대 침수심과 침수면적을 분석한 결과 횡단자료 수정 전 후 2배정도 차이가 생김을 알 수 있었다. 본 연구의 결과를 이용하면 보다 정확한 침수범위를 설정할 수 있고, 저빈도 홍수위 분석도 용이할 것이다.

본 연구는 연직수문을 통과하는 흐름의 유량계수에 대한 연구이다. 개수로에서 널리 쓰이는 연직수문에서의 흐름 거동을 개방도와 상류수심 및 유량을 조절하여 이를 수리실험과 FLOW-3D에 적용시켜 이에 따른 결과를 비교 분석 하였다. 수리실험결과 자유흐름의 경우 개방도와 상류수심비에 따라 유량계수의 값이 0.5~0.6 사이에 분포함을 확인할 수 있었다. 수리실험과 FLOW-3D, 0.611법, Swamee 식의 유량계수 값들을 비교하였을 때 기존의 연구와 마찬가지로 Swamee의 식은 현저히 떨어지는 값을 보임을 확인할 수 있었다. 수치모의결과 수리실험과 비슷한 양상을 보이며 수문에서의 흐름을 잘 구현함을 확인할 수 있었다. 수로의 폭에는 큰 영향을 받지 않으며 개방된 수문의 개수에 대한 변화에 따라 약간의 차이가 있으나 대체적으로 유량계수의 값이 0.4~0.6에 분포됨을 확인할 수 있었다.

본 연구는 일산대교의 교각이 한강 하류부의 지형변화에 미치는 영향을 분석하기 위한 준비단계로서, 이차원 흐름모형을 사용하여 일산대교 교각에 의한 흐름변화를 분석하였다. 일산대교 교각의 영향을 검토하기 위해 일산대교 상류 쪽 1.2 km부터 하류 쪽 1.7 km까지 약 2.9 km 구간을 대상으로 RMA-2 모형을 사용하여 흐름을 예측하였다. 이 구간의 하상고는 EL. -5.01 m ~ EL. 2.20 m이다. 일산대교의 교각이 있을 경우에 대한 절점 개수가 7,083개, 유한요소의 개수는 2,799 개이며, 교각이 없을 경우에 대해서는 절점 개수가 7,121개, 유한요소의 개수는 2,856개이다. 일산 대교에 의한 영향 검토 결과, 교각으로부터 상하류로 200 m 정도 떨어진 영역에서는 유속 벡터의 경향에서 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나 일산대교 근처에서는 교각의 방향에 따라 흐름 방향이 유도되고 직상류에서 흐름의 방향이 급격히 변하는 현상이 나타났다. 반면, 일산대교 하류에서는 교각의 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 RANS를 지배방정식으로 하는 3차원 수치모의를 통해 댐 붕괴로 인한 3차원적인 흐름 특징이 지배하는 댐 직하류에서 고립된 장애물로 인한 댐 붕괴파의 전파현상과 이동상 수로에서의 붕괴파의 전파현상, 특히 붕괴파의 비정상성과 불연속성, 붕괴파와 반사파의 영향, 상류 및 사류의 흐름의 혼재와 같은 복잡한 현상을 포함하는 붕괴파의 전파를 해석하였다. 장애물로 인한 댐 붕괴파의 전파 해석 결과, 댐의 순간적인 붕괴로 인해 붕괴파가 형성되고 붕괴파가 장애물에 부딪치면 반사파가 발생하며 이는 다시 수로에 부딪치며 반사되는 과정에서 사류와 상류 및 도수현상이 발생하는 복잡한 흐름 양상을 보인다. 이동상 수로에서의 댐붕괴파 해석 결과 붕괴파 전파는 고정상 수로에서의 붕괴파 전파에 비해 그 전파속도가 느리게 형성되었다. 기존 수리실험 결과와 비교 하였을 때 본 모의결과는 국부적인 수면진동의 모의에서 다소 오차가 발생하고 있으나 대체로 그 경향성은 잘 추적하고 있다.

홍수시 저수지 상류로부터 유입되는 다량의 오염물, 협잡물은 저수지의 경관 및 수질에 악영향을 미친다. 이러한 오염물질은 홍수시 일시에 유입되어 표층에 부유하므로 수거를 위한 시간 및 비용이 비교적 크게 발생된다. 따라서 이러한 부유쓰레기를 효과적으로 차단할 수 있는 시설물 설치는 필연적이다. 이렇게 부유쓰레기 수거를 위한 방법 중, 저수지 내부에 선 차단 시설을 설치하여 부유쓰레기를 홍수터로 유도하여 수거하는 방법은 일시에 많은 양의 부유쓰레기를 차단하게 되는데 유지관리, 경제적 측면에서 유리하다. 본 연구에서는 부유쓰레기 수거를 위한 선 차단시설 운영 방안을 검토하기 위하여 홍수시 저수지 내로 유입되는 유속흐름을 2차원 수치해석 모형인 RMA-2 모형으로 해석하고, 저수지의 내 외부 지형분석을 통하여 시범 지구의 선 차단시설 설치 위치를 선정하였고, 3차원 수치해석 모형인 FLOW-3D 모형으로 검증하였다. 선 차단시설 설치 시범지역 위치 선정을 위하여 저수지의 규모, 접근성, 시공 장비의 대여 편이성 등을 종합적으로 고려하여 기흥저수지를 시범예정 구역으로 선정하였다. 저수지 내로 유입되는 유속특성을 2차원 수치해석 모형인 RMA-2 모형으로 해석하여 시범 지구의 선 차단시설 설치 위치를 제안하고 홍수터 부지를 결정하였다. 부유쓰레기 유도를 위한 선차단시설은 저수지 급확대로 인한 유속 감소구간과 와류발생 구간이 적절한 것으로 분석되었으며 시범설치 지역인 기흥저수지 상류 급확대부에 선 차단시설을 제안하였다. 홍수터의 규모는 Armitage와 Rooseboom(2000)이 제안한 경험식을 바탕으로 $5,300m^2$을 제안하였으며, 기흥저수지 상류부 우안에 항아리 모양으로 설치하도록 계획하였다. 또한, 3차원 수치모형실험을 통하여 검토한 결과, 차단막 설치로 부유 쓰레기의 하류 이송은 차단되고, 원활하게 홍수터로 유도됨을 확인하였다.

상수도의 합리적인 운용과 관리를 위해서는 급수량 예측이 매우 중요하다. 기존 급수량 예측은 신경망과 칼만 필터법을 사용한 연구들이 대부분이었다. 이러한 연구결과들은 높은 상관결과를 갖고 있지만 이는 자기상관계수에 대한 높은 의존도에 따른 결과로 볼 수 있다. 즉, 예측의 결과가 전날 수요량을 거의 그대로 따라오는 경향을 띄어, 급수량 예측 그래프가 기존 그래프를 오른쪽으로 이동시킨 것과 같이 나타난다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 물수요량을 예측하는데 있어서 효과적인 예측인자를 도출하는 것이 우선되어야 할 것으로 판단되었다. 이에, 물수요량 특성을 효과적으로 나타내어 줄 수 있는 예측인자로서 강수량, 최저온도, 최고온도, 평균온도 등을 1차적으로 선정하였다. 이들 예측인자들과 서울시 물수요량과의 상관성을 평가하여 최적의 예측인자 Set과 지체시간 등을 산정하였다. 이렇게 선정된 예측인자와 Bayesian 통계기법 기반의 회귀분석 모형을 구축하여 물수요량을 예측하였다. 본 연구에서 적용하고자 하는 계층적 Bayesian 모형은 유사한 특성을 가지는 자료계열들 사이에서 서로 보완이 될 수 있는 정보들을 추출함으로써 모형이 갖는 불확실성을 상당히 줄일 수 있는 방법이다. 이러한 모형적 특징은 생산량 예측에 대한 불확실성 저감 측면에서 장점이 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 광암, 암사, 구의, 뚝도, 영등포, 강북 정수장을 대상으로 모형의 적합성을 평가하였다. 이러한 연구결과는 향후 정수장 운영계획 및 동일한 시스템을 갖는 상수도 급수량 예측 시 유용하게 사용할 수 있을 것이다.

최근 들어 생활수준의 향상과 친수 환경에 대한 인식이 높아지면서 하천환경의 보전과 개선에 대한 필요성이 증대되고 과거 이수 또는 치수 목저으로 정비되었던 하천을 자연형 하천으로 탈바꿈 시키려는 움직임이 많이 일어 나고 있다. 자연형 하천 공법의 연구는 1990년대부터 점차 이루어 지고 있으나, 호안의 식생 공법 연구 및 수리 실험을 이루어 지지 않는 실정이다. 이제 본 연구에서는 자연형 하천 정비의 대표적인 방법인 호안 사면 처리 공법 중 지오셀 식생 매트에 대한 수리모형 실험을 실시하였다. 고정상 실험을 통하여 활착된 지오셀 식생 매트가 허용할 수 있는 유속과 수위를 정하는데 목적을 두었고, 상사법칙 이론을 도입하여 수행된 실험결과를 정리 분석하였다. 분석된 실험치를 왜곡모형에 적용하여 실제 규모로 환산한 결과 현재 설계시 허용되는 유속에도 지오셀 식생 매트의 안정성이 확보되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 호안의 지오셀 식생매트의 적용이 가능 할 것으로 보이나, 제한적인 실험결과에 의해 왜곡모형을 이용하여 현장조건을 추정한 것이므로 적용 및 해석에 있어서는 실제 설치되는 하천의 복잡한 수리 수문학적인 변수가 충분히 고려되어야 할 것이다.

만곡도가 높은 하천의 경우 수위가 상승하게 될 때 만곡부에서의 흐름 회전 방향이 나선형 흐름으로 바뀌어 하류방향으로 주 흐름에 중첩하여 발생하는 이차류로 인해 하도가 불안정해지고 내 외측의 수위차가 발생하는 편수위가 발생하면서 하도 바깥쪽으로 수위가 상승하는 현상이 나타나게 된다. 이와 같은 만곡부의 외측부에서 발생하는 수위상승은 제방의 월류 피해와 이차류로 인한 침식 피해를 유발하게 된다. 하천에서의 만곡은 보편적인 현상이며, 흐름의 물리적인 현상으로 인해 발생하는 자연현상이다. 본 연구에서는 만곡수로의 내 외측부에서 발생하는 유속과 편수위 현상과 같은 수리학적 특성을 규명하기 위해 $90^{\circ}$ 하도와 $180^{\circ}$ Sharp 하도와 같은 만곡 실험하도를 대상으로 SMS 모형, RAMS 모형 그리고 CCHE2D 모형과 같은 3개의 2차원 모형을 적용하고 그 결과를 실측자료와 비교함으로써 만곡부에서의 2차원 수리 특성을 살펴보았다. 또한 과거에 개발된 편수위 산정공식들의 적용성을 살펴보기 위해 주요 지점의 실측자료와 2차원 모형의 모의자료를 이용하여 만곡부의 편수위를 산정하여 비교 검토하였다.

본 연구에서는 자연하도 합류부의 수리학적 특성을 파악하기 위하여 $45^{\circ}$ 합류각을 가진 실험수로에서 수리모형실험을 실시하고, 2차원 SMS모형의 RMA2 모듈을 이용한 수치해석을 실시하였다. 연구를 위하여 최근 대두되고 있는 본류를 준설함에 따라 발생하는 본류와 지류의 하상고 차이에 따른 합류부의 흐름특성을 검토 하였다.

하천을 횡단하는 구조물은 흐름을 지체시켜 상 하류에 급격한 수위차를 발생시키며, 이에 동반되는 국부유속의 증가는 제방 및 하상을 세굴시킨다. 제방 및 하상 세굴은 하천횡단구조물의 구조적 안정성에 영향을 주어 불안정한 상태에 이르게 할 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 하상유지시설 및 제방 보호공 등의 대책을 하천설계기준에 제시하고 있다. 하천설계기준에는 하천횡단구조물 보호시설의 종류, 설치길이 등이 명시되어 있으나, 보호공 제원 선정에 대한 구체적인 설계공식을 제시하지 않아 보완이 필요한 상황이다. 보호공 제원 선정 설계기준은 설계유속을 1차원 단면평균 유속으로 활용하는 국외의 설계공식을 활용할 수 있다. 그러나, 하천횡단구조물 주변의 흐름은 매우 복잡하므로 국외 설계공식을 그대로 적용하기에 앞서서 이에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 하천횡단구조물 주변의 흐름을 2차원 수치모형으로 재현하고 그 결과를 1차원 수치모의 결과 및 수리실험 관측결과와 비교하였다. 실험수로에 각기 다른 제원의 보호공을 설치하고 관측한 임계상태의 수리상황을 1, 2차원 수치모형으로 재현하였다. 각각의 모형에서 도출된 수리상황 결과를 비교 분석하여 보호공 제원 결정 공식을 검토하였다. 또한, 실제 하천구간에 임의의 보와 수제를 설치하고, 계획홍수량에서의 흐름특성을 비교하였다. 1, 2차원 모형에 의하여 도출된 관계를 분석함으로써, 하천횡단구조물 설계시 적용할 수 있는 보호공 제원 결정 설계공식을 제안하였다.

환형수조는 점착성 퇴적물의 이송특성 연구를 위해 가장 선호되는 실험 장치로 알려져 있다. 과거 많은 연구자들은 퇴적물의 이송특성, 특히 침식/퇴적 특성 조사를 위해 주로 수로를 이용한 실험적 연구를 수행하였는데, 최초의 실험적 연구들은 주로 직선수조에서 수행되었다. 그러나 입자간의 응집이 중요한 역할을 하는 점착성 퇴적물의 경우에, 직선수조 끝단에서의 자유낙하 및 재순환 펌프의 날개에 의해 응집된 토사가 쉽게 분리될 수 있어 그 타당성이 의문시 되어 왔으며, 이러한 단점을 보완하기 위해 환형수조가 고안되었다. 환형수조는 수면과 접하여 회전하는 상부링의 마찰력에 의해 흐름이 생성되기 때문에 시간의 제약 없이 흐름조건을 동일하게 만들 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 그러나 환형수조는 원주유속의 속도차이 및 원심력으로 인한 2차 순환류를 형성시켜 반경 방향(radial direction)에서의 바닥전단응력을 불균일하게 하는 단점을 갖는다. 이러한 2차 순환류와 바닥전단응력의 불균일을 저감시키기 위하여 환형수조의 몸체를 상부링의 회전 방향과 역방향으로 직접 회전시키는 방법이 채택되어져 왔다. 한편, 환형수조의 상부링과 몸체를 서로 역방향으로 동시에 회전시키는 양방향 회전(counter-rotation)의 적용을 위해서는 2차 순환류가 최소가 되며 바닥전단응력이 균일해지는 최적 회전속도비에 대한 분석은 필수적 사항이다. 이를 위하여, 상부링과 몸체의 회전속도에 따라 변화하는 수조내부의 흐름특성 및 평균바닥전단응력에 대한 연구가 선행되어야만 한다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학을 이용하여 전북대에 설치된 환형수조의 상부링과 몸체의 회전속도에 따라 변화하는 수조내부에서의 흐름특성 및 바닥전단응력에 대한 분석이 수행되었다. 또한, 이를 기초로, 환형수조의 최적 회전속도비 산출을 위한 연구가 수행 중에 있다. 이러한 결과들은 추후 환형수조를 이용한 점착성 퇴적물의 침식/퇴적 등과 같은 이송특성 연구시, 퇴적물에 작용하는 흐름조건의 정밀산정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

환형수조는 점착성 퇴적물의 침/퇴적실험을 위한 실험장치로서, 수조내부의 수면과 접하여 회전하는 상부링(top ring)의 마찰력에 의해 흐름이 생성되며, 시간의 제약없이 흐름조건을 동일하게 만들 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 그러나 환형수조는 원주유속의 속도차이 및 원심력으로 인한 2차 순환류가 형성되어 바닥전단응력이 불균일해지는 단점을 가지고 있으며, 이러한 이유로 인하여 환형수조를 이용한 침/퇴적실험 수행시 수조의 외벽부근에서 더 큰 침식이 발생한다. 따라서, 2차 순환류의 발생을 줄이고 바닥전단응력의 분포를 균등하게 하기 위해 양방향 회전(환형수조의 몸체를 상부링의 회전방향과 반대방향으로 회전)이 가능한 환형수조가 고안되었는데, 이러한 방법으로 2차 순환류의 크기를 저감시키고, 바닥전단응력을 균일하게 만들 수 있다. 한편, 환형수조의 양방향 회전(counter-rotation)은 현장용 환형수조에는 적용될 수 없는 단점을 갖는다. 현장실험에서는 바닥면이 없는 현장용 환형수조를 해저면에 거치시켜 자연상태의 비교란 퇴적물 시료를 저면으로 형성시키는데, 바닥면이 존재하지 않는 환형수조 본체는 회전시킬 수 없으므로 양방향 회전을 통한 2차 순환류의 저감 및 바닥전단응력 균일화의 효과를 기대할 수 없다. 이러한 이유로 환형수조의 양방향 회전은 단지 실내실험용 환형수조에만 적용된다. 이에 본 연구에서는 환형수조 본체를 회전시키지 않고 수조의 측벽과 상부링의 각도 조절을 통해 수조단면의 형상을 변화시켜 2차 순환류를 저감시키고 바닥전단응력을 균등하게 하는 방법에 대한 연구가 수행되었다. 이 방법은 본체의 회전이 필요 없으므로 현장용 환형수조에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 실험장치의 구조가 단순해져 실험장치의 제작비가 절감될 수 있다. 또한 원주속도에 수직한 단면에서 속도구배가 감소되어 2차 순환류가 저감됨과 동시에 바닥전단응력이 균등하게 됨으로서 양방향 회전시와 동일한 효과가 얻어질 수 있을 것으로 예상된다.

현재 환경적인 면과 실용적인 면을 고려한 한강 르네상스 사업중 한강공원 특화사업을 시행하고 있다. 하지만 이러한 환경적인 면과 실용적인 면을 고려할 시 문제점이 될 수 있는 것은 결국 치수성의 문제을 생각하여야 하므로 본 연구는 한강공원 특화사업으로 인하여 발생할 수 있는 치수 문제를 사전에 예방하고자 한강공원특화사업의 RAMS모형을 이용하여 200년 빈도 유량에 대한 2차원 수치모의 및 수리모형실험을 하여 한강공원 특화사업으로 인해 발생할 수 있는 수리학적 흐름 특성 변화를 분석하여 홍수에 대한 안정성을 검토하였으며, 자연형 호안공법을 비교하여 각 권역에 맞는 호안공법을 선정하고자 하였다. 수치모의를 통한 분석결과 뚝섬권역의 수위분포는 잠실대교 하류 부근에서 0.02m 정도의 편수위가 발생하였고, 유속분포는 약2m/s~2.5m/s이며, 현단면과 계획단면 비교시 수위, 유속의 변화는 거의 없는 것으로 나타났으며, 수치모의와 수리실험결과로 인하여 수리적 안전성을 확보하고 친환경, 경제성 등의 검토로 보수가 용이하고 배수성이 양호한 사석공법과 세굴방지 효과가 우수하며, 자연경관이 뛰어난 자연석공법이 적합하다고 판단된다.

근래 농촌지역에서의 하천 및 저수지의 수질오염에 관하여 관심이 고조됨에 따라 비오염원에 대한 파악과 대책을 세우기 위해 관련분야에서 많은 연구가 진행 되고 있다. 비점오염원은 주로 강우나 유출에 의해 배출되기 때문에 배출 장소와 경로가 불분명하고 다양하다. 비점오염의 관리를 위한 유역모델로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모델을 이용한 연구가 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 SWAT 모델은 유역모델로써 농촌지역에 논, 밭에서의 비점오염원 기작을 표현하기에는 공간적 범위의 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 예당저수지 유역(465.12 km2)을 대상으로 유역규모의 SWAT 모델과 유역-필드규모에 적용 가능한 SWAT-APEX (Agricultural Policy/Environmental eXtender) 모델의 수질(T-N, T-P) 모의결과를 비교하여 SWAT-APEX 모델의 적용성을 평가하고자 하였다. 모형의 적용을 위한 입력자료로 기상자료와 지형자료를 구축하였으며 기상자료로 예당저수지유역 3개의 강우관측소 자료를 수집하여 구축하였으며, 지형자료로 격자크기 30m의 DEM (Digital Elevation Model)과 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 정밀토양도와 토지이용도는 환경부로부터 1:25,000 중분류 토지이용도를 이용하였다. 또한 환경부에서 제공하는 월단위 하천수질 자료(기간)를 구축하여 모형의 검증을 실시하였다. 분석과정으로 SWAT 모델에서의 유역차원 수문, 수질 모의를 한 후, APEX 모델을 이용하여 소유역별 논, 밭에 대한 필드단위에 오염물질 모의 후 각각 소유역 출구에서 APEX 모델에 결과를 반영한 SWAT-APEX 모의를 거쳐 최종 유역출구에서의 유출량과 수질항목을 분석하였다. 모의 결과 유출량에 대해 Nash와 Sutcliffe (1970)가 제안한 모델효율성계수 (Model Efficient, ME)는 0.67, 결정계수는 0.69 그리고 수질항목의 결정계수는 각각 0.77, 0.75으로 분석되었다. 또한, SWAT-APEX 모의 결과 수질항목의 결정계수는 각각 0.80, 0.72이었다. 따라서, 본 연구에서 농촌지역의 비점오염원 모의는 필드모의를 반영한 SWAT-APEX 모델 결과가 SWAT 모델만 적용한 결과보다 정확한 비점오염 모의가 이루어졌다고 판단 할 수 있다.

하천의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 필요한 최소유량을 의미하는 하천유지유량은 하천수질보전, 하천생태계보호, 하천경관보전, 염수침입 방지, 하구막힘 방지, 하천시설물 및 취수원보호, 지하수위 유지 등을 감안하여 산정하게 된다. 하천유량 변화는 하천내 동 식물에 영향을 미치며, 특히 고등 생물인 어류의 서식처, 산란장소 및 산란조건 등은 유량 및 수위변화에 민감하게 반응하므로 하천구간별 어류의 서식처 유지에 적절한 수심, 유속 등 수리 조건을 제공할 수 있는 유량을 산정하게 된다. 국내에서는 90년대 후반부터 생태계를 고려한 하천유지유량 개념이 도입되었으며, 어류의 적절한 수생 서식환경 평가를 위해 주로 유량 점증 방법론(IFIM, Instream Flow Incremental Methodology) 개념에 입각한 물리서식처 모형을 이용한 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 낙동강수계 13개 지점을 선정하여 어류상 조사를 실시하여 어류의 물리서식처 모형과 수심-유속-유량 관계곡선을 이용한 간단법을 이용하여 생태계 보전을 위한 필요유량을 산정하였다. 어류 물리서식처 모형으로는 어류서식환경 평가에 가장 광범위하게 이용되고, 생태적 특성을 반영할 수 있는 유량점증방법론의 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation) 모형을 선택하였다. 현장 모니터링 및 문헌조사를 통해 각 지점별 대표어종을 선정하고, 유량, 수심, 저수로 하천단면, 하상재료와 같은 수리특성을 조사하고, 선정된 한계단면에 대한 유량측정을 실시하였으며, 수심-유속-유량 관계곡선을 통하여 각 지점의 대표어종이 서식할 수 있는 최소유량을 산정하였다. 또한 지점별로 서식처 적합도 지수(HSI, Habitat Suitability Index)와 가중가용면적(WUA, Weighted Usable Area)를 산정하였으며, 이는 PHABSIM 모형의 적용에 이용되었다. 물리서식처 모형과 간단법 적용결과를 비교해본 결과, 모든 지점에서 물리서식처 모형 적용결과가 간단법에 비해 크게 산정되었는데, 이는 간단법이 성어기 서식에 필요한 최소 수리조건을 선택하였지만, PHABSIM의 경우 성어기 어류서식의 최적 수심 및 유속을 이용하여 가중가용면적을 산정하기 때문인 것으로 판단된다. 어류서식과 관련된 많은 관련 데이터가 축적된다면 어류서식처에 맞는 최적의 생태유량을 보다 정확하게 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 정부에서는 자연형 하천정비사업을 추진하고 있으나 정비방안이나 정비공법을 선정하기 위한 하천의 환경특성분석은 기술적 관점에서 주관적으로 이루어지고 있는 실정이다. 경제적이고 효율적인 하천정비를 위해서는 객관적이고 계량적인 지표를 이용한 구간별 하천환경 특성분석이 필요하다. 그러나, 적절한 구간구분기준과 하천환경특성을 분석하기 위한 합리적 판단방법이 마련돼 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 하천환경지수라는 계량적 지표를 개발하여 국가하천을 대상으로 구간별 하천환경특성을 분석하였다. 하천환경지수는 하천의 형태적 특성, 생태 환경적 특성, 이 치수적 특성, 사회 문화적 특성과 관련된 여러 인자들 중에서 인자선정원칙과 자료의 구득성을 고려하여 선정된 16개 인자로 구성하였고, 하천환경지수의 적용가능성을 검토하기 위하여 합리적인 하천구간 구분기준도 제시하였다. 아울러 국가하천에 대한 GIS 정보와 선정된 하천환경지수 및 구간구분기준을 적용하여 국가하천에 대한 하천환경특성을 분석하였다. 본 연구의 결과는 구간별 하천환경 정비사업 우선순위 및 정비방안을 설정하고자 할 때 적용될 수 있을 것이다.

2010년 9월 21일 오전부터 서울과 인천 등 수도권 지역에 최대 200mm가 넘는 집중호우가 내렸다. 이로 인해 도림천에서는 하천 복원 공사가 한창이었으나, 공사가 진행된 지점에서 자연형하천 공법의 훼손이 심각하게 발생하였다. 본 연구에서는 집중호우로 인한 자연형하천 공법의 훼손 현황을 현지조사를 통해 살펴보고, 이의 원인을 검토, 분석하여 복구대책 수립에 지침이 되도록 하였다. 자연형하천 공법의 훼손은 주로 하천의 수리적인 안정성을 고려하지 않고 설치함으로써 인위적으로 흐름에 지장을 초래하기 때문에 발생하였다. 흐름의 유속을 고려하지 않는 수생식물 식재, 하도 내에 설치된 진입계단, 전망데크, 불투수성의 자전거길 및 저수호안공의 훼손은 추후 흐름의 유속과 와류 등을 고려한 수리적인 안정성 확보가 중요함을 시사하였다. 한편, 저수호안에 식재한 갯버들+자연석 호안공은 이번 호우에도 어느 정도 대응 가능하였음을 감안할 때, 흐름의 유속이 빠르다고 하여 자연석 호안공을 시멘트로 메워 식생을 도입하지 않았던 공법에 대한 재검토가 필요함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 3차원 수리해석과 함께 유사의 이송, 침식, 퇴적 현상을 연동하여 모의할 수 있는 유한차분 수치모형인 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)를 이용하여 주운하천 구간으로 유입되는 다입경 혼합유사의 입경별 시 공간적 퇴적분포 특성을 고찰하고, 하상변동 예측에 있어서 유사의 밀도와 모델의 유한차분 격자 구조에 의한 불확실성 해석을 수행하였다. 유입 유사의 입경별 공간적 퇴적특성은 하천 하류부와 단면 확대부에서 발생하는 3차원적 수리현상과 매우 밀접한 상관성을 보였으며, 굴포천과 합류하는 주운수로 유입부에서는 대부분 입경이 큰 비점착성 유사($63{\mu}m$ 이상)인 사질(sand)입자들이 주로 퇴적되는 것으로 나타났으며, 주운하천 합류부로부터 하류구간까지는 $4\sim63{\mu}m$ 입자의 실트질(silt) 유사가 대부분 이송되어 퇴적되는 것으로 분석되었다. 점착성 유사인 $4{\mu}m$ 이하의 점토(clay)는 단면이 확대되어 유속이 매우 느린 구간이나 사수역을 중심으로 퇴적되는 것으로 나타났다. 단면 횡방향 분포특성은 굴포천과 주운하천이 합류하는 합류부 구간의 주흐름 방향 남쪽에서 흐름의 정체구간이 발생되어 퇴적이 발생하고, 단면 급확대부 양안에서 사수역이 형성되므로 퇴적이 지배적으로 발생되었다. 하상변동 예측의 불확실성 해석을 위해 유사 밀도값에 대한 민감도 분석결과, 하상변동량은 유사밀도($1.3ton/m^3\sim2.65ton/m^3$)가 감소됨에 따라 약 2배까지 증가하는 것으로 분석되어 민감도가 매우 크게 나타났다. 또한 수치격자 구조의 민감도 분석결과, 수층을 3개 층으로 분석한 결과가 단일층 분석결과보다 최대 6배의 하상변동량이 많게 산정되었다. 이는 수심방향의 유속과 부유사 농도의 불균등 분포특성이 실제 자연현상에 더 가깝게 모의되기 때문으로 판단되었다.

하천과 같은 생태계와 생물 서식지 들은 생물학적 요소와 무생물학적 요소간의 다양한 상호작용을 포함하는 복잡한 관계를 맺고 있다. CASiMiR 모델은 선정된 특정종의 서식지 적합도를 결정하기 위해 하천시스템의 수리학적 및 지형학적 특성을 사용하는 모듈형식의 조합으로 모의를 실시하는 프로그램으로 입력되는 자료로는 수심, 유량 등의 수리학적 자료와 하저구성물의 크기 토지피복의 종류 등의 지형학적 자료 등이 필요하다. 또한 어류의 서식지 적합도 지수를 제공하기 위해 선호도 함수를 사용하거나 Fuzzy 모형을 사용한다. 본 연구에서는 이러한 CASiMiR-Fish 모형을 이용해 피라미 종의 Fuzzy 함수로 수통 수위표 지점 상하류 3km 구간에 대한 어류 서식지 모의를 실시하였다.

Mapping of artificial levee lines, one of major tasks in river zone mapping, is critical to prevention of river flood, protection of environments and eco systems in river zones. Thus, mapping of artificial levee lines is essential for management and development of river zones. Coastal mapping including river zone mapping has been historically carried out using surveying technologies. Photogrammetry, one of the surveying technologies, is recently used technology for national river zone mapping in Korea. Airborne laser scanning has been used in most advanced countries for coastal mapping due to its ability to penetrate shallow water and its high vertical accuracy. Due to these advantages, use of LiDAR data in coastal mapping is efficient for monitoring and predicting significant topographic change in river zones. This paper introduces a method for construction of a 3D artificial levee line using a set of LiDAR points that uses normal vectors. Multiple steps are involved in this method. First, a 2.5-dimensional Delaunay triangle mesh is generated based on three nearest-neighbor points in the LiDAR data. Second, a median filtering is applied to minimize noise. Third, edge selection algorithms are applied to extract break edges from a Delaunay triangle mesh using two normal vectors. In this research, two methods for edge selection algorithms using hypothesis testing are used to extract break edges. Fourth, intersection edges which are extracted using both methods at the same range are selected as the intersection edge group. Fifth, among intersection edge group, some linear feature edges which are not suitable to compose a levee line are removed as much as possible considering vertical distance, slope and connectivity of an edge. Sixth, with all line segments which are suitable to constitute a levee line, one river levee line segment is connected to another river levee line segment with the end points of both river levee line segments located nearest horizontally and vertically to each other. After linkage of all the river levee line segments, the initial river levee line is generated. Since the initial river levee line consists of the LiDAR points, the pattern of the initial river levee line is being zigzag along the river levee. Thus, for the last step, a algorithm for smoothing the initial river levee line is applied to fit the initial river levee line into the reference line, and the final 3D river levee line is constructed. After the algorithm is completed, the proposed algorithm is applied to construct the 3D river levee line in Zng-San levee nearby Ham-Ahn Bo in Nak-Dong river. Statistical results show that the constructed river levee line generated using a proposed method has high accuracy in comparison to the ground truth. This paper shows that use of LiDAR data for construction of the 3D river levee line for river zone mapping is useful and efficient; and, as a result, it can be replaced with ground surveying method for construction of the 3D river levee line.

정부는 홍수대응능력 강화, 대체수원확보, 안정적 물 공급 등을 목표로 '4대강 살리기 사업'을 추진 중이며, 이 가운데 수량확보 및 수질개선을 목적으로 권역별 중요지점에 보를 설치 중이다. 아직도 논란이 되고 있는 보설치 효과에 대해 본 연구는 수직 수평적으로 수리 및 수질 모의가 가능한 비정상 상태의 3차원 모형인 EFDC 모형을 이용하여 낙동강 유역 내 건설 중인 달성보의 설치 전후 수질변화를 비교함으로써 사업의 수질목표 달성 가능성을 확인하고자 하였다. 모의결과 연평균 DO는 미비하게 감소하는 경향이 있으나, T-N과 T-P의 경우 연평균 0.138mg/L, 0.069mg/L 가량 감소되는 것으로 나타났다. 또한, COD의 경우 연평균 1.911mg/L 감소하는 것으로 나타나 T-N, T-P, COD 항목을 기준으로 하였을 때 수질개선효과가 나타났다. 시기별로 살펴보면, 갈수기시 보로 인해 유량이 확보되면서 수질이 개선되는 것으로 나타났고, 이에 반해 홍수 기시에는 개선효과가 미비했다. 고정보를 가정한 한계는 있지만, 본 연구로부터 달성보 설치에 따른 수질개선효과를 확인할 수 있었으며 고정보가 아닌 가동보에서의 효율적인 운영시 보다 높은 수질개선 효과가 나타날 것으로 판단된다.

현재 국내 하천은 급격한 산업화 도시화 및 하천의 난개발로 인해 하천 고유의 자연성이 훼손되어 수질오염이 심각한 경우가 많으며, 특히 저 갈수기에는 하천 수량이 부족하여 하천수질이 더욱 악화되는 실정이다. 이러한 원인은 우리나의 개발 우선주의에 의한 하천의 난개발 및 인식 부족이 주 원인으로 이를 개선하기 위한 노력이 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 섬진강 본류구간을 연구대상 구간으로 선정하여 목표수질 달성 및 생태건강성 확보를 위한 하천유지유량 산정을 위해 Qual2K 모형을 적용하였다. 섬진강은 국내의 타하천에 비해 생태 건강성이 뛰어난 편이며, 수질 또한 양호한 상태로 섬진강의 자연성 보전 및 유지가 반드시 필요한 실정이다. Qual2K는 미국환경청(US-EPA)에서 개발한 모형으로 Qual2E 모형의 단점을 보완한 것으로 사용자가 하천의 지형 특성을 충분히 반영할 수 있으며, 정확한 오염원의 유출입 지점을 특정할 수 있으며, 수질 반응을 개선한 모델이다. QUAL2K 모델에 이용된 오염원 및 부하량은 제2단계 섬진강 수질오염총량제의 값을 이용하였으며, 섬진강의 생태건강성 유지를 위한 하천유지유량의 산정은 수질오염총량제에서 제시한 목표수질보다 강화된 목표수질을 만족할 경우의 유량을 하천유지유량으로 설정하여 추정하였다. 수질모의는 섬본E, 섬본D의 BOD 목표수질이 1.2mg/L일 경우에 대해 모의를 실시하였으며, 그 결과 BOD 농도 1.0mg/L의 청정수는 섬진강댐에서 $0.5m^3/s$, 주암댐에서 $1.0m^3/s$의 유지수를 도입할 경우 섬본E, 섬본D지점에서 BOD 1.2mg/L를 만족하는 것으로 나타났다.

This study was intended to estimate the soil runoff at the basin of Mandaechun where the measure needs to be taken to deal with the increasing muddy water resulting from soil runoff during wet season and torrential rain at the high reaches of the Soyang lake where highland vegetables are cultivated and soil replacement for improvement is carried out every two to three years. The study was carried out in such a way of identifying the topographic factors using geographical spatial data from Water Management Information System (WAMIS) and ARC-VIEW program and estimating the soil runoff by rainfall frequency using Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), and furthermore, evaluating the soil runoff contribution at the basin of Mandaechun based on estimate of the soil runoff by section.

유역관리 및 수질 향상을 위해 다양한 환경정책이 시행되고 있으며, 최근 수질오염총량관리제의 시행으로 인해 보다 집중적인 유역관리와 수질 향상을 위한 노력이 배가되고 있다. 이러한 노력의 일환으로 현재 환경부 국립환경과학원에서는 수질오염총량관리를 위하여 단위유역의 말단지점에서 수질 및 유량자료에 대한 정기적인 측정을 8일 간격으로 시행하고 있으며, 데이터 베이스 및 웹시스템을 통하여 자료를 공개하고 있다(이호열, 2009). 이와 같은 자료의 측정과 축적은 그 분석을 통해 수질 개선을 위한 우선 관리 대상지점의 파악 등과 같이 수질오염총량관리제의 시행과 평가를 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라 새로운 환경정책의 수립에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 현재 소수의 연구들에서만 상기의 자료를 단순히 활용한 결과를 찾을 수 있으며, 특히 측정된 수질 및 유량자료를 분석하여 발표한 연구결과 역시 소수에 지나지 않는다(김철겸 등, 2009). 측정 자료에 대한 분석 및 이에 따른 자료의 활용성 제고를 위해서 다양한 자료 분석 기법의 개발과 적용이 절실하다. 이러한 자료 분석 기법의 개발 및 적용에 관한 연구의 일환으로 최근 패턴분류를 위해 다양한 분야에서 활용되고 있는 자기조직화 특성 지도(Self Organizing Feature Map: SOFM)를 상기의 측정 자료에 적용한 연구 결과가 보고된 바 있다(진영훈 등, 2009; 2010). 본 연구에서는 수질오염총량관리제를 위해 측정되고 있는 수질 및 유량자료를 수집하여 자료에 내재되어 있는 시 공간적 특성을 분석하고자 하였다. 영산강 유역을 대상으로 하여, 본 유역 내의 단위유역들 중 황룡_A, 지석_A, 영본_A, 영본_B, 영본_C, 영본_D의 말단지점에서 측정되고 있는 BOD (Biochemical Oxygen Demand), TOC (Total Organic Carbon), T-N (Total Nitrogen), T-P (Total Phosphorus), SS (Suspended Solids) 수질농도 및 유량자료를 대상으로 연구를 진행하였다.

경포호 주변환경은 논, 밭 등의 경작지나 녹지와 같은 투수지표면과 대단위 주택단지나 도로, 상업지구, 공장시설과 같은 불투수지표면으로 구성되어 있어 SWAT 모형의 적용에 적합하다. GIS와 연계된 ArcSWAT모형을 적용하기 위하여 지형자료를 구축하고, 송정배수로 유역의 기상 및 우량 관측소를 고려하여 수문 및 기상관측자료를 입력하였다. 그리고, 소유역으로 세분화한 후 토양특성과 토지이용에 따른 모의를 실시하였고, 이를 위해 소유역내 수문학적 반응단위별로 유출, 유사 및 비점오염발생을 평가하는데 이용되는 HRU를 구축하여 활용하였다. 송정배수로는 제1배수로와 제2배수로로 구성되어있으며, 제2배수로의 유입부에 주변 아파트단지의 하수관에서 직접적으로 오염물질이 유입되어 수질오염이 심각하며, 점원과 비점원오염이 산재해있기 때문에 본 연구에서는 유출 및 수질모의가 가능한 SWAT모형을 이용하여 대상지점의 유출과 수질을 모의하였으며, 그 결과를 바탕으로 수질오염을 저감할 수 있는 방안을 제시하였다.

우리나라의 수질 관리는 점오염원 관리에 집중되어 왔다. 수계의 수질이 크게 향상되지 않는 이유는 점오염원의 관리가 엄격히 수행되고 있는 가운데 비점오염원의 영향이 큰 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 수문수질 모의가 가능한 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여, 비점오염원 저감을 위한 BMP (Best Management Practice) 시나리오를 작성하여 비점오염 부하량의 저감효과를 모의하였다. SWAT 모형의 적용성 평가를 위해 충주댐 유역 ($6,585.1km^2$)을 대상으로 민감도 분석을 통해 최적의 유출 및 유사관련 매개 변수를 선정하였으며, 1998년 부터 2003년까지의 기간 동안 일별 유출, 월별 수질자료에 대한 보정 및 검증을 실시하였다. 전체 17개 소유역에 대한 검보정에 의해 산정된 수질자료인 TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorus) 그리고 sediment의 부하량을 파악하여 소유역별 TN, TP, Sediment 오염부하특성을 파악하였고, 이에 대하여 선정한 7개의 BMP 시나리오를 소유역의 오염 특성에 맞게 적용하였다. 선정한 BMP 시나리오로는 Streambank stabilization, Porous gully plugs, Recharge structures, Conservation tillage, Terrace, Contour farming 그리고 Manure incorporation이 있고 각 시나리오는 흐름에서의 침전물 감소, 단기간의 토양침식 저감, 지하수양의 증가, 경작지의 침식감소, 지표유출 저하, 흐름에서의 영양물질 감소를 목적으로 최적의 매개변수를 설정하였다. 이상의 결과를 종합적으로 고찰해 볼 때 SWAT 모형은 실측자료를 바탕으로 비점오염에 의한 하천수질 모의가 가능하며, 이 결과를 가지고 BMP시나리오를 적용하여 비점오염 저감에 따른 하천수질 개선을 기대할 수 있다.

보는 일반적으로 수위를 조절하고 취수를 하기 위한 목적으로 하천을 횡단하여 설치한다. 하천에 설치되어 있는 보는 대부분이 고정보로써 흐름의 정체를 유발시켜 토사퇴적 및 수질 악화를 가져오며 하천환경을 파괴하는 원인이 되기도 한다. 이러한 이유 때문에 최근에는 기존의 고정보가 아닌 저수용량을 조절할 수 있는 가동보가 개발되어 설치가 계속적으로 늘어가고 있는 실정이며, 또한 자정효과 및 토사퇴적 경감효과를 위한 여러 가지 방안이 연구되고 있다. 가동보 중 고무보는 시공실적이 많고 유지관리가 용이하지만 인위적인 파손이나 자연재해로 인해 고무시트가 파손될 경우 하천에 피해를 입히게 되며 장시간 방치시 고가의 유지보수비가 소요된다. 또한 고무보의 내구연한이 30년 이상으로 하천의 안전과 올바른 용수확보를 위해서 적절한 운영 및 유지관리가 필요하다. 이에 본 연구에서는 고무보 운영시 유지보수사례를 조사하여 원인을 파악하고, 기존 고무시트에 마모확인이 가능하며 방탄/방검 기능을 추가한 고무시트를 고무보에 시공시 내구성, 안전성, 유지관리 및 경제성 등에 대해 분석하였다.

국제기구인 정부간 기후변화협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, 이하 IPCC)에서는 기후변화가 기온 상승에 따른 증발산량의 증가, 강수량 및 유출량의 시공간적 분포의 변동 등을 초래하여 수자원의 효율적 관리 및 안정적인 공급에 어려움을 증대시킬 것으로 전망하였다. 또한 IPCC 4차 보고서에 따르면 21세기말 지구의 평균기온은 현재보다 최대 $6.3^{\circ}C$정도 더 상승할 것으로 전망하였다. 전구평균기온이 $3.0^{\circ}C$ 증가할 경우 아시아에서만 연간 700만 명이상이 홍수피해 위기에 직면할 것으로 예상되고 있다. 국내의 경우 기온은 전구평균기온에 비해 2배 이상 높은 $1.5^{\circ}C$ 정도 상승하였으며, 최근 50년간의 강우일수는 감소한 반면 일강수량이 80mm 이상인 호우일수의 발생빈도는 증가되고 있다고 보고되었다. 또한 최근의 물수지 해석과 관련하여 거시적인 관점에서 기온 및 강수량 증가에 따른 물순환 과정을 모의하고, 농업용수, 댐건설, 도시화, 토지이용의 변화 등 인위적인 환경 변화 및 기후변화에 따른 유출량의 변화를 정량화하려는 연구들이 수행되고 있다(한국건설기술원, 2007). 이를 위하여 단기적이 아니라 장기적인 측면에서 유출분석을 할 필요가 있으나, 현재까지 보유하고 있는 실측 자료의 한계 및 이러한 조사를 위해 요구되는 시간 및 비용의 한계 때문에, 유출해석 모형을 주로 이용하고 있다. 본 연구에서는 장래 건설예정인 미계측 호소의 유량과 수질을 모의하기 위하여 하천, 하구, 호소 및 해역에 고루 적용할 수 있는 3차원 수리 동력학적인 모델인 EFDC 모형과 시간의 변화에 따른 수질을 모의하는데 가장 널리 이용하는 WASP 모형을 도입하였다. 향후, 내성천의 영주댐 건설과 같은 큰 변화가 발생하였을 기후 변화의 영향을 파악하기 위하여 EFDC와 WASP모형을 이용하여 대상유역에 대한 유출량과 수온의 변화를 통하여 A2, B1 기후변화 시나리오별로 2020년, 2050년, 2080년의 수질(BOD, TN, TP)변화를 분석하여 보았다. 연구의 결과는 다음과 같이 나타났다. EFDC 및 WASP 모형의 연계를 통한 기후 변화 시나리오에 따른 미래의 저수지 수질예측 모의를 수행한 결과, BOD, TN, TP 등 수질농도 변화는 2020년에서 2080년도로 갈수록 BOD, TN 다소 증가하는 경향을 나타내었고, TP농도는 감소하였다. 시나리오별 변화 특성은 TN, TP 농도는 A2 시나리오가 다소 높고, BOD 농도는 B1 시나리오가 A2보다 높은 것으로 나타났다. EFDC와 WASP을 이용하여 미계측 호소에 대한 기후변화 시나리오별로 적용하여 수질변화를 예측하여 보았는데, 향후 기후변화에 따른 기온, 유량변화와 수질 항목간의 상간관계 정립 및 수질 모의의 불확실성 등에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

보는 일반적으로 흐르는 하천을 막아 수위를 높여서 취수 용도로 사용되는 저수 시설의 역할을 한다. 그러나 홍수 시 보 구조물은 홍수류 소통의 장애물 역할을 하여 보 상류의 수위를 상승시키고, 이는 곧 보의 상류에서는 침수피해를 발생시키기도 한다. 따라서 홍수 시 보 구조물이 하천흐름을 방해하지 않도록 설계하여 보의 통수능과 안정성을 확보시키는 것은 보 설계 시에 매우 중요한 요인으로 작용한다. 본 연구에서는 낙동강 구미보를 대상으로 보 구조물에 의한 보 상류부의 통수능 및 치수안정성에 대해 분석하기 위하여 수리모형실험을 수행하였다. 가동보의 수문 운영 조건에 따른 보 상류부의 수위 변화, 빈도 홍수량에 의한 구미보 상류의 흐름특성을 유속 및 수위측정을 통하여 비교 분석하였다. 구미보의 수문 2개를 이용하여 수문 2개 개방 조건, 수문 1 개 개방, 수문 1개 폐쇄 조건, 수문 2개 폐쇄 조건으로 구분하여 실험을 진행하여 분석하였다. 연구 결과 수문폐쇄조건에서 수위가 가장 크게 나타났으며 급격히 상승하였다. 수문이 폐쇄된 2년 빈도의 홍수량조건이, 수문이 개방된 100년 빈도 홍수량조건보다 상류수심이 높게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 실제 계획홍수량보다 작은 유량조건일지라도 수문이 폐쇄됐을 경우에 보 상류부는 홍수범람의 위험이 더욱 커진다고 판단되었다. 가동보 수문을 개방하여 통수하는 경우에 보 상류의 수위저하 영역을 검토한 결과, 유량이 클수록 가동보에 의해 수심저하 영향을 받는 보 상류의 영역이 늘어나며, 보 상류 방향으로 거리에 따른 보 상류의 수심저하가 발생하는 거리의 관계는 유량 크기에 비례하는 것으로 나타났다.

국가하천의 주변지역을 체계적이고 계획적으로 조성 이용하여 난개발을 방지하고 지속가능한 발전을 도모하며, 그에 따른 이익을 하천의 정비 및 관리 등에 활용함으로써 공공복리의 증진에 기여함을 목적으로 하는 친수구역활용에 관한 특별법이 곧 시행될 예정이다. 친수는 단순히 하천 보전과 상대되는 수변이용의 측면이 아니라 하천의 경관, 생태계, 물 등 전체적인 하천공간에서 이루어지는 인간의 활동과 심리적 만족감으로 해석할 수 있다. 이러한 친수활동 유형을 정립하기 위하여 전문가 및 실무자들의 도움으로 설문지를 작성하고, 조사하였다. 또한 평가 항목간의 중요도를 합리적으로 부여하고자 전문가 집단 활용을 통한 다기준의사결정 기법 중 계층분석과정 AHP(Analytic Hierarchy Process)와 이의 일반적인 형태인 ANP(Analytic Network Process) 기법을 이용하여 비교 분석하여 보았다. AHP는 의사결정의 목표 또는 평가기준이 다수이며 복합적인 경우, 다수의 속성들을 계층적으로 분류하여 각 속성의 중요도를 파악함으로써 최적 대안을 선정하는 기법으로 다수의 목표, 다수의 평가기준, 다수의 의사결정주체가 포함되어 있는 의사결정 문제를 계층화하여 해결한다. 그러나 의사결정 문제는 대부분 요소들 간의 수평적 상호작용과 수직종속성이 존재하기 때문에 단순히 계층적 구조만으로는 설명할 수 없는 경우가 있다. ANP는 AHP 분석을 확장한 개념으로 평가 요소가 계층구조를 가지고 있으면서 각 평가 요소간 네트워크 구조를 가지는 경우에 해당한다. 즉, 시스템 분석, 통합 및 조정을 위한 방법으로 요소들 간의 비선형 관계를 모델화하는 복잡한 의사결정에 적용이 가능하다. ANP는 AHP의 기본 공리인 독립성이 유지되지 않을 때도 적용할 수 있는 의사결정 방법이기 때문이다. AHP와 ANP 분석을 위해 평가기준은 하천특성, 생태환경특성, 인문환경특성, 경관, 유지관리 등으로 분류하였으며, 세부평가항목은 하천의 물리 생태학적 특성, 개발여건과 관련된 특성, 경관의 이용가치, 유지관리 용이성 등 20여 개로 나누었다. AHP와 ANP를 이용하여 친수공간 이용지수 가중치를 산정한 결과, 두 기법은 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 ANP를 이용하여 가중치를 결정하는 방법은 최종 결정의 공정성이나 신뢰성을 확보하는데 기여를 하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 일본 다마천 자갈사주의 식생 이입 과정을 조사하고, 과도한 식생 이입에 영향을 미치는 하상토의 특성과 수리적 특성을 분석하여 자갈사주의 복원을 위한 방안에 관하여 조사하였다. 다마천 자갈사주는 넓게 분포하였던 자갈하천(white river)에 버드나무 등의 식생이 과다하게 성장하여(green river), 이를 억제하기 위한 대책을 수립하여 시행하였다. 또한 이곳에 서식하는 고유종(야생 국화)를 복원하기 위한 연구도 진행되었다. 다마천 자갈사주 식생번무의 원인으로, 자갈과 모래 채취, 하천 개수, 상류의 댐과 보의 축조를 들 수 있으며, 자갈사주를 복원하기 위한 종합적인 연구계획이 수립되어 사업이 시행되었다. 복원 대책으로 홍수터를 파고 모래톱 복원, 상류로부터 자갈과 모래 공급, 저수로 확장, 과다 성장한 버드나무나 아카시아 벌목, 표토 제거를 계획하였으며 이를 시행하였다. 모래톱은 성긴 조약돌로 포설하였으며, 다양한 높이로 조성하여 침수 빈도를 다양하게 변화시켰다. 가장 높은 모래톱은 5년 빈도로 하였다. 자갈사주의 복원 및 관리를 위한 모니터링 그룹도 발족하여 현재 자갈사주의 복원 모니터링이 진행 중이며, 이를 바탕으로 체계적이고 계획적인 복원 사업이 진행되고 있다.

공공수역의 수질개선을 위해 그동안 하 폐수 처리장 등 친환경시초시설의 건설과 하수관거의 확충으로 점오염을 통제해왔으나, 여전히 하천, 호소, 연안의 수질은 목표 수준까지 개선되지 않고 있으며, 점오염원 삭감에 따라 상대적으로 비점오염원의 수질오염 기여도는 증가하고 있다. 비점오염물질은 도로상 오염물질, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 지표상 퇴적오염물질, 농지에 살포된 농약, 축사에서의 유출물 등이 강우시 빗물과 함께 유출되면서 발생한다. 특히, 도시지역에는 대 소규모 공단들이 밀집되어 있기 때문 발생되는 비점오염물질의 특징은 단위면적당 오염부하가 크고 각종 유독성 물질을 함유하고 있다. 그러므로 본 연구에서는 도시유역의 개별 공장이 아닌 이러한 비점오염원 특징을 가진 대 소규모 공업단지(김해시 나전농공단지, 부산시 녹산 국가산업단지)를 선정하여 비점오염물질의 유출특성을 알아보고자 하였다.

과거의 하천은 이 치수에 주목적을 두고 하천정비를 실시하였으며, 이 때문에 하천은 직선화되거나 하천구조물을 설치하여 원래의 고유한 특성을 상실한 채 자연적인 모습을 찾아보기 어려운 상황에 이르렀다. 과거와 같은 하천의 난개발은 하천 생태계를 교란하였으며, 하천을 서식처로 삼고 살아가던 많은 동식물이 하천환경의 변화와 파괴로 인해 사라졌거나 생존을 위협받고 있다. 그러나, 최근에는 이러한 하천환경을 과거와 같이 생물의 종다양성이 풍부한 곳으로 만들기 위한 노력이 하천 개발과정에서 다양하게 전개되고 있으며, 이를 위한 연구도 진행되고 있다. 본 연구에서는 하천환경에서 어류의 서식처 보전을 위한 하천유지유량을 산정하기 위해 2차원 생태모델인 River2D 모형을 섬진강 송정지점을 대상으로 하여 적용하였다. 모형의 적용을 위해 송정지점에서의 대표어종을 선정하였으며, 서식처 특성 파악을 위해 하천 수리 및 하도특성을 조사하였다. 조사된 결과를 이용하여 River2D 모형을 구축하였으며, 구축된 모형을 이용하여 송정구간에서 대표어종인 피라미와 갈겨니의 서식처 보전을 위한 생태학적 하천유지유량을 추정하였다. 생태학적 하천유지유량은 모델의 결과와 실제 도입 가능수량 등을 검토하여 최종적인 하천유지를 결정하였으며, 그 결과 송정구간은 $7.0\;m^3/s$이상으로 산정되었다. 본 연구에서는 미시서식처 모형에 의해 생태유지유량을 산정하였으나, 진정한 의미의 생태학적하천유지유량은 수리수문학적 특성뿐만 아니라 생화학적 특성을 고려한 거식적인 관점에서 검토하여야 할 것이다.

본 논문은 북한강 상류의 국내 최대 다목적댐인 소양호 유역을 대상으로 하였으며, 오염물질 항목에 대한 배수구역별 오염부하량을 산정하여 유황변화에 따른 오염부하량의 유달특성을 관찰하였으며, 배수구역별 유달오염부하량의 기여율을 산정하였다. 배수구역의 오염부하량 유달특성을 관찰한 결과 BOD, SS, T-P의 경우 인북천 유역에서 높은 유달률을 보였으며, T-N의 경우 내린천 유역과 합강 유역의 시가지에서 높은 유달률을 보여 배수구역별 오염총량관리를 위한 중점관리 수질항목을 제시할 수 있었다. 다음으로 배수구역별 유황변화 및 계절변화에 따른 오염부하량의 기여율을 산정한 결과, 전반적으로 BOD와 T-P의 경우 인북천 유역에서 높은 기여율을 보였으며, SS는 강우기간에는 내린천 유역, 비강우기간에는 인북천 유역에서 T-N은 내린천과 북천 유역에서 높은 기여율을 보였다. T-N과 T-P는 호소수 부영양화 조절을 위한 제한 영양소임을 고려할 때 본 유역에 대한 오염원의 집중적인 관리가 필요한 것을 알 수 있다.

수질오염총량관리제도 하에서 토지계 개별배출부하량 삭감을 위해 설치되는 비점오염저감시설의 저감효율은 삭감부하량 산정에 중요한 요소이다. 본 연구에서는 관련 문헌 및 환경부 모니터링 사업결과로부터 비점오염저감시설의 저감효율에 영향을 미치는 요소들을 살펴보았다. 모니터링 결과 중여과형 시설의 저감부하량에 대한 회귀분석을 실시한 결과 선행토양함수량보다 시설의 운영 및 유지관리 및 유역 특성을 포함하는 개별 시설의 특성에서 기인하는 영향이 컸다. 또한 BOD에 대한 회귀식의 결정계수는 높았으나 TN과 TP에 대한 결정계수는 낮았다. 비점오염저감시설의 저감효율을 안정적으로 얻기 위해서는 시설의 적절한 운영 및 유지관리가 중요하며, 향후 이를 평가할 수 있는 방안을 마련해야 할 것이다.

본 연구는 국내 하천에서 방치되고 있는 구하도 구간의 물리적 상태를 파악함으로써 이를 보전 또는 관리하기위한 기초자료로써 활용하고자 한다. 국내의 구하도 구간은 자연적인 발생보다는 하천의 직강화, 하천부지 이용의 고도화 등 인위적인 교란으로 인해 형성된 것이 대부분이다. 이와 같이 사행구간의 하도가 절단(Cutoff)됨으로써 형성된 구하도는 우각호 형상의 습지형 구하도와 이미 육역화되어 농경지나 나대지로 이용되는 육화형 구하도로 구분할 수 있다. 특히 폐천(Abandoned Channel)화가 진행된 대부분의 습지형 구하도는 수질, 생태계, 육역화, 농업용수 이용 등 다양한 문제점 및 현안을 가지고 있기 때문에 이에 대한 보전 또는 관리가 필요하다. 이를 위해서는 우선적으로 습지형 구하도의 현재를 진단하고 평가하기 위한 연구가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 습지형 구하도를 평가하기 위한 평가지표를 제안하고 이를 만경강 습지형 구하도 5개소에 적용하였다. 평가지표는 국내외에서 제안된 하천환경 평가지표와 RAM(일반기능평가기법)을 토대로 작성하였다. 이 평가지표는 단절된 습지구간에 적정한 지표, 자료 획득의 용이성, 즉시 적용 가능한 것을 우선순위로 선정하였다. 평가지표는 자연도, 서식처, 친수, 수질 등 4개 지표를 세분화한 총 25개 항목으로 제안하였다. 만경강에 대한 물리적 평가결과 습지형 구하도의 경우 서식처, 자연도 부분이 높은 점수를 획득한 반면 수질과 친수 지표는 상대적으로 취약한 것으로 평가 되었다. 이와 같은 결과는 향후 만경강 습지형 구하도에 대한 보전 및 관리계획을 수립함에 있어 주요 고려사항이 될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 정체성 수역인 신갈호를 대상으로 저층 퇴적물의 오염물질에 대한 조사를 실시 하였다. 신갈호 저층 퇴적물의 분석 결과, 함수율의 범위는 49.0~68.2%로 조사되었으며, 평균 함수율은 60.8%로 나타났다. 함수비의 경우에는 지점별 96.1~214.6%의 넓은 범위를 보였으며 평균 함수비는 165.8%로 조사되었다. 퇴적물의 pH는 모든 지점에서 산성을 띄었으며, 하류부로 갈수록 더욱 낮아지는 경향을 보였다. 입도분석 결과, 토성은 SL(사양토) 및 SiL(실트질양토)로 나타났으며, 이러한 토성분포는 입자별 침강속도에 의한 것으로 퇴적물의 지점별 이 화학적 특성에 많은 영향을 줄 것으로 판단된다. 유기물 함량 분석결과, 강열감량의 경우 8.22~11.36%로 평균 10.22% 의 유기물 함량을 보였으며, COD는 24,92 mg/kg~27,38 mg/kg의 값으로 평균 26,16 mg/kg로 조사되었다. 영양물질 함량 분석결과, T-N의 경우 신갈호 저층 퇴적물 평균 2,916 mg/kg의 질소 함량을 보였으며, T-P의는 평균 710 mg/kg로 조사되었다. 영양물질 함량 분석결과 하류부로 갈수록 높아지는 경향을 보였으나 총질소의 경우 지점별 비슷한 값을 보인 반면, 총인은 지점별 큰 차이를 보였다. 퇴적물의 중금속 함량은 Cd, Cu, Zn, $Cr^{6+}$, Pb을 분석하였으며, Cd 0.10~0.12 mg/kg, Cu 18.33~20.67 mg/kg, Zn 82.73~110.15 mg/kg, $Cr^{6+}$ 0.78~0.93 mg/kg Pb 11.04~14.53 mg/kg의 범위를 보였으며, 지점별로 큰 차이를 보이지 않았다. 본 연구의 자료는 신갈호 유역의 개발계획 및 준설 검토에 대한 유용한 자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.

최근 들어 기후변화에 따른 강우패턴이 바뀌고 각종 하천개발이나 토목공사, 농경지, 경작지 등의 객토 등으로 인해 매년 탁수의 발생이 크게 증가하고 있는 추세이다. 특히 여름철 집중강우의 영향에 따라 상류지역 하천에서 발생하는 부유물질은 호수로 유입되어 장기간 체류하며 심각한 오염원으로서 수중생태계에 치명적인 영향을 주고 있다. 또한 하천과 호수의 상류지역의 농경지나 경작지에서 발생된 부유물질에는 과도한 비료의 사용으로 입자표면에 많은 인을 포함하고 있어 호수 수질악화 및 부영양화의 직접적 요인이 되고 있다. 이에 따라 세계 각국에서는 부유물질은 오염원뿐 아니라 생태계에 영향을 주는 인자로서 엄격히 규제하고 있으며, 특히 농업지역이 많은 하천에 대해서는 유역전체를 대상으로 부유물질에 대한 총량관리를 적용하고 있다. 그러나 우리나라의 경우 하천 수질기준 1급수의 부유물질 농도는 25 mg/l 로서 이는 선진국과 유사한 기준이나 실질적으로 규제가 어려운 실정이다. 수환경에서의 부유물질이란 수체 내 존재하는 유기성, 무기성 물질로써 입자 지름이 2mm 이하의 물에 용해되지 않는 물질을 말하는 것으로, 물의 탁도를 유발시키는 원인이 되며 빛을 차단하여 수생태계에 악영향을 초래한다. 국내 132개 하천을 대상으로 부유물질의 농도와 어류의 종 다양성간 상관성을 조사한 결과, 부유물질의 농도가 15 ~ 20 mg/l 이상에서 종 다양도는 1.0 이하로 급감하는 경향을 보였다(최재석 등, 2004). 한편, 대청호는 1975년부터 1980년에 걸쳐 건립된 저수 면적 $72.8km^2$, 저수량 15억톤의 인공호수로 우리나라 3번째 규모의 인공호수이다. 특히, 대전 및 청주지역의 식수는 물론, 생활용수 및 공업용수를 공급하는 중요한 수자원으로서 부유물질에 대한 모니터링 및 관리가 시급하나 저수 용량이 크고 체류시간이 길어 여름철 부영양화가 매년 반복되고 있다. 따라서 본 연구에서는 부유물질의 농도 변화에 따른 분광반사 특성을 조사하고, 이를 대청호의 Landsat 위성영상에 적용하여 대청호 내 부유물질의 농도변화를 추정하였다. 이와 함께 부유물질 농도 변화에 따른 탁수 환경 모니터링에 원격탐사 기법이 효과적임을 제시하고자 하였다.

최근에 들어 도시화와 이상기후의 영향으로 유역에서의 유출특성과 오염물질 발생특성이 변화하고 있어 이에 따라 체계적인 유역 관리가 요구되고 있다. 우리나라는 하천 및 호소에 대한 수질 관리를 생활하수, 공장폐수 등 점오염원을 중심으로 수질관리정책 및 대책을 추진하여 왔으나, 오염물질의 상당량은 비점오염원에서 유발되고 있다. 또한 오염총량제의 실시 이후 국내에서는 비점오염원 관리의 중요성이 점오염원에 비해 상대적으로 높아짐으로서 유역수질모델링의 중요성을 인식하고 있으며, 비점오염원에 관련된 연구도 활발히 진행되고 있다. 이를 위해 유역의 유출 및 수질 분석을 효율적으로 하기 위해 유역간 물질의 교환 및 전달이 유역 규모에 따라 얼마나 높은 정확성을 나타내는지를 분석하고 이를 검토하여 효과적인 유역수질모델링의 방법이 제시되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 통합적 수질관리의 필요성 증대에 따라, 유역 내 수문 순환 및 비점 오염원의 발생 거동을 정량적으로 분석할 수 있는 HSPF(Hydrologic Simulation Program - Fortran) 모형을 통해 오염총량 단위유역을 각각의 소유역으로 순차적으로 모의하여 검 보정을 수행 후 그 결과로 계산된 매개변수들을 단위유역 전체에 대한 분석에 입력하여 수행한 모의 결과와 비교 평가하였다. 또한, 이를 바탕으로 비점오염원에 의한 유역 내 하천 수질 영향도를 파악하였다. 유량 및 수질해석을 위하여 남강유역의 2004년부터 2007년까지 강우와 기상자료, 유량과 오염원 자료를 수집하여 입력 자료를 구축하였다. 또한, 대상유역에 해당되는 환경기초시설의 방류 유량 및 수질을 유입시킴으로써 HSPF모의가 진행되었다. 하천수질에 영향을 줄 수 있는 비점오염원은 강우 및 기상 관련 자료의 입력을 통하여 유역 내 유출 조건의 초기입력을 수행하였으며, 강우 입력에 따른 유출에 영향을 고려하기 위하여 토지이용 및 토양도를 고려하였다. 그리고 유역의 규모를 고려하였을 때 오염총량 단위유역의 유역 규모에 따라 모의를 실시한 결과를 바탕으로 HSPF 모형의 정확성 여부를 판단하여 정확성이 높은 방법을 선택할 수 있도록 하였다. 모의결과 소유역을 순차적으로 모의한 결과(CaseA)가 전체유역을 모의한 결과(CaseB)보다 실측치와 더 높은 상관계수를 나타냄을 알 수 있었다. 본 연구에서의 평가방법을 바탕으로 유역수질모델링이 이루어진다면 추후 비점오염원에 대한 효과적인 관리에 도움이 될 것이며, 모니터링 기법 및 GIS기반 유역관리모델 개발, 4대강 비점오염원 최적관리기법 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

우리나라의 중소하천에는 하상경사 조정과 농업용수 확보 등의 목적으로 많은 보가 설치되어 있다. 하천에 보를 설치하면 보를 기준으로 상 하류의 흐름특성이 변하고, 홍수시 소통이 원활하지 않아서 제방이 붕괴되는 등의 피해를 발생시킨다. 또한 유입유사의 흐름을 차단하여 상류단에 퇴적이, 하류단에는 침식을 발생시켜 하상변동이 일어나게 된다. 하상변동은 단기적으로는 하천에서의 취수, 배수와 주운 등 하천관리에 직접적인 영향을 주고, 장기적인 면에서는 하천 시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위의 변화, 하천부지의 변화 등 하천 및 유역관리에 광범위한 영향을 주고 있다. 따라서 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 하상변동을 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 운용 관리면에서 매우 중요하다. 본 연구는 경안천 유역에 설치된 보를 대상으로 설치 전의 지형자료 및 수리학적 자료를 이용하여 모델링을 하였고, 이를 토대로 설치 후의 수리학적 특성 및 하상변동을 분석하였다. 모델링은 종 횡단으로 모의할 수 있는 2차원 유한요소모형인 RMA-2를 이용하여 보를 설치하기 전 후의 수위, 유속 등의 흐름특성을 모의하였고, SED-2D를 이용하여 하상변동 특성을 비교 분석하고자 하였다. 그 결과 경안천 유역에 설치된 보로 인해 보의 상류단에서는 수위가 상승하고 유속이 감소하는 경향을 나타내고, 유사의 퇴적으로 인해 하상 상승이 발생하였다. 또한 보의 하류단에서는 보월류시 유속이 증가하여 수위가 하강하는 흐름특성을 보였고 침식이 발생하였다.

하상재료 조사 결과는 하천 계획과 개발의 기초 자료로 사용한다. 그러나 우리나라에는 하천 특성을 반영한 적절한 하상재료 조사 및 분석 방법을 제시하지 못하고 있다. 따라서 태화강 도시하천 연장 5km 구간에서 높은 밀도로 시료채취를 시행한 후 하상재료의 분석 결과를 토대로 국내 하천 실정에 맞는 하상 재료 조사 및 분석 방법을 제안하고자 한다. 대상구간 5km에 대하여 250m 간격으로 시료 채취 간격을 설정하고, 하천의 중심 및 좌 우안의 시료를 채취하였으며, 심도별로 시료를 분리하여, 시료의 공간적 분포 특성을 판별할 수 있도록 하였다. 한편, 시료의 입도 분포와 유기물질 함량과의 관계, 입도 분포와 거리와의 상관관계를 분석하였다. 분석결과로부터 향후 시료채취의 적절한 간격과 시료채취의 적절한 깊이를 제안할 수 있다. 연구 성과는 하천 관련 계획이나 개발에서 실용적인 방법으로 활용할 수 있다.

하천공사의 매립 및 준설 시 뿐만 아니라 최근에는 호우 시에도 발생하는 고농도 오탁수의 유출 확산으로 인하여 주변 수역의 수산자원 및 자연환경에 심각한 영향을 미치고 있다. 특히 유사는 하천과 호소에 유입되어 탁도를 증가시켜 수자원의 이용가치를 저하시키며, 박테리아나 각종 미생물의 이동 매개체가 되고 있다. 또한 퇴적된 유사는 유량이 증가하면 다시 침식되어 부유상태가 되며 이때에 영양염류나 독성물질이 재용출 되기도 하는 등 하천의 물리 및 토양환경의 장 단기적인 변화를 유발하는 원인이 된다. 결국 유사는 다양한 방식으로 하천과 호소의 생태환경에 큰 변화를 초래한다. 부유토사의 발생 가능한 피해의 범위와 정도는 유역의 부유토사 발생율과 하천, 호소 퇴적물의 성분종류와 입도분포, 그리고 유속에 따라 결정된다. 따라서 탁수의 영향범위를 예측하고, 악영향이 예측될 경우에는 탁도를 저하시킬 수 있는 오탁물질의 저하기법을 적용하여 그 대책을 수립하여야 한다. 현재 정부가 역점을 두고 있는 4대강 살리기 사업 중 하나인 하천 준설 사업 시 발생되는 고농도 오탁수는 주변 수역의 수자원 및 자연환경에 심각한 영향을 미치므로 자연환경의 보존, 해양자원을 보호하기 위하여 오탁물질의 제어가 반드시 필요한 실정이다. 기존의 오탁 저감시설이나 방법의 경우 오탁물질의 확산을 제어하는데 한계가 있고 오탁물질의 종류와 관계없이 일률적으로 시공함으로서 오탁제어 효과가 의문 시 되고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 오탁물질의 확산 범위를 줄이고 침강효율을 높이는 방법을 찾아 오탁확산 제어 효율을 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는 오탁물질 제어 시 2차 응집물로 인한 오염이 발생하는 않는 천연광물 제올라이트를 이용한 실내실험을 통하여 고농도 탁수의 탁도 저감효율을 파악하여 고농도 탁수의 탁도 저감에 대한 제올라이트의 적용 가능성을 살펴보았다. 4대강 살리기 사업 중인 OO강 OO공구의 OO보 현장에서 하천 준설 시 발생하는 고농도 탁수를 이온을 첨가한 제올라이트를 이용하여 확산제어에 관한 효과를 검토한 결과 2,000NTU 정도의 고농도로 유하하는 탁수에 대하여 제올라이트 혼합 후 20분이 경과한 시점에 제거효율이 90%이상으로 제올라이트의 탁수저감 효과가 대단히 크다는 것을 알 수 있었다.

하구는 하천의 담수와 염수가 교차되고 혼합되는 기 수역으로서 수생 생태계의 중요한 서식처이며 바다와 하천의 중요한 생태통로가 되고 있다. 국내에서는 4대 하천 중에서 한강하구가 유일하게 하구 둑이 없는 자연하구이며 나머지 대하천은 둑으로 인해 담수와 해수의 자연스러운 흐름이 제한되고 생태적인 연결이 단절된 형태이다. 한강하구에는 대규모 습지가 분포하고 있으며 특히 장항습지는 종단길이 약 7.5km, 폭 최대 500m에 달하는 대규모 습지로서 고라니를 비롯한 동물과 줄, 선버들을 비롯한 식물의 대규모 군락이 분포하는 등 생태적 가치가 높은 지역이다. 본 연구에서는 한강하구의 장항습지와 산남습지를 대상으로 특정구간의 물리적 특성, 식생의 분포특성을 파악하고 연관성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 1차적으로 포괄적인 현장조사를 통해 전체 식생군락과 분포를 파악하고 특징적인 식생군락을 선정하였다. 2차적으로는 선정된 줄 및 선버들 군락지를 대상으로 토양단면, 토양입경을 분석하고, 새섬매자기 군락지를 대상으로 측량을 실시하였다. 3차적으로는 대상 군락의 지하수위를 측정하여 상호관계를 분석하였다. 이 결과는 우선 한강하구의 지역적 특징에 국한되지만 향후 타 지역과의 비교연구가 수행된다면 대상 식생과 물리적 생장조건과의 정량적인 관계가 도출될 것으로 판단된다.

본 연구는 횡성다목적댐이 준공되면서 유수역이었던 섬강이 정수역의 환경으로 변하면서 나타난 어류의 군집변화에 대하여 알아보고자 시행하였다. 조사 지역인 횡성다목적댐은 강원도 횡성군 갑천면 대관대리에 위치하고 있으며, 높이 48.5m, 길이 205m, 총저수량 8,690만t의 다목적댐으로 1993년 12월에 착공하여 2000년 11월에 준공되었다. 어류 조사는 2010년 04월부터 2010년 11월까지 총 4회에 걸쳐 횡성다목적댐을 기점으로 상류 2지점(유평교, 매일교), 횡성호 2지점(구방교, 부동교), 하류 2지점(활아지교, 수백교)에서 조사를 실시하였고 과거 문헌과 비교하여 결과를 분석하였다. 횡성다목적댐의 착공 전/후 조사 결과를 비교한 결과 착공하기 전에는 총 8과 29종 2,325개체가 조사되었으며, 참갈겨니(Zacco koreanus) 576개체(24.8%), 쉬리(Coreoleuciscus splendidus) 316개체(13.6%), 피라미(Zacco platypus) 203개체(8.7%), 배가사리(Microphysogobio longidorsalis) 194개체(8.3%) 등의 순으로 기록되었다. 반면, 착공한 후에는 총 8과 24종 2,769개체가 조사되었으며, 피라미(Z. platypus) 2,169개체(78.3%), 밀어(Rhinogobius brunneus) 91개체(3.3%), 참갈겨니(Z. koreanus) 89개체 (3.2%), 돌고기(Pungtungia herzi) 83개체(3.0%) 등의 순으로 조사되었다. 각 조사지점별로 비교한 결과 상류 2지점(유평교, 매일교)에서는 착공하기 전에 총 6과 20종 609개체가 조사되었으며, 참갈겨니(Z. koreanus) 227개체(37.3%), 피라미(Z. platypus) 74개체(12.2%), 쉬리(C. splendidus) 65개체(10.7%), 돌고기(P. herzi) 43개체(7.1%), 납자루(Acheilognathus lanceolatus) 41개체(6.7%) 등의 순으로 기록되었다. 반면, 착공한 후에는 총 6과 16종 1,923개체가 조사되었으며, 피라미(Z. platypus)가 1,707개체(88.8%)로 대부분을 차지하였고, 그 외 참갈겨니(Z. koreanus) 53개체(2.8%), 돌고기(P. herzi) 46개체(2.4%), 참마자(Hemibarbus longirostris) 35개체(1.8%), 모래무지(Pseudogobio esocinus) 23개체(1.2%) 등의 순으로 조사되었다. 횡성호 2지점(구방교, 부동교)에서는 착공하기 전에 총 6과 22종 721개체가 조사되었으며, 참갈겨니(Z. koreanus) 177개체 (24.5%), 배가사리(M. longidorsalis) 91개체(12.6%), 쉬리(C. splendidus) 88개체(12.2%), 묵납자루(A. signifer) 71개체(9.8%), 피라미(Z. platypus) 45개체(6.2%) 등의 순으로 기록되었다. 반면, 착공한 후에는 총 6과 12종 393개체가 조사되었으며, 피라미(Z. platypus) 228개체(58.0%), 붕어(C. auratus) 56개체(14.2%), 밀어(R. brunneus) 46개체(11.7%), 쏘가리(Siniperca scherzeti) 20개체(5.1%), 동자개(Pseudobagrus fulvidraco) 16개체(4.1%) 등의 순으로 조사되었다. 하류 2지점(활아지교, 수백교)에서는 착공하기 전에 총 8과 25종 995개체가 조사되었으며, 참갈겨니(Z. koreanus) 172개체(17.3%), 쉬리(C. splendidus) 163개체(16.4%), 묵납자루(A. signifer) 96개체(9.6%), 배가사리(M. longidorsalis) 91개체(9.1%), 피라미(Z. platypus) 84개체(8.4%) 등의 순으로 기록되었다. 반면, 착공한 후에는 총 7과 19종 453개체가 조사되었으며, 피라미(Z. platypus) 234개체(51.7%), 밀어(R. brunneus) 42개체(9.3%), 돌고기(Pungtungia herzi) 36개체(7.9%), 참갈겨니(Z. koreanus) 36개체(7.9%), 쉬리(C. splendidus) 10개체(4.2%) 등의 순으로 조사되었다. 본 연구의 조사 및 비교분석 결과 유수역이었던 섬강에 횡성다목적댐이 건설되어 주변 환경이 크게 변화하였고 그 결과 각 조사 지점에서의 어류상이 유수역 선호 어종에서 오염 내성종 및 정수역 선호 어종으로 변화되는 것을 확인하였다.

하도에서의 하천정비 및 안전하도 유지를 위해서는 하상변동 특성을 면밀히 파악하는 것이 중요하다. 상류유역에서 하천으로 내려온 유사(流砂)는 하천의 흐름과 생태환경에 영향을 미친다. 이중 하천흐름은 사련(ripple)이나 사구(dune)의 형성에 영향을 미쳐, 하천의 지형변동인 사주에 영향을 주고 하천 식생의 성장과 발달에 직 간접적으로 간섭하게 된다. 또한, 교량, 취수장의 취수장애, 호안블럭의 침식 등과 같이 수리구조물의 안정에 영향을 주게 된다. 하천의 유사량 변화에 따라 생태계의 서식환경이 변하게 된다. 또한, 저수지에서 유입 유사량의 변화에 따라 저수지의 용적이 변하게 되어 댐의 설계 및 운영에 많은 영향을 끼치게 되며 특히 저수지 탁수관리에 매우 중요하다. 본 연구에는 4개 대권역의 주요지천 및 댐 직 하류하천 지점 중 적정구간을 선택하여 하상재료조사를 실시하였다. 하상재료 조사는 하도를 구성하는 모래와 자갈의 물리적 성질 중 유사의 이동량 및 하상의 변동, 하도설계 등에 관련 있는 입도분포, 비중 등을 측정하며 자갈하천은 표층 하상재료를 조사하고, 모래 재료는 체분석, 실트이하 재료는 BW관 등을 이용한 침강속도 분석을 실시한다. 주요지점의 중 남강의 안의 수위 우량관측소 지점의 상 하류 2km 구간을 200m마다 21개 지점의 하상재료를 채취하여 입도분석을 실시하였다. 분석결과 남강 안의지점의 표층은 여느 하천과 마찬가지로 상 하류 굵은 자갈로 구성되어 있으며 전형적인 자갈하천의 특성을 보었다. 상류200m(2000m)에서는 최소 50mm(10mm), 최대 440mm(75mm), 평균입경은 174mm(34.7mm) 이었고, 하류200m(2000m)에서의 표층입경은 최소 8mm(25mm), 최대 50mm(110mm)이며 평균입경은 27.3mm(62.5mm)로 구성되어 있었다. 전체적으로 상류지역의 입경이 하류지역보다 큰 것을 관찰할 수 있었으며 유수 흐름의 일시적인 저항이 발생하는 안의교 지점의 자갈 입경이 인근 부근보다 큰 것을 확인할 수 있었다.

근래에 들어 환경문제의 사회적 부각과 함께 생태파괴적인 하천 정비 방식에 대한 대안으로 자연형 하천 환경 복원기법에 대한 시험 적용이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 하천 복원에 앞서 하천 환경의 상태를 파악하고 진단할 수 있는 방법에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 기존에 개발된 하천 질 평가 방법은 수질에 편향된 경향이 있으나 수질의 개선만으로는 생물 다양성의 발생 기반으로서 물리적 구조가 훼손된 상태에서는 생태적 복원의 효과를 달성하기 어렵다. 따라서 하천의 물리적 조건에 의한 구체적이고 비교적 객관적인 평가가 필요하며, 본 연구에서는 상기 평가를 바탕으로 작성된 하천 자연도 평가 지침에 의거하여 곡릉천 하류 일부 구간과 곡릉천의 지류인 벽제천을 대상으로 자연도를 조사하였다. 평가 결과 곡릉천 봉일천교 상류 2km구간의 저수로는 사행을 보였으며, 강변 사주 및 하중도는 없었으나 갈대 등과 같은 저수로변 식생이 있고 흙으로 조성된 인공제방으로 되어 있어 도심지의 정형화된 하천들에 비해 비교적 자연에 가까운 모습을 하고 있었다. 한편 하천 인근에 있는 아파트 등 주거지와 논, 밭 등의 경작지로 인한 오염원 유입 및 자전거 도로와 산책로 등 사람의 접근이 용이한 제외지의 이용으로 동식 물서식처로서의 기능이 저하될 것으로 우려된다. 곡릉천의 지류인 벽제천은 저수로가 사행을 유지하고 하중도와 사주가 형성되어 있으며 여울을 확인할 수 있었다. 하천 인근에 경작지와 제방도로가 있으나 인적이 드물고 차량 통행량이 적어 생태환경 훼손에 대한 우려는 적은 것으로 판단되 었다.

현재 하천 건천화에 따른 수생태계 교란 및 수질악화 등의 근본적인 문제가 발생하고 있으며, 최근 정부의 저탄소 녹색성장기조에 따라 조성되고 있는 신도시, 소규모 및 대규모 택지개발사업의 경우는 환경 친화적인 단지조성 요구에 부응하기 위해 기존 도심하천의 복원 및 인공하천의 녹색성장을 고려한 친환경적 생태하천으로 조성하고자 하는 다양한 노력이 시도되고 있으나 안정적인 생태복원의 수원확보 방안을 마련하지 못해 실제 설계가 반영되지 못하고 있다. 또한, 조성하고자 하는 소하천 혹은 실개울 등의 수질보전 및 생태계 보호 등 하천이 본래의 기능을 유지할 수 있도록 생태하천유량을 확보하는 다양한 기술들이 개발되어 있지만, 공사 유형과 주변 환경에 적합한 생태하천유량 확보 방안을 선정할 수 있는 비구조적 대책마련이 부족한 실정이다. 이러한 실정과 문제점을 고려해 볼 때, 조성하고자 하는 도시 내 자연하천 및 인공하천 조성 등 수변환경을 고려한 단지조성에 맞는 생태하천유량 확보 방안 및 평가에 대한 연구가 단계적으로 이루어져야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 생태하천유량 확보와 하천수질 개선이 필요한 특정 지역 또는 다양한 유형의 공사 지구 내 하천이 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 적용 가능한 생태하천유량 확보 방안들과 수리해석 모델인 HEC-RAS(River Analysis System), 생태하천유량 산정 모델인 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation)을 연계한 물리서식처 평가 모듈을 개발하고, 이를 기초로 가중치부여매트릭스 평가(국토해양부, 2006) 기법을 적용한 최적의 생태하천유량 확보 방안과 수질개선 방안을 제시해 줄 수 있는 의사결정지원 시스템을 구축 하고자 한다. 본 연구에서 개발된 최적의 생태하천유량 확보 방안 도출을 위한 의사결정지원 시스템의 활용으로 필요유량은 물론, 기준을 만족하는 수질의 확보가 절실히 요구되는 중 소규모 하천에 실질적으로 적정수질의 생태하천유량을 확보함으로서 하천으로서의 역할을 위한 본 기능의 회복과 동시에 소하천, 도심하천 및 인공하천 등 중 소규모 수계의 수문순환을 정상화하여 하천의 지속 가능한 개발과 관리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 이용될 수 있을 것으로 예상되어진다.

남강은 낙동강에 유입되는 지류 중 가장 큰 하천으로서 낙동강 하류의 수질에 매우 큰 영향을 미치고 있다. 남강댐은 저수 용량에 비해 유역면적이 주요 저수지들에 비하여 월등하게 크므로 홍수시 순간적으로 다량의 유량 및 오염물질이 방류되어 낙동강에 유입되는 특성을 가지고 있다. 남강댐은 서북측에서 유입되는 경호강과 남쪽에서 댐축과 가까이 유입되는 덕천강이 공간적으로 멀리 떨어져 있음으로 인해, 주요 유입물질이 유입되는 시기에 횡방향 및 종방향으로 농도차이를 나타내고 있으며, 과거에 설치되었던 댐이 수중에 존재함으로 인해 국지적인 정체현상이 발생하고 있다. 남강은 현재 경남권은 물론, 거제 및 부산권의 용수원을 공급하거나 예정으로 있으므로 수질관리에 가장 큰 우선순위를 두어야 한다. 남강댐의 합리적인 수질관리를 위해서는 호 내의 공간적 시간적 수질변화에 대한 이해와 수질변화 여건에 있으며 이용되는 만큼 호 내의 정밀한 유체거동 해석이 필수적이다. 본 연구에서는 남강댐의 수리-수질 특성을 진단하고 예측하기 위하여 3차원 수리동역학 모델인 EFDC와 수질모델인 WASP을 연계하여 사용하였다. 유량 경계조건은 한국수자원공사 및 국가수자원관리 종합 정보시스템(WAMIS)의 남강댐 운영 자료를 바탕으로 남강댐의 유입량과 유출량 자료를 작성하였다. 남강으로 유입되는 지천 및 호 내의 수온, SS 및 수질농도 등은 환경부의 물환경정보시스템의 월 측정자료를 사용하였으며, 기상조건은 진주 기상대의 자료를 사용하였다. 본 연구에서 가용한 입력자료를 이용하여 남강댐의 수리 및 수질 및 부유물질 특성을 모의하였으며 EFDC-WASP 모델을 이용하여 성공적인 보정이 가능한 것을 확인하였다. 그러나 자세한 분석과 대책을 수립하기 위해서는 남강댐의 유입 수질 및 유량 자료에 대한 실질적인 모니터링이 수행되는 것이 필요하다고 판단된다.

우리나라는 연 강수량의 약 70%가 6~9월까지의 기간에 집중되어 발생하는 특성을 가지고 있으며, 이러한 특성은 효율적인 수자원 관리에 많은 어려움을 야기하고 있다. 6~9월을 제외한 기간에는 강수량이 부족하여 빈번한 가뭄을 경험하고 있으며, 물 공급의 안정성을 확보하기 위해 많은 노력이 이루어지고 있다. 물 공급의 안정성을 확보하기 위한 노력 중 가장 대표적인 것은 다목적댐 등 저수지를 통한 수자원 확보이며, 우리나라의 경우 우기에 발생한 강수량을 상당 부분 댐 등 저수지에 저류하여 건기에 이를 활용하는 체계를 갖추고 있다. 현재 우리나라에는 18,000 여개의 댐 및 저수지가 건설되어 운영되고 있으며, 이 중 가장 중요한 역할을 수행하고 있는 시설물은 16개의 다목적댐이라 할 수 있다. 다목적댐은 홍수조절, 안정적인 물 공급 등 다양한 기능을 수행하도록 건설된 시설물로 이수 차원에서 가장 중요한 역할은 수자원 확보를 통한 물 부족 피해의 예방이라 할 수 있다. 다목적댐의 용수 공급은 댐의 유효저수용량을 기준으로 이루어지며, 유효저수용량은 총 저수용량에서 홍수조절용량 및 저수(低水)용량을 제외한 양으로 산정된다. 다목적댐의 효율적인 운영은 국가적인 물 안보 차원에서 매우 중요한 의미를 갖고 있으며, 최근 들어 발생하고 있는 기후변화 등을 고려할 경우 그 중요성을 더욱 증가할 것으로 예상할 수 있다. 따라서 가뭄 정도에 따라 다목적댐의 용수공급능력이 어떻게 변화할 것인지에 대한 정보를 정량화하여 제시할 필요가 있다. 본 연구에서는 우리나라 5대강 유역에서 운영되고 있는 다목적댐을 중심으로 가뭄의 빈도에 따른 용수공급능력 변화를 검토하여 제시하였다. 이를 위해 수자원장기종합계획을 통해 제시된 장래 용수 수요량을 바탕으로 물수지 분석을 수행하였으며, 그 결과에 대한 검토를 통해 가뭄빈도별 다목적댐의 용수공급능력을 분석하였다. 분석 결과 가뭄빈도가 증가할수록 다목적댐의 공급능력은 현저히 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 정보는 향후 수자원계획 수립 및 효과적인 가뭄 대응 계획 수립 시 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

우리나라 하천의 대부분은 산지에서 발원하며 전 국토의 약 67%가 산지하천 유역에 포함된다. 최근 기후변화로 인해 여름철 집중호우가 증가하고 있는 상황에서 강우의 예측이 어렵고 경사가 급한 산지하천 유역의 피해가 가중되고 있으며 돌발홍수나 산사태와 같은 산지재해 예방을 위한 대책 마련이 시급히 요구되고 있다. 산지하천유역에서 발생하는 재해를 예방하고 피해를 저감하기 위해서는 재해위험지역에 대한 선정 및 상시 모니터링 체계의 구축이 필요하며 본 연구에서는 격자기반의 산지하천 모니터링 시스템을 구축하여 강우상황과 예측정보, 이동상황을 모니터링 할 수 있는 시스템을 구축하였다. 산지하천 모니터링 시스템은 기상청 레이더 강우를 활용한 실시간 강우자료 및 강우예측자료(MAPLE) 표출, 분포형 수문모형과 연계한 유출분석 결과의 제공, AWS를 이용한 지점강우량 표출 등으로 구성된다. 또한, 지점자료 혹은 격자자료로 이원화되어 있는 기존 하천유역 모니터링 체계를 통합하여 사용자가 원하는 유역에 대한 기상자료의 모니터링과 위험지역에 설치된 지점관측정보를 연계 운영할 수 있도록 구현된 특징이 있다. 본 시스템은 현재 강원도 인제 내린천 유역을 대상으로 시험운영 중이며 격자기반의 강우모니터링과 토석류 현장모니터링 결과를 연계한 위험지 관리에 활용되고 있다.

신.재생에너지는 머지않아 고갈될 것이라 예측하고 있는 화석에너지의 대체에너지로서 대형 홍수와 국지적 집중호우, 가뭄과 전염병, 기근 등 우리인류의 생존을 위협하는 재앙을 어느 정도 줄일 수 있고, 온실효과 가스를 저감하고자 하는 하나의 방법으로서 가스배출량이 적은 수력, 풍력, 태양광 등의 재생에너지를 이용한 방법이다. 이 중 물은 무한적인 자원이 아니기 때문에 소중히 여기고 순환과정을 통하여 재활용 될 수 있고, 친환경적이고 장기적인 수명과 다른 자원을 사용하는 발전소들보다 더 효율적이며 복원 가능성이 크고 다른 오염유발 에너지 자원을 대신한다. 본 연구에서는 경상북도 북부지역 5개 지점의 소수력발전 후보지점에 대한 평 갈수기 및 홍수기의 유량측정에서 수위-유량관계곡선식의 유도등의 목적을 달성하기 위하여 2009년 3월부터 2010년 9월까지 5개 지점을 대상으로 현지조사 및 자료수집, 측량작업, 유량측정 등을 실시하였다. 본 유량측정을 통하여 경상북도 북부지역의 최적 소수력 발전지점 선정을 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 경상북도 북부지역의 5개의 소수력발전 후보지점을 설정하였으며, 5개 후보지점에 대하여 설치가능한 소수력 발전시설은 지형학적 측면을 비롯하여 다양한 타당성 검토를 통하여 댐식 소수력 발전시설이 타당한 것으로 분석되었다. 5개 후보지점에서 설정된 유량지속곡선을 이용하여 발전용량을 산정하고 수차를 선정하였다. 따라서 산정된 발전 용량을 편익비용 분석법과 내부수익률 분석법을 이용하여 경제성분석을 실시하였다. 본 연구에서는 3개의 소수력발전 후보지점(경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 영주시 문수면 권선리, 경상북도 예천군 형호리)이 B/C 비율이 1이상으로 경제성이 있는 것으로 분석되었으나, 설비용량 500kW 이상인 최적 개발후보지는 경상북도 영양군 입암면 후보지점인 것으로 나타났다.

낙동강은 4대강 살리기 사업에 의해 8개의 보(상주보, 낙단보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보)가 하천 내에 건설되고 약 4억톤의 준설이 실시되면서 지형적으로 막대한 변화를 맞이하게 된다. 낙동강은 상류의 안동댐 및 임하댐에서 방류수, 중류의 구미 및 대구 등의 오염원 그리고 하류의 남강에 의한 영향 및 낙동강 하구언에 의한 정체에 의한 영향으로 지역적으로 수질 및 수리 특성이 서로 다르게 나타나고 있다. 낙동강에 건설되는 수중보들 또한 이러한 유입 및 경계 조건에 따라 서로 다른 수질특성을 나타낼 것으로 판단되며 이에 대한 영향을 미리 예측하고 발생 가능한 악영향에 대한 대안을 수립하는 것이 중요하다고 본다. 본 연구에서는 낙동강의 4대강 사업에 의한 지점별 및 시기적 영향을 정확하게 분석하기 위해 3차원 수리동역학 모델 EFDC와 수질모델 WASP을 연계하여 사용하였다. 연구대상지역은 안동댐 방류지점에서 낙동강 하구역까지의 총 334km의 지역을 포함하였으며 하천의 폭 방향, 수심방향 및 흐름방향에 대하여 3차원으로 격자를 구성하여 하천을 표현하였다. 수리 및 수질 보정에 필요 한 입력자료는 국토해양부 및 환경부 등에서 발표 된 자료를 이용하였으며 2007년을 기준으로 모의를 실시하였다. 4대강 살리기 사업에 의한 8개의 보 건설 및 낙동강 전역의 준설의 영향을 예측하여 사업 전 및 사업 후로 각각 구분하여 비교하였으며 사업 후 체류시간의 증가와 준설로 인한 수심증가에 따른 복합적인 원인에 의해 수질에 영향이 미치는 것으로 나타났다. 사업 후 낙동강의 각 수중보 출구 부근 지점에서 예측된 수질 특성은 사업전에 비하여 $BOD_5$는 전반적으로 감소하나, TN 및 TP 는 유사한 특성을 나타내었다. 그러나 Chl-a 농도는 상류와 중류에서는 체류시간의 증가로 증가하는 경향을 나타내었으며 이는 수질이 양호한 상류 지역에서 특히 큰 차이를 나타내는 경향으로 분석되었다. 그러나 낙동강 하구언 지역은 Chl-a 농도가 사업에 의해 약간 감소되는 경향을 나타내어 여타 구간과 다른 경향을 나타내었다. 이는 낙동강 하류의 Chl-a 농도가 이미 매우 높은 상태에서 체류시간에 의한 성장 촉진 보다는 수심증가로 인한 광량제한 효과가 더욱 지배적으로 나타난 것에 의한 영향으로 추정된다.

최근 지방자치단체에서는 농업용 취수보를 이용한 소수력발전에 관심을 가지고 지자체내의 유휴자원인 하천유수를 이용하여 소수력발전을 함으로써 환경친화적인 에너지를 생산하여 석유 등 에너지 수입대체 효과와 전력수요 급증시의 부하평준화에 기여하고자 하고 있다. 이는 정부의 "저탄소 녹색성장의 에너지정책"에 부응하는 것이며, 또한 하천에 소규모 인공호수를 조성함으로써 소수력발전소 인근지역의 경관개선과 관광자원화에 기여함은 물론 농업용수 공급과 하천유지수를 조정하여 안전한 하천으로서 그 기능을 하도록 계획한 것이다. 이와 병행하여 소수력발전소에서 발생한 무공해 청정에너지를 생산함으로써 전 세계적으로 관심이 높아지고 있는 '온실가스 배출 감축' 노력에 동참함으로써 선진형 기후변화 대응체계에 적응할 수 있다. 본 연구에서는 농업용 취수보를 대상으로 소수력 발전시설의 성능분석 기법을 이용하여 소수력발전시설적용 타당성을 조사 분석하였다. 그림 1은 농업용 취수보인 북평보의 유역면적도를 나타내고, 그림 2는 북평보에 소수력발전시설을 적용할 경우의 부하특성을 나타낸다.

관개배수를 수행하는 농업용 수리시설물은 소규모이고 개소수가 많아 효율적으로 관리하기가 어려우며, 넓은 지역에 분포하고 있어 시설 현황의 파악조차 쉽지 않다. 농업용 수리시설물은 점검자가 관리항목을 종이 조사표에 수기로 작성하여 시설상태를 점검하고 있기 때문에 자료의 누락 및 오류, 전산화를 위한 재입력 과정 등에 있어서 어려움이 발생할 수 있다. 이러한 시설물을 효과적으로 관리하기 위해서는 정보망을 구성하여 원격으로 관리하거나, 직접 시설물을 돌아보며 관리해야 한다. 전자의 경우에는 비용이 많이 들기 때문에 적은 수의 관리지점을 제어하는 데는 유리하나, 농업용 수리시설물과 같이 개체수가 많을 경우에는 적용이 어렵다는 단점이 있다. 본 연구에서는 농업용 수리시설 점검 및 관리의 편의성, 효율성을 제고하기 위하여 농업용 수리시설물에 대하여 점검표준코드를 설계하였으며, WSN (Wireless Sensor Network) 기반의 점검기술 (RFID 및 QR코드)을 개발, 현장 적용을 통하여 활용성을 평가하였다. WSN 기술을 바탕으로 빠르고 정확하게 시설물을 인식할 수 있으며, 식별한 시설물의 정보를 바탕으로 현장에서 시설물에 대한 적절한 대응이 가능하도록 설계하였다. 개발한 기술은 대한민국 이동 지구의 시설물을 관리하는 데 직접 이용함으로써 평가하였다. 본 연구는 기존 농업용 수리시설물 점검의 비효율성을 개선하고 시설물 안전 평가 및 현장 이력 관리 등 현장 업무 효율 향상을 통해 농업용 수리시설 관리 및 농업용수 관리에 기여하는 바가 클 것으로 기대된다.

현재 그리고, 미래의 지속가능한 수자원 확보를 위해 수자원 계획 및 관리에 관한 제반 문제는 기술적인 측면과 사회적인 측면에서의 위험요소들에 대한 불확실성이 고려되어야 할 뿐만 아니라 이와 관련된 다양한 집단들의 이해관계도 상호작용하기 때문에 문제해결을 위한 다양한 기준과 내재적 갈등이 상존한다. 이에 본 연구는 농업용저수지의 연계운영 및 관리를 위한 다기준 의사결정시스템 구축을 하고자 하였으며 환경여건, 지형여건, 홍수위험도, 주민호응도, 용수수요량을 고려하여 농업용저수지의 연계운영에서 다수의 의사결정 요소들에 대한 가중치를 산출하였다. 이는 기존의 우선순위에 의한 용수배분이 최하순위의 용도나 지역에서 모든 물 부족분에 대한 위험을 부담하는데 반하여 의사결정 요소들의 상대적 가중치에 의한 용수배분은 전체 용도와 지역의 용수배분에 대한 위험이 분산되므로 보다 합리적인 것으로 판단된다.

안전한 수질의 용수를 안정적으로 공급하기 위해 대단위 농업단지를 중심으로 농업용 관수로 건설이 고려되고 있는 환경에서 보다 경제적으로 관수로를 건설하기 위한 연구가 수행되었다. 관수로의 최적 관경설계는 전통적으로 비선형성을 고려하여야 하므로 수리학적 해석모형과 추계학적 탐색기법을 이용한 연구가 수행되었다. 그러나 본 연구에서는 비선형성을 가진 최적 관경시스템의 선형화를 시도한 후, 농지이용에 따른 대표작물에 대한 설계용수량을 사용한 농업용 관수로 관경 최적화를 시도하였다. 제안된 모형을 이용하여 농지의 크기, 작물의 형태, 동수경사선의 기울기에 따라 적합한 관경을 산정하였으며, 그 결과를 이용한 설계 표준화를 시도하였다. 표준화된 설계지침을 이용하면 향후 보다 편리하게 농업용 관수로를 설계할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 실제 관수로에의 적용성을 입증하기 위해 실제 건설되는 농업단지의 설계에 제안된 모형을 이용하고, 시행착오법으로 산정된 결과와 비교하여 그 경제성을 입증하였다.

유역 특히 상습침수지구의 통합관리는 유역이라는 한정된 범위 내에서 물에 영향을 미치거나 물에 의하여 영향을 받는 모든 인간 활동과 자연현상을 통합적으로 고려하는 것이다. 이러한 관점에서 유역관리는 유역 차원에서 물을 경제적이고 공평하게 관리하고 분배하여 수자원에 대한 장기적이고 지속가능한 해결방안을 마련하는 것이다. 여기에는 정부, 시민사회 및 기업 행위자가 사회경제적 개발목표와 정책형성, 집행계획을 수립하는 것으로부터 시작된다. 유역관리를 위한 의사결정들은 행위자들과의 영향으로 수정되며, 이런 과정에서 토지와 수자원에서 분쟁이 발생하며, 수자원 관리자는 자연현상, 물 사용, 재정적, 인적자원 및 외부적인 요인으로 인해 목적을 달성하는데 부합하지 않을 수도 있다. 효과적인 유역관리를 위해서는 제약조건하에서 수자원 관리자가 의사결정에 정보를 주고 주요 행위자들과 협력을 통해서 이루어 질 수 있다. 본 논문에서는 유역관리를 위한 의사결정을 행위자기반모형(Agent based Model, ABM)으로 이해하고자 하며, ABM은 유역관리의 이해당사자간의 정책과정을 도출하고 다양한 유역관리 대안을 평가하고 유역관리의 영향을 설명하는 모델이다. 본 모형은 관측자료를 통해 상향식 접근법으로 가능한 많은 세부사항을 모의할 수 있다. 분석과정은 자료의 수집, 모델 확립, 모델의 개발, 통계자료 수집 및 모델의 결과와 실제 시스템의 보충된 관측자료를 비교하는 검증 순으로 진행되며, 본 모델에서의 행위자는 과거의 행동으로부터 주위 환경의 반응하는 패턴을 확인하고 개발하며, 이러한 패턴은 정책들을 구별하기 위해서 이용되며, 이러한 과정에서 강화학습이 이루어진다. 이를 통해 행위자의 익숙한 방식의 합리적인 행동과 정책들의 상관관계를 평가할 수 있으며, 강화학습을 통해 실제적인 통계적인 모델이 가능하다.

5대 주요 수계의 소수력자원에 대하여 연구를 수행하였고, 하천의 유량지속특성을 예측할 수 있는 모델이 개발되었으며, 이를 이용하면 강우사상으로 야기되는 유입량의 변화에 대한 분석이 가능하다. 또한 소수력발전소의 성능을 예측할 수 있는 모델도 개발되었다. 안동댐에서 측정된 월유입량 자료를 분석하였으며,. 본 연구를 통해 개발된 모델을 이용하여 예측한 결과는 안동댐에서 오랜기간 동안 측정된 결과와 거의 일치되는 것으로 나타났다. 이는 개발된 모델들이 소수력발전입지의 이용가능한 잠재량과 기술적 잠재량을 예측하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 본 모델들을 이용하여 수계별로 소수력발전입지에 대한 수문학적 성능을 분석하였다. 분석결과 소수력발전 입지의 수문학적 성능특성은 수계별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 특히 북한강과 낙동강수계에 위치한 소수력발전입지의 비설계유량과 비출력량은 다른 수계들 보다 차이가 큰 것으로 나타났다. 그림 1은 수계별 비설계유량에 따른 비출력량의 변화를 나타낸다.

국내 기후 특성상 하절기에 집중되는 강우로 인해 댐의 건설이 홍수조절, 용수확보 및 전력생산 등의 목적에 있어서 불가피하다. 이와 같은 저수지와 하류하천은 댐 수문 개폐에 따른 흐름변화로 인하여 수체의 거동 및 수질 변화가 발생하며, 일반적인 하천과는 다른 특성을 지니게 된다. 또한 수심이 깊은 저수지의 경우에는 흐름 방향과 더불어 수심 방향의 특성도 중요하며, 수리 및 수질 모형의 연계를 통한 3차원적인 해석을 필요로 한다. 본 연구 대상인 도암댐은 송천유역에 위치하며, 1989년에 유역변경을 통한 발전용 댐으로 건설되었으나 방류수에 영향을 받는 남대천의 수질이 악화되면서 운영이 중단되었고, 이후 댐 방류수는 그대로 송천으로 흘러 보냄으로써 송천 하류부의 수질에 악영향을 미치고 있는 실정이다. 따라서 하천과 하천 사이 호소가 포함된 유역 단위를 통합적으로 관리할 수 있는 시스템 구축이 필요하다. 본 연구에서는 도암댐 유역의 통합탁수관리시스템을 구축하기 위하여 유역모형과 호소모형을 연계하였으며, 호소내 흐름은 수평방향 뿐만 아니라 수심방향을 통합적으로 해석하기 위해 수리모형과 수질모형을 연계하였다. 또한 호소에 적합한 모형을 선정하고, 호소를 포함한 유역의 영향을 파악해보기 위해 소유역 단위의 모의를 하고자 하였다. 크게 상류유역과 호소 구간으로 나누어 상류유역은 유역모형인 SWAT을 이용하고, 이 결과를 호소 부분의 유입 경계조건으로 적용하여 호소의 수리 및 수질모형인 EFDC-WASP의 연계를 통해 통합수질관리시스템을 구축하였고, 현장 조사결과를 이용하여 시스템의 적합성에 대해 검토하였다.

최적 저수지운영을 위한 운영률 도출이나 강우-유출 및 수질 모형의 매개변수 추정 문제처럼 비선형적이고 추정해야할 변수의 수가 많은 경우, 수학적으로 모형화하기에 너무 복잡해서 선형계획법, 비선형계획법, 동적계획법 등을 사용하여 최적해를 구할 수 없는 경우도 있다. 이러한 문제에 대해서는 구조적 진화를 통해 최적해를 구하는 방법들이 사용된다. 일반적으로 미지수의 개수가 많아지면 전역최적해를 찾기가 어려워진다. 전역최적해를 찾는 여러 가지 방법들이 수자원 분야에서는 강우-유출모형의 매개변수를 추정하는데 많이 사용되고 있으며, 특히 유전자 알고리즘, SCE-UA 알고리즘 등 전역최적해를 찾는 메타휴리스틱 방법이 많이 사용되고 있다. 전역최적화 방법을 개발하는 연구자들은 최적화방법의 성능을 평가하기 위해 다양한 검사함수(test function)를 만들어 성능을 평가하고 있다. 본 연구에 사용한 검사함수는 Mishra의 연구(2006a, 2006b)에서 사용한 중요하고 복잡한 검사함수이다. 유전자 알고리즘, SCE-UA 알고리즘, DDS 알고리즘을 검사함수 중 전역해를 찾기 어려운 2 차원 함수 2 가지, 다차원 함수 4 가지 함수에 적용하여 각각의 탐색 성능을 평가하였다. 2차원 함수인 Bukin 함수에 대해서는 모든 최적화 방법이 전역최적해를 찾을 수 없었지만, 유전자 알고리즘이 가장 전역최적해에 가까웠고 다음으로 DDS 알고리즘 순서였다. 지역수렴 영역이 많을 것으로 판단되는 10, 30, 50 차원 Michalewicz 함수에 대해서는 DDS 알고리즘으로 구한 최적해가 전역최적해와 매우 근접하였고 다음으로 SCE-UA 알고리즘, 유전자 알고리즘 순이었다. 지역수렴 영역이 상대적으로 다른 함수보다 넓은 10 차원 Schwefel 함수에 대해서는 DDS 알고리즘으로 구한 최적해가 전역최적해와 거의 근접하였고 유전자 알고리즘과 SCE-UA 알고리즘은 매우 큰 편차를 보였다. 40, 80 차원 Schwefel 함수에 대해서는 3 가지 알고리즘 모두 전역최적해와 편차를 보였지만 DDS 알고리즘에 의한 최적해와 다른 두 알고리즘에 의한 최적해는 1 오더(order) 정도의 차이가 났다. 지역수렴 영역이 큰 Michalewicz 함수와 Schwefel 함수에 대한 결과는 매우 흡사한 결과이다. 이상과 같은 결과로, 유전자 알고리즘은 매개변수의 수가 적을 경우 우수한 탐색성능을 가졌으며, SCE-UA 알고리즘은 Griewank, Rastrigin 함수와 같은 형태인 경우 우수한 성능을 보였다. DDS 알고리즘은 전체적으로 우수한 탐색 능력을 가진 것으로 판단된다. 그러므로 수위구간 영역별 저수지운영률 도출을 위한 적절한 최적화방법으로 DDS 알고리즘을 선정하였다.

에너지 자원이 절대 부족하여 에너지 해외의존도가 97% 이상인 우리 나라의 입장에서는 에너지 해외의존도를 경감시키고 에너지를 안정시키기 위하여 국내의 부존에너지를 최대한 활용하는 것이 매우 중요하다. 또한 지구온난화에 대처하는 범세계적인 규제에 대비하기 위하여, 청정한 에너지를 적극 개발하여 에너지자립도를 향상시켜야 한다. 소수력 자원은 다른 대체에너지원에 비하여 에너지밀도가 매우 크기 때문에 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가되고 있다. 본 연구에서는 지리정보시스템을 통해 소수력자원에 대한 정보제공과 함께 소수력 자원지도구축을 목표로 하고 있다. 이를 위해 소수력 지리정보시스템을 구축하였으며, 국내 840개 표준유역의 소수력자원량을 산정하였다. 그림 1은 표준유역의 소수력 연간발전가능량 주제도를 나타낸다.

지난 수년간 사회 문화적 인식 변화 및 정치 경제적 여건 변화와 함께 치수사업이나 정책의 원할한 추진을 위한 갈등의 예방과 조정, 해결이 매우 중요한 이슈로 대두되고 있다. 하지만 기존의 일방적이고 획일적인 추진방법과 여러 가지 원인들로 인해 환경단체나 그 지역의 이해당사자와의 마찰이 불가피해졌으며 이러한 갈등을 완화하거나 조율할 수 있는 제도 및 정책적인 방법은 이미 한계를 드러내고 있다. 이에 본 연구에서는 이해당사자들의 참여와 충분한 협의를 통해 해결책을 도모할 수 있는 객체지향적인 소프트웨어를 개발함에 있다. 다양하고 광범위한 갈등 발생 요인을 모두 고려하기란 실질적으로 많은 어려움과 전문성 및 복잡성을 가지고 있으며, 또한 공영시각모형은 이해당사자간의 의견을 신속하게 수렴하여 결과를 제시할 수 있어야 하며 다양성을 고려할 수 있도록 유동적이어야 함을 감안할 경우 어느 정도 범위를 가질 수밖에 없는 한계를 가지고 있다. 따라서 댐 건설과 같은 대형 치수사업이 수행되는 경우 이해당사자의 참여와 정보공개 추진절차 등에 대해 투명성을 확보할 수 있는 행정적인 요인과 기술(공학)으로는 홍수저감효과, 경제적 요인에서는 사업의 효과성과 타당성을 개략적으로 도출하여 제시함으로써 위의 3가지 갈등 발생요인을 갈등 조정 목표로 설정하고 본 논문에서는 댐 건설시 이수와 치수분야에 있어 이수용량 산정에 대한 모형을 구축하였다.

IT기술의 발달과 함께 최근 유비쿼터스 패러다임이 등장함에 따라 수자원분야의 정보화 환경이 변화하여야 한다는 논의가 활발하다. 빈번하게 발생하고 있는 자연재해에 있어서 주요 치수시설물의 안전모니터링은 새로운 기술의 적극적인 도입과 개발이 필수적이다. 또한 지속적인 수자원 관리 및 활용 고도화를 위해서도 정보화 경쟁력을 제고하고, 높아지는 사용자의 서비스 요구수준을 충족시켜야할 필요가 있다. 본 연구는 제방 및 보(수문)의 안전모니터링 선진화를 위해 다음과 같은 과정으로 연구하였다. 주요 치수시설물의 안전모니터링 요소를 분석하기 위해 붕괴원인 유형에 따른 주요 모니터링 취약성 인자를 도출한다. 취약성 인자 중 제방의 경우 침투, 침식, 월류, 구조물에 의한 붕괴 등에 의한 유형과 보(수문)의 경우 전도, 활동, 부유 등 다양한 관련 붕괴 현상을 검토하여 각각의 발생된 인자 특성별 모니터링이 가능하도록 최적 센서를 도출한다. 이러한 일련의 과정은 과거의 계측기를 통하거나 육안 및 수동적인 모니터링에서 벗어나, IT기술의 통신분야와 융합한 무선센서네트워크를 적용하여 경제성, 효율성, 현실성을 가지는 치수시설물의 모니터링이 가능하도록 하였다. 향후 이러한 USN(Ubiquitous Sensor Network) 등 유비쿼터스의 융합과 IT기술을 활용한 치수시설물 안전모니터링 선진화를 통해 홍수방어 및 관리시스템 구축에 활용되어 인명 및 재산피해를 절감하고 기술수준을 향상시킴으로서 홍수 재해로부터 안전한 국토 건설 및 국민의 삶의 질을 향상시킬 것이다. 또한, 국가 홍수관리 시스템 구축, 치수능력증대, 장래유역단위 통합홍수방어 및 관리기술 개발에 기여할 것으로 판단된다.

2000년대 들어 가장 이슈화된 용어는 수십년 이상 사용해오고 있는 기상이변, 기후변화일 것이다. 이는 지구 온난화, 온실효과 등으로 인한 이산화탄소의 증가, 오존층 파괴, 해수온도 상승 등이 주요한 원인일 것이다. 수문학적 측면에서는 짧은 강우지속기간 동안 큰 강우강도를 갖는 집중 호우 및 국지성 호우와 해수온도 상승으로 강력한 규모의 태풍발생, 태풍지속기간을 연장하는 현상이 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 극한 강우 발생사상으로 인해 홍수발생 위험요소가 증대하고, 홍수피해 규모가 커지고 있으며, 따라서 그동안 수립해오던 치수대책 방안에 기상변화, 홍수 피해 규모 증대 등을 고려해야 한다. 또한, 치수대책 수립의 적절한 판단기준을 수문학적 측면뿐만 아니라 사회, 경제적 요소를 고려하여 수립함으로써 정책 입안자나 설계자가 객관적인 지표를 통해 적절한 치수대책을 수립해야 할 것이다. 기존 인명손실 관련 연구결과 외에 다양한 국내 통계자료를 이용하여 직접피해액 산정이 가능하다. 본 연구는 치수대책 평가시스템 구축 연구의 한 부분으로 5개년으로 계획되어 있다. 연구 목표 : 통계자료를 이용한 직접피해액 산정 1. 지역별 다양한 자산 산정 - 건축물 자료 조사 - 내구재 및 농작물 등의 자료 조사 2. 자산별 피해율 산정 조사 - 건축물 자산의 피해율 조사 - 내구재 및 농작물 등의 침수심에 따른 피해율 조사

우리나라 수자원이용량의 47%를 차지하고 있는 농업용수는 공사관리지역(64%)와 지자체관리 지역(36%)으로 이원화 되어 있고, 공사관리지역은 2000년 이전 103개 농지개량조합이 개별적으로 관리하다가, 2000년 이후 농업용수의 효율적 관리를 위하여 2000년에 3개기관(농지개량조합, 농지 개량조합연합회, 농어촌진흥공사)이 통합하여 현재 한국농어촌공사가 되었다. 2000년 이전 103개 조합에서 저수지, 양배수장 등 수리시설물과 용배수로 등 평야부 시설물에 대한 각종 정보가 통합적으로 관리가 되지 못하였고, 매년 발간되는 농업생산기반정비사업 통계연보를 통해서 체계적인 관리가 되어왔다. 2000년 이후 통합 공사가 출범하면서 전국단위의 종합적이고 체계적인 정보관리가 가능해졌으나, 농업용수 정보(자료)가 개별 조합별로 산재되어 있고 전산화 되어 있지 못하였으며, 시설물의 설치년도가 오래된 경우 자료자체가 존재하지 않은 경우가 많이 있고, 소규모 시설의 경우 정보(자료)관리의 필요성에 대한 효용성에 대한 인식이 낮으므로 하여 농업용수관리 정보화에 많은 어려움이 있었다. 또한 기초적인 정보(자료)관리 구축이 되지 못한 상황에서 개별 시설물 또는 수계별로 이 치수관리를 위한 의사결정 지원시스템 구축에도 많은 어려움이 발생하였다. 이는 공사 내부 뿐만 아니라 외부의 우려와 비판이기도 하였다. 이러한 어려운 여건에도 불구하고, 우선 지난 10년 동안 농업용수관리의 기초적인 정보(자료) 관리 구축을 실시하여 수원공과 평야부 시설에 대한 정보구축을 실시하였고, 각 사업별로 RIMS, RAWRIS, TIMS, 지하수넷, UIRRI, 4대강상황실 등의 정보화 시스템을 구축하였다. Post 4대강, 유역통합관리 등 수자원환경의 내외적인 여건변화에 맞춰, 2010년 부터 개별 시스템에 대한 통합 농업용수관리 정보시스템 구축을 위한 마스터플랜을 수립하고 있고, 금번 마스터 플랜수립결과를 바탕으로 실질적인 시스템 구축을 완료하게 되면 명실상부한 농업용수분야의 최상위 시스템으로 자리매김 될 것이다.

우리나라의 물관련 정보는 국토해양부 및 관련 기관에서 구축 및 운영, 개발 중에 있다. 이러한 시스템들은 치수, 이수, 환경 및 생태분야에 다양한 정보를 제공하고 있으나 제방에 관련된 다양하고 구체적인 정보를 획득하지 못하며, 시스템 DB간의 상호 연계가 어려운 실정이다. 따라서 제방에 대한 DB관리 및 향후 제방의 안전모니터링을 위해 정확하고 다양한 제방관련 DB구축이 요구된다. 이러한 제방관련 DB구축을 위한 과정은 다음과 같다. 제방제원 및 관리정보의 DB구축을 위하여 국내에서 수행하고 있는 사업인 하천일람의 "하천이력관리체계", 유역조사사업의 "WAMIS", 하천정보를 제공하고 있는 "RIMGIS"의 관련 자료를 분석한다. 기구축된 시스템과의 연계를 고려하여 물관리정보 표준과 RIMGIS 관련코드를 적용한 도형 및 속성 정보의 테이블 설계를 수행하며, 기구축된 시스템의 제방관련 수집자료 DB 및 관련 항목을 추가함으로써 제방제원 및 관리정보의 DB를 구축하도록 한다. 또한 향후 제방의 안전모니터링을 위한 관련항목을 포함하여 제방 유지 및 보수에 활용될 수 있도록 한다. 제방관련 DB구축은 치수시설물 안전모니터링의 기초를 마련하여 홍수방어 및 관리시스템 구축에 활용되어 인명 및 재산피해를 절감하고 기술수준을 향상시킴으로서 홍수 재해로부터 안전한 국토 건설 및 국민의 삶의 질을 향상시킬 것이다. 이러한 제방관련 DB구축은 기구축된 시스템과 연계하여 국가 홍수관리 시스템 구축, 치수능력증대, 장래유역단위 통합홍수방어 및 관리기술 개발에 기여할 것으로 판단된다.

필요한 수자원을 추가확보하기 위한 댐 건설이 갈수록 어려워짐에 따라 이미 건설된 댐을 최대한 활용하는 과학적 저수지운영 방안이 필요하다. 또한 댐운영자가 쉽게 실무에 적용할 수 있는 방법이어야 한다. 본 연구의 목적은 댐관리자가 이해하기 쉽고 사용하기 쉬운 장기 저수지운영 방안을 개발하고자 하는 것이다. 수위구간별 저수지운영을 위한 운영률을 구성하고 이에 따른 순단위 저수지운영 모형을 구축하였다. 다변량 추계학적 모의발생기법을 사용하여 댐 유입량을 모의 발생하였다. 저수지운영의 수위구간을 결정하기 위한 최적화 방법으로 메타휴리스틱 방법으로 차원변화 탐색기법을 선정하였다. 안동댐의 단독운영을 위한 수위구간별 저수지운영률을 도출하여 저수지 모의운영을 수행하고 기존의 운영실적과 모의결과를 저수지운영 평가기준에 따라 비교하여 평가하였다. 안동댐의 단독운영 결과 모의된 저수위는 실적 저수위보다 전반적으로 높게 유지되었고, 모의 발전량이 실적 발전량보다 평균적으로 높음을 볼 수 있었다. 안동댐의 실적 발전량 평균값은 124.81 GWh이며, 모의결과의 발전량은 131.01 GWh이었다. 모의 발전량이 전반적으로 높은 이유는 방류량이 적은 상황에서 저수위를 높게 유지하여 발전효율을 높게 한 것이 주된 이유라고 사료된다. 안동댐의 실적과 모의 결과를 3 가지 저수지운영 평가기준으로 평가한 결과, 실패한 횟수는 실적이 554 회, 모의결과는 426 회이었다. 또한 2 순 연속하여 실패가 발생한 횟수는 각각 71회, 48 회이었고, 최대 연속 실패는 각각 52 순, 51 순이었다. 또한 총운영 기간에 대한 성공 횟수의 비율을 나타내는 신뢰도는 실적은 0.53, 모의된 결과는 0.64로 약 9 %의 차이를 보였다. 취약도는 실적이 $12.69\times10^6\;m^3$, 모의된 결과가 $5.14\times10^6\;m^3$로 $7.55\times10^6\;m^3$의 차이를 보였다. 회복도는 실적이 0.21, 모의 결과가 0.13으로 모의결과가 0.08 낮은 것으로 나타났다. 도출된 장기 저수지운영률을 안동댐의 단독운영에 적용한 결과 실적보다 본 연구에서 개발한 방법론에 의한 모의운영이 공급량, 발전량, 저수지 운영평가 통계량에서 나은 결과를 보였다.

기후변화로 인한 수문사상의 특성이 급격하게 변동되는 것은 이미 많은 연구로 인해 밝혀졌다. 이중, 강우사상의 경우 연강우량의 증가에도 불구하고, 일최대강우량 또는 강우강도나 강우집중률이 비교적 더 크게 증가하면서 직접유출 부분이 증가하고 침투량이 감소하면서, 즉 총강우의 유역출구로 나가는 부분이 증가하면서, 갈수기의 지하 및 하천수위는 예년에 비해 더욱 하강하고 있는 실정이 국가지하수관측망이나 하천수위 자료로서 관측되고 있다. 이는 지하수위의 변동특성이 강우패턴의 변화로 인해 분명히 영향을 받고 있다는 사실을 자료로서 입증하고 있다고 할 수 있다. 본 연구는 국가지하수 관측망 중 낙동강유역에 위치한 관측소를 대상으로 관측자료를 검토한 결과 총 43개의 관측소를 선정하여 암반층 36개, 충적층 19개로 관측정별 자료 수집을 하였으며, 연최대, 연평균, 연최저 지하수위에 대한 경향성 및 유의성 검정을 실시하였다. 유의성 검정은 t-test를 실시하였다. 연 평균지하수위를 기준으로 암반층은 27개 관측소가 하강하였고, 이 중 유의수준 5% 이내에 유의하며 하강하는 지점은 9개로 나타났다. 충적층은 16개 관측소가 하강하는 경향을 나타냈으며, 이 중 12개 관측소가 유의수준 5% 이내에 유의하는 것으로 나타났다. 지하수위의 하강하는 경향성이 뚜렷한 지역은 지하수의 고갈과 함께 인근하천의 건천화 그리고 지반침하나 해안지방인 경우는 염수침입이 일어날 가능성이 큰 지역이므로 향후 이에 대한 대책이 세워져야 할 것이다.

도시지역은 수자원 공급의 문제를 해결하기 위해서 많은 노력이 이루어지고 있으나 최근 기상 이변과 같은 문제점들로 인하여 용수 공급이 안정적이지 못한 실정이다. 기후적 영향을 적게 받는 지하수의 경우는 비교적 지속적이고 안정적인 수자원으로 많이 이용되고 있으나 이 또한 관리적인 측면의 여러 가지 문제점으로 인하여 어려움을 겪고 있다. 특히 도시지역은 지하수이용량이 많아 지하수개발에 대한 명확한 체계가 이루어지지 않으면 과잉양수로 인한 지하수위 저하로 용수부족, 지하수질 악화 등과 같은 지하수 재해를 일으킬 수 있으며 해안지역일 경우 해수침투로 인하여 그 피해가 광범위하고 장기간으로 확산될 수 있다. 따라서 지하수의 개발 및 관리를 위해서는 지하수 유동에 대한 분석이 이루어져야 효율적인 지하수 이용이 가능하다. 도시지역 지하수 유동의 경우 지하수함양과 지하수유출뿐만 아니라 지속적으로 변화하는 요소들인 지하수이용량, 상하수도 누수량, 지하철로 인한 유출량 등과 같은 도시화 요소들도 고려하여야 한다. 그러나 이러한 요소들을 명확하게 규명하는 것은 매우 어렵다. 지하수자원의 개발 이용 및 관리가 가장 절실히 필요한 곳이 도시지역이라는 점을 감안하면 지하수 유동 분석에 관한 연구는 반드시 필요하며 수문계측 기술의 향상과 관련 분야에 대한 지속적인 연구들도 함께 이루어져서 해석의 정확도가 높아져야만 원활한 수자원 공급과 효율적인 체계 관리가 가능할 것이다. 본 연구에서는 도시지역의 지하수유동특성을 살펴보기 위하여 부산광역시 수영구를 대상으로 도시화 요소를 고려한 지하수 모델링을 통하여 지하수 유동을 분석하였다. 정상상태 지하수 유동 모의를 실시한 결과 지하수위는 산지가 분포하고 있는 북서쪽으로 갈수 록 높아지고 수영강과 남해쪽으로 갈수록 낮아지며 지하수 유동도 내륙에서 수영강 및 남해로 유출되고 있는 모습을 나타내었다. 도시화 요소를 고려한 비정상상태 지하수 유동 모의 결과 수영강 및 남해에서 내륙으로 지하수가 유입되는 형태를 나타내고 있었다. 지하수위 또한 내륙으로 갈수록 낮아지는 형상을 나타내고 있었으며 대량의 양수량의 관정이 위치하는 수영로타리 일대와 광안동 지역, 지하철유출량이 많은 망미역 부근, 전력구 터널 공사로 인한 지하수 유출량이 있는 일부지역에서는 급격하게 지하수위가 낮아지는 것을 알 수 있었다.

진천지역의 지하수 유동체계를 분석하기 위해 진천지역 내 530개 공의 지하수위를 1년간 관측하였다. 이중 360개 공에서는 분기별로 한번씩 총 4회, 130개 공에서는 월1회씩 총 12회 지하수위를 관측하였으며, 40개 공에 대해서는 1시간 간격으로 자동관측을 실시하였다. 관측결과를 수집하여 지하수위의 변동특성, 지하수위 분포, 지하수 심도분포 등을 실시하였으며, 이와 같은 지하수위 분석 결과를 바탕으로 지하수 유동체계를 분석하였다. 조사지역의 평수기 지하수위 분포에 대해 수리학적인 접근법(hydraulic approach) 및 동수역학적 접근법(hydrodynamic approach)에 근거하여 수리수두(hydraulic head) 및 전수두(total head)를 분석하여 2차원 및 3차원 수리경사도를 작성하였다. 이러한 지하수위 분포에 따른 분석 성과와 지형 및 수문지질을 고려하여 함양 및 배출지역을 분류하였으며, 이와 함께 기분석된 지하수위 등고선에 따른 유선망도를 작성하였다. 지하수는 지하수위의 표고 및 압력에 따른 위치 에너지 차에 의하여 대수층 매질을 통하여 유동하며 수두가 높은 곳에서 낮은 곳으로 일정한 수리경사를 갖고 지하수 등수위선에 연직 방향으로 형성된 유선을 따라 이동한다. 따라서 지하수의 유동방향은 지하수 수리경사 분석이 이루어진 8개 방향의 지하수위 경사 중 최대경사를 갖는 방향으로 지하수 유동이 발생하므로, 이를 지하수위 유동방향으로 결정하였다. 이와 같이 분류된 지하수 함양 중간 및 배출 지역과 지하수의 함양과 배출의 양적인 측면에 서 유동체계의 규모를 고려하여 조사 지역을 8단계로 구분하였다. 또한 조사지역의 지하수 유동체계를 종합적으로 규명하기 위하여 기 분석한 조사지역의 지하수위 등고선, 지하수위 등심도선, 지하수 수리경사, 지하수 유동방향 및 지하수 함양-배출체계와 지형기복, 그리고 주요 하천 등의 제반 요소를 중첩 분석하여 종합적으로 규명하고, 그 결과를 지하수 유동체계도로 작성하였다. 지하수 유동체계 분석결과는 수문지질 평가와 오염취약성 평가 및 지하수 관리 방안 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

효율적인 지하수 관리를 위해서는 시공간적인 변동성을 고려한 지하수 함양률의 정량적 산정이 필수적이다. 본 연구에서는 지표수-지하수 연동해석이 가능하며 토지이용 특성과 국내 토양특성을 가장 잘 표현할 수 있는 한국형 장기 유출 모형 SWAT-K를 이용하여 진천지역의 분포형 지하수 함양량을 산정하였다. 행정경계와 수자원단위지도에서 제시하는 표준단위유역을 기준으로 하여 진천군을 포함하는 미호천유역을 SWAT-K 구동을 위한 모델영역으로 설정하여 주하도를 따라 34개의 소유역으로 구분하였다. SWAT-K를 구동하기 위해서는 기상 및 수문자료를 구축해야 하는데 강우량을 비롯하여 기온, 풍속, 일사량, 상대습도 등의 기상자료가 요구된다. 본 연구에서는 대상유역 내에 위치한 청주, 충주, 대전, 이천, 보은, 천안 기상관측소의 자료를 이용하여 기상자료를 구축하였으며, 모형의 계산시간, 모형결과의 정확도 등을 판단하여 30m 공간해상도를 가지는 DEM을 300m 공간 해상도로 가공하여 사용하였다. 토지이용도는 모의시 다양한 토지이용상태를 반영할 수 있도록 중분류(1:25,000) 토지이용도를 사용하였다. 토양도는 국립농업과학원에서 토양도 전산화 사업을 통해 구축된 1:25,000 축척의 정밀토양도를 사용하였다. SWAT-K를 이용하여 진천군을 포함한 미호천 전체유역에 대해 지표수-지하수 통합 물수지 분석 결과(2004년~2009년) 연평균 강수량 대비 유출률은 66.6%, 증발산률은 34.6%, 함양률은 20.8%로 나타났다. 지표수 유출과정과 지하수위 변동을 동시에 고려하여 산정한 소유역별 연간 함양량 결과를 산정하였고, 총 34개의 소유역별 연간 지하수 함양량을 제시하였다. 또한 SWAT-K 모형을 이용한 모델 영역중 진천군에 속하는 행정구역별, 표준권역별 연평균 함양량을 산출하였으며, 그 분석 결과 진천군 평균 함양률은 20.5%로 산정되었다.

복단면 하도는 홍수소통을 위한 상부 하도와 생태계 서식처 강화와 유사이송능력 개선, 경제적인 유지유량의 확보 등을 도모하는 자연적인 저수로 하도로 구성된다. 그러므로 갈수기와 홍수기의 유량차가 큰 하천에서, 복단면 하도는 하천 공학, 환경 생태 관점에서 다양한 이점을 제공한다. 그러나 복단면 하도에서의 흐름저항, 조도계수, 통수능, 수위-유량관계, 횡방향 유속분포, 그리고 하상전단응력 분포는 단단면 하도와 상이하며, 중요한 차이점은 주수로부와 홍수터부 사이의 유속차로 인하여 발생하는 활발한 운동량 교환에 의해 추가적인 전단층이 생성되는 점이다. 주수로와 홍수터 사이에서 발생된 경계전단력(Apparent Shear Force, ASF)은 하천의 전반적인 통수능을 감소시켜 홍수의 하도내 저류효과를 증가시킬 수도 있다. 또한 주수로 및 홍수터가 분담할 수 있는 유량은 경계전단력에 민감하기 때문에, 홍수터에 수목 식재, 구조물 설치 등을 계획할 경우 정량적인 항력저항의 산정을 위하여 매우 중요하다. 현재까지 복단면에서 발생하는 경계전단응력을 추정하는 다양한 방법들이 개발되었으며, 각각의 방법으로 부터 경계전단력을 정량적으로 예측할 수 있다. 그러나 대부분의 방법이 실험에 근거한 경험적 방법이므로 각 식의 개발에 사용된 자료에만 적합할 수 있는 한계가 있으며, 균일한 수로의 기하학적 변수(전단면과 주수로의 하폭비, 홍수터와 주수로의 수심비, 홍수터와 주수로의 조도비, 주수로의 하폭대 수심비 등)에 의한 식으로 구성되어 수치모형에서 직접 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 복단면 경계전단력 산정을 위하여 개발된 다양한 연구결과들을 비교 검토하고, 기존문헌 또는 웹상에서 가용한 수리실험 자료들을 이용하여 각 방법에서 계산된 유량과 실측 유량을 비교함으로써 각 방법이 지닌 한계를 분석하였다. 본 연구에서 검토된 5가지 방법은 Knight and Demetriou (1983)(이하 KD), Wormleaton and Merret (1990)(이하 WM), Cristodoulou (1992), Bousmar and Zech(1999) (이하 BZ) 그리고 Moreta and Martin-Vide (2010)(이하 MM)이다. BZ 방법을 제외하고 나머지 방법들은 전체 유량의 비교에서 5% 이내의 오차를 나타내었다. 그러나 나머지 4가지 방법 중 주수로부 유속의 비교에 있어서는 소규모 수로 실험자료만 이용한 KD 방법이 5% 이상의 오차를 나타내어 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 비교적 단순한 형태의 Cristodoulou (1992) 방법이 적용하고자 하는 수로의 규모와 무관하게 복단면 유량예측에 적합할 것으로 판단된다.

우리나라 주요 수자원인 댐 저수지는 여름철 성층현상으로 인해 많은 수질문제가 발생하여 산기식 수중폭기장치를 설치하고 있다. 그러나 산기식 수중폭기장치의 설계인자들은 대부분 lab-scale의 실험연구를 통해 검토되고 설계에 반영되고 있어 실제 댐 저수지에 적용하기 위해서는 현장적용성을 고려하여 개선될 필요가 있다. 따라서 본 연구는 실제 댐 저수지의 현장조건을 고려하여 CFD 모의실험을 통해 산기식 수중폭기장치의 설계인자인 무차원변수 DN (Destratification Number)과 탈성층 영향반경 및 효율을 검토하였다. 그 결과 현장조건에서의 DN값은 lab-scale 실험조건보다 더 넓은 범위를 가지며, 단위수심당 탈성층 영향반경은 DN값이 증가할수록 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 탈성층 효율은 DN값이 증가할수록 선형적으로 증가하다가 증가율이 감소하면서 일정해지는 것으로 분석되었다.

2005년에 복원된 청계천은 6년의 시간이 지난 지금 우리나라를 대표하는 도심하천으로 문화 예술의 중심지로 각광을 받고 있다. 청계천 복원 당시 최근 수문자료를 이용한 안정적 설계가 이루어졌고, 양안관거 특성을 고려하여 내수침수의 영향을 감소시키고자 관거내 홍수량을 청계천 주하도에 배제하는 방식이 채택되었다. 하지만 관거에서 발생되는 초기 월류수로 인한 오염물질의 유입 및 돌발강우 시 청계천 내부의 어류 피해 등 수문 운영으로 인한 피해가 빈번하게 발생되었고, 이런 문제를 해결하고자 각 수문에 초기오염원 유입의 저감 방안으로 물막이판이 설치되었다. 현재 각 수문에 설치되어 있는 물막이판의 경우 규모의 적정성 및 최적위치에 대한 수리분석이 수행되지 않았고 그에따른 청계천 주수로 및 관거내부 흐름특성변화를 예측하기 어려운 것이 사실이다. 이에 본 연구에서는 현재 청계천에 설치되어 있는 물팍이판에 따른 관거 내부 홍수위 및 흐름장 변화 등 수리특성을 분석하여 물막이판 설치로 인해 발생될 수 있는 문제점을 파악하고 해결방안을 수립하고자 한다.

일반적으로 식생흐름의 층 적분 모형은 층의 수에 따라 2층 및 3층 모형으로 구분한다. 즉, 전체 수심을 식생영역과 상부영역으로 구분하는 2층 모형과 식생영역을 바닥 조도의 영향 유무에 따라 내부 및 외부 식생영역으로 구분하는 3층 모형으로 나뉜다. 본 연구에 사용된 수리실험 자료는 기존의 연세대학교에서 수행한 실험결과를 이용하여 각 모형의 정확성을 예측해 보았다. 다양한 실험조건에 적용한 결과, 3층 모형이 식생영역에서 유속의 변화를 고려할 수 있지만 레이놀즈응력의 영향에 민감하고, 적분된 유속은 2층 모형에 의한 예측 결과가 더욱 정확하였다. 3층 모형에서는 내부 식생영역의 결과는 전체흐름구조에 미미한 영향을 미치므로 무시할 수 있으며, 이를 바탕으로 식생영역에서 유속 변화가 고려되는 수정 2층 모형을 제시하였다. 본 연구를 통하여 기존의 2층 모형과 3층 모형의 장점을 취합하여 수정된 2층 모형의 방정식을 바탕으로 모형의 정확성을 평가하기 위하여 2층 모형, 3층 모형, 수정 2층 모형의 유속 분포를 비교 분석하여 모형을 검증하였다.

본 연구는 한국형 Reach File을 개발하기 위한 선행 연구로써 한국형 Reach File의 필수 구성요소 중 하나인 속성을 설계하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 우선 미국 Reach File 구축 사례를 검토하였고, 특히 최종 버전인 RF3(Reach File version 3)의 속성 내역을 정리하여 설계에 참조하였다. 국내 TMDL 업무 분석을 수행하여 업무 활용 측면에서 요구되는 속성도 모델링을 통해 속성 설계에 반영하였으며, 아울러 아크-노드 모델(Arc-node model) 기반의 네트워크 형식의 공간자료를 구축하는 것을 가정하여 네트워크 분석에도 활용이 가능하도록 선형 및 점형 도형자료 간 위상관계도 속성 설계에 반영하였다. 연구 결과에서 한국형 Reach File의 속성은 '위상(topology)', '위치(location)', '주제(theme)'의 세 가지 대분류에 따라 모델링되었으며, 각 분류에 따라 세부 속성이 정의되었다. 고유 식별자를 포함하여 선형 도형자료의 경우 총 53개, 점형 도형자료의 경우 총 13개의 세부 속성이 정의되었고, 각 속성에 대한 속성명, 필드명, 데이터 타입 및 길이 등에 관한 상세 설계서가 작성되었다. 본 연구를 통해 개발된 속성 설계서는 향후 한국형 Reach File 구축에 직접 활용이 가능하며, 따라서 한국형 Reach File의 구체적인 개발 방향의 설정에도 기여할 것으로 예상된다. 향후 연구에서는 속성 설계서 결과를 바탕으로 한국형 Reach File 구축 및 활용에 관한 연구가 뒤따라야 한다.

수문조사를 우량, 수위, 유량을 측정하는 것으로 정의하고, 위와 같은 기록을 바탕으로 하면 우리나라의 근대 수문조사는 1911년에 시작된 것으로 볼 수 있다. 이에 따라 2011년은 우리나라의 근대 수문조사 100년이 되는 해이다. 이를 계기로 과거 우리나라 수문조사의 역사를 정리하고 새로운 발전방향을 제시하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 1910∼1945년의 기간에 발간된 고문서를 대상으로 하여 수문조사에 대하여 작성한 문서를 발굴, 정리 및 분석하여 과거 수문조사에 대한 내용을 쉽게 파악하고, 역사적, 학술적으로 중요한 수문조사의 문서를 쉽게 접할 수 있도록 하였다. 1911년 이후에 수문조사, 하천, 기상, 수력, 홍수 등에 대하여 작성된 문서를 수집하기 위해서 문헌 조사를 실시하였다. 특히, 1911년부터 1940년의 일제 강점기때 조선총독부에서 우리나라의 수문조사 및 수자원 등에 대하여 발행한 문서 중에서 아직까지 일반인에게 보급되지 않은 문서를 중심으로 조사하였다. 이러한 문헌 조사는 국내외 도서관에서의 문서 검색, 고문서 판매서점의 판매문서 확인 등의 방법으로 이루어졌고, 이렇게 하여 수집된 문서는 총 115권이었다. 수집한 문서 중에서 조사 및 공사 연보, 원문 내용을 확인하기 곤란한 경우, 기번역된 문서를 제외한 나머지 문서에 대해서 내용을 쉽게 파악할 수 있도록 주요 내용을 정리하였다. 주요 내용에는 서지정보로서 저자, 발행기관, 발행연도, 핵심용어 등을 정리하고, 일본어로 작성된 문서 내용을 파악하는데 도움을 주기위해 주요 내용과 목차를 번역하여 정리하였다. 이렇게 정리된 문서는 본문 내용, 발행연도, 발행기관 등에 대하여 경향성을 살펴볼 수 있었다. 본문 내용에 대하여 살펴본 결과, 호우 등에 의한 수해 현황을 기술한 문서, 수문관측 자료를 기술한 문서, 하천조사 내용을 기술한 문서 등이 많은 것으로 나타났다. 발행연도별로 살펴보면, 1920년도와 1930년도에 많이 발행된 것으로부터 이 시기에 수문관측, 하천조사, 하천공사 등이 활발하게 이루어졌음을 짐작할 수 있었다. 그리고 이 문서들은 조선총독부에서 발행한 것으로 일본이 조선의 하천 상황을 파악하기 위해 계획적이고 체계적으로 수문관측, 하천조사 등을 실행하였음을 짐작할 수 있었다. 이와 같이 우리나라 수문조사의 역사를 발굴하고 분석한 결과 자료는 향후 우리나라 수문조사의 발전방향을 제시하는데 있어 밑거름이 될 수 있을 뿐만 아니라 학술적, 기술적으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

기후변화의 영향으로 인한 자연재해의 대규모화는 정상성에 기반한 관측치를 대상으로 설계량을 결정하는 현행 방재기준의 한계를 보여주고 있다. 기후변화의 심각성과 기후변화 영향 고려 방법에 대한 사회적 요구를 충족하기 위하여 기후변화를 고려한 방재대책 수립 방안에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 미래 기후변화의 영향을 평가하고 수문사상의 발생 크기에 따라방재대책을 수립하는 방안을 제시하고자 한다. 우선, 대상유역인 굴포천 유역의 방재시설물을 조사하고 각 시설물의 한계능력을 평가한다. 그리고 기후변화 시나리오 및 기후모형 자료를 수집하여 대상유역으로 규모축소하고 도시유출모형인 SWMM 모형을 이용하여 미래 기후변화의 영향으로 발생 가능한 수문사상에 따른 홍수량을 산정한다. 또한 홍수피해규모를 다차원법으로 산정하고 이러한 피해를 줄이기 위한 방재시설물의 설치 및 개선에 의한 홍수피해 저감 편익을 비교하는 방식으로 경제성 분석에 기반한 방재대책을 수립하는 방안에 대하여 제시한다. 이러한 방법론은 향후 기후변화를 고려한 방재 대책을 마련하는데 있어 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 광주이씨 시조이신 이당 대감 (?-1369) 음택터의 공학적인 분석을 통하여 정성적 및 정량적인 평가를 시도하였다. 이당 대감은 고려말에 국자감 생원시에 합격되고 조선시대에 들어서 자헌대부 (資憲大夫) 이조판서 (吏曹判書)겸 지의금부사 (知義禁府事)에 증직되었으며, 이당 대감 음택터의 경우 조선시대 8대 명당 중 하나로 알려져 있다. 그리고 조선시대에 정승 5명, 대제학 2명, 청백리 5명, 공신 11명을 배출한 명문집안이다. 따라서 이당 대감 음택터의 혈장을 비롯하여 각 사격을 검토하여 광주이씨 문중의 발복을 음택터의 영향으로 평가내릴 수 있는 공학적인 분석의 정성적 및 정량적인 기준을 제시하고, 과연 조선시대 8대 명당 중 하나에 해당되는지를 검토하고자 한다.

본 연구에서는 파평윤씨 시조이신 태사공 윤신달 장군 음택터의 공학적인 분석을 통하여 정성적 및 정량적인 평가를 시도하였다. 태사공께서는 태조 왕건을 도와서 삼국을 통일하고 고려를 건국하는데 공을 세운 개국공신으로 태자를 교육시키는 태사삼중대광에 봉해졌다. 파평윤씨는 고려 및 조선시대에 명문 가문으로서 많은 공신, 학자 및 왕비를 배출하였다. 따라서 태사공 윤신달 장군 음택터의 혈장을 비롯하여 각 사격을 검토하여 파평윤씨 문중의 발복을 음택터의 영향으로 평가내릴 수 있는 공학적인 분석을 통하여 정성적 및 정량적인 기준을 제시하고자 한다.

도시유역에서의 일반적인 우수관거 설계 및 기존의 연구들은 수리학적 조건을 만족시키는 범위 내에서 최소의 비용을 위한 관거 설계에 초점을 맞추어왔다. 그러나 최적의 우수관거 설계는 우수관거의 근본적 목적인 내수배제를 최대화 하고자 하는 것이며, 이것은 관망 구성에 따른 시스템 내 유입 수문곡선들 간의 중첩효과를 제어함으로써 가능하다. 본 연구에서는 관내 흐름의 변화를 관망의구성에 따라서 제어될 수 있는 목적함수로서 다루고 있는 이정호(2010)의 우수관망 최적설계 모형에 대하여 각기 다른 유역 특성을 나타내는 실제 도시유역에서의 적용성을 검토하였다. 본 연구에서 이용한 최적 우수관망 노선 결정 모형은 이정호(2010)가 개발한 모형으로 도시유역에서의 우수관망의 노선 결정을 유출구 첨두유출량 최소화를 목적으로 최적화기법을 이용한 모형이다. 이정호(2010)는 개발된 모형을 통하여 관망 노선을 결정한 결과 설계빈도를 초과하는 강우에 대해서 내수침수 발생이 저감되는 효과를 가져올 수 있음을 분석하였다. 본 연구에서는 이러한 이정호(2010)의 모형에 대한 적용성을 검증하기 위하여 각기 다른 유역 특성을 갖는 실제 도시유역들에 대하여 해당 모형을 적용하였다. 이때 유역의 특성은 지표유출 및 첨두유출량에 지배적인 영향을 미치는 유역의 지표 경사에 대하여 고려되었다. 적용된 도시유역은 총 3개 배수분구로서 평균 지표 경사는 0.008, 0.006, 0.002로 각기 높은 경사, 보통 경사 및 완만한 경사 지대를 염두에 둔 유역 선정에 해당한다. 이에 따라 각 유역에 대하여 우수관망 노선을 최적화한 결과 설계빈도의 강우지속기간 30분 강우에 대하여 현재의 관망 대비 최적화된 관망에서의 첨두유출량 저감 비율은 지표경사 0.008인 유역에서는 약 7%, 지표경사 0.006인 유역에서는 약 17%, 지표경사 약 0.002인 유역에서는 약 8%로 나타났다. 따라서 본 연구결과 유역의 경사 특성에 따른 최적 우수관망을 통한 첨두유출량의 저감 비율간에는 상관관계를 정의할 수 없으며, 단지 우수관망에서의 노선 변경이 가능한 맨홀 지점이 어떤 중요한 지점에 얼마나 위치하느냐에 따라 달라지게 되는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 도시유역 우수관거 시스템의 근본적인 목적인 내수침수 방재 효과를 최대화하기 위하여 첨두 유출량 최소화를 목적으로 하여 개발된 우수관망 최적설계 모형(이정호, 2010)을 이용하여 실제 도시유역에 대하여 다양한 인공적인 강우 사상들을 적용하여 실제 강우 발생 시 첨두유출량 저감의 효과가 발생할 수 있을 것인가에 대하여 분석하였다. 본 연구에서 이용한 최적 우수관망 노선 결정 모형은 이정호(2010)가 개발한 모형으로 도시유역에서의 우수관망의 노선 결정을 유출구에서의 첨두유출량을 최소화하는 것을 목적으로 이루어지도록 최적화기법을 이용하여 개발한 모형이다. 이정호(2010)는 개발된 모형을 통하여 도시유역에서 유출구 첨두유출량을 최소화하여 관망 노선을 결정한 결과 설계빈도를 초과하는 강우에 대해서 내수침수 발생이 저감되는 효과를 가져올 수 있음을 분석하였다. 본 연구에서는 이러한 이정호(2010)의 우수관망 최적 설계 모형의 적용성을 검증하기 위하여 각기 다른 인공적인 강우를 적용하여 최적화된 우수관망에서의 유출구 첨두유출량의 저감 양상을 분석하였다. 분석에 적용된 강우사상은 설계빈도에 해당하는 강우사상에 대하여 강우의 첨두치가 일정한 시간 간격을 두고 연속되어 발생하는 강우사상들에 대하여 모의하였다. 분석 결과 강우의 첨두치가 연속되는 경우에도 최적화된 관망에서의 첨두 유출량은 현재의 관망에 비하여 감소치가 두드러지게 나타남을 알 수 있었다. 또한 강우의 첨두유출량 발생 시각은 각 우수관망별로 1분 및 2분 정도의 차이를 나타내고 있으며, 따라서 최적화된 우수관망이 시스템 내의 지체 현상에 따른 첨두유출량 감소를 유발하는 것이 아닌 관망 전체에서의 유입량의 적정 분배에 따른 것임을 나타낸다.

본 연구에서 AFDA(Approximate Full Distribution Approach)를 사용하여 하수관의 성능불능확률(Probability of capacity failure)을 정량적으로 산정할 수 있는 신뢰성 모형이 개발되었다. 전국 여러 도시의 연 최대강우강도(Yearly Maximum Rainfall Intensity)를 이용하여 그 확률분포함수를 규명하였고 우수관(Storm sewer)의 성능불능확률 산정을 위한 신뢰성모형에 적용하였다. 본 연구에서는 우수관의 성능불능확률을 산정하여 신뢰성 해석을 수행하였다. 먼저 적용도시의 강우자료를 면밀히 분석하고 연 최대강우강도의 통계적 특성을 분석하여 신뢰함수를 구축하였으며 우수관의 성능불능확률 산정을 위한 신뢰성 모형이 개발되었다. 그리고 우수관에 적체되는 토사의 깊이에 따라 우수관의 용량을 산정하였다. 재현기간별 강우강도를 사용하여 청주와 춘천의 원형우수관의 성능불능확률을 산정한 결과, 재현기간의 증가에 따란 성능불능확률을 급하게 상승하는 것을 알 수 있었다. 5년, 10년, 20년 재현기간에 따른 연 최대강우강도를 사용하여 청주와 춘천의 우수관의 성능불능확률을 산정하였다. 또한 토사의 적체에 따른 우수관 유효면적의 변화를 고려하여 두 도시의 우수관의 성능불능확률을 산정하였다. 원형 우수관의 성능불능확률을 산정한 결과, 토사의 적체에 따라 우수관의 용량은 감소하여 성능불능확률이 크게 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 우수관의 용량 감소를 막고 성능불능확률을 최소화하기 위해 우수관에 적체된 토사의 양을 예측할 수 있는 연구가 필요하며 적체된 토사와 콘크리트나 강관벽면이 복합된 우수관에 대한 조도계수를 보다 더 정확히 정량화 할 수 있는 연구가 수행되어야 할 것이다.

지정학적으로 3면이 바다로 접하고 있는 우리나라 해안가 주변의 원자력발전소는 관류형 냉각 방식(Once-through cooling System)을 채택하고 있기에, 이 계통을 통과한 냉각수는 주변해역으로 흘러들어가 주변 환경에 영향을 줄 수 있다. 또한 동해 주변 인접국들의 활발한 원자력 이용과 방사능 물질의 수송 등으로 인해 방사능 사고 위험이 증대됨에 따라 동해 원전 주변의 해양방사성물질 거동에 대한 필요성이 제기되고 있다. 이에 따라 동해의 해양환경을 조사 분석하여 해역에서의 오염 물질의 거동 파악이 중요하고, 산업시설 주변 연안의 오염물 이동 및 해석을 위해 오염물의 시 공간적으로 농도를 추정하는 것이 중요한 사항이다. 따라서 본 연구에서 수직 수평적으로 2차원 및 3차원화가 용이한 EFDC 모델을 사용하였다. 국립해양조사원에서 발간하는 DC103의 수치해도를 이용하여 모델영역은 동서방향으로 171km, 남북방향으로 235km로 설정하고, 격자간격은 $1km{\times}1km$의 정방향 격자를 사용하여 동해 월성 주변의 조위 시계열 검증 및 조화분석을 통한 검증을 실시한 결과 관측한 결과와 양호한 재현성을 나타내었다. 또한 국립수산과학원에서 제공되고 있는 년별 수온, 염분 자료 등의 해양환경과 지형적 특성을 고려하여 오염 물질의 이동 경로를 파악함으로써 사고시 피해를 줄이고자 한다.

해양 투기가 금지되면서 혐기소화를 통해 최종적으로 발생되는 폐기물 양을 줄이고 메탄 등의 바이오 가스를 얻어 이를 에너지로 얻기 위한 많은 공정들이 현장에 적용되고 있다. 하지만 혐기 소화 과정을 마친 후 유출되는 유출액은 고농도의 유기물질 및 암모니아성 질소, 인산염 등을 다량으로 함유하고 있어 적은 양이라도 하천이나 호수 등에 유입되면 수질 악화와 부영양화를 초래할 위험성이 크다. 이번 연구에서는 음식물류 폐기물로부터 바이오가스를 생산하기 위한 혐기소화 공정에서 발생하는 유출액의 방류수 수질기준 확보와 경제성을 만족시킬 수 있는 처리공정의 상용화 기술을 개발하기 위해 생물학적 처리， 물리 화학적 처리를 통합한 공정을 적용하였다. P건설사 혐기소화 유출액 pilot plant(1 ton/day) 운전 결과 50~70% 로 $NO_2$-N 이 약 1,000 mg/$\ell$정도로 축적되는 현상을 보였으며 상대적으로 $COD_{Cr}$의 농도는 400~600 mg/$\ell$로 C/N 비가 낮아 탈질이 어려울 것으로 판단하였다. 이에 실험실 규모에서의 실험을 진행하였다. $NO_2$-N와 $NO_3$-N을 기준으로 McCarty 양론비 기준 80% 에서 300%까지 메탄올을 주입해 제조 폐수와 실제폐수로 실험을 진행하였고 제조폐수로 실행된 실험에서 아질산 탈질의 효율을 확인하였다. 미생물이 메탄올에 순응 후 완전 탈질에 걸리는 시간은 약 2.5 일로 확인 되었으며 메탄올이 추가로 주입되지 않은 반응조의 $NO_2$-N의 탈질량은 메탄올이 이론값 100% 주입 된 반응조에 비해 30% 이하의 처리 효율을 나타냈다. 이론값을 기준으로 메탄올이 100% 주입된 반응조는 약 96.1%의 탈질 효율을 보였으며 메탄올 순응 후에 약 1.5 일의 HRT가 단축되었기 때문에 메탄올에 장시간 순응 시 탈질 효율이 더 좋아질 것으로 보인다. 아질산탈질에 대한 실험실 규모 연구결과를 토대로 pilot plant에서 재현성 검토를 목적으로 운전을 수행하였다. 무산소조의 HRT는 2.7 일 이었으며 호기조의 HRT는 4.1 일 이었다. 유입수의 평균 $COD_{Cr}$ 농도는 2,878 mg/L, T - N 농도는 2,723 mg/L로 나타났으며 $NO_2$-N 기준 C/N비 1.2-1.8의 메탄올을 주입하였을 때 96% 이상의 탈질율을 보였다.

Rainfall-runoff models are calibrated and validated by using a same data set such as observations. The past climate change effects the present rainfall pattern and also will effect on the future. To predict rainfall-runoff more preciously we have to consider the climate change pattern in the past, present and the future time. Thus, in this study, the climate change represents changes in mean precipitation and standard deviation in different patterns. In some river basins, there is no enough length of data for the analysis. Therefore, we have to generate the synthetic data using proper distribution for calculation of precipitation based on the observed data. In this study, Kajiyama model is used to analyze the runoff in the dry and the wet period, separately. Mean and standard deviation are used for generating precipitation from the gamma distribution. Twenty hypothetical scenarios are considered to show the climate change conditions. The mean precipitation are changed by -20%, -10%, 0%, +10% and +20% for the data generation with keeping the standard deviation constant in the wet and the dry period respectively. Similarly, the standard deviations of precipitation are changed by -20%, -10%, 0%, +10% and +20% keeping the mean value of precipitation constant for the wet and the dry period sequentially. In the wet period, when the standard deviation value varies then the mean NSE ratio is more fluctuate rather than the dry period. On the other hand, the mean NSE ratio in some extent is more fluctuate in the wet period and sometimes in the dry period, if the mean value of precipitation varies while keeping the standard deviation constant.

본 연구에서는 저류함수 기반의 시단위 연속형 강우-유출모형인 SURR모형을 장기유출 모의가 가능한 일 단위 모형으로 확장하여 그 적용성을 평가하고자 한다. 저류함수모형은 단일 호우사상에 대한 집중형 단기유출 모형으로 개발되어 장기유출 모형으로서의 활용성은 검토되지 못한 실정이다. 기존의 연구(셩영두 외, 2008)에서는 사상형 저류함수모형을 장기유출모형으로 적용하는데 그쳤으므로 유역 수문성분 모의가 가능한 연속형 장기유출 모형의 개발이 필요하다. 이를 위해 대상유역은 한강유역을 채택하였으며 일단위 기상자료와 수문자료를 구축하였다. 기존의 시단위 유역 수문성분(토양수분, 실제증발산량, 지표유출량, 중간유출량, 지하수유출량) 산정방법과 시단위 유역 및 하도 저류함수를 일단위로 확장하여 2002년부터 2009년까지 장기 유출모의를 실시하고자 한다. 본 연구 결과는 시단위 유출모의와 일단위 유출모의가 동시에 가능한 모형 개발에 활용할 수 있을것으로 판단된다.

최근 들어 우기시 집중호우로 인한 홍수가 자주 발생하는 편이다. 이러한 현상은 우리나라를 지배하는 일정한 기후양상이 지구 온난화 등의 범지구적인 기후변화 양상에 의하여 변화된 영향으로 판단되고 있는 실정이다. 따라서 기후변화가 미치는 영향은 강우에 직접적으로 나타나며 이는 곧바로 홍수에도 변화가 나타남을 의미한다. 그러므로 "기후변화에 따른 한강유역의 Scaling Invariance와 NSRPM을 이용한 확률강우량 추정"에서 산정된 시나리오별 확률강수량을 적용하여 홍수 유출량을 산정하는 것은 매우 의미가 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 적용지역으로 우리나라의 대표적인 유역인 한강유역을 선정하였다. 유출량은 HEC-1을 이용하여 산정하였으며, 입력매개변수 중 강수인자는 선행연구에서 NSRPM으로 산정한 확률홍수량을 적용하였으며, 나머지 인자는 한강유역종합치수계획(2008)을 참조하였다. 산정방법으로는 Clark 단위도법을 적용하였으며, NRCS의 CN값을 사용하였다. 2010년을 기준으로 30년 간격으로 이동 구분된 7개의 기후변화 시나리오에 의거하여 홍수유출량을 산정 및 분석하였다. 또한 공간적으로도 도시하여 한강유역의 대표지점에서의 유출량 변화양상 또한 제시하였다. 이러한 산정결과는 향후 기후변화양상을 고려한 수문 설계시 편리하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

현업에서 사용하는 유출해석 기본이론은 연속방정식과 운동방정식으로서 운동파가정(kinematic wave analogy)을 기반으로 한 집중수문모형(lumped hydrologic model)에 의하여 수행되고 있지만 집중형 모형은 한 매개변수에 여러 가지의 물리적 과정을 개념화하여 담고 있기 때문에 유출과정에 대한 섬세한 모형화의 제약으로 인하여 유역고유의 매개변수값을 찾기가 쉽지 않은 단점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 물리적 기반의 2차원 분포형 강우-유출모형을 개발하고자 하며 이는 완전분포형 수문동역학적 모형으로 지표흐름과 침투과정, 기저유출과 관련된 과정을 모의한다. 본 모형은 공간적으로 변화하는 침투량과 소규모 및 대규모의 지형학적 특성을 사용하는 St. Venant 방정식을 사용하고 개발될 모형은 모든 스케일에서의 수심과 유량을 계산할 수 있으며 Richard 방정식(또는 선택적으로 Green-Ampt 방정식 채택)을 이용하여 정밀한 침투량 모의가 가능하다. 또한 레이다등의 고해상도 강우관측자료를 지점자료와 합성하여 입력자료로 사용할 수 있도록하고자 하며 강우-유출모형에 다목적댐이나 보등에서의 유량조절효과를 반영하고, 다목적댐군에서의 연계운영모의가 가능케 함으로서 현업의 운영자들이 실무에서 실질적으로 활용할 수 있는 형태의 모형을 개발하고자 한다. 이는 국내에서의 2차원 분포형 강우-유출모형을 자체 개발함으로서 연구역량을 제고하고, 국내 현업기관에서의 분포형 모형기반의 홍수모니터링 및 전망시스템의 확산에 기여할 것으로 예상된다.

지구 온난화에 따른 기후변화는 예측하기 힘든 패턴으로 특정지역의 강우빈도와 강수량을 증가시키고, 과거 관측되지 않았던 홍수 수위를 기록하는 등의 이상기후 현상으로 나타나고 있다. 기후변화의 눈으로 봤을 때 2010년은 전 세계적으로 많은 홍수, 지진, 산사태 등의 자연재해를 야기 시켰고, 이는 수자원의 활용과 관리 측면 뿐만 아니라 사회, 경제적 영향 및 자연재해로 확장되어 인류의 생활에 큰 영향으로 다가왔다. 이처럼 예기치 못한 기후변화에 대응하기 위해서는 수자원 정책이나, 장기발전계획 뿐만 아니라 발생된 기후 상황을 검토하고, 그 지역에서 발생된 강수량, 수위, 유량 등에 대한 기초 자료에 대한 분석이 선행되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 2010년에 섬진강 유역의 최상류에서 하류에 이르는 덕치 외 12개 수위관측소를 대상 지점으로 선정하여 각 지점에 대한 현장조사를 실시하고, 수위모니터링을 비롯한 강수량, 방류량 등의 기본 자료를 수집하여 과거 자료와 비교검토 하였다. 그리고 저 평수기와 홍수기에 하천의 수위 및 유량을 현장에서 직접 실측하여 섬진강 상류에서 하류에 이르는 유출특성을 분석하였다. 그 결과 2010년 섬진강 유역에서는 지점에 따라 관측 개시일이 다르지만 1990년부터 관측이 개시된 구례와 송정 지점을 비롯하여 관측 이래 최고수위에 해당하는 호우가 발생되었음을 확인 할 수 있었다. 또한 2010년에 발생한 섬진강 유역의 지점별 상류에서 하류까지의 첨두유량을 분석 및 제시하였다. 이는 기존에 추정에 의해서 제시되었던 고수위 부분의 유량을 실측함으로써 고수위에 대한 수위-유량관계곡선식을 새롭게 제시하고, 홍수 주의보와 경보수위를 검토할 수 있는 기회가 되었다. 아울러 본 자료는 추후 발생 가능한 홍수에 좀 더 신속하게 대응할 수 있는 기초가 될 수 있을 것으로 기대한다.

유량조사 자료는 하천유역의 물순환 구조 파악, 하천시설의 설치, 각종 수공 구조물의 설계, 하천 주변지역의 이용 및 관리 등 수자원 계획을 위한 기초자료로 다방면에서 활용되고 있다. 국토해양부는 전국 수위관측소를 대상으로 매년 100여개 지점에서 유량조사을 실시하고 있으며, 측정된 성과에 대한 체계적인 품질관리와 연구개발을 통해 유량자료의 품질향상 및 안정화를 위해 노력하고 있다. 본 연구는 2010년도 유량조사사업에서 수행한 4대강 권역 12개 수계 153개 지점에서 수행된 유량 측정성과에 대해서 수리특성 분석, 최대구간유량비 분석, 하천폭에 따른 측선수 비교, 불확실도 분석을 수행하였다. 또한 개발된 수위-유량관계곡선식을 통하여 산정된 유량자료에 대하여 연유출률 평가, 상 하류간 유량 비교, 연유출총량 등을 비교하여 산정된 유량자료의 적절성을 검토하였다. 2010년 조사자료의 측선수 평균은 유속계 36.7개, 부자 14.3개, 최대구간유량비는 유속계 6.7%, 부자 13.9%, 불확실도는 유속계 4.0%, 부자 7.7%로 나타났다. 개발된 수위-유량관계곡선식을 활용해 산정된 유출률의 전체 평균값은 61%로 2009년에 비해 약 10% 크게 나타났다.

SWAT is semi-distributed and continuous-time distributed simulation watershed model, which can simulate point and nonpoint source pollutants as well as hydrology and water quality. It was developed to predict the effects of alternative management decisions on water, sediment, and chemical yields with reasonable accuracy. It is able to predict and manage hydrology, sediments, nutrients, and pesticides with Best Management Practices (BMPs) in a watershed. SWAT model also has potential for use in ungauged basins to predict streamflow and baseflow from saturated source area in watersheds. According to various cultivation practices and climate change, SWAT model is available to analyze relative change in hydrology and water quality. In order to establish optimum management of water quality, both monitering and modeling have been conducted actively using SWAT model. As SWAT model is computer program to simulate a lot of natural phenomena, it has limitation to predict and reflect them with on hundred percent accuracy. Thus, it is possible to analyze the effect of BMPs in the watershed where users want to simulate hydrology and water quality only if model accuracy and applicability are assessed first of all and the result of it is well for the study watershed. For assessment of SWAT applicability, most researchers have used $R^2$ and Nash and Sutcliffe Efficiency (NSE). $R^2$ and NSE are likely to show different results according to a warm up period and sometimes its results are very different. There have been hardly any studies of whether warm up period can affect simulation results in SWAT model. In this study, how warm up period has a effect on SWAT results was analyzed and a appropriate warm up period was suggested. Lots of SWAT results were compared after using measured data of Soyanggang-dam watershed and applying various warm up period (0 ~ 10 year(s)). As a result of this study, when there was no warm up period, $R^2$ and NSE were 0.645, 0.602 respectively, when warm up period was 2 years, $R^2$ and NSE were 0.648, 0.632, and when warm up period was 4 years, $R^2$ and NSE were 0.663, 0.652 separately. Through this study, sensitive analysis of warm up period in SWAT model was conducted, and this study could give a guideline able to simulate hydrology and water quality for more accuracy than before as users change a lot of warm up periods as well as any simulation parameters.

유역의 유출현상은 유출에 직접적인 영향을 미치는 강수 등 수문학적 인자가 중요한 요인으로 작용하지만 유역의 지형학적 특성에 의해서도 유출에 미치는 영향은 매우 크다. 본 연구에서는 DEM의 해상도에 따라 유출, 유사, 증발에 어떠한 영향을 미치는지를 판단하는 것을 연구목적으로 하였다. 연구지역은 대전시를 관류하는 갑천유역(유역면적 약 $609km^2$)을 대상으로 하였으며, 사용한 DEM 자료는 30m 공간해상도는 갖는 WAMIS의 자료를 이용하였다. 이 30m의 공간해상도를 각각 60m, 90m, 120m, 150m로 각각 resampling, sink 제거 등의 과정을 거쳐 각 해상도별 DEM자료를 생성하였다. 유출 특성 분석을 위해 HyGIS-SWAT 모형을 이용하였다. 모형의 적용 결과 첨두유출은 30m해상도를 기준으로 150m해상도에서는 약 16%정도 감소하는 것으로 나타났으나, 총유출은 약 2%정도 감소하는 것으로 나타났고, 증발량의 경우에는 30m 해상도를 제외하고 대부분 비슷한 결과를 제시하고 있는 것으로 나타났다. 또한 그림 1에서 제시한 바와 같이 30m해 상도에서는 첨두유출은 크지만 저류부 유출은 오히려 150m해상도에서 더 많은 유출이 발생하는 것으로 분석되었다.

최근 들어 지구환경 변화에 따른 이상기후의 영향으로 태풍 및 집중호우로 인한 하천범람 등 홍수재해에 의한 인명과 재산의 피해가 급증하고 있다. 특히 한반도 지역에서는 집중호우와 태풍과 같은 이상강우로 인한 홍수피해의 발생이 매년 나타나고 있으며 홍수피해의 빈도와 강도는 증가하고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 이상홍수의 예측에 관한 사항은 치수 이수는 물론 친수관점에서 볼 때 하천관리의 측면에서 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 특히 홍수예측은 주민의 대피 및 통제, 시설물의 보호 등을 위해 충분한 선행시간을 확보할 수 있는 실시간적 관점에서의 홍수예측 및 관리가 중요하다. 기존의 수문학적 강우-유출 모형은 비선형성이 강하고 유역의 지형학적 인자와 기후학적 인자의 영향을 포함하기 때문에 정확한 예측이 어렵고 유출량을 계산하기 위한 유역추적, 저수지추적 및 하도추적의 각 추적과정에서 크고 작은 오차들이 발생하고 그것들이 누적되어 유출 모형의 해석 결과에는 많은 오차들이 포함되어 있다는 문제점이 있다. 또한 주로 유역 면적이 크고 홍수의 도달시간이 긴 대하천의 홍수예측에는 기존의 강우-유출 모형이 적당한 방법임에도 불구하고 유역면적이 작은 중소하천에 적용됨으로써 많은 불확실성을 포함하고 있으며 충분한 선행시간을 확보하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 중소하천에서의 기존의 홍수예경보가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 실시간 수위측정 자료 및 강우자료를 이용한 간단한 입력자료 만으로도 홍수예측이 가능한 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 구축하여 충분한 선행시간을 확보함으로써 중소하천에서 의 실시간 홍수예측이 가능한 시스템을 구성하여 실시간으로 구동되는 효율적인 홍수예경보 시스템을 개발하고자 하였다. 임진강 유역을 대상으로 기존의 강우-유출 모형이 요구하는 유역의 물리적, 지형 자료 및 매개변수와 같은 광범위한 양의 자료를 배제하고, 유역의 강우 자료와 수위자료만으로 유역의 중요지점에 대한 홍수위 및 홍수량을 예측할 수 있는 뉴로-퍼지 모형을 구축하고 대상 유역에 적용하여 실측치와 비교 검증하였다.

본 연구에서는 전 세계적으로 급속히 보급되고 있는 비담수재배를 기초로 하는 SRI(System of Rice Intensification) 벼 재배방법을 우리나라의 논 농업에 최초로 적용하여 관개기간동안 유출되는 오염부하량과 기존의 담수재배인 관행 시험포에서 유출되는 오염부하량을 산정하여 저감효과를 비교 평가하였다. 실험처리는 대조구인 담수재배(관행) 1처리(재식거리 $30{\times}15cm$)와 SRI 재배($30{\times}30cm$, $40{\times}40cm$, $50{\times}50cm$) 3처리로 2반복으로 하여 가로 5 m, 세로 15 m 크기의 논 시험포를 총 8개 조성하였다. 그리고 관개기간동안(2010년 5월부터 9월) 관개량, 강우량 그리고 강우 유출량 측정하고 수질시료를 채취하여 오염부하를 산정하였다. 관행재배의 시비와 제초 등의 포장관리는 표준재배법에 준하여 진행하였으며, SRI 재배의 경우 물관리를 제외하고 관행재배와 동일하게 영농관리를 수행하였다. 연구기간동안 총 63회의 강우가 발생하였으며, 이중 20 mm 이상의 강우는 17회로, 일 강우량은 20.5 mm에서 195 mm의 범위를 보였다. 강우 모니터링 결과, 20 mm 이상의 강우에서 유출이 발생하였다. SRI 시험포에서의 유출계수는 0.74~0.83 범위로 관행시험포의 유출계수인 0.83~0.92 범위보다 낮은 값을 보였으며, 시험포에 따라 차이는 있으나 5~13%의 유출수 저감효과를 나타내었다. SRI시험포의 SS, $COD_{Cr}$, $COD_{Mn}$, BOD, TN, TP의 총 오염부하량은 각각 874 kg/ha, 199.5 kg/ha, 47 kg/ha, 13 kg/ha, 36.9 kg/ha, 2.92 kg/ha 로서 관행 시험포의 오염부하량에 비해 15.8~44.1 %의 오염물질 저감 효과를 보였다. 특히 SRI 벼재배기술 적용 시 SS 및 BOD와 같은 유기물의 오염부하량 저감효과가 큰 것으로 나타났다.

급속한 도시화 및 이상강우의 발생은 우수 량을 증가시켜 하류부의 천변주변과 저지대에 대한 침수위험을 증대시키므로 풍수해 예방을 위해 각 시 도 지자체에서는 이러한 지역을 방재지역으로 지정하여 방재대책을 수립하고 있다. 본 연구는 침수피해 위험이 높은 광영동 하광마을을 연구대상지역으로 선정하여 상습침수구역을 토대로 현장조사를 실시하였다. 현장조사에서 과거 1988년 6월 택지 조성이 준공도면과 현 주택가 침수지역 침하량 분석결과 택지조성 당시보다 대략 0.4m이상 침하가 발생한 것을 확인할 수 있었다. 또한 우수관거에 대해 침하조사를 실시하였으며, 그 결과 1998년 우수관거 정비 사업을 실시하여 현재 관거침하 및 관거유실은 발생하지 않는 것으로 조사되었다. 그러나 현재 관가 실태는 우수발생시 약간의 토사유입으로 인해 부분적으로 퇴적된 구간이 조사되었으나, 일반적인 모래 질이며 퇴적깊이는 5~15cm정도이고 이는 강우발생시 우수 관거의 일반적인 토사 퇴적 침식 작용의 현상으로 판단되었다. 외수침수는 해안도로 지반침하와 조성당시의 조위에 의한 계획 고는 적용되었으나 하천 계획홍수위의 미적용으로 인해 강우발생시 조위 상승과 하천유출과의 관계에 있어 상습침수지역의 천변 해안도로로 외수유입이 발생 하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 과거 침수실적을 바탕으로 기상조건 및 조위조건 등을 고려하여 HEC-HMS모형을 적용하여 9개의 소유역으로 분할된 유역에서 홍수유출량을 분석하였으며, 외수위 조건을 SWMM모형에 적용하여 우수관거 검토를 실시하였다. 그 결과 대상구역 조위 상승으로 우수관거의 내수배제가 되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 분석들로 외수유입 방지대책으로 조위영향 및 하천 계획홍수위를 고려하여 20년, 100년 빈도별 외수위를 산정하고 방지대책으로 도로 숭상 및 파라펫 설치방안을 검토하였다. 내수침수 방지대책으로 저류조+배수펌프+게이트펌프 또는 관로신설+게이트펌프를 설치, 복합방식 (지하저류조+승수로(도로 또는 산지)+게이트펌프장)설치, 도수터널계획 방안을 제시하여 상류지역에 발생하는 유출량을 유출부로 직접 배출하거나 침수영향이 없는 타 지역으로 연계 방류하여 총 유출량을 저감시키는 방안을 제시하였다. 이와 같은 여러 방안을 제시함으로써 관련 지자체에서는 보다 효과적인 침수방지 대책계획에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

낙동강 수계 내 하천 환경 및 수자원에 대한 효율적인 유역관리를 위해 수계 내 비점오염원의 유출 및 오염물질 발생특성에 대한 정량적인 분석이 요구된다. 점오염원과 달리 강우뿐만 아니라 유역 내 지표상태 등 복잡하고 예측 곤란한 상황을 반영해야 하므로 정량화에 어려움이 따르게 된다. 수문학적 및 수리학적 분석이 가능할 뿐 아니라 수질모의가 가능한 SWMM을 활용하고 오염총량 단위유역과 댐유역을 고려한 소유역 분할을 적용함으로써 댐유역을 제외한 오염총량 단위유역별 비점오염원 분석결과를 산정하였다. 본 연구에서 산정된 유량을 기초로 낙본I 지점과 진동 수위표의 유황곡선을 비교하고 낙본I 지점의 월별 유출량 및 오염부하량 분석과 함께 유출량과 수질항목별 오염부하량의 상관관계를 분석하였다. 또한, 낙동강 수계 내 점오염원을 배제한 단위유역별 및 낙본I 지점의 비점오염원 발생특성을 분석하였다.

최근 전 세계적으로 국지적 집중호우의 강도 및 발생빈도가 증가하고 있고, 이로 인한 인명 및 재산피해가 증가하고 있는 추세이다. 특히 도시유역의 침수는 설계빈도를 초과한 강우가 짧은 지속기간에 집중되었을 때 관로의 통수능력을 초과하게 되어 발생하거나, 주변 하천의 수위상승으로 인한 배수효과로 인해 발생된다. 따라서 기상이변으로 인한 침수피해를 체계적이고 종합적으로 방지할 수 있는 수방대책 수립이 필요하다. 본 연구에서는 서울시 주요 침수유역의 관망 및 펌프장의 수방 대응능력 및 수준을 정량적으로 평가하고자 한다. 이에 서울시의 과거 침수사례를 조사하여 상습침수 구역에 대한 침수 해석범위를 결정하였고 내수침수모의를 위한 적정 홍수해석모형으로 SWMM모형을 선정하였다 또한 수문 기상자료, 지형정보자료, 수방시설 현황 자료 등 각종 기초자료를 조사 및 구축하고 과거 큰 호우사상을 대상으로 관망과 펌프장의 시설능력을 평가를 수행하였다. 평가 결과 대부분 우수관망의 통수능력 한계로 인한 침수가 발생한 것으로 확인되었다. 이러한 분석을 통해 관망 및 펌프장 시설의 개선, 확충 및 설계 기준을 새롭게 제시하고 유역별 홍수취약정도에 따른 수방기준 차별화를 통해 침수피해를 방지할수 있는 수방대책 기준을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

수문학적인 물의 순환은 여러 기상인자들과 영향을 주고 받으며 복합적으로 발생하는 자연현상이다. 바로 이 물의 순환과정을 통해 물의 이동은 시간 및 공간적인 변동성을 가진다. 강수량이 많을 때는 하천의 통수능력을 초과함으로써 홍수를 발생시키기도 하며, 반대로 장기간에 강수가 전혀 없어 하천유출이 중단되어 가뭄을 발생시키기도 한다. 이에 따라 본 연구에서는 강우 자료의 확보가 용이하고, 과거로부터의 관측자료의 신뢰성이 높은 기상청 자료와 2007년부터 2010년 동안의 낙동강 본류와 주요지점을 대상으로 강우특성 및 강우량에 의한 첨두홍수량 비교분석, 지점별 강우에 따른 유출률변화 특성을 비교분석을 실시하였다. 대상지점의 자료는 유량조사사업단 실시한 낙동강유역의 실측된 유량자료를 이용하였다. 강우특성에 의한 낙동강 본류 주요지점을 선정하여 첨두홍수량을 비교 하였으며 유출률 비교를 위해 선정된 지점은 연속적인 수위-유량관계곡선식이 개발되어 안정적인 시계열자료를 산출할 수 있는 지점으로 낙동강권역의 유역특성을 대표할 수 있는 낙동강하류에 위치한 진동 지점과 도시하천의 특성을 나타내는 금호강유역에 위치한 동촌 지점 및 남강댐 하류에 위치하여 댐방류량에 의한 하천유지유량이 발생하는 정암 지점을 선정하여 유출률분석을 실시하였다. 세 지점의 유출률은 해당연도의 강우량에 따라 변화 되는 양상을 보였다. 이는 저 평수기 토양 침투 및 증발에 의한 자연적인 손실과 가용하천유량이 적어짐에 따른 취수량의 유출량에 대한 양적 비율의 증가가 원인으로 예상된다.

최근 들어 격자 기반의 분포형 유출 모형에 대한 활용이 증가하면서 격자형 강우자료의 활용을 위한 전처리 과정의 중요성 또한 증대되고 있다. 격자 기반의 수문모형에서 활용하기 위한 격자형 강우자료는 유역 격자와 동일한 위치 및 격자 크기를 가진다. 격자형 강우자료는 텍스트 파일 혹은 GIS 레이어로 저장되며, 강우 기간에 대한 시계열 정보를 나타내므로 일반적으로 수십내지 수천 개의 파일로 구성된다. 본 논문은 격자 기반의 다수의 분포형 강우 파일을 사용목적에 맞게 생성 및 가공하기 위한 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model) Tools의 활용에 대해서 기술한다. GRM Tools는 격자 기반의 물리적 분포형 강우-유출 모형인 GRM에서 자료 처리를 위해 제공하는 도구이다. GRM Tools에 포함된 기능 중 강우자료의 처리를 위한 기능은 지점 강우자료를 이용한 분포형 강우자료 생성, 레이더 강우자료의 보정, 기상위성 자료를 이용한 강우 생성, 임의 격자 및 유역 평균 강우량 시계열 자료 추출, 텍스트 파일 변환 및 처리 등이다. GRM Tools 에서는 이와 같은 강우자료 처리 작업을 다수의 파일에 대해서 일괄적으로 수행함으로써 격자 기반의 분포형 강우자료 생성 작업을 효율적으로 수행할 수 있다.

본 연구는 도암댐 상류 고랭지 농업지역의 이른 봄철 융설에 의해 발생되는 비점오염 물질의 배출 특성을 규명하고자 수행하였다. 연구는 2010년 2월 중순부터 4월 말까지 수행하였다. 연구지역에서는 2009년 11월 2일부터 2010년 4월 29일까지 눈이 내렸으며, 일 최대 적설량은 2월 11일에 기록된 59.3 cm이고, 총 적설량은 372.1 cm로 나타났다. 연구결과 융설에 의해 발생되는 단위 면적당 유량은 $77.05\;m^3$/ha/day로서 겨울철 평시 유량 $26.99\;m^3$/ha/day에 비해 두배 가까이 증가하였다. 유량의 변화는 기온의 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며, 유량의 변화는 탁도와 SS 그리고 $COD_{Mn}$의 농도 변화에 영향을 주는 것으로 조사되었다. 오염물질 항목 중 SS와 COD의 유량가중평균농도는 각각 986.0 mg/L와 16.3 mg/L로서 겨울철 평시 농도보다 크게 증가하였는데, 이는 융설시 발생한 유출수에 의해 미세한 토양입자의 유실과 함께 오염물질도 배출된 결과로 판단된다. 그러나 T-N과 T-P의 농도는 큰 변화가 없는 것으로 조사되었다. 본 연구결과에 기초할 때, 담수호 상류에 위치한 고랭지 지역에서는 겨울철 적설량이 많고 융설에 의한 수질오염 문제가 하는 것으로 판단된다. 따라서 해빙기 융설로 인해 발생되는 비점오염 물질의 정량화에 대한 연구가 체계적이고 지속적으로 수행될 필요가 있다. 특히 우리나라의 겨울철 적설량과 기온은 연도별로 많은 편차가 있고, 연구결과 다량의 오염물질이 배출되기 때문에 융설에 대한 연구는 반드시 수행되어야 할 것으로 판단된다.

본 연구는 유역강우량을 산출을 위한 공간보간기법이 격자형 강우자료 생성에 미치는 영향에 대하여 분석하고자 하였다. 본 연구의 대상지역은 우리나라에서 규모가 가장 큰 유역인 한강유역(26,018km2)을 선정하였다. 유역강우량 산출에 이용한 강우자료는 기상청에서 제공하는 2000~2010 년까지 11년간 AWS(Automatic Weather Station) 108개소의 관측자료를 제공받아 사용하였으며, 강우이벤트로 2004년~2009년까지 재산피해를 입힌 총 11개의 호우, 태풍 사상을 선정하였다. 공간 보간기법으로는 Thiessen법과 IDW(Inverse Distance Weight)법의 2가지 기법을 선정하였다. 대상 지역에 대하여 AWS의 자료를 기반으로 보간을 실시하여 미관측지역에 대한 격자분포자료를 구축하였다. 이때, 격자분포자료는 국토해양부에서 분류한 19개 중권역을 기준으로 각 권역별 평균 강우량을 산출하였다. 2가지 공간보간기법을 이용한 한강유역전체 강우량 산출 결과 고도를 고려한 공간보간의 경우 그렇지 않은 경우에 비해 한강유역의 유역평균강우량은 IDW법은 -1.81~8.1%, Thiessen법은 6.6~9.6%의 차이를 나타내었으며, 연도별 편차가 증가하고 있었다.

최근의 유출해석은 지리정보체계(GIS, Geographic Information System) 및 지형자료(DEM, Digital Elevation Model 등) 구축의 발달로 대부분 격자 기반의 분포형 강우-유출 모형을 통해 이루어지고 있으며, Rodriguez-Iturbe and Valdes (1979)에 의해 소개된 통계물리학적 접근방법인 지형학적 순간단위도(GIUH)모형 역시 DEM을 기반으로 한 연구가 꾸준히 진행되어 온 실정이다(Maidment, 1993; D'odorico and Rigon, 2003; Di Lazzaro, 2010). 이러한 격자 기반 모형들은 대부분 8방향 최급경사에 기초한 흐름방향도를 기반으로 물의 유동을 표현한다. 8방향법에 의해 결정된 흐름방향도를 이용할 경우 각 격자 중심에서 유역출구 까지의 배수로경로길이를 비교적 쉽고, 빠르게 계산할 수 있다는 장점을 가지나, 공간해상도(격자 규모)에 따라 상이한 결과를 나타내는 것을 예상할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 DEM의 공간해상도에 따른 배수경로길이의 통계적 변화양상을 살펴보고, 이로부터 실제 수문사상의 통계적 특성과 Di Lazzaro(2010)의 특성유속산정 공식을 이용해 지표면과 하천의 특성유속을 산정하였다. 산정된 특성유속들을 D'odorico and Rigon(2003)이 제시한 값과 비교함으로써 격자 기반의 GIUH 모형의 적용에 있어서 적정 공간해상도를 찾고자 하였다. 대상유역으로는 국제수문개발계획(IHP, International Hydrological Project)의 금강수계 보청천 유역 중 이평수위국을 출구로하는 소유역을 선정하였으며, DEM의 공간해상도는 수치지형도의 축척을 고려하여 1: 5,000의 경우 5, 10, 15, 20m를, 1: 25,000의 경우 20, 30, 50, 100, 150, 200m로 결정하였다. 분석 결과 격자 형태 GIUH의 특성유속을 산정을 위한 적정 공간해상도는 1:5,000의 경우 5m를, 1:25,000의 경우에는 20～50m의 범위를 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

현재 우리나라에서 사용되고 있는 강우-유출모형은 하도추적 방식을 모형 내에 내장되어 있는 해석절차나 유역내 모든 관거 및 하도에 일괄하여 적용하는 방식으로 되어있어 도시유역과 같이 관거와 하도가 복합적으로 구성되어 있는 경우 적절한 해석방식의 채택이 힘든 실정이다. 따라서 본 연구에서는 관거 및 하도의 개별적인 해석이 가능한 2009년 하천설계기준의 도시유역 유출해석 모형으로 포함된 FFC2Q모형을 이용하여 관거와 하도가 복합적으로 구성되어 있는 홍제천 유역을 선정하여 흐름이송 해석방법을 다양하게 설정하여 강우-유출 특성을 분석하고 실측자료에 대한 모의 방식별 분석결과에 대한 적합도를 분석하였다. 적합도 분석결과 하도에 Muskingum-Cunge법, 관거에 Kinematic-Wave법을 적용하여 흐름이송해석을 하는 경우가 가장 적합한 것으로 나타났다.

오늘날 기후변화는 기후 시스템을 구성하는 대기, 해양, 생물, 빙하, 육지 등의 다양한 구성요소에 작용하여 자연 생태계와 인간의 사회 및 경제 시스템에 커다란 영향을 미친다. 특히 최근 인간의 활동에 의해 야기된 기후변화는 극치적인 �