해안 지역은 종종 도시화, 인구 증가 및 환경 오염으로 인해 해안대수층의 지하수의 염도가 증가하는 현상인 해수침투가 발생한다. 본 연구는 국내 제주도 해안대수층을 대상으로 GIS 기법을 이용한 수리지질학적 변수의 지수화 방식으로 해안대수층의 해수침투 취약성 평가를 적용하였고 국내 해수침투 특성을 더욱 명확하게 반영할 수 있도록 취약성 평가 방식을 개선하고자 하였다. 취약성 평가를 수행하기 위해 대수층 특성, 수리전도도 특성, 지하수위, 해안으로부터의 거리, 염도분포, 대수층 깊이 등의 자료를 확보하여 취약성 평가의 주요 인자로 활용하였으며 특히 다년간에 걸친 국내 해수침투 관측망 관측 자료를 사용한 것을 특징으로 한다. 취약성 평가 인자 중 지하수위를 지수화 하는 과정에서 지하수위의 평가 구간 범위를 개선하였고, 염도 적용 방식을 해수침투 관측망 데이터 유형인 전기전도도를 이용한 새로운 평가 구간 범위를 설정하였다. 연구 결과 기존에 해수침투가 발생했던 지역에서의 취약성 지수가 높게 나타났으며 취약성 평가의 개선 작업 결과에 의해 지속적인 지하수위 하강이 발생하고 계절적 요인으로 해수침투가 발생하는 지역에서 취약 지수의 증가세를 더욱 선명하게 구분할 수 있었다.

사회-수문시스템의 인과관계에 대한 보다 상세한 통찰하기 위해서는 현재의 사회-수문시스템의 기능을 이해하고 미래의 사회-수문시스템의 변화 궤적을 예상할 수 있는 모형이 필요하다. 사회-수문학적 관점에서는 수문순환 현상과 더불어 인간 활동과 관련된 인구, 토지이용, 경제성, 환경변화로 연계되는 사회-수문시스템 내 복잡한 관계해석 과정이 중요하다. 본 연구에서는 하천유지유량 결정기준에 따른 사회-수문시스템의 변화과정을 이해하고 가능한 영향궤적을 평가하기 위해 사회수문학적 관점으로 해석하고자 한다. 현재 우리나라에서는 하천유량고시지점 114개 중 각 항목별 고시지점의 비율은 수질(33%), 평균갈수량(33%), 생태(29%), 경관(4%), 수질 및 염해(1%)로 나타났다(2019년 고시 현황). 따라서 사회-수문시스템 내에서 하천유지유량 결정기준 차이에 따라 환경적, 사회적, 경제적 측면으로의 영향을 평가하기 위하여 구조방정식모형을 모델링 한 후, 모형 내 잠재요인(기상, 수문, 환경, 사회·경제)의 상호연관성을 파악하였다. 기상학적 요소로는 기온, 강수량을 선정하였으며, 인간의 활동이 개입된 수문학적 요소는 유량, 하천수이용량으로 선정하였다. 환경적 요소는 BOD, COD, SS를 선정하였으며, 사회·경제적 요소는 인구, 지가변동률을 고려하였다. 이와 같은 사회-수문시스템 내 잠재요인별 요소를 바탕으로 사회-수문학적 영향평가를 위한 가설을 검증하기 위해 통계 프로그램 AMOS를 활용하여 구조방정식모형을 모델링하였다. 향후 사회-수문학 관점에서의 복잡한 영향관계를 정량적으로 평가하고, 다양한 이해관계자 간의 합의를 도출하는 데 있어서 효율적인 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Three wildfires severely damaged local towns and forests in Gangwon-do, South Korea in 2019 April 4-5. Local hydrological regime could be greatly altered by the wildfires, therefore it is important to assess its damage (e.g. area and severity) and also resultant changes in hydrological fluxes. We retrieved the Normalized-Burned Ratio (NBR) index using remote-sensing data (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 500-m 8-day surface reflectance data), and delineated the damaged-area based on the difference in the NBR (dNBR) before and after the wildfires. We then estimated changes in the annual evapotranspiration (AET) in 2019 using the MODIS evapotranspiration data (500-m 8-day). It was found that the damaged-area of the three wildfires was 29.50 km^2 in total, which take up 1.00-6.19% area of five catchments. It was estimated that the AET would be decreased as 0.05-1.56% over those five catchments, as compared to the pre-fire AET (2004-2018). The impact of the wildfires on the catchment AET was less severe than expected (i.e. up to 1.56%) mostly because two big wildfires were distributed across two catchments respectively (i.e. four catchments for the two wildfires) and the other wildfire was small and not severe. This study highlights the importance of assessing the area and severity of a wildfire when estimating its impact on the local hydrological cycle.

가뭄은 일반적으로 기상학적, 수문학적, 농업적 및 사회·경제적 가뭄으로 분류된다. 그 중 강수량 부족으로 인해 야기되는 기상학적 가뭄은 지역 사회에 직접적인 피해를 유발하는 도화선이 된다. 그러나 강우량 부족이 경제적, 사회적 피해로 전파되는 과정은 단순하지 않으며, 정량화가 어려운 실정이다. 가뭄 위험도는 수문기상학적 요인뿐만 아니라 자연재해에 대한 지역의 취약성의 맥락에서 파악되어야하므로, 가뭄 위험도 평가 방안은 위험도와 지역사회 사이의 관계를 규명하는 과정을 포함해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가뭄 취약성(vulnerability)과 노출성(hazard)을 정량화하여 나타내는 지표를 적용한 가뭄 위험도 분석 방법이 주로 사용된다. 일반적으로 수용되는 취약성 개념은 개인 또는 그룹이 자연재해의 영향에 대처하고 이에 저항할 수 있는 능력을 의미하며, 노출성은 자연적 또는 인간이 유발할 수 있는 물리적 사건의 가능성을 나타낸다. 따라서 취약성은 지역의 문화적, 사회적 및 경제적 인자를 이용하여 정의된다. 반면 노출성은 주어진 시간 또는 영역 내에서의 특정 현상의 발생 확률에 따라 결정된다. 본 연구에서는 가뭄 취약성 지수 (Drought Vulnerability Index, DVI)와 가뭄 노출성 지수(Drought Hazard Index, DHI)를 이용하여 지역 가뭄 위험도를 평가하였다. 취약성 및 노출성 지수를 활용한 선행연구에서의 주요 쟁점은 연구자의 주관성을 배제하고 지역의 상황을 반영할 수 있도록 (1) 객관적이고 합리적인 변수의 선택과 (2) 각 인자들의 관계를 규정하는 가중치 정의 방법이다. 본 연구에서는 확률론적 접근방법을 적용한 위험도 평가 방안을 제시하고자 하였다. DVI를 산정 시 지역에서 지배적인 사회경제적 인자를 선택하기 위해 주성분분석(PCA) 기법을 활용하였으며, DHI는 이변량 가뭄 빈도 분석에 의해 산정된 특정 가뭄사상의 발생 확률로 정의되었다. 본 연구에서는 국내에서 가뭄 위험도가 가장 높은 것으로 평가되는 충청북도 및 충청남도를 대상지역으로 선정하고 지역 위험도를 평가하였다. 그 결과 가장 가뭄 위험도가 높은 지역은 충청북도에서는 청주시, 충청남도에서는 공주시로 분석되었다. 특히 청주시는 DVI가 매우 높지만 DHI는 상대적으로 작게 나타났으며, 반면 공주시는 DHI와 DVI가 지역 내에서 가장 높게 산정되었다.

하천관리정책은 국가의 자연적, 사회적 환경에 크게 영향을 받으며 각 나라에 맞는 고유한 방향으로 정착하였다. 우리나라의 경우 치수와 개발이 중심이 있는 되는 일본식 하천관리체계를 오랫동안 유지하여 왔으며 개별 하천의 관리에 기본이 되는 하천기본계획체계는 일본의 신하천법의 형식을 유지하고 있다. 이에 반해 물관리체계는 2019년 6월에 시행된 물관리기본법에 의해 수량과 수질 통합관리 체계로 크게 개편되었다. 현행 물관리체계에서는 수질과 수량은 관리주체가 통합되었으나 하천관리는 하천시설물과 하천수의 관리주체가 분리되어 있다. 기후변화로 인해 주요 선진국은 하천관리에서 치수의 중요성이 높아지고 있으나 우리나라의 경우에는 하천의 치수관리에 대한 정책적 중요도는 떨어지고 있으며 환경관리에 대한 중요도가 높아지고 있다. 하천기본계획은 개별 하천에 대한 치수, 이수, 환경의 유일한 종합적 계획으로 광범위한 조사/분석/계획 등을 포함하고 있으나 타계획과의 연관성이나 활용성이 높지 않은 편이다. 본 연구에서는 국가 차원의 종합적인 하천관리정책 수립, 일관성 있는 치수, 이수, 환경 계획의 수립, 정부의 효율적인 하천관리 실행 등의 관점에서 현행 하천기본계획의 한계를 살펴보고 변화하는 기후 및 사회 환경에 탄력적으로 대응할 수 있는 개선방안을 검토하였다. 이를 위해서 우리나라와 일본, 미국, 유럽 등 선진국의 하천관리체계를 검토하고 도로, 상하수도 등 유사 분야의 계획 체계와 하천계획 체계를 비교하였다. 물관리 체계 개편을 고려한 현행 하천기본계획의 주요 논점을 정리하고 현행 법체계와 사회환경을 고려하여 하천기본계획이 실질적인 하천에 대한 종합적 계획의 의미를 살릴 수 있는 체계 개편 방안과 구체적인 실행방안에 대해서 고찰하였으며 장단기 개선방안을 제시하고자 한다.

지속가능한 국가 발전을 위한 물관리 정책은 항상 국정 과제의 중심에 있다. 물관리는 수재해예방, 양질의 안정된 물이용, 충분한 식량생산, 수생태계와 물환경의 보호, 효과적 재정투자 등과 같이 다양한 분야에 계층적이면서도 상호연계성 있는 전문성을 요구한다. 동시에 물관리의 효과와 편익은 경제활동의 기반이 되고 환경보전의 원천이므로 정책의 수요는 정부뿐만 아니라 국민과 더불어 자연으로부터 기인한다. 특히 기후변화의 불확실성 또는 감염병 대발생과 국가적 위기에도 지속가능한 국가 발전을 이행하기 위해서는 시의성 있고 유효한 물관리 정책은 필수이다. 그동안 우리나라 물관리 정책의 세분화 또는 파편화는 물관리 전문성 강화의 효과보다는 비효율성의 결과를 더 크게 생산해 왔었다. 특히 부족한 협력과 조정은 과잉·중복 투자, 비일관적 정책, 비효율적 성과라는 왜곡된 통합물관리 정책 순환이 반복되게 하였다. 최근 정부는 국토교통부의 하천수량(홍수 포함) 및 광역상수도 관리 기능을 환경부로 이관하는 물관리일원화를 추진하여 통합물관리의 발판을 마련하는 계기를 달성하였다. 하지만 비록 정부조직법 개정과 물관리기본법 제정으로 통합물관리 정책의 틀은 마련되었으나, 국토교통부가 하천법 상의 일부 사무를 담당하므로서 하천관리 정책의 복잡성과 다원화는 높아졌다. 따라서 하천의 이용 및 관리에 관한 만족도, 관리주체, 미래상, 물관리일원화 후 정책수요, 기후변화에 관한 인식, 하천관리 참여 의향 등을 조사하는 연구는 시급한 실정이며 향후 하천기본계획, 생태하천복원사업, 소하천정비사업 등과 같은 재정사업의 추진 방향에도 매우 중요한 주제라고 할 수 있다. 본 연구에서는 현재와 미래 하천의 이용 및 관리, 그리고 정책방향에 대하여 일반 시민(4,500명)과 전문가(168명) 대상의 설문조사를 실시하였으며 인식의 공통점과 차이를 비교분석하였다. 설문조사의 내용은 3가지 부문(하천이용, 하천관리, 하천정책)으로 구분하여 각 부문별로 세부문항으로 구성하였다. 일반 시민과 전문가 간의 인식조사 비교 결과, 공통적으로 시민과 전문가는 하천의 바람직한 미래상으로 '깨끗한 수질의 하천'을 가장 높게 선호하였다. 하천관리 우선순위를 묻는 질문에 대한 시민과 전문가의 응답도 대하천, 도랑이나 개울, 중하천, 소하천 순으로 동일하였지만, 1순위와 2순위의 격차는 시민(26.1%)보다 전문가(1.2%)가 낮았다. 또한 시민과 전문가는 하천관리의 주체로 '물전문기관'을 가장 높게 선호하였지만, 전문가는 '물전문기관' 다음으로 중앙부처(20.2%)를 선호하였지만, 시민은 중앙부처(6.8%)를 가장 선호하지 않는 하천관리 주체로 응답하여 두 집단 간의 큰 인식의 차이를 알 수 있었다. 물관리일원화 후 보다 큰 관심을 가져야할 정책으로는 '건강하고 깨끗한 수질'을 시민(38.9%)과 전문가(47.0%)는 1순위로 선택하였으나, 2순위는 시민은 '생태서식공간'(11.6%)을 전문가는 '안정적 수량확보'(20.2%)를 선택하여 두 집단의 인식 차이가 있음을 알 수 있었다.

하천공간은 홍수방어와 용수사용을 위한 수자원관리 측면의 공간에서 벗어나 국민들의 삶의 질 제고와 이용편익, 생활환경의 중심 공간으로 자리매김하고 있다. 국민의 하천에 대한 눈높이가 상승하고 있음에도 하천공간이 주는 여러 가치에 대해서는 학술적 검토가 미진하였으며, 그에 따라 정책에도 제한적으로 반영되고 있다. 본 연구에서는 설문조사, 요인분석 등을 통해 주민 입장에서 부여할 수 있는 하천의 다면적 가치를 식별하고 주민친화적 관리를 위한 성과지표를 개발하고자 하였다. 특히 본 연구가 개발하고자 하는 성과지표 체계는 기존 방식대로 객관화·정량화가 불가능한 주민의 정성적·주관적 만족도를 측정할 수 있는 지표를 개발하는 것에 목적이 있다. 먼저, 관련된 각종 선행연구 및 도로 등 타분야 사례, 일본 등 해외 사례 등을 종합하여 하천의 4가지 사업부문인 치수, 이수, 환경, 친수를 모두 포괄하는 지표체계안을 구축하였다. 다만 본 연구가 주민친화적 하천관리를 목적으로 하므로 상대적으로 환경·친수 부문 지표의 비중이 높았으며, 총 지표 개수는 25개로 도출하였다. 도출한 지표체계안을 바탕으로 주민 대상 설문조사를 실시하였으며, 요인분석법을 활용하여 지표체계를 재정리하였다. 요인분석법은 학술적·실무적으로 가장 널리 사용되는 PCA 추출법과 Varimax 회전법을 채택하였으며, KMO 및 Barlett's 검정법을 활용하여 자료 검정을 수행하였다. 그 결과, 하천 부문 주민만족 요인은 3가지로 나타났으며, 이를 각각 '최소친수기반요인', '안전·청결기반요인', '친수활동지원요인'으로 정의하였다. 요인 분석 결과를 바탕으로, 3개 영역, 6개 세부 영역, 24개 평가항목으로 구성된 성과지표 체계를 도출하였다. 마련된 성과지표의 항목별 중요도를 전국 대상 설문조사를 통해 분석한 결과, 영역 중에서는 '안전·청결기반요인'이 가장 중요한 것으로 나타났으며, 특징적으로는 CCTV, 장애·위험물 제거, 수질·공간청결성, 공공화장실 만족성 등이 중요한 것으로 나타났다. 또한 대전지역 국가하천과 지방하천을 사례지역으로 성과지표를 비교한 결과, 국가하천의 성과가 대체로 높게 나타났으며 '최소친수기반요인' 영역의 성과가 상대적으로 높은 것으로 나타났다.

하천은 최근 주민에게 휴식과 레저의 기회를 제공하고 지역활기 창출의 자원으로 가치가 부상함에 따라 하천공간의 관리와 운영이 한층 더 중요해 졌다. 즉 하천공간의 개발과 보전은 지역의 문화관광과 복지 등의 지역 정책과 함께 하천이용의 수요를 고려하여 신중하게 운영해야 한다. 이에 본 연구에서는 하천공간의 체계적인 관리를 위해 통신 빅데이터를 활용하여 이용객 수를 추정하고 검증 한 뒤, 이용도 지표를 산정하였으며, 하천공간의 상세 유형화 방안을 마련하고 유형별 특성분석 등을 실시하고자 하였다. 현장표본조사를 통한 검증결과 통신 빅데이터는 하천공간에서의 이용객 수 추정에 활용 가능성을 보였으며, 이용도 지표 산정결과를 통해 친구지구를 이용객들이 어떻게 활용하는지 판단할 수 있었다. 또한 상세 유형화 방안을 마련하고 적용한 결과 이용객들이 하천공간을 근린의 성격과 거점의 성격으로 이용하고 있는지 판단할 수 있었다. 본 연구의 결과를 종합할 때, 친수지구 조성 및 관리를 위한 자료 활용방안을 제시할 수 있었으며, 국가하천 점용허가 시 통신 빅데이터 활용방안을 마련할 수 있었다. 통신 빅데이터는 친수지구 이용도 조사에 크게 유용한 방법을 제공하며, 하천계획, 유지·보수 등 관련 실무활용 및 정책수립에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.

18년 물관리일원화 이후 인프라와 사람 중심으로부터 자연과 인간의 조화를 위한 환경·생태계의 자연성 회복으로의 물관리 패러다임 전환이 빠르게 이루어지고 있으며, 대규모 국책사업이후의 하천 관리에 있어서도 기존의 이수, 치수, 환경이라는 단순한 기능적 구분을 벗어나 보다 근본적이고 장기적인 대국민 서비스로의 전환을 도모하고 있다. 또한, ICBAM 등으로 정의되는 4차산업혁명 기반 기술의 접목이 거의 대부분의 분야에서 이루어지고 있는 것을 실질적으로 체감하는 시기가 도래하였다. 그러나, 하천 및 수자원 관리분야에서의 기술은 근대 엔지니어링의 기초가 되는 수로 건설 등으로부터 시발되어 사실상 가장 앞선 과학적 진보의 토대를 갖추었으나 최근의 기술적 트렌드를 잘 추종하지 못하는 것처럼 비추어 지는 것이 사실이다. 주된 이유로서 기후변화라는 광범위하고 장기적인 입력요소를 가진 하천관리 시스템의 특성상 불확실성의 추정 및 즉각적인 응답이 어려운 부분이 분명히 존재하지만, 실질적으로 여전히 해소되지 않는 부분은 하천의 기초자료 수집에 대한 효율성과 신뢰도가 낮은 것이라고 하겠다. 또한, 유역으로부터 댐-다기능보-하천으로 이어지는 의사결정을 위한 다양한 형태의 자료로부터 적절한 정보를 수집하는 체계(거버넌스의 문제이자 기술적/재정적 한계)가 확립되지 않은 점도 고려해야 할 것이다. 본 연구에서는 인공지능을 활용한 하천의 유량 예측 등을 위해 필요한 수자원 기초데이터의 근원적인 수집 및 관리상의 문제점에 대해서 검토하고자 하였으며, ARIMA, Kalman Filtering, MA 및 복합기법을 통한 자료처리 기법을 적용하여 상황에 맞게 오차 및 불확실성의 저감을 위한 방안을 찾고자 하였다. 또한, 이용자 중심의 하천 관리에 근접한다고 볼 수 있는 스마트워터시티 개념에서의 바람직한 하천관리 기법에 대해서 논의하고, 관련하여 근자에 개발한 하천의 물리적 해석 도구들에 대해서 적용 사례를 검토한다. 마지막으로, 지식기반의 하천관리 의사결정 플랫폼 개발을 위해서 기존의 기계학습을 통한 자동화된 의사결정에 부가하여 전문가와 시스템이 상호작용을 통해서 AI를 학습시켜 결정한 사항을 전문가의 의사결정에 참고하는 MCRDR기법의 적용의 적용 가능성과 도입 방향에 대해서 논의하였다.

우리나라는 2000년 수원국에서 공여국으로 전환 후 ODA 규모를 지속적으로 확대해 왔으며, 2018년 ODA 예산 규모는 약 3조 482억원으로 OECD DAC(개발원조위원회) 회원국 중 총액 기준 15위 규모로 성장했다. 우리나라의 국민총소득(GNI) 대비 ODA 비율은 0.15%(2018년)로, 우리나라는 2030년까지 GNI 대비 0.3%까지 ODA 예산규모를 확대하는 것을 목표로 하고 있다. 우리나라 하천·수자원 관련 국제개발협력 사업은 2007년 '라오스 메콩강변 종합관리사업'을 시작으로 현재까지 약 40건의 사업이 시행되었다. 시행된 사업중 90%(36건)가 중점협력국가(2016-2020)와의 협력사업이었으며, 24개의 중점협력국 중 물관리가 중점협력분야로 들어가 있는 국가는 17개국이나 그 중 8개국에서만 국제개발협력사업이 시행되었다. 라오스, 인도네시아, 캄보디아가 각각 6건, 필리핀 5건 등으로 일부 국가에 편중되어 국제개발협력사업이 추진되고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 그동안 하천·수자원 분야 국제협력사업이 전담기관 없이, 일부 공공기관이나 민간기업의 각각의 네트워크와 노하우에 의존하여 발굴되고 있기 때문이다. 사업을 추진하는 공공기관 및 민간기업이 각자의 네트워크를 활용하여 사업의 발굴부터 시행까지 추진함에 따라 사업추진에 따른 네트워크가 지속되지 않고 단발성으로 끝나는 경우가 많고, 해당 국가에 우선적으로 필요한 사업이 선정되는 것이 아닌 사업을 추진하는 기관의 특성에 맞게 발굴된 사업이 선정되어 왔다. 국제개발협력사업 발굴에서 가장 핵심적인 부분은 상대국가와의 네트워크를 구축하고, 지속적인 교류를 통해 해당 국가에 어떤 하천 및 수자원 관련 문제가 있는지 파악해서 우선적으로 필요한 사업을 제안하는 것이 중요하다. 또한 사업제안서를 수원국이 자체적으로 작성할 수 있는 역량이 부족한 경우가 대부분이기 때문에 우리나라의 사업을 추진하는 기관이 사업제안서를 작성해주고 수원국에서 검토하는 방식으로 사업제안서를 작성해야하는 한계점이 있다. 따라서, 하천분야 국제 협력 네트워크의 지속적인 관리 및 정기적인 하천사업 수요조사 및 구원국의 사업제안서 작성 지원을 위한 전담기관을 선정하여 국제협력사업 추진을 위탁함으로써 네트워크 및 노하우의 누적을 통한 해외사업의 발굴 및 지속가능성을 강화하는 것이 필요하다고 생각된다.

'20년 3월 현재 전국 3,502개 읍면동 중 73개 읍면동이 지하수를 상수원으로 급수 중이며, 48개 산업단지에서 지하수를 주 수원으로 사용 중이다. 또한 급수 소외지역의 물 공급을 위해 주로 사용되는 소규모수도시설 14,811개 중 12,073개(81.5%)는 지하수를 이용하고 있으며, 그 위치는 전국에 산재해 있다. 이처럼 지하수는 댐, 저수지 및 하천과 더불어 생·공용수의 중요한 수원이라 할 수 있다. 본 연구에서는 급수 소외지역의 주요 수원인 지하수위 현황을 이용한 가뭄 모니터링 및 전망 기법을 개발하고자 하였다. 국가 지하수관측망 중 10년 이상 장기 관측 자료를 보유한 253개 관측소의 일단위 관측자료를 기반으로, 과거 관측수위 분포를 핵밀도함수로 추정하고 Quantile Function을 이용해 현재 수위의 높고 낮은 정도를 Percentile 값으로 산정하였다. 관측소별 지하수위 Percentile은 티센망을 이용해 167개 시군별로 공간평균하고 Percentile의 범위에 따른 가뭄등급을 설정하여 지하수 가뭄 정도를 모니터링 할 수 있는 기법을 제시하였다. 또한 지하수 가뭄을 전망하기 위해 강수와 지하수위의 거시적인 응답특성을 이용하였다. 관측소별로 추정된 핵밀도함수의 누적확률을 표준정규분포의 Quantile로 변환하여 표준지하수지수I(Standardized Groundwater level Index, SGI)를 산정하고, 시군별로 공간을 일치시킨 1~12개월 지속기간별 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)와의 상관관계를 이용해 NARX(nonlinear autoregressive exogenous) 인공신경망 예측모형을 구축하였다. 이를 통해 기상청 정량전망 강수량을 이용해 전국의 1~3개월 후 지하수 가뭄을 빠르게 전망할 수 있는 체계를 구축하고, 생·공용수 분야 국가 가뭄 예·경보의 미급수지역 가뭄현황 및 전망에 활용중이다.

일반적으로 수문빈도해석은 치수계획 수립에 이용되는 설계강수량, 계획홍수량 등을 산정하기 위해 연최대치계열 또는 연초과치계열 자료를 이용한 극치빈도해석을 수행하고, 확률분포의 우측꼬리(right tail) 부분을 이용하여 확장된 재현기간에 해당하는 확률수문량을 추정한다. 하지만 가뭄 관련 분석에서는 확률분포의 좌측꼬리(left tail) 부분은 이용해 확장된 재현기간별 확률수문량을 추정해야할 경우가 발생한다. 또한 물관리 실무에서 장 단기 운영계획 수립을 위해 이용하는 갈수빈도 유입량 산정 등에서도 평년보다 작은 수문량에 대한 빈도해석이 필요한 경우가 있다. 국가 가뭄정보분석센터에서는 기존에 K-water연구원에서 개발한 빈도해석 프로그램인 K-FAT의 분석모듈을 이용해 극소치계열 또는 갈수빈도 유입량 분석에 특화된 가뭄빈도해석 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램은 GEV, Gumbel, Weibull 등 14개의 확률분포형을 포함하며, 모멘트법, 최우도법 및 L-모멘트법을 사용하여 매개변수를 추정한다. 적합도 검정의 경우 χ², K-S, CVM, PPCC 및 수정 Anderson-Darling test를 이용하여 다각적인 검정을 할 수 있도록 하였다. 분석을 위한 입력 자료의 경우 사용자가 전처리를 통해 준비한 연최소치계열 등 연도별 시계열자료를 이용할 수 있으며, 일단위 및 월단위의 강수량 또는 댐 유입량 자료를 이용해 사용자가 원하는 기간의 누적강수량, 평균 유입량으로 변환할 수 있는 자료변환 기능을 추가하여 실무 활용성을 높였다. 또한 최적 확률분포 선정을 위해 참고할 수 있도록 AIC(Akaike information criteria)와 BIC(Bayesian information criteria) 분석이 포함되어 있으며, Bootstrap 기법 등을 이용한 불확실성 산정을 통해 추정 값의 신뢰구간을 표시하도록 하였다. 개발된 프로그램은 베타버전 시험배포를 거쳐 가뭄정보포털을 통해 배포할 예정이다.

기후변화로 인하여 가뭄은 그 위험성이 점차 높아질 것으로 예상되고 있다. 잠재적 대규모 가뭄피해를 사전에 예방하기 위해서는 가뭄에 보다 효과적으로 대응하기 위한 방안을 마련하는 것이 필요하며, 국가적 수자원 관리를 넘어선 국민 전반이 가뭄 심각성을 인지하고 적합한 대응을 하도록 유도하는 것이 중요하다. 기상, 수문, 농업 등 가뭄 발생의 다양한 측면들을 표현한 여러 가뭄지수 및 정보가 이미 생산되고 있으므로, 이러한 정보를 국민에게 제공한다면 국민이 가뭄의 심각성을 인지하고 물 절약 등의 행동에 동참하도록 하거나 농민의 경우 사전에 대처 방안을 마련하도록 하는 등, 공급측면에서의 수자원 관리 뿐만 아니라 수요 측면에서의 대응도 가능하게 될 것이다. 하지만 현재 제공되는 가뭄지수 및 정보는 전문적 지식이 있는 의사결정자 및 연구자 등을 위한 것으로, 일반 시민이 이러한 정보를 통해 가뭄의 상황을 이해하고 해석하여 그에 따른 행동을 하기란 어려운 것이 사실이다. 따라서, 본 연구에서는 국내 가용한 가뭄지수 및 정보로부터 국민이 체감할 수 있으며, 적절한 행동을 하도록 설득할 수 있는 가뭄정보 생산 방안을 도출하고자 한다. 사회과학적 이론, 포커스그룹 인터뷰 및 설문조사를 통하여 국민의 가뭄정보에 대한 인지 및 이해 특성을 파악하고, 시민자문단을 통하여 직접적으로 국민에게 현재 가용한 가뭄정보를 제공하고 어떻게 바라보는지 분석함으로써, 국민이 체감 가능한 가뭄정보의 방향을 제안하였다. 또한 현재 가뭄에 대한 뉴스 등이 어떠한 방식으로 생산되고 유통되는지를 분석하여 이로부터 사회과학적 측면에서 국민을 설득하기 위한 보다 효과적 방안을 제시하였다. 결과적으로 국민이 가뭄의 상황을 인지하고, 국가적 차원의 가뭄 대응의 필요성을 이해하며, 물 절약 등의 행동을 하도록 설득하는 것이 가능하게 되어, 점차 심각해져가는 가뭄에 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후변화로 인해 가뭄의 규모 및 발생빈도가 증가하고 있는 추세이며, 불특정 다수의 지역에 장기간에 걸친 가뭄 발생이 증가하고 있다. 이에 본 연구는 선제적 가뭄 대응 및 관리를 위해 기후변화에 따른 가뭄 현황과 원인을 분석하고, 전국을 대상으로 일괄적인 가뭄평가를 수행하여 지자체별 가뭄대책 수립이 시급한 지역을 확인하기 위한 가뭄취약지도를 구축하였다. 가뭄취약성 평가는 가뭄대응능력, 노출도, 민감도, 보조수원능력을 기반으로 하여 평가 방법론을 개발하였다. 가뭄 대응능력은 지역별 현재 급수체계를 고려한 물수지 분석을 통해 용수공급 가능일수를 산정하고 점수화하였다. 노출도는 가뭄의 발생빈도와 심각한 정도를 나타내는 가뭄빈도와 가뭄심도를 활용하여 가뭄위해성지수(DHI)를 산정하고 계수화 하였다. 민감도는 생활용수와 공업용수 이용량을 합산하여 생공용수 이용량을 산정하고 계수화 하였다. 마지막으로 보조수원능력은 지역별 주 수원의 기능을 보조하여 가뭄에 대응할 수 있는 지하수 개발 가능량과 저수지 용량을 합산하여 해당지역 생공용수 수요량으로 나눈 값을 계수화 하였다. 4가지의 평가인자를 통한 가뭄취약성 평가는 I-IV등급까지 총 4개의 등급으로 평가된다. I등급은 가뭄취약지도제작 시급성 및 가뭄발생빈도가 낮고, 가뭄의 규모와 피해가 작으며, 용수공급능력이 충분한 지역이며, II등급은 가뭄취약지도의 제작이 다소 시급하며, 가뭄발생빈도가 낮고, 가뭄의 규모와 피해가 작으며, 용수공급능력이 다소 부족한 지역이다. III등급은 가뭄취약지도의 제작이 시급하며, 가뭄발생빈도가 높고, 가뭄의 규모와 피해가 크며, 기존 용수공급 능력이 부족한 지역이며, IV등급은 가뭄취약지도의 제작이 시급하며, 가뭄발생빈도가 높고, 가뭄의 규모와 피해가 크며, 용수공급 능력이 매우 부족하여 별도의 대책이 필요한 지역이다. 개발된 가뭄취약성 평가 방법을 시범적으로 충남 8개 시군에 적용하여 평가 해본 결과, 가뭄대응능력이 가뭄취약성에 가장 중요한 인자로 나타남에 따라 가뭄 대응 및 관리에 있어 가뭄대응능력, 즉 용수공급 가능일수를 높이는 것이 가장 중요한 것으로 판단되었다.

일반적인 연안 해역에서 창조지속시간과 낙조지속시간은 거의 동일한 수준을 보여 조위곡선은 대칭적인 형태를 띠게 된다. 그러나 M4분조나 MS4분조와 같은 천해조가 발달된 해역에서는 그 모체가 되는 M2분조나 S2분조와의 상대적인 위상차에 따라 조위곡선이 비대칭적인 형상을 띠기도 한다. 창조지속시간이 길 경우 낙조시 최대조류속이 크게 되는 낙조우세가 형성되는 반면 낙조지속시간이 길 경우에는 반대로 창조우세가 형성된다. 소류사의 움직임은 유속의 6승에까지 비례하므로 이러한 최대조류속 차이에 따라 창조우세 또는 낙조우세 해역에서 소류사 이동량에는 큰 차이가 발생할 수 있다. 감조하천의 경우 상류로 갈수록 창조우세화하는 것이 일반적인 것으로 알려져 있으며 국내에서는 금강을 비롯한 군산해역이 대표적이다. 창조우세인 군산해역과 반대로 영산강하구 및 목포해역의 경우 낙조우세를 보이고 있는데, 그 근원은 황해에서의 순환특성과 함께 목포해역 인근의 드넓은 조간대에 기인하는 것으로 추정하고 있다. 특히 인접한 무안만에서는 낙조지속시간이 창조지속시간에 비해 2시간 이상 짧아 국내에서 가장 심한 수준의 낙조우세를 보이고 있으며, 영산강하구 낙조우세의 근원으로 평가되고 있다. 한편 조간대가 발달된 해역은 천해조 생성에 따라 낙조우세 경향이 있음과 관련하여 Kang and Moon(2001)은 조간대가 조석파의 전파와 천해조 발생에 미치는 영향성에 대하여 수치실험을 통해 연구한 결과 무안만의 낙조우세는 조간대의 발달에 기인함을 재확인한 바 있다. 따라서 낙조 우세를 수치모형을 통해 재현하기 위해서는 조간대 모의가 필수적임과 동시에 낙조우세를 재현하기 위해서는 천해조 개방경계 설정이 필요하다고 알려져 있다. 또한 이렇게 천해조가 발달된 하구에서 조석비대칭 현상은 퇴적물 이동에 직접적인 영향을 미치게 되는데 Kang et al.(2002)은 소류사 및 부유사 이동에서 이러한 영향성에 대한 연구를 수행한 바 있다. 그 결과 천해조가 발달된 이러한 해역에서 퇴적물 이동과 관련된 수치모의시 M2분조와 같은 천문조 경계조건에 부가하여 M4분조의 천해조까지 포함시킬 것을 제안한 바 있다. 이와 같이 하구역에서는 천해조 발달로 인해 조석비대칭이 두드러지게 발달되어 있는 경우가 많으며, 감조하천 상류로 갈수록 비대칭은 더욱 심화되는 경향이 있다. 따라서 감조하천 하류부에서 조석을 고려한 경계조건을 부여하여 하천의 흐름양상을 수치적으로 모의할 경우 천해조가 발달된 하구역에서는 천해조가 포함된 경계조건은 필수적이라 할 수 있다.

금강하구와 같이 막힌 대형 하구는 근본적으로 복잡한 물리화학적 프로세스와 다양한 이해당사자간의 갈등 때문에 단편적인 접근으로는 관리의 한계가 있을 수밖에 없는 환경이다. 더욱이 하굿둑의 갑문을 열어 하구순환을 복원하는 해수유통 사업은 그 자체가 가지는 환경적 효용성의 확인과 기존 용수이용 체계의 전면적 변화와 관련된 상당한 비용이 요구된다는 면에서 특별한 논란이 되어왔다. 본 연구는 해수유통으로 인한 금강 하구해역의 수리, 수질, 퇴적 및 생태 등 다양한 환경적 변화를 집중적인 현장 조사 및 통합 모델링을 통해 정량적으로 예측하고 이를 지역 이해당사자 논의 체계인 금강하구해역정책협의회에 제공함으로써 해수유통과 연관된 이해당사자 간 갈등을 완화하고 과학적 자료에 근거한 정책결정을 지원하기 위해 수행되었다(과학-정책의 통합). 조사연구는 하굿둑 갑문 개방에 따른 다양한 시나리오별로 해수유통으로 인한 영향을 하구해역(하굿둑의 바다 쪽 해역)과 하구호(하굿둑의 하천 쪽 담수역)에 미치는 영향을 검토하였다(하천-하구호-연안해역의 공간적 통합). 시나리오는 하구해역정책협의회의 요구사항을 반영하여 개발되었고, 시나리오별 영향파악은 수리(조석 및 파랑 포함), 퇴적물 이동 및 수질은 Delft3D모델을, 유역으로부터의 유량 및 오염물질 부하량은 분포형 비점모델인 STREAM을, 김양식과 이매패류 생산량을 추정하는 생태모델은 통계기반의 포인트 모델을 통해 이루어졌다(수리-퇴적-수질-생태계 모델의 통합). 시나리오 분석결과, 상시 해수유통을 제외한 대부분의 하굿둑 부분 개방 시나리오에서는 하구해역에 미치는 영향이 제한적으로 나타나는 것으로 예측되었다. 이는 하굿둑 부분 개방에 따른 담수방류량 및 이에 대응하는 해수의 유동패턴이 현재와 크게 달라지지 않음을 반영한다. 반면 하구호에 대한 영향은 하구해역에 비해 하굿둑 갑문 운영시나리오에 따라 상대적으로 민감하게 변화되는 것으로 예측되었다. 갑문의 부분 개방을 통해 하구호의 수위를 현재 대비 5cm~50cm 변화시켰을 때 1psu 염분의 저층에서의 침투거리는 하굿둑 상류 6km~18km 정도로 예측되었고 갑문 개방에 의해 염분 침투 거리의 조절이 가능할 것으로 나타났다. 단, 사용된 통합모델은 수년간의 검보정 과정을 반복적으로 수행하여 예측의 정확도를 지속적으로 개선하였지만, 모델운영 자체의 불확실성을 고려할 때 실제 해수유통을 위해서는 시범개방을 통해 모델 예측의 결과를 확인할 필요가 있다.

한강 하구는 매우 다이나믹한 공간이다. 서해의 조석변화가 한강과 임진강에 영향을 미치는 동시에 한강과 임진강의 영향이 조석에도 영향을 미친다. 한강과 임진강의 유량은 서로에게도 영향을 미친다. 결과적으로 한강, 임진강, 조석이 서로 밀접하게 영향을 미치는 곳이 한강 하구이다. 그러나 지금까지 군사적인 문제로 인해 한강 하구에 대한 조사나 분석은 많이 이루어질 수 없었다. 그로인해 하구의 수리적인 영향이 정확하게 분석되지 못하였다. 본 연구에서는 한강 하구의 흐름 모의 결과를 바탕으로 조석변화의 특성을 분석하였다. 또한 신곡수중보 주위의 흐름 조사 결과를 바탕으로 하구에서 발생하는 조석 변화의 영향도 분석하였다. 한강 본류의 경우 평상시 조석이 영향을 미치는 범위는 잠실수중보 직하류까지이다. 한강 본류에 계획홍수량이 흐르는 경우 한강대교 지점에는 조석의 영향이 나타나지 않으며, 약 10,000cms 이상의 홍수량에서는 조석영향이 거의 나타나지 않는 것으로 분석되었다. 임진강의 경우에도 계획 홍수량이 흐를 경우 조석이 영향을 미치는 범위는 하구부 일정 구간에 한정된다. 한강 하구부에서 홍수시 조석의 영향으로 인해 홍수위가 상승될 수 있는 경우는 제한적이라고 할 수 있다. 임진강의 유량은 한강의 조석변화에도 영향을 미친다. 임진강에 평상시 유량이 흐르는 경우와 홍수량이 흐르는 경우에 나타나는 한강의 조석영향 범위 및 크기는 다르다. 반대로 한강의 유량은 임진강의 흐름에도 영향을 미치게 된다. 이와 같은 상호간의 영향은 매우 밀접하게 발생하게 된다. 한강 하구부에 설치되어 있는 신곡수중보는 조석의 변화에 큰 영향을 미치고 있다. 조석으로 인해 발생하는 수위의 변화가 수중보로 인해 줄어들게 되어 이 지점을 기준으로 수위차가 발생하게 된다. 만조시에는 수중보를 월류하는 흐름이 발생하는데 상류방향의 유속이 빠르게 나타난다. 수심방향의 유속변화도 크게 나타나는데 상류 및 하류 방향의 유속이 시간과 장소에 따라 매우 다양하고 복잡하게 나타나게 된다. 한강 하구부의 수리현상은 매우 복잡하지만 지금까지 조사되거나 분석되지 못한 것이 사실이다. 하구부의 지속가능한 관리를 위해서는 의사결정을 할 수 있는 기초자료와 분석 결과가 매우 중요하다. 본 연구의 결과는 한강 하구 조사와 분석을 위해 활용될 수 있으리라 기대된다.

신곡수중보는 한강종합개발사업(1982년~1986년) 중 하도정비로 인하여 상시 수위가 저하됨으로써 조수의 과도한 역류 등으로 발생하는 이수상의 문제점을 해결하고 상류에 설치된 잠실수중 보 사이의 수위유지 및 하천 공간 이용의 극대화, 연안 농경지의 용수공급 및 하천환경 보전을 목적으로 건설되어, 「잠실 및 신곡수중보 관리규정(1986)」 및 「신곡수중보 운영 매뉴얼」에 의해 관리·운영되고 있다. 신곡수중보는 준공된 이래로 한강하류의 흐름 해석에 있어 중요한 기준과 경계로서 이와 관련한 다양한 연구가 진행되었다. 신곡수중보로 인한 흐름의 변화가 하상과 생태에 미치는 영향에 관한 연구와 하구역에서의 조위 및 흐름특성과 밀도류의 거동에 관한 1, 2차원 수치해석연구가 활발히 진행되었다. 본 연구에서는 그동안 1, 2차원 수치해석연구로 한정되었던 신곡수중보 흐름특성에 관련하여 실제 수문 운영 방식을 반영한 3차원 수치해석을 수행하여 구조물의 상·하류에서 발생하는 와류 및 이차류와 같은 3차원적 흐름 구조와 이에 따른 지형의 침식·퇴적 및 구조물에 미치는 영향 등을 구체적으로 분석하였다. 우선, 신곡수중보 운영 매뉴얼과 실제 가동보 운영시스템을 비교하여 수문개방 시기, 유량 기준의 수문 운영 방법, 수위 변화에 따른 수문 운영 방법, 수문개방 순서를 분석하고 신곡수중보 주변 흐름에 대한 3차원 수치해석모형 구축을 위한 경계조건을 산정하였다. 수치해석에는 상용프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며, 경계처리기법 및 난류해석을 위해 FAVOR 기법과 RNG k-ε 모델을 적용하였다. 수문 동시개방 개수, 수문 개방 위치 및 순서, 개방 높이에 대한 조건을 변화시켜 구성한 시나리오에 대해 수치해석 후, 유속, 난류에너지, 이차류 등의 흐름특성을 분석하고 상·하류 수위차에 따른 방류량을 산정하여 시설물의 관리안을 도출하고 운영 매뉴얼의 개정안을 제시하였다.

낙동강 하굿둑(이하 하굿둑)은 1987년 부산 사하구와 강서구 사이에 건설되어 하류 지역의 바닷물 유입을 막아 부산, 울산, 경남 등에 안정적으로 생활·농업·공업 등의 분야에 용수를 공급하는 역할을 해왔다. 현재, 하굿둑의 수문은 낙동강 상류로부터 하류로 흘러내려오는 민물(담수)을 방류하기 위해서만 하굿둑 수문을 개방하고 있다. 하구는 하천의 담수와 바다의 염수가 서로 만나는 구역으로 바닷물과 염수의 밀도차에 의한 혼합으로 자연상태의 하구에서는 담수와 염수가 섞이는 기수역이 형성되며, 이러한 특성으로 하구 인근의 지역에서는 일반적인 하천 및 해양, 연안과는 분명히 구별되는 생태계가 조성된다. 하굿둑 건설이후 바닷물(해수)과 민물(담수)이 만나는 낙동강 어귀에 기수생태계가 사라지면서 바닷물이 유입될 수 있도록 하여 생태계를 복원해야 한다는 필요성이 제기되어 왔으며, 하굿둑이 지역에 기여해온 사실은 분명하나 하굿둑으로 인해 생태계 단절이 발생하고 기수생태계가 파괴되었기 때문에 이를 해결하기 위해서는 하굿둑을 개방하여 과거 기수생태계를 복원해야 한다는 목소리가 높아지고 있다. 이에 따라 정부에서는 하굿둑의 기수생태계 복원을 위해서 관계기관 합동으로 의사결정을 하고 효율적인 개방 방안을 모색하는 실무협의회를 구성하여 운영 중이고, 실무협의회 논의를 통해 5개 주요 관계기관(환경부, 국토부, 해양수산부, 부산광역시, K-water) 공동으로 "낙동강하굿둑 운영개선 및 생태복원 방안 연구용역"을 추진 중이다. 2018년 1단계 용역이 완료되었으며, 2019년부터 2단계 연구용역을 추진 중이고 하굿둑 개방의 수준별로 각종 영향을 검토한 후 대책을 마련하여 기수생태계 복원 방안을 수립하는데 그 목적이 있다. 2단계 연구용역에서는 과학적이고 합리적인 기수생태계 복원방안 마련을 위해서 실제로 해수를 유입시키는 3차례의 실증실험 및 수리모형실험 등을 추진한다. 기존 연구들에서도 수문개방에 따른 해수유입 영향에 대해 모델링을 통해서 분석했지만 이는 검증이 이루어지지 않은 결과로 이번 용역에서는 실제 해수를 유입시키고 염분의 침투 및 각종 수생태 영향을 모니터링 한 후 그 결과를 반영하여 모델링을 고도화하고 있다. 최종적으로 고도화된 모델링 결과를 기반으로 기수생태계 조성 방안별로 염분, 수질, 수생태, 침퇴적 등 각종 분야에 대한 정확한 영향을 분석하고 이에 대한 대책을 포함하여 최종적으로 바람직한 기수생태계 복원 방안을 제시할 계획이다. 기수생태계 복원 방안이 계획에만 그치지 않고 실행으로 연결시키기 위해서 필요성에 대한 이해를 바탕으로 공감대를 형성해 나아가고 있으며 지역주민, 전문가, 관계기관 등 민(民)·관(官)·학(學) 다양한 의견을 수렴하여 하구지역내 수량-수질-수생태를 종합적으로 고려하여 복원 방안을 마련 후 사회적인 합의를 추진하여 확정할 예정이며, 하구의 안정적인 관리를 위해 AI 등 4차 산업혁명기술을 적극 적용하는 스마트한 하구물관리(Smart Estuary Watershed Management)"를 활용한 "하구통합물관리" (Estuary Integrated Watershed Management) 등 과학적인 관리를 추진할 계획이다.

하구 관측은 조사 방법 및 주기에 따라 크게 두 가지로 구분되는데, 첫째는 현장에서 직접 주기적으로 자료를 수집하는 정기 현장관측과 다른 하나는 고정된 지점에 관측소를 설치하여 실시간으로 연속된 자료를 수집하는 실시간 관측으로 분류된다. 본 연구는 하구 관측망 체계를 확립하기 위한 기초 연구로서 금강하구역을 대상으로 모의된 수치 모델 자료를 이용하여 관측망을 설계하기 위한 대표 모니터링 지표를 선정하고, 이를 기반으로 관측 지점을 설계하기 위한 전략을 제시하였다. 대표 모니터링 지표는 실제 현장에서 일반적으로 취득할 수 있는 6가지 항목(수온, 염분, 용존산소, 클로로필a, 총질소, 총인)을 대상으로 EOF 분석을 실시하여 해역의 시공간 분포를 대표할 수 있다고 판단되는 2개의 항목을 선정하였다. 대표 모니터링 지점은 2개의 대표 모니터링 지표에 대한 고유 벡터 사이의 각도를 벡터의 내적으로 계산하고 이를 설계변수로 활용하여 도식최적화 기법을 통해 각 모니터링 항목들에 대한 공간 분포를 가장 잘 재현해 낼 수 있는 지점의 개수와 위치를 선정하였다. 선정된 모니터링 지점들을 이용하여 재구성된 공간 분포를 참값(수치모델)과 비교하여 통계적 적정성 여부를 평가하였으며, 이를 통해 금강하구의 대표 모니터링 지점들을 도출 해 내었다. 금강하구의 정기 현장 관측에 대한 대표 모니터링 지점은 7개로 선정되었으며, 이들은 6가지 관측 항목들에 대해서 매우 높은 공간분포 재현율을 확보할 수 있음을 확인하였다. 또한, 담수가 비정기적으로 방류되는 금강하구 시스템의 지역적 특성에 대한 시계열 정보를 연속적으로 가장 잘 취득할 수 있는 실시간 관측소 설치 영역을 결정하기 위하여, 7개의 대표 모니터링 지점에서의 시계열 정보를 금강하구둑 전면과 외해의 시계열 정보와 비교분석하여 설치가능 지점을 영역으로 제언하였다.

전세계적으로 지하수 인공함양은 기후변화로 인한 극한가뭄 시대에 효율적인 물확보 방안으로 평가되고 있는 기술로서, 우리나라에서도 2015년 충청 및 강원 지역의 극한 가뭄이 발생한 이후 그 필요성이 증대되고 있다. 지하수 인공함양 대상지역의 평가를 위해서는 물의 수요에 대한 진단, 대상지역의 수리수문학적 특성, 지층의 인공함양 가능성, 원수의 확보 여부, 현행 공급 능력의 진단 등이 복합적으로 이루어져야 한다. 충청남도 홍성군 갈산면 신곡마을은 안정적인 농업용수 공급 시스템이 마련되어 있지 않아 상시 가뭄지역으로서 현행 지하수 관정에 의한 취수능력으로는 주기적인 물 부족이 발생하는 지역이며, 대용량의 암반 지하수 관정 개발도 대수층의 특성상 거의 불가능하다. 따라서, 인공함양의 원수로서 하천수 또는 함양영역 밖의 소용량의 암반 지하수를 고려할 수 있다. 월별 물수지 분석 결과, 농번기 초기인 4월에는 수요량 대비 기존 용수원(관정)에 의한 공급량이 충분하여 99 ㎥/d의 여유가 존재하나, 5월에는 215 ㎥/d의 물부족이 발생하게 된다. 반면에, 하천유출량은 3월 1,297 ㎥/d, 4월 2,899 ㎥/d 등으로서 함양원수로 사용하기에 충분한 수량이 존재할 뿐 아니라, 이 기간의 지하수위가 지표하 약 4~5 m 하부에 위치하고 있어 지하수 함양에 충분한 공간도 확보되는 것으로 평가되었다. 향후 추가적인 정밀한 수치모델링을 통하여 지하수 인공함양을 위한 적정 물량, 지하수위의 분포 변화 예측, 적정 취수량의 결정 등을 수행할 예정이다.

최근 기후변화와 함께 한국은 매년 가뭄이 지속적으로 발생하고 있으며 피해지역도 다양하게 나타나고 있다. 이에, 가뭄에 능동적으로 대처하고, 지하수자원을 확보할 수 있는 인공함양 및 취수시설의 실증시설을 구축하여 상시 가뭄지역을 대상으로 적용하고자 한다. 최종적으로 연구지역의 소규모 평탄지 하천 중·상류지역 충적층에 인공함양을 통해 가뭄대책 마련을 위한 인공 주입시설을 설치하고, 대수층 발달이 양호한 하류지역에 수평집수정을 이용한 취수시설을 설치하여 취수-공급의 지속적인 순환방식의 통합적인 인공주입·취수시스템을 구축하고자 한다. 연구지역은 가뭄 및 상수도 미 보급지역으로 인해 제한급수가 이루어지고 있는 충청남도 홍성군 운곡리 지역을 대상으로 하였으며, 연구지역 주 대수층인 충적층은 시추조사 결과 지표하 0.5~12.3m에 분포하며, 실트질 모래 및 실트질 자갈로 구성되어있다. 대수층의 수리성은 양수 및 회복시험결과 3.79×10-4~7.71×10^-3(평균 3.13×10^-3)cm/sec로 인공함양을 위한 지반 특성으로 양호한 수리특성을 보인다. 본 연구에서는 연구지역의 지층분포 및 수리지질특성을 고려하여 현장시험 대수층에 인공함양 방법 중 Ditch 및 Ditch+injection Well을 설치하고 공경, 여재등 여러인자에 따른 인공 주입에 의한 함양특성과 수위변동 모니터링을 분석하였으며, 분석결과를 토대로 향후 최적의 취수시설을 구축하여 국내 상시 가뭄지역의 대체수자원확보와 용수공급 방안으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

하천수의 수심을 유지하기 위하여 설치된 콘크리트 취수보 대신 강자갈이나 쇄석을 채움재로 하는 돌망태를 사용하게 되면 토사퇴적으로 인한 건천화나 상, 하류 수생태계 단절과 같은 문제를 어느 정도 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자갈접촉산화작용에 의한 수질개선과 공사비 절감 효과 등의 장점이 있다. 그러나 돌망태는 투수성이므로 불투수성인 콘크리트 보다 저류측면에서 불리하다. 콘크리트 취수보에서의 흐름은 보 정점의 형상, 보의 폭, 높이, 그리고 월류수심에 좌우되며, 베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 방류량 산정식을 유도하고, 유량계수와 같은 실험상수를 결정하여 방류량을 계산한다. 돌망태 취수보의 흐름은 보의 높이, 보의 길이, 보의 상류수심 외에 채움재의 형상, 입경, 배치상태가 흐름에 영향을 미친다. 따라서 콘크리트 취수보에 적용되었던 기존의 방류량 산정식을 그대로 적용할 수 없다. 돌망태 보의 통과류는 실험상수가 포함된 비선형 수두손실방정식으로 표현할 수 있다. 실험상수는 비표면적의 크기를 의미하는 채움재의 평균동수반경와 관계되며, 평균동수반경은 채움재 입자의 형상으로 부터 구할 수 있다. 따라서 실험을 통하여 채움재 입자의 형상과 크기에 따른 실험상수와 평균동수반경의 관계를 구하면 비선형 수두손실방정식으로부터 통과류의 방류량을 계산할 수 있게 된다. 본 연구는 돌망태 취수보가 대수층함양 원수 공급시설물로서 타당한가를 평가하기 위하여 수행되었다. 콘크리트 취수보의 월류량 계산은 기존의 방류량 산정식을 이용하였으며, 돌망태 취수보는 실험상수와 평균동수반경의 기존관계식을 이용하여 통과류의 방류량을 계산하였다. 이와 같이 계산된 각각의 수심-방류량 관계로 부터 수심을 비교하였다. 동일한 유량조건에서 돌망태 취수보의 상류수심은 콘크리트 취수보보다 작게 계산되었다. 상류수심은 돌망태 채움재 입자의 크기가 작을수록 증가하여, 돌망태 취수보는 채움재의 입자크기가 작을수록 저류성능이 개선됨을 알 수 있었다. 따라서 돌망태 취수보는 채움재의 입경이 작을수록 콘크리트 취수보의 저류수준에 접근할 수 있을 것으로 판단되었다.

샌드댐은 주로 건조지역에서 홍수시 유량을 차단시켜 유송토사와 함께 유입된 물을 장기간 보관함으로써 모래와 물이 함께 저장되며 모래속에 저장된 물을 취수하는 방식의 특수한 저류 구조물이다. 우리나라에서는 아직 적용된 바 없으나 상수도 미급수 지역인 계곡부에서 물을 모래안에 저장하게 되면 증발로부터 오래 견딜 수 있는 장점을 활용할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 이와 같은 계곡부 샌드댐의 실제 가뭄시 물공급 신뢰도를 평가하기 위한 분석을 수행하였다. 분석 대상지역은 춘천 서상리로 물공급 능력을 평가하기 위해 유역수문모형 SWAT-K와 저수지 유출추적을 결합한 모의모형을 개발하고 이를 적용하였다. 샌드댐의 제원을 다양하게 고려하여 최적 설계 인자를 도출하기 위해 폭, 높이, 길이 등 구조물의 제원을 다양하게 변경하며 물공급 신뢰도 95 %를 만족할 수 있는지 평가하였다. 일반적인 댐의 이수안전도 평가시에는 분석 단위기간을 5일, 10일로 하고 있으나, 본 연구에서는 유역면적이 작은 관계로 분석 단위기간을 1일로 설정하였다. 총 9년간의 분석을 수행하였고, 5 %에 해당하는 연간 약 18일의 물공급 부족이 발생하는 신뢰도를 기준으로 일 취수량 20-50 ㎥을 적용하였을 때의 물수지 분석을 수행하여 샌드댐과 기존 취수보의 규모에 따른 물공급 능력을 평가하였다.

최근 기후변화로 인한 극심한 이상 가뭄이 빈번하게 발생되고 있으며 우리나라는 지역에 따라 2~3년 마다 크고 작은 가뭄과 7년 주기의 극한 가뭄이 발생하는 추세이다. 대부분의 가뭄이 중산간지역 소규모 용수공급시설이 위치한 지역에서 주로 발생된다. 중산간지역의 경우 계곡부에 샌드댐 형태의 구조물을 설치하여 수원을 확보한다. 현재 운영중인 샌드댐의 경우 수질 및 수량, 유지관리 문제로 2~3년 주기로 재설치하는 번거로움과 그에 따른 추가 비용발생 문제가 대두되고 있다. 본 연구에서는 국내 중산간지역에 설치된 샌드댐을 조사·분석하고, 수량 및 수질 유지관리 등 문제 사항 개선을 위한 방안을 제시하였다. 기존 샌드댐의 경우 다목적 시설로 용수공급 보다 사방기능에 초점이 맞춰져 있어 수자원확보에는 많은 문제 사항이 존재한다. 이를 개선하기 위해서는 스크린 및 채움재, 유지관리가 용이한 구조적 형태 등 요소기술들이 반영되어야할 것으로 판단된다.

가뭄으로 인한 영향은 상당 기간 완만히 누적되어 나타나고, 해갈된 후에도 수년 동안 파급효과가 나타날 수 있으므로 모니터링 및 예·경보에 어려움이 있다. 가뭄 리질리언스 확보를 위해서는 지하수개발, 해수담수화, 식수전용 댐 확충 등 구조적 중장기 안정화 방안과 더불어 가뭄 피해를 예측하여 미리 물 자원을 확보하는 비구조적 대응 방안이 같이 이루어져야 한다. 대상지역은 물 부족을 겪고 있는 미급수 지역으로 환경부에서는 구조적 대책으로 샌드댐 설치가 예정되어 있다. 본 연구에서는 비구조적 가뭄 대응을 위하여 하천-취수원 연계 모니터링 및 분석을 수행하였다. 하천에 수위 계측기를 설치하여 시간별 수위를 상시 계측하였으며, 월 1회 유속을 측정하여 일별 유량(공급량)을 모니터링하였다. 이를 통해 도출된 일별 유출량 값은 장기유출모형인 SWAT의 매개변수 검·보정에 이용되었으며, 과거 10여 년간의 유출량(공급량)을 추정하였다. 또한, 취수원인 물탱크에 수위계를 설치하여 낮 동안 수위 변화량을 이용량을 가정하여 일별 수요량을 추정하였다. 최종적으로 일별 수요량-공급량 관계분석을 통해 가뭄에 대응할 수 있는 체계를 구축하였다.

본 연구에서는 여름철에 농업용수(벼농사용)로서 집중적으로 지하수를 사용하는 지역에서 시기별 지하수 사용에 따른 지하수 수질변화를 평가하기 위해 수행되었다. 연구지역은 충남 홍성군 양곡리와 신곡리 일부를 포함하는 면적 2.83 ㎢(283.3 ha)에 해당하는 지역이다. 연구지역 지하수 수질의 공간적 분포 및 시간적 변화 특성 평가를 위하여 2019년 2회(7월, 10월)에 걸쳐 지하수 관정(21개소)에 대하여 조사 및 분석을 수행하였다. 지하수 샘플은 현장에서 온도(T), pH, 용존산소(DO) 및 전기전도도(EC), 산화환원전위(Eh) 등을 측정하였고, 실험실에서 주요 양이온 및 미량원소(Ca, Mg, Na, K, Si, Sr), 음이온(F, Cl, Br, NO₂, NO₃, PO₄, SO₄), 알칼리도, 용존 유기탄소(DOC)와 용존 유기물(DOM) 등을 분석하였다. 지하수 수질조사 결과, 전체의 14~15개소(67~71%)가 Ca-HCO₃ 유형으로 분류되었으며, 다음으로는 Ca-Cl 유형이 4~5개소(19~24%)가 관찰되었다. 얕은 심도의 관정에서 상대적으로 심도가 깊은 관정보다 대부분 성분(TDS, Ca, Mg, Na, K, Cl, SO₄, HCO₃, DOC)에서 높은 농도를 나타내었다. 지하수의 수질자료를 이용하여 다변량통계분석법인 주성분분석(PCA: Principal Components Analysis)과 계층적 군집분석(HCA: Hierachical Cluster Anlaysis)를 수행한 결과, 초기 3개 주요 고유성분(eigenvalue)는 PC1 54.0%, PC2 14.2%, PC3 12.3%로 전체 분산의 88.3%를 설명할 수 있었다. PC1은 Ca, Mg, Na, K, Cl, SO₄, DOC가 주요한 영향 인자였으며 PC2는 HCO₃, NO₃, DO에 영향 받음을 확인하였다. 계층적 군집분석 결과, 연구지역 지하수는 Na-Cl 유형의 C-3 관정을 제외하고는 크게 두 그룹으로 구분되어 졌다. 다변량통계분석의 결과에서도 수리지화학, 동위원소, 용존유기물 등의 특성에서 나타나는 것과 유사한 연구지역의 수질특성을 확인할 수 있었다. 연구지역은 차시기 동안 수질변화는 일부 관정을 제외하고는 유의할 만한 수준으로 관찰되지는 않았고, 지하수 사용에 따른 지하수위 회복도 빠르게 진행되고 있는 것으로 나타났다.

가뭄 발생 시 국내 농어촌 지자체 대부분은 추가 수원공 확보를 위한 긴급 대책으로 신규 관정을 개발하거나, 저수지와 하천을 준설하여 가뭄 수요에 대응하는 편이다. 이러한 방법은 즉시 대응에는 효과가 있지만, 고가의 비용이 소요되고, 무엇보다도 국지적으로 가뭄이 빈번하게 발생하는 지역에는 적용에 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 최근 기설 관정을 연계 이용하여 지하수 공급 극대화를 도모하는 기술이 제안되었다. 그런데 기설 관정 연계 이용 시 가장 중요한 사항은 모든 관정에서 최대 양수량을 유지하며 지하수를 공급할 수 있도록 관리해야 하는 점이며, 특히 암반관정의 과잉양수로 인한 간섭현상으로 충적관정이 고갈되어 공급가능한 지하수 수량이 오히려 감소되는 것을 사전에 방지하여야 한다. 이 연구에서는 가뭄 발생 시 암반관정(양수정)에서 최대로 양수했을 때에도 주변 충적관정의 양수능이 유지되는 최소 지하수위를 「지하수위 저하 한계치」로 지정하여 관정 연계 이용의 최적화를 도모하였다. 지하수위 저하 한계치 산정을 위하여, Theis의 자유면 대수층 정상류 우물수리 방정식과 지하수영향반겅 설정에 관한 경험식(Schultz, Weber, Kozeny 및 Jacob 경험식)을 이용하였다. 그런데 지정된 지하수위 저하 한계치는 충적관정의 지하수위이므로, 암반관측공만 소재하는 지역에 대해서는 충적층 지하수위 변동과 암반층 지하수위 변동 간의 상관분석을 통해 암반 관측공의 지하수위 저하 한계치를 추정하였다. 이후, 양수시험 자료(양수정과 주변 관측공의 수위변동 자료)를 이용하여 지하수 대수층의 이방성을 확인하였고, 이를 통해 암반관정의 양수에 따른 간섭을 크게 받는 충적관정과 그렇치 않은 충적관정을 구분하여 이방성에 따른 지하수위 저하 한계치를 수정하고, 상습가뭄 발생지역의 암반관정과 충적관정의 최적 지하수 양수를 도모하였다.

하나의 수계 또는 용수구역 내에서 작물생육기간 동안 지하수자원 수요량의 집중적인 증가로 인해 지역적 지하수 고갈이 발생하여 농작물 피해가 발생하고 있으며 과잉양수로 인한 지하수위 하강으로 사용자간 갈등도 빈번하다. 또한, 기후변화로 인해 극한기후인 가뭄의 잦은 발생은 이러한 현상을 가속화 한다. 지하수 산출성이 좋은 대수층의 공간적 분포는 복잡한 지질구조로 인해 균일하지 않으며 같은 대수층 내에서도 양수 위치에 따라 산출성은 다르게 나타난다. 이러한 지하수 수요와 공급 및 대수층 분포로 인한 지하수자원 불균형의 해소를 위해 지하수가 풍부한 지역에서 부족한 지역으로 지하수를 공급하는 방법을 적용할 수 있다. 이때 기술적용 지역의 지하수 사용 상황 및 공급 가능량을 정량적으로 평가하고 이를 기반으로 지하수 공급을 제어하는 것이 매우 중요하다. 지하수자원의 수요-공급 불균형이 발생할 때 즉각적으로 대응하기 위해서는 실시간으로 지하수 현황을 감시하고 이를 기반으로 공급 가능량을 산정할 필요가 있으며 이는 정보통신기술(Information and Communication Technology, ICT)에 기반한 관정연계관리체계(Well Network System, WNS)를 구성하는 기술 중 하나인 관정군집제어 기술로 구현될 수 있다. 수계 내에 설치된 기존의 양수정과 새롭게 추가된 관측정들을 4G LTE 네트워크를 통해 하나의 관정군으로 묶고 중앙 서버를 통한 자료 분석 및 양수 펌프 제어를 통해 대수층의 공급 능력과 사용자의 수요 현황에 따른 지하수자원의 체계적 분배를 구현하고자 하였다. 관정군집제어는 관정별 지하수위 및 양수정 양수량을 실시간으로 관측하고 이를 분석서버에 전송하여 해당 지하수계의 공급 가능량 및 인접관정 간섭 등을 분석하여 양수정의 펌프를 실시간으로 제어하고 양수된 지하수를 수요 지역으로 이송한다. 본 연구를 통해 관정군집제어 기술의 구현에 필요한 구성요소를 정의하고 이에 대한 구현 방법을 기술하여 WNS를 구성하는 하나의 요소기술 모델로 제시하고자 하였다.

도시유역의 배수관망은 강우로 인하여 발생되는 유역내의 유출수를 최대한 빨리 배수하도록 설계되어져 왔다. 하지만 최근 연구결과에 의하면 도시의 모든 지역의 배수관망이 유입수를 빨리 배수할 수 있는 형태로 구성되지 않는 것을 보여준다. 즉 유역에는 다양한 형태의 배수망이 존재하며, 이러한 배수망 구성으로 인하여 수문반응들이 변할 수 있다는 것을 의미한다. 금회 연구에서는 이러한 현상들을 분석하기 위하여 Gibbs 모형의 β값을 이용하여 161,700가지의 다양한 배수망을 상류, 중류, 하류 적용하여 배수망 구성에 따른 수문반응을 검토하였다. 배수관망을 구성하는 β값의 범위를 작게 하였을 경우 유역의 크기에 상관 없이 첨두홍수량 차이는 아주 미미한 것으로 분석되었다. 하지만 실제 유역의 β값 구성을 참조하여 분석한 경우에는 상류에서 하류로 갈수록 높은 β값을 가지는 경우 그 반대의 경우에 비하여 11% 첨두홍수량을 저감할 수 있는 것으로 분석되었다. 즉 실제 도시유역의 배수관망 구성을 변화시킬 경우 첨두홍수량의 저감을 기대할 수 있는 것으로 판단된다. 또한 금회 연구는 아직 실제 유역에 대한 적용을 하기 전의 상태로 금회 분석한 결과가 실제유역에서의 반응을 대표할 수는 없지만, 유역의 특성을 나타내는 폭함수를 이용한 결과로서 실제 유역적용시 첨두홍수량 저감에 대한 효과가 있을 것으로 판단된다.

기후변화로 인한 집중호우, 태풍에 따른 제방 붕괴로 인한 하천 범람 등 많은 재해가 발생하고 있다. 특히 도심지의 내수침수, 도시하천의 범람은 피해 지역의 사회 경제적인 피해액을 동반한다. 이에 도심지에서 발생되는 홍수피해액을 산정하기 위하여 다차원법을 이용한 피해액 추정 연구가 활발하게 진행되고 있으며 기후변화를 고려한 홍수피해에 관련한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나 많은 선행 연구에서는 다차원법에서 제시하고 있는 침수편입률 산정에 있어 건물군 인벤토리를 고려하지 않고 토지이용에 따른 면적비율만을 적용하여 산정하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기후변화시나리오와 건물군 인벤토리를 이용하여 미래 잠재홍수피해에 따른 홍수피해액을 산정하여 기후변화가 홍수피해에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 대상지역으로 2020년부터 국가하천으로 승격되며 하천의 좌안과 우안에 도심지가 형성되어있는 원주천 유역을 대상으로 선정하였다. 기후변화 시나리오는 기상청에서 제공하고 있는 13종 국가표준시나리오를 사용하였으며 SDQDM 기법을 적용하여 상세화 자료를 생산하였다. 생산된 자료를 이용하여 원주천 하천정비계획(80년 빈도) 보다 높은 80년, 100년, 200년 빈도의 확률강우량을 산정하였고 확률강우에 따른 유출량을 산정하여 홍수범람모형에 적용하였다. 산정된 홍수피해면적과 원주시 건물군 인벤토리를 활용하여 침수편입률을 산정하였으며 미래 잠재홍수피해에 따른 빈도별 홍수피해액 산정을 통해 원주천 유역의 기후변화가 따른 홍수피해에 미치는 영향을 평가하였다.

수공시설물의 홍수관리에 가장 중요한 정보는 강우자료로, 저수지 설계 및 물관리 업무에 기상청에서 제공하는 종관기상관측자료 등을 활용하고 있다. 농업용 저수지는 전국적으로 17,500여 개소로 많은 수가 분포되어 있지만, 유역내 강우관측자료의 미흡으로 저수지 인근에 위치한 강우관측소 자료만을 활용하고 있다. 저수지 유역면적은 다목적댐과 비교해 상대적으로 작아 티센법 등에 의한 평균우량값을 활용하기에 어려운 상황이다. 따라서 본 연구에서는 저수지 홍수관리에 있어 현재 제공되는 관측강우의 활용방안을 검토하였다. 이를 위해 강우자료의 활용방법으로 기존 농업용수 관리 실무에 활용하고 있는 방법과 유역 평균강우산방법의 활용성을 검토하였다. 강우자료는 기상포털개방자료에서 제공하는 기상청 지점강우, 동네실황, 초단기예측자료를 활용하였으며, 농어촌공사 홍수관리저수지를 대상으로 강우자료 활용방법에 따른 유역평균 강우값을 비교하였다. 본 연구결과는 강우예측정보를 활용한 저수지 홍수관리업무에 있어 현업부서의 강우정보 제공시스템 구축의 기초정보로 활용될 것으로 기대된다.

일반적으로 생활용수 및 공업용수의 경우 대부분 주수원으로 댐 및 저수지 등을 통해 용수공급이 이루어지며, 일부 지역에서는 하천에서 직접 취수가 이루어지고 있다. 그러나 하천을 수원으로 사용하고 있는 대부분의 지점에서는 계측이 이루어지고 있지 않아 정확한 양을 파악하기 어려운 실정이다. 이러한 현상이 지속 될 경우, 하천 관리를 위한 정확한 가용수량 파악을 통한 수자원 계획 수립 및 수문학적 가뭄정보 생산시 어려움이 수반된다. 수문학적 가뭄 정보를 보다 정확하게 제공하기 위해서는 유역 내 물순환체계 구축, 수문기상 빅데이터 활용, 정확한 유역유출모델링 등 다양한 요소들이 통합적으로 연계되는 것이 무엇보다도 중요하다. 더불어 유역 내 전반적인 물수급 체계를 조사 및 분석하고, 이를 기반으로 모델을 구축하는 것이 선결되어야 할 것으로 판단된다. 이러한 점에서 본 연구에서는 실적기반 가뭄 모니터링을 위한 시공간적으로 상세화 된 물순환 모형을 개발하는데 목적이 있으며, 이를 통해 준실시간으로 하천을 중심으로 가뭄 모니터링이 필요한 지점에 유량을 제공할 수 있는 체계를 개발하고자 한다. 즉, 가뭄에 대해 선제적으로 대응하기 위해서 모니터링 현황, 분석 및 전망 그리고 가뭄 발생지역을 보다 신뢰성 있게 판단하기 위한 가뭄정보 기술정보 제공이 가능한 모형이라 할 수 있다. 이를 통해 궁극적으로 댐, 저수지, 하천 등 다양한 수원을 가지는 유역 내 가용수자원량을 보다 정확하게 판단하여, 다양한 수자원 계획 수립시 기초자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

SPI지수는 강수량이 감소하기 시작하면 필요한 물수요에 비해서 상대적으로 물부족을 유발하게 되고, 가뭄발생의 발단이 된다는 것에 착안하여 개발된 지수이다. 하지만 다른 가뭄지수와 마찬가지로 강수량 또는 유출량 시계열을 상대적인 표준정규분포로 산정하였기 때문에 인근 지역에 비해 상대적으로 강수량이 많은 지역도 실제로 발생하지 않은 가뭄이 발생한다고 분석이 된다. 이러한 현상을 완화시키기 위해 수정된 가뭄분석 기법이 요구된다. 이에 Jeung et. al(2019)은 이런 현상을 완화시키기 위해 SPI지수 계산과정에서 해당지점의 시계열을 대상으로 계산되는 Gamma 분포를 전국으로 확장 시켜 산정 후 표준정규분포에 적용하여 가뭄지수를 산정하였다. 또한 과거 제한급수가 발생했던 지역을 대상으로 극한가뭄과 가뭄지속기간을 이용하여 M-SPI지수의 효용성을 확인한 결과, 제한급수 실시년도와 SPI, M-SPI 결과와의 비교결과 과거 가뭄을 정확하게 모사하는 것을 확인하였다. 하지만 M-SPI는 전국을 하나의 지역으로 가정하여 산정하였고, 증발산량과, 고도 등 지형의 특성을 고려하지 않았기 때문에 일부의 가뭄사상을 재현하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기상학적 인자와, 지형학적 인자를 고려하여 지역화를 하고, 각 지역별로 대표 확률분포를 산정하여 가뭄지수를 산정하고자 한다. 또한 한국 기상청에서 제공하고 있는 국가 표준기후변화 시나리오를 수집하여 M-SPI에 적용하여 미래 극한 가뭄빈도의 변화를 전망하고자 한다.

Low-flow 하천에서의 최저수위를 나타내는 지표이다. 일반적으로 유황곡선의 갈수량(Q355)를 대표적으로 사용한다. Low-flow는 물 공급 관리 및 계획, 관개용수, 생태계등 다양한 분야에 영향을 미친다. 이러한 Low-flow를 산정하기 위해서는 충분한 기간의 유량자료가 필요하다. 하지만 국토의 70%가 산지지형으로 구성되어 있는 우리나라의 경우 국가하천과 1급하천을 제외한 산지유역은 수위관측소가 부재하거나 결측으로 인해 자료가 충분하지 않아 Low-flow분석에 한계가 있다. 이에 과거에는 미계측지역의 갈수량을 예측하기 위해서 다중회귀분석, ARIMA 모형 등 다양한 기법을 사용하였지만, 최근들어 머신러닝 모형의 수요가 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 새로운 패러다임에 맞는 머신러닝 기법인 DNN기법을 사용하고자 한다. DNN기법은 ANN기법의 단점인 학습과정에서 최적 매개변수값을 찾기 어렵고, 학습시간이 느린 단점을 보완한 방법이다. 따라서 본연구에서는 머신러닝 기법인 DNN기법을 통해 미계측지역에 적용 가능한 지역화 Low-flow indices를 산정하고자 한다. 먼저, Low-flow에 영향을 미치는 인자들을 수집하고 인자들간의 상관분석, 다중공선성 분석을 통해 통계적으로 유의한 변수를 선정하여, 머신러닝 모형에 입력자료를 구축하였다. 또한 기존의 갈수량 예측기법인 다중회귀분석 결과와 비교하여 머신러닝 기법의 효용성을 검토하였다.

가뭄은 발생과정과 피해 영향에 따라 기상학적, 수문학적, 농업적, 사회경제학적 가뭄으로 분류할 수 있으며, 각 가뭄은 서로 직·간접적으로 영향을 미친다. 본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 전이 분석을 위하여 WRF-Hydro(Weather Research and Forecasting and Model Hydrological modeling extension package)모형을 한반도 대상으로 구축하였다. WRF-Hydro 모형을 한반도에 적절히 사용하기 위하여 표면유출, 보수깊이, 표면 거칠기와 같은 파라미터 보정을 모형의 유출량 결과 값과 관측된 유출량 값을 비교 평가하여 수행하였다. 수문학적 가뭄을 정의하기 위해 Standardized Runoff Index(SRI)를 도출하였고, 기상학적 가뭄 정의에는 Standardized Precipitation Index(SPI)를 사용하였다. 한반도 가뭄이 발생한 2008년부터 2015년까지 SPI와 SRI의 기간 및 심도를 정량화하고 가뭄 전이 분석하였다. 분석 결과에 따르면 수문학적 가뭄은 기상학적 가뭄이 발생 5일에서 49일 이후에 발생하며, 발생 횟수가 적으며 크기가 작으나, 상대적으로 긴 가뭄 기간을 보였다. 이러한 분석은 지면 및 수문 모형 기반 한반도 가뭄 사상 예측 및 이해에 기여할 것으로 예상된다.

국토해양부의 수자원장기종합계획보고서(2011)에 따르면 영산강 유역(3,371.4 ㎢)의 경우, 연평균 이용 가능한 수자원 총량이 우리나라의 3.9%으로 약 30억㎥이 나타나고 있다. 이는 우리나라 내륙 5대 권역별 중 가장 적은 수자원을 보유하고 있으며, 섬진강 유역(4,896.5 ㎢)으로부터 용수를 공급받고 있다. 이러한 물 부족은 이상가뭄의 발생 시 제한급수와 수질오염의 원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 유역 수문 모형인 SWAT과 유역간 물공급 및 분배 모형인 MODSIM을 이용하여 섬진강 유역(4,896.5 ㎢)의 도수에 따른 영산강 유역(3,371.4 ㎢)의 물 공급 능력 평가를 수행하였다. 먼저 하천유역 네트워크 물수지 모형인 MODSIM 모형은 농업용 수리시설을 고려하여 영산강 유역 8개의 중권역으로 구분하였으며, 모형의 유역별 유입량(공급량) 자료는 SWAT 모형의 소유역별 유출 결과를 사용하였다. SWAT 모형의 검·보정은 13년(2005~2017) 동안의 유역 내 1개 수위관측소(마륵 관측소)와 5년 5개월(2012년 8월~2017년 12월) 동안의 2개 보지점(승촌보, 죽산보)의 일별 유입량 및 저수량 자료를 이용하였다. 마륵 수위관측소 유출량 검·보정 결과 Nash-Sutcliffe의 모형효율계수(NSE)와 결정계수(Coefficient of determination, R²)는 0.69, 0.79이며, 2개의 보에서는 NSE 및 R²는 0.68~0.70, 0.75~0.83으로 검·보정되었다. 이후 MODSIM 모형을 이용하여 37개년(1981~2017) 동안의 물수지 분석을 수행하였으며, 최종적으로 가뭄에 취약한 지역을 파악하고 용수별(생·공·농업용수) 공급량 및 부족량을 정량적으로 검토하는 연구가 될 것으로 판단된다.

충남서부권은 기상이변으로 강수량이 적고 가뭄이 심화되고 있는 반면, 신규수원 개발 적지 부족 등 용수공급에 어려움을 겪고 있다. 2015년부터 2016년까지 가뭄시 비상용수공급을 위해 비상도수로를 건설하였다. 이 비상도수로는 보령댐의 가뭄단계 상황기준으로 운영중에 있다. 가뭄단계 상황이 경계단계에 진입하면 도수로를 가동시작하여 관심단계 회복시에 중단하게 된다. 동 연구는 현재 운영중인 보령댐도수로의 가동Rule을 수량(이수안전도), 수질(BOD), 전력비용을 고려하여 시나리오별로(상시도수, 총 도수량대비 25%, 50%, 75%, 100%) 도수할 때 어느 도수 Rule이 수량-수질-에너지 넥서스 측면에서 가장 유리한지를 밝혀 내고자 하였다. 연구에 사용된 기초자료는 보령댐도수로 준공이후 2016년~2019년 도수실적 자료를 이용하였다. 수량(이수안전도) 검토는 MODSIM을 활용하였고, 수질개선효과는 실측 BOD를 기준으로 도수조건별로 오염부하량으로 검토하였다. 전력비용은 금강원수 도수년도별로 산정하여 분석하였다. 추가 연구결과를 통해 가뭄단계 상황기준, 월별 물관리 여건을 고려하여 기준향후 비상도수로 운영에 있어서 수량절량, 수질개선, 전력비용 절감을 기대할 수 있을 것이다.

보령댐은 충남 서부지역 8개 시·군에 생활용수와 공업용수를 공급하고 있는 중요한 수원으로 최근 우리나라에서 발생한 연속적인 가뭄으로 2015년에는 저수율이 7.5 %까지 감소하여 제한급수가 시행되었다. 본 연구에서는 가뭄으로 인한 물 공급 부족에 취약함을 보인 보령댐 유역(297.4 ㎢)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델과 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 내한능력을 평가하였다. SWAT 모형을 활용하여 보령댐의 물수지를 모의하기 위하여 보령댐의 실측 유출량, 저수량, 방류량으로 보령댐 유입량과 저수량을 보정(2002~2004) 및 검정(2005~2007)하였으며, 실측 저수량을 기반으로 미래 댐 운영을 모의하였다. 검·보정 결과, 댐 유입량과 저수량의 PBIAS(%)는 -0.04, -0.09, NSE(Nash and Sutcliffe Efficiency)는 0.52, 0.96, RMSE(Root Mean Square Error)는 1.80 mm/day, 0.67 × 10⁶㎥로 분석되어 신뢰성 있는 모의 결과를 보였다. 보정된 SWAT 모형으로 가뭄 사상이 반영된 기후변화를 모의하기 위하여 APCC의 26개 CMIP5 GCM 시나리오를 SPI (Standardized Precipitation Index)와 연속 이론(Runs theory)으로 분석하여 6개의 극한 가뭄 시나리오 (RCP 4.5, 8.5 CMCC-CM, INM-CM4, IPSL-CM5A-MR)를 선정하였으며, 선정된 시나리오를 모형에 적용하여 가뭄 사상을 반영한 보령댐의 미래 내한능력을 평가하였다. 내한능력평가 및 분석 기간은 Historical(1980~1999; 1990s), Present(2000~2019; 2010s), 그리고 미래 기간 (2020~2039; 2030s, 2040~2059; 2050s, 2060~2079; 2070s, 2080~2099; 2090s)으로 나누었으며, 취약성(Reliability), 회복성(Resilience), 위험성(Vulnerability), 세 가지 지표로 내한능력 평가를 수행하였다. 평가 결과, 미래 취약성은 2050s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.803까지 감소하였으며, 회복성과 위험성은 2070s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.003, 3,567.6 × 10⁶㎥까지 감소하였다.

최근 기후변화의 기온 상승 및 강수량 증가의 영향으로 농업용수 수요량이 증가하고 있다. 이에 따라 농업용수의 약 60%를 공급하는 농업용 저수지의 용수 수요의 변화와 그에 따른 공급능력에 대한 평가가 필수적이다(한국농어촌공사, 2019). 본 연구에서는 기후변화 시나리오를 기반으로 농업용저수지 물수지 모의 프로그램인 DIROM(Daily Irrigation Reservoir Operation Model) 모형을 활용하여 우리나라 미래 필요수량 변화에 따른 농어촌용수 수요 변화를 분석하고, 가뭄대책단계별 관리수위를 활용해 공급능력을 평가하고자 한다. 필요수량 분석을 위해 2018년 농업생산 기반시설 통계연보의 논면적 자료 및 농어촌용수 이용 합리화계획(2015~2024)의 수로손실, 삼투량 자료를 구축하였고, 공급능력 평가를 위해 한국농어촌공사 관할 3,666개 저수지 중 저수지 시설규모, 수혜면적 등을 고려하여 선정한 426개 저수지를 대상으로 농업기반시설관리시스템(RIMS)의 저수지 제원, 내용적 곡선 및 평년저수율 자료를 수집하였다. 기후변화 시나리오는 기상청으로부터 제공받은 HadGEM3-RA RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 시나리오를 이용하였으며 기후변화 시나리오 기간을 S1(2021-2040), S2(2041-2070), S3(2071-2099)로 구분하여 분석하였다. 전국 필요수량을 산정한 결과 평년(1981-2005) 대비 S1, S2, S3에서 각각 12.0%, 9.1% 16.4 % 증가하여 미래로 갈수록 증가하는 경향이 나타났다. 426개 저수지에 대한 물수지 분석을 통해 저수율을 산정하고 평년저수율을 통해 산정한 가뭄대책단계별 관리수위를 기준으로 용수공급능력을 파악한 결과 저수율이 40% 미만 일이 평년대비 S1, S2, S3에서 15.9일, 11.8일, 18.1일로 증가하였다. 본 연구의 결과는 미래 기후변화에 따른 농업용 저수지 용수관리계획 및 의사결정 자료로 활용 될 것이라 판단된다.

하천 횡단구조물 하류부에서는 고유속 및 ±압력에 의해 하상재료가 유실되는 세굴현상이 발생한다. 이러한 세굴을 방지하기 위해 횡단구조물 하류부에는 석재, 콘크리트 및 콘크리트 블록 등을 설치 및 포설하여 하상보호공을 설치한다. 하상보호공을 설치하면 설치된 부분은 세굴이 방지 되지만, 하상보호공 끝단 이후에는 지반이 노출되어 있어 노출된 지반에서 고유속 흐름 및 압력변화에 의한 세굴이 발생하는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 하상보호공 끝단 즉, 하상이 노출된 지반에서 압력변화에 따라 하상재료가 유실되므로 압력에너지를 감쇄시키기 위한 하상보호장치를 개발하였다. 개발한 하상보호장치는 본래 다수개가 열을 지어 메트릭스 형태로 설치되도록 하여야 하지만 실험 여건상 단일체로 수리실험을 진행하였다. 하상보호장치는 상판과 하판이 조립된 형태이며 상판과 하판 사이에 이격공간이 구비되어있다. 하상보호장치 검증을 위해 상판과 하판에 쓰이는 판은 수로재질과 같은 아크릴로 제작하였으며, 하상재료의 공극률을 반영하여 다공성 판으로 제작하였다. 다공판의 전체 구멍 면적 대비 판 면적은 35 % 로 동일하다. 상판 구멍 지름 15.0 mm, 4.5 mm 2가지로 제작하였으며, 하판 구멍 지름 3.0 mm 으로 동일하다. 압력변화가 큰 곳에서 작은 곳으로 물이 이동하게 되므로 고유속 수리조건에서 상판과 하판 사이에서의 압력변화를 측정하기 위해 판 중간에 압력계를 설치하였다. 하상보호장치 설치지점 앞 0.3 m 부근에 PIV를 설치하여 유속을 측정하였다. 실험결과 상판의 구멍 직경(15.0 mm)이 클 경우 상판부 압력이 하판부로 전달되어 하판에서 측정되는 압력이 증폭 되었으며, 상판의 다공성 구멍 직경(4.5 mm)이 작을 경우 상판부에서 하판부로 전달되는 압력이 감소하여 하판에서 측정되는 압력이 감소하였다. 상판과 하판의 다공성 구멍의 직경을 적절한 사이즈로 조절하면 상판부의 압력이 하판부로 전달되는 것을 막고 압력에 의해 하상에서 흡출되는 유사를 막을 수 있는 것으로 판단되며 추후 상판과 하판의 다공성판 구멍 직경의 상대적 차이에 따른 압력 감소효율에 관한 연구가 필요하다고 판단된다.

하천의 합류부는 지류와 본류가 만나 수리 및 수질 특성이 변화하는 구간으로 매우 중요한 지점이다. 따라서, 최근에는 ADCP와 같은 측정장비를 활용하여 실제하천을 대상으로 합류부의 수리학적 혼합거동을 분석하는 많은 연구들이 수행되고 있다. 하지만 기존의 연구들은 대부분 중소하천 규모의 합류부를 대상으로 연구가 수행되었고, 유속이 존재하는 하천을 대상으로 연구가 수행되었다. 그리고 기존의 연구들은 대부분 수리특성을 활용하여 합류부의 지형학적 특성을 함께 고려한 연구가 대부분 수행되어 합류부의 수질적인 혼합거동을 분석한 사례는 매우 드물다. 이에 본 연구에서는 낙동강과 황강합류부에서 ADCP와 YSI를 활용하여 본류의 유량이 지류에 비해 매우 크고 저유속인 대하천에 유입되는 지류를 대상으로 수리·수질 특성을 기반으로 혼합 패턴을 분석하였다. 수리특성 분석을 위해 ADCP를 활용하여 수심평균유속분포, 2차류를 분석하였고, 수질특성을 분석하기 위해 YSI의 전기전도도(EC)를 수질인자로 활용하여 합류부의 혼합 거동을 분석하였다. YSI 장비는 보트에 장착하여 단면 혹은 수심방향으로 이동식으로 적용하였고, 공간위치는 동시에 운용된 ADCP의 GPS자료와 연동하였다. 분석결과, 기존의 ADCP의 유속측정 결과로는 본 연구대상과 같은 저유속 대하천에서 공간적 혼합 거동을 포착하는데 한계가 나타났다. 반면에, 수질인자(EC)를 연계하여 합류부 수질의 공간분포를 나타낼 경우 본 대상인 황강-낙동강 합류부와 같은 평수기 저유속 대하천의 혼합거동을 포착 및 분석할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 대하천의 저유속인 합류부의 혼합 거동 분석은 유속분포와 같은 수리특성과 함께 수질인자(EC)를 연계한 분석을 통할 경우 혼합 거동의 분석이 용이해짐을 확인할 수 있었다.

하천 유사량 자료는 하천관리를 위해 기초적으로 활용되는 자료로 하천의 유지관리를 위한 유사량 자료의 측정은 필수적이다. 따라서, 현재 국내에서는 전국에 138개소의 국가유사량관측망에서 지속적인 유사량 측정을 수행하고 있지만, 기존의 재래식 부유사 채집기를 이용한 부유사 측정을 수행하고 있어 연간 약 20개소 내외에서만 직접조사가 수행되고 있고, 2019년도 기준 전국 138개소 중에서 2006년~2018년 동안 최소 1회 이상 유사량 측정을 수행한 지점은 40개소로 국가 유사량관측망의 약 29% 지점에 대해서만 조사가 수행되고 있다. 해외의 경우에도 기존 재래식 채집기를 통한 유사량 관측을 주로 수행하고 있지만 최근에는 기존 채집기를 이용한 유사량 조사방법의 고비용·저효율로 인한 시공간적 한계로 인해 대안기술이 개발되고 있다. 특히, 최근 해외에서는 ADCP를 활용한 유사량 측정 기술이 기존 부유사 채집기를 이용한 유사량 조사방법의 대안으로 시도되고 있다. ADCP를 이용한 유사량 측정방법은 ADCP의 초음파산란도를 활용하여 간접적으로 부유사의 농도를 추정하는 기술로 ADCP를 이용하여 유량자료과 함께 유사량 자료를 확보할 수 있을 것으로 기대되는 기술이다. 특히, 기존에 설치된 국가하천 자동유량측정장치(H-ADCP)에 적용이 가능하다면 다지점에서의 지속적인 유량측정과 함께 부유사 농도의 측정이 가능할 것으로 기대되고 있다. 이에 본 연구에서는 기존 국가하천에 설치되어 있는 자동유량측정장치(H-ADCP)의 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 기술의 적용성을 검토하였다. 적용성의 검토를 위해 2016년 진동지점에서 수집된 H-ADCP 원시자료를 사용하여 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 방법을 시범적으로 적용하였다. 적용결과, 실측 부유사농도와 H-ADCP로부터 추정된 부유사 농도를 비교를 통해서 H-ADCP를 활용한 부유사농도 측정 방법의 가능성을 확인할 수 있었지만, 기술적인 보완 및 개선이 필요할 것으로 판단되었다. 추후에는 지속적인 연구를 통해 ADCP 유사량 측정기술이 개발된다면 기존 부유사 채집기를 이용한 유사량 측정 방법의 대안으로 유사량 조사를 목적으로 활용이 될 수 있을 것으로 기대한다.

최근 이상기후변화로 인해 수환경 변화가 일어나고 있다. 그로 인해 국내에서 조류의 과대성장이 빈번히 발생되고 있으다. 이로 인해 유해남조류 등 조류가 생산하는 독성물질, 이취미 물질은 수질을 악화시키고 있으며, 생태계에 큰영향을 미친다. 조류는 하천에서 넓은 분포로 발생하게 되는데 이러한 조류 모니터링에는 많은 인력과 시간이 소요된다. 국내에선 인력과 시간을 줄이기 위해 최근 원격탐사 기법을 이용한 조류 모니터링에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 녹조류, 남조류 5종을 이용해 실험을 진행하였다. 사용된 초분광 센서는 CORNING사의 microHSI^TM 410 SHARK를 이용하였으며 파장 400-1000 nm에서 NIR(visNIR)파장을 분석할 수 있으며, 초분광 센서를 정사로 영상을 촬영하기 위해 짐벌을 이용하여 영상을 수집하였다. 영상을 촬영 전 방사보정을 하기 위해 시료와 동일 선상에 99% 반사율을 갖는 백색반사판을 같이 촬영하여 방사보정을 진행하였다. 본 연구에서는 시기와 상관없이 조류에 대한 연구를 하기위해 조류배양액을 이용하였으며, 남조의 경우 470 nm에서 분광 특성을 나타내었으며, 녹조의 경우 477-510 nm에서 분광 특성을 나타났다. 초분광영상을 통해 기초라이브러리를 구축하고 구축된 라이브러리를 통해 조류의 분광특성을 분석하고 제시하여 하천에 적용하고자 한다.

하천 보 상류영역에서 발생하는 박리 흐름을 분석하기 위해 실험수로에 하천보 모형을 설치하고, 보 주변에서 발생하는 흐름 구조를 입자 영상 유속계(PIV)로 이용하여 정밀하게 측정하였다. 본 연구에 사용된 보는 하천 설계기준을 따른, 전방 수직벽과 하류 경사램프가 있는 유한한 마루 길이 보이다. 실험 조건은 보 상·하류부 수심으로 인한 4가지 흐름(Hydraulic jump, Plunging jet, Surface wave, Surface jet)을 기반으로 설정하여 수리조건에 따른 유속 특성을 규명하였다. 실험에서 측정한 수직-수평방향 평균 유속·유선도를 분석한 결과, 보 전방의 하부에서 재순환 흐름이 관측되었고, 역방향 흐름도 이 지역에서 발견되었다. 유속 편차의 제곱 평균(Root Mean Square) 흐름장에서 보 전방과 재순환 흐름 영역에 불안전한 흐름이 강하게 발견되었다. 역방향 흐름은 박리 흐름에서 발견되는 주요 특성으로, 역방향 흐름의 전체 면적을 매 관측마다 측정하여 이를 분석한 결과, 재순환 흐름의 면적은 오른쪽으로 기울어진 분포를 가지고, 항상 0보다 큰 값을 가지는 것으로 나타났다. 재순환 면적에 따른 흐름 특성은 역방향 흐름 면적에 대한 조건부 평균을 이용하여 파악했는데, 조건부 평균의 구간은 재순환 흐름의 중심에서 지배적인 주기값을 이용했다. 역방향 흐름이 작은 영역에선, 보 상류의 흐름이 재순환 흐름으로 말려들어가는 열린 박리흐름이 나타나며, 역방향 흐름이 큰 경우에는 재순환 영역의 흐름은 보 상류의 흐름과 분리되는 닫힌 박리흐름이 발생하였다. 역방향 흐름이 가장 큰 경우, 보 전방의 박리흐름은 보의 상단을 넘는 것으로 관찰되었다. 이러한 결과를 통해 보 마루에서 발생하는 박리흐름이 보 전방에 박리흐름에 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 조건부 평균된 역방향 흐름의 면적과 박리 지점(separation point)의 관계를 분석한 결과, 역방향 흐름의 오른쪽으로 기울어진 분포와 대규모 흐름 방출 현상이 관측되었다. 박리 지점의 위치와 수리 매개변수의 관계를 분석한 결과, 상류의 수심 증가에 따라 증가하는 경향이 나타났다.

하천, 강어귀 및 해안 지역의 점착성 유사는 흐름 내에 입자의 충돌에 의한 흡탈착으로 인해 다양한 크기의 플록을 형성한다. 이 플록은 오염물과도 군집을 형성하여 하상이 퇴적되는 경우가 많으며 홍수 등과 같은 외부 충격으로 인해 재부 되어 하천 환경 및 생태계에 악영향을 미친다. 군집의 형성은 화학적인 결합과 물리적인 응집으로 분류할 수 있는데, 미세 점착성 유사의 군집형성에 대한 연구는 주로 화학적인 결합에 대한 연구가 활발하다. 반대로 물리적인 결합 혹은 외부 충격에 대한 플록형성 매커니즘에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 교반기를 활용한 실험을 통하여 점착성 유사에 대한 물리적인 흡탈착 과정을 분석하였다. 유입된 점착성 유사를 교반기로 외부충격을 주어 흡착과 탈착하는 정도를 탁도와 농도를 통해 정량화하였다. 실험은 원통 수조에서 수행되었으며, 교반기의 RPM을 조절하면서 외부충격의 강도를 조절하였다. 초기 실험을 통해 탁도-농도의 관계를 제시하였고 이를 활용하여 교반강도와 점착성 유사의 농도를 분석하였다. 실험 결과 교반강도가 증가할수록 플록 형성이 활발하게 진행되었으나, 일정 교반강도 이상에서는 다른 흡착 과정을 보였다. 이를 토대로 점착성 유사의 흡탈착의 임계값을 제시하였다. 향후 본 연구결과와 유속 혹은 난류강도 등의 하천특성과 연관성을 분석한다면 하천 내 오염물 관리에 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 기수역에서의 GPS 전자부자를 활용한 계측 데이터와 염분측정 데이터를 비교분석하여 GPS 전자부자의 거동 특성이 담수의 실제 거동특성과 같이 일치하게 나타나는지 확인하고, GPS 전자부자에 대한 활용성을 증명하고자 하였다. 기수역에서의 담수와 해수의 분포를 확인하기 위해서는 많은 인력과 장비를 소모하며 수리량과 염분도에 대한 측정을 통해 분석을 할 수 있는데, 대표적인 수리량 측정장비인 ADCP 또는 ADV는 각종 측정 한계들이 존재한다. 따라서 이러한 기수역에서의 수체 구간별 흐름 특성이 어떻게 나타나는지 확인하기 위해서 GPS 전자부자를 활용하고자 하였으며. GPS 전자부자의 데이터와 수직방향으로 측정한 염분도 데이터와 비교하고자 하였다. 수영강 좌수영교 상류 1km지점에서 주입하였으며 간조 시와 만조 시에 유하시켜 수영강에 위치한 좌수영교와 수영교에서 각각 좌측, 중간, 우측에서 수심방향으로 측정한 염분도를 상층 중층 하층으로 평균하여 비교하였다. 본 연구에서 사용한 GPS 전자부자는 표면부자이기 때문에 만조 시 하류방향으로 더 뻗어 나가는것으로 확인하였고, 간조 시에는 흐름이 더디거나 정체하는 것으로 나타났다. 이러한 계측 결과는 담수의 흐름 특성과 일치하게 나타나는 것을 확인하였고 이러한 GPS Floater를 활용한다면 굳이 각종 수질을 측정하지 않아도 흐름 상황으로 간조인지 만조인지에 대한 상황과 염분 분포를 대략적으로 알 수 있다. 이러한 GPS 전자부자의 위치데이터와 시간을 잘 이용한다면 ADCP의 유속 측정에 대한 단점을 보완할 수 있는 Lagrangian 타입의 유속을 측정 할 수 있다. 이러한 GPS 전자부자를 하천에서 선주입으로 활용한다면 각 구간별로 수체에 대한 흐름과 유속들을 분석할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 GPS 전자부자를 좀더 활용하여 IoT 기반 수질센서 등과 같은 각종 센서가 GPS Floater에 결합이 된다면, 흘러가면서 각종 데이터 정보취득을 통해 수체내 흐름을 분석하는 것뿐만 아니라 수환경 유출오염사고들에 대한 초기대응에 많은 도움이 될 것으로 사료 된다.

영상을 이용하여 하천유속과 유량을 측정하는 방법은 신속하고 간결하게 유속을 측정할 수 있는 방법으로 주목을 받고 있다. 또한 새로운 기술인 드론을 활용하여 하천의 유속과 유량을 측정하는 방법도 다양하게 시도되고 있다. 본 연구는 드론을 정지영상과 동영상을 이용하여 별도의 측량이나 복잡한 과정없이도 하천의 유속분포를 추정할 수 있는 방안을 제시하였다. 이 때, 중소하천의 유속 측정에 보다 쉽게 활용할 수 있도록 카메라 보정을 통한 카메라 내부변수 획득과 정지영상에 수록된 드론의 위치와 자세에 대한 EXIF 자료를 이용하는 방안, 약간의 흔들림이 있는 영상에서도 유속을 추정하는 방안을 제안하였다. 먼저, 드론의 카메라 보정을 위한 프로그램을 작성하고, 카메라의 내부 변수를 추정하였다. 드론의 위치와 자세에 대한 정보는 정지영상(JPG 파일)에 수록된 EXIF 정보를 이용하여 드론의 위치(GPS)와 자세(자이로스코프)를 알아내었다. 이를 이용하여 현장의 참조점에 대한 위치 정보를 확인하고, 또 수면촬영을 위한 정지비행시의 카메라의 대략의 위치와 자세 정보를 확인하였다. 이 자료들은 실제 유속측정에 이용하는 동영상에서 나타나는 참조점의 위치 정보를 결정하기 위한 것이다. 그리고 연이어 촬영된 동영상에서 시공간영상분석법으로 측정 단면의 유속분포를 분석하였다. 이 때, 동영상 내에 있는 약간의 흔들림은 FFT 분석으로 적절히 보완할 수 있다. 개발된 방법을 밀양강의 단장천 대리 수위표 지점 인근에서 시험한 결과 기존의 유속계로 측정한 방법과 상당히 근사한 결과를 얻을 수 있었다.

오염물질 유출 사고가 발생했을 경우 안전한 수자원의 관리 및 공급을 위해 오염물질의 혼합거동에 대한 정확한 해석이 필요하다. 하천에 유입된 오염물질의 혼합 거동에 영향을 미치는 인자들은 다양하지만, 수리구조물 등에 의해 발생한 저흐름 영역에 의해 오염물질이 정체되는 현상에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 특히, 국내 하천에는 약 33,000여 개가 넘는 취수보가 설치되어 있으며, 이 보들은 대부분 광정보 형태의 농업용수 취수를 목적으로 하고 있다. 이러한 보에는 저유량 시기에 보 상하류간의 흐름을 원활하게 하기 위한 노치(notch) 형태의 배수로가 설치되어 있으며, 노치로 인하여 보 상류쪽에 연직방향 뿐만 아닌 수평방향 흐름장의 변화 및 저흐름 영역이 형성된다. 따라서 본 연구에서는, 노치가 설치된 보 구조물 주변에서의 수평 방향 흐름 구조 및 오염물질의 혼합 거동을 분석하여 하천 저장대 모형의 매개변수를 산정하였다. 저흐름 영역에 의하여 오염물질의 정체현상이 발생할 경우, 일반적으로 오염물질 혼합 해석에 사용되는 Fickian 이송-확산 모형은 농도의 공간 분포를 잘 재현하지 못하기 때문에 non-fickian 모형인 하천 저장대 모형이 널리 사용되고 있다. 하천 저장대 모형에서의 주요 매개변수로는 저장대 영역(저흐름 영역)의 면적과 질량교환계수가 있으며, 본 연구에서는 노치의 조건 변화에 따른 저장대 영역 및 질량교환계수의 변화를 분석하기 위하여 수리실험을 수행하였다. 노치의 조건 변화에 따른 저장대 모형의 매개변수 산정을 위하여 보 구조물이 설치되어 있는 개수로에서 수리실험을 수행하였으며, 광범위의 수평방향 흐름구조 및 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위하여 LSPIV(Large Scale Particle-Image-Velocimetry) 및 PCA(Planar-Concentration-Analysis) 기법을 이용하여 유속 및 오염물질의 농도자료를 취득하였다. 취득된 유속 자료 및 농도자료를 바탕으로 보 상류에 위치한 저흐름영역의 크기 및 저흐름 영역과 주 흐름 영역 사이의 농도변화를 분석하였다. 실험자료 분석결과, 노치의 간격이 커질수록 저흐름영역의 크기 또한 증가하였으며, 오염물질의 체류시간 또한 증가하는 것으로 밝혀졌다.

본 연구에서는 제방의 세굴이나 붕괴를 방지하기 위해 바이오폴리머(Biopolymer) 기반 신소재를 활용한 흙 제방의 보강공법을 제시하였다. 바이오폴리머 기반 제방의 보강공법은 흙과 바이오폴리머를 소량만 섞어도 흙의 강도 증진시킴과 동시에 빗물에 대한 내침식성과 식생의 생장을 촉진하는 생태성도 뛰어나기 때문에 제방 사면을 보호할 수 있는 친환경적이고 효율적인 공법이다. 이에 안동하천연구센터는 실증실험을 통한 신소재 제방 보강공법의 안정성 검증을 목표로 2 건의 월류붕괴 실험을 수행하였다. 첫 번째는 흙 제방 조건(Case 1)이며, 두 번째는 바이오폴리머 혼합 토양을 사면에 도포한 후 식생이 활착된 조건(Case 2)이다. 제방 붕괴에 따른 수로 내 수위변화를 측정하기 위해 압력식 수위계를 설치하였으며, 영상분석을 위한 다수의 카메라 및 드론을 활용하여 실험의 전 과정을 실시간 촬영하였다. 또한, 제내지 측 사면을 대상으로 월류에 따른 붕괴 지연효과를 정량적으로 제시하기 위해 이미지 픽셀 변화 측정 기법을 통한 시간에 따른 표면 손실률을 산정하였다. 흙 제방과 신소재 처리 제방의 시간에 따른 표면손실률을 비교한 결과, Case 2의 사면손실률이 Case 1에 비해 약 1.5~2.3 배 지연되는 것을 확인하였다. 하지만 단일 조건만으로 실험군과 비교군의 붕괴지연 결과가 제방 성능을 평가함에 있어서 일반화될 수 없으므로 이러한 정량적 평가는 다소 한계가 있다. 향후 이러한 부족한 부분을 해결하기 위한 노력과 다양한 조건의 추가실험을 통한 계측 데이터 및 붕괴지연시간의 평균값을 도출하여 신소재 제방의 안정성을 평가하기 위한 타당한 결과를 도출할 예정이다.

개수로 흐름에서 유체특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 특히 홍수가 발생하거나 유속의 증가에 따라 유체의 거동은 복잡하고 예측하기 어려워진다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 무경사수로에서 실험연구를 통해 제방 재료의 안정성 평가방법을 제시하고, 재체의 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고, 측정된 소류력을 검증하고자 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하고자 한다.

하도식생은 흐름과 유사의 이송에 영향을 주고, 하도의 지형변화를 일으키는데 중요한 역할을 하다. 하도 식생의 밀도가 증가하면, 하안의 안정성이 증가하고 하안침식이 감소하며, 사주의 형상과 거동에 영향을 준다. 또한 하천의 사행발달 및 하천의 지형변화에 영향을 준다. 식생의 성장과 밀도는 홍수 및 하상변동에 의하여 영향을 받으며, 이는 흐름 및 하천의 지형에 영향을 준다. 따라서 본 연구에서는 하도식생에 의한 사행하천의 발달과정을 2차원 수치모형을 적용하여 분석하였다. 하도식생의 생의 성장과 소멸과정을 고려하여 식생밀도를 고려하여 사행하천의 변화 과정을 분석하였다. 초기에 하안침식이 발생하고, 하폭이 증가하였다. 특히, 흐름이 집중되는 만곡부에서 하안침식이 증가하며, 하도의 사행도가 증가하였다(Fig.1(b)). 시간이 증가하면서 만곡부 내측에서 고정사주 내측에서 scroll bar가 발달하며, 만곡부 외측에서는 하안침식이 발생하고, 사행도가 증가하였다. 또한 식생의 침수시간이 감소하고 식생의 성장률은 증가하였다(Fig.1(c)). 식생의 밀도가 증가함에 따라 사행도는 증가하였다. 식생의 밀도가 증가함에 따라,

최근들어 우리나라 하천에는 많은 식생이 발생하고 있다. 과거 댐에 의한 유황 조절효과로 댐 하류에 식생이 과도하게 발생하는 사례는 많았지만 최근 발생하는 식생은 댐의 유무에 직접 관련되지 않고 있다. 또한 하천의 규모나 위치 등과도 관계없이 거의 모든 하천에서 대규모로 발생하고 있다. 이와같은 식생은 하천의 통수능을 줄여서 홍수위를 상승시키는 역할과 더불어 하천의 육역화를 일으켜서 하천의 모습을 상실하게 하는 역할도 한다. 일본 등의 경우에도 하천에 과도하게 발생하고 있는 식생으로 인해 하천관리의 문제로 대두되고 있다. 해외의 경우 하천내 식생 발생 메카니즘에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 유황의 변화, 하천 지형의 변화, 영양물질의 변화 등으로 인해 발생하는 식생의 현황과 원인을 규명하고 있다. 더불어 식생의 지속적인 제거를 위해서 기계적인 방법, 화학적인 방법, 수문학적 방법 등의 개발과 적용에 대해서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 중소하천에서 발생하고 있는 식생의 현황을 파악하고 하천내 지형조건과 식생 발생의 연결 고리를 분석하였다. 최근 10년 이내 많은 중소하천에서 하천내 많은 면적을 식생이 차지하게 되었는데 이와 같은 현상의 원인은 크게 두 가지로 분석되었다. 첫 번째는 유황의 변화이다. 최근들어 대규모의 홍수발생 빈도가 급격하게 줄어들어 식생이 발생할 수 있는 조건이 크게 확대된 것으로 파악되었다. 홍수 발생 감소로 봄이나 여름철에 하천내 흐름이 발생하여 씨앗이나 어린 식생이 쓸려 내려갈 기회가 감소되었다. 두 번째는 과거 조성된 복단면 형상으로 인해 고수부지의 경우 흐름이 발생할 기회가 현저하게 감소하여 고수부지가 육역화되는 현상이 발생하고 있다. 특히 이 두가지 요인이 중첩되면서 하천내 식생의 증가는 급속하게 발생되고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 하천 단면 지형의 연도별 변화, 수위의 변화, 식생의 변화를 연계하여 식생의 발생 원인을 물리적으로 규명하였다. 본 연구의 결과를 활용하면 하천에서 발생하고 있는 과도한 식생의 원인을 추정할 수 있고 이를 해소하기 위한 대안으로 하천 단면의 관리 방안을 검토할 수 있다. 기후변화 등의 외부적인 요인으로 인해 발생하는 유황의 변화가 과거와는 다르게 발생하고 있는 점을 감안하면 하천내 식생의 발생 현황 및 제거 방안을 도출하는 것은 시급한 과제라고 판단된다.

최근 급속한 지하공간의 개발로 인해 도로함몰 등 지반침하가 지속적으로 발생되어 이에 대한 안전문제가 끊임없이 제기됨에 따라, 원인규명 및 대책방안을 두고 다양한 조사 및 연구가 진행되고 있다. 특히 지하개발 시 필연적으로 발생하는 유출지하수 내 지하수와 함께 토사가 유출될 경우 지반함몰이나 붕괴로 이어져 대규모 재해가 발생할 수 있기 때문에 현장에서 계측되는 데이터를 통해 사전에 지반침하를 감지할 수 있는 경보 시스템이 마련될 필요가 있으며, 이에 대한 기술개발과 관리기준의 변화가 필요하다. 본 연구에서는 현재 지하공간 개발 시 적용되는 지하수 관리 매뉴얼 중 가장 중요한 부분인 계측관리 부분에 관해 문제점을 분석하고 이를 보완하기 위한 계측 관리 및 행정 절차의 문제점을 개선하고자 한다. 지중에서 발생하는 토립자의 이동, 공동발생 및 지반함몰의 거동은 근본적으로 지하수의 이동에 의해 필연적으로 발생되며, 그 규모는 유출지하수량의 발생규모와 상관성이 높게 분석되었다. 계측 관리의 문제를 보완하기 위하여 첫 번째로 지중 굴착 시 계측되는 유출지하수와 지하수위를 연계하여 분석하여 기준을 마련하였고, 추가로 지하수 내 탁도 값을 측정하여 이를 더하여 서로간 상관성 분석을 통해 기존 지하수위 계측자료의 관리기준을 보완하였으며, 최종적으로 현장에서의 계측된 데이터를 통해 지반침하를 사전에 예측할 수 있다. 계측된 데이터의 분석결과 위험도가 감지될 경우 공동발생의 방지 및 복구에 관한 방안이 제시되며, 문제 발생 지점의 범위를 국한하여 신속하고, 경제적으로 해결해 나갈 수 있다. 이를 위해 현행 지하수법의 개선과 행정적 절차가 보완되어야 할 필요가 있다. 이러한 지하공간 개발 시 지하수 관리의 개선으로 사전에 지반침하를 예측 할 수 있고, 이를 통해 재해를 미연에 방지할 뿐만 아니라 건설산업 현장의 스마트 관리체계를 구성하여 미래 지향적인 토목현장 및 국민에 대한 신뢰도를 재고 할 수 있을 것으로 사료된다.

온실가스 증가로 전구평균기온은 지속적으로 상승하고 있으며, 이러한 지구시스템 변화는 수자원의 시·공간적인 변동을 증대시킬 것으로 전망된다. 보다 적극적인 기후변화 대응을 위해 2015년 파리협정이 채택됨에 따라 전 세계에서는 온실가스 감축을 실천하고 있으며, 선진국에서는 산업화 이전 대비 1.5℃ 및 2.0℃ 전구기온상승에 따른 분야별 영향평가 및 적응방안을 마련하고 있다. 그러나 국내의 경우 아직까지 전구기온 상승에 따른 수자원 영향평가가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 AR5 기후변화 시나리오를 기반으로 1.5℃ 및 2.0℃ 전구기온 상승으로 인한 국내 수자원 변화 특성을 분석하였다. 이를 위해 몬순특성을 고려하여 적정 5 GCMs을 선정하였으며, 시간샘플링 기법을 활용하여 1.5℃ 및 2.0℃ 전구기온 상승시기를 추정하였다. 통계적상세화 기법을 적용하여 상세 기후변화 시나리오를 생산하고, 수문모형(VIC)에 적용하여 미래 수문변화를 전망하였다. 과거 대비 1.5℃, 2.0℃ 전구기온 상승에 따른 수문기상인자의 변화를 분석한 결과 연평균 강수량 및 유출량은 전구기온상승에 따라 증가하며, 계절별 변동성은 심화될 것으로 전망되었다. 유출량의 변화는 강수량 변화경향과 대체로 일치하였으나, 강수량 대비 전망결과의 불확실성이 크게 나타났다. 한편, 수문순환은 전 지역에서 가속화되는 것으로 확인되었으며, 모든 GCM의 전망결과에서 동일한 경향을 보였다. 수문기상인자(강수량, 증발산량, 유출량)의 강도별 발생빈도 및 총량은 저강도 구간에서 감소, 고강도 구간에서 증가하는 것으로 분석되었다. 이러한 특성은 강수량 및 유출량의 극대값 증가에 기여하여 수자원 관리의 어려움을 가중시킬 것으로 예상된다.

기후변화 및 지구온난화로 인한 자연재해 규모가 점차 대형화, 다양화되고 있어 이로 인한 피해도 증대되고 있다. 특히, 다양한 시설과 인구밀도가 높은 도심 지역은 집중호우, 태풍, 홍수 등 자연재해에 취약하여 인적·물적 피해 위험성이 매우 높다. 방재 시설확보 및 개선을 통한 더 높은 안정성 및 기상예보를 통한 대응, 대책을 통한 피해 저감이 이루어지고 있다. 그러나 일반적으로 제공되는 단일 수치모형 기반의 결정론적 기상예측정보는 기상 상태, 선행시간, 모형 매개변수 등으로 인한 불확실성이 매우 크며 이에 대한 정보가 제공되지 않다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 앙상블 수치모델 정보와 기상레이더 자료 기반의 단기 예측정보가 활용이 가능하다. 그러나, 앙상블 수치모델의 불확실성, 기상레이더 기반 예측정보의 짧은 예측 선행시간으로 인해 수문학적 모형에 입력자료로 활용은 어려운 실점이다. 본 연구에서는 지점 관측자료의 시간적 연속성, 기상레이더 자료의 공간적 연속성, 앙상블 예측정보의 선행시간 정보를 융합하여 기상예측정보에 대한 불확실성 개선 및 선행시간에 따른 정확도를 높일 방법을 제안하였다. 기상청에서 제공하는 앙상블 예측자료인 LENS 자료, 레이더 강수량, ASOS 관측자료 기반으로 분석이 수행되었으며 분석결과는 예측강수량을 활용하는 분야에 긍정적 영향을 미칠 것으로 기대된다.

최근 수문기상학 분야에서 레이더 강수량을 활용한 응용연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 레이더 강수량은 대류성 및 층상형 등과 같이 강수특성을 기준으로 레이더 반사도-강수량(Reflectivity-Rainfall, Z-R) 관계식 매개변수를 시공간적으로 동일하게 적용하여 레이더 강수량을 산정하는 방법론은 지상관측 강수량과 정량적인 편의 오차(systematic error)를 발생시킬 수 있는 문제점이 있다. 본 연구는 장기간의 레이더 합성장 반사도를 활용하여 Z-R 관계식 매개변수를 산정하였으며, 이 과정에서 Bayesian 추론 기법을 도입하여 Z-R 관계식 매개변수의 불확실성을 정량화하였다. 추가적으로 편의 오차를 최소화하기 위하여 계절성을 고려한 Z-R 관계식을 산정하였다. 건기와 우기로 구분하여 산정된 Z-R 관계식 매개변수의 공간적으로 변동성과 더불어 강수의 계절적 특성에 기인하는 Z-R 관계식 매개변수의 역비례 관계를 확인하였다. 최종적으로, 제안된 방법론으로 산정된 레이더 강수장은 일반적으로 레이더 강수량 산정에 널리 이용되는 Marshall-Palmer Z-R 관계식으로 산정된 강수장에 비하여 우수한 통계지표를 제시하였다.

기후변화에 따른 기온과 강수량 등 기상조건의 변화로 인하여 기상·자연재해뿐만 아니라 작물의 수확량 감소, 병해충 및 잡초 발생의 증가, 흙과 물의 부족, 재배 적지의 변화와 같은 농업인프라 또한 기후변화의 피해가 발생하고 있다. 농업수자원 측면에서, 농어촌용수는 자연적으로 내리는 강우를 직접 작물성장에 사용하기 때문에 기후변화에 특히 민감하다. 또한 기온의 변화는 농업용 저수지의 증발량 및 유입량의 변화를 일으키며 이러한 변화는 곧 저수위 및 저수량의 변화를 유발하여 농업·농촌 수자원 관리의 어려움으로 이어질 것으로 판단된다. 이에 따라, 기후변화에 따라 예상되는 대규모 자연재해를 대비하고 기후변화에 효율적으로 대처하기 위해서는 체계적이고 과학적인 기상·기후 정보의 활용이 중요하며 기후변화로 인한 농업 기상재해 최소화를 위해서는 다양한 기후변화 시나리오를 활용하여 미래 기상·기후의 변화에 대한 경향성 분석 및 예측을 통한 영향 평가가 필요하다. 본 연구는 전국 농어촌용수구역 517개 용수구역 중 접경·도시·도서지역을 제외한 511개 용수구역을 대상으로 증발산량 산정이 가능한 RCP 8.5 기후변화 시나리오 9개를 지역별로 상대적인 기후사상의 크기와 빈도 및 강도 정량적으로 평가할 수 있는 STARDEX 극한지수를 적용하여 시나리오의 미래 기상전망을 실시하였다. 기상전망 결과를 이용하여 Kendall-Tau 검정을 통해 시나리오의 순위를 적용하여 각 시나리오의 미래기후변화의 상대적인 정도를 평가하였고, 9개의 기후변화 시나리오를 DIROM(Daily Irrigation Reservoir Operation Model) 모형에 적용하여 기후변화 시나리오의 높은 불확실성을 고려한 미래 농어촌용수구역의 농어촌용수 필요수량 변화를 지역적으로 분석하고 미래 농어촌용수량의 최대·최소 변화 범위를 제시하였다.

최근 머신러닝 기술의 발전에 따라 비선형 시계열자료에 대한 예측이 가능해졌으며, 기존의 과정기반모형을 대체하여 지하수, 하천수 예측 등 다양한 수문분야에 활용되고 있다. 본 연구에서는 기존의 연구들과 달리 과정기반모형을 이용한 하천수 모의결과를 개선하기 위해 과정기반모형과 결합하는 방식으로 머신러닝 기술을 활용하였다. 머신러닝 기술을 통해 관측값과 모의값 간의 차이를 예측하고 과정기반모형의 모의결과에 반영함으로써 관측값을 정확히 재현할 수 있도록 하는 시스템을 구축하고 평가하였다. 과정기반모형으로는 Weather Research and Forecasting model-Hydrological modeling system (WRF-Hydro)을 소양강 유역을 대상으로 구축하였다. 머신러닝 모형으로는 순환 신경망 중 하나인 Long Short-Term Memory (LSTM) 신경망을 이용하여 장기시계열예측이 가능하게 하였다(WRF-Hydro-LSTM). 머신러닝 모형은 2013년부터 2017년까지의 기상자료 및 유입량 잔차를 이용하여 학습시키고, 2018년 기상자료를 이용하여 예상되는 유입량 잔차를 모의하였다. 모의된 잔차를 WRF-Hydro 모의결과에 반영시켜 최종 유입량 모의값을 보정하였다. 또한, 연구에서 제안된 새로운 방법론의 성능을 비교평가하기 위해 머신러닝 단독 모형으로 유입량을 학습 후 모의하였다(LSTM-only). 상관계수와 Nash-Sutcliffe 효율계수(NSE)를 사용해 평가한 결과, LSTM을 이용한 두 방법(WRF-Hydro-LSTM과 LSTM-only) 모두 기존의 과정기반모형(WRF-Hydro-only)에 비해 높은 정확도의 하천수 모의가 가능했으며, PBIAS 지수를 사용하여 평가한 결과, LSTM을 단독으로 사용하였을 때보다 WRF-Hydro와 결합했을 때 더 관측값과 가까운 모의가 가능함을 확인할 수 있었다.

현재 농업환경 및 식생활 변화 등으로 인하여 농지 수요는 꾸준히 감소하고 있다. 이러한 현상과 맞물려 정부에서는 2019년 6월에 물관리기본법을 제정함으로서 지속가능한 통합 물 관리를 실현하려는 움직임을 보이고 있다. 따라서 효율적인 통합 물 관리를 실현하기 위해서는 61%라는 가장 많은 용수를 사용하고 있는 농업용수에 대한 면밀한 검토가 이루어져야 할 시점이다. 금회 연구에서는 현재 농업용수 사용량 현황을 분석함과 동시에 농업용수 중 67% ~ 87%의 비율을 차지하고 있는 논 용수 산정법을 검토한 후 문제점을 분석하고 문제점 개선을 통한 용수수요 확보를 분석하였다. 논 용수 산정방법의 가장 큰 문제점은 잠재증발산량 산정식에 있다. 현재 사용하고 있는 잠재증발산량 방법은 국제식량기구(FAO)에서 권장하고 있는 Penman-Monteith 식이 아닌 과거부터 사용하고 있으며, 오차율이 높은 수정 Penman 식을 사용하고 있다. 또한 잠재증발산량 산정이 주요 인자인 작물계수의 경우도 23년전의 작물계수를 이용함으로서 현재 기후 및 작물품종 변화를 전혀 반영할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 전주기상청의 자료를 이용하여 Penman 및 Penman-Monteith 식을 비교한 결과 수정 Penman 식이 Penma-Monteith 식에 비하여 2배 이상의 큰 값을 보였다. 작물계수를 적용할 경우 증발산량이 많이 일어나는 5월 하순에서 8월 하순까지의 차이가 크게 발생하였다. 이러한 문제는 논용수 수요량의 과대하게 산정되는 결과를 초래하며, 수자원장기종합계획 및 장기 물관리 계획시 효율적이고 합리적인 계획수립이 어려울 것으로 판단되며, 논 용수 수요량 산정방법에 대한 개선안이 시급히 이루어져야 할 것으로 판단되어진다.

기후변화에 관한 IPCC 제5차 평가보고서에 따르면 최근 나타난 기후 관련 극한 현상인 폭염, 홍수, 가뭄 등의 영향에 대해 생태계가 현재의 기후 변동성에 상당히 취약하게 반응하며, 기후변화를 위험에 초점을 맞추어 평가함으로써 대응책을 마련해야 한다고 강조하였다. 기후변화에 따라 강수량 패턴과 수문학적 시스템이 변하면서 수자원의 미치는 영향과 취약성, 적응에 대한 연구의 필요성이 요구되고 있으며, 농업용수를 비롯한 수자원 관리 기술 및 적응역량을 강화하는 것이 필요하다. 수리답 면적에 대한 농업용수 공급의 61%를 차지하는 농업용 저수지의 경우 과거 10년 한발빈도로 설계되어 최근의 연속적인 가뭄 사상으로 인한 낮은 저수율을 나타내어 가용 수자원의 부족이 발생하였다. 이에 따라 저수지 설계 당시와 상이한 환경 및 기후의 변화로 농업용수 공급체계의 상황변화에 따른 용수공급능력 및 이수안전도의 재평가가 요구된다. 일부 가뭄대책지구에 대하여 기후변화에 따른 현장여건 변화 (논면적, 영농패턴, 작부시기 등)를 반영한 이수안전도를 재평가함으로써 농업용 저수지의 용수공급에 대한 정량적 분석이 수행되었다. 저수지별로 기후변화 및 현장여건 변화에 따른 영향이 다르므로 전국 농업용 저수지를 대상으로 확대, 적용하기 위해서는 저수지 특성을 분석하여 비슷한 패턴을 갖는 저수지로 유형화하기 위한 작업이 필요하다. 본 연구에서는 농어촌공사 관할 3,394개의 농업용 저수지를 대상으로 지역에 따라 인자별 군집분석을 실시하여 국내 농업용 저수지의 이수안전도 변화에 따른 물 공급 잠재능을 재평가하고자 한다. 본 연구의 결과는 기후와 영농방식, 지역별 특성 등 상호간의 관계를 고려한 농업용수관리와 유사한 특성을 갖는 지역계획의 추진단위를 결정하거나 지역간의 비교우위를 고려한 한해 대책 등과 같은 농촌지역개발계획 등에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

최근 기후변화로 인한 전 세계적인 기온상승이 야기되고 있으며, 농업에 직접적인 영향을 주는 기상학적 및 수문학적 변화가 급격하게 진행되고 있다. 우리나라의 경우 최근 7년 동안 지역별로 극심한 가뭄이 매년 발생하고 있고, 가뭄의 발생 빈도와 강도가 증가하는 추세이다. 특히 밭의 경우 농업용 저수지 등 수리시설물로부터 관개용수를 공급받는 논 작물과 달리 자연 강우를 통해 필요한 용수량을 공급받는 천수답이 대부분이고 관개시설이 부족하기 때문에, 기후변화에 의한 가뭄의 취약성이 높다. 밭작물은 작물의 생육 시기와 기후 환경, 수자원 환경에 민감하고 토양수분을 흡수함으로써 생육하기 때문에 이러한 밭작물의 소비수량 및 관개용수량은 증발산량 뿐만 아니라 토양내 수분의 이동을 고려하여 수분 부족량을 산정해야 한다. 본 연구에서는 미래 기후변화에 의한 밭가뭄 평가를 위하여 밭 작물별 소비수량 및 관개용수량을 추정하기 위한 밭 토양수분 물수지 모형 (Soil Moisture Model)을 구성하였다. 또한 대표농도경로 (Representative Concentration Pathway, RCP) 시나리오 기반의 제5차 결합기후모델상호비교사업 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5)에서 제공하는 RCP 시나리오를 기반으로 한 전지구 기후모델 (General Circulation Model, GCM)의 기후예측결과를 적용함으로써 미래 밭 가뭄 평가를 수행하였다. 과거 기상자료 및 미래 대표농도경로 시나리오와 작물 기초자료를 수집하여 과거 및 미래 작물증발산량을 산정하였으며, 토양수분 물수지 모형에 적용하여 밭작물의 토양수분 변화를 모의하고 기후변화에 따른 작물별/생육시기별 소비수량 및 관개용수량을 추정하였다.

일반적으로 농업용수 이용량은 기후, 토양, 지역별 재배 특성 등에 따라 다양하게 나타날 수 있으며, 용수공급 계획을 위해 수요량 추정방법을 이용하고 있다. 농업용수 수요량은 논과 밭 등에서 작물 재배에 필요한 용수량이라 정의할 수 있으며, 구체적으로는 작물 재배에 소요되는 전체 용수량에서 강우에 의해 공급되는 양을 제외한 수량으로 볼 수 있다. 현재 농업용수 수요량의 추정 방법은 현장에서 직접 실측하는 방법, 대표 작물을 대상으로 계측한 후 일반화 하는 방법, 증발산 이론에 의하여 추정하는 방법 등으로 구분 되며, 최근 광역적인 분석으로 증발산 이론에 의한 추정 방법을 주로 사용하고 있다. 농업용 지하수 이용은 국내 지하수 이용량의 51%를 차지하고 있어 보다 적확한 농업용 지하수 사용량조사는 지하수의 효율적 정책 추진을 위하여 중요하다. 본 연구의 목적은 현장조사로 수집한 자료를 이용해 각 조사지역의 사용량을 추정하고 월별사용량 및 단위면적당 사용량을 분석하는 것이다. 조사지역은 창녕함안보(오천리, 성산리), 합천창녕보(율지리), 달성보(좌학리, 위천리), 구미보(궁기리)이고, 지하수사용량을 분석하기 위해 유량계(계량기) 검침, 전력사용량 검침, 수중모터펌프 가동시간을 이용하였으며, 조사기간은 2018년 12월 부터 2020년 02월 까지 이다. 농업용관정 조사시 실제 지하수를 사용하는 면적(ha)도 같이 조사해, 월별 지하수사용량에 실제사용면적(ha)을 나누어 면적당 지하수사용량으로 분석하였다. 조사결과 창녕함안보 오천리는 20,956㎥/mon/ha, 창녕함안보 성산리는 19,911㎥/mon/ha, 합천창녕보 율지리는 3,648㎥/mon/ha, 달성보 좌학리는 2,417㎥/mon/ha, 달성보 위천리는 3,546㎥/mon/ha, 구미보 궁기리는 619㎥/mon/ha로 분석되었다. 수막재배가 많은 창녕함안보가 지하수사용량이 가장 많았으며, 구미보의 경우 지하수사용량이 가장 적은 것으로 분석되었다. 월별 지하수 사용량을 살펴보면 2019년 01월 ~ 02월 보다 2020년 01월 ~ 02월의 평균 지하수 사용량이 793㎥/mon/ha 적게 분석되었고, 평균기온은 2019년 01월에 0.3℃, 2020년 1월은 2.6℃로 2.3℃ 높다. 이는 겨울철 지하수 사용량에 영향을 주었다고 판단된다. 겨울철 지하수 사용량차이는 재배작물과 겨울철 기온차이가 원인으로 판단되며, 다년간 지하수사용량과 기온을 조사할 필요가 있다.

국내 발전용댐은 건설 당시 발전목적으로 지어졌으나, 최근 기후 변화로 인해 홍수 및 가뭄의 빈도와 강도가 증가함에 따라 일부분 홍수조절, 환경개선 등의 목적으로 운영되고 있다. 다목적댐과 같이 홍수기에 제한수위를 두어 운영하거나 댐과 보 연계운영 규정에 의해 방류를 수행하기도 한다. 홍수기 제한수위로 인한 수위의 하강은 발전이 목적인 발전량에 손실을 가져오고, 수자원의 이용률 측면에서도 악영향을 끼친다. 현재의 운영 방식이 발전성능 측면에서 재평가 되어야 하며 이를 평가하기 위한 객관적 평가지표나 평가방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 객관적 평가 지표로 회복탄력성 개념을 도입하여 발전성능에 대한 발전용댐 운영을 평가하고자 한다. 댐의 발전 최적수위를 시스템의 평형상태로 보고 저수위 하강으로 인한 손실, 유입량 및 운영방식에 따른 댐의 수위 회복력을 발전용댐의 회복탄력성으로 정의하였다. 과거 유입량 자료를 활용하여 단일 발전용댐을 모의운영 하였고, 그 결과로 발전수량 시나리오에 따른 회복탄력성을 평가하였다. 회복탄력성과 발전수량, 발전량, 무효방류량, 재난위험일수 등으로 최적 발전방류량을 산정하였다. 향후 발전, 환경개선, 홍수조절에 대한 경제성 평가가 병행된다면 발전수량 운영 기준을 수립하는데 활용이 가능할 것으로 판단된다.

수자원 확보 및 홍수 대응을 위해서는 정확한 강우정보를 바탕으로 한 효율적인 댐 운영이 필요하다. 그러나 댐이 위치한 지역은 산지지역으로 강우관측소 밀도의 지역적인 편차로 인해 지상 관측 강우자료 활용 시 강우 정보의 정확도 확보에 한계가 있다. 또한, 강우의 시·공간적 변동성 심화로 기존의 강우계만으로는 정확한 강우량 추정이 어려워 이를 홍수기 댐 운영의 기초정보로 활용 시 합리적 댐 운영에 한계가 있다. 댐 운영 시 강우 관측정보는 댐 유입량 산정을 위한 강우-유출해석 모형의 입력 자료로 활용되기 때문에 강우량 자료의 정확도 확보가 무엇보다 중요하나, 현재 댐 운영에 필요한 강우 관측정보로는 지상우량계 자료가 주로 활용되고 있어 이를 보완하고자 일반적으로 강우의 공간분포를 관측할 수 있는 고해상도 레이더 강우 정보가 활용되고 있다. 본 연구에서는 전력생산(발전) 및 용수공급, 홍수조절 기능을 고려하여 운영되고 있는 한국수력원자력(주)의 수력발전용댐(팔당, 의암, 춘천, 화천, 청평, 도암, 괴산, 섬진강, 보성강댐)에 활용할 수 있도록 환경부 합성레이더 자료를 바탕으로 레이더 강우정보를 산출하고, 레이더 강우의 정확도 향상을 위해 고도영향을 고려한 레이더 강우 보정기술을 개발하고자 한다. 적용한 기법은 강우장의 공간적 구조는 레이더 자료로 획득하고, 강우량은 강우계 관측정보를 합성하는 조건부합성기법을 기본으로 하며, 고도 영향을 고려할 수 있도록 강우분포장 생성 시 주변수를 강우로, 이차변수를 고도로 정의한 표준화된 정규공동크리깅을 활용한 기법이다. 본 연구를 통해 산출된 레이더 강우를 댐 유입 측면에서 기존의 보정기법과 비교하여 정확도를 검토하고, 댐 운영에 활용할 수 있도록 유역평균강우량 정보를 산출하고자 한다.

기후변화 대응을 위해 파리기후협약에서는 온실가스 배출량 감축을 위한 구체적인 목표를 제시하였다. 에너지 분야는 온실가스가 가장 많이 배출되는 분야 중 하나이며, 온실가스 감축 방안으로 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 수력에너지는 신재생 에너지 중 가장 현실적이고 많이 활용되는 에너지원으로 각광받고 있다. 아시아 지역은 개발도상국이 다수 위치하고 있고 미개발된 잠재 수력에너지가 풍부한 지역으로 국내 기업의 진출 가능성이 높은 지역이다. 수력에너지 개발을 위해서는 수력 발전 가능량 평가가 필수적이며, 수력 발전 가능량은 기후, 수문조건에 민감하게 반응하기 때문에 기후변화에 따른 수력 발전 가능량의 변동 가능성이 있다. 본 연구에서는 아시아 지역에 대한 AR5 기후변화 시나리오 기반 수력 발전 가능량을 전망하고 분석하고자 하였다. 수력 발전 가능량 산정을 위한 수문 자료 생성은 지표수문해석 모형 VIC (Variable Infiltration Capacity)를 이용하였으며, 모형 입력 자료로 APHRODITE (Asian Precipitation -Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of water resources) 기상 자료, USGS (U.S. Geological Survey) 수치지형도, FAO (Food and Agriculture Organization) 토양도, NCC (Norwegian Climate Centre) NorESM 기후변화 시나리오를 활용하였다. 분석결과 수력 발전 가능량은 과거 및 미래 기간에 동남아시아, 남아시아 지역에 풍부한 것으로 나타났다. 동남아시아는 유출량이 풍부하며, 남아시아는 유역별 낙차가 크기 때문에 수력 발전 가능량이 풍부한 것으로 나타났다. 따라서 동남아시아 지역의 수력 발전 가능량이 남아시아에 비해 기후변화의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한 미래 기후변화로 인해 유출량의 변동 폭이 더욱 넓어져 발전 효율이 감소하는 것으로 나타나 수력발전의 안정성이 감소하였다. 본 연구는 아시아 지역의 수력 발전 가능량을 산정하고 특징을 분석하였다는 점에서 의미가 있다.

최근 기후변화의 영향으로 극심한 가뭄과 홍수가 발생하고 기온 또한 꾸준히 상승하고 있으며, 이러한 변화에 대응하기 위해 전 세계에서 이산화탄소를 줄이고 국제 에너지 시장을 재구성하려는 시도가 꾸준히 이루어지고 있다. World Energy Outlook(2012)에 따르면 특히 에너지 시장에서 개발도상국의 수력분야 개발투자가 2035년까지 15,490억 달러에 이를 것으로 전망됨에 따라 국내에서 해외 수력발전사업에 적극적으로 나서고 있다. 그러나 국내와는 달리 댐 건설의 사전조사에 필요한 자료가 없거나 구축하는데 문제가 있어 손쉽게 구할 수 있는 자료로 사전에 수력발전 댐 적지를 조사할 수 있는 기술의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 수력발전용 댐 위치 결정을 위한 예비 적지 분석 알고리즘을 개발하고, 분석 알고리즘에 위성영상자료인 30m 해상도의 ASTGTM(ASTER Global Digital Elevation Model)와 500m 해상도의 MCD12Q1(MODIS/Terra Aqua Land Cover) 토지피복자료를 사용하고자 한다. 예비 적지 분석 알고리즘은 DEM의 전처리, 하천망생성, 유역분할과 지형정보를 고려한 자동적지탐색과 댐 건설시 수몰면적에 따른 보상면적 산정 알고리즘을 포함하고 있으며 Python기반의 오픈소스 GIS로 구현되었다. 적지산정은 DEM으로부터 낙차, 도달시간, 내용적곡선과 같은 지형정보와 토지피복도를 통한 보상면적을 기반으로 순위를 매겨 사용자에게 최적의 위치들을 표출한다. 본 연구의 결과는 향후 해외 수력 댐 적지 예비분석 및 해외 수력산업 진출을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

전 세계 태양광 발전용량은 2010년 초 25GW에서 2019년 말 617.9GW로, 지난 10년 동안 25배 이상 증가하였다(2019년 전세계 태양광 발전(PV)의 추가량은 거의 133GW 추정). 2020년에도 세계 태양광시장은 120~150GW를 형성해 전년대비 10% 내외의 성장세를 이어갈 것으로 전망되며, 향후에도 성장률은 다소 낮아지겠지만 2030년 태양광 수요피크 200GW까지 지속적인 성장이 기대된다. 한편 우리나라 수상태양광은 높은 잠재력(저수면적의 7%를 활용할 경우 5,304MW 규모의 수상태양광 개발이 가능)을 가지고 있는 것으로 평가된다. 신(新)정부 국정과제 3020 신재생 확산정책에 따라 신재생에너지 보급률 확산이 전망되는 가운데, K-water의 중장기('17~'26) 전략경영계획에 따르면 수상태양광은 2026년까지 2,758MW 개발을 목표로 하고 있다. 하지만, 수상태양광은 경제성과 환경적 측면에서의 불확실성을 포함하여 시설물의 안정성 검증, 사회적 수용성 등 극복해야 할 정책과제들을 안고 있다. ① REC 가격의 안정화, 경제성 제고 문제(높은 운영 및 관리 비용), ② 난개발, 환경·경관·안전 문제에 대한 주민들의 우려 : 주민 수용성 제고, ③ 투자 사기와 유착·비리, 편법개발, 난개발에 대한 규제방안, ④ 지역사회와의 거버넌스 및 갈등관리 문제, 공용 전력망 부족과 계통연계 문제 등. 이에 본 연구는 태양광 선도국가의 정책 사례 분석을 통해 수상태양광 관련 명확한 규제 및 지원정책을 제언하고자 한다. 분석방법으로는 첫째, 주요 국가에서 시행 중인 수상태양광에 대한 금융지원 및 정책 지원을 국내 사례와 비교·분석하였으며 둘째, 경제적·생태적 관점에서 수상태양광 모델을 개발하고, 이를 지역사회가 수용할 수 있도록 정책적 대안을 제시하였다.

GWI(2019)에 따르면, 2020년 기준 세계 물시장은 약 996조 원(8,034억 $) 규모로 추정되며, 2024년까지 연평균 3.4%대의 성장을 기록할 것으로 전망된다. 이에 선진 국가를 비롯 글로벌 기업들은 물시장의 선점을 위하여 경주한지 오래이며, 우리 정부는 2000년을 기점으로 물산업 육성관점에서 해외시장 진출을 강조하고 있다. 하지만 국내 기업의 해외시장 진출을 위해서는 무엇보다 중점 육성 분야 및 타겟시장 등의 선정이 필요한데, 이를 위한 분석적 정보는 찾아보기 어렵다. 이에 본 연구는 데이터 기반의 물시장 현황 및 전망을 분석·제공함으로써, 물기업의 중점 육성분야 및 타겟시장 선정에 도움을 제공하고자 하였다. 분석 결과는 ① 사업별 물시장 ② 제품별 물시장, ③ 지역별 물시장으로 구분하였으며, 시장 유형은 자본투자와 운영시장으로 구분하였다.

싱가포르의 물분야는 선도적 글로벌 하이드로허브(Global hydrohub)로, 글로벌 물시장에서 싱가포르의 위상을 견고하게 하면서, 지속적으로 괄목할만한 성장세를 이어가고 있다. 200개 이상의 물관련 기업, 25개 이상의 연구소와 더불어, 싱가포르 물분야는 2018년까지 25억 싱가포르달러의 부가가치 창출과 14,400개의 일자리를 창출하면서, 세계 각국으로부터 투자를 유치하고 있다. 또한, 싱가포르는 2006년 이래 국립연구재단(National Research Fund: NRF)에 6억 7천만 싱가포르 달러만큼 기금을 누적하여 2020년에는 28억 싱가포르달러의 부가가치 창출과 15,000개 일자리 창출이라는 목표를 달성 할 수 있을 것으로 예상된다. 이와 더불어 연구, 혁신 및 기업 (Research, Innovation, and Enterprise: RIE) 2020 계획을 달성하기 위하여, 싱가포르 국가 물기관인 PUB, 경제개발이사회(Economic Development Board: EDB) 및 기업싱가포르(Enterprise Singapore)는 싱가포르의 물분야 강점을 활용하여 다음과 같은 세 가지 분야에 초점을 맞추고 있다. 즉 1)"글로벌 국가가 요구하는 솔루션 개발", 2)"기술의 상업화(commercialization)"와 수출"을 가속화하고 3)"다양한 역량과 재능을 육성"하는 것이다. 본 연구는 싱가포르 PUB의 자국 물기업 지원을 위한 전략사례를 분석함으로써 한국 물분야 SOC공공기관의 인프라 건설 및 운영 노하우를 활용한 물분야 부가가치 창출 및 일자리 확대를 통해 현(現)정부의 경제정책 기조인 물분야에 대한 혁신성장과 일자리 창출 방안 마련에 기여하고자 한다. 또한, 본 연구를 통해 물분야 대표적 성공사례인 싱가포르 물분야 공공기관의 운영정책과 PUB의 경영전략을 분석하여, 국내 물기업의 해외진출 활성화를 위한 지원전략 수립의 기초자료를 제공하고자 한다.

하천법에 의거하여 국내 하천들에는 상당한 국가예산으로 하천정비기본계획이 5-10년 주기로 수립되고 있으며, 홍수위 계산을 위한 HEC-RAS 모의에 필요한 하천단면 등 다양한 하천측량이 실시되고 있다. 그러나, 하천측량자료들은 하천관리지리정보시스템(RIMGIS)에 pdf 보고서 형태로만 제공되고, 원자료는 CAD 형식으로 하천정비계획을 수행한 설계사 등이 분산 소유하고 있어 관리부재로 망실의 우려도 있어, 다른 용도로의 활용성이 상당히 저하되어 있는 실정이다. 그리고, 측량된 CAD 형식의 단면자료 등을 HEC-RAS에 활용할 때, 'Dream'과 같은 툴을 활용하나 거의 수작업에 가까운 시간과 비용이 소요되는 현실에 있다. 본 연구에서는 이러한 문제들을 해결할 수 있는 툴인 RAUT(River information Auto Upload Tool)를 개발하였다., RAUT 툴은 첫째, 실무에서 하천기본계획 수립 시 활용되는 HEC-RAS 1차원 모형의 입력자료를 CAD 측량자료를 직접수기로 입력 및 모의를 실시하는 복잡한 단계를 자동화시키고자 하였다. 둘째, 하천공간정보인 CAD측량 자료를 직접 읽어 표준 데이터 모델 (Arc River)기반 하천공간정보 DB에 자동 업도드하여 전국단위의 하천정비계획의 하천측량자료 관리가 가능하게 할 수 있다. 즉, 만약 RIMGIS가 RAUT와 같은 툴을 사용하면 하천단면과 같은 전국단위 하천측량 자료를 체계적으로 관리할 수 있게 된다는 의미이다. 개발한 RAUT는 제주도 한천유역을 대상으로 하천정비기본계획의 하천공간정보 CAD자료를 읽어들여 mySQL기반 공간 DB로 구축하고, 구축된 DB로부터 HEC-RAS 1차원 모의 실시하기 위한 지형자료를 자동으로 생성시키는 과정을 시범적으로 구현하였다.

국가 물관리일원화 이후, 지방하천 관리에 대한 지자체 역할과 권한이 커지고 있으며, 중앙정부의 물관리 수준에 부합하는 데이터관리 체계구축 및 지속적인 품질관리(Quality Control, QC)와 표준화(Standardization) 기술개발이 요구되고 있다. 지자체의 경우 기존의 행정구역별로 분산 관리해오던 물관리 시스템을 유역단위로 전환할 필요가 있으며, 국가하천 구간과 연계한 종합적인 관리가 필요한 실정이다. 서울시의 물관리 시스템은 자치구별로 산재해 있으며, 관리 주체 및 해당 변수에 따라 제공되는 정보가 다르고 하천유역 단위로 분류되어 있지 않다. 따라서, 서울시와 자치구, 중앙정부 및 관련 기관과의 연계성 있는 정보제공을 위한 데이터 플랫폼 구축 기술개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는, 빅데이터, AI 기술을 활용한 물정보의 품질관리 자동화 기술개발과 지속적인 유지관리 및 표준화 정보제공 시스템 구축 기능을 포함하는 서울시 통합물관리 데이터 플랫폼 구축 목표 모델을 제시하였으며, 서울시 물관리 체계와 관련하여 SWAT 분석을 통한 단계별 사업추진 로드맵을 도출하였다. 분석결과, 서울시 통합물관리 플랫폼 구축을 위해서는 유역별 수량-수질 통합 모니터링 및 모델링 기술개발, 빅데이터 기반 물 정보화 플랫폼 구축 기술개발, 지방하천 유역 거버넌스 구축 및 법제도 정비 방안 마련이 요구되며, 관련하여 주요 이슈(3대 핵심전략, 10개 단위과제)를 도출하여 관련 연구과제를 제안하였다. 마지막으로, 서울시 통합물관리 정책 실현을 위해서는 법제도 마련이 시급하며, 서울시 '통합물관리 기본조례' 제정을 통한 기반을 조성할 필요가 있음을 시사하였다. 또한, 다양한 분야 이해관계자 협의체인 '서울시 통합물관리위원회(가칭)'의 거버넌스를 구성하여 운영하는 것이 현실적이며, 한강유역관리 및 지방하천 관리와 관련한 중추적인 역할 수행과 쟁점 논의 등 합리적 합의가 가능할 것으로 기대한다.

2019년 12월 발병한 코로나19(COVID-19)는 높은 전파력을 바탕으로 세계적으로 대유행하면서 사람들의 생명, 건강을 비롯하여 생산·소비활동까지 위협하고 있다. 코로나19는 치료제 개발 전까지 실물경제에 직접적으로 타격을 주면서 국내외 경제 전반에 악영향을 지속적으로 미칠 것으로 예상된다. 특히 외부활동 및 소비심리 위축으로 숙박, 음식, 관광, 문화, 여행 등의 대면서비스 업종의 심각한 매출 감소 및 고용악화가 발생하고 있으며, 이 외 대부분의 산업에서도 생산과 소비활동이 위축되고 있다. 이러한 소비·생산활동의 위축은 각 산업에 필요한 중간재 수요, 특히 필수재인 물이용에도 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 코로나19 확산으로 소비가 감소할 경우 전산업과 물산업에 미치는 경제적 손실을 1년간의 모든 실물거래 관계를 행렬로 기록한 통계표인 산업연관표(input-output table)을 활용하여 분석해보았다. 이를 위해 전월대비 3월 소비자심리지수 하락 폭을 참고하여 소비 감소에 따른 시나리오 분석을 산업연관분석을 통해 실시하다. 분석결과, 5개월 동안 소비가 20% 감소하는 경우 전산업과 물산업에서 각각 48.3조원과 886억원의 생산감소가 발생하며, 부가가치는 각각 21.7조원과 451억원이 감소하는 것으로 분석되었다.

The Se San and Srepok river basins (2S) are the two major tributaries of the Mekong River, both of which originate in the territory of Viet Nam and flow to Cambodia to meet at Stung treng with the Sekong river (originating in Lao PDR) to form the 3S river basin before joining the Mekong mainstream. In the territory of Viet Nam, the 2S river basins are located in the Central Highlands including 5 provinces, arranged by geographical location from north to south namely Kon Tum, Gia Lai, Dak Lak, Dak Nong and Lam Dong. This is a region with a very important strategic position in terms of economy, politics and defense for the whole country with many potential advantages for economic development. However, the limited and vulnerable basin water resources are under the pressure of socio-economic development in line with increasing water demands for various sectors. In order to overcome the water management challenges, a long-term water resources planning has conducted to support the 2S River Basin Committee (RBC) in effective planning and operation as part of the WB Mekong-Integrated Water Resources Management (IWRM) Project. This paper introduces the outline and progress of the river basin planning using analytical DSS toolkits to analyze, evaluate and formulate the planning options.

기존과 현행 수자원 관련 의사결정은 법, 정책 및 규정의 틀에서 이루어진다. 그러나 우리나라에서 재현되고 있는 물의 사회적 현안과 갈등들을 생각할 때 이들 의사결정을 위한 틀이 충분한 역할을 하고 있는가에 의문을 제시하고 다른 길을 모색할 필요가 있다. 본 논문은 물 의사결정과 행동을 주도하기 위한 기존 틀의 보완책 또는 새로운 대안으로 섬진강 유역의 수자원 이용 사례를 통하여 물 윤리의 도입과 제도화를 제안한다. 물 윤리(water ethics)는 물 정책, 관리 및 실무 등 실제행동의 복잡한 환경에서 우리의 가치를 적용하기 위해 채택하는 원칙이다. 대부분 물 윤리적 행동선택은 여러 개의 상충되는 가치를 포함하고 있어 원칙이 필요하며, 존중할 가치와 무시할 가치를 선택해야한다. 또한 이러한 가치 결정을 신속하고 효율적으로 수행하여 물 갈등해소를 지원할 필요가 있다. 물 윤리의 가치 영역은 환경, 사회, 경제, 문화, 거버넌스 등 5개로 분류할 수 있다. 섬진강 유역에는 1960년 이후 경제발전을 위하여 섬진강댐, 주암댐, 보성강댐, 동복댐, 동화댐 등 6개의 댐이 건설되었고, 이들 댐에서 확보한 수량의 60%는 섬진강 유역 외의 생·공용수, 농업용수 및 발전용수로 도수되고 있다. 송정지점을 기준으로 연평균 유출량은 댐건설 전·후에 40%로 감소한 것으로 추정되었다. 물 윤리 차원에서 이들 정책은 1960년 정부가 추구했던 경제 가치에 최우선하는 물 관리라고 할 수 있다. 이러한 물 관리는 하류로 흘러가는 수량의 부족을 초래하여 하구 생태계 훼손을 초래하였다. 특히 하구 기수역에서 상류 유입량 감소로 인한 염수의 유입으로 재첩의 생태환경이 악화되어 전통적인 재첩채취 어업문화를 이루어 왔던 어민들이 고충을 겪고 있다. 물 윤리 차원에서 섬진강의 물 관리는 경제와 함께 환경, 사회, 문화 및 거버넌스 가치의 비중을 높일 필요가 있다. 또한 하구의 환경생태 가치 보전에 필요한 환경유량을 확보하기 위해 공업용수와 농업용수 이용 효율성(재이용, 절약, 경제성), 생활용수의 수요관리, 공급시설의 최적 운영 전략을 물 윤리적 차원에서 평가해야한다. 최종적으로 확보된 환경유량의 효과적 활용을 위하여 그동안 물 관리에서 소외되었던 어민을 포한한 지자체, 수공·농어촌공사·한수원 물 관리기관, 중앙정부 등 이해관계기관의 거버넌스 가치를 높여야한다.

최근 국내·외에서 빅 데이터에 관한 관심이 높아지고 있으며 수자원 분야에서도 빅데이터 활용의 중요성이 강조되어 왔다. 물관리를 위해서는 기본적으로 물관련 기초데이터가 충분해야 하며, 최근 선진국에서 효과적인 통합물관리를 위해서 빅데이터를 활용한 유역관리 방안이 시도되고 있는 실정이다. 일본의 경우 물환경 데이터와 사회과학 데이터를 활용한 유역특성 파악한다. 다양한 방법의 유역특성을 분석하여 유역관리계획을 마련한다. 국내에서의 물환경 관리계획은 부하량을 기반으로한 수립으로 데이터의 다양상이 부족한 부분이 있다. 하천은 각기 다른 특성을 가지고 있다. 낙동강 유역은 22개의 중권역으로 이루어져 있으며 각 중권역은 다양한 문제점과 특성을 가지고 있다. 따라서 유역의 특성에 따른 유역관리방안이 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 데이터 분석을 활용하여 유역의 종합적 분석을 통해 유역을 진단하고자 한다. 또한 물관련 지표들을 활용하여 유역을 평가하고 시각화 그래프를 통해 유역의 기초자료들의 특성을 나타내고 결과를 통해 데이터 분석을 기반으로 한 유역특성을 분석하여 맞춤형 유역관리방안을 모색하고자 한다.

4차산업 혁명 이후, 빅 데이터는 사이버 공간을 통한 사회적 파장이 큰 사건들에 대한 대중의 정보 수집 패턴을 이해하는 데에 있어서 전에 경험하지 못한 급속한 발전을 이루어 왔다. 사이버 공간에서 이루어지는 대중들의 정보수집 활동을 모니터링하므로서 대중들사이에서 떠오르는 주제나 사건을 파악하기에 좋은 인덱스로 여러 사회 경제분야에 활용되어 왔다. 하지만, 수자원 관리 및 방재관점에서는 이런 빅데이터을 활용한 연구 사례는 찾아 보기 힘들다. 하지만, 이런 빅데이터를 가뭄기에 대중들이 어떻게 반응하였는지를 연구하는 데에 활용될 수 있다. 이 발표에서 발표자는 미국 2011-17년 캘리포니아 가뭄의 선례연구들을 통해 주 또는 국가 범위에서 구글 이용자들의 정보수집 활동을 기록한 구글트렌즈 데이터를 가뭄기동안 대중의 정보 수집량을 바탕으로 가뭄 위험 인지도를 정의하고 대중의 행동 양식을 이해하는 데에 어떻게 활용할 수 있는 지를 소개한다. 첫번째로, 최근 캘리포니아에서 발생한 다년간의 가뭄동안 그 주안의 주민들의 행동양식 분석 결과를 소개한다. 두번째로는 미국 49개의 주에서 지난 2004년부터 2018년동안의 지역적 가뭄에 대한 대중의 가뭄 위험인지도를 시공간적인 양식을 주성분분석기술을 통해 분석한 결과을 소개한다. 끝으로, 발표자는 지난 미국 선례 연구들에서 발표자가 제안한 기술이 어떻게 대한민국에서 홍수나 가뭄 방재에 적용할 수 있으며 앞으로 대한민국을 수재해에 준비된 나라로 만드는 데에 있어서 빅데이터의 역할을 제시하고자 한다.

수리모델링은 유사나 유사량에 따른 하상의 변화를 구현하고 예측하는데 활용하고 있다. 만약 수리모델링을 하천의 생태적 구조나 기능과 연계하여 해석할 수 있다면, 수리학적 모델의 활용 가능성은 무궁무진해 질 수 있다. 본 연구에서는 동일한 시기의 항공사진 영상과 하천단면 자료를 활용한 수리모델링 모의 결과를 이용하여 서식처 구조를 각각 분류하고, 비교 검토하여 수리모델링 모의 결과에서의 서식처 분류 방안을 제안한다. 대상지는 한국의 금강 지류인 갑천 약 2 km 구간이며, 2012년도의 항공사진과 Nays2D모델을 이용한다. 서식처는 여울, 소, 사주 위 웅덩이, 사주부 정수역(backwater) 등으로 구분한다.

지속되고 있는 기후변화의 영향으로 발생하는 기상현상들이 사회적 문제로 대두되고 있으며, 기후변화에 따른 국지적 극한 사상에 대한 전망은 수자원 활용 계획을 수립하고 대응하는 데 있어 필수적인 요소로 인식되고 있다. 이에 기후, 수문, 지리, 생태 및 환경 등의 다양한 영역에서 신뢰할 수 있는 공간적 강수량의 요구가 증가하고 있지만 지형의 약 70%가 산악 지형인 우리나라의 경우 기존의 일반적 공간보간 기법인 IDW 및 크리깅 방법은 고도가 높은 지역의 기상인자를 추정하는 데 한계가 있는 것으로 평가 받고 있다. 프리즘(Precipitation-Elevation Regressions on Independent Slopes Model, PRISM) 기법은 지형적 특성을 고려한 격자형태의 기상인자를 생산할 수 있는 유용한 방법으로서 미계측 유역에 대한 신뢰할 수 있는 일 단위 강수량 추정을 위하여 SCE-UA (Shuffled Complex Evolution-University of Arizona) 기법을 활용하여 최적화 하였다. 본 연구결과는 PRISM 기법의 국내 적용 시 정확도 향상에 기여할 것으로 기대된다.

새만금은 농업용지 확보 등 다양한 용도의 토지이용을 목적으로 방조제 공사를 수행하였으며, 새만금 종합개발계획(Master Plan, OPC, 2011)에 의하여 호내의 준설을 계획하고 있다. 그러나 방조제 준공 후 새만금 호내의 수질오염 문제가 지속적으로 발생되어 왔다. 수질오염의 문제를 해결하기위해서 강변저류지 설치, 하수종말 처리장 등 다양한 구조적 대책이 수립되고 시행되었지만, 수질개선 효과는 상대적으로 미비하였다(Kim et al, 2016; KRCC, 2016). 본 연구에서는 새만금 호내의 수질개선을 위하여, 다양한 배수갑문 운영에 따른 수질인자의 잔존률 및 하상의 변화를 SCHISM-CoSiNE(Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model and Carbon, Silicate, Nitrogen Ecosystem model) 모형을 통하여 검토하고자 한다. 수치모형의 하상변동 및 수질변화에 대한 정확한 수치계산 여부를 판단하기 위하여 van Rijn(1987) 실험 및 새만금호내의 수질 관측자료(DO, T-N, T-P, 온도, 염도, 새만금유역 통합환경관리시스템)를 이용하여 수치모형 검증을 수행하였고 10% 이내의 오차를 나타내었다. 배수갑문 운영기록(Jeong et al., 2018)을 참조하여 배수갑문 운영을 재현하였으며, 지형은 기 수립된 MP 내 새만금 종합개발계획이 완료된 시점인 2030년을 기준으로 하였다. 수치모의를 통하여, 배수갑문 운영 및 계절의 변화에 따른 최심 하상변동고 변화 및 하상변동량을 확인하여 침식 퇴적 구간을 구분하였고, 호내의 잔존하는 수질인자의 농도를 통하여 수질개선 효과를 평가하여 수질측면에서 최적의 배수갑문 운영방안을 제시하였다. 본 연구는 배수갑문 운영이 새만금 호내의 수질 및 지형에 미치는 영향에 대한 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 수질인자 및 시나리오를 고려한다면 보다 근본적인 수질오염 해결방안으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

South Korea experiences few large scale erosion and sedimentation problems, however, there are numerous local sedimentation problems. A reliable and consistent approach to modelling and management for sediment processes are desirable in the country. In this study, field measurements of sediment concentration from 34 alluvial river basins in South Korea were used with the Modified Einstein Procedure (MEP) to determine the total sediment load at the sampling locations. And then the Flow Duration-Sediment Rating Curve (FD-SRC) method was used to estimate the specific degradation for all gauging stations. The specific degradation of most rivers were found to be typically 50-300 tons/㎢·yr. A model tree data mining technique was applied to develop a model for the specific degradation based on various watershed characteristics of each watershed from GIS analysis. The meaningful parameters are: 1) elevation at the middle relative area of the hypsometric curve [m], 2) percentage of wetland and water [%], 3) percentage of urbanized area [%], and 4) Main stream length [km]. The Root Mean Square Error (RMSE) of existing models is in excess of 1,250 tons/㎢·yr and the RMSE of the proposed model with 6 additional validations decreased to 65 tons/㎢·yr. Erosion loss maps from the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), satellite images, and aerial photographs were used to delineate the geospatial features affecting erosion and sedimentation. The results of the geospatial analysis clearly shows that the high risk erosion area (hill slopes and construction sites at urbanized area) and sedimentation features (wetlands and agricultural reservoirs). The result of physiographical analysis also indicates that the watershed morphometric characteristic well explain the sediment transport. Sustainable management with the data mining methodologies and geospatial analysis could be helpful to solve various erosion and sedimentation problems under different conditions.

수리구조물에 관한 기존 연구들은 대부분 기능성과 안정성 측면에서 본체에 작용하는 유체력에 대한 안정성에 주안점을 두고 있다. 수리구조물 상·하류의 수위차에 기인한 기초지반내의 흐름 및 간극수압 변화는 하천 구조물의 안정성을 연구하는데 매우 중요하다. 해양에서는 파랑하중에 의한 과잉간극수압이 액상화를 발생시켜 해안구조물의 안정에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되며, 이에 관련 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 반면, 하천구조물 주변 지반의 흐름 및 간극수압 뿐 아니라, 액상화에 관한 연구는 아직 미진한 실정이다. 본 연구에서는 수리구조물 주변의 유동 및 와동 현상 뿐 아니라, 수위차에 따른 지반 내부 유동장과 간극수압에 관한 특성을 분석하기 위해 유체-구조물-지반 비선형 상호작용을 고려할 수 있는 수치수조를 새롭게 제안하였다. 그리고 제안하는 수치수조의 타당성 및 유효성을 검증하기 위해 기존 실험값과 비교·검토를 수행하였고, 그 결과는 거의 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이 수치수조에 다양한 입사조건(상·하류 수위차)에 적용하여 유체-구조물-지반의 비선형동적상호간섭 해석을 수행하였다. 최종적으로 수치수조에서 측정한 구조물 주변의 유동, 와동, 수위로부터 수리특성을 논의하였다. 게다가 지반내의 흐름과 간극수압을 측정하여 상·하류 수위차가 수리구조물의 안정성에 미치는 영향을 분석할 수 있었다.

최근 기후변화에 의한 이상기후에 따라 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며, 집중호우로 인해 내수, 외수 침수 등 수재해 발생 빈도 및 피해 규모가 증가하고 있다. 하지만 홍수범람 상황 및 피해양상을 효과적으로 모니터링하고 분석하는 기술은 부족하다. 현재 여러 분야에서 UAV를 활용한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그러므로 홍수 모니터링에 UAV를 활용함으로써 홍수 모니터링의 적시성 및 정확성의 향상을 기대할 수 있다. 최근까지도 홍수로 인한 침수에 관한 많은 연구가 이루어지고 있으나 홍수로 인한 배수에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 UAV 촬영을 통해 취득한 포인트 클라우드 자료를 기반으로 한 경사도 기법을 활용하여 DSM을 하천 측량에 활용 가능한 DEM으로 변환하여 지형자료를 구축하였다. 2차원 수치모형인 FLUMEN을 사용하여 홍수로 인한 침수와 배수를 고려한 모의를 수행 중이며 모의 결과를 UAV 홍수 모니터링 영상과 비교, 검증할 것이다. 또한, 침수와 배수의 소요시간 등을 분석하고 검토할 것이다.

수심평균 2차원 혼합모형은 하천환경에서 다양한 용존성 오염물질의 혼합현상을 모의하기 위해 널리 활용되어왔다. 2차원 혼합모형에서 분산계수는 하천의 전단 흐름에 의해 야기되는 오염물질의 퍼짐 현상을 표현하는 중요한 인자로서 작용하기 때문에 정교한 오염물질 혼합거동을 모의하기 위해서는 적합한 분산계수를 산정하는 것이 필수적이다. 분산계수를 실험적으로 산정하는 방법으로는 크게 모멘트법과 추적법으로 나뉘며, 비정상상태의 혼합거동에 대해 종방향 및 횡방향 분산계수를 동시에 산정할 수 있는 방법은 추적법 계열의 2차원 유관추적법(2D STRP)이 유일하다. 본 연구에서는 하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합해석을 위한 수치모형을 개발하였으며, 개발된 모형의 수치해를 바탕으로 다양한 Peclet 수의 범위에 대해 기존연구에서 제시된 2D STRP의 적용범위 및 성능을 정량적으로 분석하였다. 분석된 정보를 바탕으로 기존 2D STRP의 한계를 극복하기 위한 개선된 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하고, 사행하천을 모형화한 실규모 하천실험시설에서 검증하였다. 기존 2D STRP의 성능평가 결과, Peclet 수가 낮은 조건일수록 농도분포의 예측 정확도가 감소하는 경향을 보였으며, 하안 경계에 도달하는 농도가 증가할수록 부정확한 결과를 초래하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존 2D STRP의 한계를 보완하여 더욱 정확한 분산계수를 산정하고자 하안 경계면 조건을 고려한 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하였다. 2D STRP-i는 직교-곡선좌표계 기반의 2차원 이송-분산 방정식을 바탕으로 횡방향 유속분포 및 하안 경계조건을 고려할 수 있도록 개선되었다. 2D STRP-i는 공간적으로 상이한 이송효과 및 하안경계 조건을 적절히 반영함으로써 농도분포의 예측 정확도를 개선 시키는 것으로 평가되었으며, 하안경계면에서 농도가 증가하는 구간에서 기존 2D STRP의 결과와 비교하여 더욱 정확한 농도분포 및 분산계수를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

본 연구에서는 GPU 가속화 기반의 Boussinesq 모형인 Celeris Advecnt에 수심 적분된 2차원 이송-확산방정식을 추가하여 인터렉티브 시스템 기반의 추적자 이동 모형을 개발하였다. Celeris Advent는 최초로 개발된 인터렉티브 시스템을 갖춘 Boussinesq 모형으로, 시뮬레이션 중에 사용자가 모형의 파라미터뿐 아니라 모델 도메인 내 수위 및 수심을 바꿀 수 있다. 이를 통해 사용자는 모의가 진행되는 도중에 모델의 안정성 및 효율성을 위해 시간 간격을 조정할 수 있을 뿐 아니라 방파제 설치 등과 같은 지형 변화를 고려하기 위해 도메인 내 격자별 수심을 조정할 수 있다. 본 연구에서는 연안에서의 추적자 이동 모의를 위해 Boussinesq 방정식과 더불어 이송-확산방정식을 풀이하는 추적자 이동 모형을 개발하였다. 추적자의 확산항의 경우 분자 자체의 확산과 더불어 쇄파에 따른 난류 확산을 고려하였다. 난류 확산계수는 슈미트 수를 1로 두어 와동점성계수와 동일하게 두었으며, 와동점성은 단순화된 형태의 쇄파모형을 고려하여 계산하였다. 쇄파모형의 고려로 인해 이송-확산방정식과 더불어 운동량 방정식에서도 쇄파에 따른 운동량 소산이 고려되었다. 마지막으로, 추적자 농도에 대한 인터렉티브 시스템을 추가하여, 모델 구동 중에도 사용자가 수심적분된 추적자 농도를 조정할 수 있도록 하였다. 기수행된 2개의 수리실험 조건과 관측값을 이용하여 벤치마크 테스트를 수행하였으며, 관측값과 대체로 일치하는 것을 확인하였다.

상수관망시스템은 관할 지역 내 생활 및 공업용수를 공급하기 위한 사회기반시설물로써, 비상시에도 사용자의 용수 수요를 충족하기 위한 안정적인 성능이 요구된다. 이러한 상수관망시스템의 용수공급능력은 비상시 용수공급가능량, 공급수압 등 여러 가지 수리해석 결과를 통해 판단할 수 있다. 그러나, 시스템의 설계 및 운영 과정에서 다양한 성능들을 시간·공간적으로 모두 고려하는 것은 매우 복잡한 과정을 거치므로, 복합적인 용수공급 성능을 집약적으로 평가하기 위한 신뢰도 지수들이 개발되었다. 여기서 신뢰도 지수들은 각각의 이론적 접근방법에 따라 시스템의 특정 성능에 다소 편중된 평가 결과를 갖는 것으로 알려져 있으며, 따라서 상수관망시스템의 설계 및 운영 시, 목적과 특성에 맞는 적합한 신뢰도 지수를 선정하고, 적용하기 위한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 상수관망시스템의 구조적 특성 및 핵심 성능에 따른 신뢰도 지수별 적용성을 평가하기 위해, 다양한 형태의 네트워크에서 몇 가지 공급부하 시나리오를 바탕으로 수리해석 결과와 신뢰도 지수 간의 상관성을 분석하였다. 또한, 다기준 분석기법을 통해 종합적인 시스템 핵심 성능에 대한 신뢰도 지수의 상관성을 분석함으로써, 시스템 전반에 대한 신뢰도 지수별 적용성을 함께 평가하였다. 본 연구 결과는 향후 상수관망시스템의 설계 또는 기존 시스템의 보강 및 운영계획 수립 등을 위한 연구에서 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 5차 평가보고서에 의하면 최근 배출 온실가스의 양은 관측 이래 최고 수준이며 온실가스로 인한 기후변화는 인간계와 자연계에 광범위한 영향을 주고 있다고 보고하였다. 기후변화의 영향은 국제적으로 빙하 감소, 사막화, 해수면 상승 등 뚜렷하게 나타나고 있다. 이러한 기후변화에 대응하기 위해 온실가스 완화 정책과 동시에 새로운 기후변화 환경에 적응하는 것이 필요하다. 기후변화 적응이란 현재 나타나고 있거나 미래에 나타날 것으로 예상되는 기후변화의 파급효과와 영향에 대응할 수 있도록 하는 모든 행동이며 이를 위해서는 기후변화 영향분석이 수반되어야 한다. MOTIVE 연구단에서는 기후변화 적응대책 수립의 지원을 목표로 7개 부문(건강, 물관리, 농업, 산림, 생태, 해양, 수산)에서 "한국형 통합평가 모형"을 개발하고 있다. 각 부문에서 개발하는 프로세스 모델은 시스템에 대한 지식을 가진 상황에서 사용하면 신뢰할 수 있는 예측 결과를 얻을 수 있지만, 부문별 통합을 통한 영향 분석 시 타 분야에 대한 지식이 수반되어야 하는 어려움을 가진다. 이를 위해 본 연구에서는 시스템 내의 물리적 프로세스에 대한 요구 없이 입출력 데이터만을 이용하여 결과를 신속하게 추정하는 데이터 모델링(기계학습)을 이용하였다. 데이터 모델링을 위한 데이터는 다양한 자연 현상에 대한 BANPOL(수질 프로세스 모델) 분석을 통한 자료를 이용하여 학습 자료를 구축하였다. 즉, 데이터 모델링은 BANPOL 모델을 대리하는 메타모델이며, 낙동강 표준유역에 대한 유량 및 수질을 높은 상관성으로 추정하였다. 원 모델보다 정확도는 낮을 수 있으나 메타모델의 개발을 통한 웹 시스템을 개발하여 비전문가의 구동 및 신속한 기후 시나리오를 적용할 수 있는 환경을 개발하였다.

최근 지진 발생 빈도와 규모가 증가함에 따라 지진재해에 취약한 지하구조물의 내진성능 향상 및 신속한 복구에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 지하구조물 중 하나인 상수관망은 음용수를 안전하고 원활하게 공급하는 사회기반시설물로써 대부분의 시설물이 지하에 매설되어 있어 지진재해에 매우 취약하다. 지진으로 인해 상수관망 내 누수 및 파손 등의 피해가 발생할 경우, 물 공급이 중단되어 경제적 손실과 사회 전반적인 불편이 우려되므로 피해 관로의 신속한 파악과 복구가 이루어져야 한다. 상수관로에 발생하는 피해는 크게 누수와 파손으로 구분할 수 있다. 관로가 파손된 경우 용수가 표층으로 새어나오기 때문에 탐지가 용이하지만, 누수의 경우 표층으로 드러나는 피해가 없어 탐지 및 수리가 어려운 단점이 있다. 이러한 누수가 장기간 방치될 경우, 해당 시스템의 유수율 감소로 인한 경제적인 손실과 더불어 공급수압의 저하, 그리고 오염물 침투의 위험이 존재한다. 이러한 피해를 막기 위해서는 신속히 누수 지점을 파악한 후, 피해 관로의 교체 혹은 보수가 이루어져야 한다. 현장에서 누수를 직접 탐지하는 방법은 정확도가 높은 반면, 많은 인력과 장비 그리고 비용이 소모되는 단점이 존재한다. 따라서 현장 누수탐지에 앞서 컴퓨터를 이용한 간접 누수탐지 기법이 지속적으로 개발될 필요가 있다. 본 연구에서는 현장 누수탐지의 탐지효율을 향상시키기 위해 수압, 유량 등의 관측 데이터와 수리해석 모의 및 최적화 기법을 활용한 컴퓨터 기반의 다중누수 탐지모형을 개발하였다. 개발 모형은 국내에서 운영 중인 소블럭 상수관망시스템에 적용하여 검증하고 탐지효율을 분석하였다. 컴퓨터 모의를 이용한 다중누수 탐지모형은 지진이나 홍수와 같은 대규모 재난 발생 후, 상수관망시스템의 신속한 복구 및 운영 정상화를 위한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

미래 기후변화로 인해 집중 호우, 가뭄의 발생 빈도가 증가하고, 물 부족, 수질 오염 등으로 인해 합리적인 수자원 계획 및 관리의 중요성이 증가하고 있다. 기후변화는 유역간 물 이동량 뿐만 아니라 유역의 하천 유량 및 수질에 영향을 미치기 때문에, 물 이동량이 많은 유역에서는 기후변화 시나리오를 고려한 하천 유량 및 수질 변화를 정량적으로 평가해야 한다. 만경강 유역(1,602 ㎢)은 하류 지역에 비옥한 평야가 분포되어 있어 농업이 발달한 유역이나, 유역 내 가용 용수가 부족하여 인근에 위치한 금강 용담댐의 발전용수를 공급받아 사용하고 있다. 발달된 농경지로부터 발생되는 비점오염, 축산 점오염원으로 인한 수질 문제가 심각할 뿐만 아니라, 만경강의 수질은 궁극적으로 새만금호에 영향을 미치기 때문에 더욱 엄격한 관리가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 유역간 물이동량, 취수량 등을 고려하여 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모형을 구축하였다. 2개의 수위-유량 관측소의 일자료와 2개의 수질관측소 월자료를 이용하여 보정(2012~2014) 및 검증(2016~2018)을 수행한 결과 유출량의 평균 Nash-Sutcliffe model Efficiency (NSE)는 0.49 ~ 0.51, SS, T-N, 그리고 T-P에 대한 평균 결정계수(Coefficient of determination, R²)는 0.73, 0.78, 0.72였다. 미래 기후변화에 따른 유역의 수문 및 수질 변화 분석을 위해 증발산량 산정이 가능한 RCP 8.5 기후변화 시나리오에 STARDEX를 활용하여 가장 습윤한 시나리오 및 가장 건조한 기후변화 시나리오를 각각 1개를 선정할 것이다. 선정된 시나리오를 구축된 SWAT 모형에 적용하여 미래 유역간 물이동이 유역의 하천 유량 및 수질에 미치는 영향을 미래 평가기간(S1:2011~2040, S2:2041~2070, S3:2071~2100)으로 구분하여 분석할 것이다.

최근 정부의 신북방정책 추진에 따라 수자원분야에서는 동북아지역 국제 공유하천을 중심의 물 정보 및 연구협력 기회 확보와 지정학적 특성을 고려한 지역 현안해결 중심의 연구가 재조명 되고 있다. 두만강은 이러한 동북아의 중심에 위치하고 있으며, 중국, 북한, 러이사의 국경을 따라 흐르며 지역 수자원의 대부분을 공급하는 국제하천이다. 또한, 지난 2018년 5월에는 하구유역이 람사르(Ramsar) 습지로 승인됨에 따라 철새 등을 포함한 생태가치의 중요성도 크게 증가하였다. 하지만 이 지역은 유역의 지정학적 민감성과 접근이 제한된 관측 정보들로 인해 그 수자원·환경 효용성을 정확하게 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 최근 기후변화에 따른 영향으로 홍수, 가뭄 등의 수재해와 수질오염 등의 문제가 발생하고 있어 가용한 기술기반의 직·간접적 접근을 통한 장기수문 및 환경변화 등에 대한 분석과 관리방안 수립 등의 연구가 필요하다. 본 연구에서는 이러한 미계측 두만강 유역을 대상으로 우선, 가용한 위성자료 및 광역지표모형(MERRA-2) 기반 NASA POWER(Prediction of Worldwide Energy Resource) 수문기상 자료와 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 활용하여 장기 수문영향을 평가하고자 한다. SWAT 모형은 전 지구적으로 활용 가능한 격자 해상도 약 30m의 위성기반 수치표고모형(DEM), 광역 토양도, 지역 토지이용도 자료를 활용하여 두만강 유역을 전체 19개 소유역 및 18개 하도, 138개 HRUs의 수문분석 단위로 구축하였으며, 모의는 미국 NOAA NCDC(National Climate Data Center) 및 중국 CMDC(China Meteorological Data Service Center)의 주요 관측지점에서 선별한 총 13개소의 위치에 대해 재분석된 기후/기상자료들(NASA POWER 강수, 기온, 풍속, 상대습도 및 일사량)을 적용, 1990년에서 2019년까지의 30개년도 연속자료를 구축활용 하였다. 한편, 모형의 검·보정은 앞서 언급한 관측 자료의 부재로 과거 문헌 등을 통해 파악할 수 있는 연 단위 수자원 총량 등을 활용해 진행코자한다. 아울러, 향후는 최근 활용 가능한 장기 위성관측 강수량을 적용, 재분석 자료 결과와의 비교를 통해 상호 분석 오류를 줄여나갈 수 있을 것으로도 판단된다.

Urban flooding occurs in the form of internal-water inundation on roads and lowlands due to heavy rainfall. Unlike in the case of rivers, inundation in urban areas there is lacking in research on predicting and warning through measurement data. In order to analyze urban flood patterns and prevent damage, it is necessary to analyze flooding measurement data for various rainfalls. In this study, the pattern of urban flooding caused by rainfall was analyzed by utilizing the urban flooding measuring sensor, which is being test-run in the flood prone zone for urban flooding management. For analysis, 2019 rainfall data, surface water depth data, and water level data of a street inlet (storm water pipeline) were used. The analysis showed that the amount of rainfall that causes flooding in the target area was identified, and the timing of inundation varies depending on the rainfall pattern. The results of the analysis can be used as verification data for the urban inundation limit rainfall under development. In addition, by using rainfall intensity and rainfall patterns that affect the flooding, it can be used as data for establishing rainfall criteria of urban flooding and predicting that may occur in the future.

In order to establish the risk criteria of inundation due to typhoons or heavy rainfall, research is underway to predict the limit rainfall using basin characteristics, limit rainfall and artificial intelligence algorithms. In order to improve the model performance in estimating the limit rainfall, the learning data are used after the pre-processing. When 50.0% of the entire data was removed as an outlier in the pre-processing process, it was confirmed that the accuracy is over 90%. However, the use rate of learning data is very low, so there is a limitation that various characteristics cannot be considered. Accordingly, in order to predict the limit rainfall reflecting various watershed characteristics by increasing the use rate of learning data, the watersheds with similar characteristics were clustered. The algorithms used for clustering are K-Means, Agglomerative, DBSCAN and Spectral Clustering. The k-Means, DBSCAN and Agglomerative clustering algorithms are clustered at the impervious area ratio, and the Spectral clustering algorithm is clustered in various forms depending on the parameters. If the results of the clustering algorithm are applied to the limit rainfall prediction algorithm, various watershed characteristics will be considered, and at the same time, the performance of predicting the limit rainfall will be improved.

Flooding in urban areas is caused by heavy rains for a short period of time and drains within 1 to 2 hours. It is also characterized by a small flooding area. In addition, flooding is often caused by various and complex causes such as land use, basin slope, pipe, street inlet, drainage pumping station, making it difficult to predict flooding. Therefore, this study analyzes the effect of each basin characteristic on the occurrence of flooding in urban areas by correlating various basin characteristics, whether or not flooding occurred, and rainfall(Limit Rainfall), and intends to use the data for urban flood prediction. As a result of analyzing the relationship between the imperviousness and the urban slope, pipe, threshold rainfall and limit rainfall, the pipe showed a correlation coefficient of 0.32, and the remaining factors showed low correlation. However, the multiple correlation analysis showed the correlation coefficient about 0.81 - 0.96 depending on the combination, indicating that the correlation was relatively high. In the future, I will further analyze various urban characteristics data, such as area by land use, average watershed elevation, river and coastal proximity, and further analyze the relationship between flooding occurrence and urban characteristics. The relationship between the urban characteristics, the occurrence of flooding and the limiting rainfall amount suggested in this study is expected to be used as basic data for the study to predict urban flooding in the future.

모분포 홍수지수모형은 여러 관측지점의 수문자료를 활용하여 설계수문량을 산정하는 지역빈도해석을 위한 모형 중 하나이다. 기존의 홍수지수모형은 동질지역 내 각 지점의 표본통계량을 통해 표준화된 자료들을 기반으로 설계수문량을 산정하므로 왜곡이나 오차가 발생하는 반면, 모분포 홍수지수모형은 미지의 모분포에 대한 통계량으로 표준화한 설계수문량은 동질지역 내 모든 지점에 대해 동일하다는 가정을 기반으로 지역빈도해석을 수행하므로 보다 정확한 설계수문량 산정이 가능하다. 본 연구에서는 모분포 홍수지수모형에서의 미지의 모분포를 비정상성 GEV분포형으로 가정함으로써 각 지점의 비정상성을 고려한 설계수문량을 산정할 수 있는 비정상성 지역빈도해석 기법을 개발하고 그 적용성을 알아보고자 한다. 이를 위해 우리나라 전역에 분포된 10개의 강우관측 지점을 하나의 지역으로 구성하고 이질성척도를 통해 지역동질성을 확인하였다. 먼저, 각 지점의 모분포를 가정하기 위하여 각 지점의 연 최대치 강우자료에 대하여 Mann-Kendall test를 통해 경향성을 확인하였다. 경향성이 없는 지점의 경우 정상성 GEV분포형, 경향성이 나타나는 지점의 경우 다양한 형태의 비정상성 GEV분포형 중 Akaike information criterion을 통해 선정된 비정상성 GEV분포형을 모분포로 가정하고, 모분포 홍수지수모형을 적용하여 확률강우량을 산정하였다. 대상 지역에 대한 모의실험을 통해 비정상성을 고려한 모분포 홍수지수모형의 성능을 지점빈도해석 및 기존의 홍수지수모형과 비교하였으며, 정상성 지역빈도해석 대비 비정상성 지역빈도해석을 통해 산정된 확률강우량의 비교를 통해 그 적용성을 평가하였다.

The frequency and scale of domestic flood damage continues to increase, but the criteria for responding to flood damage have not been established. To this end, research is underway to estimate the amount of rainfall in each region so that it can be used to respond to flood damage. The limit rainfall is defined as the cumulative maximum rainfall for each duration that causes flooding, and this research purpose to improve the threshold rainfall by estimating the damage based on the damage history in units of 5 years and analyzing changes over time. The limit rainfall based on the damage history was estimated by using the NDMS past damage history of the Ministry of the Interior and Safety and the rainfall minutes data of AWS and ASOS. The period for estimating the limit rainfall is 2013 ~ 2017, 2015 ~ 2019, and the limit rainfall is estimated by analyzing the relationship between the flood damage history and the rainfall event in each period. Considering changes in watershed characteristics and disaster prevention performance, the data were compared using 5-year data. As a result of the analysis, the limit rainfall based on the damage history could be estimated for less than about 10.0% of the administrative dongs nationwide. As a result of comparing the limit rainfall by period, it was confirmed that the area where the limit rainfall has increased or decreased This was analyzed as a change due to rainfall events or urbanization, and it is judged that it will be possible to improve the risk criteria of flooding.

감조하천은 일반하천과 달리 다양한 수문 요소에 영향을 받아 비선형적인 수문 특성을 보이고 있기 때문에 수위-유량 관계곡선식이 개발되어 있지 않다. 본 연구에서는 조위의 영향을 받는 감조하천에서 강우의 영향으로 인한 수위-유량 관계곡선식의 작성 방법론을 제안하고자 하였다. 이를 위해 울산 수위시계열을 wavelet 분석, curve fitting, high pass filter 방법을 이용하여 4가지의 성분(조석 성분, 파고 성분, 강우-유출 성분, 잡음 성분)으로 분리하고, 분포형 모형인 GRM 모형을 통해 유출량을 산정하였다. 모의 유출량과 강우-유출 성분을 이용하여 수위-유량 관계곡선식을 개발하고, 모의 유출량에 따른 수위를 추정하였다. 나머지 3가지 성분과 합하여 통합 수위를 산정하고 관측 유량과 비교한 결과 오차가 약 10% 이내로 본 방법론이 적용성이 있음을 확인하였다. 본 연구결과를 활용한다면 홍수기에 감조하천에서 수위를 정확히 예측하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Traditional stochastic simulation of hydroclimatological variables often underestimates the variability and correlation structure of larger timescale due to the difficulty in preserving long-term memory. However, the Long Short-Term Memory (LSTM) model illustrates a remarkable long-term memory from the recursive hidden and cell states. The current study, therefore, employed the LSTM model in stochastic generation of hydrologic and climate variables to examine how much the LSTM model can preserve the long-term memory and overcome the drawbacks of conventional time series models such as autoregressive (AR). A trigonometric function and the Rössler system as well as real case studies for hydrological and climatological variables were tested. Results presented that the LSTM model reproduced the variability and correlation structure of the larger timescale as well as the key statistics of the original time domain better than the AR and other traditional models. The hidden and cell states of the LSTM containing the long-memory and oscillation structure following the observations allows better performance compared to the other tested conventional models. This good representation of the long-term variability can be important in water manager since future water resources planning and management is highly related with this long-term variability.

자연 유역은 오랜 시간에 걸쳐 효율적인 하천망을 형성해왔다. 이와 유사하게 도시 유역의 배수관망은 강우 시 유역 내 강우를 빠르게 배수하는 것을 목적으로 발전해 왔다. 본 연구에서는 깁스모형을 이용하여 오랜 시간에 걸쳐 형성된 자연 유역의 하천망과 빠른 배수를 목적으로 인위적으로 형성된 도시 유역의 배수관망 간의 특성을 분석하여 비교하였다. 깁스모형은 추계학적 네트워크 모형으로, β 값을 기준으로 총 8 단계로 구분하여 네트워크 특성을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 미국 중서부의 70 개의 자연 유역과 국내 도시 유역인 서울특별시의 총 239개의 유역에 깁스모형을 적용하였다. 깁스모형을 이용하여 자연 유역의 하천망과 도시 유역의 배수관망 간의 네트워크 특성을 비교 분석하였다. 본 연구의 결과로 자연 유역과 도시 유역의 네트워크 특징을 확인하고, 재해로부터 안전하고 지속가능한 도시 배수관망 설계 및 도시 방재 관련 사업 수립에 도움을 줄 것으로 기대한다.

Drying Stream Assessment Tool and Water Flow Tracking (DrySAT-WFT)은 하천건천화 평가 및 예측을 위해 개발된 물수지 기반의 분포형 수문모형이다. 그러나 물수지 모형의 특성상 토양층 사이를 이동하는 수직적인 물의 거동은 파악하기 용이하나, 하천 및 지표를 따라 이동하는 물의 수평적인 거동 추적에는 한계가 있다. 본 연구에서는 DrySAT-WFT 모형에 댐·보 방류량을 고려한 하도 갈수량 추적 알고리즘을 적용하여 유출 모의 성능을 개선하고, 개선된 유출 모형을 금강 유역(9,915.5 ㎢)에 적용하여 건천화 원인 추적 및 평가를 수행하였다. 하천건천화 원인 추적을 위한 영향요소로 1976년부터 2015년까지 구축한 산림높이, 도로망, 지하수 이용량, 토지이용, 토심, 기상 자료를 활용하였다. 건천화 영향요소를 적용하기 전 기상자료만을 활용해 모의한 유출결과를 기준 시나리오로 설정하고 댐·보 지점을 대상으로 검보정을 진행하였다. 이후 각 건천화 영향요소를 적용한 유출 시나리오별 유량의 감소 비율과 건천화 기여 비율을 산정하여 영향평가를 수행하였다.

강수량은 수문 순환의 결정적인 연결 고리이며 공간적, 시간적 변화는 매우 크며, 또한 전 세계적인 범위의 강수량 자료는 지구상의 수문 순환에 대한 이해와 날씨 및 기후 예측을 위해 필요하다. 그리고 지역적 강수량에 대한 지식은 사회 복지에 필수적이다. 지상에 있는 강우관소에서 관측된 강우는 본질적으로 강우의 공간적 불균일성을 반영하기 어려우며, 관측 주기가 하루 이상으로 긴 경우에는 홍수와 연계한 생태-수문학 연구에 적용하는데 한계가 있다. 또한, 지상계측 방법은 해양, 극지방 및 산악지역의 강수량을 관찰하는데 어려움이 있다. 이에 반하여 원격탐사 기술은 지구 강수를 관찰하는데 많은 도움을 주는 기술로 인식되고 있다. 위성자료를 이용한 강우 추정은 지상 강우관측소 및 기상레이더와 비교하여 광역적 공간범위를 대상으로 하며, 지속적이고 균일한 강우를 생산한다는 장점을 갖고 있다(Hong et al. 2016). 위성강우 자료는 일반적으로 전 세계 강수량에 대한 지식과 글로벌 수문순환에 대한 연구를 촉진하고 있으며, 특히, 동아시아, 동남아시아, 아프리카 등지에는 수문학적 미계측 지역이 많기 때문에 위성강우 자료를 이용한 강수량 평가에 대한 연구가 다수 진행되고 있다(Hoscilo et al., 2015; Dembélé et al., 2016; Dandridge et al., 2019; Kim et al., 2019; Yuan et al., 2019). 본 연구는 위성으로부터 유도된 강수자료 중 NASA의 IMERG, NOAA의 CMORPH, 그리고 일본 JAXA의 GSMaP의 위성강우자료와 국내의 ASOS 시간강우자료의 비교를 통해 위성강우의 정확도를 평가하는 것을 목적으로 하고 있다. 분석 결과 총강우에 대한 편이는 그림 1에서 보는바와 같이 CMORPH가 가장 작고 가장 최근에 제공되기 시작한 IMERG 강수자료가 가장 큰 것으로 분석되었다. 지상계측강우와의 상관계수는 1시간 및 3시간의 시간해상도에서 2019년 18호 태풍 미탁(Mitak)의 경우 IMERG 및 GSMaP 각각 0.63 및 0.60와 0.73 및 0.70으로 분석되었다.

전 세계적으로 기후변화에 따른 기온상승 및 강수량 증가, 호우일수 증가 등 이상기후로 인해 다양한 형태의 자연재해가 발생하고 있으며, 이로 인해 우리나라에서도 폭우, 풍랑, 가뭄, 대설 등으로 인한 자연재해 발생이 증가하고 있다. 특히 우리나라는 연평균 강수량 1,300mm의 대부분의 강우가 하절기인 6 ~ 9월에 태풍 및 집중호우를 동반하여 발생하기 때문에 연강수량의 60%이상이 여름철에 집중된다. 이러한 여름철에 집중된 강우로 인해 홍수 및 범람 피해가 여름철에 급증하고 있으며, 2차 피해인 산사태 및 토석류 피해 또한 급증하고 있는 추세이다. 토석류는 집중호우 시 자연산지의 취약한 사면이 붕괴되어 유출수와 함께 급경사의 계류로 붕괴된 토석이 유출되면서 토석류로 전이 및 발전하여 계류하부의 주택 및 농경지를 매몰하여 피해를 발생시킨다. 특히 토석류는 유출수와 함께 토석이 급경사의 계류를 따라 빠른 속도로 이동하고 퇴적 시작점에서 높이의 6배까지 이동하여 인명피해 등 큰 피해를 발생시키는 특성이 있다. 이러한 토석류 피해로 인한 피해와 손실을 최소화하기 위해서는 토석류 발생 시 피해 규모를 예측하여야하며, 또한 하부 구조물의 손실을 정량적으로 해석하여 방재정책의 우선순위를 수립하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 강우로 인한 토석류 발생시 하부 구조물의 손실을 정량적으로 해석하기 위하여 토사재해 손실·손상함수를 개발하여, 함수를 탑재한 토사재해 피해액 산정모형인 DELET(DEbris flow Loss Estimation Tool) 모형을 개발하였다. DELET를 이용하여 실제 토석류 피해가 발생한 피해지역에 적용하여 토사재해 피해 구조물의 손실을 평가하였다.

물 이용 측면에서 유출해석은 강수, 증발산, 침투, 유출 등 물 순환의 핵심이다. 또 기상자료는 증발산량을 산정하는데 꼭 필요하다. 그러나 해외 수자원 사업에서 기상자료가 없어 곤란을 겪는 경우가 많다. 여기서, NASA POWER에서 전지구 0.5° 격자로 제공하는 위성기반의 일 기상자료를 이용한 증발산량과, 지상의 기상자료를 이용한 증발산량을, 각각 일 유출 모형에 적용한 결과를 비교하였다. 유역면적 4,134 ㎢인 대청댐 유역에 1984년부터 2001년까지 일별 유입량을 모의하고 관측 유입량과 비교하고, R², RMSE, NSE 등으로 평가하였다. 지상의 기상관측소는 위도 36.21°, 경도 127.34°인 대전 관측소를, 위성자료는 대전 지점과 동일한 위치의 경위도의 기상자료를 적용하였고, 일 증발산량은 Penman-Monteith 방법으로, 일 유출량은 ONE 모형에 의해 모의하였다. 강수량을 대청댐 유역 면적강수량을 적용한 경우, 지상 기상자료를 적용하여 유입량을 모의한 결과는 연평균하여 연 유입량 668.1 mm, 일 최대 82.9 mm, 유출률 56.1%(관측은 연 강수량 1,191.3 mm, 연 유입량 668.3 mm, 일 최대 87.0 mm, 유출률 56.1%)로 나타났고, R² 0.805, RMSE 2.425, NSE 0.802였고, 위성 기상자료를 적용하여 유입량을 모의한 결과는 연평균하여 연 유입량 668.4 mm, 일 최대 83.7 mm, 유출률 57.8%로 나타났고, R² 0.803, RMSE 2.431, NSE 0.801였다. 또한, 강수량을 위성 제공의 강수량을 적용한 경우, 지상 기상자료를 적용하여 유입량을 모의한 결과는 연평균하여 연 유입량 718.0 mm, 일 최대 97.7 mm, 유출률 56.7%(관측은 연 강수량 1,265.3 mm, 유출률 52.8%)로 나타났고, R² 0.582, RMSE 3.524, NSE 0.581였고, 위성 기상자료를 적용하여 유입량을 모의한 결과는 연평균하여 연 유입량 741.5 mm, 일 최대 99.0 mm, 유출률 58.6%로 나타났고, R² 0.578, RMSE 3.541, NSE 0.577였다. 결과적으로 위성 기상자료를 이용하여 증발산량을 산정하여 일 유출해석에 적용한 결과는 지상 기상자료를 이용한 경우와 거의 같은 값을 나타내, NASA POWER가 제공한 기상자료의 활용성은 매우 높게 나타났다. 그러나 위성 제공 강수량의 활용은 R², RMSE, NSE 등의 지표가 낮게 나타나, 신중하게 검토되어야 할 것으로 평가하였다.

본 연구의 목적은 실제 규모의 초고층 건물을 고려하여 강우-유출 과정을 해석하고, 초고층 건물이 강우-유출 과정에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 초고층 건물을 고려하기 위해 건물의 지붕과 벽면을 각각 독립적인 소유역이라 가정하여 분석을 수행하였다. 특히, 건물의 벽면 소유역에는 바람의 영향을 받아 비스듬하게 내리는 강우를 입력자료로 적용하였다. 각 소유역에서 발생하는 유출은 shot noise process 기반 강우 유출-모형으로 모의되었다. Shot noise process 기반 강우-유출 모형을 이용하여 초고층 건물의 벽면과 지붕에서 발생하는 유출을 독립적으로 모의할 수 있었다. 실험실 환경에서 건물 모형이 존재할 때의 강우-유출 과정을 관측하였으며, shot noise process 모형으로 모의한 유출수문곡선과 관측 유출수문곡선이 유사한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다. 서울시 강남구에 위치한 실제 규모의 초고층 건물을 고려하여 유출수문곡선을 유도해본 결과, 첨두유출량이 기존 유출수문곡선과 최소 6.5%에서 최대 67.5%까지 차이나는 것으로 확인되었다. 본 연구의 결과는 초고층 건물이 다수 존재하는 도시유역의 강우-유출 해석 결과의 정확성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 관측자료를 이용하여 제주도 한천 유역의 침투 특성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 2012년부터 2019년까지 제주도 한천 유역의 주요 호우사상을 선정하고 한천 하류부의 위치한 제2동산교 지점의 유출량 자료를 이용하였다. 먼저 호우사상별 유출량 자료를 이용하여 유효우량(또는 유출고) 산정하고 초기손실을 결정하였다. 다음으로 유효우량과 초기손실을 NRCS CN 방법에 적용하여 최대잠재보유수량과 CN을 산정하였다. 산정된 호우사상별 CN 및 초기손실을 검토하기 위해 선행일수에 따른 선행강우량과 유출량과의 관계와 강우-유출 과정의 각 요소 간의 관계를 확인하였다. 마지막으로 초기손실, 최대잠재보유수량, CN 등 각 요소들의 분포와 이상치를 확인하여 제주도 한천 유역의 적절한 CN 및 초기손실의 규모를 검토하였으며, 그 결과, 제주도 한천 유역의 적절한 초기손실, 최대잠재보유수량, α, 지체시간의 규모는 각각 30 mm~40 mm, 170 mm~190 mm, 0.20~0.23, 50~60, 60 min~90 min으로 나타났다.

본 연구에서는 댐 운영 전과 후의 유출 특성 변화를 평가하는 데 베이지안 기법을 이용하였다. ROM과 같은 댐 운영은 자연유량(유입량)에 대해 주어진 방법을 적용하여 수행하는 일종의 조정(수정) 과정이다. 이 과정은 무작위 변량에 해당하는 유입량을 대상으로 하며, 그 과정의 결과로 역시 유출량이라는 무작위 변량이 생성된다. 기 확정된 또는 고정된 조정(수정) 과정은 일정한 함수로 표현 가능하다. 결과적으로 이 과정은 사전확률에 우도함수를 적용하여 사후확률을 유도하는 것과 같다. 즉, 베이지안 기법의 적용과정과 다르지 않다. ROM으로는 일정률, 일정량, 일정률-일정량 ROM(Rigid ROM) 세 가지를 고려하였다. 각 ROM별 방류 특성을 고려하여 우도함수를 결정하면, 베이지안 기법을 적용하여 사후분포, 즉, 방률량의 분포함수를 유도할 수 있다. 베이지안 기법을 적용하여 유도된 결과는 ROM을 적용하여 직접 모의한 결과와 비교함으로써 검증된다. 본 연구에서는 대상 댐으로 안동댐을 선정하였으며, 안동댐에서 관측된 2010년부터 2019년까지의 10년치 유입량 자료를 이용하였다. 즉, 2010년부터 2019년까지의 안동댐 유입량 자료는 댐 운영 이전의 유출특성을 대변하고, 모의된 유출량은 댐 운영 이후의 유출특성을 대변한다.

최근 낙동강유역에서는 여름철 폭염 및 가뭄의 영향으로 조류대경보가 발령되고 있으며, 급격한 수질환경적 변화가 이루어지고 있다. 본 연구대상유역인 낙동강에서도 가뭄으로 인해 녹조가 발생하여 조류경보가 발령되었다. 남조류의 대발생은 대량 번성 및 사멸에 따라 수체 내 산소 고갈 및 유기물 증가와 같은 문제를 야기하고 있다. 또한 남조류가 분비하는 독성물질 또한 수생태계와 인체에 유해하다. 그리고 인체에는 무해하다고 밝혀졌지만 수돗물 등에서 흙냄새와 같은 좋지 않은 냄새를 유발하는 냄새물인 지오스민, 2-MIB을 분비하여 정수공급체계의 악영향을 미친다. 본 연구대상 지점인 낙동강은 다기능 보 건설로 인해 하천 수심이 증가하고 유속이 느려지면서 정체성 수역 특성을 나타내고 있다. 이는 호소성 수역 특성을 나타내고 있음과 동시에 녹조발생과 같은 수질환경적 변화가 이루어지고 있다는 것을 의미한다. 본 연구에서 시각화 분석을 통해 낙동강 하류 남조류 발생현황을 분석하였으며, 랜덤포레스트를 이용하여 지점별 남조류 발생 주요 영향인자를 도출하였다. 조류경보제 발생 등급은 발령기준으로 관심, 위험, 대발생으로 구분된다. 학습데이터로 관심단계 기준인 남조류세포수 1,000 cell/mL 보다 작게 측정된 데이터들은 관심미만의 데이터로 Normal 등급으로 구분하였다. 구분된 발생등급을 범주형 변수로 설정하여 학습 데이터를 통해 모형을 구축하고 검증 데이터를 이용하여 모형 정확성을 평가하였다. 본 연구를 통해 조류발생 주요 영향인자를 도출하고 변수별 중요도를 평가를 통해 지점별 녹조 발생특성을 비교 분석하였다.

하천환경과 기후의 변화로 인해 수질오염 과정의 메커니즘이 더욱 복잡해짐에 따라 다양한 요인을 고려한 불확실성 평가 연구가 요구되고 있다. 하천 수질 중에서도 부영양화 문제는 특히 개발로 인한 하천환경 변화 이후 사회 정치적 논점이 되어왔다. 본 연구에서는 지난 7년 동안의 수질 변화의 전반적인 양상을 조사하였으며, 클로로필-a(Chl-a, chlorophyll-a) 농도의 시공간적 의존성의 효과적으로 고려하기 위해 기계학습 기반 분류(classification) 접근법인 다변량 은닉 마코프 모형(MHMM, multivariate hidden Markov model)을 사용하였다. 월 단위 수질 및 수문 자료를 사용하여 Chl-a의 변동성을 군집화하여 수질 상태의 익월 천이확률을 효과적으로 추정하였다. Chl-a와 수질 및 수문기상 조건의 관계를 평가하였으며, 결과적으로 수질 상태의 시공간적 전이가 정확하게 식별되었고 이의 잠재적 원인에 대하여 논의하였다.

하천에서 유해화학물질 유입 사고 발생 시 수환경 피해를 최소화하기 위해 신속한 초기 대응이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 수환경 화학사고 대응 시스템 구축을 위해 하천 실시간 모니터링 지점에서 관측된 유해화학물질의 농도 자료를 이용하여 발생원의 유입 지점과 유입량을 역추적하는 프레임워크를 개발하였다. 본 연구에서 제시하는 프레임워크는 첫 번째로 하천 저장대 모형(Transient Storage Zone Model; TSM)과 HEC-RAS 모형을 이용하여 다양한 유량의 수리 조건에서 화학사고 시나리오를 생성하는 단계, 두번째로 생성된 시나리오의 유입 지점과 유입량에 대한 시간-농도 곡선 (BreakThrough Curve; BTC)을 21개의 곡선특징 (BTC feature)으로 추출하는 단계, 최종적으로 재귀적 특징 선택법(Recursive Feature Elimination; RFE)을 이용하여 의사결정나무 모형, 랜덤포레스트 모형, Xgboost 모형, 선형 서포트 벡터 머신, 커널 서포트 벡터 머신 그리고 Ridge 모형에 대한 모형별 주요 특징을 학습하고 성능을 비교하여 각각 유입 위치와 유입 질량 예측에 대한 최적 모형 및 특징 조합을 제시하는 단계로 구축하였다. 또한, 현장 적용성 제고를 위해 시간-농도 곡선을 2가지 경우 (Whole BTC와 Fractured BTC)로 가정하여 기계학습 모형을 학습시켜 모의결과를 비교하였다. 제시된 프레임워크의 검증을 위해서 낙동강 지류인 감천에 적용하여 모형을 구축하고 시나리오 자료 기반 검증과 Rhodamine WT를 이용한 추적자 실험자료를 이용한 검증을 수행하였다. 기계학습 모형들의 비교 검증 결과, 각 모형은 가중항 기반과 불순도 감소량 기반 특징 중요도 산출 방식에 따라 주요 특징이 상이하게 산출되었으며, 전체 시간-농도 곡선 (WBTC)과 부분 시간-농도 곡선 (FBTC)별 최적 모형도 다르게 산출되었다. 유입 위치 정확도 및 유입 질량 예측에 대한 R²는 대부분의 모형이 90% 이상의 우수한 결과를 나타냈다.

Water contamination in a water distribution network (WDN) is harmful since it directly induces the consumer's health problem and suspends water service in a wide area. Actions need to be taken rapidly to countermeasure a contamination event. A contaminant source ident ification (CSI) is an important initial step to mitigate the harmful event. Here, a CSI approach focused on determining the contaminant intrusion possible location and time (PLoT) is introduced. One of the methods to discover the PLoT is an inverse calculation to connect all the paths leading to the report specification of a sensor. A filtering procedure is then applied to narrow down the PLoT using the results from individual sensors. First, we spatially reduce the suspect intrusion points by locating the highly suspicious nodes that have similar intrusion time. Then, we narrow the possible intrusion time by matching the suspicious intrusion time to the reported information. Finally, a likelihood-score is estimated for each suspect. Another important aspect that needs to be considered in CSI is that there are inherent uncertainties, such as the variations in user demand and inaccuracy of sensor data. The uncertainties can lead to overlooking the real intrusion point and time. To reflect the uncertainties in the CSI process, the Monte-Carlo Simulation (MCS) is conducted to explore the ranges of PLoT. By analyzing all the accumulated scores through the random sets, a spread of contaminant intrusion PLoT can then be identified in the network.

Water network partitioning (WNP) is an initiative technique to divide the original water distribution network (WDN) into several sub-networks with only sparse connections between them called, District Metered Areas (DMAs). Operating and managing (O&M) WDN through DMAs is bringing many advantages, such as quantification and detection of water leakage, uniform pressure management, isolation from chemical contamination. The research of WNP recently has been highlighted by applying different methods for dividing a network into a specified number of DMAs. However, it is an open question on how to determine the optimal number of DMAs for a given network. In this study, we present a method to divide an original WDN into DMAs (called Clustering) based on community structure algorithm for auto-creation of suitable DMAs. To that aim, many hydraulic properties are taken into consideration to form the appropriate DMAs, in which each DMA is controlled as uniform as possible in terms of pressure, elevation, and water demand. In a second phase, called Sectorization, the flow meters and control valves are optimally placed to divide the DMAs, while minimizing the pressure reduction. To comprehensively evaluate the WNP performance and determine optimal number of DMAs for given WDN, we apply the framework of multiple-criteria decision analysis. The proposed method is demonstrated using a real-life benchmark network and obtained permissible results. The approach is a decision-support scheme for water utilities to make optimal decisions when designing the DMAs of their WDNs.

Gilgit-Baltistan (GB) is a highly mountainous and remote region covering 45% of Upper Indus Basin (UIB) with around 1.8 million population is vulnerable to climate change and socio-economic growth makes water resources management and planning more complex. To understand the water scarcity in the region this study is carried out to project water supply and demand for agricultural and domestic sector under various climate-socio-economic scenarios in five sub catchments of GB i.e., Astore, Gilgit, Hunza, Shigar and Shyok for a period of 2015 to 2050 using Water Evaluation and Planning (WEAP) model. For climate change scenario ensembled mean of three global climate models (GCMs) was used under three different Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios (RCP2.6, RCP6.0 and RCP8.5). The Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) and agricultural Land Development (LD) scenarios were combined with climate scenarios to develop climate-socio-economic scenario. Our results indicate that the climate change and socio-economic growth would create a gap between supply and demand of water in the region, with socio-economic growth (e.g. agricultural and population) as dominant external factor that would reduce food production and increase poverty level in the region. Among five catchments only Astore and Gilgit will face shortfall of water while Shyoke would face shortfall of water only under agricultural growth scenarios. We also observed that the shortfall of water in response to climate-socio-economic scenarios is totally different over two water deficient catchments due to its demography and geography. Finally, to help policy makers in developing regional water resources and management policies we classified five sub catchments of UIB according to its water deficiency level.

The main objective of this study was to setup model and evaluate the model performance for streamflow simulation in Burundi using Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The total area of Burundi is 27,834 ㎢. The elevation of Burundi ranges from 780 m to 2,700m. The West and East are low lands, while the Central part is high land. The topographic data (30 meters Digital Elevation Model) and land use and land cover data of Burundi were obtained respectively from Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) and the Regional Centre for Mapping of Resources for Development (RCMRD). The soil data used was obtained from Food and Agriculture Organization (FAO). The local weather data and discharge data were provided by Burundi Hydro meteorological Service (IGEBU). Mean Areal Precipitation (MAP) and Mean Areal Temperature (MAT) were estimated. The streamflow simulation was done for the period 1980-2017. The calibration and validation of river discharge was performed at a daily time step from 2005 through 2011 as the calibration period and 2012 up to 2017 as the validation period. The findings show that streamflow decreases during Jun to September and increases during March to May and October to December.

This study investigates the change of flow characteristics over 10 Asian river basins in the past 30 years (1976-2005). The variation is estimated from The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model outputs based on reanalysis data which was bias-corrected for Asian monsoon reagion. The model was firstly calibrated and validated using observed data for daily streamflow. Four statistical criteria were applied to evaluate the model performance, including Coefficient of determination (R2), Nash - Sutcliffe model efficiency coeffi cient (NSE), Root mean square error-observations standard deviation ratio (RSR), and Percentage Bias (PBIAS). Then parameters of the model were applied for the historical period 1976-2005. The estimates show a temporal non-considerable increasing rate of daily streamflow in most of the basins over the past 30 years. The difference of monthly discharge becomes more significant during the months in the wet season (June to September) in all basins. The seasonal runoff shows significant difference in Summer and Autumn, when the rainfall intensity is higher. The line showing averaged runoff/rainfall ratio in all basins is sharp, presenting high variation of seasonal runoff/rainfall ratio from season to season.

Globally, the demand for food and water resources are increasing rapidly with the growing concerns of meeting the projected population upsurge, specifically by 2050. The global population is projected to hit 9.8 billion in 2050 while the food demand is expected to increase by 77% from the 2007 base year. Moreover, the already scarce water resources, especially in the food-producing regions, expected to be significantly affected as food production already accounts for over 70% of the global water resources. However, the estimated food demand encapsulated the actual demand for both human consumption and animal feed in addition to the exuberant food waste at the consumption stage of the supply chain, notably in the developed countries. Managing the food consumption demand and food waste can have across-the-board benefits on water resources and other associated food production impacts. This study assessed the water-saving potentials through food waste in Korean households using the food waste data obtained from the direct weighing analysis. The household food waste collection and characterization were carried out during the summer (July), fall (September), and winter (December) seasons of 2019. The water footprint related to the food waste within Korean households was based on the water footprint concept, i.e. indirect water use. The results of our estimation showed that an average Korean household wasted 6.15 ± 4.36 kg daily, amounting to 12.53 ± 11.10 m3 of water resources associated with the waste. On the per capita basis, an average of 0.024 ± 0.017 kg/capita/day of food was wasted resulting to 0.049 ± 0.044 m3/capital/day of water resources wasted. The food waste types that accounted for the principal share in the water footprint were beef, soybean, rice and pork with values 30.7, 10.1, 9.6, and 7.5%, respectively. Considering that the production of meat and meat products are water intensive and the agricultural water use in Korea is largely for rice production, addressing the food waste of these two important agricultural products can be a hotspot for water saving potential in the country. This study therefore provides an insight to addressing the water scarcity in the country through reducing household food waste.

Spatial precipitation data is one of the essential components in modeling hydrological problems. The estimation of these data has achieved significant achievements own to the recent advances in remote sensing technology. However, there are still gaps between the satellite-derived rainfall data and observed data due to the significant dependence of rainfall on spatial and temporal characteristics. An effective approach based on the Convolutional Neural Network (CNN) model to correct the satellite-derived rainfall data is proposed in this study. The Mekong River basin, one of the largest river system in the world, was selected as a case study. The two gridded precipitation data sets with a spatial resolution of 0.25 degrees used in the CNN model are APHRODITE (Asian Precipitation - Highly-Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation) and PERSIANN-CDR (Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Networks). In particular, PERSIANN-CDR data is exploited as satellite-based precipitation data and APHRODITE data is considered as observed rainfall data. In addition to developing a CNN model to correct the satellite-based rain data, another statistical method based on standard deviations for precipitation bias correction was also mentioned in this study. Estimated results indicate that the CNN model illustrates better performance both in spatial and temporal correlation when compared to the standard deviation method. The finding of this study indicated that the CNN model could produce reliable estimates for the gridded precipitation bias correction problem.

Varying dominant processes, including Tropical Cyclone (TC) and non-TC rainfall events, have been known to drive the occurrence of precipitation in South Korea. With the changes in the pattern of the Earth's climate due to anthropogenic activities, nonstationarity or changes in the magnitude and frequency of these dominant processes have been separately observed for the past decades and are expected to continue in the coming years. These changes often cause unprecedented hydrologic events such as extreme flooding which pose a greater risk to the society. This study aims to take into account a more reliable future climate condition with two dominant processes. Diverse statistical models including the hidden markov chain, K-nearest neighbor algorithm, and quantile mappings are utilized to mimic future rainfall events based on the recorded historical data with the consideration of the varying effects of TC and non-TC events. The data generated is then utilized to the hydrologic model to conduct a flood frequency analysis. Results in this study emphasize the need to consider the nonstationarity of design rainfalls to fully grasp the degree of future flooding events when designing urban water infrastructures.

Urban flood simulation plays a vital role in national flood early warning, prevention and mitigation. In recent studies on 2-dimensional flood modeling, the integrated run-off inundation model is gaining grounds due to its ability to perform in greater computational efficiency. The adaptive quadtree shallow water numerical technique used in this model implements the adaptive mesh refinement (AMR) in this simulation, a procedure in which the grid resolution is refined automatically following the flood flow. The method discounts the necessity to create a whole domain mesh over a complex catchment area, which is one of the most time-consuming steps in flood simulation. This research applies the dynamic grid refinement method in simulating the recent extreme flood events in Metro Manila, Philippines. The rainfall events utilized were during Typhoon Ketsana 2009, and Southwest monsoon surges in 2012 and 2013. In order to much more visualize the urban flooding that incorporates the flow within buildings and high-elevation areas, Digital Surface Model (DSM) resolution of 5m was used in representing the ground elevation. Results were calibrated through the flood point validation data and compared to the present flood hazard maps used for policy making by the national government agency. The accuracy and efficiency of the method provides a strong front in making it commendable to use for early warning and flood inundation analysis for future similar flood events.

The present study is aimed to correcting radar-based mean areal precipitation forecasts to improve urban flood predictions and uncertainty analysis of water levels contributed at each stage in the process. For this reason, a long short-term memory (LSTM) network is used to reproduce three-hour mean areal precipitation (MAP) forecasts from the quantitative precipitation forecasts (QPFs) of the McGill Algorithm for Precipitation nowcasting by Lagrangian Extrapolation (MAPLE). The Gangnam urban catchment located in Seoul, South Korea, was selected as a case study for the purpose. A database was established based on 24 heavy rainfall events, 22 grid points from the MAPLE system and the observed MAP values estimated from five ground rain gauges of KMA Automatic Weather System. The corrected MAP forecasts were input into the developed coupled 1D/2D model to predict water levels and relevant inundation areas. The results indicate the viability of the proposed framework for generating three-hour MAP forecasts and urban flooding predictions. For the analysis uncertainty contributions of the source related to the process, the Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) using delayed rejection and adaptive metropolis algorithm is applied. For this purpose, the uncertainty contributions of the stages such as QPE input, QPF MAP source LSTM-corrected source, and MAP input and the coupled model is discussed.

This study proposes a framework to evaluate extreme drought using the natural drought index and hot spot analysis. The study area was South Korea. Data were used from 59 automatic synoptic observing system stations. The variable infiltration capacity model was used for the period from 1981 to 2016. The natural drought index was constructed from precipitation, runoff and soil moisture data, which reflect the water cycle. The average interval, duration and severity of extreme drought events were determined following Run theory. The most extreme drought period occurred in 2014-2016, with 46 of 59 weather stations exhibition drought conditions and 78% exhibition extreme drought conditions. The Inje and Seosan station exhibited the longest drought duration of 6 months, and the most severe drought was 5 times higher than the extreme drought severity threshold. The hot spot analysis was used to explore the extreme drought conditions and showed an increasing trend in the middle and northeastern parts of South Korea. Overall, this study provides water resource managers with essential information about locations and significant trends of extreme drought.

European Space Agency's Sentinel-1 has an improved spatial and temporal resolution, as compared to previous satellite data such as Envisat Advanced SAR (ASAR) or Advanced Scatterometer (ASCAT). Thus, the assumption used for low-resolution retrieval algorithms used by ENVISAT ASAR or ASCAT is not applicable to Sentinel-1, because a higher degree of land surface heterogeneity should be considered for retrieval. The assumption of homogeneity over land surface is not valid any more. In this study, considering that soil roughness is one of the key parameters sensitive to soil moisture retrievals, various approaches are discussed. First, soil roughness is spatially inverted from Sentinel-1 backscattering over Yanco sites in Australia. Based upon this, Artificial Neural Networks data (feedforward multiplayer perception, MLP, Levenberg-Marquadt algorithm) are compared with Fractal approach (brownian fractal, Hurst exponent of 0.5). When using ANNs, training data are achieved from theoretical forward scattering models, Integral Equation Model (IEM). and Sentinel-1 measurements. The network is trained by 20 neurons and one hidden layer, and one input layer. On the other hand, fractal surface roughness is generated by fitting 1D power spectrum model with roughness spectra. Fractal roughness profile is produced by a stochastic process describing probability between two points, and Hurst exponent, as well as rms heights (a standard deviation of surface height). Main interest of this study is to estimate a spatial variability of roughness without the need of local measurements. This non-local approach is significant, because we operationally have to be independent from local stations, due to its few spatial coverage at the global level. More fundamentally, SAR roughness is much different from local measurements, Remote sensing data are influenced by incidence angle, large scale topography, or a mixing regime of sensors, although probe deployed in the field indicate point data. Finally, demerit and merit of these approaches will be discussed.

최근 농업환경의 변화와 기후변화에 대응하기 위해 농업용수 관리 정보화 및 과학화의 필요성이 증대되어 실시간으로 저수지 저수량과 농업용수 공급량을 파악하기 위해 자동 수위계측시설이 도입되었다. 농림축산식품부의 저수지 자동수위측정기 설치 및 운영지침에 따라 현재 농어촌공사 관리 저수지 1,734개소 및 수로부 1,880개소에 자동수위계가 설치되어 있으며, 저수지와 수로에서 10분 간격으로 수위자료가 생성되고 있다. 농업용 저수지 수문자료의 공인지점은 2016년 6개소에서 2019년 49개소로 증대되고 있으며, 데이터 품질 저하의 최소화 및 신뢰성 있는 수문자료 생성의 필요성이 증가함에 따라 농업용 저수지의 특성을 반영한 저수지 수위 오결측 데이터 보정 방안 및 수문 자료 품질관리 방안이 요구된다. 농업용 저수지의 수위 변화 및 강우-유출 현상은 물리적 모형을 구축하여 기상, 지형 등 영향 인자와 수위(또는 유출)와의 상관관계를 분석하는 것은 무적으로 불가능하였지만, 최근 인공신경망 (Artificial Neural Network, ANN) 등과 같이 black-box 형태의 모형을 이용하여 비선형적인 수문해석이 가능해졌다. 본 연구에서는 빅데이터와 인공신경망을 결합시킨 알고리즘인 딥러닝 (Deep Learning) 기반의 LSTM (Long Short-Term Memory) 모형을 활용하여 농업용 저수지 수위자료를 검토하여 자동계측기에서 발생하는 오류 보정을 위해 품질관리 방안을 제시하고자 한다.

전국적으로 약 18,000여개가 축조되어 있는 농업용 저수지는 국내농업용수 사용량 중 약 60%를 공급하는 핵심 농업기반시설로서 홍수기에 풍부한 수량을 저류한 후 관개기 혹은 갈수기에 주로 논벼 재배지역에 용수를 공급한다. 최근에는 가뭄에 의한 피해 심각성이 증가함에 따라 농업용 수확보대책 수립, 저수지 준설, 관정개발, 양수저류 등의 다양한 대응 방안을 마련하여 농업가뭄 극복을 위해 노력하고 있으나, 농업용수공급은 현장 물관리자의 경험을 토대로 공급되고 있어 공급량 관리가 정성적이고 제한적인 한계가 발생한다. 따라서, 농업용수의 효율적인 물 관리, 수원공으로부터 물공급의 합리적인 분배, 말단 수로 및 포장까지 안정적인 용수공급을 위한 물공급 및 분배 효율 분석이 필요하다. 본 연구에서는 서산지역의 신송저수지를 대상으로 2019년 5월부터 8월까지 통수일지 자료를 활용하여 농업용수 물공급 및 분배 모의, 관개효율을 분석하였다. 이를 위하여 부정류해석이 가능한 SWMM (Storm Water Management Model) 모형을 기반으로관개지구 용수공급 체계 네트워크와 들녘별로 용수공급이 가능하도록 구축하였고, 해당 지구의 실제 통수 시 수위 유량 계측을 통해 모델의 필수 변수 입력자료를 구축하였다. 전체면적 대비 수혜면적 비율과 전체 관개량 대비 해당 간선의 관개량 비율의 비교를 통해 수혜면적에 따른 관개효율을 분석하였으며, 각 수로별 공급량 대비 관개량 비율을 산정하여 수로별 관개효율을 분석하였다. 농업용수공급 효율 평가 결과는 수혜면적의 용수부족지역 파악, 시기별 용수배분의 공간적인 분포 모니터링 등 농업용수 이수대책에 활용하여 농업가뭄 상황 시 효율적인 물 배분 및 관리에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

수자원장기종합계획에 따르면 전국 지하수위는 지하수 이용의 지속적인 증가와 도시화에 따른 지하수 함양감소 등으로 최근 매년 조금씩 감소하고 있다. 특히, 환경부의 지하수조사연보(2018)에 따르면 남한강하류 중권역은 한강수계 전체 지하수 사용량의 약 34.5 %를 차지하고 있는 것으로 분석되었으며, 2009년에 비하여 2017년의 지하수위는 1.4 m의 감소 되었다. 본 연구는 한강유역에서 지하수 개발밀도가 높은 이천시에 위치해 있는 복하천 유역(303.8㎢)을 대상으로 지하수위 감소에 따른 기저유량 변동특성을 파악하기 위하여 SWAT-MODFLOW(Soil And Water Assessment Tool-MODFLOW)을 적용하고자 한다. SWAT-MODFLOW는 준분포형 장기유출모형 SWAT과 3차원 분포형 지하수 모의가 가능한 MODFLOW를 연계한 모형이며, MODFLOW만으로는 해결할 수 없는 일별 지하수 함양량의 분포와 SWAT만으로는 계산 불가능했던 지하수위의 시공간 분포를 보완하여 재생함으로써 두 모형의 한계를 극복한 모델이다. SWAT의 검보정 결과로서는 RMSE는 10.6 mm/day, NSE는 0.72, R²는 0.69 효율이 나타났으나, 지하수 유출이 보정되지 않아 MODFLOW의 입력자료인 토양두께(m), 수리전도도(m/day), 비저류량(1/m), 비산출율을 토양통에 따라 분류한 해외논문(Steven et.al 2005) 자료를 산정하여 SWAT-MODFLOW 두모형을 연계한 프로그램에 입력하여 지하수 유출을 보완하였고 SWAT과 SWAT-MDFLOW 지하수 유출량 비교뿐만이 아닌 SWAT-MODFLOW의 출력자료인 지하수위 및 지하수 충진량을 검토하였다.

우리나라는 농산물시장개방이후 휴경면적의 증가, 농지전용, 도시화의 가속화, 시설작물 재배면적 변화 영향에 의한 논과 밭의 이용 패턴변화 등으로 농촌지역의 토지이용구조가 변화되어 왔다. 이는 곧 국내 토지이용패턴의 변화로 연결되고, 농업구조의 변화는 농촌경관, 농업용수 이용, 농촌지역 비점오염 물질 발생패턴의 변화를 야기할 것으로 예상되고 있다. 본 연구에서는 금강권역을 연구지역으로 하여, 농업지역의 토지이용변화 중 논 내 시설작물 재배면적 변화에 주안점을 두고 토지이용변화 예측모형인 CLUE-s(Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent) 모형을 이용하여 미래 농업지역의 토지이용변화를 예측하고자 하였다. CLUE-s 모형의 입력 자료로 국가수자원관리종합시스템(WAMIS)의 1980~2010년까지 5년 간격 토지이용 통계자료 및 환경부 2008, 2013년 중분류 토지이용 자료에서 금강유역을 추출하여 구축하였다. 모형의 입력자료를 위해 토지이용 항목을 총 7개(수역, 시가지, 논, 밭, 시설재배지, 산림, 초지)로 분류하고 특별토지이용 정책 자료로 농업진흥구역도 및 국토환경성 평가도를 이용하였다. 관측자료의 경향을 이용하여 환경부 중분류 토지이용 변화를 기준으로 농업지역(논, 밭, 시설재배) 변화에 대한 회귀식을 도출하였다. 본 연구의 결과를 활용하여 농업지역 변화에 따른 수문 및 수질의 영향을 파악하고 미래 토지이용 변화에 따른 농촌지역 비점오염 물질 발생패턴 등을 분석하기 위한 기초 자료로 활용할 것으로 판단된다.

유황곡선은 하천유량의 변동성을 함축적으로 나타내고 연간유량 분석방법(calendar-year method)과 전 자료기간유량분석방법(total-period method)을 이용하여 작성하고 분석할 수 있다. 본 연구는 유황곡선 상에서 유역특성인자들을 포함시켜 작성하는 방법을 제시하였고 지형 및 기상학적 인자를 통해 지역화 시킨 유황곡선을 통해 미계측 유역의 유황곡선을 추정할 수 있는 곡선을 개발하고자 한다. 이를 위해 유역의 특성인자자료를 수집하여 독립변수로 설정하였고 다중회귀분석을 실시하여 변수들을 지역화 시켰다. 지역화 시킨 변수들을 유황곡선에 반영하여 대상지역에서 하나의 유황곡선으로 나타내었다. 도출한 유황곡선을 자료가 있는 지역을 미계측유역이라 가정하고 검증하였다. 검증결과 실제자료와 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있었고 이를 통해 미계측 유역의 유출량 자료가 부족한 유역에 대한 예측과 과거 많은 부분이 결측된 유역에 대한 유출량 예측도 가능할 것이라 판단된다. 또한 강우시나리오를 통해 지형인자가 고려된 유황곡선을 이용한 다양한 자료분석을 실시할 수 있을 것이라 판단된다.

갈수량이란 1년 중 355일은 유지되는 유량을 말하며 물 공급 계획 및 관리, 저수지 설계, 관개용수의 수량과 수질 관리, 생태계 보존 등에 있어서 갈수량의 크기와 빈도를 파악하는 것은 매우 중요한 과정이다. 갈수량 산정을 위해서는 오랜 기간의 관측 일유량 자료가 필요하지만 우리나라의 경우 관측 유량 자료의 결측자료가 많아 갈수량 산정에 필요한 장기간의 자료가 부족하다. 따라서 본 연구에서는 전국 40개 중권역 유역을 대상으로 갈수 빈도별 갈수량 산정 회귀식 개발을 수행하였다. 갈수량 산정에 적용할 수 있는 18개의 유역인자와 4개의 수문 인자를 상관분석을 통해 다중공선성을 고려하였으며 상관분석 결과를 토대로 미계측 유역에 적용 가능한 인자를 선정하였다. 갈수 빈도 분석과 단계적 회귀분석을 통하여 미계측 유역에 적용할 수 있는 갈수 빈도별 갈수량 산정 회귀식을 개발하였다. 또한 계측 유역을 미계측 유역으로 가정하여 개발된 갈수량 산정 회귀식을 이용하여 갈수량을 산정하고 분석 결과와 실제 갈수량을 비교하여 개발된 회귀식의 적정성을 검토하였다.

본 논문의 목적은 기후변화가 한반도에서의 극한기후에 미치는 영향을 전망하고자한다. 먼저, 기상청에서 제공하고 있는 SDQDM 편의보정을 거친 CCAW의 국가 표준기후변화 시나리오 13종을 이용하였으며, 참조기간을 기준으로 기후변화 시나리오의 모의 능력을 검토하였다. 이어 미래의 극한기후변화를 전망하기위해 WMO의 ETCCDI 지수를 이용하여 미래 극한기후를 전망하였다. 또한 Mann Kendall tau를 이용하여 한반도의 강수와 기온관련 극한지수 변화를 전망하였다. 분석 결과를 기온관련 지수에서 Current 기간일 때 WSDI지수가 공간적 변동성이 54%로 예상되며, TXx지수가 지역간의 공간적 변동성이 121%로 가장 클 것이라 예상된다. 강우관련 지수를 살펴보면 Current기간 일 때 r95p지수의 지역별 공간변동성이 59%로, RCP 4.5시나리오일 때 PRCP 지수의 공간변동성이 42%로, CDD지수의 공간변동성이 최대 59%로 분석되었다. 공간분포를 확인해본 결과 기온과 강수관련 지수 모두 한반도 중부지역에서 큰 상승 경향을 보였고, 미래기간의 경우 북한의 서해안, 남한의 남해안 지역에서 가장 큰 증가경향을 보였다. 즉 일습윤지속일수를 의미하는 CWD지수는 경상도, 전라도 지역에서 증가 경향을 나타냈으며, 충청도와 북한전역에서 감소경향을 나타났다. 또한 일교차를 의미하는 DTR지수는 한반도 전역에서 증가하는 것으로 전망되었다.

우리나라의 기후 자료는 일반적으로 기상청에서 발표하는 종관기상관측(ASOS)과 방재기상관측(AWS), 그리고 북한이 세계기상기구(WMO, World Meteorogical Organization)의 기상통신망(GTS)을 통해 보낸 북한기상관측(NKO)을 사용 할 수 있다. 그러나 이 중 40년 이상의 완전한 관측 자료를 얻을 수 있는 건 ASOS가 유일하지만 공간적인 표현에 한계를 갖고 있다. AWS는 관측소가 많다는 장점이 있지만 관측 기간이 길지 않고 이용 가능한 기간에도 관측이 연속적이지 못한 경우가 많다. NKO는 비록 27개의 관측소가 있지만 많은 데이터가 누락되어 일별 기후자료의 사용에 한계를 갖고 있다. 이러한 미관측 기간이나 관측 자료의 누락은 연속적인 시계열 자료분석을 기반으로 하는 수자원 모델링에 있어서 문제를 야기한다. 본 연구는 1973년부터 2019년까지 47년의 신뢰도 높은 한반도 일일 기후 자료를 구축하기 위해 다양한 방법론을 비교하였다. 추정에 사용한 방법은 총 7개로 EM algorithm for probabilistic principal components (PPCA-EM), Inverse distance weight method (IDWM), Nearest neighbor method (NNM), Multivariate normal copulas (Copula), Elastic net model (Elastic), Ordinary kriging (OK), Regularized principal components with EM algorithm (RPCA-EM)를 살펴보았다. 다양한 형태의 결측치를 가정하여 그 결과값을 비교하였고 이는 Root mean squared error(RMSE), Kling-Gupta efficiency(KGE), Nash-Sutcliffe efficiency(NSE)를 통해 평가하였다. 최종 선택된 방법론을 통하여 한반도 전역을 그리드 기반의 강수 및 최저온도/최고온도의 일별자료로 생성하였다.

홍수와 가뭄은 우리나라에 대표적인 수재해로서 관련 연구도 활발히 진행되고 있다. 반면 겨울철에 발생하는 적설의 경우 발생빈도와 피해가 상대적으로 적었으며 관련 연구 또한 미비한 실정이다. 우리나라 일부 남부지방은 강우와 다르게 연중 눈이 내리지 않는 경우가 존재하며, 자료 중 '0'값을 가지게 된다. 이로 인해 최적분포형 선정 및 매개변수 추정에 어려움이 있으며, 특히 '0'값으로 인해 단일 확률분포를 이용한 빈도해석은 한계가 있다. 본 연구에서는 연중 눈이 내리지 않는 무적설량을 고려하기 위하여 두 가지 이상의 확률분포함수를 결합한 혼합분포함수를 개발하였다. Bayesian 기법을 이용하여 무강우의 기준이 되는 값(δ)을 매개변수로 고려하여 추정하였으며, 이에 따른 적설발생 평균확률(P을 Mixing Ratio로 고려하여 혼합분포함수를 제시하였다. 본 연구에서는 기상청 산하 관측소 중 20년 이상의 지점을 선정하여 최심신적설량을 활용하였으며, 빈도별 확률적설심을 산정하였다. 적합한 확률분포형 선정을 위해 먼저 Bayesian 기법으로 매개변수와 우도함수를 산정한 후 각 분포형의 BIC(bayesian information criterion)값을 비교하였다. 선정된 최적분포형에 대해 빈도분석을 실시하여 최심신적설량을 제시하였다. 추가적으로 무강우를 기존 기준인 '0'으로 고정하여 본 연구에서 제시한 결과 값과 비교하였다.

국지성 집중호우의 증가로 인하여 각종 수재해 역시 증가하고 있으며 수재해 피해를 막기 위해서는 강우량 정보는 매우 중요한 요소이다. 이러한 강우량의 관측은 물론 미계측 지역의 강우량 추정을 위한 면적강우량 산정은 매우 중요하며 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 차량용 레인센서는 강우측정이 어려운 미계측 지역의 강수량 측정이 가능하고, 실시간으로 강우정보를 생성이 가능한 강우관측 방법이다. 차량용 강우센서는 일반적인 강우관측기와 달리 물 입자가 커질수록 빛의 산란이 크게 일어나는 현상을 이용한다. 산란이 크게 일어나면 강우 센서에 입력되는 값이 줄고 이는 강수가 높다는 것을 의미하고 이러한 관계를 이용하여 강원대학교 S-R 관계식을 통해 강우량을 관측할 수 있다. 본 연구에서는 강원도 삼척시를 대상지역으로 선정하였고 삼척 레이다 정보와 인근 지상관측소 6개 정보를 이용하여 강우보정을 수행하고 차량용 레인센서 강우관측 위치는 삼척시가지 내에서 강우를 관측하였다. 보정된 강우장과 레인센서 강우자료와 삼척관측소를 제외한 5개 지상관측소 강우정보를 합성하여 면적강우량을 산정하였고 검증을 위하여 삼척관측소 강우량과 면적강우의 해당격자의 강우량 값을 비교하여 검증하였다.

본 연구에서는 우리나라에서 발생하는 무유출량을 고려하는 확률기반 격자형 수문 모형을 용담댐 유역에 구축하였다. 용담댐 유역은 무유출량이 종종 나타나는 간혈하천 (Ephemeral catchment) 유역으로 우리나라의 많은 유역들이 여기에 해당한다. 격자형 수문 모형의 구축을 위하여 Sacramento Soil Moisture Accounting Model (SAC-SMA) 유출 모형을 사용하여 라우팅 모형과 결합하였다. 무유출량을 표현하기 위해서 본 연구에서는 검열된 오류 모형 (censoring error model)을 사용하였다. 구축한 오류 모형과 기존에 많이 사용되는 정규화된 오류 모형의 비교를 하였으며 이를 통하여 본 연구에서 구축한 모형의 적합성을 평가하였다. 결과적으로 본 연구에서 구축한 두 개의 모형이 둘 다 신뢰할 만한 결과를 보여주지만 검열된 오류 모형이 더 적합한 결과를 보여주며 무유출의 빈도 증가에 따라 효율이 증가하는 것을 보여 준다. 그리고 기존의 방법론은 확률 기반의 유출량의 표현에 있어서 0 이하의 음수값을 표현하여 현실적이지 못한 수문 모델링을 표현한다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과는 간헐하천 유역에 대한 고려가 우리나라에 수문 모델 구축에 있어서 필요하다는 것을 의미한다.

Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)에 따르면 지난 1세기 반 동안 전 세계 평균 기온은 약 1℃가 상승하였으며, 온실가스 축적에 따라 평균기온은 21세기 중반에서 21세기 말까지 1~3℃가 증가할 것으로 전망되고 있다. 이러한 기온의 상승으로 인한 하천의 수온 변화는 수중에서 온도에 민감한 생화학적 반응의 변화를 유발하여 수질 및 수생태 변화에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 효과적인 수질 및 수생태 관리를 위해서는 기온과 수온 사이의 명확한 관계 정립을 통해 수질변화를 정확하게 예측하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 국내·외로 널리 활용되고 있는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool, SWAT) 모형을 통해 기온-수온 회귀식이 하천 수질변화에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 하였다. 그러나 기존 SWAT 모형에서의 기온-수온 회귀식은 미국 유역의 환경 특성을 바탕으로 도출되었기 때문에 국내 유역에 적용하기에 한계점이 있다. 따라서 본 연구의 목적은 국내 유역에서의 실측 기온자료와 수온자료를 사용하여 SWAT 모형 내 기온-수온 회귀식을 재도출하고 적용성을 평가하는 것이다.

도암호 유역 위치한 강원도 평창군 대관령면 일대는 고랭지 농업이 주로 이루어지는 곳으로 강우시 토양 유실로 인한 하천의 수질오염이 빈번하게 발생하고 있다. 비점오염원은 강우시 호수와 하천으로 유입되는 특징을 가지고 있으며 불특정 발생원에서 불특정 기상조건과 경로에 의해 발생하여 지속적인 모니터링에는 어려움이 따른다. 이러한 비점오염원 중에서도 농촌지역에서 발생되는 비점오염원은 정확한 기작이 분석되지 않고 있어 수질오염에 큰 문제가 되고 있다. 본 연구는 도암호 유역 송천에서 2019년 7월부터 10월까지 6회 모니터링을 실시하였다. 이후 각 강우사상에서 비점오염물질의 유출에 미치는 강우요인(선행무강우일수, 강우지속시간, 총 강우량, 최대강우량, 평균강우량)을 분석하였다. 또한 강우유출수 분석을 통해 유량가중평균농도(EMC, Event Mean Concentration)을 산정하여 각 강우사상에서 유출된 오염원의 농도를 정량화하였으며, 초기세척비율(MFFn, Mass First Flush ratio)를 산정하여 강우초기에 유출된 오염원의 농도를 알아보았다. 분석결과 강우의 특성과 모니터링 시기별 영농단계에 의해 강우사상별 오염원의 농도와 초기세척비율의 차이를 보인 것으로 판단된다. 추후 지속적인 모니터링과 분석을 통한 강우강도에 따른 효율적인 비점오염원 저감대책과 관리 방안이 필요할 것으로 보인다.

강원도는 산림 비중이 크고 급경사지가 많은 지형적 특성과 여름철 비교적 선선하고 강우량이 많은 기후적 특성 때문에 고랭지 농업이 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 많은 부분을 차지하는 고랭지밭 면적 탓에 강우시에 토양침식과 비점오염물이 하천으로 유입되고 있다. 강원도 송천 상류에 위치한 도암호는 장기간 탁수를 저류하고 방류로 인한 해체 논란까지 일으키기도 했다. 이에 정부는 흙탕물 저감과 비점오염원 관리를 위한 국고보조사업과 다양한 환경 정책들을 시행중이다. 효율적이고 효과적인 수질 정책을 시행하고 분석하기 위해서는 장기간의 모니터링 자료를 이용한 통계적 분석을 활용하는 것이 중요하다. 수질 자료는 변동이 심하고, 비정규분포를 이루며 결측치와 검출한계 이하의 값들이 많아 비모수 통계 방법을 널리 사용되어 왔다. 그중에서도 계절적 특성을 갖는 수질자료의 장기경향분석에 적합한 Seasonal Mann-Kendall Test을 사용하여 남한강상류 유역의 수질 경향성을 분석하였으며, Sen's Slope를 구하여 수질 자료의 경향 크기를 구하였다. 하지만, Seasonal Mann-Kendall Test는 연구 기간동안의 경향성을 반영할 수 없다는 단점이 있기 때문에 LOWESS Test를 통해 장기간 수질 자료 사이의 경향성을 분석하였다. 이러한 수질자료의 경향 분석 결과는 유역 내 취약 지점을 확인할 수 있으며, 환경 정책의 효과를 평가하고 보완할 수 있는 자료로 이용될 수 있을 것이다.

하천에서의 화학사고는 자연적 및 인위적인 원인으로 인해 발생할 수 있으며, 대량의 화학물질이 하천으로 유입되는 것을 말한다. 이러한 화학사고는 수환경의 변화를 야기해 생태계나 인간에게 악영향을 초래하여 심각한 문제가 발생 될 수 있다. 하천으로 유입된 화학물질의 정량적 평가에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있지만, 화학사고 초기 대응을 위한 하천에서의 화학물질 감지에 대한 연구는 미비한 실정이다. 한국 하천의 주요 지점에는 pH 및 EC 등을 실시간으로 측정하는 자동측정망을 운영하고 있기 때문에 이러한 측정항목들을 활용하여 화학물질을 감지하거나 식별 가능성에 대한 평가 연구는 하천 화학사고 대응을 위한 중요한 기초자료로 활용될 수 있다. 또한 분석된 결과를 바탕으로 미지의 화학물질을 다른 용매에 적용 시켰을 때 변화되는 pH 및 EC 결과와 통계적 수치비교를 통해 미지의 화학물질 식별 가능성을 평가하였다. 이를 통해 본 연구에서 선정한 pH 및 EC 항목이 화학물질 감지 및 식별을 위한 대체지표로써의 활용 가능성을 실험적 연구를 통해 평가하고자 하였다. 본 연구의 결과는 현장에서 쉽고, 신속하게 화학물질 감지 및 식별을 위한 정보를 제공할 수 있다는데 의미가 있으며, 화학사고의 신속한 대응을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

수도권에 용수를 공급하는 팔당유역은 경제, 사회, 환경적으로 매우 중요한 공공의 자산이며, 이러한 자산을 누리는 데에 이어 국민 모두가 공평한 혜택을 받을 필요가 있다. 수량과 수질의 만족도는 곧 지역민들의 복지이며, 복지는 삶의 질을 높여주는 것을 의미한다. 팔당유역에서는 인간의 개발행위로 인해 하천과 생태계의 지속적인 훼손과 방치가 발생하며, 팔당유역에 대한 수도권과 지역주민들의 사회적, 문화적 요구가 증가함에 따라 수자원의 안정적인 확보와 하천의 자연성 회복을 위해 유역 건전성 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 팔당유역 수량과 수질의 평가지표에 대한 과거 10년 동안의 기초자료를 수집하여 SPSS를 통해 통계분석을 실시하였다. 통계분석을 통해 도출된 결과를 이용해 가중치를 산정한 후 각 하천에 대한 유역 건전성 지수산정과 등급평가를 하여 표준유역 규모의 하천 변화 정도에 대한 상세평가를 통해 지역별 현황을 쉽게 파악할 수 있도록 하였다. 수량에 대한 기초자료는 TANK모형을 통해 자연유출량을 산정 후 관측유량과의 차이를 이용하여 산출하였으며, 수질에 대한 기초자료는 물환경정보시스템을 통해 수집하였다. 기초자료를 기반으로 왜곡된 자료의 정규성 확보 및 표준화를 수행하고, SPSS 프로그램을 이용하여 요인분석을 실시한 후 적합성 검토를 통해 최종지표를 산정하였다. 산정된 지표를 주성분 분석에 의한 가중치, 엔트로피에 의한 가중치를 산정하여 비교 후 최종 가중치를 선정하였다. 유역 건전성의 최종평가를 위해 가중치와 지표를 이용하여 지수산정 및 등급화를 실시하였다. 유역 건전성의 등급화를 통해 연도별 하천환경의 변화를 모니터링 함으로써 하천의 가치 보전과 개발에 따른 영향을 최소화할 수 있으며, 하천기본계획 수립 시 기초정보로 이용될 수 있을 것이다.

국내의 하천은 급격한 도시화 및 산업화로 인해 자연하천의 모습은 사라지고 이수와 치수 기능 위주의 하천관리가 이루어졌다. 하천은 치수기능을 강조하여 인공적으로 변화하였을 뿐만 아니라 하천생태환경 내에 서식하는 동식물의 서식 환경에도 교란을 야기하였다. 최근 하천관리의 패러다임이 변화함에 따라서, 하천이 갖는 자연적 특성을 회복하는 환경적 측면을 강조한 생태하천 복원사업에 대한 관심이 높아지고 있으나, 수생생물 서식지 복원과 생태계에 필요한 환경유량에 관한 정량적인 평가를 위한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 경상북도 김천시와 구미시를 관류하여 낙동강으로 합류되는 감천을 대상으로 하였으며, 댐 건설로 인한 하천 생태계 변화 및 하천유량에 대한 통계적 분석, 수리 모델링, 하천구역의 공간적 분석을 진행하였다. 통계적 분석을 위한 시계열 자료 구축은 감천 하류에 있는 선산관측소의 2002년 ~ 2019년까지 수위, 유량을 사용하였으며, 김천부항댐이 건설 된 2014년 1월 1일을 기점으로 댐 건설 전(2002 ~ 2013)과 댐 건설 후(2014 ~ 2019)로 구분하였다. HEC-EFM(Ecosystem Function Model)을 활용하여 어류를 포함한 수생생물의 성공적인 서식을 위한 환경유량을 산정하였다. 산정된 환경유량을 HEC-GeoRAS(Geographic River Analysis System)와 HEC-GeoEFM(Geographic Ecosystem Function Model)을 적용·연계하여 수생식생 도입이 가능한 하천 구간과 어류 산란 및 성장에 적합한 하천구간을 표현하였으며, 댐 건설 전후의 서식지 면적을 계산하여 수생생물의 성공적인 서식환경이 조성되었는지 확인하였다. 본 연구를 바탕으로 수생생물의 하천 서식지 개선을 위한 명확한 환경유량을 수립하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

가뭄은 과거부터 현재까지 국내뿐만 아니라 국외에서도 지속적으로 발생하고 있으며 가뭄피해를 줄이기 위하여 많은 연구가 과거에 수행되었고 현재까지도 진행되고 있다.(강동호 외 2명, 2019명) 가뭄은 일반적으로 강수량의 부족이 원인이 되어 나타나며 홍수와 달리 장기간에 걸쳐 광범위한 지역에 피해가 나타나는 특징이 있다. 그렇기에 가뭄은 감시 및 예측에 대한 어려움이 존재하며 우리나라에서도 가뭄으로 인해 수자원 공급 긴장상태를 경험하는 빈도가 점차 증가하고 있는 추세이다.(유지영 외 3명, 2016) 적조현상은 특정 조류의 폭발적인 증식으로 해수가 붉은 빛을 띄며 용존산소량을 부족하게 만들어 해양 생태계를 파괴하는 현상이다. 적조현상은 1990년대 이후 대규모 적조가 발생하여 1995년에는 적조로 인해 약 764억의 손실이 발생한 사례가 있다.(연합뉴스, 2019.09) 이후에도 적조현상은 점점 광역화, 장기화, 고밀도화 되면서 연평균 110억 이상의 피해를 지속적으로 주고 있다. 본 연구에서는 대상 지역을 대한민국 완도로 설정 하였다. 섬이라는 지역의 특성 상 가뭄이 발생하면 식수원의 공급이 어렵고 평시에도 물을 아끼기 위한 노력이 끊이지 않는 곳이다. 실제로 완도는 우리나라에서 가장 많은 피해이력이 있는 지역이다. 또 2016년 완도에서는 적조로 인해 전복이 집단 폐사하며 358억의 피해를 입은 사례가 있다.(중앙일보, 2016.09) 그렇기에 완도지역을 대상 지역으로 하여 비강우의 장기화 등의 이유로 나타나는 가뭄을 기상학적 가뭄지수 SPI를 활용하여 분석하고 ROC 분석을 통해 수온의 상승 시 나타나는 적조현상과의 관계를 분석함으로서 적조현상이 발생하는 한 척도로 가뭄의 발생 및 장기화를 생각 할 수 있는지 판단하고자 한다.

최근 하천의 유사 중 소류사량을 계측하기 위해 사용된 기존의 물리적 소류사 샘플러를 이용한 직접계측방법은 홍수 시에 깊은 수위와 빠른 유속, 계측 절차상의 위험성 때문에 현장관측이 매우 어려운 한계를 극복하기 위해 현업에서는 소류사량을 간접적으로 추정하는 이론식에 의한 방법이 광범위하게 활용되고 있으나 이 방법 또한 추정이론식의 적용지역, 적용방법에 따라 결과가 수십배 이상 큰 차이를 나타나 실제 활용성에 대한 문제점이 있다. 이러한 기존의 소류사량 측정 방법의 문제점을 보완하기 위해 소류사량을 간접계측하는 방법이 활발히 제안되고 있다. 대표적인 방법으로 하상 이동 시 소류사의 충돌음을 음향센서로 계측하여 신호처리를 통해 소류사량을 추정하는 계측기기인 하이드로폰이 있다. 그러나 국외의 소류사량 간접계측 장치는 소류사량의 운송량이 많을 경우 음향신호 중접으로 인해 펄스 수의 감소, 감지 가능한 입경크기의 제한 등의 문제가 있다. 또한 국내의 백무평(2018)이 제안한 소류사 분석 방법인 대역통과방법(B-P Method)는 소류사량 추정에 있어서 기존의 방법과는 달리 주파수 특성을 반영하여 이전 연구들에 비하여 펄스 검출률을 향상시겼지만 이 방법은 극히 낮은 저유속과 작은 입경이라는 실험조건에서 이루어졌다는 제한사항이 있다. 따라서 본 연구는 다양한 입경과 고유속에 대하여 소류사량을 정량화할 수 있는 방법을 제시하기 위해 소류사 입경이 하이드로폰에 충돌할 때 발생하는 단독입자의 충돌음을 계측하기 위한 실외 수로실험장치를 구축하여 계측을 수행하였다. 실험은 현장에서 대표 시료로 분류된 몇 가지 입경에 대해서 유량 변화에 따른 충돌음향과 소류사량 그리고 소류사 입경크기에 따른 하이드로폰에서 인지되는 음향 특성을 계측 및 분석하였다. 연구결과 입경 크기 및 수리조건 변화에 따른 하이드로폰의 충돌음향 특성을 파악하여 단일 입경별 소류사량 추정관계식을 산출하였다. 또한 산출된 추정 관계식의 특성치와 공급 소류사량 간의 관계를 유도해 보았다. 향후 혼합입경에 대한 실험과 추정 관계식 신뢰성 검토 후 추가적으로 다양한 실험조건을 고려하여 실제 하천에 운송되는 소류사량과의 교정관계 확립을 진행한다면 국내 소류사량 데이터 수집을 위한 현장 설치까지 가능할 것으로 사료된다.

2019년 10월 2일 ~ 3일 한반도에 상륙한 태풍 미탁으로 인해 사망 12명, 실종 3명, 부상 11명의 인명피해가 발생하였으며, 피해의 주된 원인은 토석류를 동반한 산사태로 나타났다. 특히 10월 10일 1차 특별재난지역으로 선포된 삼척시 원덕읍 갈남리 일대에는 산사태 발생 추정시간(10.2일 23:00)의 최대 시우량 110.5mm, 피해발생 양일 누적강우량(10.2.~10.3.) 417mm를 기록하였고 태풍과 집중호우에 따른 토석류가 갈남리 일대 유역에서 동시다발적으로 발생하여 하류부에 위치한 인근 지역에 관내 639세대, 1,167명의 이재민과 1,896백만원의 피해액이 발생하였다. 본 연구에서는 피해가 발생한 삼척시 갈남리 일대를 중심으로 경계조건 및 지형자료를 구축하기 위해 현장조사를 통하여 토석류의 시작지점, 계류의 폭 등 피해 발생 지점에 대한 조사를 실시하였다. 그리고 RAMMS 모델링을 이용하여 토석류의 유동특성인 유동심 및 유속을 분석하여 비교적 높은 유동심·유속이 확인되는 위치에 토석류 저감시설을 구축하였다. 이를 바탕으로 저감시설의 설치 위치에 변화를 주어 토석류의 확산면적, 이동거리 등 저감 된 유출량을 평가함으로 저감시설의 최적 위치 선정을 제시한다.

산업의 고도화가 진행됨에 따라 화학원료의 사용이 증가하고 있고 독성을 가진 화학물질이 하천으로 유입되는 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 수환경으로 유입되는 유해화학물질은 주로 무색무취의 물질들로 사고가 발생하더라도 초기 발견이 어려워 어류폐사를 유발하거나 취수시설에서 용수로 취수되는 경우가 발생하기 때문에 이에 대한 대응책 마련이 필수적이다. 하천에 유입된 오염물질의 거동을 신속하게 예측하기 위해 1차원 오염물질 추적 모형이 활용되는데, Fickian 이송-분산 모형(Fickian Advection-dispersion equation model; FADE)이 주로 사용되고 있다. 하지만 FADE는 오염물질이 하천 저장대에서 지체되는 현상을 반영하지 못하기 때문에 농도곡선의 왜곡도를 구현하지 못하는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천저장대모형(River Storage Model; RSM)을 개발하고 이를 국가하천인 감천에 적용하였다. 본 연구에서 개발한 RSM은 분산계수, 본류대 면적, 저장대 면적, 저장대 교환계수의 네 가지 매개변수를 통해서 하천의 물질 저장 및 교환 특성를 구현한 non-Fickian 모형으로서, 생화학반응, 휘발, 흡·탈착항을 추가하여 유해화학물질의 혼합 거동을 정확하게 모의할 수 있도록 개발하였다. 저장대 모형의 매개변수를 산정하기 위해서 하천 유량과 지형자료를 기반으로 HEC-RAS를 모의하여 계산된 수리특성을 입력변수로 사용하였다. 저수기, 평수기, 풍수기 유량을 기준으로 세 경우의 시나리오 모의를 수행하였는데, 5ton의 톨루엔이 김천산업단지에서 감천으로 유입된 경우 약 20km 하류에 위치한 취수장에서 톨루엔의 농도변화를 예측했다. 보존성 물질에 대한 모의 결과, 풍수기의 경우 저수기에 비해 유속이 크기 때문에 취수장에서 20.56시간 먼저 기준농도에 도달하고, 7.21시간 더 짧게 머무는 것으로 나타났다. 유해화학물질의 반응특성에 대한 민감도 분석을 시행한 결과, 생화학적 반감기가 18.98시간보다 길고, 옥탄올-물 분배계수가 2.267 이하인 물질은 생분해 및 흡·탈착 반응에 둔감한 것으로 나타났다. 1m 수심 기준 0.114m/s 이하 유속에서의 하천 수리조건에서는 화학물질의 휘발성을 무시할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

본 연구에서는 수리모형실험을 통하여 원형 다단 실린더 게이트 형식의 취수시설에서 발생하는 공기연행을 분석하였다. 수리모형실험의 원형은 경상북도 청도군에 위치한 운문댐의 "운문댐 안전성 강화사업"에서 계획되고 있는 신설취수탑을 기준으로 상사법칙은 Froude상사법칙을 적용하고 1/20의 모형 축척을 가지는 취수탑의 국부모형에 하류단 수위를 고려하기 위해 유량조절시설을 설치하여 실험을 실시하였다. 실험조건은 크게 두 가지로 구분하였으며, 수면으로부터 유입구 상단부까지의 거리 ∆h1(m)과 유입부 저수지 저류 수위와 하류단 유량조절시설간의 수위차인 ∆h2(m)이며, ∆h1에 대한 조건은 0.01m~0.06m로 0.01m 간격으로 6가지, ∆h2에 대한 조건은 0.10m~1.70m로 0.20m간격으로 9가지로 이를 조합하여 총 54개 CASE에 대해 진행하였다. 실험결과 공기연행 발생 시 그에 따른 영향을 평가하기 위해 발생 정도에 따라 미발생(Not Occur), 간헐적(Intermittent), 빈번한(Frequent), 지속적(Continuation), 공기 폭발(Air Explosion)로 분류하였으며, 각 공기연행 발생 시 취수유량의 감소율 및 영향을 분석한 결과 간헐적 공기연행 발생 시 최대 약 3.75%의 취수유량 감소, 빈번한 공기연행 발생 시 취수유량은 전체적으로 10%, 최대 약 13.19% 감소하였으며, 지속적 공기연행 발생 시 발생 이후 ∆h2증가에 의한 취수유량의 증가가 거의 이루어지지 않으며, 최대 56.25%의 취수유량이 감소, 공기 폭발 발생 시 취수유량의 영향은 지속적 발생과 비슷하나 관내 공기 포집 후 유입구로 방출 시 관에 강한 충격을 주어 안정성에도 큰 영향을 미칠 것으로 판단되어, 이에 안정성 및 취수유량 감소율을 고려하여 빈번, 지속, 공기 폭발 발생 영역에서의 취수는 적합하지 않으며, 공기연행 미발생 및 간헐적 발생 영역에서의 취수 시 목표 취수유량이 1.00~4.00(㎥/s)일 때 ∆h1= 0.40m 이상, 4.00~9.30(㎥/s) 일 때 ∆h1= 0.60m 이상, 9.30~9.53(㎥/s) 일 때 ∆h1=0.80m 이상, 9.53~9.65(㎥/s) 일 때 ∆h1= 1.00m 이상에서 취수유량 감소율 3.75% 이내로 취수유량의 확보가 가능하다. 이러한 결과는 원형 다단 실린더 게이트 형식의 취수시설에 대해 취수 시 수면와류에 의한 Air Core와 그에 따른 공기연행의 발생 조건과 영향을 수리모형실험을 통해 확인함으로써 실제 운용 시 보다 안정적이고 효율적인 운용에 대한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 추가로 수치해석을 통한 비교 및 공기연행과 관내 공기포집 정도에 대한 연구를 통해 보다 정확한 자료제시가 가능할 것으로 판단된다.

표면영상유속측정법은 영상을 이용한 비접촉식 유속 측정 방법으로 카메라 외에 별도로 고가의 장비를 구매할 필요가 없을 뿐 아니라 현장 상황을 영상으로 확인할 수 있기 때문에 현장조사인력이 필요 없어 경제적이고, 안전하다는 장점을 갖고 있는 하천 유속 측정 방법이다. 표면영상유속측정법은 일반적으로 상호상관법을 이용하여 수표면을 촬영한 연속된 두 영상에서 입자군의 명암값 분포를 계산하여 입자군의 변위를 계산하고 이를 두 영상 사이의 시간 간격으로 나누어 입자군의 이동 속도를 산정하는 방법이다. 따라서 표면영상유속측정법으로 산정한 유속의 정확도를 높이기 위해서는 영상 내 두 입자군의 변위를 정확하게 계산하는 것이 무엇보다 중요하다. 즉, 분석하고자 하는 영상의 물리거리를 정확하게 계산할 수 있어야 한다. 카메라를 이용하여 실제 하천 영상을 촬영한 영상은 카메라 렌즈에 의한 왜곡이 필연적으로 발생하게 되고 이는 영상 내의 변위 산정 시에도 영향을 미친다. 특히 드론을 활용하여 넓은 하천 영역을 촬영할 경우 카메라 렌즈에 의한 왜곡은 실제 물리 변위 계산 정확도에 큰 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 카메라 왜곡이 영상 내 변위 산정 결과의 정확도에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과 카메라 렌즈 왜곡은 영상 중심에서 방사방향으로 점점 크게 발생하고 왜곡 정도는 비선형적으로 나타났으며, 변위 측정 오차는 영상의 중앙부에서는 거의 차이가 없었으며, 영상 외곽부에서 최대 오차가 발생하는 것으로 나타났다. 그리고 카메라 렌즈 왜곡 보정을 실시하게 되면 영상 전체적으로 변위측정 오차는 모두 제거할 수 있는 것으로 확인하였다. 따라서 카메라 렌즈 왜곡 보정을 실시하여 표면영상유속 측정 결과의 정확도를 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 향후 카메라 렌즈 왜곡 보정을 실시한다면 하천의 표면유속을 보다 정확하게 측정할 수 있을 것으로 기대한다.

가뭄은 장기간에 걸쳐 광범위하게 발생하는 특징으로 인해 자연재해뿐만 아니라 사회·경제적으로도 큰 피해를 야기한다. 즉, 가뭄으로 인한 댐의 용수 공급 부족은 공업·농업뿐만 아니라 국민들의 생활에도 상당한 피해를 미친다. 하지만, 가뭄으로 인한 지역의 피해정도는 해당 지역의 특성 또는 가뭄에 대한 지역의 대처 능력에 따라 매우 상이하게 나타난다. 따라서, 가뭄에 의한 피해를 저감시키고 안전한 용수공급이 이루어질 수 있도록 지역의 특성 및 용수 공급 체계를 고려한 위험 정도를 분석하는 것이 필요하며, 사람들과 직접적인 연관성이 높은 물수급 관련 인자들을 고려하여 가뭄의 잠재적 영향 및 피해정도를 파악할 수 있는 가뭄 위험도 평가가 수행되어야 한다. 그러나 용수공급 및 수요 현황을 반영한 가뭄 노출성 및 취약성 평가는 아직 부족한 실정이며, 각 인자에 대한 가중치를 산정하는데 설문조사 또는 단순평균방법이 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 용수공급 체계 및 지역적 특성을 고려하고 객관적인 가중치 산정방안이 적용된 확률·통계적 가뭄 위험도를 평가방법을 제시하였다. 먼저, 용수공급 실패 사상의 발생 확률이 적용된 결합가뭄관리지수(Joint Drought Management Index, JDMI)를 통해 가뭄노출성지수(Drought Hazard Index, DHI)를 산정하고, 각 인자에 대한 영향정도를 객관적으로 판단할 수 있는 가우스 혼합 모델을 활용하여 가뭄취약성지수(Drought Vulnerability Index, DVI)를 산정하였다. 이 두 지수를 결합하여 가뭄위험도지수(Drought Risk Index, DRI)를 계산하고 위험도 평가를 수행하였다. 충청지역에 적용한 결과, DHI는 용수공급 실패 사상의 발생확률이 큰 보령시가 가장 높게 나타났으며, DVI는 농업적 요소의 가중치가 크게 산정됨에 따라 청주시가 가장 높게 산정되었다. DHI와 DVI가 결합된 DRI의 경우는 청주시가 가장 위험한 것으로 나타났다. 따라서, DRI가 가장 높은 청주시는 충정 지역의 가뭄 위험 경감을 위한 대응 수립시 우선적으로 고려되어야 한다.

우리나라에선 크고 작은 가뭄 피해가 자주 일어나고 있으며 최근엔 유래 없는 다년가뭄이 발생하면서 가뭄에 대한 경각심이 커지고 있다. 가뭄에 적절하게 대응하여 피해를 경감시키기 위해서는 신뢰도 높은 가뭄 예측이 선행되어야 한다. 이에 본 연구는 앙상블 예측과 베이즈이론(Bayes' theorem)을 수문학적 가뭄지수 중 하나인 SRI(Standardized Runoff Index)에 적용해 가뭄 확률 전망을 실시했으며 이를 EDP(Ensemble Drought Prediction)라고 칭하였다. 국내 8개 댐유역에서 EDP를 생성하고 개선하는 과정은 다음과 같이 진행된다. 우선 TANK모형을 활용한 1개월 선행 유량 예측(Ensemble Streamflow Prediction, ESP)의 결과를 SRI로 변환하여 EDP 확률분포를 생성한다. 그런 다음, EDP를 개선하기 위해 그 기초인 ESP에서 미흡한 토양수분 초기조건을 보완하고자 베이즈이론을 활용했다. APCC(APEC Climate Center)의 위성 관측 SMI(Soil Moisture Index) 자료로 SRI와의 회귀식을 구축, 이를 우도함수로 정의해 사전 EDP 분포를 업데이트한 EDP+ 확률분포를 생성했다. 그 결과, EDP와 EDP+ 모두 심도가 깊은 가뭄을 전망할수록 예측력이 기후학적 예측보다 좋지 않았다. 그럼에도 우도함수로 사용한 회귀식의 정확도가 높을수록 EDP+의 정확도도 향상되는 경향이 나타났으며, 이는 베이즈이론을 사용한다면 가뭄 확률 전망을 개선할 수 있다는 것을 의미하고 있다. 하지만, 확정 전망 정확도는 확률 전망 정확도와는 관계가 없었는데 이는 확정 전망과 확률 전망이 본질적으로 다르기 때문인 것으로 사료된다.

최근 국지성 호우가 빈번하게 발생하고 있고, 이로 인해 국내 도시지역 홍수피해 발생빈도와 피해규모가 증가하고 있다. 2010년, 2011년, 2018년에 서울에서는 홍수로 인한 침수피해가 크게 발생하여 많은 인명과 재산의 피해가 있었다. 이렇듯 도시지역은 타 지역에 비해 인구와 재산이 밀집되어 있어 홍수 취약성이 상대적으로 높은 지역이다. 국내에서는 홍수피해 저감을 위해 홍수예보를 발령하고 있다. 하지만 국내 홍수예보는 국가하천 및 지방하천의 주요 하천 구간에서만 실시되고 있어 이러한 하천에 접하지 않는 지역은 국가 홍수예보의 수혜를 받을 수 없다. 그렇기 때문에 각 지역에서는 홍수 대응을 위해 기상청의 호우특보 기준을 사용하고 있으며 이 기준은 전국적으로 동일하다는 특징이 있다. 하지만 각 도시지역은 과거 홍수피해에 따라 방재시설을 추가로 설치하거나 보수하고 있어 각 지역의 방재시설 현황 및 홍수에 대한 취약성 정도가 다른 상황이다. 그러므로 전국적으로 동일한 강우기준이 적용되어 발령되고 있는 호우 특보는 실제 각 도시지역의 방재현황이 고려되지 못한다는 문제가 있다. 이와 관련하여 과거 낙동강 지역을 대상으로 지역별 홍수위험도에 따른 홍수위험지수를 산정하고 검토한 연구가 수행된 바 있다. 본 연구에서는 각 도시지역의 방재 현황을 고려하여 강우기준을 보정할 수 있는 가중치를 산정하는 방안에 대해 제시하였다. 이를 위해 서울 지역 25개 기초지자체를 대상으로 연구를 진행하였으며, 홍수 취약성을 평가하기 위한 세부인자는 노출도, 민감도, 적응도로 구분하였다. 각 세부인자 별 가중치를 산정하기 위해서는 엔트로피 방법을 적용하였고, 산정된 결과를 이용하여 각 지역 별 가중치를 산정하기 위해서는 유클리드 거리 산정법을 적용하였다. 그 결과 각 지역의 방재 특성을 고려한 가중치를 산정할 수 있었으며 향후에는 지역 별 방재특성이 고려된 강우기준을 제시 및 적용성을 검토할 계획이다.

최근 전 세계적으로 기후변화 및 이상기후로 인해 홍수, 가뭄과 같은 수자원과 관련된 재해들의 빈도가 증가하고 있는 추세이다. 가뭄은 발생 시작 및 종료 시기가 명확하지 않고, 그 피해가 광범위한 특징으로 인해 농업분야에 직접적인 피해를 주고 있으며, 농산물 생산성 및 안정적인 농업용수 확보에 큰 영향을 미치고 있다. 과거 가뭄을 해석하기 위해서는 일반적으로 강수량, 가뭄지수 등 단일지표를 활용하여 가뭄을 평가하였으나, 최근 선제적인 가뭄대응을 위해 다양한 인자들을 종합하여 판단하는 취약성 평가 (Vulnerability Assessment) 개념을 도입하였다. 농업가뭄 취약성은 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 기상 및 수문학적 가뭄에 의한 작물 생산 피해 및 가축의 피해를 동반할 수 있는 가능성으로 정의한다. 본 연구에서는 농업용 저수지 중심의 농업용수 기반 취약성 평가 항목을 선정하여 농업가뭄 취약지도를 작성하였다. 민감도, 노출도 및 적응능력 개념에 적합한 대응변수를 활용하여 저수지의 저수율, 용수 부족 및 가뭄 대응능력 뿐만 아니라 사회·환경적, 기상학적 영향을 고려한 평가 항목 선정하였다. 항목별 단위 및 특성을 통합하기 위해 스케일 재조정 (Re-Scaling), Z-Score 등 다양한 방법을 활용하여 표준화를 실시하였으며, AHP (Analytic Hierarchy Process), 엔트로피 분석 등을 통해 항목별 가중치를 산정하였다. 또한 농업가뭄에 긍정적인 영향과 부정적인 영향을 미치는 항목을 구분하여 대응변수를 적용하였다. 이를 바탕으로 농업가뭄 취약성을 평가하여 항목별 등급을 구분하였으며, 전국 167개 시군을 대상으로 농업가뭄 취약지도를 작성하였다. 본 연구의 결과는 시군별 맞춤형 농업가뭄 대응정책의 기초자료 활용 가능하며, 농업가뭄 취약지역/상습가뭄지역에 대한 정보 제공이 가능할 것으로 판단된다.

가뭄은 다른 자연재해에 비해 진행 속도가 느리고 발생 시작 시기가 명확하지 않다. 또한 피해지역이 광범위하다는 점에서 사회, 경제적 피해와 농업 생산 시스템 및 수확량 등 농업 전반에 걸쳐 직접적인 영향을 미치고 있다. 전지구적 기후변화로 인해 국내의 가뭄 발생빈도는 2000년 이후 증가하고 있으며, 가뭄의 정량적 분석은 선제적 가뭄 대응을 위해 필요하다. 현재 국내에서는 여러 유관기관에서 지상 관측 데이터를 활용하여 가뭄을 모니터링하고, 가뭄 공간 분포 지도를 제공하고 있다. 하지만 지상 관측 데이터를 통한 가뭄 분포 지도는 미계측 지역에 대한 데이터 취득이 어렵고, 지형학적 특성을 고려하지 못하는 한계점이 있다. 이러한 한계점을 보완하기 위해 수자원 및 재해 분야에서 위성영상이 활용되고 있다. 위성영상을 활용한 가뭄 판단 및 예측에는 정규식생지수 (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)가 사용되고 있으며, 식생지수는 가뭄 발생, 진행 등에 있어 즉각적인 반응이 어렵다는 단점이 있다. 본 연구에서는 잠재 증발산과 실제 증발산의 비를 이용해 산정된 위성영상 기반 가뭄 지수인 Evaporative Stress Index (ESI)를 활용하였다. NASA (National Aeronautics and Space Administration)에서 제공하는 ESI는 전지구를 대상으로 5km 해상도로 제공하고 있다. 하지만 국내 가뭄 판단을 위해서는 높은 해상도의 영상이 필요하며, 본 연구에서는 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 영상을 활용한 ESI의 산정을 통해 해상도의 문제를 개선하고자 한다. 산정한 500m 해상도의 ESI는 기존 5km 해상도의 ESI와 비교 검증하였으며, SPI 및 과거 가뭄 발생 현황 자료를 근거로 ROC (Receiver Operating Characteristics) 분석을 통해 시군 단위 농업가뭄평가의 적용성을 확인하고 한다.

기후변화로 인한 강수량 감소 및 하천 인근에서의 무분별한 취수로 인하여 하천의 유량 감소와 그로 인한 수질 악화 문제가 심각해지는 실정이다. 우리나라의 전체용수사용량 중 농업용수가 차지하는 비중은 약 41%에 달하며, 이중 약 90%가 논에서 사용되고 있다. 특히 우리나라의 경우 논벼는 담수 상태에서 재배되기 때문에 관개용수가 농업 활동에 많이 사용되고 있다. 이러한 과다한 농업용수 사용은 하천유량 감소에 큰 영향을 미치며 이에 따라 농업용수 절약을 위한 다양한 연구가 이루어져 왔다. 국내에서는 필지 단위 기반 SRI(System of Rice Intensification) 재배기법 모니터링을 통한 논에서의 관개용수 절약 및 온실가스 저감 효과와 관련된 연구가 진행되었다. SRI 재배기법은 논 토양을 호기상태로 유지하여 관개 시 관행대비 약 40~67%의 용수 저감 효과가 나타나는 것으로 조사되었다. 하지만 필지 단위에서 제한적으로 모니터링 결과 기반의 연구가 이루어졌으며 아직까지 유역 모델을 이용하여 SRI 재배기법 적용에 따른 유량확보 및 수질 개선 효과를 정량적으로 분석한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구의 목적은 달천 유역을 대상으로 유역 모델 중 하나인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형에 SRI 재배기법을 적용하여 하천의 유량확보 및 수질 개선 효과에 대한 분석을 수행하는 것이다. 향후 본 연구의 기 수행된 SRI 재배기법의 모델링 적용 결과는 유역 단위의 실질적인 유량확보 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

국내외 기상이변으로 인한 하천허용유량의 초과가 많이 일어나고 있다. 이때 사람이 직접 도섭으로 하천의 정보 대한 정보를 취득하기 어렵기 때문에 간접적인 방법으로의 정보취득이 중요시 되어야 한다. 그에 따른 방법으로 주입식의 표면부자를 활용한 방법이나, PIV 기법을 활용한 표면영상유속계측법을 이용한 유속측정방법 등이 있다. 하지만 이런 표면영상유속계측법은 영상의 변위가 커지게 되어 시간간격 설정에 대한 어려움 등이 있고, 표면부자법의 경우 표면 유속을 대변 할 수 있을지에 대한 분석연구가 필요하다. 따라서 이러한 표면 영상 유속계측법과 표면부자의 수표면 유속 측정 능력 등을 분석하여 GPS 전자부자의 활용성을 확인해 보고자 하였다. Lab-Scale 수로에서 GPS전자부자를 입자로 활용하여 주입 후 흘러가는 부분을 영상촬영하고, LS-PIV 기법을 활용하여 분석한 후 검증이 된 전자유속계 (FlowTracker)의 데이터를 참값으로 비교 분석하였다. LS-PIV 기법을 통해서 GPS 전자부자의 표면 유속 측정 능력을 잘 검증해낸다면, 유속측정에 용이하고 접근성 및 안정성까지 확보할 수 있다. 더 나아가 홍수 시 사용뿐만 아니라, ADCP나 ADV로 측정이 불가능한 저수심·저유속의 중소하천에서도 적용할 수 있다. GPS전자부자의 지속적인 연구는 향후 하천 측정 시스템에 많은 도움을 줄 것으로 사료된다.

하천환경조사는 하천의 전반적인 특성을 조사 분석하는 것으로 하천환경 조사결과는 하천관련사업의 기초자료로 사용된다. 하천환경조사의 기초조사에서는 현장답사를 통해 하천의 특성을 대략적으로 판단하고 하천 전구간의 물리적 구조와 식생의 분포, 중요 서식처 정보를 포함하는 RCS 지도(River Corridor Survey)를 작성한다. 기초조사를 위해서는 하천 전 구간에 대한 현장답사가 필요하기 때문에 많은 시간, 비용 그리고 인력이 필요하고, 육안 또는 사진을 통한 스케치로 이루어져 조사 결과가 정성적이고 작업자의 경험이나 능력에 따라 결과가 좌우된다는 한계가 있다. 따라서 하천환경조사를 좀 더 간편하고 과학적이며 경제적으로 조사하기 위해 최근 드론 영상을 이용한 조사 기술 개발에 대한 연구들이 증가하고 있다. 하지만 드론을 이용한 하천환경조사의 대부분은 RGB 영상을 이용하기 때문에 정밀한 하천환경 변화를 정량적으로 분석하는데 한계가 있다. 이를 극복하기 위한 대안으로 사람이 감지할 수 있는 빛의 영역 뿐 아니라 자외선과 적외선 영역의 분광특성을 이용하여 하천환경의 특성을 세밀하게 분류하는 것이 가능한 초분광센서를 드론에 탑재하여 하천환경을 조사하기 위한 기초 연구들이 시작되고 있다. 본 연구에서는 line scan 방식의 초분광센서를 드론에 탑재하여 초분광영상을 촬영하기 위한 드론 시스템을 구성하였고, 하나의 사진과 같이 초분광영상을 제작하기 위해 다양한 기하보정 기술을 적용하여 최적의 기하보정 방법을 제시하였다. 이를 위해 초분광영상의 기하보정은 각각의 초분광영상의 GCP와 대응점을 이용한 2차원 변환 방법 및 비선형 변환 방법을 적용하여 보정을 수행하였으며, 각 방법에 따른 정사보정 영상의 위치정확도를 검증하였다. 연구 결과 드론 기반의 초분광영상 촬영 및 기하 보정 방법을 제시하였다. 향후 하천환경조사 뿐만 아니라 다양한 분야의 원격탐사에 초분광영상을 활용하는데 도움이 될 것으로 기대한다.

조류는 계절별 기상 및 수질 조건에 따라 규조, 녹조, 남조의 발생 및 천이가 이루어지는데 최근 기후 변화로 인해 출연종 별 발생 및 천이의 시기 또한 빨라지고 있다. 이 중 남조류의 경우 초여름에 발생하여 급격한 증식으로 대발생되어 녹조현상을 야기하고 이는 해당 수역의 생태계 파괴, 그 이외에도 사회적, 경제적, 환경적인 측면에서 많은 문제를 유발한다. 하천·호소의 조류의 발생과 거동에 대한 이해와 효과적인 대응책 마련을 위하여 현상에 대한 모니터링이 선행되어야 하지만 기존 조사방식은 점, 선 단위의 간헐적 측정을 통해 진행되고 있어 많은 인력과 시간이 필요로 하고 있는 실태이다. 현재 이에 따른 문제 해결을 위한 하천·호소의 원격탐사 기법을 이용한 조류의 발생 및 거동에 대한 모니터링 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 초분광 영상을 이용한 원격 탐사 모니터링을 위한 선행연구를 위해 400-1000 nm에서 NIR(visNIR)파장을 분석할 수 있는 초분광 카메라 CORNING사의 micro HSITM 410 shark와 영상 흔들림 보정을 위한 DJI사의 로닌-MX를, 이용하여 현재 녹조류, 남조류 5종의 배양액과 방사보정을 위해 99% 반사율의 반사판과 함께 촬영하여 영상을 수집하였다. 수집된 영상을 통하여 방사보정 및 해당 Base 제거를 통한 조류의 분광 정보 추출 과정을 통해 조류별 분광 정보를 추출, 분석하여 해당 조류의 분광특성을 파악하고 기초 라이브러리를 구축하여 제시함으로 추후 하천·호소에서의 초분광 영상 기반 원격탐사 모니터링에 적용하고자 한다.

최근 기후변화와 여름철 고온 등으로 인한 녹조현상, 화학물질 및 유류 유출 등 화학사고로 인한 하천의 수질오염과 관련된 사회적 관심이 높아지고 있다. 특히, 화학사고로 인한 유해화학물질 유출은 인체에 접촉 시 악영향을 끼치며, 대기·수질·토양을 오염시키고 주변 농작물의 변색이나 괴사를 유발하는 등의 피해를 야기하기 때문에 적절한 조치와 대응이 필요하다. 환경부에서는 유해화학물질 유출사고로 인한 국민건강 및 환경상의 위해를 예방하기 위해 화학물질관리법과 화학물질 등록 및 평가에 관한 법률을 제정하여 유해화학물질을 관리하고 화학사고에 대응하고 있다. 그러나, 화학사고 발생 시 공장 인근의 먼지, 악취 등을 감시하기 위해 현장인력에 의존하거나 화학물질의 유출이 우려되는 곳에 제한적으로 검출센서를 설치해 사고를 감시하고 있어 검출센서 미설치 지역에 대한 능동적 탐지가 어렵고, 화학물질의 공간적 분포 탐지가 불가능하여 초동 대응에 한계가 있다. 한편 최근 초분광 영상을 활용하여 물질 고유의 분광특성을 분석함으로써 토지피복, 식생, 수질 등의 식별에 활용되고 있다. 따라서 초분광 센서를 활용한 화학물질 감지 가능성도 보여주고 있지만, 초분광 센서를 활용한 하천의 화학물질 감지를 위한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 유해화학물질 18종을 대상으로 초분광 영상을 이용한 상호 구분이 가능한 지 확인하고자 해당 유해화학물질의 초분광 영상을 촬영하여 분광라이브러리를 구축하였다. 또한 물질별 특성을 보이는 분광밴드의 범위를 지정해 특성 분광라이브러리를 구축하였으며, 해당 과정에 대한 표준 및 절차를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 절차에 따라 18종의 유해화학물질 분광라이브러리와 특성 분광라이브러리를 구축한 결과, 유해화학물질의 식별 가능성을 확인하였다. 향후 연구를 통해 유해화학물질 분광라이브러리 데이터베이스를 확대하고, 실시간 모니터링에 적용할 경우 신속한 화학사고 발생여부 감지 및 대응에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

토양수분은 TDR(Time Domain Reflectometry)이나 Tensiometer 등의 장비를 이용하여 측정을 시행하고 있으나, 이를 위해서는 많은 인력과 경제적 자원이 소비될 뿐만 아니라 시공간적으로 측정할 수 있는 범위에 한계가 있다. 지상 관측의 대안으로 MIRAS(Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis)나 SMAP(Soil Moisture Active Passive), AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2) 등의 수동 마이크로파 위성 센서를 이용한 공간 토양수분 관측이 수행되었으나, 낮은 공간 해상도(9~36km)는 지역 규모의 토양수분 분포를 나타내기 충분하지 않고, 높은 불확실성을 내포하고 있다. 본 연구에서는 금강 상류의 용담댐 유역(930.0㎢)을 대상으로 Sentinel-1 C-band SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 이용한 토지 피복 및 토양 속성을 고려한 10m 해상도의 토양수분 산출을 수행하였다. 용담댐 유역은 산림 79.7%, 논 9.0%, 밭 5.4%, 주거지 2.9%의 토지 피복 비율을 가지며 토양은 사양토(66.6%)와 양토(20.9%)가 우세하다. Sentinel-1 C-band SAR 영상은 SeNtinel Application Platform(SNAP)을 이용하여 전처리 후, 후방산란계수로 변환하였다. 토양수분 알고리즘은 TU-Wien change detection algorithm과 Regression model을 활용하였고, 검증을 위한 실측 토양수분 자료는 한국수자원공사(K-water)에서 제공하는 5년(2014~2018)간의 토양수분 관측자료를 이용하였다. 산출된 토양수분은 결정계수(Coefficient of determination, R²) 및 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 이용하여 실측 토양수분과 비교하였다. Sentinel-1 C-band SAR 영상을 이용한 고해상도의 토양수분 산출은 토지 피복 및 토양 속성을 고려한 지역 규모의 공간 토양수분 분포 및 시간적 변화를 표현 가능할 것으로 판단된다.

전 세계적으로 기후변화에 따른 온난화 현상으로 인하여 농업에 직접적인 영향을 주는 기상 및 환경요인의 변화가 급격하게 진행되고 있다. 2017년에는 전국의 봄철 강수량이 평년 대비 60% 수준으로 물 부족 현상을 야기하여 극심한 가뭄이 발생하였다. 최근 지역적인 강수량 부족으로 인한 국소적인 가뭄 발생 및 발생빈도가 높아지고 있는 추세이며, 특히 농업가뭄은 농업용수의 주요한 용수공급시설인 농업용 저수지 및 용수공급시설의 지역적 편중 등으로 농업용수 부족 상황이 발생할 위험이 커지고 있다. 따라서, 시기별 저수지의 가용용수능력을 평가하는 것이 중요하며, 이러한 판단을 위하여 위성영상을 이용한 저수지 수표면적 및 용수능력판단이 필요하다. 본 연구에서는 가뭄시기의 저수지 수표면적 및 용수능력판단을 위하여 Sentinel-2 위성영상을 활용하여 2016년부터 2018년까지 충청남도 서산 지역의 농업용 저수지를 대상으로 정규수분지수(Normalized Difference Water Index, NDWI)을 산정하였다. NDWI는 위성영상의 파장 정보를 활용하여 지표면의 수분함유량과 관계를 나타내며, 하천, 호수, 습지 등 수분을 다량으로 함유한 지형지물을 탐지하기 위하여 사용된다. NDWI와 수위-내용적 자료와의 관계로부터 저수지 수표면적을 산출하였으며, 이에 따른 상관성 분석을 통하여 위성영상을 활용한 농업용 저수지의 가용수량 추정방법을 제시하고자 한다.

Recently, As the frequency of localized heavy rains increases, the use of high-resolution radar data is increasing. The produced radar rainfall has still gaps of spatial and temporal compared to gauge observation rainfall, and in many studies, various statistical techniques are performed for correct rainfall. In this study, the precipitation correction of the S-band Dual Polarization radar in use in the flood forecast was performed using the ConvAE algorithm, one of the Convolutional Neural Network. The ConvAE model was trained based on radar data sets having a 10-min temporal resolution: radar rainfall data, gauge rainfall data for 790minutes(July 2017 in Cheongju flood event). As a result of the validation of corrected radar rainfall were reduced gaps compared to gauge rainfall and the spatial correction was also performed. Therefore, it is judged that the corrected radar rainfall using ConvAE will increase the reliability of the gridded rainfall data used in various physically-based distributed hydrodynamic models.

Annual sediment deposition in reservoirs behind weirs poses flood risk, while its accurate prediction remains a challenge. Sediment management by hydraulic flushing is an effective method to maintain reservoir storage. In this study, an integrated approach to predict sediment inflow and sediment flushing simulation in reservoirs is presented. The annual sediment inflow prediction was carried out with Artificial Neural Networks (ANN) modelling. RESCON model was applied for quantification of sediment flushing feasibility criteria. The integrated approach was applied on Sangju Weir and also on estuary of Nakdong River (NREB). The mean annual sediment inflow predicted at Sangju Weir and NREB was 400,000 ㎥ and 170,000 ㎥, respectively. The sediment characteristics gathered were used to setup RESCON model and sediment balance ratio (SBR) and long term capacity ratio (LTCR) were used as flushing efficiency indicators. For Sangju Weir, the flushing discharge, Q_f = 140 ㎥/s with a drawdown of 5 m, and flushing duration, T_f = 10 days was necessary for efficient flushing. At NREB site, the parameters for efficient flushing were Q_f = 80 ㎥/s, T_f = 5 days, N = 1, El_f = 2.24 m. The hydraulic flushing was concluded feasible for sediment management at both Sangju Weir and NREB.

This study is to evaluate the drought-related bigdata characteristics published from South Korean by developing crawler. The 5 years (2013 ~ 2017) drought-related posted articles were collected from Korean internet search engine 'NAVER' which contains 13 main and 81 local daily newspapers. During the 5 years period, total 40,219 news articles including 'drought' word were found using crawler. To filter the homonyms liken drought to soccer goal drought in sports, money drought economics, and policy drought in politics often used in South Korea, the quality control was processed and 47.8 % articles were filtered. After, the 20,999 (52.2 %) drought news articles of this study were classified into four categories of water deficit (WD), water security and support (WSS), economic damage and impact (EDI), and environmental and sanitation impact (ESI) with 27, 15, 13, and 18 drought-related keywords in each category. The WD, WSS, EDI, and ESI occupied 41.4 %, 34.5 %, 14.8 %, and 9.3 % respectively. The drought articles were mostly posted in June 2015 and June 2017 with 22.7 % (15,097) and 15.9 % (10,619) respectively. The drought news articles were spatiotemporally compared with SPI (Standardized Precipitation Index) and RDI (Reservoir Drought Index) were calculated. They were classified into administration boundaries of 8 main cities and 9 provinces in South Korea because the drought response works based on local government unit. The space-time clustering between news articles (WD, WSS, EDI, and ESI) and indices (SPI and RDI) were tried how much they have correlation each other. The spatiotemporal clusters detection was applied using SaTScan software (Kulldorff, 2015). The retrospective and prospective cluster analyses were conducted for past and present time to understand how much they are intensive in clusters. The news articles of WD, WSS and EDI had strong clusters in provinces, and ESI in cities.

According to the IPCC analysis, severe climate changes are projected to occur in Korea as the temperature is expected to rise by 3.2 ℃, the precipitation by 15.6% and the sea level by 27cm by 2050. It is predicted that the occurrence of abnormal climate phenomena - especially those such as increase of concentrated precipitation and extreme heat in the summer season and severe drought in the winter season - that have happened in Korea in the past 30 years (1981-2010) will continuously be intensified and accelerated. As a result, the impact on and vulnerability of the water management sector is expected to be exacerbated. This research aims to predict the climate change impacts on streamflow of Daecheong Lake area of Geum River in South Korea during the summer and winter seasons, which show extreme meteorological events, and ultimately develop an integrated policy model in response. We projected and compared the streamflow changes of Daecheong Lake area of Geum River in South Korea in the near future period (2020-2040) and the far future period (2041-2060) with the reference period (1991-2010) using the HEC-HMS model. The data from a global climate model HadGEM2-AO, which is the fully-coupled atmosphere-ocean version of the Hadley Centre Global Environment Model 2, and RCP scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) were used as inputs for the HEC-HMS model to identify the river basins where cases of extreme flooding or drought are likely to occur in the near and far future. The projections were made for the summer season (July-September) and the winter season(November-January) in order to reflect the summer monsoon and the dry winter. The results are anticipated to be used by policy makers for preparation of adaptation plans to secure water resources in the nation.

Due to the development of technologies, complex computation of huge data set is possible with a prevalent personal computer. Therefore, machine learning methods have been widely applied in the hydrologic field such as regression-based regional frequency analysis (RFA). The main purpose of this study is to compare two frameworks of RFA based on the artificial neural network (ANN) models: quantile regression technique (QRT-ANN) and parameter regression technique (PRT-ANN). As an output layer of the ANN model, the QRT-ANN predicts quantiles for various return periods whereas the PRT-ANN provides prediction of three parameters for the generalized extreme value distribution. Rainfall gauging sites where record length is more than 20 years were selected and their annual maximum rainfalls and various hydro-meteorological variables were used as an input layer of the ANN model. While employing the ANN model, 70% and 30% of gauging sites were used as training set and testing set, respectively. For each technique, ANN model structure such as number of hidden layers and nodes was determined by a leave-one-out validation with calculating root mean square error (RMSE). To assess the performances of two frameworks, RMSEs of quantile predicted by the QRT-ANN are compared to those of the PRT-ANN.

Decision making strategies should consider both adaptiveness and robustness in order to deal with two main characteristics of climate change: non-stationarity and deep uncertainty. Especially, robust strategies are different from traditional optimal strategies in the sense that they are satisfactory over a wider range of uncertainty and may act as a key when confronting climate change. In this study, a new framework named Robust Stochastic Dynamic Programming (R-SDP) is proposed, which couples previously developed robust optimization (RO) into the objective function and constraint of SDP. Two main approaches of RO, feasibility robustness and solution robustness, are considered in the optimization algorithm and consequently, three models to be tested are developed: conventional-SDP (CSDP), R-SDP-Feasibility (RSDP-F), and R-SDP-Solution (RSDP-S). The developed models were used to derive optimal monthly release rules in a single reservoir, and multiple simulations of the derived monthly policy under inflow scenarios with varying mean and standard deviations are undergone. Simulation results were then evaluated with a wide range of evaluation metrics from reliability, resiliency, vulnerability to additional robustness measures. Evaluation results were finally visualized with advanced visualization tools that are used in multi-objective robust decision making (MORDM) framework. As a result, RSDP-F and RSDP-S models yielded more risk averse, or conservative, results than the CSDP model, and a trade-off relationship between traditional and robustness metrics was discovered.

In recent years, soil erosion has come to be regarded as an essential environmental problem in human life. Soil erosion causes various on- and off-site problems such as ecosystem destruction, decreased agricultural productivity, increased riverbed deposition, and deterioration of water quality in streams. To solve these problems caused by soil erosion, it is necessary to quantify where, when, how much soil erosion occurs. Empirical erosion models such as the Universal Soil Loss Equation (USLE) family models have been widely used to make spatially distributed soil erosion vulnerability maps. Even if the models detect vulnerable sites relatively well by utilizing big data related to climate, geography, geology, land use, etc. within study domains, they do not adequately describe the physical process of soil erosion on the ground surface caused by rainfall or overland flow. In other words, such models remain powerful tools to distinguish erosion-prone areas at the macro scale but physics-based models are necessary to better analyze soil erosion and deposition and eroded particle transport. In this study, the physics-based Surface Soil Erosion Model (SSEM) was upgraded based on field survey information to produce sediment yield at the watershed scale. The modified model (hereafter MoSE) adopted new algorithms on rainfall kinematic energy and surface flow transport capacity to simulate soil erosion more reliably. For model validation, we applied the model to the Doam dam watershed in Gangwon-do and compared the simulation results with the USLE outputs. The results showed that the revised physics-based soil erosion model provided more improved and reliable simulation results than the USLE in terms of the spatial distribution of soil erosion and deposition.

현재 4차 산업혁명은 산업 전 분야에 걸쳐 일어나고 있다. 농업용수 분야에서도 데이터를 활용한 수요자 중심의 지능형 물 관리사업 뿐만 아니라 일정규모 이상의 저수지 및 양수장에 대하여 농업용수 공급량 측정을 위한 계측기 설치사업이 추진 중에 있다. 그러나 현재까지 설치된 계측장치들의 활용방안에 대해서는 뚜렷한 성과가 도출된 바 없기에 농업용수 계측장치들의 활용방안에 대한 깊이 있는 연구가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 충북 진천군 소재 무수저수지 유역을 대상으로 농업용수 계측정보를 활용하여 관개용수의 최적 관리방안을 모색하고자 하였다. 농업용 저수지의 공급량, 용수간선의 수문개도율에 따른 각각의 시나리오를 설정하고 시나리오별 목적함수를 계산하여 농업용수의 최적 관리를 위한 시설물조작 알고리즘을 도출하였다. 뿐만 아니라 관개구역 내 수리시설물, 영농방식, 용수공급현황 등의 조사를 통해 농업용수 관개수로망을 구성하고 수리해석을 실시하여 농업용수 최적관리 알고리즘의 적용성을 검토하였다.

본 연구는 경남지역의 주요 양액재배 작물인 토마토, 딸기, 파프리카를 대상으로 순환식/비순환식 양액재배 시설을 대상으로 모니터링을 실시하고 그 결과를 분석하여 양액재배로 인한 배출부하량의 특성을 분석하고 관리방안을 마련하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 대표 재배작물에 대한 순환식/비순환식 양액재배 농가를 선정하고, 작물의 생육기간을 고려하여 유입수와 유출수의 유량과 수질모니터링을 실시하여 생육시기별로 양액재배 농가로부터 배출되는 작물별 배출부하량을 분석하였다. 순환식/비순환식 양액재배농가를 대상으로 매월 1회 pH, EC, DO, BOD, SS, T-N, T-P 등의 수질항목을 조사하였으며, 수질은 공인인증기관을 통해 분석하였다. 또한, 폐양액의 인근 하천 유입에 따른 수질영향을 분석하기 위하여 인근 하천의 양액재배 단지 상류지역, 재배단지 내 배수로, 재배단지 하류를 선정하여 수질의 변화 양상을 분석하였다. 본 연구를 통해 폐양액 배출을 최소화하는 순환식 양액재배 시스템의 효과를 분석하고, 양액재배 지역의 폐양액과 주변 하천수의 정량적 분석을 통해 양액재배 밀집지역의 오염화 정도와 환경부하 저감을 위한 기초데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

본 연구는 북한의 식량난과 산림복구의 일환으로 추진되고 있는 임농복합경영의 현주소를 파악하고 북한의 임농복합경영이 가지는 대표적인 문제점이자 한국농어촌공사에서 접근할 수 있는 기술분야인 관개시설의 구축방안에 초점을 두어 해결방안을 모색하고자 하였다. 특히 임농복합경영 대상지의 경우, 산지를 개간하여 경사도 30° 이하의 경사지를 이용하고 있기 때문에 이 경우 토성이 사질 혹은 식질이 많아 보수력이 평지에 비해 크게 떨어지고 유효수분이 있는 토심도 낮기 때문에 가뭄 및 한발피해에 취약하다. 한발 시 관개를 위해 필요한 저수규모를 설정하기 위해서 강릉 안반데기와 영월 조전지구에서 산정한 단위용수량을 근거로 저수규모를 결정하였다. 계곡물이나 빗물은 자연흐름식 등의 방법으로 동력을 사용하지 않고도 집수할 수 있지만 하천이나 지하수를 퍼올려야 할 경우는 동력이 필수적으로 요구되기 때문에 대체에너지 활용을 고려하는 것이 필요하다. 따라서 임농복합경영을 위한 관개분야에 대한 대책으로 복합 취수원에 따라 하천, 지하수, 계곡, 빗물 등으로 구분하고 그에 따른 주요시설과 사업비를 산출하였다. 북한에서는 임농복합경영을 위한 경제성이 있는 규모로 50ha를 제안하고 있어 50ha규모의 임농복합경영 관수시설 부분에 대한 제안과 북한이 추진하고 있는 임농복합경영은 대부분 외부 지원에 의존하고 있기 때문에 지원의 용이성 및 가능성을 고려하여 10ha의 규모 역시 제안하였다. 50ha의 규모일 때 주요시설은 취수보, 양수장, 암반관정, 저수조, 물탱크, 송수관로, 급수관로, 급수대, 팜폰드, 둠벙, 배수로, 농로 등이며 수원공은 하천, 계곡, 지하수, 빗물이다. 동력은 태양광, 풍력으로 저수규모는 저수조에 2,000톤(40%여유수량), 팜폰드 및 둠벙에 800톤(60%여유수량)을 확보하였다. 10ha의 규모일 때 주요시설은 저수조, 물탱크, 급수관로, 팜폰드, 둠벙, 배수로, 농도 등이며 수원공은 빗물이다. 동력은 경사차를 이용한 자연흐름식 집수 방식으로 무동력이다. 본 연구는 향후 남북관계 개선시 우선 지원사업의 하나로 활용이 가능하다는데 의의가 있다. 50ha의 규모에 제시된 동인 태양광 및 풍력의 경우도 지속적인 유지관리 비용이 들지 않지만 초기 설치비가 높기 때문에 경제성이 있는 관개시스템을 개발할 필요가 있다.

새만금 간척지는 1989년 '새만금간척사업'이 발표된 이래 1991년에 방조제 공사를 시작으로 2006년 물막기 공사를 완료하였고, 2009년 이후 방조제를 완공하여 현재는 40,100ha의 간척지가 조성되었다. 하지만 간척지는 장기적으로 환경에 악영향을 미치며 특히 간척으로 인한 해안경관의 가치 상실, 생태계 파괴 및 교란에 따른 변화가 크기 때문에 이에 대한 대책이 필요하다. 적극적인 식생의 도입이 그 대책의 하나가 될 수 있는데 이는 자연적으로 식물천이를 유도하고 동물들을 유인하여 생태적으로 건강한 환경을 조성하는데 기여할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 새만금간척지의 대표적인 수목생육 제한 요인으로 판단되는 염분, 배수 및 통기성에 대한 시험연구를 진행하고자 '09~'11까지 초기에 김제광활에서 2ha의 시험포를 운영하였고, '12부터는 군산옥구에서 2ha의 시험포를 운영하고 있다. 수목을 심을 포지를 구획하기 전에 토양의 염분값을 낮추기 위해서 군산옥구의 경우, 2ha의 시험포를 포함한 전체 묘목장 부지(100ha) 중에서 일부구간(38ha)을 '09 부터 자연강우 담수제염을 통해서 제염을 진행하였다. 이를 통해 초기 염분 값이 18ds/m~20ds/m에서 8ds/m~10ds/m로 낮아졌다. 이렇게 수목이 자랄 수 있는 정도의 제염이 이루어진 이후에는 배수 및 통기성 부분에 초점을 맞추어 포지를 구획하였다. 단지1의 경우, 사전제염작업을 하지 않고, 5M간격의 암거를 설치하였고, 단지2의 경우, 사전강우제염을 진행하고, 10M간격의 암거를 설치하였다. 단지3의 경우, 사전강우제염을 진행하고 그 위에 0.4M의 준설토를 성토하여 포지를 조성하고 일부구간에 5M, 10M암거를 설치하였다. 2년 간의 수목 생존률 및 생장 모니터링을 통해서 각 단지에서의 수목생장의 적합성의 정도를 간접적으로 판단할 수 있었다. 단지3이 암거설치 간격 및 설치유무에 관계없이 수목이 자라는데 가장 적합했다. 다음으로 단지2, 단지1 순으로 나타났다. 염분 값을 낮추기 위한 자연강우 담수제염의 경우에는 문제가 되지 않지만 배수 및 통기성 개선을 위한 암거설치의 경우는 새만금 전체 식재구역에 적용하기에는 경제성이 떨어지므로 배수 및 통기성을 위한 별도의 방안이 요구된다. 또한 각 단지에서의 수목 생장모니터링을 지속적으로 시행하여 보다 장기적인 측면에서의 식재기반 조성기법을 고려할 필요가 있다.

본 연구에서는 벼 생육시기별로 염수 관개가 벼 작물에 미치는 생육 영향정도(민감도)를 평가하기 위하여 벼 재배실험(포트실험)을 수행하였다. 벼 재배실험은 일반 논토양(삼광벼)과 간척 논토양(신동진벼)을 대상으로 하였고, 벼 생육시기는 이앙기~활착기, 활착기~유수형성기, 유수형성기~수잉기, 수잉기~출수기, 등숙기의 5단계로 구분하였다. 벼 재배는 3반복 실험을 위해 총 126개의 포트(Φ215×Φ170×210mm(H))를 조성하여 5월 20일에 1주 3본으로 이앙을 하였다. 물 관개방식은 생육시기별로 염도를 1,000, 1,500, 2,000, 2,500 ppm으로 조절한 각각의 염수를 관개하고, 그 이외의 기간에는 담수(지하수)를 관개하였다. 벼 생육시기별로 염수 관개에 의한 벼 생육에 대한 민감도를 평가하고자 벼의 초장, 분얼수, 수확량을 조사하였다. 간척 논토양에서 초장, 분얼수는 생육초기인 이앙기의 염수에 의해 가장 민감하게 영향을 받는 것으로 나타났고, 수확량은 이앙기, 분얼기, 유수형성기 순으로 민감하게 영향을 받는 것으로 나타났다. 일반 논토양에서는 초장, 분얼수는 생육시기에 따른 염수관개에 의한 영향이 크지 않았으며, 수확량은 염분농도에 관계없이 이앙기, 분얼기, 유수형성기 순으로 염수에 의해 민감하게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 다수의 선행연구(Hassen Ebrahimi 등, 2011)의 벼 생육기인 분얼기, 유수형성기의 염수 관개가 수확량에 가장 많은 영향을 받는 결과와 일치하였다. 일반 논토양과 간척 논토양 모두 이앙기, 분얼기, 유수형성기 순으로 염수 관개에 민감한 영향을 나타내고 있으며, 특히 염분 배경농도가 높은 간척토양은 저농도의 염수에서도 민감한 반응을 보이고 있는 것으로 나타나, 벼 생육초기의 관개용수 염도관리는 매우 중요하다고 판단된다.

최근 관개배수를 위한 배수로의 활용범위는 농경지의 농업용수 공급과 더불어 농어촌 지역의 전기생산량 확보 등 다양한 방면에서 원활한 연구가 진행 중에 있다. 그 중 배수로 내부에 수차의 설치를 연계한 전기에너지 확보는 중소기업들을 대상으로 다양한 수차의 형상과 가동기법 등이 제시되고 있으며, 그 실효성에 대한 실험적 연구가 대두되고 있는 실정이다. 본 연구는 수류의 진행에 따라 양 방향으로 수차의 날개 회전이 가능한 양뱡향 수력발전기의 효율적인 운용 유·무 검토를 위하여 배수로 내 수심 및 유속 변화를 적용한 수리실험(원형실험)을 수행하였다. 또한, 실험 조건에 따른 수력발전기의 전기에너지 생산량을 예측하였다. 실험결과 수력발전기의 날개 면이 물과 접하는 최대 흘수심 구간에서 수차의 회전은 최대가속의 양상을 나타내었으며, 전기생산량은 날개 면의 흘수심이 감소함에 따라 비례적으로 낮게 측정되었다.

최근 인구 증가, 도시화 및 산업의 발달로 인해 생활·공업용수의 수요가 증가하면서, 상대적으로 농업용수의 비율은 감소하고 있는 추세이다. 하지만 수자원이용 현황 중 농업용수는 전체 물 사용량의 48%로 여전히 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 환경부 중심의 물관리 일원화 관련법 시행으로 국가 통합물관리 정책이 본격 추진됨에 따라 농업용수 가치의 재평가가 요구되고 있으며, 현재 수원공 확대의 경우 환경보호와 같은 이유로 농업용수 확보에 대한 많은 제약이 발생하고 있다. 공급된 농업용수 중 작물에 의해 소비되지 않고 하천으로 회귀되는 회귀수량은 하천 건천화 방지, 용수공급계획, 하천 유황예측 등 기여하는 바가 크다. 하지만 관개량과 회귀수량의 비로 나타내는 회귀율의 경우 지역에 따라 38.1%에서 70.5%로 큰 차이를 보이고 있으며, 지역별 회귀율 정량화에도 한계가 있다. 본 연구에서는 경기도 안성에 위치한 관개면적 429ha인 마둔 저수지를 대상으로 회귀율을 산정하고 농촌용수종합정보시스템 (Rural Agricultural Water Resource Information System, RAWRIS)에서 제공하는 저수지 수위 자료를 활용하여 마둔 저수지의 4월부터 9월 관개기 강수량, 저수율, 증발산량을 구축하였다. 물수지 분석 기반 회귀수량 산정모형으로부터 회귀율을 추정하였으며, 수로 네트워크 기반의 SWMM (Storm Water Management Model)과 비교를 통해 정량적인 회귀수량 및 회귀율을 산정하고자 한다. 본 연구의 결과를 통해 정량적인 회귀수량 및 회귀율 자료가 구축된다면, 농업용수의 재이용, 환경용수 및 하천유지용수, 용수공급계획 등 효율적인 농업 수자원관리에 기초자로로써 활용 가능할 것이라 판단된다.

점착성 유사는 유사가 가지는 점착력에 의해 응집현상을 겪으며 그 크기와 밀도가 변화한다. 유사의 크기와 밀도는 침강속도에 직접적인 영향을 주며 침강속도으 변화는 유사의 거동에 매우 중요한 작용을 한다. 따라서 점착성 유사의 크기 특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 이전의 많은 연구는 점착성 유사의 입도분포가 대수정규분포를 따른다고 주장하고 있다. 그러나 그 가정이 합리적인지에 대해 분석한 연구는 많지 않다. 본 연구는 통계학적 방법 중 적합도 검정을 이용하여 실제 점착성 유사가 어떠한 분포를 모사하는지 분석하였다. 사용된 적합도 검정 방법은 Kolmogorov-Sminorv(K-S) 검정이며 적합도 판정의 기준은 유의수준 5%를 기준으로 하였다. 그 결과, 실험실 실험에서 측정된 플럭의 입도분포와 현장 실험에서 측정된 입도분포는 다른 결과를 보였다. 현장 실험의 경우, 분포가 오른쪽으로 왜곡된 지수분포의 형태를 나타냈으며, Gamma 분포가 가장 우수하게 모사하였다. 실험실 실험의 경우 일반적인 양의 왜도를 가지는 분포를 나타냈으며 GEV분포가 점착성 유사의 입도분포를 가장 잘 모사하였다. 대수정규 분포의 경우 일반적으로 이용하는 2-매개변수 대수정규분포일 경우 현장실험과 실험실 실험 모두 적합하지 않았다. 그러나 위치 매개변수를 추가하여 3-매개변수 대수정규분포를 사용하면 점착성 유사의 입도분포를 잘 모사하는 것으로 판단된다. 따라서 점착성 유사의 입도분포를 무조건적으로 대수정규분포로 사용하는 것은 지양해야할 것으로 판단된다.

최근 지구 온난화나 기상이변으로 인해 세계각지에서 많은 자연재해가 발생하고 있고 우리나라도 최근 전국 각지에서 국지성호우에 의한 많은 피해가 발생하고 있다. 특히 국지성호우로 인해 발생하는 산간지역의 토석류는 많은 재산피해를 일으키고 있다. 최근 토석, 토사, 혹은 부유 잡목 등의 유출로 인한 피해를 막기 위해 많은 사방댐을 축조하고 있으나 표면침식에 의해서 유출되는 토석량 혹은 토사량을 정확히 예측하지 못한다면 축조된 사방댐은 금방 제구실을 못할 수 있거나 혹은 과대 설계 및 시공되어 건설비를 낭비할 수 있다. 따라서 최적의 사방댐 건설을 위해 정확한 토석량의 산정은 매우 중요한 전제조건이라 할 수 있다. 본 연구에서는 강원도 인제군 산간지역 4곳의 사방댐유역에 대해 토석량 예측모형 MSDPM(Multi-Sequence Debris Prediction Model)과 LADMP(Los Angeles District Method for Prediction of sediments yield)를 이용하여 산정한 토석량과 실제 준설량을 비교하였다. 이를 위해 강원 산간지역에 맞도록 예측모형을 보정하였으며 토석류 유발 강우강도(Threshold Maximum 1-hr Rainfall Intensity)와 토석류 유발 최소강우량(Total Minimum Rainfall Amount)개념을 도입하여 예측모형식을 적용하였다. 위 식이 갖고 있는 대표적 특징 중 하나인 산불계수를 사용해야 하지만 본 연구지역은 산불 피해규모가 미미하여 산불의 영향은 고려하지 않고 토석량을 산정하였다. 두 예측모형의 계산결과와 실제 준설량을 비교해본 결과, MSDPM의 결과가 LADMP의 결과보다 준설량과 더 일치하는 것으로 나타났다. 실제 준설량과 MSDPM의 계산결과는 평균 17.37%의 차이를 나타냈고 LADMP의 계산결과는 평균 41.87%의 차이를 나타냈다. 본 연구에서 사용된 토석량 예측 모형은 앞으로 많은 산지유역의 토석량 예측에 사용이 가능 할 것으로 판단된다. 하지만 본 연구에서 사용된 자료의 제한성 때문에 앞으로 많은 실측 준설자료를 통하여 예측모형식을 보정하는 작업이 우선되어야 할 것으로 판단된다. 이를 위해서 많은 산지유역의 토석량을 장시간 실측하여 데이터를 축적하고 이를 사용하여 다양한 토석량 예측모형을 검보정하는 노력이 필요할 것으로 판단된다.

Accurate quantitative precipitation estimation plays an important role in hydrological modelling and prediction. Instantaneous quantitative precipitation estimation (QPE) by utilizing the weather radar data is a great applicability for operational hydrology in a catchment. Previously, regression technique performed between reflectivity (Z) and rain intensity (R) is used commonly to obtain radar QPEs. A novel, recent approaching method which might be applied in hydrological area for QPE is Long Short-Term Memory (LSTM) Networks. LSTM networks is a development and evolution of Recurrent Neuron Networks (RNNs) method that overcomes the limited memory capacity of RNNs and allows learning of long-term input-output dependencies. The advantages of LSTM compare to RNN technique is proven by previous works. In this study, LSTM networks is used to estimate the quantitative precipitation from weather radar for an urban catchment in South Korea. Radar information and rain-gauge data are used to evaluate and verify the estimation. The estimation results figure out that LSTM approaching method shows the accuracy and outperformance compared to Z-R relationship method. This study gives us the high potential of LSTM and its applications in urban hydrology.

수자원 계획 및 관리 시 증발산량의 정량적 분석은 필수적으로 고려되는 사항 중 하나이다. 일단위 이하의 잠재증발산량 산정은 세계식량기구(FAO)가 Penman-Monteith 방법을 기반으로 개발한 FAO56 PM 방법을 주로 활용하며, 이는 다른 방법에 비하여 높은 정확성과 적용성이 뛰어나다. 그러나 FAO56 PM 방법의 입력 매개변수는 다양한 기상자료이며, 장기간의 신뢰성 높은 자료를 구축하는 것은 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 증발산량 공식인 Hargreaves 공식을 활용하여 FAO56 PM 방법으로 산정된 잠재증발산량과 기온차 사이의 시계열 관계를 재구성한 회귀분석 기법을 개발하였다. 개발된 모형에 유역면적을 적용하여 유역면적별 잠재증발산량을 산정하였으며, 이를 기존의 잠재증발산량과의 비교를 통해 모형의 적합성을 평가하였다. 결과적으로, 복잡한 잠재증발산량식을 단순한 대체모형(surrogate model)으로 제시함으로써 효율적인 증발산량 정량적 평가와 제한적인 기상자료 조건에 보편적 활용이 가능하다. 향후 연구에서는 회귀분석방법에 Bayesian 추론기법을 활용하여 구성함으로 잠재증발산량의 불확실성을 정량적으로 표현하고자 한다.

기후변화의 영향으로 국지적 규모의 홍수, 가뭄 등의 피해 규모가 증가하고 있으며, 복사에너지 변화에 기인한 전지구적 대류활동의 변화는 단발성 피해에 확산되어 특정 지역의 기후 패턴 변화로 이어질 수 있다. 대류활동의 변화는 국가별 물순환의 변화로 이어질 수 있으며, 이로 인한 수자원의 변동성은 국가적 수자원 이용에 있어 중요한 요소로 작용될 수 있다. 수자원의 중요성으로 인해 국제적인 기관들은 전지구적 대류활동에 기인한 물순환 과정을 파악하고자 노력하였으며, 그 일환으로 GCMs (Global climate modeling) 등과 같은 모형이 개발되었고, 위성을 통한 전지구 강우량 측정망을 구축하였다. 위성을 통한 전구 강우량 자료와 GCMs에서 산출된 대류과정과 연관된 기후변량 자료들은 빅데이터로 구축되어 제한 없이 제공되고 있다. 정상성 강우 모의 기법은 데이터에 한정된 패턴을 반영하는 모형들로서 기후변화로 인한 기후 변동성 증가를 반영하는데 한계가 존재한다. 본 연구에서는 기상 빅데이터 자료를 기반으로 한반도의 강우량과 기상학적 특성을 연관할 수 있는 머신러닝의 일종인 딥러닝 방법을 접목시킨 강우 모의 기법을 적용하였다. 본 연구의 모형은 기후변화로 인한 기상학적 패턴의 변화를 딥러닝 기법을 통해 식별하고 식별된 기상학적 특성에 기반한 한반도의 강우량을 모의할 수 있다. 본 모형은 단기 및 장기 예측 모형과 결합하여 불확실성을 고려한 단/장기 강우량 평가에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 6차 평가보고서(6th Assessment Report, AR6)에서 제시한 새로운 온실가스 경로(SSP, Shared Socioeconomic Pathways)에 따라 산출된 전지구 기후변화 시나리오를 이용하여 제주도의 미래 강수량 변화를 살펴보고자 한다. 기상청에서 운영하는 기후정보포털(http://www.climate.go.kr/)에서는 6가지 기상요소(평균기온, 최고기온, 최저기온, 강수량, 상대습도, 풍속 등)에 대하여 SSP 시나리오 자료를 제공하고 있다. SSP 시나리오는 SSP1-2.6 저탄소 시나리오(사회 불균형의 감소와 친환경 기술의 빠른 발달로 기후변화 완화, 적응능력이 좋은 지속성장가능 사회경제 구조)와 SSP5-8.5 고탄소 시나리오(기후정책 부재, 화석연료 기반 성장과 높은 인적 투자로 기후변화 적응능력은 좋지만 완화능력이 낮은 사회경제 구조)로 구분되어 제공되고 있다. 또한, 현재의 기후 상태를 모의하는 historical period (1850-2014) 자료와 미래의 기후상태를 모의한 future period (2015-2100) 자료가 있으며, 월별(momthly), 연간(yearly) 자료의 형태로 제공된다. 본 연구를 통하여 새로운 SSP 시나리오를 이용한 제주도 강수량의 미래 변화를 정량적으로 분석하였고, 기후변화에 능동적인 대책을 수립하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

최근에는 도시에는 불투수 면적의 증가로 지면 침투량이 줄어들고 유출량이 증가되고 있다. 또한 지면에서의 먼지 등 비점오염원의 유출로 인한 수질악화도 진행되는 경우가 많다. 그러므로 도시의 개발에 따른 악영향을 최소화하기 위해 다양한 저영향개발기법(Low Impact Development)을 도입하여 도시 물순환 건전성을 확보하기 위해 노력하고 있다. 본 연구에서는 도시 유역에서의 유출량 분석을 위해 저영향개발기법 중 투수성포장과 옥상녹화 등을 적용하여 침투량의 증가와 유출량 감소 결과를 분석하였다. 투수성포장과 옥상녹화의 영향이 크지는 않지만, 도시에서의 유출량 저감에 영향을 미칠 수 있는 것으로 분석되었으며, 향후 지속적인 도시 물순환 건 전성 확보 연구의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다. 그 결과는 도시 개발 계획의 우선순위를 결정하는데 사용될 수 있어서, 도시 공간의 삶의 질이 향상될 것이다.

우리나라의 대표적인 겨울철 재난인 대설 피해는 대부분 농경지의 비닐하우스에 발생하며, 대표적인 피해종류로는 설압피해, 착설피해 등의 직접피해와 간접피해로 분류라 수 있다. 이 중 가장 피해를 많이 유발하는 것으로 알려져 있는 설압피해는 눈이 쌓인 높이가 높아지며 그 압력으로 인해 비닐하우스가 무너지는 것이다. 눈이 쌒인 높이가 어느 정도 되어야 비닐하우스에 피해를 유발하는지는 지역의 습도나 비닐하우스 설계 기준 등의 지역적이나 환경적인 요인에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 과거 비닐하우스에 발생한 전국의 피해를 수집하여 지역 특성을 고려하여 온실에 손상을 줄 수 있는 적설심을 분석하였다. 연구의 자료는 행정안전부에서 발행되는 재해연보, 기상청에서 제공되는 적설자료를 사용하였다. 강원도 지역은 대설 연구 자료가 다른 지역에 비해 많기에 최근 대설피해 빈도가 증가하고 있는 충청도, 전라도 지역에 대한 적설심을 분석하였다. 본 연구의 결과로 대비차원 폭설피해 재난관리가 가능한 적설심 기준 설립에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

최근 도시 및 산업의 발달로 인해 투수면적 보다 불투수면적이 증가하고 있으며, 기후변화로 인하여 게릴라성 집중호우로는 도심지의 홍수피해가 많이 발생하고 있다. 이러한 홍수피해를 방어하기 위해 빗물펌프장 및 빗물저류조와 같은 구조적 대책을 수립하고 있다. 하지만 구조적 대책은 확장 및 증설하는데 많은 돈과 시간이 필요하다. 그러므로 가장 바람직한 피해 저감 대책은 구조적 대책 뿐만 아니라 비구조적 대책을 동시에 수립하는 것이다. 본 연구에서는 빗물펌프장의 최적 운영수위 산정을 위해 최적화 기법인 GA(Genetic Algorithm)을 적용하여 도시유역의 유출해석모형으로 가장 많이 쓰이는 SWMM(Storm Water Management Model)의 빗물펌프장 유역에 발생하는 각 시간별 펌프의 운영을 최적화였다. 목적함수는 펌프의 토출량 합을 최소화하였으며, 제약조건으로는 펌프의 효율을 극대화하기 위한 각 펌프가동 시간과 중단 시간의 수위를 고려하였다. 또한 대상유역의 실제 홍수가 발생한 기간의 실제 강우자료를 입력하여 분석하였다. 그 결과 펌프의 운영수위 결정에 있어 효과적인 결과를 나타낼 수 있었으며, 이를 활용하면, 펌프의 효율을 증가시키며 도시유역의 내수침수 저감 및 펌프의 운영적 관점에 있어 효과적인 운영을 하는데 도움이 되리라 판단한다.

한국에서 겨울철에 주로 발생하는 자연재해는 대설이다. 마우나리조트 사고나 동해안 폭설 피해 등 직·간접적인 대설피해가 증가함에 따라 대설피해에 대한 관심이 증가하는 추세이다. 본 연구에서는 우리나라 230개 시군구를 대상으로 기후변화에 따른 대설피해에 대한 취약성 분석을 실시하였다. 대설 취약성 분석을 위해 RCP 기후변화 시나리오를 이용하였고, PSR(Pressure-State-Response) 구조를 적용하여 압력, 상태, 대응지수로 대설피해에 영향을 줄 수 있는 요인들을 분류하였으며 엔트로피 이론을 이용하여 각 인자의 가중치를 계산하였다. 그 결과 각 지역의 대설피해 취약성 순위를 도출해낼 수 있었고 도출해낸 취약성 순위를 바탕으로 향후 대설피해에 대한 대응마련을 실시할 경우 우선순위를 판단하는데 도움이 될 것으로 기대한다.

현재 전 세계적으로 태풍, 지진, 홍수 등의 재해 피해가 빈번히 일어나고 있고, 4차 산업의 발달로 인한 AI기술을 활용하여 자연재해 전반을 예측 할 수 있는 시스템이 도입될 정도로 과학적으로 발전 되어진 반면에, 재난으로 인한 인명 피해 수를 저감 시키는 방향을 도모 하는 데에는 어려움이 있고, 국민들의 재난피해의식도 심각 하지 않은 추세이다. 이와 같은 문제점을 파악하기 위해 한국 국민 남녀 489명을 대상으로 재난위험인식에 대한 설문을 작성하여 조사를 진행하였다. 본 연구의 목적은 국민들의 재난 안전의 위험도에 대한 인식 수준이 어떠한지 분석하고, 영향 요인을 탐색 하는 데에 있고, 조사결과 안전취약계층은 스스로 대피 하는 데에 있어 큰 어려움이 있으며, 이중 여성은 남성에 비해 안전교육과 훈련의 접근성이 적음에 따라 위험도가 더 큰 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통해 재난 안전교육의 필요성을 가지고 재난 안전 시뮬레이션 프로그램이 구축되는 필요성이 있다고 사료되어지고, 미래에 자연재해 발생 시 문제점을 파악하고 인명피해 감소가 될 전망으로 기대가 된다.

취약성 분석의 결과로 폭설에 의한 기후노출은 현재에는 강원권이 가장 취약한 것으로 나타났다. 그러나 미래에는 강원권, 충청권, 호남권을 연결하는 축으로 취약지역이 확대될 것으로 전망된다. 본 연구에서는 다양한 머신러닝 기법을 이용하여 대설피해 예측을 실시하였다. 머신러닝 기법으로는 로지스틱회귀모형, 서포트벡터 머신, 의사결정트리 모형을 적용하였다. 종속변수로 대설피해액 자료를 이용하였고, 독립변수로 기상관측자료, 사회·경제적 요소를 사용하였다. 결과적으로 기존에 사용했던 다중회귀모형과 머신러닝 기법으로 예측한 예측력을 비교 및 분석하였고, 예측력이 가장 높은 머신러닝 기법을 제시하였다. 본 연구에서 대설피해 예측을 위해 사용된 예측력이 가장 높은 기법을 활용하여 대설피해를 예측한다면, 미래에 전국적으로 확대될 대설피해에 대해 효과적으로 대비할 수 있을 것으로 기대된다.

집중호우로 인한 이재민 발생, 침수 등 많은 인명 및 재산 피해가 지속적으로 발생함에 따라, 홍수재해를 사전에 대응하는 다양한 방법에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 레이더 반사도를 이용하여 강우의 이동방향과 이동속도를 추정하여 초단기 정량강우예측(QPF)이 가능한 기법을 개발하고, 2016년 태풍 차바 사상에 대하여 비슬산 레이더자료를 이용하여 분석을 실시하였다. 개발기법은 1단계 레이더 강우강도 앙상블 멤버 생성, 2단계 레이더 강우강도 이동속도 계산, 3단계 레이더 강우강도 앙상블 초단기 예보, 4단계 초단기 예보 검증의 과정으로 이루어진다. 본 연구결과물인 레이더 기반 초단기 강우예측자료는 수치예보기반 강우예측자료 및 다양한 레이더 기반 초단기예보자료들과 함께 강우예측율 향상에 기여할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 수평반사도를 이용한 강우추정 관계식을 유효성 측면에서 재평가하였다. 이를 위해, 강우추정 관계식의 유도과정을 다시 살펴보고, 관측자료를 가지고 강우입자분포의 매개변수를 추정할 수 있도록 식의 형태를 변환하였다. 이 식을 이용하여 비슬산 레이더에서 관측된 반사도-강우강도의 쌍 자료에 대한 강우입자분포 매개변수를 추정하였다. 마지막으로 추정된 매개변수 대푯값을 다시 강우추정 관계식 유도에 사용하였다. 이렇게 결정된 강우추정 관계식이 관측된 수평반사도-강우강도 자료를 얼마나 잘 대표하는지를 평가하였으며, 그 결과, 레이더 반사도가 작아지면 작아질수록 강우추정 관계식의 이론적 배경과 관측자료의 괴리가 커지는 것으로 나타났다. 또한 강우입자분포를 지수분포로 가정한 형태의 강우추정 관계식이 모든 반사도 구간에서 유의하지 않을 수 있다는 것을 확인하였다.

이 연구는 기후변화 위험에 노출되어 있는 북한에 대한 잠재증발산량의 미래 변화를 전망하였다. 이를 위해 IPCC AR5의 RCP 기후변화 시나리오로부터 모의된 미래 기온자료를 APCC (APEC Climate Center) Integrated Modeling (AIMS)를 사용하여 25개 관측 지점에 대해서 상세화하여, McGuinness-Borne 방법으로 잠재증발산량을 추정하였다. 6개의 성능 지표와 TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)로 27개 GCMs 간의 과거 기후 재현성을 비교하여, 관측 지점 규모에서 적정 GCM을 선정하였다. 마지막으로 각 지점에서 선정된 대표 시나리오(representative climate change scenarios, RCCS)로 북한 지역의 잠재증발산량의 미래 변화를 3개의 구간(F1: 2011-2040; F2: 2041-2070; F3: 2071-2100)에서 all CCS(climate change scenario)와 비교하고, 미래 변화를 정량적으로 제시하였다. 그 결과 공간 해상도가 더 높은 GCM이 RCCS로 선정되었으며, 미래로 갈수록 잠재증발산량이 증가하리라 전망되었다. 또한, 여름철 잠재증발산량의 모델 간 변동성은 미래 구간에 따라 점진적으로 증가되었고, 연 평균 증발산량은 과거 기후대비 1.4배(F1), 2.0배(F2) 및 2.6배(F3) 증가하였다.

토양은 육상생태계에 있어 가장 많은 탄소를 저장하고 있으며, 대기 중 CO₂를 토양탄소로 전환하여 쉽게 방출되지 않고 토양 내에 저장하는 역할을 한다. 이렇듯 토양 유기탄소 배출관리는 기후변화에 있어 중요한 문제로 대두되고 있다. 하지만 토지이용의 변화와 무분별한 관리로 인하여 토양내에 저장되어 있는 토양 탄소배출이 지속적으로 증가 하고 있다. 따라서 토양탄소 배출로 인한 경제적 피해를 수치적으로 표현하는 가치평가가 필요하다. 현재 토양에 저장된 토양유기탄소 함량을 토양통별로 토양정보시스템에서 제공하고 있지만 국내 토양 토양탄소 저장량의 산정에 관한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 토양 특성을 이용하여 토양 유기탄소 저장량을 산정하고, 산정된 토양 유기탄소 저장량과 정밀토양도를 이용하여 남한의 토양 유기탄소 가치평가를 실시하였다. 토양의 특성은 물리적 특성인 모래(Sand), 이토(Silt), 점토(Clay), 자갈(Gravel)함량과 화학적 특성인 유기물함량(Organic Matter)를 사용하였다. 토양 유기탄소저장량 산정의 검증을 위하여 전라남도 진도군의 토양유기탄소 저장량을 산정한 결과 486,696t으로, 선행연구와 유사한 결과를 나타내었다. 이러한 검증 결과를 바탕으로 남한의 토양 유기탄소 저장량을 산정한 결과 305.54Mt의 유기탄소가 저장된 것으로 나타났으며, 단위 면적당 유기탄소 저장량의 경우 3.11kg/㎡으로 나타났다. 또한 2019년 상반기 기준 평균 탄소거래권 가격(27,500원/톤)을 이용하여 우리나라 국토의 토양탄소 저장량 가치평가를 실시한 결과, 약 8조 4천억원의 경제적 가치가 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 토양의 물리적·화학적 특성을 이용하여 토양의 유기탄소 저장량을 산정하였으며, 토양에 저장되어 있는 유기탄소의 가치평가를 수행하였다. 본 연구결과는 농업, 수문, 기후변화 등 다양한 분야에서 필요로 하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

기후변화 연구의 주요 요소 중 하나는 온도, 강수량 및 증발과 같은 기후 요인의 변화를 연구하는 것이다. General Circulation Model(GCM)은 다양한 기후 요인의 변화를 연구하는 데 일반적으로 사용되고 있다. Coupled Model Intercomparison Project(CMIP)는 전 세계의 30여 개 이상의 기관에서 개발한 GCM의 모의 결과를 연구 및 공유하기 위해 개발되었다. 기후 연구에서 대표적으로 사용하고 있는 CMIP5의 GCM은 미래 시나리오인 Representative Concentration Pathway(RCP)를 기반으로 전망 기간의 기후요소를 예측한다. 현재 개발하고 있는 CMIP6의 미래 시나리오인 Shared Socioeconomic Pathways(SSP)는 인구, 경제개발, 생태계, 자원, 제도 및 사회적 요인에 대한 미래의 사회적, 경제적 변화에 따른 기후변화에 대한 대응을 포함하고 있으며, CMIP6의 미래 시나리오는 사회적 및 경제적 결합을 통해 기후변화에 대한 정책 영향에 대한 증진된 결과를 도출할 것으로 예측하고 있다. 따라서 본 연구는 CMIP5의 INM-CM4와 CMIP6의 INM-CM5를 사용하여 대한민국의 과거 기간(1970-2005)의 월 강수량에 대한 성능을 비교하였다. 격자형 자료인 GCM을 Inverse distance weight를 사용하여 대한민국 22개 관측소로 거리 보간을 수행하였으며, 편이보정 방법으로는 분위사상법(Quantile mapping) 방법 중 Smoothing Spline 방법을 사용하여 관측소와의 오차를 수정하였다. 산정된 강수량을 토대로 6개의 평가지표(NRMSE, Pbias, NSE, PRCP100, PRCP200, PRCP300)를 사용하여 GCM의 성능을 평가하여 INM-CM4와 INM-CM5의 성능을 비교하였다.

기후 내적 변동성(Climate Internal Variability, CIV)은 기후를 이해하는 데 중요한 역할을 하며 기후예측에 있어 주요 불확실성 원인들 중 하나이다. 본 연구는 다양한 이산화탄소 배출 시나리오에 대해 CIV와 기후학적 평균(Climatological Mean, CM)을 추정하는 것을 목표로 한다. 확률론적 날씨생성기(Stochastic Weather Generator)를 이용하여 국내 40개 기상 관측소에 대해, 30년에 해당하는 시단위 시계열 100개 앙상블을 생성하였다. CIV는 Detrend 방법과 Differenced 방법을 이용하여 추정되었으며, noise 계산값과 비교하였다. 그 결과, CIV 값과 noise 값들 사이의 correlation이 매우 높았으며, 제시된 방법론이 신뢰할 수 있음을 검증하였다. 국내 40개 지역에 적용하여 계산된 CIV와 CM의 주요 결과는 다음과 같다. (1) 국내의 대부분의 지역에 있어 평균적으로 CM과 CIV는 미래에 증가할 것이며, 그 증가 정도는 RCP 8.5의 경우와 먼 미래END(2071-2100년) 기간에서 더 커질 것이다; (2) CM과 CIV의 미래 변화의 특성은 강수의 특성 지수에 따라 다르다. 강수량의 양을 나타내는 3개의 지수(총 강수량, totPr, 일 최대 강수량, maxDa 및 시간당 최대 강수량, maxHr)와 강수량의 발생일수를 나타내는 지수(무강우 일수, nonPr)의 특성은 크게 다르다. (3) CIV와 CM의 변화 요인들 사이의 관계를 조사하면 maxDa와 maxHr에 대해서는 그들 사이에 높은 상관관계가 있지만 다른 지수에는 그렇지 않다. (4) 국내에서 CIV 값이 공간적으로 변동성이 큰 경우는 계절적으로 여름이며, 이는 totPr 및 maxDa에서만 유효하다. 시단위 시계열 앙상블을 생성하여 추정된 기후내적변동성 정보는 기후 변화의 영향을 평가하고 적절한 적응 및 대응 전략을 개발하는 데 도움이 될 것이다.

최근 기후변화로 인해 매년 국지적 가뭄이 발생하여 가뭄 피해가 확대되고, 전국적인 물 부족상황이 우려됨에 따라 기상청에서는 '기상가뭄예보'를 통해 대국민, 유관기관을 대상으로 기상가뭄의 현황 및 전망 정보를 제공하고 있다. 기상가뭄예보는 기상청 확률장기예보를 반영하여 강수발생확률이 가장 높았을 경우를 기준으로 지역별 기상학적 가뭄 발생 상황을 예상하는 것으로, '1개월'과 '3개월' 단위로 예보하고 있다. 1개월 전망은 가뭄 현황 및 전망(발표일로부터 4주후 일요일 전망) 정보를 매주 목요일에 제공하고 있으며, 3개월 전망은 3개월간의 전망정보를 관계부처 합동으로 가뭄 예·경보를 통해 매월 10일경에 제공하고 있다. 기상가뭄을 판단하는 기준은 6개월 표준강수지수로, 가뭄단계를 4단계(약한-보통-심한-극심한)로 구분하여 기상가뭄을 판단하고, 지역별(167개 시·군)로 나눠 가뭄지도 형태로 정보를 제공한다. 기상가뭄 현황을 분석하는데 활용되고 있는 자료는 최근 강수량(3·6·12개월 등의 일정 기간 지역별 누적강수량), 6개월 표준강수지수 기준 기상가뭄 발생지역 현황, 기후 감시 자료 등의 내용으로 이를 분석하여 현황 정보를 제공하고 있으며, 전망 자료는 1·3개월 확률장기예보 확률결과를 기반으로 가뭄전망 값을 반영하여 생산한 기상가뭄 전망 결과 및 기상가뭄 발생 예상지역 등의 정보를 기상가뭄예보문으로 작성하여 날씨누리(http://www.kma.go.kr)와 수문기상 가뭄정보 시스템(http://hydro.kma.go.kr/hd)을 통해 정보를 제공하고 있다. 장기간의 강수량 부족으로 시작되는 가뭄은 다양한 형태의 물부족 현상을 유발시키므로 기상가뭄 정보를 활용하여 가뭄에 대해 선제적으로 대응하는 것이 중요하므로 기상청에서는 선제적이고 체계적으로 가뭄에 대응할 수 있도록 기상가뭄예보 서비스를 제공하고 있으며, 지속적으로 제고하여 국민이 공감하고 우리나라에 맞는 기상가뭄 정보를 제공할 수 있도록 노력해 나갈 것이다.

본 연구에서는 SWAT 모형과 APEX-Paddy 모형의 연계 모델링을 통한 대표 BMP(Best management practice) 적용, 정식시기 및 벼 생육기간을 고려한 시나리오 적용을 통해 농업용수의 관리 및 수질환경 개선 등에 활용할 수 있는 저영향 영농활동을 분석하고자 하였다. 만경강 유역을 대상으로 SWAT 모형을 구축하고 유역 내에 위치한 논 시험포장을 대상으로 강우-유출 및 비점오염원 모니터링 자료를 활용하여 APEX-Paddy 모형을 구축하였다. SWAT 모형과 APEX 모형을 연계하여 유역의 수문, 수질에 대한 정밀한 모델링을 수행하였으며, 이는 저영향 영농활동을 분석하기 위한 필드단위의 정확한 결과를 유역차원에 반영하기 위함이다. 특히, 본 연구에 사용된 APEX-Paddy 모형은 농촌진흥청과 Texas A&M의 공동연구를 통해 개발된 새로운 모형으로서 한국의 논 영농활동 및 담수환경을 반영하여 논에서의 유출 및 비점오염원을 모의할 수 있다. 연계 모형의 적합성 평가를 위해 R² (Determine of Coefficient), RMSE (Root mean square error), NSE (Nash-sutcliffe efficiency)를 사용하였다. 적합성 평가 지표를 분석한 결과, 유출량은 R² 평균 0.91, RMSE 평균 2.87 mm/day, NSE 평균 0.78로 나타났다. T-N 부하량은 R² 평균 0.74, RMSE 평균 59.3 kg/ha/day, NSE 평균 0.50으로 나타났다. 저영향 영농활동 관리방안을 위한 시나리오로 1) 논의 물꼬높이(BMP) 관리 적용, 2) 벼 생육기간 조절을 고려하여 기온변화에 따른 정식시기, 벼 생육기간 등을 조정하여 적용하였다. 기후변화 시나리오는 10개 GCM 모델의 RCP 8.5 시나리오를 통해 분석하였으며, 유역차원의 미래 영향을 분석한 결과, 물꼬관리 BMP에 따라 담수심이 증가되며, 관개량이 감소하고 유출량 10.7%, T-N 11.2% 저감되는 것을 나타냈으며, 벼 생육기간 조절은 BMP보다 상대적으로 효과가 높진 않았지만, 유출량 1.4%, T-N 3.1%의 저감효과를 나타냈다. 따라서 두 가지의 저영향 영농활동 관리방안은 미래기간의 기후변화에 대응하여 농업용수 및 물관리에 도움이 될 것으로 사료된다. 하지만 본 연구결과는 모델링 결과에 의존한 것이며, 추후 지속적인 연구와 보완이 필요하다.

수문 순환 및 물 수지에 관한 연구는 강수량, 지표유출량, 지하수, 토양수분 및 증발산량에 대한 정량화가 이루어질 때 실제적으로 규명될 수 있다. 그러나, 수문 순환 및 물수지 평가에 중요한 부분을 차지하는 증발산량의 경우 관측값보다 단순한 가정이나 경험식에 의한 추정값을 사용하고 있어 그 자료의 신뢰성에 대해서도 꾸준히 문제가 제기되어 왔다. 따라서, 수문 순환 및 물수지의 정량적인 분석을 위해서는 수문 순환 과정에서 상당부분을 차지하는 증발산량의 측정(실측)이 필요한 실정이다. 본 연구는 환경부의 기초수문자료 구축사업의 일환으로 수행되고 있으며, 에디공분산 기술을 사용하여 증발산량을 직접 관측하고 있다. 에디공분산 방법으로 증발산량을 측정하기 위해서 필요한 장비 중 수증기 농도를 측정하는 장비(개회로 기체분석기, 폐회로 기체분석기<수증기 농도를 측정하는 부분의 개폐여부에 따른 장비 구분>)에 대해 비교 측정을 수행하였으며, 관측 지점은 인위적인 관개가 이루어지고 있는 논경지(청미천 관측소)에서 수행하였다. 측정 자료에 대한 검토는 측정 장비에 따른 자료의 특성을 비교하기 위해 약 13,000개(9개월, 30분 간격) 자료를 활용하여 분석을 수행하였다. 그 결과 두 측정장비 모두 농도 변화에 따른 경향성은 유사하게 나타났으나, 측정 자료의 취득률에서는 차이(약 20%)를 보이는데, 이는 개회로 측정 장비의 경우 강우 및 안개 등의 기상상황에 따라 영향을 받기 때문으로 판단된다. 에디공분산 방법을 이용한 증발산량은 여러 기상자료를 이용하여 보정을 수행하기 때문에 측정 장비의 취득률로 인한 증발산량 산정에는 문제가 되지 않을 것으로 판단된다. 단 높은 관측률 및 측정 자료를 위해서는 폐회로 측정 장비를 이용하는 것이 유리할 것으로 판단된다.

산지 및 도시에서 발생하는 돌발홍수가 대상인 예경보는 홍수 도달시간이 짧고, 수위가 급격하게 상승하는 특성 때문에 1시간 선행시간 확보를 목표로 한다(MOLIT, 2016). 그러나 현재 돌발홍수 예경보 process에 소요되는 시간은 그 이상으로 확인되고 있다. 또한, 돌발홍수 예경보시스템으로부터 출력된 예측 결과를 사람이 직접 확인해야 한다는 단점도 있다. 본 연구에서는 돌발홍수 예경보 선행시간 1시간 확보를 목표로 backward-forward tracking 기법 기반 예측강우 편의보정기법을 제안하고자 한다. 이 기법은 현재 시점보다 이전에 보정계수를 결정함으로써 돌발홍수 예경보 소요시간을 크게 줄여 돌발홍수 대피시간을 확보할 수 있게 한다. 또한, 보정계수의 결정과 적용이 연속적으로 이루어짐에 따라 10분 간격으로 생성되는 MAPLE의 지속적인 편의보정이 가능하다. 예측강우에 대한 보정계수는 현재보다 10분 이전에 결정한다. 즉, 10분 이전 시점에 생성된 10분, 70분 선행 예측강우에 backward tracking을 적용하여 현재 시점의 호우 위치인 target window를 찾는다. 그리고 target window에서 보정계수를 결정한다. 결정된 보정계수는 돌발홍수발령 대상지역인 correction window의 현재 생성된 60분 선행 예측강우에 적용한다. 이 과정에서 과거 시점 10분 선행 예측강우와 현재 시점에 생성된 60분 선행 예측강우와의 forward tracking이 수행된다. Storm tracking 기법으로는 두 예측강우의 호우패턴에 대한 유사성을 정량화한 패턴상관계수를 이용하였다. 대상 호우사상으로는 2016년에 발생한 주요 호우사상을 선정하였다. 본 연구에서 제안하는 기법을 적용하고, 편의보정 결과를 기존 편의보정기법 적용 결과와 비교하였다.

동해안에 위치한 영동지역은 산지로 둘러싸여 있어 지형적인 여건으로 지상강우관측망의 밀도가 낮으며, 지상관측소의 관측한계를 보완하기 위해 사용되고 있는 기존 대형 레이더는 지형 차폐로 인해 영동지역에서는 정확한 강우정보를 관측하기 어렵다. 강우정보는 홍수예측을 위해 필수적인 정보이므로, 집중호우와 태풍으로 인한 홍수재해가 빈번히 발생하는 영동지역에서는 관측공백의 해소가 필요하다. 이를 위해 환경부에서는 동해안 지역에 2기의 전파강수관측소를 설치, 운영 중에 있다. 해당 관측소 자료는 30km 관측반경 범위 내에서 수 백 미터 이하의 격자 강우자료를 생산할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 전파강수관측소의 자료를 강우 및 홍수 재해정보 생산에 활용하고자 한다. 대상지역은 영동지역에 위치한 삼척오십천으로 해당 지역은 친수적으로 조성되어 강우로 인한 시민의 인명피해가 위험이 존재하는 곳이다. 본 연구에서는 새로 설치된 삼척 전파강수관측소로 관측된 자료를 이용하여 고해상도 격자 및 유역평균강우정보를 생산하고, 지역특성을 반영하여 강우정보 기반으로 하천홍수 위험을 판단할 수 있는 하천흐름계산도표를 개발하여 평가하고자 한다. 생산된 고해상도 격자 강우자료는 70m 격자 해상도를 갖으며, 분포형 비차등위상차를 이용하여 추정된 강우정보이다. 유역평균강우는 삼척오십천 유역과 삼척시 동단위 행정구역별로 산출된다. 또한 하천흐름계산도표는 삼척오십천 유역의 현장답사를 통해 시민의 접근성, 하천수위 급상승으로 인한 피해가능성을 고려하여 6개 지점을 선정하여 개발하고, 전파강수관측소 관측강우정보를 활용하여 홍수예측정보로의 적절성을 평가한다.

환경부는 기존 대형 강우레이더 관측망에 대한 동해안 지역 관측공백 해소와 집중호우에 의한 재해예방을 목적으로 2기의 전파강수관측소를 삼척과 울진 통고산에 구축 운영하고 있다. 본 연구에서는 삼척 및 울진 전파강수관측소 관측 자료 품질 향상을 위한 다양한 품질 분석 기법을 소개하고 그 결과를 제시한다. 설치된 전파강수관측소의 시스템 특성 중 하나인 Short/Long 펄스 신호에 따른 자료의 연속/불연속성 및 피뢰침에 의한 자료 품질, 그리고 강수에 의한 신호감쇠에 따른 유효관측거리 등을 분석하였다. 이러한 분석을 기반으로 신호보정옵셋 및 피뢰침 위치 등을 조정하여 자료 품질을 향상하였다. 또한 삼척과 울진 전파강수관측소를 대상으로 분포형 비차등위상차 산정 기술을 적용하고 그 결과를 분석하였다. 비차등위상차는 시스템 편차나 우박 등의 영향에서 자유로워 특히 전파강수관측소와 같은 X 밴드 정량강우 추정에서 중요하다. 일반적으로 비차등위상차는 차등위상차에 대한 필터링 기법으로 산출하는데, 이 방법은 약한 강수에 대해 변동성이 크며 지형에코 등에 의해 영향을 크게 받는다는 단점이 있다. 본 연구에서는 일반적인 필터링 기법에 의한 비차등위상차와 분포형 기법을 적용한 비차등위상차에 대해 비교 분석을 하였다. 전파강수관측소 강우 자료를 이용한 분포형 비차등위상차 시험적용 결과 기존 비차등위상차에 비해 정성적으로 우위를 보임을 알 수 있었다.

도시화로 인해 불투수층의 증가는 강우시 유출을 증가시켜 물순환을 왜곡시키고 다양한 오염물질을 수계로 배출시켜 수질악화 및 수생태계를 훼손시킨다. 이러한 환경 수문학적 문제를 해결하기 위하여 침투, 여과, 저류 등의 물리적 기작, 식생 및 토양의 생물학적 기작을 이용한 LID 기술을 적용하고 있다. LID 시설에 적용되는 식물은 심미적, 경관성을 증대시켜주나, 다량의 오염물질이 유입될 경우 일부 식물의 고사를 유발한다. 따라서 본 연구는 LID 시설내 식물 체내 중금속 농도를 파악하고자 수행하였다. 본 연구는 지붕 강우유출수를 처리를 위해 설치된 LID 시설(침투화분) 모니터링 대상 지점으로 선정하였으며, 패랭이(Dianthus chinensis)와 조팝나무(Spiraea fritschiana)가 식재되어있다. LID 시설 내 식재된 식물과의 비교를 위해 패랭이와 조팝나무가 식재된 화단을 각각 대조군으로 선정하였다. 패랭이는 잎과 뿌리, 조팝나무는 줄기와 잔가지로 구분하여 체내 중금속 함량에 대해 분석을 수행하였다. 중금속 분석은 토질오염공정시험기준에 의해 Fe, Ni, Zn, As를 분석하였다. 연구결과, LID 시설에 적용된 식생과 대조군 식생의 체내 Fe 농도는 패랭이(1176.9~3804.6mg/kg), 조팝나무(218.4~342.5mg/kg)이며, Ni의 경우 패랭이(13.3~21.4mg/kg), 조팝나무(7.2~12.5mg/kg) Zn은 패랭이(33.6~160.5mg/kg), 조팝나무(46.1~243.2mg/kg), As는 패랭이(7.3~37.3mg/kg), 조팝나무(1.9~8.7mg/kg)로 대조군에 비해 유사하거나 높은 값을 보이는 것으로 분석되었다. 또한, LID 시설에 식재된 조팝나무는 대조군에 비해 줄기는 약 26배, 잔가지 19배 이상 높은 농도를 보이는 것으로 나타났으나, 중금속 농도의 차이는 식물의 중금속 흡수 혹은 토양의 중금속 흡착능력이 토양의 종류, 특성에 따라 다를 수 있기 때문에 모니터링 환경에 따라 편차가 존재할 것으로 판단된다.

토지이용의 고도화에 따라 비점오염원 부하는 증가하는 추세이며 기후변화에 따른 강우강도 증가 등으로 지표면에 축적된 고농도의 비점오염물질이 하천으로 유출, 수질오염을 가중시키고 있어 비점오염원 관리가 필요하다. 환경부에서 효율적인 비점오염원 관리를 위하여 2004년부터 현재까지 3단계에 걸쳐 비점오염원 관리 종합대책을 수행하고 있으며, 2008년부터 비점국고보조사업을 추진하여 비점오염저감시설 설치를 통한 수질개선 및 수생태계 건강성 확보에 기여하고자 하였다. 이에 본 연구는 비점국고보고사업을 통해 구축된 비점오염저감시설을 대상으로 시설 설치 및 운영 현황과 강우시 비점오염저감 효과 분석을 통한 시설의 평가를 수행하고자 한다. 연구대상시설은 시범시설 및 국고보조시설 총 70개소로 2005~2017년에 준공되었으며, 2016년부터 현재까지 총 4년동안 진행된 모니터링을 바탕으로 연구를 수행하였다. 시설의 용량은 34~97,000㎥의 범위로 SA/CA 1.2~6.6%의 범위이다. 강우시 모니터링은 선행무강우일수 3일이상을 고려하여 수행하였으며 도시지역의 경우 5mm 이상, 농촌지역 10mm 이상시 모니터링을 진행하였다. 시설의 유입과 유출부에서 수질 및 유량 모니터링을 진행하였으며, 수질오염공정시험법에 준하여 BOD, COD, SS, T-N 및 T-P 항목에 대해 분석을 수행하였다. 모니터링 결과, 국내 비점오염저감시설의 평균 부하량은 SS 250.4 kg/day, BOD 89.2 kg/day, COD 136.2 kg/day, TN 51.4 kg/day, TP 7.1 kg/day 로 분석되었으며, 유출부 의 경우 SS 83.8 kg/day, BOD 37.2 kg/day, COD 51.0 kg/day, TN 15.4 kg/day, TP 2.0 kg/day로 나타났다. 또한, 은 오염물질 유입 및 유출 부하량의 상관관계 분석결과 SS, BOD, COD의 유입 및 유출 부하량의 상관성은 높게 나타났으며 특히 유기물질(BOD, COD)의 상관성은 0.8이상으로 분석되었다(p<0.005). 이는 비점오염저감시설에 적용된 식생, 미생물, 여재 등을 통하여 물리학적 및 생태학적 처리를 통해 저감되기 때문으로 판단된다. 하지만, TN은 인위적 요인과 자연적 요인이 복합적으로 작용으로 배출 특성으로 상관성은 매우 낮은 것으로 분석되었다.

하천으로 유입된 오염물질의 거동을 정확하게 예측하는 것은 하천 시스템의 수질 유지관리에 매우 중요하다. 본 연구에서는 1차 감쇠율(decay rate)을 가진 비보존성 오염물의 비정상 이송해석 방정식의 해를 위해 유한체적기법이 개발되어졌다. 하천 흐름 해석을 위해 자연형 단면에서의 마름-젖음 해석이 가능한 기법이 도입되었다. 이 기법은 2차-정도의 정확성와 Courant 수가 1 까지 안정함을 보장한다. 도입된 기법은 Godnov 형의 유한체적기법을 이용하여 St. Venant 방정식들을 해석하였고 질량 및 운동량 플럭스는 Roe 형의 Riemann Solver 를 사용하여 연산하였다. 오염물의 이송 해석은 추가적인 이송-확산 방정식을 도입을 통해 기존의 St. Venant 방정식과 함께 풀려질 수 있다. 추가된 방정식과 St. Venant 식은 3×3 eigenstructure를 구성하였고 이는 2차원 흐름해석 기법과 유사하게 해석될 수 있었다. 본 연구 모형의 검증을 위해 오염물의 계속적 주입을 가정한 가상 및 실제 하천에 적용되었다. 연구된 기법은 모든 적용에서 합리적 정확도를 가지고 오염물질의 연속적인 특성을 잘 모의하고 있었다.

지구온난화와 하천환경의 변화로 수질 오염이 심각해지고 녹조 현상 등의 피해가 증가하고 있다. 특히, 기후변화로 인해 온도와 강우량의 변동성이 동시에 증가하고 있어 하천의 수환경 관리측면에서 어려움이 증가하고 있다. 최근 하천 개발 사업으로 인한 인공 구조물 축조로 하천의 오염도 변화는 중요한 논점으로 대두되었으며, 그에 따라 정확한 수질 전망이 요구되고 있다. 녹조평가에 있어 주요 대리변수(proxy variable)로 chlorophyll-a(Chl-a)가 사용되고 있지만, Chl-a는 규조류와 남조류(cyanobacteria) 모두에서 발견되는 지표로서, 녹조의 유해성을 Chl-a 수질 지표만을 사용하여 판단하기에는 한계가 있다. Chl-a뿐만 아니라 수질에 대한 유량, 온도, 영양염류 등의 영향 또한 기존 연구에서 밝혀진 바 있다. 하지만 기존의 물리기반의 결정론적모형은 수질의 추계학적(stochastic) 특성을 반영하는데 제한적이며, 다양한 수문기상학적 조건을 고려한 시나리오 기반의 분석을 수행하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 특정 지점의 보 건설 이후 수문기상 자료를 이용하여 유해 남조류 개체수와 관계있는 수문기상학적 요인을 평가하고 최종적으로 Bayesian Poisson Regression 기반의 중·장기 녹조 예측 모형을 개발하였으며, 해설결과에 대한 불확실성 정보도 제공할 수 있도록 하였다.

환경부 자료에 따르면 1990년대부터 2000년대 후반까지 국내의 도시면적은 696,239㎢ 증가했다. 도시지역에서의 불투수면적이 차지하는 비율은 25% ~ 80%로 적지 않은 비율을 차지한다. 따라서 도시면적이 증가하면 이는 불투수면적의 증가로 이어지며 이로인한 지표유출로 오염물질의 유입이 늘어나게 되면, 수질오염중 비점오염원이 차지하는 비중의 증가한다. 비점오염원으로 인해 발생하는 환경문제를 해결하기 위해 LID(Low Impact Develpment)시설에 대한 연구가 많이 진행되었다. 본 연구에서는 7년간의 선행 연구결과를 바탕으로 LID 시설별 오염물질 저감효율을 비교분석하였다. 용인 삼계리에 위치한 식생수로 오염지표들의 유입, 유출EMC를 토대로 제거 효율에 대한 평가를 해보면 TSS는 46%, BOD는 48%, COD는 56%. TN은 42% 그리고 TP는 58%가 나왔다. 용인 해곡동에 위치한 식생여과대의 경우 TSS는 83%, BOD는 45%, COD는 43%, TN은 39%, 그리고 TP는 62%가 나왔다. 마지막으로 전주에 위치한 식생체류지의 경우 TSS는 100%, BOD는 75%, TOC는 62%, TN은 67% 그리고 TP는 83%가 나왔다. 이들 자료를 바탕으로 효율성 평가를 해보면 먼저 식생수로의 경우 TP 저감 효율이 58%로 가장 높았으며 TN 저감 효율이 42%로 가장 낮았다. 식생여과대의 경우 TSS 저감 효율이 83%로 가장 높았으며 TN 저감 효율이 39%로 가장 낮았다. 마지막으로 식생체류지의 경우 TSS 저감 효율이 100%에 가까운 양질의 제거효율을 보여주었으며, TOC의 경우 67%로 제일 낮은 제거효율을 보였다. 위 결과를 토대로 판단을 해보면 식생체류지가 전반적으로 좋은 지표를 보였으며 대부분의 상황에 양호한 제거효율을 기대할 수 있다고 생각된다. 식생 LID시설은 자연친화적이며 강우유출과 오염물질을 제거할 수 있다는 장점이 있는 반면, 장치형 LID시설에 비해 넓은 부지면적을 필요로 하므로 설치 지역의 특성에 맞게 LID 시설을 시공하는것이 적절하다고 판단된다. 해당 연구결과는 향후 식생형 LID시설을 설계하는데 있어서 기초자료로 반영될 것으로 기대된다.

LID (Low Impact Development, 저영향개발)는 산업화 및 도시화 진행 지역에서 비점오염원으로부터 배출되는 오염물질을 제어해 개발지역 내 자연순화 기능을 최대한 유지하고, 물순환 기능증대를 통해 강우 유출수를 지역 내에서 관리하는 것을 목표로 한다. 비점오염원 저감 LID 시설에는 자연형과 장치형 시설이 있다. 자연형 시설에는 저류형, 침투, 식생형 시설 등이 있다. 특히, 침투시설에는 대표적으로 투수블럭이 있으며, 이는 투수성 포장재를 통해 강우 유출수를 지하로 침투시켜 여과나 흡착 등으로 비점오염물질을 제어하는 시설이다. 장치형 시설로는 여과재나 망을 이용해 비점오염물질을 분리하는 여과형 및 스크린형 시설, 응집과 침전을 통해 비점오염물질을 분리하는 응집·침전 시설 등이 있다. 이에 본 연구는 2016년부터 2018년 3년간 전주 서곡지구 지역 내 설치된 필터형 투수블럭, 틈새형 투수블럭에서 진행했다. 각각의 투수블럭에서 총 19회, 20회의 강우 모니터링을 실시했고, 오염물질 유입 및 유출 EMC 등의 분석을 통해 유출 및 오염물질 저감효과를 분석했다. 연구 대상 각 투수블럭의 주요 제원은 시설 용량 14.4㎥, 시설 면적은 14.4㎡이다. 모니터링 결과값을 분석한 결과 필터형 투수블럭의 경우 유출 저감율은 17.4 ~ 100%, 틈새형 투수블럭은 29.6 ~ 100%이었다. 필터형 투수블럭과 틈새형 투수블럭의 단위면적당 유량 저감량은 각각 0.014 ~ 0.583㎥/㎡, 0.035 ~ 0.588㎥/㎡이었다. 오염물질 저감효율을 분석한 결과 유기물 항목(BOD, TOC)의 경우 틈새형 투수블럭에서의 저감효율(BOD 93.59%, TOC 90.39%)이 필터형 투수블럭에서의 저감효율(BOD 89.99%, TOC 86.94%) 보다 다소 높게 나타났다. 영양염류 항목(T-N, T-P)의 경우 필터형, 틈새형 모두 비슷한 저감효율(필터형 T-N 89.02%, 필터형 T-P 98.12%, 틈새형 T-N 90.41%, 틈새형 T-P 98.04%)을 보였다.

The concept of virtual water has been largely applied in the study of regional, national, and global water flows with particular emphasis on water scarcity. Despite water traditionally being managed locally, certain global forces influence the local water resource scarcity/availability and hence virtual water exchanges worldwide. It is therefore of necessity that the significant forces be examined to understand the relationship between available water in a region and the variability and trends in environmental, social, and economic factors that are of utmost importance in the formulation of water resources management policies. This study therefore reviewed recent literature from 2003 - 2019 to determine the significant indicators of virtual water trade at different spatiotemporal levels. The study examined and compared the major approaches to virtual water trade flows accounting, and also identified and discussed policy implications and future research options concerning the analysis of virtual water trade. Available information has shown that virtual water trade is significantly influenced by economic (GDP, Demand-Supply of goods and services), geographical (Distance), institutional (population) and environmental (water availability, arable land, precipitation) factors. Reports further show that the selection of a given approach for virtual water trade flows accounting will depend on the scope of the study, the available datasets, and other research preferences. Accordingly, this study suggests that the adoption of multidisciplinary approaches to virtual water trade, taking into consideration the spatial and temporal variations in water resources availability and the complexity of environmental and socioeconomic factors will be pivotal for establishing the basis for the conservation of water resources worldwide.

도시하천의 경우 비 강우시 하천의 유지용수가 부족하고, 도시지역에서 유입되는 오염물질로 인하여 수질악화, 악취 등의 문제가 발생하고 있다. 최근 생태하천 및 친수 공간에 대한 관심이 증가하고 있고, 이에 정부는 도시하천 복원사업을 적극적으로 추진하여 수환경개선을 위한 많은 노력을 기울이고 있다. 굴포천은 인천 부평구에서 경기도 김포시로 이어져 있는 국가하천으로서 수질 향상 및 유지용수 확대를 위한 굴포 하수처리수의 재이용수 활용 계획이 수립되었다. 이에 2019년 3월 자연생태하천 조성사업이 준공되었고, 굴포하수처리수에 오존처리과정을 거친 유지용수가 굴포천 상류부에 공급되고 있다. 본 연구에서는 굴포천 내 오존처리 재이용수 공급 전·후의 수질 개선 효과를 분석하기 위하여 하천수 수질기준을 활용하여 계절 별 주요 수질인자의 농도를 정량적으로 비교하였다. 유지용수 방류지점과 굴포하수처리수 방류 위치를 기준으로 굴포천 내 해석구간을 나누고, 재이용수 공급전·후 각 1년에 대하여 주요 수질을 분석하였다. 하천수 수질환경기준에 사용되는 DO, BOD, COD, TOC, SS, T-P를 중심으로 분기별 수질 분석을 한 결과, 굴포천 모든 지점에서 DO 농도는 평균적으로 증가하였고, 다른 주요 수질 인자의 농도는 감소되어 수질 개선 효과가 높은 것으로 나타났다. 분기별 하천수 수질등급 비교 결과 재이용수 공급 전 '매우 좋음(1a)'였던 수질인자는 재이용수 공급 후에도 동일 등급을 유지하였고, 모든 수질 항목에서 계절에 따른 편차가 있었지만 재이용수 공급 이후 모든 수질등급이 향상된 것으로 나타났다.

최근 나타나는 지구온난화와 이상기후로 인해 가뭄과 홍수피해 같은 자연재해 발생 빈도가 높아졌고, 하천에서는 오염된 수질과 수생태계 복원 및 수변공간 조성, 수자원 관리 등의 목적으로 수질환경 개선사업이 진행되고 있다. 수질환경 측면에서 하천에서 발생하는 가장 큰 문제점으로는 녹조 즉, 남조류의 발생을 예로 들 수 있다. 본 연구에서는 최근 보 개방을 통하여 수질개선 효과가 나타나고 있는 금강을 대상으로 세종보, 공주보, 백제보 구간에 대하여 주요 수질인자에 대한 상관관계 분석을 수행하였다. 특히 남조류 세포수와 주요 하천 수질인자를 Pearson's correlation analysis를 이용하여 상관관계를 분석하였고, 보 위치별 남조류 세포수를 종속변수로 하고, 상관도가 높은 수질인자를 독립변수로 하는 다중회귀식을 도출하여 금강 내 주요 하천 수질인자의 농도에 따른 남조류 세포수 관계를 규명하고자 하였다. 분석기간은 2012년 1월부터 2019년 12월까지 보 건설 이후 시점으로 선정하였고, 월 평균 남조류 개체수가 조류경보제 발령기준 관심단계이상에 해당하는 금강수계의 3개 보에 대하여 남조류 세포수와 수질에 영향을 끼치는 인자인 강수량, (수온)W·T, (수소이온농도)pH, (용존산소)DO, (생물화학적산소요구량)BOD, (화학적산소요구량)COD, (부유물질량)SS, (총질소)TN, (총인)TP, (클로로필-a)Chl-a, (전기전도도)EC, (질산성질소)NO₃-N, (암모니아성 질소)NH₃-N, (인산염 인)PO₄-P, (용존총질소)DTN, (용존총인)DTP, (총유기탄소)TOC 와의 상관관계를 분석하였다. 분석 결과 측정 지점별 남조류 세포수와 상관관계가 있는 인자는 서로 상이했지만 (수온)W·T과 pH의 경우 모든 지점에서 남조류 세포수와 양의 상관관계가 나타났다. 세종보는 W·T(0.383, P<0.01), pH(0.391, P<0.05)의 양의 상관계수를 나타냈고, 공주보에서는 (수온)W·T(0.436, P<0.05), pH(0.412, P<0.05)의 양의 상관관계를 나타냈다. 백제보에서는 (수온)W·T(0.415, P<0.01), pH(0.221, P<0.01)의 양의 상관성을 나타냈다. 남조류 세포수와 수질인자 간의 상관관계 분석에 따라 통계적으로 유의한 인자 중 (수온)W·T과 pH에 영향을 받는 영양염류와 퇴적물에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 사료되며, 연구를 통해 제시된 남조류 세포수 다중회귀식은 주요 수질인자 농도에 따라 발생 가능한 남조류세포수를 예측하여 금강의 수질 관리에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

전 세계적으로 기후변화로 인해 재난이 빈번히 대형화되고 있으며, 하수처리장과 같은 대형시설물도 자연재해의 위험성이 커지고 침수피해를 받을 확률이 높아지고 있다. 실제로 최근까지 청주 산단 폐수종말처리장, 평택 장당 하수처리장, 광주/곤지암 하수처리장 등이 폭우로 침수돼 가동이 중단되는 사태가 벌어졌다. 하수처리장이 침수될 경우 시설 자체의 1차적 피해도 문제가 되지만, 처리되지 못한 오염물질이 하천으로 흘러 들어가는 2차 피해가 더더욱 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 문제가 발생하기 전에 집중호우 시 각 시설의 취약성을 사전 평가하여 침수 피해를 대비하고, 평가 내용에 따라 침수 피해 사전·사후 대응을 위한 체계, 방법론을 구축, 제시함으로써 침수피해를 최소화하고자 한다. 침수피해의 취약성을 평가하기 위한 기준으로는 시설물의 침수방지를 위한 건물 턱의 높이, 하수처리시설 인근 제방의 유무, 구조적 홍수방어시설 유무, 침수 발생 시 가장 취약한 전력 설비 시설의 위치 및 피해 대책 등 실질적으로 측정 가능한 구조적 요소를 고려하며, 재난대응 매뉴얼 정비, 사전 재난훈련 수행 등 비 구조적인 측면으로도 접근하여 취약성 평가 지표를 도출하고자 한다.

최근 집중호우로 인한 환경시설의 침수피해는 시설의 직접 피해 이외에 단수와 수질 불량 등 사회적 2차 피해를 발생시킬 위험이 높기 때문에 효율적인 대응체계 및 대응시스템 구축이 요구된다. 하지만 환경시설에 대한 침수피해 영향예측과 피해저감기술의 개발이 미흡하고, 국내 실정에 적합한 환경시설의 침수피해 해석을 위한 전문시스템이 부재하여 환경시설의 방재대책 수립시 피해예측의 정확성 확보에 어려움이 따르고 있다. 따라서 본 연구는 환경시설의 침수피해에 대비하고 선제적 재해 예방 능력을 강화하기 위한 방안으로 국내 실정을 고려할 수 있는 공간정보기반의 환경시설 침수피해 시뮬레이션 플랫폼을 개발하고자 하였다. 이를 위해 공간정보 기반의 국내 환경시설에 대한 침수피해 인벤토리를 구축하고, 내수침수와 외수침수의 시뮬레이션 및 결과해석의 기능 지원하는 시스템을 개발하였다. 본 연구를 통해 개발한 시스템은 자연재해로부터 발생하는 환경시설 침수피해를 예측하고 피해를 저감하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 하천에서는 다양한 하천복원기술이 개발·적용되고 있으나, 하천관리의 패러다임 변화로 하천에서의 환경복원이 커다란 이슈가 되고 있다. 과거 치수 위주로 추진되어온 결과, 하천에서는 콘크리트 활용 기술이 과다하게 유입됨으로 인하여 치수에는 안전하나 하천 경관 훼손 및 하천생태계에 악영향을 미치고 있다. 특히 콘크리트를 활용한 기술은 높은 안정성을 바탕으로 세굴방지에 좋은 장점을 지니고 있으나, 하천에 적용 시 하천생물에 악영향을 미치는 강알카리(pH 12정도)를 지속적(10년)으로 용출하여 하천생태계에 악영향을 미치고 있다. 또한 하천에 대한 심미성에 영향을 미치게 되어 하천경관에 나쁜 영향을 미치고 있다. 본 연구에서는 이러한 독성물질이 포함된 콘크리트 대신 Biopolymer 접착소재와 같은 무독성 소재를 활용하여 다층다공성 하상보호공을 개발하였으며, 과학적인 검증을 통하여 안정성을 확인하였다. 이를 현장에 적용성을 확인하기 위하여 김해시 대청천 대청1보에 시범사업을 하였으며, 개발된 기술에 대한 안전성 및 생태성을 검증을 위하여 2015년부터 2018년까지 물리적/화학적/생물학적 모니터링을 수행하였다.

인간 물이용 중심의 하천 관리로 하천에 인위적으로 설치되는 횡단구조물은 물의 흐름을 막아 수질환경을 악화시킬 뿐 아니라 하천의 연속성을 단절하여 생물의 이동을 차단하여 생태계에 악영향을 미친다. 이러한 인위적인 구조물로서 약 34000여개의 농업용 보와 약 16000여개로 추정되는 낙차공이 다수 존재하고 있다. 이러한 구조물은 유수에 의하여 하상으로 전달되는 유수에너지를 저감하기 위하여 다양한 형태의 하상보호공을 설치하여 하천횡단구조물을 보호하도록 되어있다. 그러나 하상보호공에 사용되는 기술 중 사석 및 돌망태와 같은 기술은 시공비용이 적고 빠른 시간에 시공 할 수 있지만 급격한 홍수에 쉽게 파괴 및 유실이 되는 단점이 있으며, 콘크리트 소재 공법은 세굴방지에 좋은 효과를 발휘하는 장점을 지니지만, 시간이 지남에 따라 마모/변형되거나 포락/유실되어 하상을 지속적으로 보호하지 못하게 되며 과도한 세굴은 구조물의 안전성에도 영향을 미친다고 할 수 있다. 최근 기후변화로 인하여 돌발호우 및 강우량의 증가로 돌변하는 하천환경에 대한 적용기술은 미비한 실정이기 때문에, 많은 연구자들은 이에 대한 해결책을 찾기 위하여 자연친화적 생태복원 기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머를 다층다공성 하상보호기술에 대하여 에너지 저감 효율, 고유속에서 한계 소류력, 소재 이탈 실험을 최대유량 10 ㎥/s, 유속 8m/s를 재현할 수 있는 실규모 하천실험장에서 진행하여 과학적인 안전성을 확인하였다.

우리나라의 하천은 홍수방어와 토지이용을 목적으로 제방을 설치하고 하도를 직강화화 시켰으며, 저수로와 홍수터를 분리하는 단면의 조성 그리고 하천의 홍수터를 농경지나 공원 및·주차장 등으로 활용하는 등 홍수터를 인위적으로 고착화시켜왔다. 더욱이, 상류의 댐 및 저수지에서 방류량을 조절함으로써 중소규모의 홍수가 줄어드는 등 하천 흐름의 변화를 나타내는 유황이 단순해져 하상변화가 감소되고 건조화됨으로 인하여, 식생침입 등에 따른 하천 수림화가 진행되고 이로 인하여 하천이 습지라고 볼 수 없는 육역화 현상이 심화되고 있는 현실이다. 따라서 자연과 인간이 공존하기 위한 올바른 하천환경 관리를 위하여 해당하천에 대한 육역화의 원인규명 및 대책수립이 필요하다. 본 연구에서는 1986년에 신곡 수중보가 건설되었고 이로인하여 하류의 수리적 환경 등의 여건변화로 사주의 변화가 급격히 진행된 한강의 장항습지를 대상으로 하천 육역화 현황 분석 및 외국의 하천 육역화 복원사례를 통하여 장항습지에서의 복원방안을 제안하였다. 장항습지는 한강하구를 향하여 우안으로 가늘고 길게 형성된 사주로서, 본 연구에서는 종단길이 약 7.5km(신곡수중보~일산대교)를 대상으로 하였으며, 조사구간 내 사주의 폭은 최장 약 500m, 최단 약 60m 정도이다. 장항습지의 경년별 면적비교 결과, 장항습지는 1985년대비 현재 약 11.7배로 확대되었으며, 특히 2016년도에 급격히 증가된 것으로 분석되었다.

하천의 수질을 나타내는 환경지표 중 국가 TMS(Tele Monitoring system)의 수질측정망을 통해 관리되고 있는 지표로는 DO, BOD, COD, SS, TN, TP 등 여러 인자들이 있다. 이러한 수질인자는 하천의 자정작용에 있어 많은 영향을 나타내고 있다. 이를 활용한 경제적이고 합리적인 수질관리를 위해 하천의 자정작용을 활용하는 것이 중요하다. 생물학적 작용을 가장 효과적으로 활용하기 위해서는 수질오염 데이터에 기초한 수질예측을 채택하여 적절한 대책이 필요하다. 이를 위해서는 수질인자의 데이터를 측정하고 축적해 수질오염을 예측하는 것이 필수적인데, 실제적으로 수질인자의 일일 측정은 비용 관점에서 쉽게 접근할 수 없다. 본 연구에서는 시계열 학습으로 알려진 RNN-LSTM(Recurrent Neural Network-Long Term Memory) 알고리즘을 활용하여 기존에 측정된 수질인자의 데이터를 통해 시간당 및 일일 수질인자를 예측하려고 했다. 연구에 앞서, 기존에 시간단위로 측정된 수질인자 데이터의 이상 유무를 확인 후, 에러값은 제거하고 12시간 이하 데이터가 누락되었을 때는 선형 보간하여 데이터를 사용하고, 1일 데이터도 10일 이하 데이터가 누락되었을 때 선형 보간하여 데이터를 활용하여 수질인자를 예측하였다. 수질인자를 예측하기 위해 구글이 개발한 딥러닝 오픈소스 라이브러리인 텐서플로우를 활용하였고, 연구지역으로는 대한민국 부산에 위치한 온천천의 유역을 선정하였다. 수질인자 데이터 수집은 부산광역시에서 운영하는 보건환경정보 공개시스템의 자료를 활용하였다. 모델의 연구를 위해 하천의 수질인자, 기상자료 데이터를 입력자료로 활용하였다. 분석에서는 입력자료와, 반복횟수, 시계열의 길이 등을 조절해 수질 요인을 예측했고, 모델의 정확도도 분석하였다.

영산강수계는 상류에 4개의 농업용 댐이 위치하여 환경대응용수 확보 및 하천유지유량이 절대적으로 부족하고, 갈수기 하천 유량의 약 67 %가 광주 제 1, 2 하수처리장 방류수가 차지하고 있어 하천의 수질과 수생태계를 위협하고 있다. 이에 최근에는 오염된 하천의 건강성을 회복하기 위한 방법으로 수생태계의 정화능력을 활용한 인공습지가 각광받고 있다. 영산강 유역에서도 자연의 정화능력을 활용하여 하천 오염원을 저감시키기 위한 사업의 일환으로 2016년 광주 제 2 하수처리장 방류구에 서창오미공원 습지를 조성하였다. 이 습지는 유입량이 적어 정상적 기능이 어려운 기존 습지를 재조성한 것으로 하수처리장 방류수 약 5만 ㎥/day을 습지로 유입시켜 수질정화용 식재식물을 이용하여 하수처리장 방류수 수질을 개선한 사업이다. 2016~2017년 모니터링 결과, 습지 유입 전·후 BOD는 평균 33.5 %, 최대 73.1 % 저감 되었으며, T-P 또한 평균 59.3 %, 최대 91.6 % 저감 되었다. 그러나 습지는 운영기간 경과 시 퇴적물 축적, 고사체로 인한 T-P 용출 등으로 인하여 처리수의 수질이 더 악화될 우려가 있기 때문에 습지 조성 후 지속적인 유지관리와 모니터링이 필요하다. 그 예로 하수처리장 방류수와 비점오염원 처리를 위해 주암호에 조성된 인공습지의 경우, 2001년 준공 후 지속적인 관리 및 모니터링을 통하여 약 17년이 지난 2018년에도 BOD 49.3 % T-N 65.1 %, T-P 19.2 % 로 저감되어 오염원 및 영양염류 제거에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 본 조사에서는 서창오미공원과 주암호 인공습지 운영 결과를 토대로 습지 모니터링의 중요성과 적정 운영 방안을 제시하고자 하며, 영산강 하천의 점·비점오염원 저감을 위한 신규 인공습지 조성 사업에 기초자료로 활용하고자 한다.

최근 기후 변화에 따라 국내 하천은 급격한 유량 증가로 인해 하상의 변화에 많은 영향을 미치고 있다. 특히, 홍수시 하상의 변화에 영향을 미치는 유량 및 유속, 하상재료의 종류 및 대표입경, 입자의 특성 등이 있으며, 이런 요인들은 하상재료의 유실에 영향력을 미치고 있다. 또한, 하상재료의 유실에 영향을 미치는 하상재료의 단위중량, 대표입경, 재료의 특성과 관련이 있으나, 현재 까지 다양한 연구가 진행되고 있지만, 하상재료의 한계조건에 영향을 미치는 관련된 연구는 국내에서 미비한 실정이다. 본 연구에서는 하상의 재료의 종류, 입자의 특성, 입자의 크기에 따라 재료가 가지는 한계 유속과 한계 소류력의 영향력을 파악하고자 진행하였다. 본 연구에서 사용된 실험 수로는 인제대학교에서 개발한 무경사형 고속수로(Jung. 2019)는 수조 제원 가로 1.5 m, 세로 0.95 m, 높이 2.4 m, 수로는 개수로의 형태로 총 길이 10 m, 폭과 높이는 각각 0.3 m인 무경사 고속수로에서 진행되었으며, 사용된 재료는 일반 하천에서 사용되고 있는 모래, 황토를 이용하여 적정 비율을 섞어 시료를 제작하였다. 제작된 시료는 하천설계기준에 제시되어 있는 재료에 대한 등급을 비교했을시, 2-3등급 사이의 재료로 판단되며, 모래와 황토의 비율이 50:50 일때 입도 분포가 가장 좋은 재료로 나타났으며, 제작된 시료를 수로에 삽입하여 유하 전후를 수위센서를 통해 세굴율을 측정하였다. 세굴 측정시 모래 100%로 제작된 시료가 가장 많은 세굴이 일어났으며, 모래 25%, 황토 75%로 이루어진 시료가 가장 적은 세굴이 일어났다. 바이오폴리머의 강도 증진을 보기 위해 세굴이 가장 심하거나, 세굴이 적은 재료에 바이오 폴리머를 섞어 추가 실험을 진행 하였다. 본 연구를 통해 친환경적인 하상재료의 한계유속, 한계소류력에 대한 안정성평가를 진행하여 재료의 안전성에 대해 평가하고 기초자료로 기여하고자 한다.

급격한 기후변화와 도시화, 산업화로 인해 도시지역의 홍수피해가 증가하고 있다. 기후변화로 인한 재해 중 45%가 극한 강우 또는 홍수로 인한 재해로 확인되었으며, 급속도로 확장되고 있는 도시화 추세로 인해 도시지역의 홍수피해가 더욱 심화되고 있다(UNISDR, 2016). 기후변화 및 도시화로 인한 도시지역의 홍수피해가 증가하면서 시가지 건물 배치 및 도로망과 같은 복잡한 지역특성이 침수에 주는 영향을 분석할 필요성이 점차 증가하고 있다. 도시지역에서 홍수가 발생할 경우 복잡한 도로망은 배수로 역할을 하며 건물의 밀집도와 배치는 골목길 등에서 침수심을 증가시켜 안전한 구역이 좁아지는 효과를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 우선 복잡한 시가지를 특성화하여 분석 할 수 있도록 이상화된 시가지 모형을 설계하고 제작한 후 유량에 따른 흐름 특성 변화를 분석하였으며, 기초 실험 결과를 바탕으로 강우강도에 따른 유황 변화와 연계할 예정이다. 기초 실험 수행을 위하여 먼저 건물 배치 밀집도를 고려하여 주거구역을 불록화하여 직선형의 이상적인 도시지역의 시가지 모형을 설계한 후 실험 모형을 제작하였다. 하천 범람으로 인한 침수발생을 재현하기 위해 상류 도로망에서 유량이 유입되도록 제작하였으며, 유입조건에 따라 변화하는 시가지 내부 침수 흐름은 LSPIV 기법을 이용하여 분석하였다. 유입조건에 따른 시가지 내 침수 특성을 분석한 결과 지형적 경사 특성에 의해 시가지 내부에서 흐름이 가속되며, 모형의 사거리 구간에서는 흐름 유입 방향에 대해 횡방향으로 흐름이 합류하는 경우에는 합류 흐름이 유속이 더 높은 것으로 분석되었다. 따라서 합류 이후 유속이 증가하면서 피해 발생 가능성이 높은 것으로 나타났다.

하천 조사에 드론의 필요성은 점차 증가하고 있으며, 하천시설 조사 및 하천 물리량 간접 계측 등에 있어서 활용성 또한 증가하고 있다. 드론을 이용한 하천시설 및 하천 조사는 주로 광학 영상에 기초한 간접 계측을 중심으로 활발히 기술 개발이 진행되고 있으며, 최근에는 적용하는 임무장비를 확장하여 초분광카메리나 LiDAR 등을 활용하려는 시도가 활발히 이루어지고 있으며, 관련 기술의 개발도 역시 급격히 진행되고 있다. 이러한 기술 발전을 통해 하천 조사에 있어서 간접 계측의 정확도는 계속하여 증가하고 있으나, 기술의 편리성이나 활용성에 비해 정확도 향상에는 어느 정도 한계가 있으며, 간접 계측에 의한 정확도를 확보하기 위해서는 여전히 직접 계측 결과와 비교를 통한 검보정이 필수적이다. 직접 계측은 첨단 계측기를 사용한다고 하더라도 아직까지 인력에 의한 의존도가 높으며, 측정 효율이 여전히 떨어지고 있어 간접 계측의 편리성을 저하시키는 원인으로 작용하고 있다. 본 연구에서는 드론 기반의 간접 계측이 편리성 및 활용성, 정확도를 올리 수 있는 무인 IoT 수질 측정기를 개발하고자 한다. 무인 IoT 수질 측정기는 드론에서 측정한 자료 검보정 자료 획득을 목표로 하며, 드론으로 측정한 지역에 대한 데이터 검보정 정확도를 향상 시킬 수 있는 측정방안을 고려하고 있으며, 현재 이용 가능한 IoT 통신 모듈의 적용성 및 통신 거리를 고려하여 개발을 진행하고 있다. 특히 데이터 전송을 고려하여 개별 통신 규약 검토를 진행하였으며, 각종 표준을 검토하였다. 통신을 위한 전력 소모를 고려하여 저전력 통신 모듈을 중심으로 검토를 진행하였으며, 하천의 특성을 고려한 수질 측정 지점 결정을 위한 측정 알고리즘을 개발하여 적용하였다.

새롭게 개발된 미생물의 부산물인 바이오 폴리머는 토양의 강도를 높이고, 식물의 생장을 촉진시킨다. 본 연구에서는 실규모 수리 실험을 수행하여 바이오 폴리머를 이용한 호안 공법의 침식 저항 성능을 평가하였다. 실험을 위하여 다수의 호안 공법 시험체를 제작하였고, 이 시험체를 실 규모 실험수로에 설치하고 수리 실험을 통해 토양 손실과 이에 따른 한계 소류력을 결정하였다. 실험에는 일반 흙을 피복한 시험체, 바이오 폴리머와 혼합한 흙을 피복한 시험체, 식생매트와 바이오 폴리머 혼합토를 결합한 시험체 등이 사용되었다. 실험결과 재료나 식생의 활착도에 따른 차이는 있었으나 바이오 폴리머를 이용한 시험체의 침식 저항 성능이 바이오 폴리머를 이용하지 않은 시험체에 비해 높게 나타나는 것은 일관되게 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는 바이오 폴리머를 이용한 호안공법이 기존 호안 공법의 침식 저항성능을 향상 시킬 수 있음을 보여준다. 바이오 폴리머를 제방 호안 시공에 활용한다면 홍수로 인한 제방의 유실이나 파괴를 상당 부분 예방할 수 있을 것이다.

최근 국내·외에서는 재래식 소류사량 채집기를 이용한 직접계측방법의 한계를 보완하기 위해 음향센서(하이드로폰)를 활용하여 소류사가 이동할 때 발생하는 충돌음 신호로부터 소류사량을 간접적으로 추정하는 방법이 개발 검토되고 있다. 이러한 방법은 하이드로폰에 계측된 음향신호의 특성 중 음향 펄스 수와 소류사량의 상관성을 해명하는 연구가 주를 이루고 있다. 그러나 기존의 펄스 카운트 알고리즘은 원시신호에 대한 불충분한 노이즈 필터링 작업과 음향특성 중 진폭만을 고려하여 임계치를 설정하였기 때문에 운송되는 소류사량이 많을 경우 신호 파형의 중첩으로 인한 펄스 수의 과소평가, 감지 가능한 상한 입자 크기가 제한되는 등의 결점을 가지고 있다. 또한 대다수의 연구가 소류사량의 총량과 시계열적인 변화를 추정하는데 주안점을 두고 있어 소류사량의 입도분포를 추정하기 위한 연구사례는 매우 부족한 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 한계를 극복하기 위해 다양한 입경과 유속 조건을 고려한 단독입자 공급 실험을 통해 하이드로폰에서 계측되는 소류사 입경별 충돌음의 진폭과 특정 주파수대역을 기준으로 음향특성치를 효과적으로 필터링 할 수 있는 개선된 Band-Passs Method 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 검증을 위해 기존의 음향신호 필터링 방법(증폭 채널 방법, 임계치 설정 방법)과 비교·분석을 수행한 결과 제안한 방법이 기존의 필터링 방법보다 높은 소류사량 추정률을 보이는 것으로 나타났다. 아울러 단일입경 연속공급 실험을 수행하여 입경별 소류사량 추정관계식을 산출하고 혼합입경의 입도분포 추정 가능성을 확인하였다. 연구수행의 최종단계로 혼합입경 소류사량 추정이 가능한 입경별 통합 소류사량 추정 알고리즘을 개발하고 실측 소류사량과의 비교·분석을 통해 알고리즘의 소류사량 추정 정밀도를 검증하였다.

최근 지구온난화에 따른 기후변화로 인해 집중호우와 태풍의 영향으로 토석류를 동반한 산사태가 빈번하게 발생하고 있다. 산지에서 짧은 시간동안 강우가 집중되어 발생하는 토석류는 고수위의 홍수파를 형성하며 유목 및 흙, 자갈 등이 함께 유동하여 주변도로와 하류지역의 민가나 하천구조물에 큰 피해를 발생시킨다. 특히 강원도 지방도로의 경우 대부분이 산지와 급경사지로 이루어져 있어 집중호우시 산사태나 토석류에 매우 취약한 실정이다. 이러한 피해를 사전에 예방하기 위해 국내에서는 부처별로 다양한 풍수해 관련 재해지도를 작성하여 제공하고 있지만 표준모델이 없고, 서로 다른 형태의 지도를 관리하고 있어 재난 발생 시 도로관리에는 효율적인 활용이 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 재난 시 효율적인 지방도로 관리를 목적으로 다양한 재해지도의 중첩을 실시하였다. 또한 도로에서 빈번하게 발생하는 재해를 분석한 결과 산사태와 토석류가 높은 비중을 차지하였으며, 해당 재해지도를 중첩하여 지방도로 중심의 재해지도를 작성하였다.

최근 국내에서는 이상기온으로 인한 국지성 폭우와 여름철 태풍과 집중호우로 인해 다양한 재해 유형 중 산악지역을 중심으로 산지재해의 피해가 증가하는 추세이다. 본 논문에서는 토석류 피해지역 중 토석류가 발생한 메인계류와 해당 하류지역을 대상으로 연간지형변화 및 침·퇴적분석에 대해 기술하였다. 대상지역은 2012년 루사로 인해 토석류 피해가 발생한 인제군(설악산 국립공원)지역으로 거주하는 인원이 없어 민가나 생활시설에 미치는 영향은 크지 않지만 하류지역에 교량 및 도로가 위치하고 있어 토석류가 재발생시 위험한 지역으로 분류할 수 있다. 이에 2012 ~ 2020년까지 LiDAR 촬영을 이용한 현장모니터링을 실시하고 있다. 모니터링 데이터를 종합하여 년도별 지형자료를 구축하였으며 인명피해 위험성이 적어 복구가 늦어지거나 계획이 없는 자연사면지역에서의 지형변화를 살펴보았다. 또한 토석류 계류지역과 하류부를 중심으로 침·퇴적 분석을 실시하였다. 계류지역에서는 횡 넓이, 유동심, 크게는 방향, 식생 등에 대한 변화를 분석하였으며 하류부에 위치한 교량 및 도로 등 구조물, 시설물들에 미치는 영향을 분석하였다.

과거 무분별하게 획일화되어 개발되었던 하천 개발 사업으로 인해 수질오염과 생태계 훼손으로 하천의 건천화 현상이 발생함에 따라 최근 하천복원 사업이 적극적으로 계획·추진되고 있다. 수생태계의 건강성과 종적 연속성을 회복하기 위한 하천복원사업에 앞서 하천환경의 현상태에 대한 평가는 매우 중요한 부분이다. 유럽과 미국에서는 드론을 활용하여 하천관리 및 재해 피해조사가 활발하게 이루어지고 있었다. 국내의 센서기술과 무선통신 기술의 발전으로 인해 실시간 수집 가능한 정보의 범위가 늘어남에 따라 국내 하천환경 분야에서는 드론을 활용하여 획득된 원격탐사(RS) 자료와 지리정보 데이터베이스를 접목한 하천 공간조사 연구가 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 2019년 국토부에서 제시한 하천환경 평가체계에 따라 국내 도시하천중 하천복원사업을 시행하였던 청미천 지역에 대해 현장 조사와 UAV 영상, 항공영상을 활용하여 하천환경평가 결과를 비교하고자 한다. 하천환경평가체계 지침서는 캐나다(2013) 온타리오 하천평가기법을 참조하였으며, 급경사/중경사/완경사로 구분되며 사전조사와 현장조사 야장으로 구성되나 본 연구에서는 물리 평가지표만을 대상으로 하였다. UAV를 이용하여 촬영한 영상을 PIX4D 프로그램을 활용하여 정합한 후 획득된 색체정보를 활용하여 하천환경평가를 실시하였으며, 항공영상은 국토지리정보원의 국토정보플랫폼 국토정보맵에서 다운받은 자료를 활용하였다.

최근 광학이미지 및 레이저를 활용한 계측 기술이 발전됨에 따라서 수공학 분야의 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS) 및 원격탐사(Remote Sensing, RS) 기술의 활용 분야가 증가하고 있다. 광범위한 하천공간의 조사결과를 가시화하고 품질 및 활용성 제고를 위하여 GIS 및 RS 기술과 같은 고도화된 조사기술 및 장비의 도입하고 많이 활용하고 있다. 우리나라의 하천은 지형학적 특성으로 하천연장이 길고 접근성이 매우 불리하다. 하천정비 사업을 통하여 하천에 근접하게 접근할 수 있는 조건이 있다 하더라도 교목이나 지형지물에 의하여 시야 확보가 어려운 조사구간이 많다. 하천공간조사를 위한 드론 활용의 장점은 차량 및 도보로 접근이 어려운 조사대상에 접근하여 다양한 각도로 촬영하여 조사 목적에 부합하는 성과물 획득이 가능하다. 한국수자원조사기술원은 하도특성(평면, 사행 및 종횡단 조사)을 사전에 하천기본계획 보고서에서 곡률반경과 만곡도, 유심편향축, 최심하상경사 및 평균하상경사 등을 수집하고 현장에서 드론을 활용하여 접근조사가 어려운 항목에 대하여 드론을 적극적으로 활용하여 조사하고 있다. 드론을 활용할 경우 인력 및 소요시간이 대폭 절감되며 조사목적에 부합하는 다양한 조사 성과물을 얻을 수 있은 장점이 있다. 최종적으로 촬영된 영상자료는 넓은 범위의 하천공간을 고해상도 수치 지도화가 가능해 하천특성을 정량적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다.

하천 유량측정을 위한 표면유속계는 비접촉식 방식이기 때문에 현장에서의 측정이 간편하고, 비교적 안전하기 때문에 홍수시 유량측정에 널리 이용되고 있다. 비접촉식 유속계가 가지고 있는 이러한 장점으로 전자파표면유속계의 활용이 점차 증가하고 있으며, 영상유속계와 같은 비접촉 측정방식의 활용방안 마련에 대한 연구개발 등이 꾸준히 진행되어 왔다. 최근에는 고정식으로 상시 운영이 가능한 표면유속계 등이 출시되어 소규모 하천이나 수로에서의 상시 유량측정에 활용되고 있다. 다만, 이러한 비접촉식 유속계는 표면의 유속을 측정하기 때문에 유량산정을 위해서는 평균유속으로의 환산이 필요하지만, 현재까지는 평균유속 환산계수를 사용하여 표면유속을 평균유속으로 환산하는 방법이 유일하게 활용되고 있다. 하지만, 실제 하천에서는 단면 및 하도형태, 하상조건, 수리특성 및 유속분포 등의 다양한 조건에 따라 환산계수가 결정되기 때문에 이를 단순히 일률적으로 적용하는 것은 곤란하며, 이로 인해 과거 오랫동안 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위한 다양한 연구가 진행되었지만, 실제 다양한 조건의 하천에 적용할 수 있는 표준화된 방법은 아직까지 제시되지 못하고 있다. 현재까지, 고정식으로 설치된 유속계로부터 측정된 유속을 평균유속으로 환산하는 방법으로는 국내외적으로 지표유속법(Index Velocity Method)과 유속분포법(Velocity Profile Method)이 대표적이며, H-ADCP (Horizontal-Acoustic Doppler Velocity Profiler) 또는 UVM(Ultrasonic Velocity Meter) 등과 같은 초음파유속계를 활용한 자동유량측정시설의 유량산정방법으로 활용되고 있다. 이러한 방법들은 고정된 유속계의 측정유속을 지표유속(V_i)으로 하여 다양한 범위의 실측된 평균유속과의 관계를 개발하여 활용하거나, 지표유속을 매개로 개수로 단면의 이론적인 유속분포를 추정하여 평균유속을 산정한다. 이러한 지표유속을 활용하는 방법들에서 공통적으로 중요한 것은 하천단면의 최대유속(V_max)이 가장 좋은 지표유속이라는 것이다. 따라서 국제기준에서는 지표유속을 측정하는 유속계의 가장 바람직한 위치로 유심부(core flow)를 권장하고 있다. 하지만, 접촉식 유속계의 경우 유심부 설치가 매우 어렵고 많은 비용이 들기 때문에, 비접촉식 유속계를 활용하여 하천단면의 최대유속을 측정할 수 있다면, 가장 효율적인 고정식 측정방법이 될 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 비접촉식 표면유속계의 고정식 유량측정 활용성 및 적용성을 검토할 목적으로 표면유속에 대한 유량산정방법을 검토하였다. 이를 위해 24GHz의 주파수를 갖는 레이다표면유속계인 Sensoflow를 낙동강 수계 길안천에 위치한 안동시(대사3교)에 고정설치하여 표면유속을 지표유속으로 수집하였다. 다양한 유량규모에서 측정한 실측 표면유속과 수집된 표면유속을 지표유속으로 활용하여 지표유속관계를 개발하였으며, 산정된 유량을 기존 수위-유량관계곡선식의 환산유량과 비교하여 표면유속의 지표유속 활용성을 검토하였다.

Unlike conventional treatment technologies, the performance of nature-based facilities were susceptible to seasonal changes and climatological variabilities. This study evaluated the effects of seasonal variables on the treatment performance of constructed wetlands (CWs). Two CWs treating runoff and discharge from agricultural and livestock areas were monitored to determine the efficiency of the systems in reducing particulates, organics, and nutrients in the influent. For all four seasons, the mean effluent suspended solids concentration in the agricultural CW (ACW) increased by -2% to -39%. The occurrence of algal blooms in the system during summer and fall seasons resulted to the greatest increase in the amount of suspended materials in the overlying water. unlike ACW, the livestock CW (LCW) performed efficiently throughout the year, with mean suspended solids removal amounting to 61% to 68%. Algal blooms were still present in LCW seasonally; however, the constant inflow in the system limited the proliferation of phytoplankton through continuous flushing. The total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) removal efficiencies in ACW were higher during the summer (21% to 25%) and fall (8% to 21%) seasons since phytoplankton utilize nitrogen and phosphorus during the early stages of phytoplankton blooms. In the case of LCW, the most efficient reduction in TN (24%) and TP (54%) concentrations were also noted in summer, which can be attributed to the favorable environmental conditions for microbial activities. The mean removal of organics in ACW was lowest during summer season (-52% to 35%), wherein the onset of algal decay triggered a relative increase in organic matter and stimulate bacterial growth. The removal of organics in LCW was highest (54 % to 55%) during the fall and winter seasons since low water temperatures may limit the persistence of various algal species. Variations in environmental conditions due to seasonal changes can greatly affect the performance of CW systems. This study effectively established the contributory factors affecting the feasibility of utilizing CW systems for treating agricultural and livestock discharges and runoff.

하천기본계획 수립이나 생태하천 조성사업 등 다양한 하천사업에서 하천측량은 대상 하천의 지형 현황과 과거 사업이후의 변화량을 확인할 수 있는 중요한 요소이다. 국내 측량 기준인 공공측량작업규정(국토지리정보원)에서 하천 측량은 육지부에서는 횡단측량을 수부에서는 수심측량을 실시하고 수심측량은 음향측심기 사용을 원칙으로 한다. 국내 대부분의 수심측량은 단빔 음향측심기를 사용하고 있는 실정이며 일부 수심 확보 구간 또는 연구목적으로 멀티빔 음향측심기를 적용한 사례가 일부 보고된 바가 있다. 최근 수심측정이 가능한 항공수심측량(Airbone LiDAR Bathymetry) 장비 중 핵심계측기기인 Green LiDAR 센서 국산화 및 경량화에 관한 연구가 진행중이다. 이에 본 연구는 국내 하천 여건에서 개발 센서가 어느 정도의 활용성을 확보할 수 있는지를 검토하였다. 우선 환경부가 운영중인 수질자동측정망 71개 지점의 정기측정성과 중 탁도에 관한 일자료를 확보가 가능한 45개 지점을 대상으로 G-LiDAR 센서의 SD(Secchi Depth)를 기준으로 가용계측일을 산정해 보았다. 분석기간은 '12. 7.부터 '19.12.까지이며 분석기간중 SD 1.5m(1.94 NTU 추정) 기준을 만족하는 기간은 한강 2.07년, 낙동강 0.64년, 금강 2.21년, 영산강 2.71년으로 나타났다. 또한 지점별 가용기간 분석결과 분석기간인 7.33년 동안 탁도 기준이하인 운영 가능 기간은 연중 평균 80여일(2.74개월)로 나타나 제한적이나마 활용이 가능할 것으로 확인되었다. 향후 현장조사를 통해 공공측량 성과와 대상수계의 탁도 실측자료와의 연계분석을 통해 정확한 활용성 검토를 수행할 예정이다. 향후 적용 센서의 개발 성능목표를 달성한다면 하천내의 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대된다.

최근 우리나라의 2030년 10GW의 농촌 태양광 보급목표 달성을 위해 전국적으로 분포하고 있는 저수지 및 댐 등의 공유 수면을 활용한 수상태양광 설치가 적극 검토되고 있다. 수상태양광 사업의 증가와 함께 수상태양광 설치 및 운영이 환경적 측면에서 논쟁이 대두되고 있으나 수상태양광 발전시설이 호소 수생태계에 미치는 영향을 판단할 수 있는 장기적인 조사나 과학적 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 저수지에 설치되어 있는 수상태양광 발전시설에 의한 수생태계에 미치는 영향을 파악하기 위해 수상태양광이 운영되고 있는 2개소의 저수지를 대상으로 식물플랑크톤, 동물플랑크톤, 저서성 대형무척추동물, 어류 군집조사를 2개년(2017~2018년) 동안 실시하여 각각의 종풍부도 및 종다양도 지수를 분석하였다. 1차년도에는 수상태양광 패널 설치지역 및 패널로부터 200~250m로 이격거리를 유지하면서 총 6지점을 조사하였으며, 2차년도에는 수상태양광 패널 하부(영향권) 3지점과 패널로부터 약 250m 이격된 2지점(비영향권)을 대상으로 총 6회의 조사를 수행하였다. 식물성플랑크톤, 동물성플랑크톤, 저서 대형무척추동물, 어류 군집에 대한 종풍부도와 종다양성에 대한 분석결과, 종풍부도 및 종다양도는 발전시설 영향권 지역과 비영향권 지역간에 통계학적으로 유의미한 차이는 없는 것으로 나타났다. 종풍부도는 수상태양광 패널로부터 이격거리가 멀어질수록(열린수역으로 향할수록) 감소하는 수치를 보이다가 저수지 수변부에 가까워지면 높아지는 경향을 나타났다. 종다양도 역시 종풍부도 결과와 유사하게 수상태양광 패널 지역으로부터 이격거리가 증가함에 따라(열린수역으로 향할수록) 지수가 감소하다가 저수지 수변부에 가까울수록 높아지는 결과를 보였다. 이러한 결과는 동식물성 플랑크톤과 저서생물 및 어류 군집의 종풍부도, 종다양도가 수상태양광의 영향권과 비영향권간에 큰 차이를 없음을 나타내고 있으며, 일부 분류군의 경우 열린 수면보다 수상태양광 설비에 의한 반 폐쇄수역에서 종풍부도와 종다양도가 오히려 높게 나타났다. 그러나 본 연구결과는 설치된 수상태양광 패널이 전체 수면의 5% 미만에 해당하는 소규모 시설이므로 본 연구결과를 일반화해서 해석하기에는 한계가 있다. 넓은 수면적에 설치되어 있는 대규모 시설 및 20년 이상 장기간 운영되는 수상태양광 발전시설을 대상으로 지속적인 모니터링 및 누적된 환경영향 평가가 필요할 것으로 판단된다.

데이터마이닝은 빅데이터를 활용하는데 주로 활용되는 기술이다. 빅데이터 활용의 중요성이 증대됨에 따라 빅데이터를 기반으로 데이터마이닝을 활용한 생산, 금융, 통신 등의 성공적인 활용사례가 있지만 상수도 시설물에 적용한 사례는 드물다. 본 연구에서는 R프로그램을 기반으로 확보하기 어려운 데이터를 얻고자 관련 기사를 수집하고 데이터마이닝의 주요 기능인 분류, 군집(K-means)분석을 수행하였다. 예를들어, 상수관로의 정밀한 누수 분석을 위해서는 관경, 매설년도 등의 세분화된 자료가 필요하나 이러한 자료들은 쉽게 확보할 수 없다는 한계를 갖고 있다. 이러한 관점에서 상수관망 단수, 누수 등의 키워드를 통해 얻을 수 있는 기사를 기반으로 주요 키워드에 대한 군집분석을 수행하여 세분화된 상수관망 자료를 획득 및 분석하였다. 단수, 누수 키워드 기사에 의해 관경정보 등 파손된 관로의 정보를 확보할 수 있는 것으로 나타났으며 향후 확보하기 어려운 데이터를 보완할 수 있는 방법 중 하나로 활용될 수 있을것으로 기대된다. 그러나, 데이터의 양과 보다 정교한 군집분석을 위한 키워드설정 등의 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.

수도계량기(이하 "수량계")는 액체용 적산부피계로 물 사용량을 적산 계량하기 위한 기계기구 또는 장치이며 수량계 검정기준에 의해 검사기준 합격제품을 사용하서 수도요금을 징수합니다. 사실상 국내계량에 관한 법률에 의거하여 전이유량비가 6.3배수(2014년) > 4.0배수(2016년) > 1.6배수(2017년)로 점점 향상되며 2017년 기준으로 국제법정계량기구(OIML)의 성능과 같은 1.6배수까지 향상되어 국내의 수량계 기술기준이 많은 부분 향상되었습니다. 그러나 국제법정계량기구(OIML)는 현재 1.6배수의 80배수까지 검사기준에 합격에 반하여 현제 국내의 검사기준은 1.6배수의 100배수까지만 합격기준을 가지고 있습니다. 이러한 기준은 점차 발전해가고 있는 후발국가에 속하는 자국의 검사기준이 너무 갑작스럽게 국제법정계량기구(OIML)의 기준보다 높은 검사기준을 시행하며 많은 문제가 발생한 것 같습니다. 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 여러 복합적인 부품으로 이루어진 수량계의 유량 및 유속에 영향력이 있다고 보여지는 특정 부품 혹은 부위의 개선 및 개발로 해결할 수 있지 않을까 하는 의구심에 연구를 시작되었습니다. 유량 및 유속에 영향을 끼치는 유입부의 스트레이너, 내부 임펠러의 변경으로 성능검사에서 영향을 끼치는지를 유체역학 및 유동해석 등을 통하여 테스트 후 각각 단계 및 상황별 목업금형을 제작하여 현재 국내검사기준으로 진행되는 성능테스트인 기차테스트를 진행하였습니다. 먼저 수량계의 특성상 수량계 내부의 유량을 유체역학 및 유동해석으로 정확히 뽑아내는 것이 불가능하여 유입부 유출부의 유량의 흐름을 기준으로 유체역학 및 유동해석을 진행하였습니다. 테스트 후 그 결과 값으로 유입부의 스트레이너의 삽입 각도를 0°, 90°, 135°, 180°, 270°로 각각 제작하여 테스트를 진행하였으며, 내부 임펠러는 straight, SR, SL, SL R70, SL R60, R75, SR R65 형상으로 각각 제작하여 테스트를 진행하였습니다. 전반적으로 기존의 수량계보다 높은 성능을 보여주었으며, 특정 스트레이너의 삽입각도 및 임펠러의 형상에서는 기존보다 훨씬 유수율이 절감되는 결과값이 나왔습니다. 그로 인해 검사기준에 쉽게 부합할 수 있으며 물 사용량을 보다 정확히 계측하여 정확한 수도요금을 부과하여 국세 낭비로 인한 경제적 손실을 감소할 수 있을 것 같습니다.

물복지라고 하는 것은 국민들이 사회적 지위, 경제적 능력, 주거위치 등등에 상관없이 평등하게 물 서비스를 받는 것이다. 그러나 사회가 변화하고 고도화됨에 따라 단지 물공급만의 문제가 아니라 수환경, 물의 사용에 따른 비용지불 등 여러 가지 요소들이 물을 사용하고 물환경을 이용하는 측면에 있어 평등하게 제공되고 있는지 검토하여야 한다. 대도시와 소도시 그리고 시군구 지역들이 대도시와 공평한 물공급과 물환경을 제공받고 있지는 않은 것이 사실이다. 또한 경제적 수준에 따라서 물공급에 대한 부담감을 느끼는 것도 당연한 사실이다. 이러한 물복지는 최근에 들어서 과거 물스트레스, 물빈곤과 같이 물을 사용하는 데 있어 부족한 측면에 대한 연구에 비해 부족한 현실이다. 우리나라는 빠른 속도로 인구가 변화하고 있다. 이러한 인구변화 속도는 과거 용수공급계획을 수립함에 있어 지속적으로 인구가 증가함에 따라 물 수요도 증가하여 물부족이 될 것으로 예상했지만 수자원기술과 물처리능력 등의 발달로 인해 우리나라는 걱정한 만큼의 물부족은 발생하지 않고 있다. 그러나 앞으로 빠르게 변화하는 인구감소에 따른 물 복지수준에 따른 평가가 필요한 시점이다. 단지 물을 사용하는 것뿐만 아니라 물을 사용함에 있어 느끼는 부담감, 만족감 등에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 물복지를 평가하기 위해 여러 통계자료를 이용하여 인구수의 변화와 상수도 요금, 하수도 요금등의 변화와 물공급 기반시설, 그리고 물환경의 변화등을 검토하여 물복지를 평가할 수 있는 인자를 검토하였다. 그리고 향후 인구변화에 따른 물이용에 따른 변화를 살펴보고자 한다.

상수관망은 수용가에게 용수를 공급하는 사회기반시설물로, 용수를 공급하는 과정에서 관내에 이물질, 스케일 등의 생성은 불가피하다. 관로 변경, 단수로 인한 비상시 용수 공급 등의 유향 및 유속이 변화가 발생할 경우 스케일이 박리되어 적수사고 등의 수질문제가 발생 할 수 있으며, 이에 사전에 스케일을 제거 할 필요성이 있다. 스케일을 제거하기 위해서는 주기적인 관세척이 필요하며, 대표적인 공법으로는 플러싱공법이 있다. 현재까지 플러싱공법에 대한 연구는 실험을 통한 적용 권장 기준으로 진행되어 왔으나, 실제 상수관망에서 적용권장 기준을 확보하기 위한 방안에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 플러싱공법의 대표적은 종류는 재래식 플러싱공법과 단방향 플러싱공법이 있다. 재래식 플러싱공법은 제수밸브를 조작하지 않는 방법으로, 모든 소화전에서 용수를 방출하는 공법이다. 단방향 플러싱공법은 제수밸브를 조작하여, 일정한 방향으로 요수를 방출하는 공법이다. 단방향 플러싱공법은 재래식 플러싱공법보다 유속확보 측면에서 유리하여 관로 세척을 위한 유량 및 유속 확보가 용이하다. 단방향 플러싱공법을 적용하기 위해서는 관로의 유속을 확보하기 위해 세척구역 정의하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 세척구역 정의를 통한 플러싱공법 적용 방안을 제안하고자 한다. 세척구역은 크게 3단계로 구분한다. 먼저 블록단위의 세척순서를 결정하고, 블록 내 관망 세척구역을 결정한다. 이때 관로의 관경, 곡선구간, 세척구역의 길이를 고려하여 세척구역을 정의한다. 마지막으로 결정된 세척구역을 제수밸브의 위치, 조작 횟수에 근거하여 세척순서를 결정한다. 본 연구를 통해 실제 상수관망 플러싱공법 적용 절차 수립에 기여할 수 있다.

강우 시 우수관로 내부의 수리 거동(유속, 수위)에 영향을 미치는 대표적인 매개변수는 관로의 조도계수와 손실계수 등이 있다. 이 중 조도계수는 관로 내부의 퇴적 및 협잡물로 인한 조도높이 변화에 따른 관로 내의 수리학적 거동을 평가할 수 있는 매개변수이며 손실계수는 관로의 확대, 축소, 만곡 등에 의한 에너지 감쇄 효과에 따른 관로 내 수리학적 변화를 평가할 수 있는 매개변수이다. 본 연구에서는 서울시 주요 배수구역에 대해 관로 조도계수 및 손실계수 변화에 따른 수위, 유속 변동성을 SWMM으로 분석하였다. 연구에 적용한 대상 배수구역은 반포 02 (방배1), 안양천 13 (봉천1), 성내 05 (길동), 안양천 11(신림4), 반포 03 (방배2), 안양천 01 (오류1), 성내 03 (천호)로 총 7개 배수구역이다. 모형수행을 위한 조건으로 조도계수는 0.015 ~ 0.120 구간에 대해 0.003 단위로 증가시키며 총 12개 CASE를 적용하였으며 손실계수는 0.0 ~ 0.5 구간에 대해 0.1 단위로 총 6개 CASE를 적용하였다. 관로 수리특성에 따른 수심, 유속의 변화량 분석 결과는 관로 및 유역의 크기별로 변화의 폭이 매우 크므로 상자-수염그림(Box-whisker plot) 이용하여 중간값의 변화 정도를 검토하였다. 조도계수 증가에 따른 수심증가, 유속 감소치의 중간값을 분석한 결과 조도계수가 0.013에서 0.034로 증가 시 수심은 40.6% 증가하고 유속은 47.4% 감소하는 것으로 검토되었다(그림 1, 2). 한편, 손실계수 증가에 따른 수심증가, 유속 감소치의 중간값을 분석한 결과 조도계수가 0.0에서 1.6으로 증가시 수심은 15.7% 증가하고 유속은 15.0% 감소하는 것으로 검토되었다. 이상과 같은 연구의 성과는 우수관로 내부의 다양한 여건 변화가 강우 시 관로 내 수리특성에 미치는 영향을 판단하기 위한 기초 자료로 활용할 수 있으며 향후, 우수관로 모니터링 결과와 연계하여 유지관리 방안 수립에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

축산물의 수요가 증가함에 따라 가축의 사육규모 및 두수도 증가하여 가축분뇨의 발생량이 증가한다. 가축분뇨는 일반하수에 비해 고농도의 유기물, 질소, 인 등의 오염물질이 포함되어 있다. 적절한 처리 없이 하수처리장 및 수계로 유입될 경우 하수처리장 처리 효율에 영향을 미치거나 부영양화 등 다양한 문제를 야기 시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 아질산화 반응을 이용하는 다양한 공정들이 연구되고 있다. 아질산화 반응은 완전 질산화 반응에 비해 질산화 단계에서 약 25%의 산소요구량이 절감되고, 탈질 단계에서 약 40%의 탄소원이 절감되는 경제적 장점이 있기 때문이다. 본 연구에서는 부피 8L의 실험실 규모 아질산화 반응조 원통형 아크릴로 제작되었고, 서울 A하수처리장 미생물을 채취하여 사용했다. 또한 SRT의 영향을 살펴보기 위하여 35℃ 동일 온도를 유지했다. 반응조 슬러지 반송 및 폐기가 없는 완전 혼합 반응조로 SRT와 HRT가 동일하게 운전하는 방법을 사용하여 SRT를 조절하는 방식으로 운전했다. SRT의 경우 8일, 6일, 4일, 2일의 변경조건을 통해서 차이를 살펴보았다. Ammonia Removal Rate(%)의 경우 각각 86%, 86%, 87%, 24%의 효율을 보였고, Nitrite Conversion Rate(%)의 경우 각각 10%, 45%, 80%, 41%의 효율을 보였다. 35℃ 실험실 규모 반응조에서 가축분뇨 유입 원수의 아질산화 반응을 유도하기 위해서는 SRT운전 조건은 4~8일, 고효율의 아질산화 반응을 유도하기 위해서는 SRT 4일 조건이 적합하다고 판단된다. 본 연구는 실제 가축분뇨 처리 효율 상승을 위해서 아질산화 공법을 도입할 경우 중요한 자료로 이용 가능할 것으로 판단된다.

도시화와 산업화에 따른 유출환경의 변화로 인해 도심지에서 발생하는 대부분의 유출은 도로표면을 따라 이동하고 도로변에 설치된 빗물받이에 의해 배수된다. 이 때 빗물이 원활하게 배수되지 않아 노면수가 정체되고, 이 노면수가 인근 주택지로 유입되어 침수 피해가 발생한다. 이러한 현상은 유출량이 집중되는 도심지 저지대에서 주로 발생하며 설계 한도를 초과하지 않는 정상적인 강우 조건에서도 빈번히 나타나고 있다. 이는 최근의 기후 변화로 인한 집중 호우 등을 고려하여 설계 기준이 지속적으로 조정되어야 함과 동시에 도로 노면수의 배수 능력 평가를 위한 실제적인 연구가 이루어져야 한다는 필요성을 나타내고 있다. 특히 도로 빗물받이의 효율은 주로 종경사 및 횡경사 등의 도로 조건, 표면 유출 우수량, 빗물받이의 형상 등에 의존한다. 그러므로 상향된 설계빈도 및 도로 조건을 고려한 도로 표면 유출에 대한 흐름 분석과 빗물받이 특성을 고려한 실증연구의 분석 및 설계 해석 알고리즘의 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 도로 노면수의 배수 능력 증대를 위해 연속 설치된 빗물받이 조건 및 도로 경사조건을 고려하여 도로 배수시설의 표면 유출 모델 설계 알고리즘을 개발하였다. 표면 유출 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(종경사 2~10% 및 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)를 고려하였으며 유량이 노면 진행방향을 따라 연속적으로 증가하는 부등류 흐름 해석 방법을 채택하였다. 또한, 빗물받이 설치간격(L)과 도로의 폭(W)의 곱으로 계산되는 단순 직사각형 형태의 노면 형상이 아닌 도로 종경사 및 횡경사에 따른 유달거리를 산정하여 평행사변형 형태의 노면 형상을 계산하고 이에 따른 면적(A), 도달시간(tc) 및 강우강도(I)를 산정하였다. 이와 같은 1차원 흐름분석을 통해 도로 표면흐름 및 빗물받이 설치 간격을 제시하고 기존의 제시된 빗물받이 설치 간격과 비교하여 본 연구에서 제시한 설계 알고리즘을 검증하였다. 또한, 수리 실험을 통해 측정된 빗물받이 차집효율을 이용하여 연속 구간에서의 도로 표면 유출 모델의 적용성을 제시하였다. 이는 빗물받이 유입구를 통해 모든 유량이 유출된다고 가정하고 단독 구간에서의 수리분석 결과만을 고려하여 이를 확장시켜 개발된 기존의 도로 표면 유출 모델을 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서 제시하고 있는 설계 알고리즘을 적용한다면 도로 전체 구간에서의 흐름 변화 분석과 배수효율의 정량적인 분석이 가능하므로 향후 도로 표면 침수 피해 저감 및 배수능력 증대를 위한 실증적이고 정량적인 분석 방법이 될 것으로 판단된다.

본 연구는 장래 유입수질 변화로 해수담수화(Desalination) 역삼투압(Seawater Reverse Osmosis) 공정의 전력비 예측 모델을 개발하고 별도의 해수담수화 추가공정이 필요한지 검토하였다. 플랜트 시설은 한번 설치되면 오랜 기간 운영이 되고, 주요 공정의 시설물 변경이 어려우며, 특히 해수담수화 시설의 경우에는 생활용수 및 공업용수를 수요자에 상시 공급함으로서 중간에 추가 시설물을 증설하거나 변경하기가 쉽지 않다. 따라서 해수담수화 시설의 계획 초기부터 현재의 유입수질 및 장래의 수질 변화를 예측하여 해수담수화 공정을 계획하는 것이 필요하다. 금회 검토는 해수온도 및 염분도 변화를 고려하여 서해에 위치한 대산산업단지 해수담수화 시설의 해수담수화 공정 전력비를 예측하였고, 입력 자료(온도 및 염분도)는 국가해양환경정보통합시스템(MEIS, Marine Environment Information System) 22년 과거자료(1997~2018년)를 이용하였다. 개발된 모형에 적용하여, 해수담수화에 필요한 전력비의 변화를 예측할 수 있으며, 이를 바탕으로 해수담수화 시설물 공정계획을 검토할 수 있었다. 금회 연구에서는 장래 수질변화 예측모형의 결과를 기반으로 해수담수화 시설물 공정을 제시하였다는데 의의가 있다.

일반적으로 실제 유역에서의 계절 유출예측을 위해서는 계절 기상예측에 기반한 장기유출모델링을 수행하고 있다. 그러나, 대부분의 하천에는 하천유량의 자연적인 흐름체계에 인위적인 영향을 야기하는 댐이 건설되어 운영되고 있는 실정이다. 즉, 자연상태의 유역이 아닌 댐이 위치하고 있는 복잡한 유역에서는 반드시 저수지 운영이 고려된 유출모델링이 수행되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 장기유출모형의 대표적인 모형 중 하나인 SWAT의 저수지 운영모듈의 성능을 평가하고자 하였다. 한강에 위치한 다목적댐인 소양강, 충주댐을 대상으로 SWAT에 탑재되어 있는 저수지 운영모듈의 적용시 한계점을 검토하고, 이를 극복하기 위한 모듈개선을 시도하였다. 또한, 각 댐의 방류량, 저수지 수위를 중심으로 모듈개선 전후의 모의능력을 검증하였다. 저수지 운영과 관련된 모의성능은 인위적인 저류시설물이 위치하는 복잡한 유역의 유출분석시 반드시 검토되어야 하는 사항이며, 모델링을 통한 저수지 운영의 평가와 가뭄대응을 위한 비구조적 대책 수립시 매우 중요한 기능 요소이다.

설계홍수량의 결정은 하천기본계획, 댐 설계 등 수리·수문학적으로 중요한 변수 중 하나이다. 설계홍수량 산정을 위해서는 확률강우량 산정 및 강우-유출 모형의 일련의 과정을 통해 이루어지며, 홍수량 산정 표준지침(2018)에 자세히 수록되어 있다. 그러나 국내외 다양한 연구에서는 빈도별 확률홍수량의 경우 계측된 유량자료를 활용하여 직접 홍수빈도해석을 수행하는 것이 가장 정확한 방법이라 알려져 있지만, 홍수빈도해석을 위한 자연유량이 부족할 뿐만 아니라 홍수수문곡선(hydrograph)을 얻을 수 없는 단점이 있다. 더불어 우리나라의 경우 주요지점을 제외하고는 계측이 잘 이루어지지 않고 있으며, 수위-유량관계곡선(rating-curve)을 통해 산정된 유량자료를 활용하고 있어 자료의 신뢰성이 낮은 문제가 있다. 이러한 이유로 우리나라에서는 강우-유출 모형을 활용하여 빈도별 홍수량을 산정하고 있으며, 확률강우량의 시간분포를 입력자료로 하여 홍수수문곡선을 취득하고 있다. 그러나 확률강우량의 우량주상도 변환시 국내에서는 일반적으로 Huff 4분위법을 활용하지만, 실제홍수사상과 비교했을 때 과소 및 과대 추정하는 경우가 많다. 더불어 분포된 우량주상도를 면밀히 살펴보면 빈도해석된 확률강우량과 비교하였을 때 상당히 낮은 강우 빈도를 가지고 있다. 즉, 우량주상도는 특정 지속시간의 확률강우량을 Huff 분포를 활용하여 얻어지지만, 관측소별로 산정된 확률강우량의 빈도개념이 무너진다는 것이다. 이러한 결과로 인해 확률홍수량은 확률강우량과의 빈도개념의 상이하다고 할 수 있으며, 홍수빈도해석과의 비교에서도 차이를 보이고 있어 우량주상도의 개선 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기존에 일관적으로 사용되어지는 Huff 3분위 50%를 지양하고, Huff의 다양한 분위(quartile)과 Blocking 방법 등을 비교·검토하여 보다 국내 실정에 부합하는 확률강우량의 우량주상도를 제공할 수 있는 연구를 진행하고자 한다.

최근 우리나라에서 농업용수의 다원적 기능에 대한 공감대가 형성되고 작물생육에 필요한 관개용수로만 인식되던 농업용수의 개념이 농촌생활환경개선을 포함하는 다양한 지역용수로의 포괄적 개념으로 전환되고 있다. 농업용수는 식량생산 이외의 효용을 위한 다원적 기능을 가지며 농촌지역의 각종 생산활동과 생활조건의 유지개선을 위한 농업용수의 다원적 기능에 관한 관심이 증가하는 추세이다. 농업용수에서 발생하는 회귀수는 유역의 용수공급계획, 하천 유황의 예측, 관개용수 사용량 결정, 하천 건전화 방지, 수생생태계 보호 및 생물 다양성 확보 등 농업용수의 효율적 사용 및 환경생태유지를 위해 매우 중요한 역할을 하고 있다. 농업용수 회귀수량은 농업용수 중 하천으로 회귀하는 수량을 의미한다. 본류의 생태 유량 확보에 농업용수 회귀 수량이 기여하고 있으며 본류 하천의 환경 보전 기능을 하고 있다. 또한, 수생태계 보호 및 생물 다양성 확보 등 환경 생태 유지에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 하지만 농업용수 회귀수량이 하천 수생태에 미치는 영향 분석 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 대사 저수지 유역을 대상으로 농업용수 회귀 수량이 하류 하천 수생태에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 한다. 본 연구에서는 회귀 수량은 관개용수량, 배수량, 침투량, 담수심 등 물수지 항목을 논물수지 모형에 적용하여 산정하였으며, 하류 하천의 생태유량 산정을 위해 대사저수지 하류에 위치한 생물측정망 자료를 통해 대표 어종을 선정하였다. PHABSIM 모형을 이용해 모의 대상 지역 특성 자료 및 인근 소하천 생물측정망 자료를 바탕으로 HSI 기반 대표 어종 서식처 환경에서 최적 생태유량을 산정하였다. 이를 통해 추정된 농업용수 회귀 수량에 따른 필요 유량이 어류 서식환경에 미치는 영향을 평가하였다. 본 연구 결과 대사저수지 하류 하천에서 농업용수 회귀수량이 차지하고 있는 기여도 큰 것으로 분석되었으며, 최적 생태유량과 비교한 결과 농업용수 회귀수량이 수생태(어류)에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 농업용수 회귀수량은 하류 하천의 하천유지수량뿐만 아니라 하천 환경생태유지에도 매우 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다.

생태유량은 하천에 서식하는 동·식물 등의 서식처 조건을 고려하여 갈수시에도 최소한의 하천생태계가 유지될 수 있도록 하는 유량이다. 이는 하천의 적정유량으로 적용할 수 있는 생태적 기준의 하나이며 수생생물의 물리적 서식처 적합도를 이용하여 산정할 수 있다. 특히 하천 생태계의 먹이 사슬 상층부에 속하는 어류는 서식처의 물리적 조건에 민감하므로 적절한 유량을 보장해 주는 것이 중요하며, 이러한 이유로 생태유량 산정에 어류의 서식처 조건이 주로 이용된다. 본 연구에서는 다목적댐의 건설과 준설 및 매립 등으로 유황 변동과 하류 염해 피해 등에 의한 하구 생태계 변화 등을 겪고 있는 섬진강 수계를 대상으로 송정, 겸백, 화개 세 지점에 대해 생태유량을 산정하였다. 이 생태유량은 섬진강 수계에서는 직접 측정에 한계가 있어 금강에서 측정된 피라미의 서식처 적합도 지수를 이용하였고, 지점의 하상재료 및 환경 조건을 반영하여 PHABSIM을 이용하여 산정되었다. 그 결과 송정의 최적 생태유량은 8.5㎥/s, 겸백은 2.26㎥/s, 그리고 화개 지점은 36㎥/s로 산정되었다. PHABSIM을 이용한 생태유량 산정 값은 지점에 따라 다소 과대 추정되는 경향이 있기도 하지만, 섬진강 수계의 해수 침투 등에 의한 염해 피해 대책 마련 등을 위해서는 산정된 유지유량을 확보하기 위한 해결 방안이 제시되어야 할 것으로 판단된다.

토양수분은 증발산, 유출, 침투 등 물수지 요소들과 밀접한 연관이 있는 주요한 변수 중에 하나이다. 토양수분의 정도는 토양의 특성, 토지이용 형태, 기상 상태 등에 따라 공간적으로 상이하며, 특히 기상 상태에 따라 시간적 변동성을 보이고 있다. 기존 토양수분 측정은 토양시료 채취를 통한 실내 실험 측정과 측정 장비를 통한 현장 조사 방법이 있으나 시간적, 경제적 한계점이 있으며, 원격탐사 기법은 공간적으로 넓은 범위를 포함하지만 시간 해상도가 낮은 단점이 있다. 또한, 모델링을 통한 토양수분 예측 기술은 전문적인 지식이 요구되며, 복잡한 입력자료의 구축이 요구된다. 최근 머신러닝 기법은 수많은 자료 학습을 통해 사용자가 원하는 출력값을 도출하는데 널리 활용되고 있다. 이에 본 연구에서는 토양수분과 연관된 다양한 기상 인자들(강수량, 풍속, 습도 등)을 활용하여 머신러닝기법의 반복학습을 통한 토양수분의 예측 가능성을 분석하고자 한다. 이를 위해 시공간적으로 토양수분 실측 자료가 잘 구축되어 있는 청미천과 설마천 유역을 대상으로 머신러닝 기법을 적용하였다. 두 대상지에서 2008년~2012년 수문자료를 확보하였으며, 기상자료는 기상자료개방포털과 WAMIS를 통해 자료를 확보하였다. 토양수분 자료와 기상자료를 머신러닝 알고리즘을 통해 학습하고 2012년 기상 자료를 바탕으로 토양수분을 예측하였다. 사용되는 머신러닝 기법은 의사결정 나무(Decision Tree), 신경망(Multi Layer Perceptron, MLP), K-최근접 이웃(K-Nearest Neighbors, KNN), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, SVM), 랜덤 포레스트(Random Forest), 그래디언트 부스팅 (Gradient Boosting)이다. 토양수분과 기상인자 간의 상관관계를 분석하기 위해 히트맵(Heat Map)을 이용하였다. 히트맵 분석 결과 토양수분의 시간적 변동은 다양한 기상 자료 중 강수량과 상대습도가 가장 큰 영향력을 보여주었다. 또한 다양한 기상 인자 기반 머신러닝 기법 적용 결과에서는 두 지역 모두 신경망(MLP) 기법을 제외한 모든 기법이 전반적으로 실측값과 유사한 형태를 보였으며 비교 그래프에서도 실측값과 예측 값이 유사한 추세를 나타냈다. 따라서 상관관계있는 과거 기상자료를 통해 머신러닝 기법 기반 토양수분의 시간적 변동 예측이 가능할 것으로 판단된다.

수공구조물을 설계하기 위해서는 다양한 지속기간에 대한 설계수문량을 추정해야 한다. 국내의 경우도 기후변화로 인한 이상기후의 발생으로 1~2시간 동안 강우강도가 큰 집중호우가 발생하여 도시홍수를 발생시키며 직접 또는 간접적으로 피해를 주고 있다. 특히 북한 지역은 강우관측소가 존재하지 않은 지역이 많아 수공구조물 설계에 필요한 설계수문량을 추정하기에 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 하향스케일링(down-scaling)을 이용하여 북한 지역의 24시간 이내의 확률강우량을 추정하고자 한다. 이를 위하여 미계측 유역인 화천댐 상류유역의 지역빈도해석과 군집분석을 수행하여 수문학적 동질성을 확보하였고, 한강유역을 4개의 동질지역으로 구분하였다. 스케일 성질은 동일한 분포형을 가정하므로 수문학적 동질성이 확보된 기준 지속기간의 자료로부터 임의이 지속기간에 대한 확률강우량 추정이 가능하다. 따라서 북한지역의 짧은 지속기간에 대한 확률 강우량 추정을 위하여 동일한 지역 내의 지역 스케일 지수와 스케일 인자를 이용하여 하향스케일링을 적용할 수 있으며, 단기 혹은 장기에 해당하는 지속기간에 대한 확률강우량을 추정할 수 있다.

수문시스템은 기후변화와 도시화와 같은 다양한 인간활동으로 인하여 지속적으로 변해오고 있다. 수문시스템의 변화를 이해하는 것은 주요한 과제였으며, 수문모델링, 기후탄력모델 등을 통해 변화의 원인과 정도를 정량화하고자 하는 노력이 이루어져 왔다. 수문모델링 방법은 변화 원인을 통제하고, 각 조건에 따른 영향분석을 수행하기에 용이하나, 유역별 수문모형의 보정과정은 연구자의 많은 노력이 필요하다. 기후탄력모델은 주로 Budyko 곡선이 활용되어왔으며, 장기간의 실측자료를 기반으로 작성된 곡선에서 변화 폭을 통해 기후변화와 인간활동의 영향을 정량화하는 연구가 진행되어왔으나, 장기간의 실측자료가 미비한 유역에서는 적용에 한계가 있다. 본 연구에서는 기후변화와 인간활동에 의한 수문시스템의 변화를 정량화하기 위해 climate elasticity model과 hydrological model을 접목하여 시범유역을 대상으로 분석하고자 한다. 장기간의 유역 유출량 자료는 HSPF 모형을 활용하여 모의하였으며, 2013~2015년은 보정, 2010~2012년은 검정된 모델을 활용하였다. 1970년부터 2015년까지 유출량자료를 활용하여 Budyko curve를 작성하였으며, 1970년대비 2015년의 수문시스템의 변화를 각 원인별로 정량화하였다. 본 연구는 수문시스템의 변화 원인 파악 및 회복을 위한 정책 수립에 기초로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

원주시를 비롯한 남한강 지류인 섬강의 중·하류 지역에서의 물 부족 및 수해를 방지를 위하여 남한강 지류인 섬강 유역에 횡성댐이 건설되었다. 그러나 상수원으로 이용되는 타 댐에 비해 횡성댐의 최근 5년간 TOC와 BOD₅의 평균 농도가 높은 것으로 나타났다. 횡성댐 유역의 수질 오염은 원주시와 횡성군의 식수원인 횡성호의 수질에도 악영향을 미치게 되어 이에 대한 개선책이 필요하다. 이에 본 연구에서는 횡성댐 유역의 주요 유입하천을 대상으로 오염원 현황을 파악하고 홍수기 유량·수질 모니터링을 통한 오염원 특성 및 기여도를 분석하였다. 이를 바탕으로 SWAT 모형을 구축한 후 횡성댐 유역 내 주요 우심하천인 구사천과 횡성댐 말단 지역에 대해 적용 가능한 총 5가지의 수질개선 대책 시나리오를 구성하여 유역 모델링을 통한 전체유황, 홍·풍·평수기, 저·갈수기 수질 오염 저감 효과를 분석하였으며, 추가적인 수질개선 대책으로 지역적 특성을 반영하여 오염원별 다양한 관리대책을 제시하였다. 우심하천인 구사천의 경우 마을하수도 설치에 대한 오염부하 저감 효과와 벌목에 대한 오염부하 영향에 대한 시나리오를 모델 내 적용하여 분석하였다. 또한 횡성댐 유역 말단에 대해 비가림시설 및 유출방지턱 설치에 따른 오염부하 저감 효과, 표준시비량 적용 및 농업BMPs(물꼬관리, 완효성비료, 볏짚피복, 초생대)에 따른 오염부하 저감 효과를 분석하였다. 시나리오별 수질개선 효과를 분석한 결과, BOD₅는 최소 0.1 ~ 11.6%의 수질개선 효과가 있었으며, T-N은 0.1 ~ 22.3%, T-P는 0.1 ~ 31.8%, TOC는 0.1 ~ 3.8%의 수질개선 효과가 있는 것으로 나타났다. 각 수질항목별 시나리오를 분석한 결과, 비가림시설 및 유출방지턱과 축산분뇨 위탁처리 시나리오, 경작지 표준 시비량 시비 및 농업 최적관리 적용 시나리오의 오염원 저감 효율이 가장 높은 것으로 나타났다. 향후 본 연구에서 제시한 오염저감 시나리오와 수질개선 대책 등을 통해 도출된 결과는 횡성댐 유역의 수질 개선을 위한 대책 수립에 기여할 수 있을 것이라고 판단되나, 횡성호 상류유역의 수질개선만 고려했기 때문에 호소 내 수질관리에 대한 후속 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

대하천 주변 광역상수도 공급지역은 가뭄 발생시에도 안정적으로 물이용이 가능하나, 중소하천을 수원으로 하는 하천의 상류지역은 가뭄시 물공급 안정성이 취약하다. 따라서 중소하천을 대상으로 가뭄시 물 공급시설의 효율적 운영, 물부족 위험도 평가, 가용 수자원의 최적이용 등 종합적인 대책 마련을 위해서는 신뢰성 높은 수문량(하천유출량 및 수자원가용량) 예측이 필요하다. 기존의 가뭄시 하천유출량 예측정확도 평가는 통계적 회귀분석을 통한 가뭄지수 기반의 가뭄상황의 예측에 치중하여 불확실성이 크며 국내 유역의 복잡한 물이용체계를 고려하지 않아 시·공간적인 규모에 따라 상이한 결과를 나타내며 실측자료 기반의 하천유출량과 비교하면 정확도가 대부분 60% 이하로 나타난다(이상은 등, 2015). 본 연구에서는 상세 물이용체계를 고려한 정도높은 수자원가용량의 평가를 위하여 한강권역 내의 한탄강댐 상류 유역을 테스트베드로 선정하였다. 한탄강댐 상류유역은 다수의 복잡한 농업용 수리시설 운영에 따른 수자원가용량 예측정확도가 매우 낮은 지역으로 본 연구를 통해 정도 높은 수자원가용량 예측정확도를 확보하기에 적정한 유역이라 판단하였다. 수자원가용량을 평가하기 위한 모형은 한국건설기술연구원에서 개발된 CAT3.1(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool 3.1)을 이용하였다. CAT 3.1은 중소하천 유역내의 인위적인 물이용체계(광역급수, 재이용, 지하수 취수, 하천수 취·배수 등)를 반영한 수문량(하천유출량 및 수자원가용량) 평가 및 예측이 가능한 모형으로 기존 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여 개발되었다. 한탄강댐 상류유역의 물리적 매개변수는 최대한 기 구축된 GIS 자료를 활용하여 추출하였다. 토지이용현황은 산림과 농업지역이 대부분을 차지하여 농업용수 공급이 대부분인 물이용체계를 가지고 있다. 따라서 한국농어촌공사에서 관리하는 11개 농업용 저수지에 대한 취수현황 및 제원, 국가지하수센터의 유역내 지하수사용량, 하폐수처리량을 기본 입력 자료로 사용하였다. 특히 농업용 저수지의 경우에는 저수지출구점을 기준으로 저수지 상류유역 및 한국농어촌공사에서 기 구축된 관개면적 공간자료를 기본으로 수혜구역을 세분화하여 모형을 적용하였다.

최근 전 세계는 급격한 기후변화와 도시화의 집중 등으로 인해 예상치 못한 수문학적인 문제, 특히 도시 내 홍수 피해 규모와 빈도가 매년 증가하고 있다. 기존의 도시 개발은 그레이 인프라(Gray Infrastructure)형을 중심으로 불투수 포장면의 증가를 가져왔다. 그 결과로 자연적 투수층이 감소하여 첨두유량 증가, 침투량 감소와 같은 도시물 순환의 문제점이 부각되기 시작했다. 이에 많은 국가들이 그린 인프라(Green Infrastructure)의 중요성과 필요성을 인지하고 그와 관련된 정책 마련에 나서고 있다. 그린 인프라는 모든 개발사업의 계획 이전에 고려되느냐 기타 기반 시설의 계획 후 입지를 결정하느냐에 따라 입지 선정 기준을 크게 두 가지로 구축할 수 있는데, 본 연구는 도시 내 물 순환을 관리하여 유출수를 지표로 침투시켜 도시의 회복력을 평가하는 것이기 때문에 후자에 해당된다. 자연과 분리되거나 별도로 적용하지 않으면서 기후변화에 대응할 수 있는 지속가능한 도시를 만들 수 있으며 소규모로도 물 순환을 가능하게 해 도시의 큰 구조적 변화 없이 적용 가능하다. 본 연구에서는 서울 신월지구에 선행 된 시험 관측 결과를 토대로 도시 내 그린 인프라의 설치에 따른 도시 회복력에 대한 정의를 내려보았다.

우리나라의 주요 식량은 쌀이기 때문에 논 경작이 매우 활발한 국가이며 국토전체면적의 약 8.27%가 논으로 구성되어 있다. 그렇기 때문에 우리나라 유역을 대상으로 수문 모델을 모의함에 있어서 유역 내 논에서의 수문학적 반응을 살펴보는 것은 정확한 유출분석을 위해 반드시 필요하다. 본 연구에서는 물리적 매개변수 기반의 물 순환 해석 모형인 CAT(Catchment Hydrologic cycle Assessment Tool)을 이용하여 충청남도 보령시에 위치한 보령댐 유역을 대상으로 일 자료기반의 유출모의를 수행하였다. CAT은 논에서의 담수심과 물꼬높이 등을 고려한 모듈을 포함하고 있기 때문에 우리나라 논에서의 유출특성을 반영한 유역 유출 모의가 가능하다. 연구기간은 2000년부터 2017년으로 총 18년의 강우, 유출 및 기상자료를 수집하여 전체 기간에 대해 모의하였다. 전체 기간 모의 결과에 대한 유출률과 토양수분을 분석하여 연속된 평년기간(2003년 - 2005년)과 연속된 가뭄년 기간(2015년 - 2017년)으로 시나리오를 구분하였으며, 각 3년 기간으로 구분된 두 가지 시나리오에 대한 논에서의 수문학적 거동 변화를 토양수분과 지하수수위를 중심으로 비교 및 분석하였다.

아프리카 대륙에서 존재하는 가장 큰 사하라 사막(Sahara desert)의 면적은 지난 1세기 동안 기후변화로 인하여 10% 정도 증가하였고, 미래에도 기온상승으로 인하여 증가할 것으로 판단된다. 사하라 사막 면적의 증가로 인하여 아프리카의 자연식생과 수자원뿐만 아니라 아프리카에 거주하는 사람들의 삶에 많은 영향을 미치기에 사막의 면적 또는 경계선의 위치를 예측함은 매우 중요하다. 본 연구에서는 Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5)의 36개 Global Climate Models (GCMs)과 ERA-interim 재분석 자료의 1979~2000년 강수 자료들을 이용하여 사헬(Sahel) 지대 서쪽(15W~15E, 10N~20N)과 동쪽(15E~35E, 10N~20N)의 강수량과 사막경계선을 비교하였다. 또한, 각 모델의 과거 모의 성능을 평가하여 미래 기후 예측성을 판단하고자 한다. 본 연구에서는 22년 평균 강수량이 200mm 이하인 지역을 사막이라 정의하고, 모델별로 연평균 강수량과 사막경계선에 대한 root mean square error(RMSE)를 산정하여 평가하였다. 또한, 습윤 정적 에너지(Moist. Static Energy; MSE), 바람(풍속 및 풍향) 자료를 이용하여 각 모델의 사막경계선의 오차에 대한 이유를 분석하였다. 이 연구를 바탕으로 하여 사헬 지대의 강수량 및 사막면적 모의의 불확실성 요소를 이해하고, 미래 상세 지역 수문기후 변화 예측에 활용 가능한 GCMs을 선별할 수 있을 것으로 판단한다.

하천의 유출률은 하천의 경사, 연장, 강우특성 및 규모 등에 따라 크게 영향을 받으므로, 제주도의 지역별 고도별 토양 및 강우 특성과 독특한 지형에 따른 간헐하천의 유출특성을 고려할 때 관측에 의해 유출특성을 파악하는 것은 현실적으로 어렵다. 특히나 홍수시 관측되는 유량의 불확실성과 지역별·고도별 강우량의 편차를 고려한다면 강수대비 정확한 관측유출률의 산정 자체가 쉽지 않다. 이는 기존 관측된 유출률이 하천유역별로 대상기간별로 차이가 크게 나타나는 것을 통해서도 알 수 있다. 따라서 특정 지점에서의 몇 개의 강우사상에 대한 유출률이 아닌 다양한 사상과 지역적 특성을 고려한 유출특성을 파악하기 위해서는 모델링에 의한 접근법이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 하천유역에서의 건천화 현상과 간헐적 유출특성을 모의하는데 최적화된 제주형 SWAT-K 모형을 기반으로 제주도 11개 하천유역(유역면적 30 ㎢ 이상)에 대한 유출특성을 분석하였다. 유출률을 중심으로 계절별, 지역별, 하천유역별 차이를 비교 분석함으로써 강우규모에 따른 유출 특성과 시·공간적 유출률 변화를 평가하였다. 1992~2013년 기간에 대해 분석한 결과 제주도 전역에 대한 연간 유출률은 13.3%~30.5% (평균 21.8%)로 나타났다. 하천유역별로는 천미천(31.6%), 가시천(31.1%), 화북천(29.3%), 창고천(27.4%), 의귀천(27.1%)의 유출률이 상대적으로 크게 나타났으며, 효돈천(18.9%)와 도순천(19.0%)은 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다. 11개 하천유역에 대한 월별 평균 유출률은 강수량이 많은 8월에 가장 높은 유출률(26.1%)을 보였다.

오늘날 지구촌은 1880년 이후 지구온난화로 인해 빈번해진 이상기후로 평균기온이 약 0.85℃ 상승하였으며, 강우특성의 변화로 초과홍수가 빈번하게 발생하고 단기간의 집중호우 증가 및 강우일수가 감소하였다. 특히 우리나라는 홍수기(7월~9월)에 집중되었던 태풍 및 강우사상이 가을까지(2019년 11월 태풍 횟수 : 6회) 지속되고 있으며, 용수수요가 집중되는 관개기간에 기후변화 영향으로 무강우기간 동안 증발산량이 증가하여 이용 가능한 수자원량 감소가 심화되고 있다. 따라서 본 연구에서는 섬진강 유역의 갈수예보 활용지점인 곡성군(금곡교) 관측소의 실측된 수문자료를 바탕으로 유출검토를 실시하였고 취수시설물의 영향을 고려한 순유출률을 산정하였다. 5개년 유출특성을 분석한 결과 강수량 대비 년도별 유사한 순유출을 나타내는 반면에 손실량에서 큰 차이가 발생하였다. 특히 2018년의 경우 6월 말~7월 초에 발생한 약 300mm의 강우사상 이후 32일간의 무강우기간(평년 기준 : 18일)의 증발산량 영향으로 많은 손실량이 발생하였다. 이는 기후변화의 영향으로 일조시간, 평균기온, 무강우기간의 증가를 예견하고 있으며 강수량 뿐 아니라 기상조건이 유역 내 유출특성에 지배적인 영향을 미치는 것을 반증하고 있다. 본 연구에서 활용된 증발산량 산정공식 수정 Blaney-criddle Method는 평균기온, 일조시간을 활용한 잠재 증발산량 산정방법으로 정확한 유역 특성을 고려하지는 못하지만 연구결과에서 보여주듯이 한정된 기상자료를 통한 증발산량 산정방법으로 활용이 가능할 것으로 판단된다. 향후 다양한 증발산량 산정방법과 비교 및 증발산량 관측장비의 활용방안 검토를 통해 분석된 증발산량자료의 품질개선이 필요할 것으로 판단된다.

홍수기시 저수지 방류량으로 인한 피해를 저감하기 위한 방법으로는 구조적인 방법과 비구조적인 방법이 있으며, 구조적인 방법으로는 저수지 제체를 증고하는 등의 방법이 있고, 비구조적인 방법으로는 홍수 관리 수리시설물의 홍수기시 효율적인 운영 등이 있다. 그동안 둑높이기 저수지를 평가하는 다양한 연구에서는 제체의 증고를 통한 홍수조절능력 평가가 주를 이뤄왔으나 홍수기시 수공구조물의 운영방법별 홍수조절효과를 다각적으로 비교 연구한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 황룡강 유역의 장성저수지를 대상으로 빈도별 홍수량을 산정하고, 둑높이기 전후의 수공구조물 운영 방법별 홍수조절능력을 평가하였으며, 효율적인 홍수조절방법을 검토하였다. 본 연구에서는 대상지구인 장성저수지의 지배관측소인 광주관측소의 과거 기상자료를 수집하였으며 HEC-HMS (Hydrologic Modeling System)을 이용하여 50년, 100년, 200년 빈도 및 PMF 유입시 설계홍수량을 산정하였다. 각 설계홍수량의 유입 시 저수지 운영 모의에는 HEC-5 (Hydrologic Engineering Center-5) 모형을 이용하였으며, 저수지 운영기법으로 Auto ROM 과 Rigid ROM 방식을 적용하였다. 또한 둑 높이기 전후 홍수조절능력 평가는 지체시간, 시간별 홍수위, 첨두홍수량, 홍수조절률 등 다양한 평가 지표를 고려하여 수행하였다. 본 연구에서 모의한 저수지 운영기법별 둑높이기 전 후의 홍수조절효과 평가를 통해 저수지의 최적 운영방안을 도출하고 둑높이기 저수지의 하류하천에 대한 치수계획의 수립 및 보완에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

증발산량은 수문학적으로는 강수량으로부터 지표 유출량과 지하수 함양량을 추정하는 등 전체 물수지를 해석하는데 있어서 매우 중요하며, 농업적 측면에서는 작물의 용수 수요량을 결정하는 중요한 인자이다. 그러나 증발산량의 직접적인 계측이 쉽지 않기 때문에 물수지 방법에 의한 간접적인 추정이나 관련된 기상자료를 이용한 경험적이고 물리적인 해석을 통해 산정하고 있다. 일반적으로 특정조건의 작물(기준작물)을 기준으로 가용수분이 충분한 상태에서 주어진 기상조건에 대해 기준증발산량을 산정하며, 여기에 대상작물별 특성이나 토양의 실제수분상태 등을 고려하여 실제증발산량을 추정하고 있다. 본 연구에서는 한강권역을 대상으로 현재 가장 일반적으로 활용되고 있는 Penman-Monteith 방법을 비롯하여, Thornthwaite 방법, Hamon 방법, Priestly-Taylor 방법, Hargreaves-Samani 방법, Hansen 방법 등 총 6종의 기준증발산량을 산정하여 비교하였다. 각 방법에 필요한 기상자료는 한강권역 및 인근에 위치한 기상청 관할의 33개 ASOS 지점에 대한 60년간(1960~2019년)의 관측자료를 이용하였다. Penman-Monteith 방법에 의한 값을 기준으로 나머지 5가지 방법들에 의한 결과를 분석한 결과, 전반적으로 다른 방법들이 기준증발산량을 크게 산정하는 것으로 나타났으며, temperature-based 접근법인 Hamon과 Hargreaves-Samani에 의한 연평균 값은 Penman-Monteith 방법 대비 각각 28.5%, 19.3% 정도 크게 산정되었다. 특히 Hamon 방법에 의한 결과는 다른 방법과 비교하여 여름철에 크게 차이를 보였다. 반면 Hansen 방법은 상대적으로 Penmna-Monteith 방법과 가장 적은 편차를 나타내었다. 지역별로 분석했을 때는 서울/인천지역과 강원도 동해안 지역을 제외하고는 Penman-Monteith 방법 대비 다른 방법들의 기준증발산량이 큰 것으로 나타났다. 중권역별로는 Penman-Monteith 결과와 비교하여 -158 mm/yr 에서 최대 +307 mm/yr 정도의 편차를 나타내었으며, 월별로는 -13 mm에서 +73 mm의 편차가 나타났다.

본 연구에서는 섬진강 유역에 고시된 하천유지유량의 적정성을 평가하고 하천유지유량이 고시되지 않은 하류 유량상황을 분석하여 물관리의 적정성과 향후 방향성에 대해 논하였다. 섬진강은 본류구간은 2006년 하천유지유량이 고시되었으며, 지류구간에는 2015년에 하천유지유량이 고시되었다. 그러나 섬진강 유역은 고시된 하천유지유량이 다른 수계에 비해 적으며, 상류와 하류의 물 이용에 의한 유량 변동이 큰 특성이 있다. 또한 섬진강은 하구에 하굿둑이 없는 하천으로 하류의 상당 구간에서 조석간만의 차이에 의한 수위와 염분의 변화가 있는 하천이다. 바다의 영향을 받으므로 하류에 순수한 하천유량을 평가하기 위해 하동2지점 유량에 대한 예측과 검증을 수행하였고 다양한 통계특성을 분석하여 유량변동의 양상을 파악하였다. 이를 바탕으로 섬진강 수계 및 하구물관리의 방향성을 제언하고자 한다.

물관리의 기본이 되는 연속적인 유량 자료 확보를 위해서는 정확도 높은 수위-유량 관계 곡선식 개발이 필수적이다. 수위-유량 관계곡선식은 모든 수문시설 설계의 기초가 되며 홍수, 가뭄 등 물재해 대응을 위해서도 중요한 의미를 가지고 있다. 그러나 일반적으로 유량 측정은 많은 비용과 시간이 들고, 식생성장, 단면변화 등의 통제특성(control)이 변함에 따라 구간분리, 기간분리와 같은 비선형적인 양상이 나타나 자료 해석에 어려움이 존재한다. 특히, 국내 하천의 경우 자연적 및 인위적인 환경 변화가 다양하여 지점 및 기간에 따라 세밀한 분석이 요구된다. 머신러닝(Machine Learning)이란 데이터를 통해 컴퓨터가 스스로 학습하여 모델을 구축하고 성능을 향상시키는 일련의 과정을 뜻한다. 기존의 수위-유량 관계곡선식은 개발자의 판단에 의해 데이터의 종류와 기간 등을 설정하여 회귀식의 파라미터를 산출한다면, 머신러닝은 유효한 전체 데이터를 이용해 스스로 학습하여 자료 간 상관성을 찾아내 모델을 구축하고 성능을 지속적으로 향상 시킬 수 있다. 머신러닝은 충분한 수문자료가 확보되었다는 전제 하에 복잡하고 가변적인 수자원 환경을 반영하여 유량 추정의 정확도를 지속적으로 향상시킬 수 있다는 이점을 가지고 있다. 본 연구는 머신러닝의 대표적인 알고리즘들을 활용하여 유량을 추정하는 모델을 구축하고 성능을 비교·분석하였다. 대상지역은 안정적인 수량을 확보하고 있는 한강수계의 거운교 지점이며, 사용자료는 2010~2018년의 시간, 수위, 유량, 수면폭 등 이다. 프로그램은 파이썬을 기반으로 한 머신러닝 라이브러리인 사이킷런(sklearn)을 사용하였고 알고리즘은 랜덤포레스트 회귀, 의사결정트리, KNN(K-Nearest Neighbor), rgboost을 적용하였다. 학습(train) 데이터는 입력자료 종류별로 조합하여 6개의 세트로 구분하여 모델을 구축하였고, 이를 적용해 검증(test) 데이터를 RMSE(Roog Mean Square Error)로 평가하였다. 그 결과 모델 및 입력 자료의 조합에 따라 3.67~171.46로 다소 넓은 범위의 값이 도출되었다. 그 중 가장 우수한 유형은 수위, 연도, 수면폭 3개의 입력자료를 조합하여 랜덤포레스트 회귀 모델에 적용한 경우이다. 비교를 위해 동일한 검증 데이터를 한국수문조사연보(2018년) 내거운교 지점의 수위별 수위-유량 곡선식을 이용해 유량을 추정한 결과 RMSE가 3.76이 산출되어, 머신러닝이 세분화된 수위-유량 곡선식과 비슷한 수준까지 성능을 내는 것으로 확인되었다. 본 연구는 양질의 유량자료 생산을 위해 기 구축된 수문자료를 기반으로 머신러닝 기법의 적용 가능성을 검토한 기초 연구로써, 국내 효율적인 수문자료 측정 및 수위-유량 곡선 산출에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 수자원 환경 및 통제특성에 영향을 미치는 다양한 영향변수를 파악하기 위해 기상자료, 취수량 등의 입력 자료를 적용할 필요가 있으며, 머신러닝 내 비지도학습인 딥러닝과 같은 보다 정교한 모델에 대한 추가적인 연구도 수행되어야 할 것이다.

새만금 유역 내에는 다수의 보 및 제수문이 위치하고 있으며, 관개, 배수, 오염원 등이 영향을 받고 있다. 선행연구 중에는 보 및 제수문을 고려하기 위해 모형의 소스코드를 일부 수정하여 연구되고 있으나 유역모형으로 구현하기에는 한계가 있으며, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 만경강 유역을 대상으로 유역 모형과 전산유체역학 모형을 이용하여 하류 제수문에 대한 유입, 유출 그리고 오염원 등의 영향을 분석하고자 한다. SWAT (Soil and water assessment tool)은 유역 모형으로 미국 농무부에서 농업유역의 수문순환 및 비점오염원을 모의하기 위해 개발한 모형이다. CFD (Computational fluid dynamics)는 전산유체역학 모형으로 구조물을 설계하고 유체, 기체 등을 모의할 수 있다. SWAT 모형을 이용하여 농업유역 하류 제수문 위치를 출구로 지정하여 수문을 모의하고 그 결과자료는 CFD에 입력할 수 있다. CFD는 하류 제수문 구조물을 설계하고 SWAT 모형의 수문자료를 입력하여 제수문의 영향을 평가할 수 있다. 우선, 만경강 유역을 대상유역으로 선정하고 부용, 황산, 상리, 고은교 등 제수문의 위치를 파악하였다. SWAT 모형 구축을 위해 2015-2018년까지 기상, 수위, 유량 관측자료를 수집하였으며, 보정기간과 검증기간은 각 2년이며, 모형 성능 검증에 사용한 적합성 평가 지수는 R² (Determine coefficient), RMSE (Root mean square error), 그리고 NSE (Nash-sutcliffe efficiency coefficient)를 사용하였다. 모형의 보정은 SWAT-CUP 자동보정프로그램을 사용하였으며, 모형의 보정지수는 NSE를 사용하였고, 1,000회 반복 수행을 통해 매개변수를 최적화하였다. 보정기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.84, 2.96 mm/day, 0.70을 나타냈다. 검증기간의 유출량 적합성 평가 지수는 R², RMSE 그리고 NSE가 각각 0.72, 2.94 mm/day, 0.46을 나타냈다. 본 연구는 유역 차원과 구조물 차원의 모델링을 연계하는 것으로 향후 제수문 모니터링 자료를 활용하여 CFD 모형을 구축하고 유입량에 따른 제수문의 검보정 및 영향을 평가하고자 한다. 이러한 결과는 최근 기후변화에 따라 급격히 변화하는 유역환경에 대처할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이며, 제수문 시설을 관리하는 기관에서도 합리적인 운영방안에 대한 기초자료로 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

댐 유역 수문자료는 댐의 효율적인 운영, 중장기 댐 운영 계획, 수자원 관리, 댐 저수량 예보 등에 사용된다. 댐의 주요 수문자료로는 일반적으로 유입량인 강수량과 유량으로 구성되어있으며 유출량인 방류량, 증발량, 토양수분량으로 구분한다. 현재 강수량, 유량, 방류량은 지속적으로 계측하고 있으나 증발산량과 토양의 저류량 등은 실제적으로 측정의 어려움을 가지고 있다. 본 연구에서는 실측자료를 물수지 방정식에 대입해 발생한 잔차를 통해 산출한 증발산량과 비교적 정확성이 높다고 알려져 있는 GLDAS NOAH 지형 모형자료에서 산정된 증발산량간의 비교를 수행하였다. 또한 이렇게 각각 산정한 증발산량으로 월별로 물수지 분석을 정량화하여 분석하였다. 유량자료는 후영교 수위관측소의 자료, 강수량은 괴산군(청천면사무소) 강수량관측소 외 15개소 자료, 댐 방류량자료 등의 실측자료를 사용하였으며, 증발량은 GLDAS NOAH 지표면 model을 이용하여 산정하였다. 저수지 토양수분량은 자료가 없어 고려하지 않았다. 2019년 괴산댐 유역의 총 유입량은 218.54 백만㎥이며, 증발량을 고려한 총 유출량은 200.50 백만㎥으로 나타나 댐의 저류량은 18.05 백만㎥으로 나타났다. 그러나 실제 저수지의 수위-저수용량 곡선식을 이용하여 계산된 총 저류량은 0.06 백만㎥으로 상당한 차이를 보이고 있다. 이 원인으로 1. 증발량 추정자료 사용, 2. 토양저류량 미 고려, 3. 자료가 없는 취수량 미 고려 4. 유량, 방류량, 강수량 자료 오차 등이 있는 것으로 판단된다. 한편, GLDAS NOAH 지표면 model을 이용한 연 저수지증발량과 물 수지 방적식을 이용한 연 저수지증발량은 각각 0.79 백만㎥, 18.84 백만㎥으로 나타나, 역시 차이를 보인다. 이는 물 수지 방정식을 이용한 연 저수지증발량은 토양수분증발량 미 고려에 따른 것과 GLDAS NOAH 지표면 model자료는 직접적인 실측 자료가 아닌 추정 자료로 다소 오차가 있을 것으로 생각된다. 댐 유역 물의 이동을 추적하고 이를 정량적으로 나타내는 것은 결과적으로 효율적인 댐 운영을 가능하게 한다. 그러나 최근 실시되는 유량측정과는 달리 물 수지 분석의 주요 인자인 증발량과 토양수분량 등은 측정이 전무하여 여러 가지 방법으로 추정하는 현실이다. 추후 이러한 수문자료를 실측하여 제공한다면 댐 관리 및 중장기 댐 운영 계획 수립 등 효율적인 댐 운영에 대단히 유용할 것으로 기대된다.

최근 기후변화로 우리나라는 과거에 비해 태풍이나 국지성 집중호우 및 가뭄 등 극심한 수문현상이 빈번하게 발생하고 그 피해가 더욱 커지고 있는 추세이다. 특히 우리나라의 경우 산지가 많으며 대부분의 하천이 유역면적이 작고 유로연장이 짧아 단시간에 유출이 발생하며 수문학적 특성이 연중 큰 편차를 보이고 있다. 이러한 이상기후에 따른 수문현상 파악 및 피해 경감을 위해 신뢰성 있는 수문자료는 매우 중요하다. 따라서 수문자료에 대한 품질관리는 필수적이지만 자료 결측 및 오측에 대한 신뢰성 높은 품질관리가 이뤄지지 못하고 있는 실정이다. 현재 수위자료의 결측이 발생한 경우 해당 관측소의 수위 자료를 사용해 선형보간 및 운형자법으로 수정하거나 상·하류 관측소의 관계를 이용하여 회귀분석을 통해 자료 결측의 수정 및 보완을 수행하는 등 담당자의 주관적 판단에 의존하고 있다. 본 논문에서는 신뢰성 높은 수문자료의 결측치 보완 및 예측을 위한 방안을 제시하고자 상류의 관측소의 수문자료를 이용한 하류의 단시간 수문 자료예측에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 자료지향형 모델인 적응형 뉴로-퍼지 기법(Adaptive Network-based Fuzzy Inference System, ANFIS)을 이용한 모형을 적용하였다. 기존의 연구에서 가장 일반적으로 사용되는 물리적 모형은 수문자료를 활용하여 수위 및 유출을 산정함에 있어 매개변수의 결정이 어렵고 많은 오차들을 내포하고 있다. 본 연구에서 사용한 ANFIS는 입력자료와 출력자료만을 고려하여 구축할 수 있기 때문에 자료 수집단계에서 유역의 물리적 자료 및 지형 자료와 같은 방대한 양의 자료 수집이 필요가 없다. 이후 모형이 구축이 된다면 입·출력 자료만을 이용하여 신뢰성 높은 결과를 획득할 수 있지만 입력 자료의 품질에 따라 결과가 좌우되기 때문에 자료의 구성이 매우 중요하다. 본 연구에서는 ANFIS를 통해 무주남대천 유역의 무주군(여의교) 관측소의 수위자료를 입력자료를 사용하여 하류에 위치한 무주군(취수장) 관측소의 수문자료의 결측 보완 및 예측하는 모형을 구축하고 모형의 구조 변화를 통해 가장 정확도 높은 모형을 결정하였다.

지구상의 물 순환은 구름이 형성되어 비나 눈의 형태로 낙하하여 지표수를 형성하거나 일부가 땅속으로 스며들어 지하수를 형성하기도 한다. 또한, 지표면이나 수면, 식물의 입면을 통해서 대기중으로 증발되기도 한다. 대기중으로 소실되지 않은 물은 지표수나 지하수로 하천을 통해 바다로 흘러간다. 이와 같은 물 순환을 수문순환(hydrologic cycle)이라고 한다(Lee, 2008). 하지만 인구 증가 및 산업화로 인해 농업용수, 공업용수, 생활용수 사용이 증가하며 하천에서 직접 물을 취수하여 사용하고 있고 하수종말처리장, 농수로 등을 통해 회귀되는 유량이 많아 하천의 유출 특성을 파악하는데 어려움이 있다. 따라서 정확한 하천 유출 체계 특성을 파악하기 위해서는 하천에서 사용되고 유입되는 물의 특성을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 만경강 수계 및 제 1지류인 전주천에서 운영되고 있는 취·배수 시설에 대해 문헌조사와 현장조사를 진행하였으며, 조사한 내용을 토대로 하천의 물 사용 체계 모식도를 작성하였다. 만경강 유역의 조사대상 구간은 대아댐 하류에서 전주천 합류점까지의 구간에 대해 조사를 실시하였으며, 전주천 유역은 삼천합류점에서 만경강 본류 합류점까지와 삼천 유역의 구이저수지에서 전주천 합류점 까지를 조사구간으로 선정하였다. 문헌조사의 대상시설은 저수지, 양수장, 취입보, 하수처리장 등이며, 조사대상은 하천의 유출 특성에 영향을 줄 수 있는 시설로 최소 하루 기준으로 일 취수량 0.20㎥/s, 일 방류량 0.20㎥/s 이상이 되는 시설에 대해서만 수행하였다. 현장조사에서는 현장을 방문하여 취·배수시설의 위치와 유입구의 위치, 도수로 등을 조사하였으며, 취·배수 시설의 유량 정확도 평가를 위해 현장에서 유량측정을 수행하여 허가량과의 비교 검토를 실시하였다. 만경강은 농업용수 사용의 증가에 따라 상하류 유량반전이 빈번하게 발생하였으나 이 연구를 통해 검토한 결과 만경강 유역내의 상하류 유량반전 시기가 과거에 비해 감소하였으며, 완주군(오성교)관측소와 완주군(용봉교)관측소의 손실고가 안정적으로 변한 것으로 확인되었으며, 전주시(미산교)관측소 또한 관측소 상류에 위치한 취·배수영향을 고려하여 유출률을 산정한 결과 과거에 비해 손실고가 일정하게 유지되는 안정된 결과를 도출하였다. 따라서 유역의 유출 체계 특성을 체계적으로 관리하기 위해서는 하천의 취·배수시설에 대한 다양성을 고려하여 하천 유출 특성을 파악할 필요가 있다.

본 연구에서는 기후변화로 인한 남북공유하천유역의 미래 수문특성 변화를 전망하기 위해 ArcGIS 프로그램을 통해 산정된 격자형 수문특성 매개변수를 분포형 모형인 GRM에 적용하여 임진강유역의 미래 유출수문특성 변화를 분석하였다. 분포형 모형에 사용되는 강우량 자료는 기상관측소 단위로 상세화된 13개 전지구 기후 모델 중 RCP4.5, 8.5 시나리오의 공유하천유역 인접 11개 관측소별 빈도해석 결과를 시·공간적으로 분포하여 사용하였다. 또한 미래기간별 유출특성 변화추이를 분석하기 위하여 참조기간(1981-2005), 21세기 전반기(F1, 2011-2040), 중반기(F2, 2041-2070), 후반기(F3, 2071-2100)로 구분하여 분석을 실시하였다. 분석 결과 본 연구의 대상지점인 임진강유역은 기후변화로 인해 확률강우량이 증가하여 유역의 유출수문특성에 직접적인 영향이 있을 것으로 예측되었다. RCP 4.5 시나리오에서는 21세기 후반기인 F3에 확률강우량 및 유출량의 증가추세가 줄어들 것으로 전망되나, 참조기간 대비 F1에서 20.4%, F2에서 35.7%, F3에서 34.6%의 평균 유출량 증가율을 보였으며, RCP 8.5 시나리오에서는 F1에서 19.9%, F2에서 38.3%, F3에서 67.8%로 지속적인 증가가 전망되었다. 또한 첨두홍수량 발생시각은 참조기간 대비 약 4.6~13.3% 감소가 예상되었다. 기후변화로 인한 홍수량의 변화는 재해위험을 증가시킬 수 있으며, 이러한 상황에서 남한과 북한의 협력을 통한 유역통합관리의 필요성은 점차 커질 것으로 보인다. 이를 위해서는 정확한 수문학적 분석을 선행하여야 하며, 본 연구가 남북공유하천유역의 재해위험을 평가하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

농업유역은 농업 활동이 이루어지는 농경지와 산림지, 주거지 등으로 구성되어 있으며, 농경지에서 필요한 물을 확보, 공급하기 위한 수원공시설이 위치하고 있다. 수원공은 하천수 및 지하수를 저류, 취수하여 관개 지구에 공급하게 되는데 이로 인하여, 상, 하류 하천유황이 증가하거나 감소하게 된다. 물순환이란 비나 눈이 내려 침투, 유출, 증발산 등의 과정을 통해 공간적, 시간적으로 변화하며 이동하는 자연적인 현상을 말하며, 상하수도 등 배수시설의 영향에 따라 발생하는 인공계 물순환도 광범위한 물순환에 포함된다. 최근 불투수면의 증가, 과도한 지하수 사용 등으로 인해 하천의 건천화, 지표유출량 증가 등 물순환 구조가 왜곡되고 있으며 왜곡된 물순환 회복을 위해 물순환 선도도시 조성, 물순환 회복조례가 신설되는 등의 노력이 있었다. 물순환 선도도시 조성 및 회복조례는 불투수면의 저감, LID 기법 적용 등을 통한 물순환 개선에 초점을 맞추고 있으나, 농업유역의 물순환은 농경지와 농업용수 공급을 위한 수원공에 큰 영향을 받아 이를 통한 물순환 개선에 초점을 맞춰야 한다. 본 연구에서는 농업유역의 농경지 및 수원공 관리방안에 따른 유역 단위 물순환 변화를 평가하고자 하였다. 이를 위해 모듈 기반 농업유역 수문모형을 통해 농업유역 물순환을 모의하였으며, 물순환율 개념을 통해 유역 단위 물순환 변화를 평가하였다. 물순환율은 환경부에서 제시한 (1-직접유출률) (%)의 식과 농업유역 특성을 반영한 농업유역 물순환율 두 가지를 통해 평가하였다. 농업유역 수자원 관리방안은 수원공인 농업용 저수지의 제한 수위운영에 따른 효과와 농경지는 관개 지구에 물꼬 및 담수심 관리방안을 적용하였으며 각 관리방안에 따른 물순환율을 도출하였다. 농업용 저수지는 제한 수위운영을 통한 유역 물순환 개선 효과를 확인하였으나 관개 지구에 적용한 물꼬 및 담수심 관리방안의 효과는 미비한 것으로 나타났다.

토양수분량은 수문연구에 있어 중요한 인자 중의 하나이며, 그 필요성이 점차 강조되고 있다. 국내에서도 최근 새로운 관측기기의 도입이나 수자원위성의 개발 등에 관한 연구가 점차 활발하게 이뤄지고 있으나, 토양수분량 자료의 생산, 품질관리 및 배포 시스템에 관한 연구 및 개발이 부족한 실정이다. 반면에 해외에서는 International Soil Moisture Network(ISMN)을 통해 토양수분량 자료의 품질관리 및 배포가 활발하게 이루어지고 있는데, ISMN에서는 토양특성, 강우에 대한 반응, 토양온도, 시계열특성을 이용해 토양수분량 관측 자료를 품질관리 하고 있다. 본 연구에서는 ISMN의 spike 검출 알고리즘에서 그래프 평활화(smoothing)를 위해 이용되는 Savitzky-Golay 필터의 window size와 polynomial order(filter order)를 다양하게 변화시키고, 이를 설마천 관측소에서 측정한 토양수분량 원시자료에 적용하여 window size와 polynomial order별로 편의(bias), 변동(variation), 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 산정하였다. 통계산정 결과 원시자료와의 bias는 window size가 3이고 polynomial order가 2인 필터를 적용했을 때 가장 작은 것으로 나타났으며, variance는 window size가 3이고 polynomial order가 2인 필터를 이용했을 때가 원시자료와 가장 유사한 것으로 나타났다. 또한, RMSE는 window size가 5이고 polynomial order가 3일 때 가장 작은 것으로 나타났다. 이는 추후 토양수분량 품질관리를 수행하기 위해 적절한 필터 계수 값을 제시할 수 있는 논문으로 사료된다.

수자원은 유역 내에서 제한적인 범위 내에서 무한하게 순환한다. 이러한 물의 순환의 특성을 지속적으로 파악하는 것은 지속적인 수자원 확보, 자연 환경에 대한 변화를 유연하게 대처할 수 있는 가장 중요한 연구 중 하나이다. 유역 내에 물의 유입은 대표적으로 강우량이 있고 유출로는 하천 및 지하수의 유출량과, 증발산량이 있다. 유입의 형태와 지면의 상태에 의해 다양한 유출 특성이 나타나기 때문에 지면 내에서의 물의 이동 특성을 분석하는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 토양수분량을 지속적으로 측정하여 토양내의 물의 저류량을 실증적으로 추정하였으며 초기 토양수분량과 토양 저류량의 관계를 분석하였다. 또한 유역내의 얼마만큼의 강우량이 토양 내에서 저류하고 유출 발생에 기여하는지에 대해 분석하고자 하였다. 이를 위해 토양수분량과 강우량이 안정적으로 측정되고 있는 2018, 2019년 설마천 유역에 적용하였다. 특히 선정된 설마천 유역은 증발산량과 유역 하단부에 유량 관측소가 존재하여 물수지 분석에 유리한 조건을 가지고 있어 유역 내에 물 흐름에 정량적으로 비교 및 파악할 수 있는 지역이다. 사양토 성질을 가진 설마천 유역은 20%때의 습윤 구간에서 중력에 의한 직접유출이 발생하며 이때를 기준으로 초기토양수분과 선행토양수분량의 조건에 따라 토양내의 저류량의 거동의 경향성이 뚜렷하게 나타났다. 향후 본 연구를 통해 각 유역의 토양 성질에 따른 토양 저류량을 파악하고 그에 따라 유출량 자료를 결합한다면 수자원 재해에 대한 예보 및 피해 저감 방안을 마련할 수 있을 것이라 판단된다.

자연재해저감종합계획의 주요 사항은 하천, 내수, 사면, 토사, 바람, 가뭄, 대설재해 등 자연재해로 인명피해나 재산피해가 발생할 수 있는 지역을 선정하고, 이에 적절한 저감대책을 수립하는 것이다. 다른 부분별 계획과 달리 자연재해저감종합계획은 다양한 자연재해를 대상으로 하므로 재해 유형별로 서로 다른 공학적 기법을 적용해야 한다. 실무에서는 자연재해저감종합계획 수립시 HEC-RAS, HEC-HMS(하천재해), XP-SWMM(내수재해), RUSLE(토사재해) 등 다양한 수치모형과 ArcGIS, QGIS 등 GIS 분석도구를 종합적으로 활용한다. 이 때, 모형별로 요구되는 입·출력 자료의 형식이 다양하다 보니 자료를 변환하는 등 번거로움이 발생한다. 이러한 배경에서 자연재해저감종합계획 수립에 GDP Tools의 적용가능성을 검토하고자 한다. GDP Tools는 방재설계 편의를 위해 개발된 도구로 자연재해저감종합계획에서 다루는 대부분의 재해유형에 대한 분석을 지원한다. GDP Tools를 이용하면 별도로 자료 형식을 변환할 필요가 없고, 분석 결과를 도면화하는 등 다양한 편의 기능을 활용할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 GDP Tools를 활용하여 자연재해 발생가능성을 검토하고, 그 결과를 기존 방법(상용 모형)의 결과와 비교하여 GDP Tools의 성능을 평가하고자 한다.

GIS-Based Disaster Prevention Engineering Tools(이하 GDP Tools)는 수자원·방재 관련 설계 편의를 위해 개발된 도구로 직관적인 사용자 편의 인터페이스(GUI)를 바탕으로 한 독립실행형 응용프로그램이다. GDP Tools의 기능은 다음과 같이 세 가지로 구분할 수 있다. 1) GIS 관련 기능: 지오코드, 지도 관리, 래스터/벡터 파일 관리 등 2) 재해 발생가능성 분석 기능: 하천·내수·사면·토사·바람·가뭄·대설재해 등 자연재해저감종합계획에서 다루는 재해유형별 전지역단위 분석, 지형분석 3) 기타 기능: 현장조사표 작성, 저감대책의 개략사업비 산정, 각종 파일 관리, 기초통계 및 수문분석 등 GDP Tools는 실무에서 자주 사용되는 GIS 기능은 물론 각종 재해유형별 자연재해 발생가능성 분석, 지형분석 등 각종 편의 기능을 제공하고 있어서 수자원·방재 과업을 일괄적으로 진행할 수 있다. 여러 수치모형을 종합적으로 사용하는 기존 방법과 달리 별도로 자료 전·후처리 과정이 필요 없으며, 과업에 필요한 기본 자료가 전국 단위로 구축·준비되어 있어 사용자가 따로 준비해야할 사항을 최소화한다는 장점이 있다. 본 논문에서는 GDP Tools의 개발 내용과 세부 기능, 적용사례를 소개하고자 한다.

급격한 도시화와 기후변화로 인해 기존 물순환 체계가 왜곡됨에 따라 저영향개발(Low Impact Development) 기법의 필요성이 증가하고 있는 추세이다. LID 요소 중 하나인 옥상녹화는 국내에 도입이 많이 되었고 적정 설계인자를 설정하기 위해 지속적으로 연구를 수행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 옥상녹화 설계인자의 설정과 수문·식생·토양을 고려한 시나리오 구축을 통해 국내 물순환 모형인 K-LIDM을 이용하여 옥상녹화의 정량적 물순환 효율성 분석을 수행하였다. 대상유역은 한국 그린인프라 저영향개발센터 내 옥상녹화 실험장으로 옥상녹화에서 계측하고 있는 측정값을 기반으로 K-LIDM 모형 검보정을 수행하고 옥상녹화의 설계인자에 따른 시나리오를 통해 수문학적 성능평가를 수행하였다. 단기강우 시나리오를 적용하였을 때 옥상녹화는 일반콘트리트 옥상에 비해 5.25 ~ 36.48%의 유출저감률이 산정되었으며, 유출저감 한계효율은 지속시간 60분, 120분, 180분 일 때 각각 8.93%, 6.17%, 5.25%로 산정되었다. 장기강우 시나리오를 적용하였을 때는 연평균 53.54%의 유출저감률이 산정되었다. 또한 토심의 증가에 따른 유출량 감소는 관목>교목>지피 식물 순으로 나타났으며, 토심이 1cm 증가할 때의 저감유출랴은 지피 식물의 경우 0.0002㎥/s, 교목의 경우 0.0005㎥/s, 관목의 경우 0.0008㎥/s로 나타났다. 옥상녹화는 건물 설계에 따른 적재하중과 환경조건, 식물선정, 생육에 많은 영향을 받는 기술요소이므로 다양한 시나리오를 통한 수문학적 성능평가가 필요시 된다. 본 연구결과는 정량적 옥상녹화시스템 효율성 검증을 실시하기 위한 옥상녹화 설계가이드라인에서 고려사항을 제시할 수 있는 기준이 될 것이라고 기대된다.

환경부 홍수통제소의 경우는 전국단위의 강수량(지상, 레이더), 하천수위, 유사량 관측과 국부적으로 증발산량과 토양수분 관측이 이루어지고 있는 상황이며, 기상청 및 다른 공공기관도 각 목적에 맞게 수문기상관측이 이루어지나 유역(또는 지역) 단위의 물순환 과정(강우량, 유출량, 증발산량, 지하수함양량, 토양수분량 등 포함)을 규명하는 조사·연구는 매우 미비한 실정이다. 개별적인 물순환 성분별 수문조사에서 벗어난 전체적인 관점을 고려한 유역단위의 물순환 과정을 규명하는 것은 매우 중요하다. 즉 물순환 성분별 명확한 수문량 산정 결과는 수자원 개발과 물환경 보전에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 물순환 성분별 명확한 분석을 위해서는 중·소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중·소규모 유역단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 차탄천 유역(유역면적 190.64㎢, 유로경사 0.96%, 경기도 연천군 소재)의 신뢰성 높은 2019년 관측자료를 이용하여 물순환 성분인 강우량, 하천유출량, 증발산량의 자료를 산정하였으며, 물순환 성분별 균형을 이루는 자료를 생성하였다. 기본 관측자료인 강우량은 각 지점강우량의 관측자료의 비교·검토 등 품질관리를 통해 자료를 확정하고 유역평균강우량을 산정하였다. 하천수위는 기준수위표와의 검토, 상·하류 검토를 통해 자료를 확정하였으며, 하천유출량은 유량측정성과와 단면검토를 통해 수위-유량관계곡선식을 개발하고, 확정된 수위자료를 적용하여 산정하였다. 그리고 증발산량은 유역내의 기상관측자료를 활용하여 잠재증발산량을 산정하였다. 각 물순환 성분별로 산정된 자료는 과거년 자료와 비교·평가를 통해 균형성을 판단하였다. 각 성분별 최대치와 최소범위, 평균값을 고려하고, 강우일수, 강우의 강우강도와 지속기간, 기상자료(기온, 일조시간, 습도, 풍속 등)를 충분히 고려하였다. 각 물순환 성분별로 생성된 2019년의 차탄천 유역의 총강우량은 975.9mm이며, 하천유출량은 507.9mm(총강우량 대비 52.0%), 실제증발산량은 366.4mm(37.5%), 지하수함양량은 101.6mm(10.4%)이다. 여기서, 실제증발산량은 유역내 1개 지점의 잠재증발산량을 산정하여 추정한 값이며, 지하수 함양량을 산정을 위한 지하수위 관측정이 부재한 상황이나 물순환의 폐합 조건을 고려하여 산정하였다. 이와 같이 산정된 물순환 성분별 자료는 유역의 물순환 과정 규명을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 유역 물관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

환경부 홍수통제소의 경우는 전국단위의 강수량(지상, 레이더), 하천수위, 유사량 관측과 국부적으로 증발산량과 토양수분 관측이 이루어지고 있는 상황이며, 기상청 및 다른 공공기관도 각 목적에 맞게 수문기상관측이 이루어지나 유역(또는 지역) 단위의 물순환 과정(강우량, 유출량, 증발산량, 지하수함양량, 토양수분량 등 포함)을 규명하는 조사·연구는 매우 미비한 실정이다. 개별적인 물순환 성분별 수문조사에서 벗어난 전체적인 관점을 고려한 유역단위의 물순환 과정을 규명하는 것은 매우 중요하다. 즉 물순환 성분별 명확한 수문량 산정 결과는 수자원 개발과 물환경 보전에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 물순환 성분별 명확한 분석을 위해서는 중·소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중·소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 설마천 유역(유역면적 8.48㎢, 유로경사 2.15%, 경기도 파주시 적성면 소재)의 신뢰성 높은 2019년 관측자료를 이용하여 물순환 성분인 강우량, 하천유출량, 증발산량과 지하수 함양량의 자료를 산정하였으며, 물순환 성분별 균형을 이루는 자료를 생성하였다. 기본 관측자료인 강우량은 각 지점강우량의 관측자료의 비교·검토 등 품질관리를 통해 자료를 확정하고 유역평균강우량을 산정하였다. 하천수위는 기준수위표와의 검토를 통해 자료를 확정하였으며, 하천유출량은 유량측정성과와 단면검토를 통해 수위-유량관계곡선식을 개발하고, 확정된 수위자료를 적용하여 산정하였다. 그리고 증발산량은 유역내의 기상관측자료를 활용하여 잠재증발산량을 산정하였으며, 지하수함양량은 유역내에 관측된 지하수위자료를 이용하여 지하수 함양량을 산정하였다. 각 물순환 성분별로 산정된 자료는 과거년 자료와 비교·평가를 통해 균형성을 판단하였다. 각 성분별 최대치와 최소범위, 평균값을 고려하고, 강우일수, 강우의 강우강도와 지속기간, 기상자료(기온, 일조시간, 습도, 풍속 등)를 충분히 고려하였다. 각 물순환 성분별로 생성된 2019년의 설마천 유역의 총강우량은 1,024.1mm이며, 하천유출량은 608.6mm(총강우량 대비 59.4%), 실제증발산량은 385.1mm(37.6%), 지하수함양량은 30.4mm(3.0%)이다. 여기서, 실제증발산량과 지하수 함양량은 1개 지점에서 산정값이나, 물순환의 폐합 조건을 고려하여 산정된 결과이다. 향후 유역 전체를 대표하는 기법의 개발은 필요한 실정이다. 이와 같이 산정된 물순환 성분별 자료는 유역의 물순환 과정 규명을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 유역 물관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

홍수빈도분석의 실용적 측면의 목적은 특정 재현기간에 대하여 발생 가능한 홍수량을 설계홍수량(design flood)으로 설정함으로써 댐, 제방, 배수시설, 하수관거 등의 치수기능을 가진 치수시설물이 설계홍수량 내에서 홍수로 인한 피해를 발생시키지 않도록 그 규모와 기능을 설계함에 있다. 이와 같은 중요한 기능을 담고 있는 홍수빈도분석의 기술적 절차는 해외 및 국내의 기존 연구자들에 의해 많은 연구가 진행된 바 있으나, 보다 적절한 설계홍수량 산정절차 및 설계홍수량의 최종 결정을 위한 기술적 수단의 제공을 위한 연구가 많은 연구자들에 의해 지금도 진행 중에 있다. 그러나 이와 같이 결정된 설계홍수량이 특정유역에서 발생될 수 있는 피해규모에 대해 얼마나 적정한 지의 여부를 과학적으로 판단하기 위한 연구는 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 홍수빈도분석을 통해 산정된 설계홍수량의 적정성 여부를 과학적으로 판단하기 위해 비용-편익분석 기법을 이용하여 최적설계홍수량을 결정하였다. 특히 본 연구에서는 불확실성으로 발생되는 범위를 고려한 최적설계홍수량을 산정하기 위하여 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하였으며, 자료의 종류에 따른 홍수량의 변화를 분석하기 위하여 년최대계열 및 부분시계열 자료를 각각 적용하였다. 한강유역에서 가평대성, 여주 및 한강대교 수위표 지점에서 측정된 자동관측유량장치에 의한 홍수량 자료를 활용하였으며, 최적설계홍수량이 기존 설계홍수량에 비해 크게 산정됨을 알 수 있었다.

공유하천유역에서의 수자원 관리는 두 국가의 제도적 및 기술적 차이로 인하여 다른 유역에서의 수자원 관리보다 복잡하고 어렵다. 특히 두 국가 사이의 공유하천에서의 유량의 변화는 실질적인 측정을 이용하여 면밀하게 측정됨으로써 신뢰도 높은 자료를 통해 지속적으로 분석되어야 궁극적으로 공유하천에 대한 두 국가 간의 이해관계를 바탕으로 한 대책을 수립할 수 있다. 북한강 유역의 상류유역은 북한에 속해 있고, 특히 임남댐 건설 이후 화천댐 유입량은 지속적으로 감소하고 있어 이에 대한 물순환 영향을 면밀히 분석하고 대책을 수립할 필요가 있다. 물순환에 영향을 미치는 원인과 결과를 분석하는 기존의 연구들은 대부분 강우-유출모형을 사용하고 있어 모형의 구축 및 매개변수의 보정과 검증에 많은 노력이 필요하다. 본 연구에서는 수문기상자료만을 이용하여 유량의 변동성분을 정량화할 수 있는 수문학적 민감도 분석기법을 화천댐 상류유역에 적용하고 화천댐 유입량에 대한 1967년~017년 동안의 변동량을 자연적 요인과 인위적 요인으로 분리하여 제시하였다. 다양한 변동점 탐색기법을 사용한 결과 1999년이 통계적으로 유의한 변동점으로 탐색되었으며, 이를 활용하여 수문학적 민감도 분석을 5가지의 Budyko 함수를 이용하여 산정한 결과 평균적으로 18.99 억 ㎥/y의 유입량 감소가 임남댐 건설로 인하여 발생된 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 기존 연구자들의 화천댐 유입량 감소량에 비해 다소 크게 산정된 결과이며, 이는 2000년대 이후 증가된 강우량 및 화천댐유입량의 감소가 주된 영향을 미친 결과로 추정된다. 향후 월별, 계절별 단위의 분석이 추가로 연구될 필요가 있으며, 미래의 기후변화 상황을 고려한 예측을 통한 실효성 있는 계획이 수립될 필요가 있을 것으로 판단된다.

연속 측정된 수위자료를 유량자료로 환산하는 방법중의 하나인 수위-유량관계곡선식은 국내에서 널리 사용된다. 현장에서 측정된 유량자료로 개발되는 수위-유량관계곡선식(이하 곡선식)은 일반적으로 측정성과의 정확도가 그 정도를 좌우하지만, 개발과정에서 개발자의 주관적인 판단에 의해 좌우되기도 한다. 정확한 곡선식을 개발하기 위해 개발자는 수리학적 특성(수위-${\sqrt{Q}}$, 수위-유속, 수위-단면적 등)을 검토하고, 수문학적 특성(상하류 관계, 유출분석 등)을 검토하여 최종 곡선식을 결정하게 된다. 이러한 여러 검토들 중에 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토는 비록 정성적인 검토임에도 불구하고 곡선식의 구간분리, 기간분리, 성과의 이상유무, GZF(Gauge Height of Zero flow) 등을 확인할 수 있는 방법으로 실무에 많이 이용된다. 대부분의 곡선식은 측정성과를 기반으로 개발되어 내삽부분에서는 그 정확도가 상당히 높다고 할 수 있지만 외삽부분은 구간분리의 위치, GZF 등에 따라 큰 차이를 보일 수 있다. 그러나 기존의 수위-${\sqrt{Q}}$ 에 의한 정성적인 검토는 개발자의 숙련도에 따라 곡선식의 정확도가 좌우되는 경향이 있다. 본 연구에서는 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토의 이론적 배경을 살펴보고 일본 곡선식의 사례를 응용하여 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토의 정량화를 시도하였다. 또한 보다 객관적인 구간분리 위치 결정 및 GZF산정의 방법을 제시하여 개발과정에서의 오류를 최소화 할 수 있고 이는 정확한 유량자료의 생산으로 이어질 것으로 기대된다.

감조하천이 위치한 연안 지역의 경우, 강우 및 태풍과 발생과 동시에 만조위가 겹치게 되면 큰 홍수 피해를 입는 지역이다. 감조하천은 조석의 영향으로 인해 물의 흐름 및 수위가 주기적으로 진동하는 특성을 보이고 있다. 조석 현상은 주로 기조력에 의한 주기적인 운동이 발생하지만, 풍속, 저기압 등의 영향도 함께 포함되어 있다. 연안 지역에 대한 홍수 위험 관리를 위해, 본 연구에서는 연안 지역 내 위치한 조위 관측소의 조위 자료를 주기적인 운동을 보이는 조석 성분과 확률론적인 운동을 보이는 파고 성분으로 분리하고자 하였다. 자료 내 각각 세부적인 특성을 확인하기 위해 주파수 대역별 필터링이 가능한 이산형 웨이블릿 변환을 통해 자료를 6단계로 분해하였다. 분해된 각 성분 별 주기성 및 주파수 분석을 실시하여 조석 성분 및 파고 성분으로 분리하였으며, 최종적으로 자료 내 각각 66% 및 34%의 비중을 차지하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과를 활용한다면, 파고의 영향을 고려한 연안 지역의 홍수 관리의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 copula 모형은 여러 확률변수를 갖는 수문현상에 대해 빈도해석을 수행할 경우 결합확률분포형으로 유용하게 사용되고 있다. 하나의 자료를 확률변수로 사용하는 단변량 빈도해석에 비해 여러 수문자료를 동시에 각각 확률변수로 취하여 결합확률분포형을 추정할 수 있는 다변량 빈도해석은 수문자료의 상관성을 고려하면서 확률분포형을 추정할 수 있다는 장점이 있다. Copula 모형 중 Gumbel copula는 extreme-value 확률분포형으로 극치사상에 적합한 확률분포형이다. 본 연구에서는 Gumbel copula를 이용하여 우리나라 기상청 64개 종관기상관측소의 강우자료로부터 극치 강우사상을 추출하고, 이를 이용하여 빈도해석을 수행하였다. 극치 강우사상은 전체 강우사상 중 각 년도별로 최대강우량을 갖는 연최대강우량사상(annual maximum volume event)을 사용하였다. 각 확률변수의 주변분포형으로는 gamma, Gumbel, generalized extreme value, generalized logistic, Weibull 등 5개 확률분포형을 검토하였으며 각각 적합한 주변분포형을 적용하고 copula 모형의 매개변수는 의사최우도법(maximum pseudo-likelihood method)를 사용하여 추정하였다. 또한 추정된 copula 모형은 Cramer-von Mises 함수와 경험적 copula를 이용하여 적합도 검정을 수행하였다. 이를 통해 극치강우사상에 대하여 Gumbel copula 모형의 적용성을 검토하였으며 추정된 결합확률분포형을 이용하여 빈도별 확률강우사상을 2차원 등치선(contour line)형태로 제시하였다.

지구 온난화 현상 및 이상기후로 지구환경 변화는 물환경 변화에 많은 영향을 미치고 있다. 특히, 지표수에 의존도가 높은 국내의 수자원 공급시스템은 지구환경 변화에 의한 강우 분포의 시간적, 공간적 불균질성에 대한 취약성이 높으며, 이에 기후변화에 따른 상대적 변동성이 적은 지하수자원의 활용 가능성이 높아지고 있다. 지하수 인공함양 기술은 강우, 지하수 및 하수 처리수 등의 잉여 수자원을 관정, 수로, 인공함양 분지 및 습지, 지하댐 등의 인공시설물을 활용하여 지하 대수층에 주입시킨 후 양질의 수자원을 확보하는 기술이다. 이번 연구에서는 수치해석을 활용하여 함양지역의 유역형상 및 지층경사, 대수층 두께, 체류시간, 수리상수 등 수리지질 인자를 고려한 인공함양 방식별 인공함양 효율성을 평가하고자 한다. 인공함양 방식은 수직관정 및 수로(Ditch)를 적용하였다.

이 연구는 농업가뭄이 빈번하게 발생하는 대표적인 국내 농어촌지역에 대하여, 토지이용변화와 잠재증발산량 분석을 통해 관개용수 수요량을 추정하여, 가뭄 수요대응 상시 용수공급체계를 수립하고자 수행되었다. 연구지역은 총 1,164필지(면적 약 289 ha)로 구성되며, 지하수 공공관정에 대한 의존도가 높은(53%) 편이다. 농경지는 537필지(약 46 ha)이며 총면적(약 289 ha)의 약 16% 이고, 논이 약 11%(약 33 ha), 밭이 약 5%(약 13 ha)에 해당한다. 최근 10년(2010-2019년)간 농작물 재배면적을 살펴보면 논벼가 전체 농경지(46 ha)의 65-75%(약 32-33 ha)로 가장 넓다. 논벼를 제외하면, 깨(9-12%; 4-6 ha), 고추(3-9%; 2-5 ha), 고추/깨 윤작(2%; <1 ha), 수수(2-3%; 1 ha) 등이 나머지 면적에서 생산되며, 최근 들어 단호박, 마늘, 살구, 파, 표고버석, 호박 등 재배작물의 종류가 다양해지는 편이다. 작물별 실제 관개용수 수요량을 산정하기 위해 최근 10년간(2010-2019) 작물별 재배면적 변화, 재배기간, 작물계수, 잠재증발산량 등의 자료를 수집하여 분석하였다. 논에 대한 관개용수 수요량의 경우 논(297필지) 면적변화를 기반으로 HOMWRS 프로그램을 이용하여 산정하였다. 밭에 대한 관개용수 수요량은 밭(240개 필지)의 재배작물에 대하여 작물별 증발산량이 밭작물의 관개용수 수요량과 동일하다는 가정 하에 산정하였다. 이 결과, 최근 10년간(2010-2019) 연구지역 관개용수 수요량은 평균 377천 ㎥/년으로 추정되었다. 논은 밭에 비해 약 6배 관개용수 수요량이 많았고, 상세하게는, 논의 관개용수 수요량은 평균 321천 ㎥/년이었고, 반면 밭의 관개용수 수요량은 평균 56천 ㎥/년으로 산정되었다. 밭용수의 경우, 2010년 이래로 농가소득 증대를 위해 밭작물 재배면적이 증가하면서 밭의 용수 수요량은 해마다 증가추세(40~88천 ㎥/년)를 보였다.

본 연구는 여수시 농어촌지역에 대하여 지하수 함양특성, 개발가능량 산정 및 오염부하량 등의 조사를 통해서 체계적인 지하수자원의 보전관리(안)을 수립하기 위해 수행되었다. 연구지역은 여수시 화양면, 소라면 2개 면을 포함하는 농어촌 용수구역(여소지구)으로, 여소지구의 총면적은 130.68 ㎢이며, 이 중 임야면적은 81.57 ㎢, 경지면적은 32.98 ㎢ 이고, 경지면적은 논 15.37 ㎢, 밭 17.42 ㎢, 시설재배 0.19 ㎢로 구성되어 있다. 여소지구의 30년 강수평균은 1,454.08 mm/년이며, 지하수 함양량은 국가지하수관리 기본계획(국토교통부, 2019) 및 전라남도 지하수관리계획(전라남도, 2009) 보고서를 참고하여 평균값인 11.28%로 산정한 결과, 21,279 천㎥/년으로 분석되었다. 또한, 지하수연보(국토교통부, 2018)의 세부용도별 이용량을 활용하여 지하수 이용량을 산정한 결과, 2,638.35 천㎥/년이었으며, 강수량, 함양률 및 면적 값을 고려하여 지하수 개발가능량을 산정한 결과, 16,387.57 천㎥/년, 개발가능량 대비 이용량은 16.11%로 확인되었다. 여소지구의 질산성질소 항목은 총 181개소(경지면적 0.2 ㎢당 1점)에 대해 분석한 결과, 전체 평균값은 6.67 mg/L이었으며, 농업용수 수질기준(20 mg/L)을 초과한 관정은 8개소(6%)로 확인되었다. DRASTIC을 이용한 오염취약성 지수는 평균값이 119.57점으로 나타나 오염취약성이 낮은 것으로 분석되었다. 신고·허가된 축사 시설을 기준으로 점오염원 조사결과, 단위면적당 시설수(오염원밀도)는 3.12 개소/㎢로 조사되었으며, 인구, 가축 및 토지이용 등 인자별을 고려하여 오염부하량을 산출한 결과, 단위면적당 오염부하량은 75.30 kg/day/㎢로 확인되었다. 행정구역별로 7가지 지표를 반영하여 관심, 주의, 경계 및 심각 4단계로 기준을 설정하여 지하수관리 필요지역을 선정하였다. 수량 측면은 개발가능량 대비 이용량, 단위면적당 이용량 및 관정밀 3가지 지표를 적용하였고, 수질 측면은 질산성질소 평균, 오염취약성 지수, 오염원밀도 및 단위면적당 오염부하량 4가지 지표를 적용하여 선정하였다. 지하수관리 필요지역을 분석한 결과, 전체 18개 리 중에서 14개 리에서 수량관리 12개리에서 수질관리 필요지역이 나타났다. 수량관리 필요지역은 지하수 취수량 조정 및 관리 확충 등의 대책방안이 마련되어야 하며, 수질관리 필요지역은 주변 오염원관리 및 수질검사 강화 등의 대책방안이 필요할 것으로 판단된다.

국가의 논의 타작물 재배 권장 정책과 농한기 수익을 위해서 동절기에도 농사가 가능한 시설농업이 발달했으며, 1990년 초부터 재배면적이 증가하여 2000년에는 10만 ha를 넘어섰고, 2018년에는 80만ha의 규모를 보이고 있다(농사로, 2019). 시설농업단지의 동절기 난방을 위한 에너지원으로 화석연료와 전기열원을 사용하고 있고, 특히 강변의 경우 지하수를 난방 열원으로 사용가능해 수막재배를 이용한 대규모 시설단지가 발달함에 따라 지하수의 이용량이 증가하고, 2015년 농업용 지하수 이용량은 연간 20억 톤에 이른다(GIMS, 2019). 난방이 필요한 동절기에 수막용수를 위한 지하수 이용량이 급증하여 계절적인 수위변화를 보이며, 특히 강변의 대규모 시설농업단지의 지하수의 부족현상이 빈번히 발생하는 실정이다(송성호, 2017). 본 연구지역은 낙동강 하구댐 설치 전만조 시 해수의 유입으로 암반지하수의 심도가 증가할수록 EC가 증가하는 특성을 보이는 곳으로, 지하수의 이용량이 급증하는 동절기에 특히 급격히 증가하여 지하수의 안정적인 수질관리를 위해 염분변화의 관리가 필요한 지역이다. 지하수의 계절적인 변화를 위해 시설농업단지내에 지하수 관측정이 설치되어 관측되고 있으며 본 연구에서는 관측정의 2013년 1월~2019년 1월까지 지하수의 EC변화를 관측하였다. 지하수의 수위(GL.m), 온도, EC를 1시간 주기로 관측하여 계적적인 변화를 분석하였고, EC의 증가가 큰 곳은 심도별로 센서(다중심도)를 설치하여 염도의 변화를 관측하였다. 지하수성분의 지질학적 기원분석을 위한 양음이온 분석을 연 1회 실시하였다. 또한 관측정의 심도별 변화를 알기 위해 동일지역에 충적, 암반 관측정을 따로 설치하고 관측하여 지표수와 지하수의 심도별 영향의 차이를 분석하였다. 동일지역의 관측결과 평균 5m이하의 수위변화를 보이나, 5m 이상의 수위변동을 보이는 관측망은 15년 14개소 17년 19개소로 증가추세를 보이며, 이는 주로 밀집된 시설하우스 단지의 수막재배를 위한 겨울철 지하수 사용량 증가가 원인인 것으로 판단된다. 본 연구지역은 강변지역에 밀집된 시설하우스단지의 동절기 수막재배를 위한 지하수 과다 사용으로 수위급감 및 수량부족현상이 반복되고 있어, 예방과 대책강구를 위해 지표수의 함양과 지하수사용량의 상관관계 분석과 자료축적 및 추가연구를 위한 장기관측이 요구된다.

지하수 흐름 모의를 위한 2차원 수조모형 실내 실험은 현장에서 발생하는 복잡성을 배재하는 동시에 간편함과 재현가능성을 제시하는 실험 방식이다. 지하수 흐름 모형은 수치모델을 구현하여 계산할 때 검증용 실험 결과를 얻는 목적으로 운용할 수 있으며 또한 테스트베드 규모의 실증 실험을 대신할 용도로 실증부지의 환경을 축소 모의하고자 하는 용도에도 사용할 수 있다. 본 연구는 모형의 길이에 비해 두께가 상대적으로 얇아 지하수 2차원을 모의할 수 있는 실내실험 방식의 표준을 제안한다. 연구 방법에서 인공 매질 및 모래와 같이 수조모형의 흐름 영역을 채우는 매질의 수리전도도 값을 간편하고 신속하게 계산하는 방식을 Dupuit 가정을 바탕으로 구현하였다. 모의하고자 하는 실증 부지와 수조 모형 사이에는 실험 규모의 축소와 확대의 근거를 이론적으로 뒷받침하는 상사성 (similarity)이 존재하여야 한다. 본 연구에서는 상사성을 구현하는데 사용할 수 있는 무차원 변수를 수리지질학적 변수의 조합으로 표현하고자 하였다. 마지막으로 무차원화 변수를 수조 모형에 대입하여 실증부지를 모의하고 결과를 표출하는 방식을 제안하였다.

본 연구에서는 국내 시설농업단지의 수리지질 특성을 고려한 개념 모델을 설정하여 수리전도도와 이격거리(주입정과 양수정 사이의 거리)에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 개념 모델에는 자연적 특성(지형과 지질, 강수량, 수리전도도 등)과 인공적 특성(주입정과 양수정의 이격거리, 주입량과 양수량 등)이 입력되었으며, 민감도 분석은 수리전도도(10^-1 cm/sec, 10^-2 cm/sec, 10^-3 cm/sec, 10^-4 cm/sec)와 이격거리(10 m, 50 m, 100 m)를 조합한 12개의 시나리오로 수행하였다. 양수정의 하류부에 설정된 관측정의 지하수위 강하량은 수리전도도가 감소하고 이격거리가 멀어질수록 증가하였다. 동일한 이격거리에서 수리전도도에 의한 지하수위 강하량의 회귀분석을 통해 인공함양 대수층의 지하수위 변동은 수리전도도에 의해 지배적인 영향을 받음을 알 수 있었다. 인공함양 대수층의 수리전도도가 10^-2 cm/sec 이상인 조건에서는 주입정과 양수정의 이격거리에 따른 지하수위의 영향반경은 20 m 이내이었지만, 수리전도도가 10^-3 cm/sec 이하인 조건에서는 이격거리가 멀어질수록 지하수위의 영향반경이 급격하게 증가함을 확인하였다.

인공함양은 대수층함양관리 중 하나의 기법이며 하수처리장 방류수의 영향을 직·간접적으로 받은 물을 지하대수층에 함양하여 수질의 향상을 기대할 수 있다. 그러나 방류수의 영향으로 인해 다수의 미량유해물질들이 대수층으로 유입됨에 따라 함양 후 회수할 때 이들의 검출이 빈번해졌다. 이에 따라 이 미량유해물질의 제거를 위해 인공함양의 후속 공정으로 나노막 여과를 고려하여 인공함양과 나노막 공정을 통하여 미량유해물질의 거동을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 인공함양 지하저수지 모사 컬럼을 설계하여 실험하였다. 서울특별시 탄천 하류에서 샘플링한 물을 원수로 사용하였으며 인공함양에 앞서 염소, 과망간산염, 오존의 3종류 산화 전처리를 통하여 그 영향을 확인하고자 하였다. 함양기간은 2.5일이었으며 함양 후 나노막 장치를 통하여 최종 유출수를 획득하였다. 인공함양 결과 용존유기물은 45%~63% 수준에서 제거가 되어 인공함양시 용존유기물의 제거가 가능함을 확인하였다. 산화 전처리에 따른 동화가능유기탄소의 증가로 인하여 생분해가 주요 기작인 인공함양 처리를 통하여 동화가능유기탄소의 제거율이 유기용존탄소의 제거율에 직접적으로 영향을 주었음을 알 수 있었다. 미량유해물질로 알려진 과불화화합물의 경우 산화 전처리에 따른 제거는 관찰되지 않았으며 잔류의약물질의 경우 대상 물질의 물리·화학적 특성에 따라 산화시 제거가 가능함을 확인하였다. Iopromide와 같은 조영제의 경우 오존 산화를 통하여 98% 이상 제거되어 산화를 통한 제거가 가능함을 확인하였다. 인공함양시 과불화화합물은 분자량이 큰 PFNA, PFDA, PFOS 등이 제거되었으며 그 제거율은 각각 최대 >99%까지 도달하였다. 분자량이 작은 과불화화합물의 경우 인공함양을 통과하는 경향을 보였다. 잔류의약물질의 경우 생분해가 용이한 물질은 제거가 됨을 확인하였으며 carbamazepine 등 제거가 안 되는 물질은 제거율이 18% 미만으로 확인하였다. 나노막 여과 결과 과불화화합물이 최대 >99%까지 제거됨을 확인하였으며 미량유해물질의 경우에도 대부분의 물질이 제거됨을 확인하였다.

2016년말 우리나라의 지하수 관측망은 국가지하수관측망, 지역지하수관측망, 수질전용측정망, 해수침투 관측망 등 다양한 목적하에 약 5,790개가 운영되고 있으며, 평균적으로 약 10년 정도의 관측 기간을 보유하고 있다. 이들 중에서 일 1회 이상 자동관측이 이루어지는 679개를 대상으로 지하수위 시계열자료의 특성을 분석하였다. ARIMA 분석 결과, AR(p) 모델은 전체의 56.8%인 386개, MA(q) 모델은 90.7%인 616개, Integration(d) 모델은 96.5%인 655개로 나타났다. AR(p) 모델중 가장 많은 경우를 보인 것은 AR(1), AR(2), AR(3) 등의 순이며, MA(q) 모델중 가장 많은 경우를 보인 것은 MA(2), MA(1), MA(3) 등의 순이며, Integration(d) 모델은 I(1), I(2)의 순으로 나타났다. AR(1) 모델이 가장 많은 것은 강우에 대한 지하수위의 교차상관의 lag time이 1 ~ 2일인 경우가 가장 많으므로 이전 시점의 지하수위에 의하여 현재 지하수위가 결정된다는 점을 의미한다. Integration이 많이 나타난 이유는 주기적 또는 지속적인 변동성이 지하수위에 나타나고 있음을 보여준다. 지하수위의 시계열 특성의 분류 및 그 원인을 평가하여 각 관측소별 지하수위 변동성을 정의함으로써 추후 지하수위 시계열자료의 분석 목적에 부합하는 자료 선별에 기여하고자 한다.

우리나라의 1시간 간격으로 측정되고 있는 지하수 관측망의 지하수위의 변동성은 강우, 양수, 하천, 지표피복에 의한 영향 등 다양하게 나타날 수 있다. 현재 한국수자원공사 및 한국농어촌공사에서 운영중인 지하수 관측망 중에서 지하수위의 변동 양상이 일반적(계절변동, 강우반응 변동 등)이지 않은 것으로 파악되는 101개소(국가지하수관측망 62개, 4대강보 주변 관측망 5개, 해수침투 관측망 15개, 농촌지하수관리관측망 19개)를 대상으로 현장조사를 실시하고 관측정 주변의 특성과 지하수위 변화와의 관계를 정성적으로 분류하여 보았다. 현장 조사는 지하수 관측정 주변 반경 100 m를 대상으로 하였으며, 기존 우물의 존재 및 규모, 지표 피복 상태, 인근 하천과의 관계(표고차, 하천의 규모, 보의 존재 등), 지형적 이상 특성, 저수지 분포 등을 조사하였다. 조사 대상 지하수 관측정 중에서 주변의 인위적인 요인(양수 영향, 하천수위 조절 영향, 지표 피복 변화, 저수지 수위 조절 등)에 의한 변동으로 확인된 것은 총 89개에 해당한다. 이와 같은 지하수위의 이상 데이터는 지하수 모델링, 함양량 산정과 같은 추가적인 분석에 오류를 발생할 수 있으므로 인공신경망 또는 통계 기법을 활용하여 보정하는 과정이 필요해 보인다.

국내에서 강변여과수는 1990년대 말 이후 기술개발이 지속적으로 이루어져 왔으나, 아직까지도 방사형집수정의 적정 취수량 결정에 필요한 조사 및 설계 단계에서의 적정 조사물량에 대한 기준이 마련되어 있지 않은 실정이다. 방사형집수정 1기당 취수량 결정은 경험식에 의한 방법과 수치모델링에 의한 방법을 병행하여 이루어지고 있으나, 취수량 평가에 가장 중요한 수리전도도(k)의 오차로 인하여 설계단계에서 추정한 취수량과 시공 이후의 취수량에 차이가 존재하고 이로 인한 다양한 논쟁이 존재하고 있다. 본 연구에서는 경기도 안성천에서 시공된 방사형집수정의 사례를 토대로 조사단계에서의 적정 시추공의 갯수를 제시하고자 하였다. 수평정의 2m 간격으로 채취된 토양 및 총 8공의 시추공에서 채취된 토양 등 총 164개의 입도분석 자료를 이용하여 대표요소면적(Representative elementary area, REA)의 개념을 적용하여 적정 조사공의 갯수를 분석한 결과, 안성천 방사형집수정 규모의 경우에는 1기당 6~7개의 조사공이 필요함을 도출하였다. 본 연구에서는 경기도 안성천의 사례를 토대로 수행한 만큼 향후 낙동강 등 타 지역의 사례를 토대로 확인되고 검증된다면 강변여과수의 조사 기준으로서 활용될 수 있을 것이다.

연구지역인 충청남도 홍성군 갈산면 신곡마을은 상시 가뭄지역으로서 농번기 물부족을 겪고 있으며, 물 확보의 수단으로서 지하수 인공함양이 고려되고 있다. 본 연구에서는 수치모델을 이용하여 수직정 방식의 지하수 인공함양시 주입 효과를 예비 평가하였다. 모델 지역은 가로 세로 2,450 × 2,350 m로서 10 × 10 m 간격의 격자로 구성하였으며, 현장에서 실시된 지하수위 조사 및 9공의 시추조사, 1개공의 양수시험 결과로부터 수리전도도, 지층분포 등을 구성하였다. 정류모델결과, 실측 및 예측 지하수위의 표준오차(Standard error of the estimate)는 0.53 m, 표준화제곱근오차(Normalized RMS)는 6.79%, 상관계수는 0.99%로 나타났다. 수직정을 통한 주입 효과를 평가하기 위하여, 주입량을 5 ㎥/d, 10 ㎥/d, 15 ㎥/d, 20㎥/d, 주입기간을 1일, 3일, 7일, 우물의 개수를 1개, 3개, 5개일 때 등 다양한 조건하에서의 부정류 모델을 수행하였다. 이로부터 주입의 효과인 지하수위 상승량 및 상승 범위 등을 토대로 물 부족 기간의 인공함양 시나리오(주입정의 위치, 갯수, 심도, 기간 등)를 예비적으로 제시하였으며, 추후 정밀 모델 및 실제 현장 주입 시험 등을 토대로 인공함양 설계를 추진할 예정이다.

제주도는 강수의 지표침투성이 좋은 화산섬의 지질특성상 지표수의 개발이용여건이 취약한 관계로 용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 따라서 제주도는 정책 및 연구적으로 오랜 기간동안 지하수의 보전관리에 많은 노력을 기울여 오고 있다. 하지만 최근 기후변화로 인한 강수의 변동성 증가로 인해 지하수위의 변동성 또한 증가할 가능성이 있으며 따라서 지하수위의 급격한 하강에 대비하여 지하수위의 예측 및 지하수 취수량 관리의 필요성이 요구되고 있다. 지하수에 절대적으로 의존하고 있는 제주도의 수자원 이용 여건을 고려할 때, 지하수의 취수량 관리를 위한 지하수위의 실시간 예측이 필요한 실정이다. 하지만 기존의 예측방법에 의한 제주도 지하수위 예측기간은 충분히 길지 않으며 예측기간이 길어지면 예측성능이 낮아지는 문제점이 있었다. 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 딥러닝 알고리즘인 Long Short Term Memory(LSTM)를 활용하여 제주도 남동쪽 표선유역 중산간지역의 1개 지하수위 관측정에 대해 지하수위를 예측하고 분석하였다. R 기반의 Keras 패키지에 있는 LSTM 알고리즘을 사용하였고, 입력자료는 인근의 성판악 및 교래 강우관측소의 일단위 강수량자료와 인근 취수정의 지하수 취수량자료 및 연구대상 관측정의 지하수위 자료를 사용하였으며, 사용된 자료의 기간은 2001년 2월 11일부터 2019년 10월 31일까지 이다. 2001년부터 13년의 보정 및 3년의 검증용 시계열자료를 사용하여 매개변수의 보정 및 과적합을 방지하였고, 3년의 예측용 시계열자료를 사용하여 LSTM 알고리즘의 예측성능을 평가하였다. 목표 예측일수는 1일, 10일, 20일, 30일로 설정하였으며 보정, 검증 및 예측기간에 대한 모의결과의 평가지수로는 Nash-Sutcliffe Efficiency(NSE)를 활용하였다. 모의결과, 보정, 검증 및 예측기간에 대한 1일 예측의 NSE는 각각 0.997, 0.997, 0.993 이었고, 10일 예측의 NSE는 각각 0.993, 0.912, 0.930 이었다. 20일 예측의 경우 NSE는 각각 0.809, 0.781, 0.809 이었으며 30일 예측의 경우 각각 0.677, 0.622, 0.633 이었다. 이것은 LSTM 알고리즘에 의한 10일 예측까지는 관측 지하수위 시계열자료를 매우 적절히 모의할 수 있다는 것을 의미하며, 20일 예측 또한 적절히 모의할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 LSTM 알고리즘을 활용하면 본 연구대상지점에 대한 2주일 또는 3주일의 안정적인 지하수위 예보가 가능하다고 판단된다. 또한 LSTM 알고리즘을 통한 실시간 지하수위 예측은 지하수 취수량 관리에 활용할 수 있을 것이다.

방조제는 국토 확장, 수자원 확보 및 배수 개선에 사용되는 구조물로, 재난 발생 시 자산, 국가산업 및 환경에 큰 영향을 끼칠 위험이 있다. 따라서, 파도월류, 지진, 투수, 액상화와 같은 다양한 피해 원인에 대비하여 구조적 사용성과 안정성을 확보하기 위해 신중한 검토 및 분석이 수행된다. 그러나 변화하는 환경조건에서 방조제는 다양한 외력의 변동성과 불확실성에 노출되며, 설계 시 고려된 손상 요인이 개별적으로 발생하기보다는 여러 요인이 복합적으로 반응하고 그 영향이 전달되어 피해의 발생과 전파 과정이 복잡한 양상을 나타낸다. 따라서 방조제에 대한 사고 예방 및 안정적인 유지관리를 위해서는 발생 가능한 위험을 종합적으로 고려한 위험도 평가가 중요하게 요구된다. 본 연구에서는 방조제 손상 원인 중 큰 비중을 차지하는 제체 내부 침식 위험에 대하여 위험인자 간 상호작용을 고려할 수 있는 확률통계학적 접근으로 Bayesian network 기법을 도입하였다. 위험인자에 대한 파괴 메커니즘을 조사하여 분류 후, 설계값과 측정자료를 기반으로 위험변수의 통계적 특성을 반영하기 위해 Monte Carlo 시뮬레이션을 수행하여 파괴 매커니즘의 위험도를 계산하였다. 위험도는 연간기대피해액으로 제공되었으며, 이는 방조제 손상으로 인한 피해에 대비하여 예방할 수 있는 솔루션을 제공할 것으로 기대된다.

기후변화로 인해 다양한 재난이 복합적으로 발생하고 있으며, 특히 해안과 인접해 있는 지역은 풍랑, 지진해일 등으로 인해 다양한 위험에 노출되어 있는 실정이다. 이에 따라 각 지자체는 자연재해대책법에 의거하여 자연재해저감종합계획을 수립하고 저감대책을 마련하고 있으나, 수립 절차에 따른 비용과 시간이 많이 소요되고 있다. 따라서 위험지역의 지리적·사회적 조건을 고려한 맞춤형 재해예방기법 도출방안이 필요하다. 이에 본 연구에서는 과거 피해이력과 침수예상도 정보가 반영된 위험성평가 지도를 활용하여 위험지역 유형을 4단계(관심, 주의, 경계, 위험)로 구분하고, 단계별 구조물적 대책과 비구조물 대책의 적용방안을 제시하였으며, 구조물적 대책과 비구조물적 대책의 도출에는 지역맞춤형 요소와 특성요소를 활용하였다. 지역맞춤형 요소는 자연인자, 재해영향인자, 재해원인인자, 지형인자, 사회인자로 구분하였으며, 각 인자별로 세부인자를 선택하여 논리연산에 따라 재해예방기법을 도출하였다. 특성요소는 효율성, 시공성, 공공성으로 구분하였고, 각 구분별 세부요소를 평가하여 재해예방기법의 우선순위를 도출하였다. 본 연구를 통해 향후 해안가 복합재난이 예상되는 지역을 대상으로 지역맞춤형 재해예방기법을 도출할 수 있을 것이며, 자연재해저감종합계획 수립 시에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연안표사는 해안의 정선이 후퇴해 침식이 심각해지는 한편, 항만·어항에서는 토사가 퇴적되어 선박이나 어선의 항로나 정박지 매몰로 선박의 항행 및 어업 활동에 지장을 초래하며 하천 하구부에서는 하구 폐쇄로 치수상의 문제점 등이 발생한다. 항만과 어항 관리자는 항로나 정박지의 매몰 대책에 대한 검토와 해안 관리자는 해안 보전 대책에 초점을 맞춰 제각기 목적을 위한 대책 검토를 수행하고 있다. 이처럼 매년 적지 않은 비용이 소요됨에도 불구하고 뚜렷하고 효과적인 대책 없이 연안에 인위적인 변화를 발생시켜 어디에선 모래가 퇴적되고 그 영향에 따라 또 다른 곳에서는 침식되는 악순환이 반복되고 있다. 연안침식 방지를 위한 대책을 구축하기 위해서는 어느 한 곳에 중점적인 대책이 아닌 표사계 전체의 관점에서 상호 간의 간섭 효과를 고려한 통합적인 관점으로부터 대책을 강구해야 할 것이다. 연안지역에서의 표사수지는 산지, 댐, 하천, 해안 등 각각의 영역으로부터 유입 및 유출에 따라 안정된 해안이 조성된다. 하지만 환경적 및 인위적 변화에 따라 안정된 표사수지는 파괴되며 이 영향에 따라 표사의 이동이 발생한다. 지금까지의 토사관리는 각각의 영역에서 재해저감 및 토사관리를 위한 여러 대책의 효과가 나타나고 있으나 통합적인 토사관리에 있어 상호간의 피드백이 단절되어 연안역에서 발생하는 침식에 대한 정확한 원인 규명에 많은 어려움과 문제점이 발생하고 있다. 이처럼 통합적인 연안침식 관리를 위해서는 연안역으로 유입되는 토사의 이동 메커니즘 규명이 매우 중요하며 이를 바탕으로 정확한 유사량 산정을 통해 적절한 대책을 마련할 수 있다. 또한, 지역적 특징이 강한 우리나라에서는 통합적인 연안관리를 위한 구체적인 방안 검토가 이루어지고 있지 않지만, 일본에서는 지속적인 관측과 모니터링 조사를 통해 체계적인 관리를 수행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 일본에서 진행 중인 통합적인 토사관리 가이드라인에 따른 토사관리의 구체적인 방법과 그에 따른 정선변화 및 표수사지 체계를 산정하였다.

산 경사면에서 발생한 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해 중 하나다. 특히, 도심지역에서 발생된 토석류는 유동 및 퇴적과정에서 막대한 재산피해와 인명피해를 야기할 수 있다. 이러한 토석류의 피해를 줄이기 위해 토석류의 유동과 피해규모 예측을 위한 여러 수치모형들이 선행연구들을 통해 소개된 바 있다. 최근엔 토석류의 유동과정 및 피해 규모에 큰 영향을 미치는 침식과 연행작용을 구현하기 위한 침식모형이 집중적으로 연구되어지고 있다. 하지만 국내에선 침식 및 연행작용을 구현해 분석하는 것은 아직 제한적인 실정이다. 이에 본 연구는 한국에서 개발된 수치모형으로 침식 및 연행작용을 구현할 수 있는 Deb2D 모형을 활용하여 다양한 침식모형을 적용하여 토석류의 유동을 분석하고 피해규모를 예측하고자 한다. Deb2D 모형은 2차원 수치해석 모형으로 적응형 격자를 기반으로 토석류를 구현하고 있으며 본 연구에선 유동학적 모형으론 Voellmy 모형을 선택하고, 침식모형으론 Sovilla, Frank 그리고 Medina 모형을 선택하여 연구를 진행했다. 2011년 우면산에서 발생한 일련의 산사태를 대상으로 토석류의 유동과 피해규모를 구현했으며 수치모형의 정확성 판단을 위해 현장 조사를 통해 얻어진 토석류의 피해 범위, 총퇴적량 그리고 특정 지점에서 관측된 최대 퇴적 높이 및 최대 속도를 비교자료로 활용했다. 특히, 연구지역의 토석류 발생 전·후 DEMs(Digital Elevation Models)을 통해 공간에 따른 침식 깊이 자료를 얻어, 이를 Deb2D 모형을 통해 분석된 결과와 비교·분석했다.

하천 혹은 그 인근에 설치된 시설물은 수문, 통문, 제방, 댐, 보, 배수펌프장, 상·하수도, 하구둑 등이 존재한다. 이러한 하천 시설물은 홍수나 가뭄 등 수해를 저감하는 역할을 한다. 그러나 많은 하천 시설물은 노후화, 기후변화, 하천환경변화 등으로 구조적 혹은 기능적 안정성의 저하가 우려되는 실정이다. 시설물 유형별 고령화율을 살펴보면, 댐, 하천, 상하수도 순으로 조사되었으며, 준공연수가 30년을 초과한 하천 시설물은 약 40%를 넘어섰다. 그럼에도 불구하고 하천시설물의 관리 구조는 시설물 설치단계까지만 치중되었으며, 이후 계획 재수립 단계까지의 평가 및 모니터링, 유지관리, 정보관리 등에 이르는 선순환 구조가 미흡한 실정이다. 시설물의 노후화에 따라 유지관리 비용이 증가하며, 대형사고로 이어질 수 있기 때문에 적절한 시기에 시설물 점검 및 유지보수가 매우 중요하다. 우리나라의 경우 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법에 따라 국가주요시설물은 안전점검을 실시하고 있으며, 시설물통합정보관리시스템(Facility Management System; FMS)에 안전등급을 제공하고 있다. 본 연구에서는 FMS의 하천 시설물 안전등급 현황을 기반으로 시설물의 효과적인 생애주기관리를 위해 하천 시설물의 성능평가모델을 제안하였다. 성능평가모델은 하천 시설물의 사용연수에 따른 안전등급의 예측이 가능하며, 관리자 측면에서 예산투입 등의 의사결정 시 활용이 가능할 것으로 판단된다.

국내외 발생하는 재난 중 70% 이상이 물과 관련된 재해로 분류되며, 집중호우와 태풍으로 인한 하천범람 및 내수침수 등으로 많은 피해를 발생시키고 있다. 특히 최근 발생하는 피해 양상은 과거에 발생하지 않았던 극한 강우로 인해 돌발적으로 발생하는 경우가 빈번하게 발생하고 있어 이에 따라 사전에 예측하여 미리 대비하는 선제적인 홍수 대비 시스템이 요구되고 있다. 선제적인 홍수 대비 시스템의 구축 여부는 정확한 하천 흐름 예측을 필요로 한다. 하지만 하천의 흐름은 댐붕괴, 제방붕괴, 하천 하상의 변동 등 다양한 상황에서 급격한 흐름의 변동이 발생하며, 이는 하천 흐름 예측에 장애물로 작용하여 정확도를 떨어뜨리는 요인이 된다. 특히 국내에는 산악지형과 수공구조물에 의한 불연속 단면이 다수 존재하고 있어 그 예측 결과에 대한 정확성에 대한 요구가 더욱 부각되고 있다. 그렇기 때문에 해당 문제를 해결하기 위한 다양한 기법들이 개발되어 실무에 적용되고 있으나 어떤 기법이 국내 하천특성에 적합한지 파악할 수 없으며, 그 정확성과 안정성에 측면에서 여전히 많은 문제점을 가지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 불연속 흐름이 빈번하게 발생하는 국내 하천 특성에 적합한 수치 기법을 확인하고자 유량보존특성을 만족하는 유한체적기법 중 국내외적으로 다수 사용되었던 기법들을 비교 및 평가하였다. 불연속 흐름의 대표적인 예제로서 'Dam-break problem'과 충격파 해석 및 홍수기와 갈수기에 따른 하천 하상의 마름/젖음에 대한 평가를 할 수 있는 Toro's Riemann problems에 적용하여 비교하였으며 그 결과 값을 정량적인 수치로 나타내었다. 이를 통해 국내 하천 특성에 적합한 수치 기법을 선정하였으며. 향후 국내하천 환경을 만족할 뿐만 아니라 하천 종사자들의 요구에도 부합한 하천흐름해석 모형의 개발 시 많은 기여가 될 것이라 판단된다.

최근 전체 산업재해율은 계속적으로 감소 추세를 보이는 반면, 건설업의 재해율은 증가하는 추세를 내타내고 있다. 이러한 건설업 공종별 재해유형은 임시구조물과 관련된 가설공, 굴착공, 철근콘크리트공의 재해율이 타 공종에 비해 높게 나타난다. 이는 공종 진행에 따라 변화되는 건설현장의 위험요소를 사전에 인지하여 제어·관리할 수 있는 사고예측 기술 및 대응 기술의 부재로 안전사고가 높게 발생한 것으로 판단된다. 이러한 상황 속에서 건설현장에서 빈번하게 발생하는 다양한 재해 상황에 대하여 공사별, 규모별, 공정별 대응 체계를 마련하고, 굴착공사 중 침수 발생 시 피해를 최소화할 수 있는 실용적인 긴급대응 방안을 확보함으로써 경제적인 손실뿐만 아니라 인명피해를 최소화하는 방안 마련이 필요하다. 공사 현장 재해 상황 중 침수는 태풍 또는 집중호우 시 공사구간이 침수되어 근로자 수몰 등의 피해가 발생하고, 절토면이 붕괴되는 등 2차적인 피해로 이어진다. 이러한 침수의 원인은 공사 현장의 저지대 위치, 집중호우 시 최대 강우량에 대한 대비 소홀, 양수기 부족 및 고장, 인접 배수로 배수기능 불량 등의 복합적인 원인들로 인하여 발생한다. 또한 굴착공사 현장의 침수는 공사기간 동안 개별 공종에 따라 침수발생 양상이 달라질 수 있다. 따라서 각 공종별 발생 가능한 침수 양상에 대한 예방/대응 기술이 필요하다. 본 연구에서 사용되는 HDM-2D 수리 동역학 모델은 2차원 흐름해석 프로그램으로 복잡한 하천지형이나 공사현장과 같은 불연속면에서 유속 및 수심 등을 계산한다. 또한 마름/젖음 현상 등 복잡한 수리현상에 대한 정교한 모의 기능 및 침수해석 등 어떠한 계산영역이나 흐름조건에서도 정확하고 안정적인 모의를 할 수 있다. 본 연구에서는 공사현장과 같은 불연속면에서 각 공종에 따라 발생할 수 있는 침수양상에 대한 모의를 진행하고 각 공종별 침수양상을 비교분석 하였다. 이를 통해서 굴착공사 현장 침수피해 예측 모델을 개발하여 개발된 기술을 사용하여 기후변화에 따른 강우량 증가와 이에 따른 수재해로 인한 건설현장 침수 발생 및 인명, 재산피해를 최소화하고자 한다.

물은 보다 나은 삶을 살아가는데 있어 매우 중요한 자원이며, 안전하고 깨끗한 물을 공급받는 것은 국민 생활 영위에 반드시 필요한 부분이다. 국내 주요 수자원은 하천수를 통해 확보하고 있으며, 안전한 수자원 공급을 위해서는 하천관리를 통한 수질오염사고에 대비한 대책 수립이 필요하다. 국내에서는 페놀, 황산 등 독성오염물질 유출로 인한 수질오염사고가 발생한 바 있고, 그 피해액이 수백억에 달한다. 이러한 수질오염사고로 인한 피해액을 감소시키고 안전한 수자원 공급을 유지하기 위해서는 오염물질의 거동을 이해하고 예측하는 것이 매우 중요하다. 국내하천의 경우, 대부분 하폭 대비 수심비가 크기 때문에 오염물질이 2차원 혼합특성을 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 하천 내 오염물질의 2차원적 혼합거동을 해석할 수 있는 수치모형을 개발하고자 하며, 현장에 적합한 해석기법을 검토하고 모형 개발 방향을 결정하고자 한다. 본 연구에서는 하천 내 수질오염사고 발생 시 신속하고 정확한 수질 분석 및 예측을 목표로 오염물질 혼합해석에 주로 활용되는 격자기반 모형과 입자추적 기반 모형의 프로토타입을 개발했다. 용존성 오염물질을 대상으로 격자 기반 및 입자 기반 혼합해석 모형을 개발했으며, 오염물질의 주입형태와 하천 내 유속 분포를 가정해 혼합해석을 수행했다. 격자 기반 모형의 경우, 경계조건과 분산계수의 결정이 필요하고 수렴/발산 문제로 인해 모형의 안정적 실행을 위한 조건 수립이 필요하다. 입자 기반 모형의 경우에도 입자 수에 따른 계산시간 개선이 필요하지만, 입력조건 결정이 간편하고 분산계수 입력이 필요 없어 신속한 모의조건 설정이 가능하다. 오염물질 혼합해석 모형 개발을 위한 해석기법 검토 결과, 신속한 수질 분석 및 예측 결과를 제공하기 위해서는 계산시간 개선을 전제로 모의조건 설정이 용이한 입자 기반 모형이 가장 적합한 것으로 판단된다.

최근 우리나라의 기후변화와 도시화로 인한 홍수피해 규모가 대형화 추세를 보이며, 그에 따른 도시침수의 발생이 증가하고 있다. 도시침수로 인한 피해는 파손보다는 침수가 대부분이고, 도시의 규모가 클수록 침수의 비중이 크게 나타난다. 그로 인한 피해는 인명피해 및 재산피해 이외에 여러 가지 피해를 유발하며 도시기능 마비가 일어난다. 이러한 도시지역의 침수피해는 넓은 불투수층으로 인해 홍수 도달시간이 감소하고, 급격한 도시화로 인한 건물, 이외에 하수 관망에 미치는 영향 등 여러 가지를 고려하여 침수해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 XP-SWMM 모형으로 도시지역의 불투수층의 면적비율, 건물의 영향 등을 고려하여 침수해석을 하고자 하였다. 또한 XP-SWMM 모형의 2차원 TUFLOW엔진을 기반으로 하는 2D 지표 유출 계산을 이용하여 대상 지역의 침수 취약지역을 예측할 수 있을 것이다. 최근 송도국제도시 개발이 이루어진 인천광역시 연수구를 대상지역으로 선정하여 도시지역의 특성을 고려하여 분석을 수행하였다. XP-SWMM 모형의 적용성을 평가하기 위해 대상지역의 도시침수 피해를 입은 강우사상을 선정하여 분석을 수행하였고, 유출량 및 침수면적을 산정하여 침수흔적도와 비교 및 적용성을 평가하였다. 본 연구는 도시지역 하수도 관거의 성능 및 도시지역의 특성을 고려하여 여러 강우 빈도를 이용해 집중호우로 인한 침수지역 및 침수면적 등 침수피해를 예측하여 수해 예방 발전에 기여할 수 있을것으로 사료된다.

국내의 주요 외곽시설은 대수심화 및 설계외력의 증대 등으로 경제성 및 안정성 등의 확보를 위해 혼성제 형식의 구조물을 적용하는 사례가 주를 이루고 있다. 혼성제 근고부 안정성과 관련해서는, 설계파에 대한 안정적인 피복재 중량을 구하는 것이 설계상 중요하다. 기존의 직각 입사파에 대한 연구는 많이 수행되어 왔으나, 경사 입사파 조건에 대한 검토 사례는 미미한 실정이다. 또한 직각입사 뿐만 아니라 경사 입사파에 대한 근고부 중량산정식으로 확장된 Tanimoto식을 적용하고 있으나, 수리실험과 중량산정식에 대한 오차가 발생하고 있어 수리실험을 통해 기존의 산정식에 대한 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 경사입사파 조건에 따른 혼성제 제두부 구간의 피복재 안정성에 대하여 실험을 수행하였다. 설치수심은 0.3m 수심으로 고정하고, 입사각도를 0°, 30°, 45°, 60° 및 75°로 변화시켜 실험을 수행하였다. 전체 연장 10m의 모형에서 종점부 1m 구간을 실험구간으로 설정하고, 피복재의 종류는 피복석(50g), 콘크리트 피복블록(Tetrapod, Tripod)를 사용하였으며, 파랑조건은 불규칙파를 적용하였다. 주기 및 파고를 변화시켜 수리실험을 수행하였다. 실험결과는 제두부 구간에 피복된 피복재의 구간별 피해율을 분석하기 위해 구역분할도 적용하였으며, 확장된 Tanimoto식과 비교분석하여 중량산정식의 타당성을 검토하였다.

항만구조물의 방파제 또는 방파호안의 마루높이는 배후지역의 활용도에 따라 내습파의 월파로 인한 전달파 또는 월파량에 의해 결정되기 때문에 월파량산정은 항만구조물을 설계함에 있어서 주요한 설계인자이다. 그동안 국내에서는 항만구조물 설계시 주로 외국의 기준이나 기법을 활용하고 있는 실정이다. 국내 항만설계기준에서는 Goda도표를 이용하여 직립제 및 방파호안에 대한 월파량 산정방법을 제시하고 있으나, 도표축이 log로 되어 있어 내삽 또는 외삽시 사용자에 따라 월파량 차이가 발생할 수 있다. 국내의 해역특성 및 최근 설계동향을 반영한 월파량 산정식의 개발이 필요하고, 동일조건에 대한 동일한 월파량 산정결과가 도출될 수 있어야 한다. 최근의 대표 연구성과인 EurOtop(2007)과 같이 지수함수의 형태로 월파량 산정식을 제시하고자 한다. 경사식구조물의 평균월파량 산정식 도출을 위해 적용한 구조물 위치에서의 수심(d_t)은 0.40m, 0.55m, 0.70m 이다. 적용수심을 서로 다르게 한 것은 기존의 대부분의 연구에서 적용하지 않았던 구조물 위치에서의 쇄파조건을 고려하기 위한 것이다. 실험파는 Bretschneider-Mitsuyasu 주파수 스펙트럼을 사용한 불규칙파를 적용하였다. 본 연구에서는 주 피복재로 TTP를 대상으로 하였고, 주기 및 파고를 다양한 조건에서 수리실험을 수행하였다. 본 연구의 실험결과는 월파량 계측을 통해 분석된 평균 월파량을 적절한 산정식으로 나타내기 위해 EurOtop(2007)의 기존 월파량 산정식 형태에 대입하여 비교하여 분석하였다. 따라서, 본 논문은 월파량 산정식 제시를 통해 보다 합리적인 항만구조물의 마루높이 산정이 가능하게 하고, 또한 월파량 산정과 관련된 실험자료 구축을 통해 신뢰성해석 자료 및 수치모형의 검증 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

2019년 10월에 발생한 태풍 미탁은 강원도 삼척시 근덕면 궁촌리 기준 시간당 최대 129mm/hr, 누적강수량 488.5mm를 기록하며 폭우와 강풍, 홍수, 토석류 및 산사태로 사망 13명, 실종 2명, 이재민 910세대 1,442명의 인명피해와 공공시설 1,835건, 사유시설 3,700건 등의 재산 피해가 발생하였다. 한편 Hyper KANAKO 모형은 일본에서 개발된 토석류 수치 모델로 오픈소스인 QGIS와 연동되어 도구의 형태로 사용할 수 있어 사용자에게 편리함을 제공하고 토석류 해석 시 침식 및 퇴적작용의 해석이 가능하다. 1차원의 지형(계류)과 2차원의 지형(퇴적부)의 지반설정과 사방댐의 종류(Closed, Slit, Landslide) 및 개수, 위치, 높이 등을 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 또한, DEM을 기반으로 변환 프로그램을 사용하여 구축한 자료인 LP(Laser Profiler) 데이터를 바탕으로 3차원의 지형을 볼 수 있어 2차원의 지형보다 사용자의 직관적인 해석이 가능하다. 본 연구에서는 QGIS와 Hyper KANAKO를 이용하여 태풍 미탁으로 토석류 피해가 발생한 강원도 삼척시 신남지역을 대상으로 DEM과 LP 데이터를 구축하고 수치모델링을 실시하여 현장조사 결과와 비교분석 하였다.

횡월류위어(side weir)는 하천의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물로 강변저류지나 off-line저류지의 유입부에 흐름방향과 평행하게 설치되어 유량관리 및 전환, 홍수통제, 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량의 전환 등의 목적으로 이용되는 구조물이다. 횡월류 위어의 월류 흐름은 일반위어와 같이 위어마루부 직각방향으로 흐르지 않고 본류 흐름특성에 따라 비스듬하게 유입된다. 이러한 흐름특성으로 횡월류위어 월류량은 본류의 하폭, 흐름특성, 위어길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정된다. 현재 국내에서 진행된 횡월류위어 흐름특성에 관련된 연구는 대부분 직선수로에 집중되어 있으며 사행하천의 흐름특성에 따른 연구는 부족한 실정이다. 금회 연구에서는 3차원 상용프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 사행하천구간 유입부 설치위치 특성에 따른 횡월류 위어 유입흐름 특성을 분석하였다. 사행하천 구간 횡월류위어 설치위치에 따른 3차원 흐름해석을 위해 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 수로길이 30m, 수로폭 2m의 구형 사행수로를 구성하였고, 횡월류위어 유입부 위치를 20°~120°로 변화시키며 수치모형실험을 수행하였다. 해석결과 수로흐름은 유입부 설치각이 작을수록 상·하류 수위차가 작아지며 유속이 감소하며 설치위치각이 클수록 수로내 평균유속은 증가하는 것으로 확인되었다. 유입부 설치각이 작을수록 방류량이 증가하여 수로내 흐름분리현상 증가하였고 이로인한 지체현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구로 사행하천구간에 횡월류위어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 흐름특성을 해석할 때 3차원 수치모형실험이 유용한 해석도구로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이후 수치모형실험이 수공구조물 설계 및 해석 시 참고자료로 이용 가능할 것으로 사료된다.

하천에서 하상과의 접촉 없이 부유 상태로 이동하는 유사는 부유사로 정의된다. 부유사의 이동은 유사 입자의 침강 속도와 난류의 섭동 성분에 따라 결정된다. 실제 하천에서 부유사는 단일 크기가 아닌 여러 크기의 유사 입자가 혼재된 상태로 존재하는데, 유사의 이동을 보다 정확히 이해하기 위해서는 침강 속도를 결정하는 유사 입자 크기의 분포에 대한 이해가 요구된다. 진흙과 같은 점착성 유사의 경우에는 모래와 같은 비점착성 유사와는 달리 입도 분포를 구성하는 유사 입자의 크기가 끊임없이 변화한다. 이러한 유사의 특성 변화는 유사 알갱이 표면의 전자기적 점착력으로 인한 응집 현상(Flocculation Process)에서 기인한다. 응집 현상으로 인해 점착성 유사는 물과 유사 입자의 덩어리인 플럭(Floc)을 형성하며, 플럭의 특성은 지속적으로 변화한다. 따라서 점착성 유사의 이동을 이해하기 위해서는 흐름 특성 및 입도 분포뿐만 아니라 플럭의 응집 현상에 관한 이해가 함께 이루어져야함을 알 수 있다. 본 연구에서는 플럭의 응집 현상으로 인한 크기 변화와 입도 분포를 이해하기 위한 모형 개발의 방법론을 제시하고자 한다. 입도 분포 모형의 개발을 위해 추계학적 접근법이 이용되며, 추계학적 접근법을 이용하여 수치 실험을 수행하기 위해 몬테-카를로 방법이 적용되었다. 입도 분포 모형과 유사 이동 모형의 결합을 통해 흐름 내 부유 상태로 이동하는 점착성 유사 입도 분포에 관한 수치 모형 개발이 가능하다.

유사는 이동 형태에 따라 소류사와 부유사로 구분된다. 하천의 흐름을 통해 이동하는 유사의 대부분은 부유사의 형태로 이동하며, 부유사의 부유 거동은 난류 강도와 유사 입자의 침강 속도로 인해 결정된다. 이에 따라 부유사의 부유 거동을 이해하기 위해서는 정확한 침강 속도의 산정과 난류에 대한 이해가 요구된다. 유사의 침강 속도는 밀도와 크기로 대표되는 유사의 특성을 이용하여 결정된다. 하천에서 부유사가 여러 크기를 갖는 유사 입자들이 혼재된 형태로 이동하는 것을 생각해 볼 때, 침강 속도의 분포를 이해하기 위해서 입도 분포에 대한 연구는 필수적임을 알 수 있다. 본 연구에서는 유사 입자의 입도 분포에 난류 강도가 미치는 영향을 살펴본다. 연구를 수행하기 위해 모래의 입도 분포가 로그 정규 분포를 따를 것이라는 가정을 적용하여 난류의 영향을 고려하는 부유사의 입도 분포 모형이 개발되었다. 부유사의 입도 분포는 흐름의 유사 이송 능력에 따라 분포의 표준 편차와 같은 물리량이 변화할 것으로 예측되는데, 흐름 내 유사의 이동과 흐름의 유사 이송 능력을 함께 고려하기 위해 개발되는 유사의 입도 분포 모형은 유사 이동 모형과 결합된다.

직립 구조물을 지나는 천수 흐름의 해석에서 구조물에 의한 영향이 지배적인 그 전면과 비교적 덜한 그 위의 영역으로 구분하여 흐름률을 계산하는 새로운 기법이 제안되었으며, 그 모의 결과는 정확해, 가상의 문제에 대한 3차원 모의 결과, 그리고 실험 결과와 대체로 만족스런 일치를 보였다(Hwang, 2015; Hwang, 2016). 또한, Hwang (2019)은 측면 위어에 대한 부정류 실험(Kim, 2013)에서 직립의 측면 위어를 통해 수로와 저류지 사이의 흐름이 교환되는 실험 경우에 적용하여 새로운 기법에 의한 수치 모형을 시험한 바 있다. 이 연구에서는 측면 위어에 대한 Kim (2013)의 나머지 실험 경우에 대해서도 Hwang (2015)의 기법을 적용하여 불연속 지형을 이루는 직립 측면 위어의 월류량을 평가하였다.

자연하천에서 식생의 성장은 유속 및 수위 변화에 중요한 영향을 미치며, 따라서 식생으로 인한 흐름저항은 흐름과 유사이송 모델링을 위한 중요 매개 변수가 된다. 즉, 수치 모델을 활용함에 있어 식생의 흐름 저항을 정확하게 추정하는 것이 매우 중요하며, 보다 정확한 추정을 위해 실험 혹은 현장 데이터를 활용한 보정과정이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 식생 패치를 포함한 인공 수로의 흐름 모의를 위해 실규모 실험 수로에서 측정된 유속 및 수위 데이터를 활용하여 모델보정을 수행하고자 한다. 이를 위해 공간 분포 별로 각기 다른 흐름 저항식의 적용이 가능하며, 식생 저항 공식을 포함하고 있는 Delft3D 모델을 활용하였다. 또한 실규모 수로에서의 유속 및 수위 데이터 수집을 위해 한국건설기술연구원 하천연구센터에서 실험을 수행하였다. 실험 구간의 길이는 약 120 m이고 하폭은 11 m이며, 국내 하천에서 보이는 식생패치의 유사한 형태를 재현하기 위해 하천 내 가장 많이 활착되어있는 버드나무와 유사한 형태의 인공식생을 제작하였다. 인공 식생은 지그재그로 배치되었으며, 식생의 전체 높이는 1.1 m이고, 각 패치 당 23그루의 인공 식생이 총 8개 패치에 식재되었다. 모의 조건은 상류단 유입 유량 2.805 ㎥/s, 하류단수위 98.764 m의 정류 조건을 적용하였다. 또한 식생 패치 구간에서의 흐름 저항 추정을 위해 Delft3D 모델 내에서 선택가능 한 Baptist의 비침수(Non-submerged)식을 적용하였으며, 항력계수 결정을 위해 1과 1.5를 적용하여 측정 수위와 비교하였다. Delft3D의 흐름 모의 결과, 항력계수 1.5를 적용했을 때, 측정 수위와 거의 일치하는 것으로 나타났으며, 항력계수 1.0을 적용했을 경우, 측정 수위에 비해 다소 낮게 모의되는 것으로 나타났다. 또한 항력계수 1.5인 경우 식생 패치 구간에서 평균 0.65 m/s의 유속이 발생하였다.

가뭄·홍수 등 수재해 대응대책 수립 측면에서 유역의 자연유출량 산정은 가장 핵심적인 사항이라 할 수 있다. 우리나라는 전국적으로 수위-유량관측소를 설치하여 실시간 유출량 모니터링을 통해 수문정보를 수집하며, 주요지점을 제외한 유역에서는 주기적으로 강우-유출모형의 매개변수 최적화를 통해 산정된 장기유출량 결과를 자연유출으로 가정하여 수자원 계획 수립시 활용하고 있다. 그러나 강우-유출모형의 최적 매개변수 추정을 위해 활용되는 관측 수문자료는 상대적으로 자료의 연한이 짧고, 계절·공간적인 특성으로 인해 매우 제한적이며, 유역의 특성을 충분히 고려하지 못해 미계측유역의 매개변수 추정시 모형의 자료에서 기인한 불확실성이 크게 발생한다는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 관측자료에 대한 신뢰성이 유의하며, 공간적으로 고르게 분포된 12개 댐 유역을 대상으로 매개변수 지역화 연구를 수행하였다. SCEM-UA기법을 통해 GR4J 강우-유출모형의 매개변수를 최적화 하였으며, 매개변수와의 상관관계 및 선형회귀분석을 통해 유역특성인자를 선별하여 Copula 함수를 통해 지역화된 매개변수를 추정하였다. 최종적으로 본 연구에서 제시된 방법론에 대한 적합성을 평가하기 위하여 매개변수 최적화가 수행된 유역을 미계측 유역으로 가정하여 교차검증 관점에서 적합성을 검토하였으며, 통계적으로 유의한 결과가 도출되는 것을 확인하였다.

최근 우리나라의 계절적 강우변동폭이 점점 커져 홍수, 가뭄의 발생빈도와 심도가 증가하고 있다. 특히, 도시화에 따른 토지이용변화, 산업구조변화 등은 수자원의 수요량 및 공급량 불균형으로 이어져 수자원 관리에서 제약조건으로 작용하고 있다. 유역 내의 물순환을 평가에 있어서 물수지 모델 구축과 함께 정확한 강우-유출 분석은 매우 중요한 분석단계라 할 수 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 국내외 주요 연속강우-유출모형의 특성을 파악하고 모형 최적화를 통해 계측유역에 대해서 적합성을 평가하였다. 미계측유역의 불확실성을 고려한 유량 시나리오를 제시하기 위하여 다수의 모형을 활용하는 앙상블 개념을 도입하였으며, 향후 미계측유역으로 모형의 확장성을 고려하여 매개변수 개수 및 관측 유량에 대한 재현능력 특성 등을 종합적으로 평가하였다. 본 연구에서는 40개 이상의 국내외 연속강우-유출모형을 소양강댐에 적용하였으며, 통계적 지표를 이용하여 모형을 1차적으로 선정하였다. 선정된 모형을 대상으로 매개변수의 개수 및 저유량, 중간유량, 고유량으로 분리하여 재현성을 평가하고 최종적으로 앙상블모형을 제시하였다.

여름철 발생하는 집중호우는 해안지역 및 하천유역의 저지대에 상습적인 침수를 유발하며, 도시지역은 높은 불투수율로 인해 추가적인 침수 피해가 발생하는 경우가 많다. 본 연구에서는 폭함수를 통해 하천망의 공간적인 특성을 함수형태로 나타내어 유역의 수문분석에 이용하는 폭함수 단위도법(WFIUH, Width Function Instantaneous Unit Hydrograph)을 소개하고, 적용성을 검토하기 위하여 실제 유역 및 강우 사상에 적용해보았다. WFIUH는 기존의 집중형 수문모형과 다르게 매개변수를 물리적으로 결정할 수 있으며, 유역특성과 시공간적 변동성을 수문곡선 산정에 반영할 수 있는 장점이 있다. WFIUH의 적용성을 검토하기 위하여 2003년 한반도에 심각한 침수피해를 입힌 태풍 매미로 인해 발생한 강우사상과 그로인해 큰 피해가 있었던 마산 지역의 남천, 삼호천 일부 유역을 대상으로 강우-유출 분석을 실시하였다. 분석결과 범용 수문모형인 HEC-HMS와 비교 시 유사한 결과를 보이며, 실제 관측치와도 유사한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 또한 강우의 이동을 반영하여 강우의 이동이 수문곡선과 첨두유량에 미치는 영향을 비교분석 하였다.

SWAT (Soil and Water Assessment Tool)은 미국 농무성 농업연구소에서 개발된 준분포형(semi-distributed) 수문 모형으로 복합토지이용유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양, 토지이용 및 토지관리 상태의 변화에 따른 유역의 유출량, 유사량 및 영양물질의 영향을 예측하기 위해 개발되었다. SWAT은 기본적으로 다양한 매개변수에 대한 수동 보정 기능을 제공하고 있지만 매개변수 보정에 따른 모의결과의 불확실성을 수반하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자동보정 기능을 제공하는 SWAT-CUP (Calibration and Uncertainty Program)이 개발되었다. SWAT-CUP에서 제공하는 매개변수의 최적화 과정에서 유사한 모의 결과를 산출하는 수천 개의 매개변수조합이 존재하기 때문에 보정기법의 선택에 따라 최종 매개변수의 값이 달라질 수 있다. 불확실성을 발생시키는 요인으로 (1) 매개변수의 선택, (2) 보정 기법, (3) 목적함수, (4) 매개변수의 초기 범위, (5) 모의(simulation)의 실행(run) 및 반복(iteration) 횟수, (6) 위치, 개수 등 보정 자료의 선택 등이 주로 지목된다. 이러한 요인으로 발생하는 불확실성은 SWAT 모형의 구조 및 입력 자료에서 기인하는 것으로, 사용자의 설정에 따라 크게 좌우된다. 본 연구에서는 SWAT 매개변수 보정 과정에서 발생할 수 있는 불확실성을 평가하고, 효율적인 보정 방안을 제시하기 위해 수행되었다. 낙동강 권역의 내성천 유역을 대상으로 SWAT 모형을 구축하였으며, 내성천 본류에 위치한 수위(유량) 관측소의 자료를 활용하여 검·보정을 수행하였다. 모의 결과는 유량의 크기 뿐 아니라 유량의 발생 시기, 유역의 반응 및 증가·감소 경향성을 함께 고려하여 평가하였다. 그 결과 모형 구조에 따른 불확실성의 전이과정을 정확하게 파악하는 것은 불가능하지만 SWAT 모형의 비고유성(non-uniqueness)에 의한 불확실성을 정량화하여 나타내었다.

기후변화로 인하여 전 세계적으로 이상기후가 진행되고 있다. 우리나라의 경우 홍수와 가뭄 등의 이상 강수가 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인한 비점오염물질의 유출과 집적이 발생하고 있다. SWAT (Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF (Hydrological Simulation Program)등의 다양한 모델이 비점오염의 유출을 모의하기 위하여 활용되고 있으나, 농장 단위에서 유역 단위까지 다양한 대상지역에 대한 장기 모의와 BMP적용에 따른 효율평가가 어려운 실정이다. Texas A&M Agrilife Research에서 개발한 APEX(Agricultural Policy Environmental eXtender model) 모형의 경우, 농장 단위에서 유역 단위의 대상지역에 대하여 최대 100년까지 일단위 모의가 가능한 특징이 있다. 하지만 APEX 모형은 개발된지 상당한 시간이 지났으며, 데스크탑 기반의 모형이므로 다양한 플랫폼에서의 활용이 어려운 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 1. 기존 데스크탑 기반의 APEX 모형을 웹에서 구동할 수 있도록 웹 기반 시스템을 구축하였으며, 2. 양분유출에 대한 모의 평가가 가능하도록 결과를 시스템화하는 모듈을 추가하였다. 또한, 3. 웹 기반 APEX 모형의 활용도를 위하여 최적관리기법을 적용할 수 있는 모듈을 개발 및 추가하였다. 본 연구의 결과는 향후 농업비점오염원 지역의 양분유출을 확인·예측하고 관리하기 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대하며, 최적관리기법을 활용한 저감 정책을 수립하기 위한 평가도구로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 기존 데스크탑 기반의 모형을 웹 기반으로 이전하였으므로, APEX 모형 혹은 다른 데스크탑 기반 모형들의 웹 이전을 통한 사용자 편의성 증대를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 아울러 본 연구의 결과는 APEX 모형의 작물 매개변수가 국내 환경에 최적화 되어있지 않으므로 정확한 BMP 저감효과 모의에는 한계가 있으므로, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

1970년대 이후 급속한 경제성장과 함께 도시화와 산업구조의 변화로 인간 활동과 밀접한 관계를 맺고 있는 수환경은 크게 훼손되어 왔다. 특히 인간 활동으로 인한 대량 생산과 소비는 하천의 자정작용을 초과하는 오염물질을 배출하고 오염된 하천은 본래 기능을 상실하였으며 각종 생활 오·폐수의 배수구로서의 역할이 부여되어 대부분 복개되기에 이르렀다. 이처럼 현재 우리나라의 하천은 고유의 기능인 용수원으로의 기능과 도시민의 휴식 및 친수공간으로서의 기능을 상실하였으며 중소하천의 건천화에 따른 하천 유지유량의 부족은 하천을 중심으로한 각종 용수의 부족, 수질 오염의 증가, 수변환경 친수기능 상실 등의 문제를 초래하고 있다. 중소하천의 건천화현상은 2000년대 이후 계속 증가, 진행되어 소하천뿐만 아니라 지방하천도 이미 메마르고 있는 상태이며 이로 인한 2차적 비용증가 등 경제적인 측면의 손실도 매년 심해지고 있어 건천화에 대한 원인 규명과 방지책에 대한 연구가 시급한 실정이다. 특히 새만금유역은 농업용수 사용이 많은 유역의 특성상 하천의 건천화 문제가 지적되었으나, 대부분 새만금유역의 용수이용체계 등에 연구가 추진되어 주로 농업용수 이용실태와 수질측정을 위주로 하고 있으며, 건천화의 실태와 원인, 그리고 건천화로 인한 물환경의 영향 등에 대해 조사된 바가 없다. 따라서 본 연구는 만경강유역 하천에 대하여 대조하천, 도시하천, 준도시하천, 농업하천으로 대표지점을 선정하여 현장조사와 유역모델링을 통해 건천화의 원인별 기여율을 파악하였고, 만경강유역의 건천화 규모를 추정하였다. 건천화 원인을 평가하기 위해 유역 내 인위적인 물이용이 없는 상태인 기준유량(자연유량)을 산정하였고, 댐 및 방류량의 영향, 하수처리수 유입에 의한 영향, 수자원이용에 의한 영향, 수리구조물(수자원이용)에 의한 영향의 조건을 고려하였으며 건천화 평가지수를 활용하여 대상하천 소유역의 건천화 현황을 파악하였다. 또한 분석된 결과를 토대로 만경강유역의 토지이용도를 고려하여 만경강유역의 건천화 규모를 추정하였다. 분석결과, 수리구조물(수자원이용)에 의한 영향이 25.5%, 수자원이용에 의한 영향이 13.9%, 방류량에 의한 영향이 12.3%, 하수처리수 유입에 의한 영향이 6.54%로 나타났으며, 수리구조물(수자원 이용)에 의한 영향이 가장 크게 평가되었고, 하수처리수 유입에 의한 영향이 가장 작은 것으로 평가되었다. 이러한 연구결과는 향후 하천의 건천화현상에 대한 원인을 규명하고 방지하기 위한 대책 수립에 필요한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

수재해는 수자원 인프라의 부족 및 관리 미흡 등 많은 요인들이 있지만 강우의 유무와 크기가 가장 원초적인 요인들 중 하나이다. 정확한 강우량 추정 및 강우발생시간 예측은 수재해로 인한 피해를 예방하고 빠르게 대처할 수 있다. 그러나 강우예측에는 많은 불확실성을 내포하고 있기 때문에 이러한 불확실성을 이해하고 줄여 나가는 것이 필요하다. 최근 컴퓨터의 성능의 발전에 비례해 강우 예측 자료들도 점진적으로 발전을 거듭하고 있다. 이를 강우-유출 모형에 적용시 유출량 예측의 정확성 또한 비례하여 한층 더 발전할 수 있을 것이다. 하지만 신뢰성이 낮은 입력자료를 대상으로 하는 유출해석 모형은 많은 불확실성을 내포할 것이다. 따라서 본 연구에서는 위천 유역에 대해 LENS(Limited area ENsemble prediction System) 강우앙상블 예측자료의 적용성을 검토하고 그리드 기반 강우 유출 모델 GRM(Grid based Rainfall-runoff Model) 에 적용하여 유출예측의 불확실성을 평가하고자 하였다. 또한 강우예측 및 유출예측은 수 많은 매개변수를 포함하며 최종적인 예측은 더 큰 불확실한 범위로 산출될 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Python3 기반 코딩으로 LENS 자료 구축 및 GRM 모형의 매개변수 보정을 각 2000회 씩에 걸쳐 총 2회 실시하여 수문학적, 지형학적 인자에 따른 불확실성 범위를 보정하고자 하였다. 매개변수의 보정은 비정형우도(Informal likelihood) NSE, 정형우도(Formal likelihood) Lognormal(Log-likelihood function)의 우도에 따른 행위모델을 산정하여 보정하였다. 따라서 본 연구에서는 선행연구들을 참고한 정형, 비정형 우도의 임계치를 이용한 불확실성해석에 적용하였으며 이는 사용자의 행위모델선정 임계치 범위 선정으로 인한 불확실성을 줄여나감에 기여할 수 있을것으로 사료된다.

한국건설기술연구원에서는 기상청과 한강홍수통제소에서 생산중인 강수예측자료의 정확도 향상과 홍수예보에 활용하기 위해 예측강수 병합 기법을 개발하였다. 본 연구에서는 기 평가된 강수량 예측 정확도 외에 홍수예보의 적용성을 살펴보기 위해 각 예측 강수량 자료의 유출량 정확도 평가를 하고자 하였다. 한강홍수통제소의 비상용 홍수예보모형을 이용하여 +6시간까지 병합 예측 자료의 유출분석을 실시하였다. 임의의 강우분포를 이용하여 예측하는 기존 홍수예보에 비해 개선된 결과를 확인할 수 있었다.

최근 데이터 과학의 획기적인 발전 덕분에 딥러닝 (Deep Learning) 알고리즘이 개발되어 다양한 분야에 널리 적용되고 있다. 본 연구에서는 인공신경망 중 하나인 LSTM(Long-Short Term Memory) 네트워크를 사용하여 댐 유입량을 예측하였다. 구체적인 내용으로, (1) LSTM에 필요한 입력 데이터를 효율적으로 사전 처리하는 방법, (2) LSTM의 하이퍼 매개변수를 결정하는 방법 및 (3) 다양한 손실 함수(Loss function)를 선택하고 그 영향을 평가하는 방법 등을 다루었다. 제안된 LSTM 모델은 강우량(R), 댐유입량(Q) 기온(T), 기저유량(BF) 등을 포함한 다양한 입력 변수들의 함수로 가정하였으며, CCF(Cross Correlations), ACF(Autocorrelations) 및 PACF(Partial Autocorrelations) 등의 기법을 사용하여 입력 변수를 결정하였다. 다양한 sequence length를 갖는 (즉 t, t-1, … t-n의 시간 지연을 갖는) 입력 변수를 적용하여 데이터 학습에 최적의 시퀀스 길이를 결정하였다. LSTM 네트워크 모델을 적용하여 2014년부터 2020년까지 한강 유역 9개의 댐 유입량을 추정하였다. 본 연구로부터 댐 유입량을 예측하는 것은 홍수 및 가뭄 통제를 위한 필수 요건들 중 하나이며 수자원 계획 및 관리에 도움이 될 것이다.

하천이용을 위한 다양한 개발사업이 이루어지고 있고 대규모 보가 설치되면서 과거와는 다른 변화된 수리조건에서 기존의 방법으로는 유량자료 생산이 더욱 어려워졌기 때문에 자동유량측정시설의 필요성이 증대되어 조위나 배수 영향을 받는 지점에서 기존 방식을 대체하거나 보완할 수 있는 새로운 유량측정방법으로 자리매김하게 되었다. 자동유량측정시설은 2020년 4월 현재 기준으로 한강 19개소, 낙동강 23개소, 금강 10개소, 영산간 10개소 총 62개소가 운영 중이다. 하지만 4대강 사업 이후, 수질 문제 등의 이유로 2017년 6월부터 순차적으로 4대강 보를 개방하여 보 운영수위에 따라 유속측정이 곤란한 관측소가 증가하고 있으며 이로 인해 환경부 수자원정보센터에서는 보 운영 별 최저수위에서도 자동유량측정시설 운영이 가능하도록 시설물을 개선하는 사업을 실시하고 있다. 개선사업 기간 동안 자료생산의 공백이 발생하지 않도록 인력에 의한 유량측정성과를 확보하여 관측소별 대안유량 산정방법을 개발하였다. 개발된 대안유량은 관측소 개선공사 기간뿐만 아니라 보 운영에 따른 수위저하로 인한 미계측 기간에도 적용하여 유량자료의 손실을 최소화 하도록 하였다. 2019년 운영현황을 범위로 전체 관측소 62개 중 4대강 보 구간에서 관측소 개선공사 8개소와 수위 저하로 유속측정이 불가능한 12개소 중 수위-유량관계곡선식 적용이 가능한 2개소를 제외한 10개소를 대상으로 평균 76일 결측이 발생한 것에 대해 대안유량 산정방법을 적용하여 전 기간 유량자료를 보완하였다. 그 결과 전체 2019년 자동유량측정시설 유량산정률은 99.8%로 자료생산의 공백을 최소화 할 수 있었으며 향후, 보 구간 자동유량측정시설 개선이 완료된 후에도 장비 이상 또는 이상치 발생 시에도 대안유량 산정방법을 활용하여 자료생산의 공백을 최소화 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

도시화로 인해 유역의 불투수면적이 증가함에 따라 수문학적 요소와 수질에 큰 변화를 가져왔다. 불투수면적의 증가는 강우시 지표유출의 증가, 토양층 침투 차단으로 인한 지하수 재충전 감소 및 지하수위 감소를 초래하여 결과적으로 기저유출을 감소시킨다. 이러한 증가된 불투수면적이 강우유출수의 수문 및 수질에 미치는 영향을 완화하기 위해 최근 저영향개발 (Low Impact Development; LID) 기법이 개발되어 적용되고 있다. LID 기법은 개발 이전의 수문순환 상태에 최대한 근사하도록 개발하는 기법으로 우수 유출 속도 감소, 유역에서의 저류, 침투 및 증발산 과정 촉진, 하류로의 오염물질을 저감시킨다. 효과적인 저영향개발 기법 적용을 위해서는 시설 설치 전 모형을 이용한 저영향개발 기법의 적용 효과를 파악해야 한다. 이에 따라 많은 저영향개발 기법 모형들이 개발되었으며, 그 중 SWMM (Storm Water Management Model) 모형이 LID 효과분석을 위해 많이 이용되고 있다. 그러나 SWMM 모형의 경우, 저영향개발 기법으로 모의되는 침투 후 토양 물 흐름이 토양의 수분 조건을 고려하지 않고 모의가 되고 있다. 본 연구에서는 HSPF(Hydrological Simulation Program: FORTRAN) 모형을 이용하여 LID 시설 내에서의 저류현상을 구현하고 수문요소에 대한 영향을 분석하고자 한다. HSPF 모형의 입력자료를 구축하여 모형을 구축하고 LID 모형 적용 전에 모형의 보정 및 검정을 수행하였으며, LID 시설을 적용하여 유역내 수문요소들의 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 LID 효과 분석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

토양수분량과 증발산량은 물의 순환과정에서 중요한 비중을 차지하고 있지만, 현재 우리나라에서는 토양수분량과 증발산량 관측소가 많이 설치되어 있지 않아 자료를 활용하는데 있어 어려움이 있으며, 유출특성 분석시에도 토양수분량과 증발산량 자료를 분석에 활용하지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 청미천 유역에 위치한 여주시(원부교) 수위관측소와 청미천 토양수분-증발산 관측소 자료를 활용하여 최근 3개년 유출특성에 대하여 분석하였다. 여주시(원부교) 수위관측소는 청미천 유역의 대표 지점으로 2010년 이후 매년 수위-유량관계곡선식이 개발 되었고 청미천에 위치한 토양수분-증발산 관측소는 2007년 관측이 개시되어 현재까지 자료가 확보되어 있다. 유출특성 분석시에는 상류에 위치한 장호원환경사업소의 방류량 자료를 확보하여 유출률을 산정하였다. 또한, 강수량 자료는 자료의 정확성을 높이기 위해 면적평균강수량 자료를 산정하여 분석 활용하였다. 2017년은 강수량 1,183.3mm에 유출고는 495.4mm이며 손실고는 692.9mm로 산정되었고, 2018년은 강수량 1,433.8mm에 유출고는 647.5mm이며 손실고는 786.3mm로 산정되었다. 2019년은 강수량 962.3mm에 유출고는 265.2mm에 손실고는 697.1mm로 산정되었고 토양수분량과 증발산량에서 연평균 관측값으로는 토양수분량 2017년 23.0%, 2018년 24.5%, 2019년 23.8%이며 증발산량은 2017년 591.5mm, 2018년 415.8mm, 2019년 500.6mm로 관측되었다. 결과적으로 본 연구에서는 해당지점에 대한 장기간 모니터링과 흐름 특성의 변화를 분석하고 토양수분량 및 증발산량을 활용하여 수위-유량관계곡선의 적절성 검토를 하였으며, 이에 따른 유출특성을 검토하여 수위-유량관계곡선식과 유출특성 자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.

그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit: GPU)는 그래픽 처리 작업에 특화된 다수의 산술논리 장치(Arithmetic Logic Unit: ALU)로 구성되어 있어서 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU)보다 한 번에 더 많은 연산 수행이 가능하다. 본 연구는 GPU 가속 운동파모형을 실제 유역에 적용하여, GPU 가속 운동파 강우유출모형 결과에 대한 정확성과 연산 소요 시간에 대한 효율성을 확인하였다. GPU 가속 운동파모형은 분포형 강우유출모형의 수치모의 연산시간을 단축시키기 위해 CUDA 포트란을 이용하여 개발되었다. 분포형모형의 지배방정식은 운동파모형과 Green-Ampt모형으로 구성되었고, 운동파모형은 유한체적법을 이용하여 이산화 하였다. GPU 가속 운동파모형을 이용하여 금강의 미호천 유역에서 발생하는 강우유출현상을 모의 하였고, 동일한 유한체적법을 이용한 CPU(Central Processing Unit) 기반의 강우유출모형과 비교하였다. 그 결과 GPU 가속모형의 결과는 미호천 유역 하류단에서 관측한 결과와 유사한 결과를 나타냈다. 또한, 연산소요시간은 CPU 기반의 강우유출모형의 연산소요시간보다 단축되었으며, 본 연구에 사용된 장비를 기준으로 최대 100배 정도 단축되었다.

기후변화에 따른 기상 요소별 추세 변화는 유역유출량의 변동성을 증가시켜 안정적인 수자원 확보 및 홍수 대비에 어려움을 줄 수 있다. 따라서 기후변화에 따른 유역 유출량 변화를 평가하기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 기존에는 기후변화 자료의 공간적 해상도의 한계로 인해 중대유역을 중심으로 연구가 다수 이루어져 왔으나, 최근 들어, 기후변화 자료의 공간적 상세화 기법이 발달함에 따라 소유역별 유역 유출량 평가에 관한 연구가 증가하고 있다. 특히, 소유역의 경우 유역 특성에 따라 기후변화에 따른 유출량 변화 민감도가 높을 수 있으며, 유출 성분별 변화가 상이할 수 있다. 하지만 기존의 연구에서는 소유역을 대상으로 기후변화에 따른 유출 성분별, 예를 들어 직접유출량과 기저유출량을 구분하여 변화를 평가하는 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기후변화에 따른 소유역의 유출 성분별 특성을 분석하기 위하여, RCP 4.5, 8.5 시나리오별 기후모델 10개에 대하여 모의한 유출량을 직접유출량과 기저유출량으로 구분하고 결과를 비교 분석하였다. 본 연구의 대상지역은 유역면적이 112.9 ㎢이며, 토지이용이 단순하고, 농경지의 비율(약 50%)이 높은 농업 소유역을 대상으로 하였다. 유출량을 모의하기 위한 모형으로는 농업 소유역 유출량 모의 연구에 다수 사용된 바 있는 SWAT 모형을 이용하였으며, 직접유출량과 기저유출량의 분리는 Recursive Digital Filter 방법을 이용하였다. 기후변화 자료는 기후모델의 연산능력의 한계나 복잡한 자연조건의 불완전한 반영 등의 이유로 지역 기후변화 예측 과정에서 발생하는 불확실성을 지니고 있으므로 RCP 4.5, 8.5 시나리오별 각각 10개 기후모델의 결과를 이용하여 유출 특성 분석에 활용하였다. 본 연구의 결과는 향후 소유역의 미래 유량특성을 파악하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Low impact development (LID) is a widely used technology that aims to reduce the peak flow volume and amount of pollutants in stormwater runoff while introducing physicochemical, biological or a combination of both mechanisms in order to improve water quality. This research aimed to determine the effect of hydrologic factors in removing the pollutants on stormwater runoff by an LID facility. Monitored storm events from 2010-2018 were analysed to evaluate the hydraulic and hydrological performance of a small constructed wetland (SCW). Standard methods for the examination water and wastewater were employed to assess the water quality of the collected samples (APHA et al, 1992). Primary hydrologic data were obtained from the Korea Meteorological Administration. The recorded average rainfall intensity and antecedent dry days (ADD) of SCW were 5.26 mm/hr and 7 days respectively. During the highest rainfall event (27 mm/hr), the removal efficiency of SCW for all the pollutants was ranging from 67% to 91%. While on the lowest rainfall event (0.7 mm/hr), the removal efficiency was ranging from -36% to 62%. Rainfall intensity has a significant effect to the removal efficiencies of each facility due to its dilution factor. In addition to that, there was no significant correlation of ADD to the mean concentrations of pollutants. Generally, stormwater runoff contains significant amount of pollutants that can cause harmful effects to the environment if not treated. Also, the component of this LID facility such as pre-treatment zone, media filters and vegetation contributed to the effectivity of the LID facilities in reducing the amounts of pollutants present in stormwater runof.

하천의 본류와 지류가 만나는 합류부 흐름특성은 단일 하천에 비하여 수위, 유속, 경사, 유량 등 복잡한 수리학적 특성이 나타나게 된다. 특히, 홍수기 큰 호우사상이 발생하는 경우 본류와 지류에서 유입되는 각 유량의 크기에 따라 수위에 영향을 미치고 지류와 본류에 배수(back water)가 발생한다. 이러한 배수영향은 합류부 유량 산정에 있어서 매우 복잡한 요소로 작용한다. 일반적인 단일 하천에서는 수위가 증가하면 유량이 증가하여 수위관측소 수위 자료를 기반한 수위-유량관계곡선식을 이용하여 유량을 산정한다. 그러나 합류부에서는 배수영향으로 인하여 수위가 증가하더라도 수면경사가 완만해져 수위-유량관계곡선식 변수인 수위를 이용한 방법으로는 유량산정에 어려움이 있다. 따라서 조석 및 배수 영향 등 고리형 수위-유량관계가 발생하는 하천에서는 ADCP를 이용한 자동유량계측 방법을 채택하고 있다. 그러나 자동유량계측 시설을 설치하기 위해서는 고가의 비용이 발생하기 때문에 경제적 측면만 본다면 주요 지점이 아닌 모든 합류부에 설치하는 것은 어려움이 많다. 금강에 위치한 영동군(양강교) 관측소의 경우 하류 약 400m 우안측에서 유입되는 영동천의 영향으로 호우사상이 발생 할 경우 배수영향으로 고수위에서 상류 금산군(제원대교) 관측소와 첨두유량의 도달시간 및 유량 크기에서 역전이 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 초기 단계로서 영동군(양강교) 관측소가 위치한 금강과 영동군(초강교) 관측소가 위치한 영동천이 만나는 합류부에 수위계를 설치하였다. 호우사상별 유출에 따른 본류와 지류의 수면경사를 분석하여 배수영향이 시작되는 수위와 수위 상승으로 배수영향이 미미해지는 수위를 분석하여 배수영향 특성을 검토하였다. 이러한 분석은 기존 배수조건에서 왜곡된 유량 자료를 생산하는 수위-유량관계곡선식의 문제점을 개선하여 앞으로 정확한 유량산정 방법을 제시할 것으로 판단된다. 이러한 분석을 통하여 추후 합류부에서 배수영향 조건의 고리형 수위-유량관계곡선식 매개변수로 수위 외에도 수면경사를 고려한 수위-유량관계곡선식을 개발하는데 목적이 있다.

Increase in Earth's surface temperature, higher rainfall intensity rate, and rapid changes in land cover are just some of the most evident effects of climate change. Flooding, and river sedimentation are two inevitable natural processes in our environment, and both issues poses great risks in the dam industry when not addressed properly. River sedimentation is a significant issue that causes reservoir deposition, and thus causes the dam to gradually lose its ability to store water. In this study, the long-term effects of climate change on the sediment discharge in Yongdam Dam watershed is analyzed through the utilization of SWAT, a semi-distributed watershed model. Based from the results of this study, an abrupt increase on the annual sediment inflow trend in Yongdam Dam watershed was observed; which may suggests that due to the effects of climate change, higher rainfall intensity, land use and land cover changes, the sedimentation rate also increased. An efficient sedimentation management should consider the increasing trend in sedimentation rate due to the effects of climate change.

본 연구에서는 강우앙상블 멤버를 입력자료로 한 강우기반 유출앙상블 멤버와 관측 강우자료를 입력자료로 한 모형기반 유출앙상블 멤버를 생성하고 각 유출앙상블 멤버의 정확도를 비교·평가하였다. 본 연구에서는 강우앙상블 멤버 생성을 위해 서울 지역을 대상으로 강우장 이동 모의에 필요한 모의 격자망을 구축하였다. 다음으로 최근 10년 동안 발생한 37개 호우사상의 관측자료를 토대로 격자별 특성방향을 결정하고 특성방향의 통계치로부터 유도된 베타분포를 기반으로 강우앙상블 멤버를 생성하였다. 유출앙상블 멤버는 대한민국 서울에 위치한 구로1 빗물펌프장 배수유역을 대상으로 shot noise process 기반 강우-유출모형을 이용하여 생성하였다. 강우-유출모형 매개변수의 난수 생성을 위해서 감마분포를 이용하였다. 2017년과 2018년 발생한 호우사상을 대상으로 강우기반 및 모형기반 유출앙상블을 생성한 결과, 강우의 방향성을 조정하여 생성한 강우기반 유출앙상블의 정확도가 더 높은 것으로 나타났다.

일정규모 이상의 공공건축물에 대하여 빗물이용시설의 설치는 의무화 되어있으나, 빗물이용시설의 용량결정의 관한 기준은 부처별, 기관별로 상이하고, 동일한 기관의 기준내에서도 적용방법에 따라 용량 결정의 기준 범위는 광범위 하다. 본 연구에서는 대전광역시에 위치한 토지주택연구원을 대상으로 빗물이용시설의 물수지 분석을 수행하고, 그에 따른 편익을 용량 및 집수면적별로 산정하여 최적용량 결정을 위한 가이드를 제시하였다. 빗물이용시설의 편익은 우수유출 저감, 폭염 저감, 미세먼지 저감, 조경용수 사용으로 설정하였으며, 대전광역시의 2019년 실제 강우사상을 대상으로 물수지 분석을 수행하였다. 빗물이용시설은 일반적으로 B/C가 낮게 산정되어 경제성 측면에서는 부정적인 평가를 받아왔다. 빗물이용시설의 경제성은 빗물이용시설의 용량에 따른 빗물의 활용정도를 계산하여 산정하였으나, 실제 빗물이용시설의 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 강우패턴과 빗물의 용도에 따른 사용량이다. 강우에 의한 공급량과 빗물의 소비량이 1차적인 요소이고, 2차적으로는 공급량을 수용할 수 있는 정도인 빗물이용시설의 집수면적과 용량, 소비되는 빗물의 용도별 편익에 따라 빗물이용시설의 경제성이 결정된다.빗물이용시설의 설치를 위한 선행단계로 빗물의 사용용도와 그에 따른 사용량을 설정하고, 각 용도에 따라 편익을 설정한 후 용량별 집수면적별 B/C를 산정한다. 이렇게 작성된 B/C 테이블을 현장에 제공하고, 현장여건에 맞추어 공사감독자가 용량을 결정한다면, 기존의 광범위한 용량기준의 문제점을 해결하고, 효율적인 빗물이용시설 용량 결정에 도움이 될 수 있을 것이다.

국지성 호우의 증가로 인해 설계빈도 이상의 강우가 빈번하게 발생함에 따라 도시 지역의 내수침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 국지성 호우의 영향으로 특히 하천변 및 저지대의 유출량이 증가함에 따라 기존 하수관거의 통수능 부족으로 침수피해가 증가하고 있는 실정이다. 따라서 내수침수피해 저감을 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있으나 도시지역의 경우 노후화 된 하수관거 교체를 위한 예산이 부족하며 도시개발이 완료됨에 따라 지하저류조 등의 저류지설을 설치하기 위한 부지 확보가 어려운 실정이다. 도시 지역에서 강우의 유출은 대부분 하수관거 시설에 의해 처리되므로 하수관거 통수능 부족 시 침수피해가 발생하게 된다. 따라서 기존 하수관거와 연계할 수 있으며 설치 부지와 큰 예산이 소요되지 않는 새로운 유형의 유출저감시설을 적용할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 도로 배수시설에서 도로 표면 유출수의 수로역할을 하던 측구부를 도시지역의 상습침수 지역 및 개발지역 등 국지성 호우로 인한 내수침수 저감이 가능하며 기존 홍수방어시설에 비해 대규모의 부지와 예산이 소요되지 않는 새로운 우수저류시설을 개발하여 상습침수 지역에 개발된 저류시스템을 적용하여 측구 저류시스템의 용량에 따른 저류능력 및 내수침수 저감효과를 검토하고자 한다.

급격한 산업화와 도시화로 인한 도시유역의 불투수면의 증가와 이에 따른 배수능력의 저하로 인해 도시 물순환의 왜곡이 발생하였다. 따라서 과거 도시 물관리 기법의 한계가 나타났으며 이를 위해 저영향개발 기법 등과 같은 도시 물관리 기법의 패러다임이 변화하였다. 본 연구에서는 저영향개발 기법에서 도시유역 내 활용이 유용한 침투형 시설 중 투수블럭에 대한 물순환 성능평가를 실외실험을 통해 분석하였다. 성능평가 실험은 부산대학교 양산캠퍼스 한국 GI&LID 센터 내 투수블록 뿐만 아니라 블록 하부 골재층까지 설치가 가능하도록 되어있어 실제 현장과 유사한 환경을 구축이 가능한 2.4×10.9×0.4 (m) 규모의 주차장형 LID 실증시험시설을 활용하였다. 인공강우 분사를 위한 실외 인공강우모사 장치 크기는 2×2(m)으로 본 시험을 위하여 5개의 인공강우모사 장치를 연결하여 활용하였으며, 본 시험장치는 강우를 공급하기 위한 수조와 펌프, 일정한 유량을 유입하기 위한 유량계, 강우를 분사하기 위한 노즐, 인공강우가 실제 강우와 같이 자유낙하 하도록 구현하기 위한 오실레이터 등으로 구성되었다. 시험대상인 틈새투수블록은 석재블록 규격 400×600×100 mm이며 재질은 받침안정층(흙), 투수블록(화강석)으로 구성되어 있다. 실험의 시나리오는 시험체에 강우강도 30mm/hr, 50mm/hr, 100mm/hr에 해당하는 양을 1시간 동안 유입하여 시험 시작 후, 강우지속시간, 표면유출지속시간, 표면유출량을 1분 단위로 측정. 시험체에 유공관이 설치된 경우에는 침투유출지속시간, 침투유출량도 함께 1분 단위로 측정하였으며 각 강우강도별로 측정하고, 1회 측정 후, 각 시험별 시험 대상체의 조건을 같게 하기 위한(하부 지반의 건조) 약 3일 이후(상황에 따라 변동 가능) 시험하였다. 본 실험의 결과, 강우강도가 30 mm/hr와 50 mm/hr인 경우에는 화강석 틈새투수블록포장에서 지표 유출이 발생하지 않았으며, 강우강도 100 mm/hr의 경우 260 L의 지표 유출이 발생하여, 불투수표면 대비 84%의 지표유출 저감률을 보여줌으로서 투수블럭에 물순환 성능에 대한 효과를 분석하였다.

본 연구에서는 유역 출구에서의 첨두유속과 Clark 모형 매개변수 간의 관계를 검토하였다. 첨두유속과 집중시간의 관계가 먼저 검토되었으며, 이후 집중시간과 저류상수의 관계가 검토되었다. 이를 위해, 다년간의 수위 관측 및 유속 및 유량 측정 성과가 있는 지점들이 선정되었다. 분석을 위해 관측 수위 및 수위-유량 곡선이 존재하는 호우사상들이 고려되었으며, 이 중 첨두유속 자료가 존재하는 사상들이 첨두유속과 집중시간 관계 검토를 위해 고려되었다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 호우사상 규모가 커짐에 따라 첨두유속은 크게, 집중시간은 작게 나타나며, 이 둘은 선형적인 관계를 가진다. (2) 집중시간과 저류상수는 호우사상 규모에 관계없이 유역별로 어느 정도 일정하게 나타나며, 이는 유역의 상사성과 높은 상관을 가진다.

미계측 유역의 수문순환이나 수질을 모의하는 것은 매우 어려운 것이 현실이며 특히 장기간에 걸쳐 모의를 해야 하는 경우에는 더욱 그러하다. 본 연구에서는 미계측 유역인 평화의댐 유역을 대상으로 물리적인 과정 기반의 분포형 수문 모형 GSSHA의 장기 유출과 수질 모의에 대한 적용성을 검토하였다. 분포형 유역 모형 GSSHA를 평화의댐 유역에 적용하여 유량과 수질 모의치를 실측치와 비교한 결과 소규모 호우로부터의 첨두유량을 과대하게 모의하거나 실측된 수질 자료와 일부 구간에서 다른 경향성을 보이는 등 일부 불일치하는 사항들이 나타났으나 모의된 주요 호우의 첨두유량과 기저유출의 전반적인 수문곡선 형태는 비교적 양호한 것으로 나타나 실무에서의 적용 가능성이 있는 것으로 판단하였다.

우리나라는 서울지역과 수도권 위성도시의 인구분포가 집중되어있으며, 도시지역에 대한 관거 우선 확충에 따라 하수처리구역의 비율이 점차 늘어나고 있다. 초기우수월류에 의한 오염은 비점오염원의 경우로, 발생 및 배출경로가 다양하고 불특정하게 발생한다. 비점 오염원의 유출 농도는 강우 초기에 높게 나타나고, 점차 농도가 낮아지는데, 이러한 강우 특성을 고려하여 오염발생량을 규명하는 것이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 중랑천 의정부 지역을 대상지역으로 선정하여, 합류식 하수관거 월류부하를 하수도법 관리수준으로 제어하기 위한 초기우수 처리대상 강우량을 산정하고 강우분포형 및 토지이용도 현황별로 초기월류유량 및 부하특성을 검토하였다. 본 연구에서는 SWMM(Strom Water Management Moder)모형을 적용하여, 매년 홍수기에 발생할 수 있는 다양한 강우분포를 고려하여 대상유역의 토지용도별 합류식 처리구역에 대하여 SWMM 모형의 검·보정 절차를 통해 예측값과 측정값 사이의 상관관계를 분석하였고, 의정부 지역의 초기우수월류 오염부하량의 토지용도에 따른 경향성과, 강우량 및 강우분포, 배수면적에 따른 경향성을 비교하였다.

기저유출 분리 기법은 하천에서 관찰되는 총 유출을 직접유출과 기저유출로 분리하는 기술이다. 기저유출 분리 기법은 도식적(graphical) 방법, 디지털 필터(digital filter) 방법, 통계학적 방법, 해석적 방법 등 다양하다(Valent와 Bulík, 2016). 금회 연구에서는 이 가운데 도식적 방법을 이용한 기저유출 분리 방법에 대한 적용성을 평가하였다. 금회 연구에서 수행된 도식적 기저유출 분리 방법은 HYSEP 프로그램에 포함되어 있는 local minimum method(LMM), fixed interval method(FIM), sliding interval method(SIM)이고(Sloto and Crouse, 1996), 각각의 방법은 대리 수위관측소의 관측 일 유량(2013년~2017년)에 적용되었다. 분석에 사용된 세 가지 방법은 동일하게 유역면적의 함수인 기저유출 분리에 사용되는 간격(2N∗)만으로 기저유출을 분리하므로 객관적인 적용이 가능하다. 각각의 분석 방법에 의한 기저유출 분리의 적절성 평가를 위해 2017년의 유황곡선을 이용하여 검토하였다. 구체적으로 유황 곡선의 지표 유량인 풍수량, 평수량, 저수량을 기준으로 각각의 지표 유량 이하에 대한 관측 유량과 추정된 기저유량의 결정계수를 산정하였다(Table 1). 이는 유량의 규모가 작을수록 지표유출 보다는 기저유출의 영향이 커짐을 고려한 것이다. 분석 결과, SIM이 모든 지표 유량 기준에서 가장 좋은 결과를 보였다. 또한, 기저유출 지표(base flow index; BFI)에서도 SIM과 FIM은 약 0.46으로 유사한 반면, LMM은 0.23으로 분석되어 두 방법과 큰 차이를 보였다.

기후변화와 기상이변으로 전 세계적으로 태풍 및 국지성 집중호우가 급증하고 있으며, 그로 인한 홍수피해와 2차 피해 발생이 증가하고 있어 이에 대한 정량적인 분석이 필요하다. 또한 서울 우면산, 춘천 마적산, 삼척 신남마을 등 토석류로 인한 피해가 증가하여 많은 인명피해와 재산피해가 발생하고 있다. 본 연구에서는 특정지역에서 강우량이 유출량에 미치는 영향을 분석하여 강우로 인해 발생하는 2차 피해인 토석류로 인한 피해를 분석하고자 하였다. 2019년 10월 토석류 피해가 있었던 삼척시 신남마을을 분석지역으로 설정하였으며, 분석에 이용된 강우사상은 실제로 피해를 일으켰던 태풍 '미탁' 사상과 기상청이 제공하는 정량적 예측강우(QPF)를 머신러닝의 XGBoost 기법을 적용하여 개발한 정량적 수문 예측 강우(HQPF)를 이용하였다. 강우-유출모형(S-RAT)으로 강우사상에 따른 유출량과 첨두유출량을 산정하였고, 모델 커플링 기법으로 2차원 토석류 수치모형(RAMMS)을 통해 토석류의 피해규모를 비교 분석하였다.

기후, 지형, 토지이용 등 다양한 환경요인들의 조건에 따라 동일한 강수량에도 표토침식량이 다르게 발생한다. 지형과 토지이용은 인위적인 개발에 의해 크게 변화될 수 있지만 인위적인 요소를 제외한다면, 지형변화는 매우 느리게 발생하며 토지이용은 계절적으로 변화하게 된다. 우리나라 대부분의 토양침식은 강우-유출에 의한 침식(water erosion)으로 지표를 흘러가는 유체에 함께 표토를 구성하는 토양 입자들이 이동하면서 발생하게 되는데 지표면을 덮고 있는 피복과 사면경사에 큰 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 강우와 지표흐름을 고려할 수 있는 물리적 기반 토양침식모형을 이용하여 토지이용과 경사에 따라 토양침식량과 공간적 침식분포가 어떻게 변화되는지 분석하고자 하였다.

강우-유출 모형에 의한 유출해석은 하천의 기후변화 및 재난대응, 수자원확보, 유역개발 등의 정책수립을 위한 가장 기본적인 과정이다. 이를 위해 다양한 물리적 강우-유출모형이 개발되었으며 많은 연구들에 의해 유용성이 증명되었다. 그러나 메콩강 유역과 같이 물리적 데이터의 양적, 질적 신뢰도가 부족한 지역을 대상으로 하는 경우 모형의 기본적인 불확실성 외에 다양한 기초자료 및 매개변수의 결정 또는 추정에 의한 추가적인 불확실성이 포함된다. 본 연구에서는 물리적 강우-유출모형에 대한 대안으로 데이터 기반의 black-box 모형인 LSTM 모형을 이용하여 메콩강 본류 Kratie지점을 대상으로 강우-유출해석시스템을 구축하였다. 이후 기후변화시나리오를 적용하여 미래유출변화를 모의를 수행하였다. 도출된 결과는 물리적 강우-유출모형인 SWAT 모형의 유출해석결과의 비교를 수행하고 이를 통해 LSTM 모형의 적용성을 판단하였다. 관측유량 및 기온자료를 제외한 모형에서 요구되는 기초자료는 범용 입력자료를 이용하고 미래기간의 예측을 위해 편의보정 된 RCP 4.5 및 8.5 기후변화시나리오가 적용되었다. 두 모형의 Kratie 지점에 대한 미래 유출예측결과는 경향성 분석결과 두 모형 모두 시나리오 별 통계적으로 유의한 수준의 경향은 도출되지 않았으나 RCP 4.5 시나리오에 대비 RCP 8.5 시나리오에서 연평균 유량의 변동성이 크게 나타나는 것으로 분석되는 등 결과의 유사성을 보이고 있는 것으로 분석되었다. 이를 통해 LSTM 모형에 의한 유출예측결과가 단순 시계열 변화에 따른 유출변화 모의에 있어서 SWAT의 결과에 비해 높은 재현성을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구와 같이 유출량의 시 계열 변화만을 필요로 하는 경우 적은 데이터만으로 비교적 정확한 결과를 도출하는 LSTM 모형은 매우 효과적으로 사용될 수 있다고 판단된다.

도시화로 인한 불투수면적의 증가와 기후 변화로 인한 강우패턴의 변화 자연적 물순환 체계에 악영향을 미치며. 이를 해결하기 위하여 국내에서는 도시 내 빗물관리 및 비점오염원 저감이 가능한 저영향개발(Low Impact Development, LID)를 적용하고 있다. 건기시 도로, 주차장등 차량통행 및 유동인구가 많은 지역에서는 입자상 물질들이 많이 발생되어 노면에 축적되어 있다가 강우시 강우유출수를 통해 시설로 유입된다. 이로 인해 시설 내 오염물질 및 퇴적물이 축적되어 여재 공극막힘현상 및 침투율저하의 문제가 발생되어 시설 내 효율이 감소된다. 따라서, 레인가든의 장기 모니터링을 통해 시설 내 유입되는 오염물질의 성상 분석 및 시설 내부의 퇴적물 분석을 통해 LID시설 운영의 효율성 평가를 수행하였다. 모니터링은 강우시 모니터링과 건기시 집수구역, 침강지, 시설 상부, 중부, 하부 등 총 5곳에서 채취하여 분석을 수행하였다. 모니터링은 평균 선행건기 일수는 5.46±4.7 days, 평균 강우량은 14.31±11.4 mm, 평균 강우강도는 5.33±6.7 mm/hr의 강우사상에서 모니터링을 수행하였다. 시설 내 평균 유입수농도는 TSS 98.0 ± 32.7 mg / L, COD 133.6 ± 6.3 mg / L, TN 5.77 ± 4.05 mg, TP 0.54 ± 0.03 mg / L으로 분석되었다. 유입부 내 퇴적물 종류는 Sandy Clay Loam으로 나타났으며, Cr 0.36mg / kg, Cu 5.17 mg / kg and Pb 6.04 mg / kg으로 중금속의 함유량이 높은것으로 분석되었다. 퇴적물은 침강지 및 시설 유입부에서의 입자크기는 49-113㎛ 약 60%의 퇴적물이 축적되어 제거되는 것으로 나타났다. 시설 내 침강지에서 50㎛ 이상의 입자들이 여과, 흡착 및 침전으로 인하여 40% 이상의 입자들이 제거되는 것으로 분석되었으며, 50㎛ 미만의 입자들은 시설 내 중간부, 유출부에서 제거되는 것으로 분석되었다. 침강지에서 유입수 대부분의 입자상물질들이 흡착 및 여과로 인한 제거가 이루어지기에 침강지 여재부는 넓은 표면적, 우수한 흡착능 및 여과율을 고려하여 선정하영 하며, 잦은 교체를 위하여 중량성이 낮은 우드칩 등이 적당한 것으로 사료된다.

본 연구는 산지-도심-해안으로 연결된 해안도시의 지역적인 특성으로 인해 해일과 같은 조위 상승 원인이 침수 및 홍수 위험을 증가시키는 복합재난에 대응하기 위하여 실시간 침수 위험정보 확인 및 대응, 대시민 상황전파 등이 가능하도록 IoT 융합 침수 대응시스템을 개발하는 것이다. 또한, 침수 및 홍수방어벽 등의 구조적대책을 검토하여 실시간 IoT 융합 침수 대응시스템과 연계운영함으로써 해안도시의 시설 및 재산을 보호하고 시민의 안전을 확보하는데 기여할 수 있는 실증연구를 수행하는 것을 목표로 한다. 침수 대응을 위한 구조적 대책은 양산형 IoT 침수 및 하천수위 감지 장비, 센서 연동 침수 및 홍수방어벽, 복합재난알림 디스플레이 등의 개발이며, 비구조적 대책은 강우-하천수위-조위 실측자료기반의 머신러닝 침수위험 분석 모듈 개발, 수치모의에 의한 예상 침수심 및 침수위험지도 작성, 재난상황 전파 알림서비스 등이 있으며 개발된 시제품과 기술을 테스트베드에 적용하고 부산광역시에서 운영하는 재난상황관리시스템인 스마트빅보드(SBB, Smart Big Board)에 연계 및 탑재함으로써 향상된 침수대응 및 대시민 서비스가 가능한 시스템을 구축 및 실증하고자 한다. 센서, 통신, 자료연계 및 분석에 대한 IoT 융합 기술을 침수 대응 기술개발에 적극 활용하여 실측자료와 수치모의 분석 결과가 연계된 침수위험정보를 생산하고 실시간 대응이 가능한 효율적이고 실질적으로 피해를 저감 할 수 있는 기술을 개발하고 적용성을 입증한다면 국내외 해안도시에 확대 보급이 가능해져 침수 피해로부터 효과적으로 국민의 재산과 생명 보호할 수 있다. 또한, IoT 기술을 연계한 재난 모니터링 시스템의 확산으로 복합재난 대응 연구에 기여할 수 있고 상대적으로 실측자료 수집, 연구에 소외되어 온 소하천 등에도 적용이 가능하여 재난으로 인한 사회적 비용을 경감시킬 수 있을 것으로 기대된다.

서울시는 '10년, '11년, '18년의 기록적인 호우로 인해 막대한 재산피해를 기록하였다. 이로 인해 서울시는 수재해 최소화 대책의 필요성을 인지하여 방재시설물 확충 등의 구조적 대책과 함께 침수지역 예측, 호우 영향 예보와 관련된 비구조적 대책 수립을 위해 노력하고 있다. 그 일환으로 '18년에 『서울시 강한 비구름 유입경로 및 침수위험도 예측 용역』을 수행하였으며 이를 통해 레이더 기반의 비구름 이동경로 추정 기술, 침수시나리오 기반의 침수위험지역 추정기술 등을 적용한 서울시 도시침수 예측시스템을 개발하였다. 그러나 침수피해에 선제적으로 대응하기 위해서는 실시간으로 예측강우정보를 생산하고 이를 통해 침수위험지역을 추정하는 기술이 필요하다. 이에 본 연구를 통해 예측강우정보 생산 기술 적용, 예측강우정보를 이용한 실시간 침수위험지역 추정 기술 개발을 수행하여 서울시 도시침수 예측시스템을 고도화하였다. 예측강우정보의 경우 현재 기상청에서 광역 단위 호우특보 및 읍면동 단위 동네예보를 통해 제공되고 있지만, 풍수해 업무에 적용하기에는 제한적이며, 실시간 침수위험지역 추정의 경우 침수해석모델의 모의시간, 라이센스 등의 문제로 인해 한계를 보이고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 레이더 실황강우정보를 활용한 이류모델 기반의 예측강우정보 생산 기술을 적용하여 풍수해 업무 적용이 용이하도록 하였으며, 예측강우정보를 이용한 최적 침수시나리오 추정 기술 개발을 통해 실시간 침수위험지역 추정이 가능하도록 하였다. 서울시 도시침수 예측시스템은 25개 자치구를 대상으로 강우량, 호우이동경로, 침수 정보를 제공하고 있다. 강우정보는 기상청 및 SK-TechX 기반의 10분 및 1시간 단위 AWS 관측정보, 이류모델 기반 10분 단위 레이더 예측정보, 국지예보모델 기반 1시간 단위 LDAPS 예측정보를 제공하며. 호우이동경로는 레이더 실황강우정보와 LDAPS 바람장을 이용하여 서울시 및 수도권 지역의 10분 단위 1시간 예측경로를 제공한다. 침수정보는 실시간으로 레이더 예측강우정보를 이용하여 최적의 침수시나리오를 추정하여 격자 단위 상세 침수정보와 시군구 단위 침수위험지도를 제공한다. 본 시스템을 통해 실시간 침수위험지역 확인이 가능해짐에 따라 서울시의 효율적인 풍수해 업무 지원이 가능할 것으로 판단된다.

최근 소형 무인비행장치(UAV; unmaned aerial vehicle)인 드론을 이용한 신산업 육성 및 지원에 관한 관심도가 높아지고 있다. 국외에서는 이미 드론을 이용한 농업관리와 물류배송, 공공부문 모니터링 등 다양한 산업 분야의 드론 이용을 적극 장려하고 있다. 드론 이용에 관한 관심도가 높아짐에 따라 국내외적으로 드론 응용 관련 기술 개발과 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 국내에서는 환경모니터링과 시설물 점검 등 일부 제한적으로 활용되고 있다. 국내에서는 2024년까지 드론 응용서비스로 확장되는 산업 변화에 대응, DNA(Data, Network, AI) 기술을 접목한 새로운 개방형 플랫폼 구축을 목표로 기술개발 및 산업 육성을 촉진하고 있다. 이러한 국내 기술 개발 방향에 맞추어 드론과 첨단기술을 이용한 하천조사와 관련해 드론을 연계한 하천관리 플랫폼 개발의 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 드론 기반 하천조사 및 모니터링 수행을 위한 하천관리 운영플랫폼 개발을 목표로 국내외 요소기술을 분석하고 기술수준을 조사했다. 특히, 드론 기반 하천관리에 필요한 임무를 영역별로 분리해 요소기술 기반의 플랫폼 서비스를 정의하고 하천관리 부문 개방형 플랫폼 구축을 위한 시스템 구성 및 운영에 필요한 요소기술을 선정했다. 최종적으로 선정된 플랫폼 서비스와 요소기술을 기초로 시스템 적용방안을 검토하고 하천관리 운영플랫폼 구축을 위한 시스템 아키텍처를 정의 및 설계했다.

본 연구는 해안 및 도서지역에서 기후변화에 따라 재해위험이 증가되고 있으므로 '해일대비 신개념 침수방어벽 기술 개발'을 통해, 침수방어벽을 ICT와 연계하여 국민의 재산과 생명을 보호할 수 있도록 하는 연구이다. 이를 위해 국내·외 침수방어벽 자료를 조사하여 연구방향을 설정한 후, 국내·외 침수방어장치에 대한 개선방안을 제시하고자 한다. 기존 침수방어벽의 경우 ICT와 연계되어 있지 않아서 침수 예보나 경보 상황에 대응할 수 없는 실정이었다. 본 연구에서는 ICT 연계 방안을 제시하여 침수에 즉각적으로 대응할 수 있도록 함으로써 국민의 재산과 생명을 보호할 수 있도록 하고자 한다. 본 연구에서는 제시된 ICT 연계 침수방어벽에 대한 설치 대상지 검토 및 사업 대상 후보지를 선정하고, 조건별 수치모의(SWMM, 3D flow, FEM 등)를 통해 능력 검토를 수행하고자 한다. 향후 침수방어벽 시제품을 제작하면서 구조적인 안정성을 확보하도록 하였다. 침수센서의 경우 지주식으로 침수방어벽과 일체형으로 하고, 투명 침수방어벽의 경우 유리에 직접 디스플레이가 가능하도록 하였다. 본 연구에서는 기존에 보유하고 있는 직립형 고무보와 투명 홍수방어벽 기술에 대하여 재질과 구동방식, 시공성, 경제성, 유지관리 용이성 등을 재검토하여 해안 및 도서지역에 적합한 침수방어벽 기술에 대한 시제품과 운영시스템을 개발하고자 하며, 이를 통해 국민의 재산과 생명을 보호하고, 국내 물 시장에서 침수를 방지하여 국민경제에 기여할 수 있으며, 향후 ODA 사업에서 홍수예·경보 및 구조적 대책 분야에 진출하여 수출증대 효과를 얻을 수 있을 것이다.

기후변화 가속화와 국민의 높아진 서비스 요구 수준에 따라 농업용수의 관리방식을 현장인력의 경험적 물관리 방식에서 계측정보 기반의 과락적 물관리 방식으로 전환의 필요성이 대두되어, 2001년부터 농업기반시설 내 무인계측, 원격제어 기능이 탑재된 물관리자동화 시스템을 보급하는 농업용수관리자동화사업을 시행하였다. 농업용수관리자동화사업은 사업시행 초기 연구 결과, 농업기반시설 무인계측 및 원격제어 시스템 보급으로 인력에 의한 관행적 물관리 대비 수리시설의 관리 효율성이 크게 향상되어 유지관리 인력의 절감 및 용수수급의 적정성이 개선될 것으로 분석되었다. 하지만 영농환경의 변화에 따라, 당초 분석결과와 달리 자동화사업 추진과 한국농어촌공사의 유지관리 인력 규모 간 뚜렷한 상관성이 보이지 않는다는 정책기관의 지적이 발생하고 있다. 현재 4차산업기술이 산업 전 분야에 걸쳐 일어나고 있으며 농업분야에도 ICT, LOT, 빅데이터 기술이 도입되어 새로운 가치를 창출하고 있다. 농업용수관리 분야에 있어서는 데이터를 활요한 수요자 중심의 지능형 물관리 사업이 추진되고 있으며, 일정규모 이상 저수지 및 양수장 농업용수 공급량 측정 계측기의 설치가 추진중에 있다. 그러나 현재까지 이러한 설치된 계측장치들의 활용방안에 대해서는 뚜렷한 결과가 도축된 바 없으며, 현재 많은 예산과 인력이 투입되어 설치·운영되고 있는 계측장치들의 활용 방안에 대해서 연구가 필요한 실정이다. 2018년 2,228개 농업기반시설물에 자동화시스템을 설치 완료 하였으나, 각종 장비의 비표준화, 효과대비 고비용, 잦은 통신두절 등의 기술적 문제로 인해 현업부서의 수자원관리 업무에서 자동화시스템의 활용성이 저조한 것으로 관측됐다. 본연구에서는 국내 수자원 계측제어 기술 동향 및 운영환경 조사 결과를 기초로, 기술적 측면의 농업용수관리자동화사업의 개선사항과 4차 산업기술의 농업용수관리자동화사업의 적용방안을 제시 하여 농업용수관리자동화사업 중장기 계획 개정등 향후 정챡수립시 참고 자료로의 활용과 농업용수 효율적 활용과 관리를 위한 TM/TC 미래추진 방안을 제시로 정확하고 신뢰도 높은 농업용수 관리 체계를 구축 하고자 한다.

우리나라는 물산업 강국 도약을 위한 글로벌 경쟁력을 갖추기 위해 2015년 세계물포럼 이후 복합 수재해 대응과 능동적 하천관리 분야가 중요시되고 있다. 기존의 하천관리는 수위관측소 및 하도계획을 중심으로 이루어져왔으나 최근에는 항공측량, 드론 등 원격관리시스템에 기반을 둔 하천 통로에 대한 입체적인 3차원 관리로의 인식 전환이 고려되는 추세이다. 대부분 수위 및 하도를 중심으로 한 조사방식은 계측장비, 인력, 시간 등 많은 소요비용이 필요하게 되어 급변하는 하천 공간 조사 기술로 제한적 요소가 많아 현재의 하천조사 시스템으로는 하천관리에 필요한 데이터를 환경변화에 맞추어 신속하고 정확하게 취득하기가 어려운 실정으로 하천관리 고도화를 위해 필요한 자료를 적기에 신속하고 효율적으로 구축할 수 있는 기술 개발 필요한 실정이다. 사회 환경의 발달로 급변하는 환경에 맞는 적정한 하천관리를 위해서는 유역 및 하천에 대한 수문정보 생산 및 하상변동조사가 필요하고 첨단기술(ICT)을 활용하여 조사의 효율성, 안전성 및 정확성을 높일 필요성이 있다. 한편, 하천유역조사는 하천유역에 대한 다양한 정보 수집을 목표로 하나 그간 유역조사에 대한 체계적인 연구가 이루어지지 않아 수요자의 요구 자료 제공이 미흡한 실정이다. 최근 수심, 하상, 하천재료 등 하천법에 규정된 측량은 현장 직접계측을 통해 실시되고 있으며 측량의 공간적·시간적 범위의 변동으로 기존 방식의 비용이 급증하게 되어 신기술을 통한 효율화가 필요한 실정이다. 현재 하천조사를 위해 위성 및 유인항공기 등 다양한 방법이 활용되고 있으나 고빙용을 수반하고 위성영상은 공간해상도가 낮아 폭이 좁은 하천에 적용하는데 한계가 있다. 또한, 폭이 좁고 길게 형성된 하천의 특성상 항공측량 보다 드론이 효율적으로 드론에 레이저 광선으로 지형을 측량하는 장비를 탑재해 3차원 지형을 측량하는 방법이 유리하다. 따라서 본 연구에서는 동진강 상류 하천을 대상으로 드론을 활용할 경우 투입인력 및 소요시간 절감, 장비 및 인력 진입 불가지역에 대한 정보획득, 높은 공간해상도, 항공측량 대비 경제성이 높은 것으로 판단되어 드론을 활용하여 하천지형 모니터링을 실시하여 유역관리 및 수질모델링에 필요한 지도 생성 및 유역의 공간 정보를 획득하여 향후 유역관리 모형의 기초자료로 활용하고자 하였다.

홍수기 효과적인 하천관리를 위해서는 광역 모니터링을 위한 기술 확보가 매우 중요하며, 최근 드론을 활용한 하천 모니터링에 관한 관심이 점차 증가되고 있다. 하천관리에 필요한 드론 탑재용 센서는 기본적으로 RGB 광학센서를 비롯하여 근적외선(Nir) 및 열적외선 센서가 함께 운용되는 것이 효과적이다. 그러나 현재 판매되는 드론 카메라를 살펴보면 근적외선과 열적외선 센서가 별도로 분리되어 있고 광학센서에 비해 상대적으로 매우 고가로 판매되고 있는 실정이다. 따라서 하천 모니터링을 위해서는 광학(RGB), 근적외선 그리고 열적외선 센서가 통합된 저가의 탑재체 개발이 시급하고 이를 활용한 하천 모니터링 프로세스를 정립할 필요가 있다. 본 연구에서는 일반 드론에 쉽게 탑재 가능한 하천 모니터링용 탑재체를 개발하였으며, 이를 기반으로 하천 홍수 및 부유사 모니터링에 활용하였다. 광학센서는 하천의 주요 형상을 확인하는데 이용하였으며, 근적외선 센서는 홍수 및 부유사 탐지에 활용하였다. 특히 본 연구에서는 비교적 넓은 하천 구역에 대한 공간정보를 구축하기 위해 75% 이상의 중복도를 가지고 촬영하도록 세팅하였으며 영상접합 SW를 활용하여 정사영상을 생성하였다. 구축한 근적외선 정사영상으로부터 영상분석 프로그램을 활용하여 홍수 및 부유사 영역을 추출하였으며 이를 통해 홍수기 하천 모니터링 및 치수 업무 의사결정을 위한 정보를 제공할 수 있었다. 저가용 드론 센서는 상용 SW와의 연계가 어렵기 때문에 자동비행 프로그램처럼 해당 위치별 영상 촬영이 어려운 한계가 있었으며, 본 연구에서는 센서의 제원특성을 활용하여 자동비행 SW에서도 일정 이상의 중복도를 확보할 수 있는 비행고도별 촬영시간 등을 종합적으로 설계하였다. 이를 통해 해당 지역에 대한 하천 모니터링용 정사영상을 구축할 수 있었으며 기존의 고가용 드론 센서와 유사한 효과를 가져올 수 있었다.

하천수의 통합적인 물관리를 위해서는 농업용수의 목적으로 취수되는 하천수량과 같은 기초자료의 확보가 필수적이다. 취입보를 통해 취수되는 하천수량은 취수문에 근접한 농업용수로에서 유량을 계측할 수 있는데, 계측지점의 특성에 맞는 최적의 계측방법 선정 및 검증이 필요하다. 대부분의 농업용수로는 단면이 일정하여 수위-유량 관계 곡선식, 초음파 측정법, 수면경사법, 구조물법 등 대부분의 계측방법 적용이 가능한데, 본 연구에서는 전자파 표면 유속계를 이용해 산정한 유량자료와 실측 유량자료와의 적합성을 비교하여 전자파로 측정한 유량자료의 정확도를 확인하였다. 전자파 표면 유속계는 도플러 효과를 이용해 표면 유속을 산정하는 방식으로, 주로 홍수기와 같이 고유량 상황에서 사용되고 있고, 저유량이나 바람이 센 상황에서는 표면유속이 단면 전체의 평균유속을 대변하기 어려워 연중 지속적인 활용도가 낮은 상황이다. 농업용수로는 다양한 규모로 설계되어 있어 저유량에서부터 고유량까지 넓은 범위의 계측방안이 필요한데, 전자파 표면 유속계를 이용한 계측으로는 연속적인 자료 확보에 한계가 있다. 본 연구에서는 일정한 단면에서 전자파 표면 유속계와 실측 유속과의 비교를 통해 적정 수준의 정확도를 가질 수 있는 전자파 표면 유속계 측정범위를 특정하고, 저유량 구간에서 취약한 표면 유속 측정 자료를 보정할 수 있는 개선 방법을 적용하여 농업용수를 취수하는 지점에서 전자파 표면 유속계의 연중 상시 계측 가능 방안에 대한 연구를 수행하였다. 전자파 표면 유속계의 측정 범위 특정과 저유량 계측 개선 방안 등을 통해 추후 농업용수로의 하천수 취수량 계측 방법 선정에 도움이 될 것으로 기대한다.

우리나라 하구에 조성된 담수호의 수자원은 다양한 용수 목적에 맞게 활용하고 있으며, 수질 기준에 부합하는 용수를 공급하고 담수호 및 간척지의 친환경적 가치를 높이기 위해서는 담수호의 상류 유역 및 유입 오염물질, 그리고 담수호 수체 특성에 대한 종합적인 이해를 기반으로 수질 오염 관리 대책을 수립하는 것이 중요하다. 일반적으로 담수호 개선을 위한 방안의 선정 방식은 연평균 수질 농도를 기준으로 목표하고자 하는 수질 기준의 만족 여부에 대한 평가와 경제적 평가를 함께 고려하여 최적의사결정 기반으로 주로 이루어져 왔다. 그러나 기존의 평가 방법에서는 목표 수질의 만족 여부가 중요하다는 점에서 담수호 수자원의 시기별 활용성에 대한 고려를 간과하기 쉽다. 또한 담수호 수자원 시스템의 수질 악화에 대한 회복탄력성을 높이는 일은 단순히 유역관리대책의 적용에 따른 수질 개선 문제와는 별도로 담수호 수자원 시스템의 지속 가능성과 연관된다는 점에서 기존의 평가 방식을 보완하기 위한 수단이 필요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 담수호 수자원 관리 방안을 평가하는 데 있어서 회복탄력성의 개념을 활용하였으며, 각 방안에 대한 시간적 변화에 따른 담수호의 회복탄력성 특징을 고려하기 위하여 동적 회복탄력성 개념 및 평가 방법을 도입하였다. 본 연구에서는 우선 기존의 수질 평가 방법에 따라 간월호를 대상으로 수질 개선 방안별 수질 변화를 SWAT-EFDC 연계모형을 통해 모의하고, 연평균 수질 농도와 총인 삭감량에 대해 분석하였다. 분석 결과, 간월호의 지형학적 특성에 따라 간월호 상류 구간의 수질 농도가 다른 구간에 비해 높게 나타났으며, 상류 구역의 경우 준설 시나리오만으로는 목표 수질을 달성하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서, 상류 구역의 수질 목표 달성을 위해서는 준설 시나리오만으로는 한계가 있으므로 상류 유역 출구부에 위치한 하수처리시설의 총인 배출부하량을 삭감과 추가적인 유역 수질 관리 대책이 필요하다.

기후변화로 인한 돌발홍수와 같은 집중적인 강우현상은 노후화된 제방의 안정성 저하 및 붕괴 등을 야기시킨다. 향후 홍수량이 증가함에 따라 하천의 통수면적이 부족하여 침수 및 범람의 위험성이 증가할 것으로 생각된다. 계획규모 이상의 홍수가 발생하여 홍수위가 제방고보다 높을 때 월류에 의한 제방붕괴로 이어지며, 이러한 월류에 의한 제방붕괴는 가장 전형적인 것이다. 지금까지 월류에 의한 제방붕괴에 관한 연구는 연구자의 다양한 관점 및 방법을 통해 진행되고 있다. 실제 제방붕괴를 관측하는 것은 불가능하므로 기존의 소규모 수리실험 및 모델링을 통한 제방붕괴 메커니즘 분석에는 사실상 한계가 있다. 이러한 점에서 실규모 수리실험을 통한 월류에 의한 제방붕괴 메커니즘을 3차원으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 드론 영상을 이용하여 제방붕괴 메커니즘 분석 연구를 수행하였다. 제방은 시간의 흐름에 따라 붕괴양상이 발전한다는 점 등에서 매우 복잡한 물리적 특성이 있다. 드론의 오토촬영 기법을 통한 제방이 붕괴되는 순간을 촬영하기는 쉽지 않기 때문에 셔터스피드촬영 기법을 적용하였다. 특히, 짧은 시간에 변화되는 제방의 붕괴양상을 구체적으로 표현하기 위해 두 대의 드론을 횡·종 방향으로 동시에 비행하여 분석 시 3차원 입체감을 최대화하였다. 이후 횡·종 방향에서 동 시간대 수집된 드론 이미지를 분류하여 PIX4D 매핑 기법을 활용한 최소 정합을 통하여 드론을 활용한 제방붕괴 메커니즘 분석의 활용 가능성을 제시하였다. 향후 스마트 시대의 물산업 경쟁력을 제고함에 있어, 폭이 좁은 하천에 효율적이며 고해상도 시공간 자료를 확보할 수 있는 드론을 활용한 스마트 하천재해 예측 및 관리기술 개발을 통한 하천 원격탐사의 경쟁력을 확보하는 것이 중요하다고 사료된다.

최근 낙동강 유역은 수질개선의 가시적 효과가 미흡하고 취수원 이전 방안에 대한 지역간 갈등으로 먹는 물에 대한 불안감이 지속되고 있다. 또한 맑은 물 공급을 위한 다양한 개선안에도 불구하고 유역 구성원간 이해관계가 복잡하여 실효성 있는 대책추진이 어려운 실정이다. 따라서 낙동강 상하류에 맑은 물을 안정적으로 공급할 수 있는 최적 물 배분 대안을 마련할 필요가 있다. 이 때 유역 내 다양한 수원을 활용하여 맑을 물을 확보해야 하며 특정 지역의 이익만을 고려하는 것이 아닌 모든 지역에 편익을 줄 수 있는 대안을 마련할 필요가 있다. 본 연구에서는 낙동강 유역 중 최근 갈등을 빚고 있는 부산·경남지역의 취수원 이전에 따른 물 공급 안정성을 평가하여 제시하였다. 이를 위해 제안될 수 있는 몇 가지 대안에 대한 장래 물 수급 전망을 수행하여 대안별 용수 공급 가능성을 검토하였으며 대안별 유역의 물 공급 안정성에 미치는 영향을 평가하여 제시하였다. 취수원 이전과 같은 맑은 물을 공급하기 위한 다양한 대안들은 해당 지역뿐만 아니라 다른 지역의 물 공급에도 영향을 줄 수 있기 떄문에 보다 광범위한 분석이 요구된다. 분석 결과는 향후 낙동강 유역의 맑은 물 공급 사업에 대한 물 공급 관련 다양한 정보를 제공함으로써 보다 합리적이고 투명한 대안 선정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

하천은 이수, 치수 및 환경 등의 역할을 수행하며 문화생활의 공간 제공, 재해예방 기능, 생활용수 공급 등 다양한 형태로 국민의 생활과 문화의 발전에 기여한다. 국내에는 총 5,937개의 하천이 존재하며, 정부는 매년 많은 예산을 투자하여 다양한 하천사업을 추진 중에 있다. 하천사업의 경우 국토교통부, 환경부, 행정안전부를 중심으로 하천수변공간의 복원, 홍수예방 등에 관한 사업을 수행해 왔으나 현재 지방의 자율성, 책임성과 권한확대를 위해 지방하천 관련 사업들의 경우 각 지자체로 기능이 이양되고 있으며 국가하천을 대상으로 한 사업만을 중앙정부기관에서 관리하는 중이다. 그러나 중앙정부 기관에서 관리 중인 국가하천 관련 사업들에 대한 관리 또한 수월하지 않아 사업 현황관리, 예산 관리 등에 대한 필요성이 지속적으로 제기되는 실정이다. 한편, 국내에서는 수자원관리를 위한 시스템인 하천관리지리정보시스템(RIMGIS)과 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)을 운영 중에 있으나 하천에 관한 제반사항 및 하천기본계획 등의 관리만을 수행하며 하천공사관리는 포함하고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 하천사업(공사)관리 시스템 개발 방안을 제시하고자 한다. 이는 중앙부처에서 관리 중인 국가하천 관련 사업의 체계적인 관리와 사업수행 중 발생 가능한 문제 상황 대응력을 향상시켜줄 것으로 기대한다.

통합물관리 (IWRM; Integrated Water Resources Management)란 생태계의 지속가능성(sustainability)을 해치지 않으면서, 공평한 방법(equity)으로 경제·사회·복지를 극대화(efficiency) 할 수 있도록 물과 토지 및 관련 기타 자원들을 조화롭게 개발하고 처리하는 과정을 말한다. IWRM 패러다임은 전 세계적 및 국가별 물관리 상황에 따른 시대적 이슈에 따라 변천하고 있고 1992년 리우 정상회담 이후 물위기 극복을 위한 새로운 패러다임으로 정착, 물재해 심화에 따라 2000년대 물안보라는 국가 차원의 과제로 발전하였다. 이에 이미 전세계 국가의 68%이상이 도입중이며 모든 국가로 확산 중에 있다. 그러므로 본 연구에서는 향후 통합수자원관리 측면에서의 우즈베키스탄 내 업무와 환경을 분석하여 표준화된 수자원정보화 방향을 제시하고 통합물관리를 위한 통합물관리시스템을 개발하는 것을 목적으로 한다. 우즈베키스탄은 기본적으로 물관리 여건이 매우 불리한 물스트레스 국가로 분류되고 있다. 국가 내에서 필요로하는 대부분의 수자원이 양적으로 매우 부족하고, 강수량의 지역, 시기별 변동폭 역시 매우 크게 나타나고 있다. 또한 이용가능한 수자원을 작물재배가 가능한 시기에 농업용수로 80%이상을 취수하고 있어 심각한 물부족에 시달리고 있는 실정이다. 지정학적으로는 연강수량이 평균 400mm정도로 나타나고 있어 국내에서 생산되는 물 이외에는 국내를 통과하는 시르다리야, 아무다리야 강의 상류에 위치한 키르기즈스탄, 타지키스탄에서 생성된 물을 하천에서 취수하여 사용하고 있는 실정으로 제한된 수자원을 효율적, 합리적으로 이용하는 데 있어 관리기술의 개선이 필요하다. 수자원의 대부분은 수자원부에서 산하 관리조직을 통해 중앙에서 통제하에 관리하고 있으나 국가간, 지역별 용수배분, 갈등이 심하되고 있는 상태에 있으며 이러한 점을 해결하기 위한 상류-하류간 연계, 수량-수질간 연계, 지표수-지하수 연계 등을 위한 법적, 제도적 기반이 미흡한 상태이다. 이러한 우즈베키스탄 내 IWRM 도입의 필요성을 기반으로 통합물관리를 위한 시스템 구성요소를 도출하고 구축을 위해 고려해야 할 사항 및 발전방향을 본 연구를 통하여 제시하고자 한다.

기후변화에 적응하기 위해 많은 나라들이 수자원 관리 전략을 마련하고 있으며, 대체 수자원 활성화 방안에 관심을 기울이고 있다. 본 연구에서는 대체 수자원 활성화 방안 중 빗물 저류지의 용량 결정 방법을 제시하고자 한다. 빗물 저류지의 용량을 결정하기 위해 메타 휴리스틱 방법 중 하나인 입자 군집 최적화(particle swarm optimization; PSO)를 선정하였다. 이는 기존 실제 설계에 사용되고 있는 시행착오법보다 시간을 단축시킬 수 있다. 최적화 모형은 python의 pyswarm package를 이용해 구성하였다. 모형의 입력자료는 저류지 유입량과 목표 공급량, 목표 보장률이고, 목적함수는 빗물 저류지 용량의 최소화이다. 제약조건은 모의된 보장률이 목표 보장률 이상을 달성하는 것이다. 여기서, 보장률은 전체 모의 기간 중 목표 공급량을 공급한 기간의 비율이다. 제시한 방법론의 적용성을 검토하기 위해 실제 저류지가 설계된 인천의 청라지구 1공구를 선정하여 적용하였다. 최적화 모형의 입력 유입량은 SWMM으로 산정된 1995년부터 2004년까지의 유출량이며, 목표 공급량은 실제 설계에 활용된 용수 목적별 요구 수량이다. 여기서 용수 목적별 요구 수량은 대상지역의 노면 청소수, 화장실 세정수, 호수 유지수 등이다. 산정 결과 계산 시간은 약 30초 소요되며, 목표 보장률을 만족하는 저류지 용량이 결정되었다. 본 연구에 제시한 방법은 제약조건이 추가되어도 기존 시행착오법에 비해 간편함을 확인하였다.

최근 기후변화로 인하여 극한 강우사상이 증가하고 있으며, 이에 대한 재해 위험도도 커지고 있는 추세이다. 서낙동강 지역에서는 부산 에코델타 스마트시티 조성사업이 2023년 완공을 목표로 개발을 진행 중이다. 부산 에코델타 스마트시티는 대저수문과 녹산수문이 각각 상/하류에 위치하고 있으며, 스마트시티가 위치한 좌안에는 평강천이 유입하고 우안에는 대감천, 예안천, 주중천, 신어천, 금천천, 조만강 및 지사천이 유입하고 있다. 스마트시티의 대저수문과 녹산수문 구간은 4월-10월 기간 동안 주변지역 농업용수 공급을 위하여 하계의 일시적인 방류를 제외하면 연중 담수가 이루어지는 전형적인 하천형 저수지의 특성을 가지고 있다. 낙동강의 홍수예보는 낙동강의 본류 구간만을 대상으로 수행하고 있으며, 스마트시티 구간은 주로 수질에 관한 연구가 수행되어 왔다. 그러나 스마트시티의 조성과 함께 서낙동강 구간의 홍수 영향 분석의 필요성이 제기되고 있으나 스마트시티 하천구간을 대상으로 한 홍수분석은 거의 수행된 바가 없다. 본 연구에서는 부산에코델타 스마트시티 구간을 대상으로 시나리오 기반의 홍수분석을 수행할 수 있는 웹기반 통합플랫폼을 개발하였다. 홍수분석에 필요한 자료는 에코델타 스마트시티 개발계획을 기반으로 단기유출모의, 하천흐름모의 및 도시유출모의를 연계하여 분석을 실시할 수 있도록 하였다. 홍수분석을 실시함에 있어 대상 하천구간의 농업용수이용, 수문조작 기준을 고려하였다. 단기유출모의는 홍수통제소의 유출분석을 위하여 사용되는 저류함수법을 적용하였으며, 하천흐름 모의는 미국 공병단에서 개발한 HEC-RAS모형을 적용하였으며, 하천흐름모형의 결과를 미국 환경청(EPA) 도시유출모형인 SWMM과 연계할 수 있도록 하였다. 대상 구간의 하천 취수량을 산정하기 위하여 일별 담수심추적법을 활용한 논 농업용수 수요량을 산정하여 반영하고, 농업용수 수요량에 따른 저수량과 수문운영 룰을 고려하였다. 또한 부산에코델타 스마트시티의 개발에 따른 상태 변화를 반영할 수 있도록 웹기반으로 사용자가 시나리오를 설정하고 각 모형의 입력자료와 매개변수를 조정할 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과는 부산에코델타 스마트시티의 개발에 있어 홍수위험을 분석 및 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 이를 활용하여 홍수에 안전한 부산에코델타 스마트시티를 만들 수 있을 것으로 기대된다.

최근 쓰나미와 해일 등 이상기후에 의한 해수면 상승 등으로 인한 해안지역의 침수가 빈번해지고 있다. 태풍 매미의 경우, 피해규모는 인명피해 130명, 이재민 4089세대 10975명, 재산피해 4조 7810억원이며 침수피해는 규모는 주택 21,015동과 농경지 37,986ha으로 나타났다. 특히 이 태풍은 경남 사천시 부근 해안에 상륙할 때의 중심기압은 950hPa로 중심부근 최대풍속 40m/s 이었으며 풍속 15 m/s 이상으로로, 태풍의 강도는 [강], 크기는 [중형]이었음에도 그 피해는 과거에 비해 크게 나타났다. 내륙과는 달리 해일 등의 피해로 인한 해안지역의 침수피해 저감기법은 월파방지 파라펫 설치 또는 침수예상 지역의 지반고를 높이는 이외에는 확실한 대책이 없는 것이 특징이라 하겠다. 따라서 해안지역 침수예방은 월파방지 파라펫과 함께 인명피해 최소화를 위해서는 충분한 선행시간을 통한 대피안내와 가장 효율적인 대피경로를 제공하는 것이 최선이라 할 수 있다. 본 연구에서는 경남 창원지역의 해수면 상승으로 인한 해안지역 침수를 모의할 수 있는 2차원 부정류 프로그램을 개발하고 매미 당시 창원지역의 침수피해 결과와 비교하여 프로그램 모의 결과를 검증하였다. 해안을 따라 다양한 높이의 월파방지 파라펫을 모의하여 시간대별 대상지역의 침수규모를 시간대별로 예측하였다. 모의결과 월파방지 파라펫 규모 별 침수규모와 이에 따른 경제적 피해규모를 산정하였으며 경제성 원칙에 따른 최적의 파라펫 규모를 제시하였다. 또한 이때 시간대별 침수범위 예측 결과를 바탕으로 시간대별 등침수선을 제시하고 일정 시간대별 등침수선을 모의결과를 이용하여 산정하였다. 도로 경사와 대피자의 연령 등을 고려한 대피소요 시간을 산정하여 침수 소요 시간과 비교하여 대피가 가능한 대피경로를 제시하는 알고리즘을 제안하였다. 본 연구결과는 기존에 알려진 대피경로와는 달리 다양한 침수저감 기법규모에 따라 다양한 대피경로를 제안할 수 있었으며 이는 추후 다양한 대피 시나리오를 제시할 수 있는 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

주거시설 확장 및 도심 내 인프라 구축을 위한 지속적인 산지 개발과 기후변동성 확대로 발생하는 게릴라 국지성 집중호우 등으로 인해 토석류의 발생가능성은 지속적으로 확대되고 있다.(kim et al., 2008) 그러나, 현재 국내의 토석류 방재시설에 대한 설치는 아직 미흡한 실정이며 아직 경사지 재해 발생 위험지역에는 방재시설 설치가 필요하다. 지자체의 제한된 예산으로는 필요한 모든 지역에 설치가 불가하기 때문에 순차적으로 효율적인 설치가 이루어질 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 도심지 내 소규모 산지에 대한 효율적인 설치방안을 모색하기 위해서 방재시설 설치 이후 토석류의 거동을 수치모의를 통해 방재시설 설치의 효율성을 분석하였다. 도심지 내 위치한 토석류 발생이력이 있는 소규모 산지의 토석류의 특성을 조사한 결과, 주요 발생원인은 국지성 집중호우로 인한 지반 약화로 인해 급경사를 이루고 있는 암반층 상단에 분포한 퇴적층의 붕괴가 주요 원인으로 나타났다(Kang et al, 2014) 조사결과에 근거하여 해당 유역에 대한 토석류 발생의 유입조건을 산정하였으며 유입조건에 대해 토석류 거동 예측 2차원 해석 소프트웨어인 FLO-2D를 사용하였다. 수치모의를 수행하여 방재시설이 미설치된 상태에서 발생한 토석류의 거동을 실제 발생한 토석류와 비교하였다. 또한, 수치모의에서 방재시설의 구현이 제한되므로 4가지 방재시설(교란사면용 토석류 방지시설, 울타리형 토석류 방지시설, 토사유출 저감용 지오셀, 토석류 방재장치)에 대해 경계조건의 변경을 통해 간접적으로 구현해 결과를 분석하였다. 방재시설은 종류 및 설치위치에 따라 토석류에 대한 피해저감효과가 상이하게 나타났다. 토석류 방재장치를 토석류 발생위치 전방 50 m 지점에 토석류 방재장치를 설치한 경우, 토석류의 유속이 20% 감소하여 피해범위는 36% 감소하였으며, 전방 200 m 지점에 설치한 경우, 피해범위가 14% 감소하였다. 검토한 4가지의 토석류 방재시설 중 토석류 방재장치가 가장 효율적인 결과를 나타냈다. 향후에는 피해범위에 대한 조건 외에 시공 및 유지관리 등에 대한 경제성검토를 한다면 종합적으로 방재시설 효율성을 검토할 수 있을 것으로 본다.

2016년 경주지진, 2018년 밀양 세종병원 화재사고, 2019년 강원도 동해안 산불, 2020년 코로나바이러스감염증-19 재난까지 매년 다양한 유형의 재난이 발생하면서 재난대응에 대한 관심 역시 커지고 있다. 정부는 물론 각 지자체에서 재난유형별로 재난대응 매뉴얼에 따라 체계적으로 해당 재난에 대한 대응을 실시하고 있으나 중앙 상황실과 현장 간 소통의 어려움, 의사결정의 지연 등으로 인해 신속한 대응방안 수립 및 피해상황 파악에 있어서 미흡한 대처를 보여주어 질타를 받기도 하였다. 본 연구에서는 중앙 상황실과 현장 간의 원활한 소통과 재난으로 발생한 피해현황 및 응급복구 계획 등을 신속하게 수립할 수 있도록 군부대에서 사용하고 있는 공통작전상황도(Common Operating Picture, 이하 COP)의 개념을 재난대응 체계에 도입하여 제시하고자 한다. 공통작전상황도는 미군이 군사적인 대응을 위하여 정보공유 차원에서 처음으로 사용되었으며, 미국연방재난관리청(Federal Emergency Management Agency, 이하 FEMA)이 현재 재난상활 발생 시 의사결정을 지원하기 위한 시스템으로 개발하여 활용하고 있다. 이를 구성하는 요소들은 재난발생시 가장 기초적인 정보(신고사항, 기상정보, 시민제보 등) 뿐 만 아니라 현장에 관한 정보(구체적인 대응상황, 요구사항 등)까지 다루어지고 있으며, 결국 공통작전상황도는 이를 모두 관리할 수 있는 하나의 통합플랫폼이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 재난상황에서 공통작전상황도를 활용한 해외사례 분석과 국내 도입 시각 재난유형별로 공통작전상황도에 필요한 정보요소들을 1차적으로 확인함으로써 새로운 재난대응 시스템의 필요함을 강조하고자 한다.

현재 우리나라의 가뭄감시 정보는 기상학적/농업적/수문학적 가뭄이 별도의 지수로 개발되어 다양한 형태의 정보를 생산·제공되고 있다. 각각의 가뭄 지수들 기준 및 특성에 따라 분석되고 있기 때문에 가뭄전문가의 입장에서는 매우 정밀한 가뭄정보를 제공받는 장점이 있는 반면에, 일반 국민들이 가뭄 정보를 받아들이고 이해하는데 어려움이 있어 이를 한눈에 알아볼 수 있는 통합가뭄지도가 필요하며, 통합가뭄도를 제작하기 위해서는 통합가뭄지수가 개발되어야 한다. 본 연구에서는 원격탐사자료를 활용하여 농업적 가뭄지수인 Agricultural Dry Condition Index (ADCI)와 수문학적 가뭄지수인 Water Budget-based Drought Index (WBDI)를 개발하였으며, 기상학적 가뭄지수인 Standardized Precipitation Index (SPI)를 포함하여 기상-농업-수문학적 가뭄지수를 결합한 통합가뭄지수를 산정하였다. 다양한 가뭄지수를 활용하여 개발되었기 때문에 다변량 통계 모형 중 선형 모형인 Principal Component Analysis (PCA)기법과 비선형 모형인 Kernel Entropy PCA, Kernel PCA를 적용하였다. 또한 과거 가뭄사상을 활용하여 산정된 통합가뭄지수 검증을 위해 과거 가뭄사상에 대한 가뭄 발생시기, 심도, 쇠퇴패턴이 양상 평가 및 Intentionally Biased Bootstrap Resampling (IBBR)을 활용한 지수별 민감도 분석을 통해 통합가뭄지수 적용성 평가를 진행하였다.

조립식 빗물침투형 저류블록은 우수유출 저감시설로, 황토 및 친환경 무기질 결합재를 이용하여 제작한 고강도 투수성 블록의 적층 및 요철에 의한 끼움식 조립에 의해 형성된 공간에 빗물을 저류하고, 저장된 빗물은 시간이 지남에 따라 지반으로 침투시키는 우수유출 저감용 빗물관리시설로, 집중강우 시 유출수가 발생하는 해당지역에 분산식으로 설치하여 국지적 호우 발생에 대처할 수 있으며, 지속적인 침투를 통한 지하수위 확보 및 가뭄현상의 저감은 물론, 미기후 조성과 건전한 물순환 구조 형성에 이바지하는 빗물관리기술이다. 본 기술은 집중형 대규모 빗물저류조의 적용상의 문제점과 단순저류의 한계성을 극복하고, 기존 침투시설의 낮은 침투능을 증대시키고자 저류기능과 침투기능을 동시에 확보하여 집중호우시 빠른 침투저류능을 향상시킨 조립식 빗물침투형 저류시설이다. 보다 구체적으로는 집중강우에 대한 방재적 측면과 함께 가뭄으로 발생하는 지하수위 저하 등에 친환경적으로 대응하기 위한 복합적인 빗물관리 기술로서, 빗물 유출저감과 함께 물순환 회복 및 저영향개발을 위한 각 지자체의 지침과도 부합될 수 있다. 또한, 콘크리트 제품의 환경적 문제점과 플라스틱 제품의 낮은 물성을 극복하였고, 시공 시에는 보다 현장상황에 맞게 가변적 형태로 적용이 가능한 단순조립 적층공법으로 공기단축에 탁월한 장점이 있으며, 유지관리 시에는 별도의 동력이 요구되지 않는 형태로 개발하였다. 조립식 빗물침투저류블록의 구조체를 이루는 단위 블록유닛은 투수성 소재로 제작되며, 상하부가 개방되어 있고 사각형의 내부에 힘을 받는 격벽과 전후벽이 상호 대응되는 요철로 형성되어 있으며, 단위블록 유닛 다수개가 수직수평으로 연속적으로 조립되어 규모의 제한, 형태의 제한이 없는 구조물 형성이 가능하다. 본 구조체의 저류공극율은 80%이상 확보 가능하며, 또한 블록자체의 투수율이 0.83mm/sec로서 순모래나 순자갈의 포화투수계수보다 투수율이 높아 침투저류 효율성이 높으며 시공 후 상부 토지는 자유롭게 활용 가능하다. 본 조립식 빗물 침투형 저류블록을 이용하여 저영향개발 계획, 우수유출 저감대책 수립, 빗물관리시설 계획시 기존의 시설들에 비하여 경제적, 효율적인 설계가 가능하다.

우리나라의 경우 강수량이 지역별로 편중되면서 국지적 가뭄이 발생하고, 지형적 특성으로 상습가뭄지역 피해가 확대되고 있다. 더불어 강수의 시기별 편차가 커지면서 봄 가뭄 증가 및 장기 기후변화 시나리오도 가뭄 발생 가능성 증가를 전망하고 있다. 그러나 우리나라의 경우 가뭄대응 대책 마련시 선제적인 가뭄대응 대책 마련보다, 사후복구·단기대책을 중심으로 가뭄대응능력을 추진하고 있어 예방중심의 가뭄대응능력의 한계점을 지니고 있다. 본 연구에서는 선제적 예방 중심의 가뭄대응 전략을 위해 물순환 모델을 기반으로 수원별 가뭄대응능력을 평가하고, 지역별로 산정된 용수공급가능일수를 기반으로 수문학적 가뭄취약지도를 작성하는 것을 목적으로 한다. 이때 용수공급가능일수는 가뭄시나리오(20년, 30년, 50년 등)를 설정하여 시나리오별 공급가능일수를 평가하여 시공간적 가뭄취약성 분석이 가능한 모형으로 확장하였다. 수문학적 가뭄취약지도의 경우 정책결정자, 업무사용자 등 효율적 정보 제공이 가능할 것으로 판단되며, 지역별로 현안사항 도출 및 개선방안을 위한 기초자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

Flash flood is a dangerous weather phenomenon, affecting humans and the economy. The identification, forecast of the changing trend and its characteristics are increasingly concerned. In the world, there have many methods for determining the characteristics of flash floods, in which flash flood guidance (FFG) is a fast, effective and widely used method. The main source of flash floods is short-term rainfall. In this study, we used the data of cross-sectional measurement at the tributaries and the hourly rain data from the automatic rainfall measurement stations in the Geum river basin. Besides, we use a combination of the flash flood guidance and the best fit distribution function to estimate the repeatability of flash floods for head-water catchments in Geum river basin. In which, FFG determines the threshold of rainfall for flash floods. The study has determined the best hourly rainfall distribution function for the Geum river basin and estimated the maximum rainfall of 1hr according to the return periods.

최근 기후변화에 따른 가뭄과 홍수 등 극한사상 발생빈도가 증가하고 있으며, 환경, 생태, 사회, 경제적 측면에 영향을 미치는 심각한 재해로 인식되어 이로 인한 피해를 줄이기 위하여 다양하고 활발한 연구가 진행되고 있다. 극한 가뭄시에는 최소한의 유량만을 제외하고 사용하는 경우가 많다. 대부분 하천 주변에서는 생공·농업용수를 위하여 지하수를 양수하고 있다. 이에 대한 명확한 기준에 정해져 있지 않아, 무분별한 양수는 하천 생태계를 위협하기도 한다. 본 연구에서는 유역 물순환 해석 플랫폼(Catchment Hydrologic Cycle Assessment Tool, CAT) 모형을 이용하여 조천천 유역에 지하수 변화 등 인위적 물이용량을 고려했을 때의 하천유량 변화를 분석하였다. CAT은 기후변화나 토지이용변화에 따른 유역의 수문환경특성 변동성을 정량적으로 평가하기 위하여 개발된 모형이며, 인위적인 물이용체계 즉, 광역급수, 용수재이용, 지하수 취수, 하천수 취·배수 등을 고려하여 분석이 가능하다. CAT을 통한 인위적 물이용 시나리오를 달리하여 하천유량 변화를 분석한 결과를, 중소하천 가뭄 대책 및 효율적인 의사결정 자료로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.

세계적으로 지구온난화 등 기후변화의 영향으로 재해발생의 빈도와 피해 심도가 증가하고 있다. 일반적으로 자연재해에 의한 피해복구에 소요되는 비용은 재해 피해액보다 크다. 선진국의 경우 이러한 재해발생 가능성을 두고, 피해를 최소화시키기 위하여 복원력에 초점을 맞추어 관련 정책을 수립하고 있다. 그러나 가뭄의 경우 타 재해에 비하여 지속기간이 길고 그 지속기간에 따라 피해의 영향이 지역별로 편차를 두고 달라지게된다. 따라서, 정확한 역량평가 결과를 제시하기 위해서는 가뭄이 자주 발생하는 지역, 복구능력이 탁월한 지역 등을 구분하고 평가하여 지자체가 갖고 있는 가뭄에 대한 역량을 정량적으로 평가할 필요가 있다. 가뭄역량평가(복원력 평가)는 항목의 특성에 따라 크게 내구성, 대체성, 자원동원력, 그리고 신속성으로 구분된다. 본 연구에서는 각 항목별 가뭄 시 적용 가능한 정량적 복원력 지표 8개를 도출 하였으며 지자체별 해당 데이터를 확보하였다. 다음으로 주요 지자체별 복원력 항목 값을 정규화 하여 표준점수화 하였다. 제안된 방법론은 향후 개별 항목특성에 맞는 정량화 방법, 항목별 가중치 부여방법, 그리고 정성지표 고려 등과 같은 지속적인 추가연구가 진행되어야 하지만, 제안된 복원력 정량지표와 그 결과는 지역적인 가뭄에 대한 지자체별 역량강화전략을 제시하기 위한 기초자료로 활용이 가능하다.

최근 기후변화로 인한 강우, 온도, 유량과 같은 수문학적 요소의 불확실성 증가와 더불어 산업화, 도시화로 인한 물 수요가 커짐에 따라 물부족 발생 위험이 증가하고 있다. 이에 따라, 안정적인 물 공급을 위한 하천유량과 취수량의 균형을 목적으로 하는 취수량의 예측 및 모의에 대한 중요성이 강조되고 있다. 본 연구에서는 과거 하천 취수량 자료로부터 미래 취수량을 예측하기 위해 딥러링 기법 중 하나인 순환신경망(LSTM) 모형과 시계열분해법을 결합하여 취수량 예측 모형을 개발하였다. 시계열분해법을 통해 자료의 경향성과 계절적 변동성 등 다양한 스케일의 시계열을 분해하여 전처리를 수행하였으며 불확실성을 의미하는 잔차(residual)에 LSTM을 적용하여 예측하였다. 결과적으로 LSTM 취수량 예측 모형은 높은 정확도를 보였으며, 월단위 전망 시 관측값에 대하여 신뢰성이 있는 결과를 나타내었다. 본 연구에서 개발한 모형에 따른 결과는 수자원 관리를 위해 활용이 가능할 것으로 기대된다.

The drought is one of the extreme natural disasters observed in any climate zone and it is due to the deficiency in moisture. The flash drought is identified recently as a subdivision of drought and it is an extreme event distinguished by sudden onset and rapid intensification of drought conditions with severe impacts. The main cause for the flash drought is coupled situation due to precipitation deficit and high evapotranspiration. Hence, heat waves plays major role in identification of flash drought. Therefore, this study focused on identifying changes in distribution of heat waves for Korean Peninsula. The daily maximum and minimum temperature data were used in this study. The heat wave, heat wave intensity and heat wave intensity index were derived. The results of the study would be an input for the future studies on identification of flash drought in Korean Peninsula.

최근 전세계적으로 기후변화로 인해 가뭄의 발생 가능성이 높아지고 있으며 그에 대한 인적피해와 경제적 손실로 인한 피해액은 증가하고 있다. 특히, 국내의 충남지역은 최근 강수량이 평년 대비 75% 수준으로 감소하고 있으며, 지속적인 가뭄이 발생하여 용수 확보에 어려움을 겪고 있다. 또한, 2015년에는 강수량 감소로 인해 보령댐을 상수원으로 사용하고 있는 충남 서북부지역 8개 시군의 용수공급에 큰 차질이 있었다. 지속적인 가뭄 상황이 반복되면서 기후변화의 영향에 따라 미래의 물공급량 변화 및 물부족에 대한 연구와 이를 분석하여 정확성을 높이는 물수지 분석모형이 지속적으로 개발되고 있다. 이에 본 연구에서는 가뭄이 발생한 충남지역을 대상으로 기후변화에 따른 미래 물부족 변화에 대한 경향성을 파악하고자 한다. 미래의 물부족 변화를 파악하기 위해 기상청 RCP 8.5 시나리오의 40년(2008~2047년) 중권역별 강수량과 잠재증발산량 일단위 자료를 수집하였다. 수집된 중권역별 기상자료를 하천유역별 일단위 기상자료를 활용하여 TANK 모델을 이용한 하천 일유출모의와 비유량법을 이용하여 저수지의 일유량을 산정하였다. 미래의 수혜면적변화와 생활/공업/농업 수요량 추정을 통해서 하천 및 저수지 물수지 분석을 진행하여 미래기간 30년에 대한 일단위 물수급을 산정하였다. 미래기간에 대한 분석은 기준기간 R0(2008~2017년) 대비, 미래기간 S1(2018~2027년), S2(2028~2037년), S3(2038~2047년)에 대한 연평균 물부족량과 경로별 경향성을 파악하였다. 대상지역의 물부족량에 대한 분석결과, 기준기간 대비 S1, S2, S3 기간에 각각 27.8%, 10.8%, 23.1% 감소하는 경향이 나타났다. 이는 미래의 강우량이 점차 증가하는 경향과 수혜면적 변화시 논과 밭 면적이 지속적인 감소로 인해 수요량에 영향을 받았을 것으로 판단된다. 본 연구 결과를 바탕으로 장래 하천유역의 가뭄에 대한 피해 예측 및 물수급 파악에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

최근 초대형화 되어 나타나고 있는 이상홍수와 지진 등에 의한 저수지 붕괴와 같은 대규모 비상상황 발생으로 하류지역 주민의 생명과 재산의 피해가 발생하고 있다. 국내의 경우 1996년 이후로 지속적으로 발생하고 있는 이상홍수로 인해 1998년에는 40개,1999년에는 5개의 소규모 저수지가 붕괴되었으며 최근 2013년과 2014년에도 저수지가 붕괴되는 상황이 발생했다. 댐붕괴의 원인은 구조물의 자연적 노화, 극심한 강우나 홍수, 지진, 제체전도, 파이핑, 침윤발생, 월류 및 파랑 등에 의한 자연적 상황 등이 요인이 될 수 있으며, 시공결함, 사고 또는 전쟁과 같은 인위적인 요인으로 발생할 수도 있다. 과거에 설계 및 시공기술이 부족하였거나 경제적인 이유로 부실하게 건설되어 있는 댐이 세계적으로 산재되어 있어 잠재적인 위험을 상당수 내재하고 있는 실정이다. 본연구는 댐의 점진적인 파괴에 의해 발생하는 유출수문곡선을 구하고 파괴의 성질을 예측 및 홍수파를 수리학적으로 추적하기위해 BREACH 모형과 DAMBRK 모형을 사용했으며 극한홍수(PMF)조건과와 최대지진발생(MCE)조건을 적용하여 원주시 관내 저수지 붕괴 모의 시나리오를 구축했다. 저수지 붕괴에 따른 유출수문곡선을 유도하기 위해서 본 연구에서는 기존의 EAP보고서 자료를 참고하여 붕괴지속시간, 붕괴부 평균폭, 붕괴부 측벽면 경사의 변화에 따라 다양한 모의를 수행함으로써 발생되는 붕괴부 유량 수문곡선을 도출하여 각각의 조건들이 붕괴파 형성에 미치는 영향에 대한 분석을 실시하였다. 그 결과 저수지의 붕괴시 첨두유출량에 민감한 영향을 주는 인자는 붕괴지속시간과, 붕괴부 평균폭으로서 이들 값이 붕괴유출량 변화에 많은 영향을 주는 것으로 나타났다. 최대지진발생(MCE)조건 해석결과 홍수류의 범람으로 인해 홍수파가 하류측으로 진행할수록 완만히 감소하며, 하천 중·상류부 인근 제내지로 홍수류의 범람이 발생하는 것으로 검토되었으며, 극한홍수(PMF)조건 해석결과 최대지진발생(MCE)조건과 같이 홍수파가 하류측으로 진행할수록 완만히 감소하는 특성을 보이며, 하천 전체 구간에서 인근제내지로 홍수류의 범람이 발생하는 것으로 검토되었다. 본 연구는 침수구역 피해규모 산정 및 비상대처계획도를 작성시 기초데이터가 되어 상황별 피해예상지역에 대해 응급행동요령, 주민대피계획비상대처계획을 수립하여 지역 주민생활에 안정을 기여하고자 한다.

최근(2014~2017년) 강수량은 평년대비 71% 수준으로 2017년에는 누적된 강우부족으로 극심한 가뭄피해가 발생하였다. 용인시 또한 최근의 3년(2014~2017년)의 경우 연속으로 100년 빈도에 해당하는 가뭄이 발생하는 등 심각한 가뭄이 발생 되었으며, 하절기를 제외한 기간의 경우 평년에 가까운 강수가 발생하나, 하절기에는 강수가 매우 작아 심각한 가뭄이 발생하는 경향으로 조사되었다. 용인시가 관리하는 소규모 농경지는 대형농업용 수원공이 없어 작은 가뭄에도 쉽게 피해가 발생되고, 저수지, 취입보, 양수장 등 수원공이 설치되어 있으나 내한능력 부족 및 영농방식 변화 등으로 상습적으로 가뭄 피해를 입고 있다. 또한, 관리 농경지 및 농업 수리시설물에 대한 현황조사 미비로 상세한 이력 관리가 되어 있지 않아 시설물의 유지관리 및 중장기 계획 수립이 어려운 실정으로 수리시설물에 대한 이력조사가 요구되며, 전체 용수 수요량의 60% 이상에 해당하는 농업용수의 체계적인 조사를 실시하여 항구적 가뭄극복을 하기 위한 가뭄분석을 하였다. 본 연구에서는 농경지에 대하여 관개계획 기준치를 보통 10년 빈도의 가뭄에 극복이 가능하도록 설정하므로, 계획빈도의 가뭄에 안정적으로 농경지에 농업용수가 공급될 수 있도록 기설 수리시설물의 공급능력을 검토하여 확인하였다. 용인시 전역에 대하여 우선 기초자료로 기상 및 수문조사와 농촌용수관련인자를 조사하였으며, 상위 관련계획 조사로 농업·가뭄·수자원 관련계획을 조사하였다. 기존 저수지 농업용수 공급능력은 유역의 유입량은 DIROM모형을 사용하여 산정하고 관개구역의 필요수량은 Penman방법으로 증발산량을 산정하였다. DIROM 모형과 Penman방법으로 산정된 자료를 참고하여 기존 수원공 시설의 물수지 분석을하여 과정에 HOMWRS(수리시설모의조작시스템) 모형을 적용하여 농경지 필요용수량과 공급 가능량, 지하수 취수량의 능력검토를 하였으며, 가뭄 계획빈도 10년 조건에서 농업용수 공급능력을 검토한 결과 수리적으로 안전한 농경지는 전체 농경지 대비 64.18%로 확인되며, 향후 강우 전망 RCP6.0 시나리오에서 2021년~2040년에 5.1%정도 감소하는 것으로 전망된 것을 감안하면 향후 용인시 지역은 가뭄이 보다 심화될 것으로 판단되므로 시급히 구조적 대책이 가능한 여건의 지역에 한하여 수원공 시설을 확보하여 가뭄에 반드시 대비하여야 할 것으로 판단된다.

홍수위험 전망정보, 홍수피해, 홍수량, 대응단계홍수로 인한 피해가 발생하면 인명 피해는 물론 사회 전반에 막대한 영향을 끼친다. 홍수가 발생하는 원인은 다양하지만 단시간 내 발생한 강우량과 하천에 흐르는 유량의 범람이 홍수피해가 발생하는 원인 중 하나이다. 이 중 하천에 흐르는 유량에 의한 홍수가 발생하면 넓은 지역에 인명과 자산에 큰 피해를 준다. 이에 홍수통제소에서는 홍수 위험을 사전에 인지하여 대비하기 위한 방법의 하나로 하천 주요지점을 중심으로 홍수예보를 발령하고 있으며, 계획홍수량을 기준으로 대응단계를 설정하고 있다. 그러나 계획홍수량을 기준으로 설정한 대응단계는 홍수피해가 발생하는 지역 특성을 반영하는 데에는 한계가 있다. 본 연구에서는 대상 지역의 홍수피해 특성을 반영한 대응단계를 설정하기 위해 과거 홍수피해 사례를 활용하여 홍수량 기준을 설정하고자 하였다. 이에 낙동강권역을 대상으로 홍수피해가 발생한 기간 내 3시간 누적 최대 강우량과 최대 홍수량을 조사하였으며, 지점별 무피해 사상을 조사하였다. 조사된 자료를 활용하여 홍수량 증가에 따른 홍수피해 발생 비율을 검토하였으며, 이를 통해 홍수량 기준을 홍수피해 발생 사례 중 최대 홍수량의 약 45%와 약 74%로 설정하였다. 본 연구에서 제시된 홍수량 비율은 지점별 계획홍수량 또는 홍수피해가 발생한 사례 중 최대 홍수량을 기준으로 비율을 적용하여 대응단계를 설정할 수 있을 것으로 판단되었다. 향후, 각 지점별 실제 피해 사례와의 비교를 통해 지속적인 보완 및 개선이 필요할 것으로 사료된다.

도시 및 소규모 산지 유역에서와 같이 지체시간이 짧은 유역에서 발생하는 돌발홍수는 더 이상 우량계만으로 예보가 불가능하다. 그리고 지역에 따라 침수시간이나 침수심이 달라지기 때문에 지역에 따른 침수특성과 유속특성의 관계식을 산정하여 홍수예보 기준을 설정하였다. 더불어 도달시간이 짧은 도시 및 산지에서는 지체시간 외에 강수 예측을 통한 홍수예보 선행시간을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 한강홍수통제소의 강우레이더 기반 초단기 외삽 예측을 입력자료로 활용하여 돌발홍수 예측 시스템을 구축하였다. 강우레이더 기반 초단기 외삽 예측은 강우강도를 입력으로 사용하기 때문에 예측에 별도의 정량 보정이 필요하지 않다는 장점이 있다. 2019년도에 발생한 다양한 홍수 사고 사례를 분석하여 본 시스템에 대한 정확도를 평가하였다. 본 시스템은 동(읍/면) 단위로 1시간 선행 예보를 3단계 위험 정보(주의/경계/심각)로 제공할 수 있다.

사회가 다원화되고 발달하면서 생활환경과 행동양식에 따라 홍수 등의 수난(水難) 으로 인한 피해 정도와 양상은 크게 달라질 수 있으나, 수난으로 인한 체감 가능한 피해의 정도와 규모는 예측이 어려운 현실이다. 그리고, 최근 인터넷과 소셜 네트워크 서비스(SNS)의 급진적 발달은 재난 관리에 대중적 지식을 수집하여 활용하도록 촉진하고 있고, 이로 인해 재난 상황에서 '대중적인 정보가 기술자에 의해 어떻게 얼마나 신중하게 고려되어야 하는지와 어떻게 과학적으로 해석해야하는지'가 핵심 쟁점으로 부상하고 있다. 본 연구에서는 최근 널리 사용되는 인공지능 및 딥러닝 기법을 조사 분석하였다. 분석을 통해 수문 예측 분야에서 이러한 기술이 적용된 사례와 신기술을 조망해 보고 기존 기술이 인공지능 및 딥러닝 기법의 적용으로 대체 가능한 정도를 가늠해 보았다.

한국건설기술연구원의 돌발홍수연구센터는 전국에서의 돌발홍수정보를 제공하기 위해 2019년에 돌발홍수예측 시스템을 구축하였다. 돌발홍수예측 시스템은 동(읍/면) 단위로 1시간 선행 예보를 3단계 위험 정보(주의/경계/심각)로 전국적으로 제공하고 있다. 본 시스템에서 예측 선행 시간을 1시간으로 설정한 것은 최소 대피 시간의 개념도 있지만 예측자료의 정확도가 1시간 이후 현격히 감소하기 때문이다. 이에 본 연구에서는 돌발홍수예측 시스템의 예측 선행 시간을 1시간에서 3시간으로 확장하기 위한 병합 기법을 검토 및 적용하였다. 이를 위해 홍수통제소에서 제공하고 있는 초단기 예측 강수 자료와 기상청에서 제공하고 있는 수치예보 자료를 활용하였다.

기후변화의 영향으로 최근 국내·외에서 중·장기적 가뭄이 발생하였으며, 생활·공업·농업 용수에 제한급수 시행에 따라 사회적으로 큰 혼란과 피해가 발생하였다. 국내의 경우 2015년에 보령댐의 저수율이 약 19 %에 그치면서 충청남도 8개 시군에 제한급수를 실시한 바 있으며, 2017년 속초시에는 28일 동안 제한급수를 실시하여 큰 불편을 초래한 사례가 발생하였다. 중·장기적 가뭄은 공간적, 시간적으로 광범위하게 나타나므로 국가적 대응이 필요하다. 이에 본 연구에서는 중·장기적 가뭄 발생시 시군구 등 지자체 차원에서 가뭄 대응이 가능하게 하도록 수도 급수 체계를 바탕으로 용수 공급 네트워크를 구축하였다. 용수 공급 네트워크는 취수원(하천, 댐, 저수지)에서 취수장으로 1차 공급되어 2차 공급지인 정수장을 거쳐 최종 급수구역으로 배분되도록 설정하였다. 본 연구에서 제시한 용수 공급 네트워크는 하천, 댐, 저수지 등의 취수원 별로 작성되었으며, 최종적으로 생활, 농업, 공업 분야별 가뭄 피해 확산 모형을 개발하는데 기초 자료로 활용하였다.

우리나라는 현재 개발되어 적용되고 있는 홍수피해잠재능(Potential Flood Damage, PFD) 산정방법은 잠재성요소(인구, 자산, 사회기반시설, 도시화율)와 위험성요소(홍수피해액, 확률강우량, 외수방어능력, 댐 및 저수지, 내수방어능력)로 산정 후 지역평가를 통해 그룹(A,B,C,D)별로 평가하고 있다. 하지만, 홍수피해잠재능(PFD) 산정인자가 많아 자료조사 및 구축에 많은 시간이 소요 되며, 인자별 다양한 공간적 범위로 인해 실무 적용에 어려움이 있다. 또한, 소구역 단위 평가로 인해 하천의 침투 특성을 반영하지 못하여 하천 주변의 중요도 평가가 미흡한 실정이다. 이를 위해 본 연구에서는 중요도 분석 인자 단순화를 통해 자료 조사 및 구축 시간 단축과 더블어 위험성요소를 내포하는 홍수위험지도 사용을 통해 작업을 간소화하고, 하천 주변까지 고려하여 중요도 평가하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 낙동강권역을 대상으로 홍수위험지도 및 중요도 분석 인자(인구, 자산(공시지가), 시회기반시설(도로,철도), 도시화율(시가화지역)) 공간정보를 구축하였고, 점수할당법에 의한 인자별 중요도 분석 및 상관성 분석을 통해 피해우선순위를 분석하였다. 분석결과, 인구·자산(공시지가) 인자가 높은 구역이 대체로 사회기반시설 연장 및 도시화 면적이 높게 나타났으며, 하천의 치수단위 구역별 중요도 분석시 인구·자산(공시지가) 두가지의 인자로도 치수안전도 결정에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

최근의 기후변화는 이미 한반도에 평균온도의 상승과 강수량의 변화 등으로 인해 많은 수문기상학적 변화를 일으키고 있다. 낮은 빈도의 가뭄은 2~3년에 한번 꼴로 발생할 정도로 빈번하게 발생하고 있으며, 국지적인 폭우와 한반도에 영향을 미치는 태풍의 증가 등 이수와 치수측면에서의 강수의 변화는 예측하기에 어려운 정도로 그 변화의 속도가 빨라지고 있는 현실이다. 이에 수자원활용 측면에서도 기후변화를 고려하여 새롭게 평가하여야 한다. 특히나 낮은 빈도의 잦은 가뭄은 농업분야에서 용수를 공급하는 데 있어 여러 가지 문제점들을 발생시키고 농업용수 확보를 위한 대책이 필요하다. 대부분의 농업용수는 하천취수, 저수지, 지하수를 이용하고 있으며, 뚜렷한 용수원이 없는 농경지의 대부분은 지하수를 이용하는 것이 보통이다. 이러한 지하수는 물 순환 체계에서 강수에 의해 지하로 침투된 물이 토양간이나 지하대수층 등에 저류되어 지하수가 형성된다. 일반적으로 가뭄이 발생하면 우선적으로 선택되는 대책이 지하관정을 개발하여 활용하는 방안이 활용되고 있는 데 강수의 부족으로 인한 가뭄 발생시 지하수위는 어떻게 변화하는지에 대한 연구과 관측이 필요하다. 본 연구에서는 강수자료와 지하수위 그리고 강수를 활용하는 가뭄지표인 표준강수지수(SPI) 등의 자료를 활용하여 가뭄발생과 지하수위의 변동성의 상관관계를 검토하였다.

이상기후변화에 따른 홍수피해는 매년 빈번히 발생하고 있고, 이러한 피해에 대비하여 예측 및 대응방안을 신속히 확보할 수 있는 재난예측 및 대응시스템은 필수로 요구되는 실정이다. 강우의 의한 홍수발생과 하천수위 급상승에 의한 제방의 월류 및 파제 메커니즘은 상당히 복잡하고 유동적이며 다양한 불확실성을 포함한다. 본 연구에서는 극치 강수량의 매개변수들의 불확실성을 고려하기 위해 수행된 비정상성 빈도해석 기반의 수문시나리오를 바탕으로 산정된 MCS(Monte Carlo Simulation)기반 확률홍수위를 산정하였고, 이를 활용하여 2차원 제내지 침수해석의 경계조건으로 활용하여 홍수위 변동에 의한 하천 제방 붕괴 변동폭의 범위를 설정하고, 그에 따른 제방붕괴 유출량의 변동 범위를 산정하였다. 또한 확률론적 파제 유입량에 의한 제내지의 침수심과 침수범위를 MCS기반의 2차원 제내지 침수해석을 통해 정량화하여 확률침수심도를 작성하였다. 이러한 홍수발생의 전반적인 메커니즘을 고려하여 매개변수들의 불확실도를 정량적으로 평가함으로써 기존의 결정론적 해석기법보다 신뢰성 있는 침수심 예측결과를 확보하였다.

우리나라에서 발생하는 자연재해 중 대부분이 홍수와 관련되어, 주로 호우를 동반한 태풍이나 돌발적인 집중호우에 의해 홍수피해가 해마다 발생하고 있다. 따라서 홍수발생 시 예상되는 피해지역과 피해의 규모를 예측하는 사전예방적인 홍수관리대책이 필요하며, 이를 위해 지역별 홍수특성별 피해양상에 대한 파악과 분석이 필요하다. 본 연구에서는 여러 수문학적 요소 중 홍수재해에 가장 영향력이 높은 강우특성과 재해발생으로 인한 직접적인 피해특성인 인적피해와 물적피해의 상관관계 분석을 위해, 홍수발생 원인에 따라 시군구별 강우-피해특성에 대한 회귀분석을 수행하여 향후 시군구별 홍수로 인한 피해 예측 및 대응에 활용하는 것을 목적으로 한다. 연구방법은 행정안전부의 국민재난안전포털에서 제공하는 재해연보 자료로부터 시군구별 호우 및 태풍으로 인한 이재민수와 인명피해자수를 종합한 인적피해특성과 총 재산피해액을 종합한 물적피해특성 자료를 구축하고, 홍수발생기간 동안의 강우특성을 파악하고자 전국 권역 기상청 관측자료를 수집하여 홍수피해 사상별 강우량 자료를 구축한다. 회귀분석 과정에서는 분석 결과에 악영향을 미칠 가능성이 있는 이상치가 존재할 경우, 이를 제거하여 시군구별 3가지 재해원인별(호우, 태풍, 종합), 피해특성별(인적, 물적) 강우조건에 따른 피해특성 예측을 위한 최적 회귀식을 선정한다. 본 연구를 통해 시군구별 강우조건에 따른 홍수피해 규모의 예측이 가능하다면, 행정구역별 호우 및 태풍으로 인한 인적 및 물적 피해예측 및 저감대책 수립에 기초자료가 될 것으로 판단된다.

The influence of drought has increased due to global warming. In addition, forest fires have occurred more frequently due to droughts and resulted in property losses and casualty. In this study, the effects of drought on Goseong-Sokcho Forest Fire in 2019 were analyzed using high-resolution synthetic precipitation data. In order to determine the severity of drought, the average, 20%tile and 80%ile values were calculated using the synthetic precipitation data of the past 30 years and compared with the current climatology. We have investigated the multi-year accumulated precipitation data to determine the persistence of drought. In Goseong-Sokcho forest fire case, the two-year cumulative synthetic precipitation data shows a similar value to the climate, but the three-year cumulative synthetic precipitation data was close to the 20%ile lines of the climate value. It may expose that the shortage of precipitation in 2017 had persisted until 2019, despite abundant precipitation during the summer in 2018. Therefore, Goseong-Sokcho forest fire might be spread more rapidly by drought which has been persisted since 2017.

가뭄 피해 극복을 위한 인공 함양지 통합관리시스템의 일부로써 지표수-지하수 연계 특성 분석용 의사결정을 전달하는 인공지능 스마트 계측기의 필요성이 꾸준히 제기되어 왔으나 실용성과 효율성을 동시에 갖춘 계측기는 시장에 출시되지 않았다. 기존의 계측기는 단순 측정이 목적이었으며 분석을 위해서는 일정 기간 직접 계측하여 분석하거나, 계측데이터를 원격 망을 통하여 서버로 전송하고 관리자가 데이터를 해석하는 방식을 취하였다. 또한, 수질 계측과 수질의 미소 변동성을 동시에 계측하여 수질 변화상태를 판단 할 수 있는 수질 계측기는 상품화되지 않아 다목적 수질 분석에 한계점을 갖고 있다. 이러한 한계점이 기존의 지하수 수질 계측기로는 불가능한 수중 라돈을 채수 없이 계측 가능하도록 하고, 순간 수질 변화 및 수질 변화 요인분석이 가능한 계측을 위하여 라돈, 전도도, 수위, 수온 및 필름형 pH 센서를 개발하여 적용한 다항목 계측기로 통합하는 연구가 필요한 이유이다. 개발한 계측기는 빅데이터 기반의 지능형 수질 변동성 분석 알고리즘을 내장하고 수직 깊이 방향의 다중심도 계측이 가능하도록 핵심적인 통신 연결성을 확보하였고 다양한 수질에서 견딜 수 있으며 특히 인공함양에서 발생하는 철, 망간에 부식되지 않는 재질을 이용하여 설계한 '지표수-지하수 연계 특성 분석용 다심도 및 인공지능 스마트 계측장치'이다. 본 장치는 기존 지하수 수질 계측기에서는 불가능하였던 순간 수위변화 및 수위변화 요인분석이 가능한 계측을 위하여 초당 측정 샘플링 주파수(10Hz)를 높인 계측회로를 개발하여 적용하였다.

자료동화(Data Assimilation) 기법은 실시간 수문학적 예측에 있어 정확도 향상을 위해 필수적인 과정이다. 가장 대중적으로 사용되는 기법들 중 하나가 모델 상태변수와 매개변수를 동시에 업데이트할 수 있는 이중 앙상블 칼만 필터(Dual Ensemble Kalman Filter)이다. 이 방법은 정확도 개선 및 적용의 용이성 때문에 많은 연구 분야에서 사용되어져 왔지만, 앙상블을 생성하는 과정에서 상당시간이 소요되는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 상태변수와 매개변수를 동시에 업데이트 하면서 홍수 예측의 정확성을 보장할 뿐만 아니라, 앙상블 생성에 있어 계산 효율을 크게 향상시킬 수 있는 기법을 제안한다. Polynomial Chaos Expansion(PCE) 기법을 사용하여 앙상블 칼만 필터를 모방(mimic)할 수 있는 새로운 대체필터(Surrogate Filter)를 개발하는 것을 목표로 한다. 구체적으로 대체필터를 구성하기 위한 다양한 필터를 설계하였다. 첫째 시간에 대해서 PCE가 변화하지 않는 '불변 필터'(즉, 전체 예측기간에 대해 하나의 필터를 사용하여 자료동화할 수 있는 대체필터)와, 매 시간마다 PCE가 변화하는 '시변 필터'(즉, 예측하는 매 시간마다 새로운 필터를 생성해야 하는 대체필터)를 설계하여 적용성, 정확성, 예측성 등을 비교하였다. 또한, PCE의 하이퍼 매개변수를 최적화하기 위한 최적의 프레임 워크가 제안되어, 대체필터를 구축하는 데 효율을 높이고 PCE의 과적합(overfitting) 현상을 피할 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제안된 기법은 기존 단일 및 이중 앙상블 칼만 필터(EnKF)의 결과와 비교 검증하였으며, 그 결과는 다음과 같다. (1) 대체필터의 대부분은 원래 EnKF와 비슷한 정도의 불확실성을 설명할 수 있음; (2) 모든 대체 필터는 선행시간이 짧은 경우의 예측에 있어 우수한 결과를 제공하며, 시변 필터가 불변 필터보다 더 정확한 예측 결과를 제공함; (3) 대체필터는 원래 앙상블 칼만필터보다 최대 500배 빠른 속도로 성능을 향상시킬 수 있음. 제안된 대체필터는 자료동화를 수행하는 기존필터와 비슷한 정도의 정확성, 매우 향상된 효율성을 보장함을 확인할 수 있었다.

과거 많은 연구에서 다수의 모형의 결과를 이용한 앙상블 방법론은 인공지능 모형 (artificial neural network)의 예측 능력에 향상을 갖고 온다 논하였다. 본 연구에서는 미계측유역의 저수량(low flow)의 예측을 위하여 Jittering을 기반으로 한 인공지능 모형을 제시하고자 한다. 기본적인 방법론은 설명변수들에게 백색 잡음(white noise)를 삽입하여 훈련되는 자료를 증가시키는 것이다. Jittering을 기반으로 한 인공지능 모형에 대한 효과를 검증하기 위하여 본 연구에서는 Multi-output neural network model을 기반으로 모형을 구축하였다. 다음으로 Jittering을 기반으로 한 앙상블 모형을 variable importance measuring algorithm과 결합시켜서 유역특성치와 예측되는 저수량의 특성치들의 관계를 추론하였다. 본 연구에서 사용되는 방법론들의 효용성을 평가하기 위해서 미동북부에 위치하고 있는 총 207개의 유역을 사용하였다. 결과적으로 본 연구에서 제시한 Jittering을 기반으로 한 인공지능 앙상블 모형은 단일예측모형 (single modeling approach)을 정확도 측면에서 우수한 것으로 확인되었다. 또한, 적은 숫자의 앙상블 모형에서도 그 정확성이 단일예측모형보다 우수한 것을 확인하였다. 마지막으로 본 연구에서는 유역특성치들의 효과가 살펴보고자 하는 저수량의 특성치들에 따라서 일관적으로 영향을 미치거나 그 중요도가 변화하는 것을 확인하였다.

한반도를 비롯한 전 세계를 대상으로 가뭄과 홍수 등 물관련 재해정보를 체계적으로 수집·분석하고 이를 정부부처 및 민간에서도 제공 가능한 국가 차원의 과학적이고 효율적인 수재해 대응 및 관리 위하여 현재 수재해 정보플랫폼 융합기술 연구단이 2014년 7월 1일 출범하여 수행중에 있다. 정보플랫폼 융합기술 연구단은 국토관측센서(위성, 레이더, 지상관측자료) 기반 광역 및 지역 수재해 정보 허브 구축 및 운영기술 개발로 행복한 안심국토 및 물산업 강국 실현이라는 연구비전 아래, 고정밀 수문레이더 기반 도시홍수 관리기술, 가뭄/하천건천화 평가 및 예측 기술 개발, 홍수재해 평가 및 예측 기술 개발, 빅데이터기반 광역 및 지역 수자원정보 서비스 플랫폼 기술 개발이라는 4대 연구성과 목표로 X-Net 실증 테스트베드 구축을 통해 획득된 자료를 기반으로 수재해 감시·평가·예측 등에 필요한 관련 수문정보를 생성하고 있으며, 생성된 위성영상 및 수문레이더 등의 수문정보를 활용하여 미계측 유역에 대한 수자원 변동 감시 및 가뭄과 하천 건천화를 효율적으로 평가·예측함으로써 물안보 대응체계를 강화하기 위한 기술을 확보하고 있다. 또한 광역 및 국지 홍수 피해 범위와 규모 등을 평가·산정하고 정확히 예측함으로써 홍수재해를 저감할 수 있는 기술 개발을 추진하고 있으며, 최종적으로는 광역 및 지역 수문자료와 수재해 관련 분석정보를 체계적으로 관리하고 맞춤형 수재해 정보를 제공할 수 있는 수재해정보플랫폼 및 포털시스템을 개발 글로벌 물 정보 허브로써 기반을 조성해 나가고 있다. 이에 수재해 정보플랫폼 융합기술 연구단에서 개발하여 운영중에 있는 수재해 정보플랫폼의 고정밀 수문레이더 기반 도시홍수 관리시스템, 위성기반 가뭄 모니터링 시스템, 미계측 지역 수문정보 및 수자원 모니터링 시스템, 한국형 지표 수문정보 생성 시스템 개발현황 등 그간의 노력에 대해 소개하고자 한다.

갈수량은 연간 355번째에 해당하는 일유량으로 연중 10일은 유지할 수 있는 유량을 의미한다. 갈수량은 하천유지유량을 결정하고 다목적댐의 이수안전도를 평가하는 기준으로 활용되는 지표로 활용되고 있으나 현재 기준으로는 과거사상에 초점을 맞추어 산정되고 있다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 수문사상의 변화로 인한 미래 극한사상에 대비한 평가기준 마련을 위하여 CMIP5의 GCM 자료를 활용한 한강수계의 소양강댐의 실제증발산량을 추정하고, 이를 고려한 갈수량을 전망하고자 한다. 실제증발산의 경우 관측자료가 부재하므로 증발산 보완관계 가설 기반의 간접계산을 통해 추정하였으며, 잠재증발산량은 FAO Penman-Monteith 공식, 습윤증발산량은 Priestley-Taylor공식을 활용하여 산정하였다. 기준기간(1974-2000년) GCM 자료의 보정은 강우 및 증발산에 대하여 정상성 분위사상법을 적용하였으며, 우리나라의 홍수기 특성을 반영하기 위하여 홍수기(6~9월) 및 비홍수기(10~5월)로 구분하였다. 소양강댐 유역에 대한 연단위 원시 GCM의 경우, 연단위 강우와 실제증발산 각각 -20.0%, +17.3%의 오차율을 보였으나, 지역오차보정 후 각각 -1.2%, -0.2%로 개선되었다. 전망기간(2011-2100년)에 대해서는 비정상성 분위사상법을 적용하였으며, 지역오차보정 과정을 거친 강우 및 실제증발산 자료는 장기유출모형의 입력자료로 활용되었다. 실제증발산을 고려한 유출량을 산정하기 위해 IHACRES 모형을 활용하였으며, 갈수량은 모형으로부터 산정된 유출 시계열에 대한 lognormal 분포의 누적확률밀도함수의 3%에 해당하는 값으로 결정하였다. 전망결과는 근미래(Near future, 2011~2040년), 중미래(Midcentury future, 2041~2070년), 먼미래(Distance future, 2071~2100년)로 나누어 제시하였으며, 미래구간별 추세를 반영한 증감율을 제시하였다.

본 연구에서는 가뭄과 연관되는 다양한 관련 요인을 포함한 가뭄취약성 평가방안을 수립하고 이를 적용하는 것을 목표로 하였다. 평가기법은 평가인자와 가중치 선정, 평가자료 데이터베이스 구축, 평가자료와 가중치를 조합한 평가의 세 단계로 구성되었으며 평가인자 및 가중치 선정에는 Delphi 조사기법을 적용하고 평가기법으로는 최근 널리 적용되고 있는 MCDM (Multi-Criteria Decision Making) 방법인 TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) 기법을 활용하였다. 평가인자는 기상분야(Meteorological factors), 농업분야(Agricultural factors), 사회경제분야(Socioeconomic factors), 환경분야(Natural System)로 구성하였으며 선정된 인자에 대한 데이터베이스를 구성하기 위하여 기상청, 농어촌공사, 수자원공사 등의 관계기관이 관리하는 자료를 수집하였다. 수립한 가뭄취약성 평가방안을 2016년 3월부터 2019년 9월까지 우리나라 시군구 행정구역 단위, 총 167개 지역이며 순위법, 비율법, fuzzy 등 가중치 선정방법에 따라 결과에 약간의 차이가 나타난다. 가뭄예보결과와 취약성 평가결과를 비교해 보면 충청남도 홍성군이 동기간 동안 가뭄예경보 발령 횟수가 가장 많았으며, 충청남도 보령시와 서산시도 매우 높은 빈도로 확인되었다. 평가 결과, 충청북도, 경상남도, 전라남도에 가뭄 취약지역이 다수 도출 되어 이들 지역에 대한 가뭄 대응 방안 수립이 필요한 것으로 분석되었다.

가뭄은 강수, 증발산, 대기온도, 토양수분 등 다양한 수문기상학적 인자들이 복합적으로 작용하여 발생되기 때문에 가뭄의 정확한 사상을 분석하는 것은 매우 어렵다. 또한 어떤 요인을 중심으로 고려하느냐에 따라 가뭄은 다양한 시각으로 정의되고 있다. 일정기간 평균 강수량보다 적은 강수로 인해 건조한 날이 지속되는 것, 즉 기상요소를 중심으로 가뭄을 정의하는 것을 기상학적 가뭄이라 하며, 작물의 생육에 필요한 수분을 중심으로 고려하는 것을 농업적 가뭄이라 한다. 또한 하천유량, 댐 저수량 등 전반적인 수자원 공급원의 부족을 수문학적 가뭄이라 한다. 이와 같이 다양하게 나타는 가뭄의 발생특성을 정량적으로 해석하기 위해 다양한 가뭄지수가 개발되어 왔다. 그러나 현재까지 개발된 가뭄지수들은 공통적으로 정형데이터를 활용하여 산정한다. 하지만 최근에는 비정형데이터를 활용하여 지수(Index)를 산정하거나, 재난관리에 적용하는 등 비정형 데이터의 활용이 급증하고 있다. 따라서 본 연구에서는 비정형 데이터(뉴스 데이터)를 활용하여 가뭄지수를 산정하고 기존의 가뭄지수들과의 상관성 분석을 실시 한 뒤, 지수결합을 통해 가뭄사상 분석의 새로운 방안을 제시하고자 하였다. 본 연구의 공간적범위는 2014~2015 충남서북부가뭄 지역 중 가장 큰 피해를 입었던 보령지역으로 선정하였으며 시간적범위는 2013~2016년으로 설정하였다. 비정형 데이터의 구축은 크롤링(Crawling)을 활용하여 네이버 뉴스의 기사를 수집하였으며 자료의 신뢰성을 위해 URL이 동일한 중복기사 및 '보령', '가뭄' 단어가 없는 기사는 제거하였다. 구축된 데이터를 기반으로 월별 빈도를 산출하고 표준점수(Z-score)로 환산하여 가뭄지수를 산정하였다. 산정된 가뭄지수가 어떤 가뭄의 유형(기상학적, 농업적, 수문학적)을 보이는지 확인하기 위해 기존의 가뭄지수들과 상관성분석을 실시하였으며, 가장 높은 상관성을 보이는 가뭄지수와 결합을 통해 새로운 가뭄 사상을 분석하였다. 본 연구에서 진행한 가뭄사상 분석은 향후 가뭄만이 아니라 다양한 재난분야에서 비정형 데이터를 활용한 분석의 기초로자료로 활용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 LIP에 의한 극한강우로부터 발생되는 극한홍수량을 산정한다. Huff 형 강우시간 분포를 기후변화 시나리오별로 적용하고, 원전주변지역에서의 상세한 토지이용조건의 변화를 고려하여 빈도별 홍수량을 산정한다. 외부침수해석의 정교화를 위한 상세 지형자료를 구축하고, 원자력발전소 부지의 상세 DEM 자료를 생성한다. 이를 위해서 원자력발전소 부지에서 건물, 연석, 도로 등의 영향을 분석하고 토지이용상황에 따른 조도계수를 산정한다. 또한 원전지역에서의 외부침수재해도 분석을 위해서 국립해양조사원에서 검토한 기후변화를 고려한 조위분석 자료를 외부경계조건으로 설정한 후 부지에 대한 2차원 수리분석을 실시한다. 침수심, 침수유속, 침수시간, 침수동압력 분석 등 2차원 침수해석결과를 바탕으로 발생빈도별 침수심, 침수강도 등의 정량적인 분석을 통해서 빈도별 재해도 곡선을 개발한다. 그리고 원전지역에서의 외부 침수에 대한 대표적인 재해도 곡선을 산정하기 위하여 재현기간별 지속시간에 따른 침수심을 분석하고 정리한다. 재현기간별 침수심에 대해 확률 분포형을 적용하기 위해서 AIC검증을 통한 분포형의 적합성을 분석을 실시한다. 또한 재현기간별 지속시간에 따른 침수심들 간의 상관관계를 분석하여 분포형에 적용한다. 적용된 분포형을 몬테칼로 시뮬레이션을 통한 대표적인 확률론적 외부 침수 재해도 곡선을 산정한다. 본 연구를 바탕으로 원전 부지 및 그 부속 시설물(SSC)의 홍수방지 기능과 홍수 대비 시설물에 대한 적용 절차의 신뢰성, 홍수 저감 및 대응 전략에 대한 정량화가 가능하여 원전 홍수 위험에 대한 정량적인 평가 지원이 가능하겠다. 고려할 외부 홍수와 관련된 원전 내부시설 및 장비에 대한 상세한 모델링 절차, 특정 시나리오에 대한 홍수 방지 및 예방과 관련한 SSC의 정량화, 홍수저감 활동과 관련된 통제실 외부 시설물에 대한 수동 조작에 대한 평가가 이루어질 수 있겠다.

매년 국지성호우 및 태풍으로 인해 하천 범람이나 저지대침수가 발생하고 있으며 이는 인명 피해 사례로 이어지기도 한다. 피해 발생을 최소화시키기 위해 강우와 유량과 같은 정형데이터로 홍수예보가 이뤄지고 있으나 기존의 정형데이터만 사용하다보니 도심지역이나 소규모 하천에서 인명 피해 예측에 어려움이 있다. 이를 보완하기 위해서는 인구의 유동성을 고려한 비정형데이터를 활용해야 한다. 최근 소셜 네트워크 서비스(SNS)의 사용자가 증가됨에 따라 텍스트나 사진과 같은 다양한 비정형데이터가 생성되고 있다. 이렇게 생성된 데이터는 다양한 분야에서 활용되고 있으며 특히 지진이나 홍수와 같은 재난 발생 시 유용한 데이터로 활용된 사례가 증가하고 있다. 이는 사람들이 GIS와 같은 위치정보나 시간 등을 포함한 다양한 정보를 포함하기 때문이다. 하지만 이렇게 생산된 비정형데이터를 기존 물리적 기반의 수문모형의 데이터로 활용하기에는 많은 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 SNS 채널을 통해 생성된 비정형 데이터들을 인공신경망모형에 적용하여 하천수위를 예측하였다.

최근 이상기후의 영향으로 게릴라성 호우 및 태풍과 같은 자연재해의 발생 요인이 증가하고 있다. 특히 여름철 집중호우는 농경지의 범람, 도심지역 저지대의 침수피해 유발, 하천 주변 저지대 및 수공구조물의 안전을 위협하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 HEC-RAS 5.0.3을 활용하여 금강 유역의 2차원 침수 모의를 수행하고, 그 적용성을 평가하고자 한다. 대상지역은 금강 수계 하천기본계획 보고서의 하천 횡단면도와 평면도를 활용하여 모형을 구축하였으며, 강우자료는 인근 기상관측소의 관측자료를 수집하였다. HEC-HMS를 이용하여 강우에 의한 유출량을 산정하였으며, 산정된 유출량을 HEC-RAS에 입력하여 수위를 계산하고 2차원 모의기능을 이용하여 침수해석을 수행하였다. HEC-RAS의 2차원 침수 모의 기능은 기존 1차원 하천 수위 모의와의 연계하여 하천기본계획 수립을 위한 침수 해석 등에 널리 활용될 수 있을 것이라 판단되고, 본 연구의 결과는 침수 모의 적용성 분석의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

자연재해 중 홍수의 경우 단기간에 발생하며, 큰 인명 및 금전적 피해를 가져오는 재해이다. 1970년~2017년 국내 홍수 피해 분석결과 사상자(총 8,152명)는 점차 줄어드는 추세를 보이지만, 반대로 피해액(총 17조5,000억원)은 증가하는 것으로 나타났다(wamis, 국가수자원관리종합정보시스템). 이러한 국내 홍수 피해를 최소화하기 위해서는 각 유역 또는 지역별 특성을 고려한 홍수 취약성 평가가 필요하다. 홍수 취약성은 대상 지역의 기상, 지형, 인문학적 상황에 따라 상이하게 나타나며, 홍수 취약성을 평가하는 인자의 선정 또한 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 홍수 피해 자료와 홍수 인자간의 인과관계를 분석하여 홍수 취약성 지표 선정 및 취약성 평가를 실시하였다. 홍수 취약성 평가를 위해 홍수 피해 자료와 대상 인자간의 상관성 분석을 통해 상관계수 값이 상대적으로 높게 나온 인자를 선정하였다. 대상 인자는 크게 기상학적 인자, 지형학적 인자, 사회·인문학적 인자로 구분하였다 선정된 인자 간 서로 높은 상관성을 보일 시 공선성이 존재함을 의미하며, 이러한 공선성을 방지하기 위해 VIF (Variance Inflation Factor, 분산팽창계수)를 통한 공선성 검토를 적용하였다. 또한 각 인자 간 에는 서로 다른 단위 및 범위를 가진다. 이러한 경우 특정 인자들의 증감을 취약성 평가에 반영하기에 어려움이 있으며, 유역별 평가 시 신뢰성이 낮아진다. 따라서 Re-scaling 방법을 통해 각 인자의 단위 및 범위를 표준화 후 동일가중치 법을 적용하였다. 본 연구에서는 전체 유역 중 홍수피해가 가장 크게 발생하는 낙동강 태화강 유역을 연구 대상 지역으로 선정하였다. 태화강은 도심지의 중심부를 흐르는 하천이며, 산지의 고도가 높은 지형적 특성을 가지고 있어 홍수에 대한 취약성이 높은 것으로 나타났다(wamis, 국가수자원관리종합정보시스템). 태화강 유역 홍수 취약성 평가결과 유역별 기상, 지형, 인문학적 특성에 따라 홍수 취약성이 높게 나타나는 결과를 보였다. 이와 같은 결과는 유역 내 도심지 비율, 인구밀도, 토지피복 특성에 의한 것으로 주로 지형학적 인자로 인해 취약성이 높게 나타났다. 본 연구에서 활용한 홍수 취약성 평가 방법은 향후 홍수피해 대책 수립에 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구의 목적은 2006년 6월 ~ 10월에 발생한 메콩강 하류 지역의 홍수를 모의하는 것이다. 강우자료는 위성강우 자료인 미국 NOAA의 CMORPH를 적용하였으며, 홍수유출 해석은 GRM 모델을 적용하였다. Tonlesap 호수를 포함하는 메콩강 하류 지역의 침수분석은 G2D 모델을 적용하였다. 위성강우 자료는 NOAA의 3시간 간격의 CMORPH 위성강우자료를 일일강우량 자료로 변환하고, 일본의 Research Institute for Humanity and Nature (RIHN)과 Meteorological Research Institute of the Japan Meteorological Agency (MRI/JMA)의 APHRODITE 프로젝트에 의해 구축된 APHRODITE 강우량 자료를 이용하여 보정한 후 홍수모의에 적용하였다. DEM 자료는 HydroSHED 15s자료를 이용하였고, 토양도는 UN FAO의 HWSD, 그리고 토양도는 Global map landcover ver3.0을 이용하였다. GRM 모델과 G2D 모델은 Github(https://github.com/floodmodel)에 공개되어 있으며, 이를 이용하였다. 유출 모델은 메콩강 전체 유역을 대상으로 2682.815m의 공간해상도로 구축하였다. 보정한 강우를 이용하여 유출모의 한 결과 첨두유량은 23,796.8 ㎥/sec로 계산되었다. Kratie 지점의 유출량과 Tonlesap 호수로 집수되는 유량을 상류단 경계조건으로 이용하여 약 150일 동안의 침수모의를 하였다. 450 m 공간해상도로 침수모의 도매인을 구축하였으며, 조도계수는 0.045를 사용하였고, 하류단은 자유수면 유출조건을 적용하였다. 침수분석 결과 메콩강 본류를 흐르는 유량이 Tonlesap 호수로 유입되어 호수의 수위가 상승하였다. Tonlesap 호수의 최대침수심은 약 11 m를 나타내었으며, 호수로 유입된 유량은 모의기간 중에 호수에 저류되어 있었다. 메콩강 본류의 Kratie 지점으로 유입되는 유량이 첨두값을 지난 후에도 모의 기간이 길어질수록 메콩강 하류 델타지역과 그 주변의 평지로 침수범위가 확대 되었다. 모의 종료시에는 메콩강 하류가 광범위하게 침수되면서 최대 침수면적을 나타내었다. 본 연구에서 메콩강을 범람한 홍수는 메콩강 하류의 서쪽 해안으로 먼저 유출이 되었다. 이는 침수모의에 적용된 DEM 자료가 북동쪽에서 서남쪽 방향으로 빗살무늬 형태의 고도분포를 가지기 때문인 것으로 판단되며, 대상 지역의 DEM 정확성 평가와 함께 추가적인 연구가 필요하다.

최근 기후변화로 인해 가뭄의 규모 및 발생 빈도가 증가하고 있으며, 1994-1995년, 2000-2001년 전국적으로 발생했던 가뭄 상황과 달리 2010년 이후의 가뭄은 지역별로 편중되어 내리는 강수때문에 국소적으로 발생하고 있다. 특히, 2011년부터 2018년까지 연속적으로 국지적인 가뭄이 발생하였고, 2017년에는 경기, 충남, 전남지역을 중심으로 극심한 가뭄이 발생하였다. 우리나라의 경우 강수부족으로 기상, 수문학적 가뭄이 발생한다고 하더라도 농업용 수리시설물에 의한 농업용수 공급이 가능하고, 양수장, 관정 등 농업용수 공급의 형태가 다양하기 때문에 실제로 농업현장에서 체감하는 농업가뭄피해는 시공간적으로 상이하다. 따라서, 강수 부족으로 인한 가뭄사상의 발생에 따른 수문기상학적 특성 및 시공간적인 분포 특성과 농업가뭄피해의 발생 현황, 농업용 저수지의 저수율 변화 및 농업용수 이용과의 관계는 향후 농업가뭄의 지역별 가뭄대책 수립에 중요한 기초자료로 활용할 수 있다. 본 연구에서는 농업가뭄에 대하여 정량적인 가뭄피해를 분석하기 위하여 지역별 가뭄발생면적 및 쌀 생산량과 가뭄사상의 수문기상학적 특성간의 상관성을 분석하고자 한다. 최근 40년간 강수량, 표준강수지수 (Standard Precipitation Index, SPI), 표준강수증발산지수(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI) 등의 가뭄지표인자와 쌀 생산량, 농업용 저수지 저수율 자료 등 관련 인자들을 수집하여, 농업가뭄발생 및 피해면적과의 정량적인 상관관계를 분석하고자 한다.

최근 기후변화 등의 영향으로 2019년 우리나라에 영향을 준 가을 태풍은 링링, 타파, 미탁 등 3개로 근대 기상관측이 시작된 이래 가장 많은 가을 태풍이 한반도에 상륙했다. 특히, 경주시는 태풍 미탁으로 인해 97억원의 재산피해와 수해복구에 225억원이 소요될 것으로 예상되어 특별재난지역으로 선포되었다. 이러한 홍수로 인한 피해를 줄이기 위해 환경부에서는 한강, 낙동강, 금강, 영산강 홍수통제소를 설립하여 강우 및 수위관측소를 이용한 홍수에 대한 지속적인 모니터링과 홍수특보 발령 등을 수행하고 있다. 본 연구에서는 하천 홍수에 의한 침수피해를 방지하고자 수리학적 홍수예측 모형을 구축하고 이를 홍수예보에 활용할 수 있도록 하였다. 대상지역인 경주시 형산강 유역에는 현재 14개의 강우관측소와 9개의 수위관측소가 운영되고 있으며, 홍수특보 대상 지점으로 경주시(강동대교)와 포항시(형산교) 2개 지점이 있다. 형산강 유역은 현재 수문학적 홍수예측 모형을 운영하고 있으나 수위관측소 기준으로만 예측이 가능하여 정확한 예보를 위해서는 수리학적 홍수예측 모형을 구축이 필요하다. 수리학적 홍수예측 모형의 구축을 위해서는 현 상황의 하천단면, 횡단구조물 및 변화된 유역환경을 반영할 수 있는 모형의 구축이 필요하기 때문에 2013년에 수립된 형산강 하천기본계획을 참고하였으며, 모형은 홍수통제소에서 운영중인 1차원 수리해석 모형인 FLDWAV를 이용하였다. 또한, 2019년 태풍 미탁 사상을 대상으로 검보정을 실시하기 위해 상류단 경계조건으로는 경주시(서천교) 수위관측소의 유량, 하류단 경계조건으로는 포항항 조위관측소의 조위를 이용하였고 7개의 유역 유출량을 측방유입으로 구성하였다. 본 연구에서 구축된 수리학적 홍수예측 모형을 통해 기존 형산강 유역에 대한 홍수 예보 업무를 보완하여 효과적인 방재대책 마련이 가능할 것이다.

최근 빈번히 발생하고 있는 슈퍼 태풍과 집중호우로 인해 크고 작은 침수피해가 발생하고 있다. 우리나라는 4대강 사업을 통해 주요 국가하천에 대한 정비를 마친 바 있으나 이후 지속적으로 변화하는 하천 환경에 대한 홍수예측 모형의 반영은 미비한 실정이었다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류 및 지류의 최신 단면자료를 수집하여 수리학적 홍수예측모형에 반영하고자 하였다. 또한, 기존의 모형에 비해 정확도를 개선할 수 있는 방안을 모색하여 적용성을 검증하고 이를 반영한 수리학적 홍수예측 모형을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 낙동강 본류 및 주요 지류에 대한 최신 횡단면 측량자료를 활용하여 1차원 수리학적 홍수예측 모형을 구축하고 2012년 태풍 산바 사상에 대한 검보정을 실시하였다. 대상구간은 안동조정지댐으로부터 낙동강 하구둑 하류 8km지점이며, 상류단 경계조건은 안동조정지댐 방류량을 입력하고 하류단 경계조건은 가덕도 조위관측소의 조위를 활용하였다. 또한, 반변천, 내성천, 위천, 감천, 금호강, 황강, 남강 등 7개 지류에 대한 하도를 하도추적이 가능한 네트워크 모형으로 구축함으로써 지류에 대한 홍수예보에 활용할 수 있도록 하였다. 낙동강 본류의 하도 길이는 340km, 824개의 단면으로 구성하였으며, 지류를 포함한 전체 하도 길이는 572km, 1,570개의 단면으로 구성하였다. 또한, 낙동강 본류에 위치한 8개의 다기능보와 지류에 위치한 횡단구조물의 반영을 위해 다기능보의 제원 및 하천기본계획을 참고하여 내부경계조건으로 활용하였다. 본 연구에서 구축된 낙동강 본류 및 지류의 수리학적 홍수예측 모형을 낙동강 유역에 대한 홍수주의보 및 홍수경보 등 홍수특보 발령 업무에 활용함으로써 정확한 홍수예보가 가능하도록 하였다.

연안 지역의 침수 모의에 관한 국내 연구들은 간단한 월파량 공식 및 조위와 강우만을 결합하여 모의하였거나, 강우 없이 조위와 월파만을 고려하여 모의한 경우가 대부분이었다. 그렇지만 연안 지역의 침수는 강우와 (조위 포함) 월파가 시간에 따라 변하면서 발생하므로, 두 외력조건을 고려하는 침수 모의가 필요하다. 이에 본 연구에서는 연안지역의 침수 분석 시 강우-유출 분석과 2차원 지표면 침수 해석이 가능한 XP-SWMM을 이용하여 강우와 월파의 시간 변화를 고려한 침수 모의 방법론을 제시하고자 한다. 우선 FLOW-3D 모형을 사용하여 연안 지역의 흐름 분석과 월파량 시계열을 산정하였고, XP-SWMM에 산정된 월파량 시계열을 입력하기 위해 해안가 지역에 절점을 생성하였다. 절점의 위치는 FLOW-3D 모형에서 월파량 시계열을 산정한 격자의 중심 위치이다. 월파량 시계열 산정 시 FLOW-3D 모형의 격자를 XP-SWMM에서 모두 고려하기에는 많은 시간이 소요되므로 3개의 격자를 묶어 하나의 절점으로 구현하였고, 3개의 격자에서 산정된 월파량 시계열의 합을 해당 절점에 반영하여 XP-SWMM으로 침수 모의를 진행하였다. 제시된 방법의 적절성을 검토하기 위해 강우와 월파가 동시에 발생한 태풍 차바 내습 시 부산에 위치한 마린시티에 적용하였다. 분석 결과, 한국국토정보공사에서 제공하는 침수흔적도와 모의 결과가 유사함을 확인하였다. 본 연구는 연안 지역의 침수 해석 시 XP-SWMM으로 강우와 함께 월파를 고려한 침수 모의 방법을 제시한 연구 사례로서 의의가 있다. 이는 XP-SWMM의 범용성과 호환성을 높이는 방법론이며, 실제 침수 현상과 가깝게 재현할 수 있다고 판단된다.

기후변화는 여러 수자원 문제를 야기하며, 특히 가뭄으로 인해 농업용 저수지의 물관리는 점점 중요해지고 있다. 여러 둑높이기 농업용 저수지 중 나주호는 수혜면적에 비해 유역면적이 작아 저수율관리에 어려움을 겪고 있다. 실제로 2017년과 2018년 가뭄이 발생함에 따라 저수율이 20 %까지 저하되었으며, 수혜구역내 간이 양수장, 양수 저류 등 가뭄대책이 시행되었다. 그럼에도 불구하고 나주호의 저수율이 회복되지 않아 단수를 실시하는 등 물관리에 어려움을 겪었다. 이 연구에서는 저수지인 나주호를 대상으로 기상자료, 나주호의 저수율, 공급량 자료를 바탕으로 CAT 모형을 적용 가뭄년도의 유입량 변화를 추정하였다. 검보정의 경우 CAT 3.0 버전에 포함된 SCE-UA 최적화기법을 이용하였다. 그 결과, 2008년부터 2019년까지의 평균 연간 유입량은 6,549 만㎥으로 분석되었으며, 평균 연간 유출율은 48 %로 조사되었다. 하지만, 가뭄이 발생하였던 2017년도의 경우 평균 연간 유입량이 2,070 만㎥, 유출율은 27 %로 조사되었다.

가뭄을 전망하는 방법으로는 통계적 방법과 물리적 방법으로 구분할 수 있다. 통계적 방법은 과거의 기상 및 수문현상이 미래에도 재현될 수 있다는 전제하에 미래 가뭄상황을 전망하는 방법이다. 그러나 이 방법은 예측된 결과들이 모두 과거의 경향에 국한됨에 따라 최근에 급변하는 수문기상의 특성을 고려하는데 한계가 있다(Trenberth, 1994). 물리적 방법은 주어진 초기 수문기상조건으로부터 역학적 알고리즘이 탑재된 기상 및 수문모형의 연계모의를 통하여 미래 가뭄을 전망하는 방법으로 모형에 따른 불확실성이 발생할 수 있으나 최근 수문순환의 변화를 예측가능하다는 장점이 있어 활용도가 높다. 본 연구에서는 기상예보자료와 지표수문모형을 연계한 물리적 기반의 수문학적 가뭄전망정보를 산정하고, 활용성을 평가하였다. 기상예보자료는 기상청 현업예보 모델인 GloSea5로부터 생산된 자료를 이용하였으며, 수문학적 가뭄전망을 위해 MSWSI (Modified Surface Water Supply Index)를 활용하였다. 수문학적 가뭄전망정보는 현재의 수문조건이 지속된다는 가정하에 예보선행시간 3개월까지 산정하였다. 2015~16년 기간에 중권역별 가뭄전망정보를 산정하였으며, 전망정보의 예측성은 통계분석을 이용하여 정량적으로 평가하였다. 금회 제시한 연구방법은 현재의 수문조건이 지속될 시 기상예보에 따른 중권역별 수문학적 가뭄을 예측할 수 있다는 점에서 활용성이 높을 것으로 판단된다.

대도시 상류부에 위치한 댐의 과도한 방류 또는 급작스러운 붕괴는 대규모의 인명 또는 재산피해를 야기할 수 있으며, 다양한 댐 유입량 조건에 따른 침수양상을 파악하는 것은 수재해 대응능력 향상에 필수적이다. 그러나 다양한 과다한 댐 방류 또는 붕괴유량에 따른 침수 범위는 도시의 내수침수와 달리 매우 넓은 지형조건을 고려하며 침수 범위가 광범위하게 나타날 수 있다. 이는 다양한 댐 유입량 조건에 따른 침수 지도를 생성 및 파악하는데 어려움을 가중시키며, 특히 댐 운영에 따른 침수양상을 실시간으로 파악하는데 어려움을 가중시킨다. 본 연구에서는 저빈도부터 PMF(Probable Maximum Flood) 조건까지의 다양한 댐 유입량자료를 바탕으로, 1차원 하천홍수해석을 실시하였다. 연구 대상으로 팔당댐에 대한 댐 해석을 실시하였으며, 팔당댐 하류에 위치한 서울시에 대한 영향을 분석하였다. 1차원 해석 결과로 산정되는 각하도 단면 별 홍수위자료와 GIS을 연계하여 다양한 발생빈도를 나타내는 유입량에 대한 침수지도를 생성하였으며, 기존에 제시된 발생빈도에 따른 침수지도 외에 임의 빈도의 침수지도를 실시간으로 생성할 수 있는 랜덤포레스트 회귀 모형을 구축하였다. 위의 과정들을 통해 다양한 유입량 조건에 따른 연구대상 지역에서의 침수예상도를 분석할 수 있었으며, 서울시 전반적으로 나타날 수 있는 침수심의 공간적 분포를 파악할 수 있었다. 주어진 침수 지도를 이용하여 서울시에 대한 인구 및 건축물의 경제적 가치 자료를 이용하여 추가적인 홍수 위험도 분석이 가능할 것으로 보이며, 임의 빈도에 대하여 실시간으로 침수를 예측할 수 있는 랜덤포레스트와 연계할 수 있다. 제시된 방법론은 댐의 과다한 방류량과 붕괴 현상을 재현하며, 도시의 수재해 대응능력 향상을 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 보인다.

본 연구에서는 시스템다이내믹스(System Dynamics, SD) 방법론에 입각하여 국내의 신기술인증제도(New Technology Certification System, NTCS)의 운영에 내재된 요소들 간의 상호관계를 신기술 개발투자, 신기술의 사업화 및 신기술에 의한 매출과 연관하여 피드백루프 메카니즘을 내포하고 있는 인과지도로 규명하였다. 이렇게 개념화된 인과지도는 국내의 여러 신기술인증제도 중 환경부에서 운영중인 '환경신기술인증 및 기술검증제도(New Excellent Technology and Environmental Technology Verification, NET & ETV)'에 적용되었으며 NET & ETV의 운영 성과를 신기술에 의한 매출액(수주금액)의 관점에서 분석 및 예측할 수 있는 SD 컴퓨터 시뮬레이션 모델이 개발되었다. 개발된 SD 모형은 NET & ETV 운영의 주요 지표에 관한 기존 통계자료를 적절히 모사하였으며 모형의 검증과정에서 시행착오를 통하여 산정된 값들은 NET & ETV의 일반적인 과거 상태를 합리적인 범위 내에서 적절하게 나타내고 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 개발된 SD모형을 이용하여 기본시나리오에 대한 NET & ETV의 미래 운영 상태를 예측하였으며, 환경신기술의 적용 현장 당 수주금액에 대한 시간 추세선식의 민감도를 발견하였다.

현재 정부는 지하수 기초자료의 구축을 위해 '지하수 기초조사', '지하수 이용실태조사' 및 '지하수시설 전수조사'를 실시하고 있다. 지하수 기초조사는 「지하수법」 제5조(지하수의 조사)에 근거하여 실시되는데, 1990년 시범사업을 시작으로 30여 년 가까이 사업을 추진하고 있으나, 예산 및 인력 부족 등의 이유로 전국 전체에 대하여 조사를 완료하지 못하고 있는 실정이다. 지하수 기초조사 및 보완조사의 체계적인 시행을 위해 지하수관리기본계획에 지하수 기초조사 및 보완조사의 추진경과와 향후 계획을 비롯한 지하수 조사에 관한 사항을 포함하는 방안이 필요해 보인다. 지하수 이용실태조사는 「지하수법」 제17조(지하수의 관측 및 조사 등)제6항에 근거하여 시장·군수·구청장이 관할구역별로 조사·제출한 자료를 기반으로 작성되는데, 조사 결과에 대한 신뢰성 확보에 어려움을 겪고 있다. 각 지자체에서는 전문인력 및 예산 부족 등의 이유로 관련 규정에 따라 이용량을 산정하기보다는, 지하수 시설의 취수계획량을 이용량으로 대체하는 경우가 많기 때문이다. 지하수 이용실태조사 결과의 신뢰도를 높이기 위해서는 지자체 지하수 업무 담당자에 대한 교육 및 자료의 보완·개선 절차가 필요하다. 지하수시설 전수조사는 관정, 집수정, 지하댐 등 현재 사용 중인 시설과 더불어 사용하지 않거나 방치된 시설, 허가·신고하지 않고 사용하는 불법시설 등 지하수 관련 모든 시설을 조사한다. 과거 2009년부터 2014년까지 6년에 걸쳐 지하수시설 전수조사를 실시한 바 있으나, 아직까지 법적 근거가 마련되지 않은 상태이다. 불용공(不用孔)의 처리 및 불법시설 양성화 등을 위해 지하수시설 전수조사는 법적 근거와 조사의 방법, 대상 및 시행 절차 등에 관한 세부규정을 마련할 필요가 있다.

최근 전 세계적으로 기후변화로 인한 자연재해가 빈번하게 발생하고 있으며, 우리나라 역시 해마다 가뭄과 홍수 등의 피해가 큰 실정이다. 특히 가뭄으로 인한 피해는 농업분야와 직결되어 있으며, 미래식량과 물안보에 영향을 미친다. 최근에는 국내 물관리일원화 정책에 따른 통합물관리 시행으로 수요관리에 의한 물이용 효율성이 물관리 기본원칙으로 포함되어 있어, 농업용수 분야의 물절약 필요성과 중요성은 더욱 증대되고 있는 실정이다. 농업농촌부문 가뭄대응 종합대책의 일환으로 2016년부터 농업용수 이용자 측면에서 물절약 실천을 유도하기 위한 물절약 교육 모델의 개발과 농업인 대상 시범교육이 실시되고 있으나 일부 지역에만 단발성 사업으로 제한적으로 추진되고 있는 실정이다. 따라서 물절약 교육 및 홍보사업을 보다 체계적이고 광법위하게 적용하여 농업 현장에서의 가시적인 물절약 성과를 도출하기 위한 노력이 요구된다. 이에 대한 일환으로 본 연구에서는 물절약 교육 콘텐트 개발 및 현장 교육에 반영하기 위하여 농업인 대상 물절약 의식과 행동실천 여부에 대해 조사를 실시해 보았다. 포항 및 영덕지역의 한국농어촌공사 관할지구 내 농업용수 이용자 중 수리시설감시원(이하 '수감원') 100여명을 대상으로 설문조사로 파악해 보았다. 설문에 참여한 수감원들은 대부분 65세 이상의 고령으로 농업에 오랜 기간 종사한 경험의 소유자로서 소규모 농업경영이 주를 이루었다. 대부분 농사기간동안 물부족 경험이 있었으며, 모내기 및 벼생육기 강우조건에 따라 물부족을 경험한 것으로 파악되었다. 이로 인해 설문 참여자들의 물절약 필요성에 대해서는 높은 공감대를 나타내었으며, 특히 농업인 대상 물절약 교육의 필요성에 대해서 매우 높은 공감대를 나타내었다. 농업인의 물과다 사용 및 물꼬관리 부실 등 필지단위 물관리 부실에 대해서도 상당히 인정하는 편이었으며, 이러한 농업인의 관행적인 물관리 행태에 대해서 변화를 유도할 수 있는 수리계조직 부활을 통한 농업인 물관리 직접 참여 등의 대안이 필요하다는 의견에 대해서도 긍정적이었다. 또한 농업인 용수이용에 대한 비용 부담에 대해서도 다소 긍정적인 의견도 제시되었다. 본 연구 결과로 농업인의 적극적인 물관리 및 물절약 참여를 이끌어 낼 수 있는 실현가능한 관련 제도 마련의 필요성과 체계적이고 지속적인 물절약 교육 및 홍보 정책 추진의 필요성이 제기된다.

대청호는 1998년 조류경보제 도입 이후 1999년과 2014년을 제외하고 매년 조류 경보가 발령되었으며 2001년 조류 경보 '대발생'이 발령된 후 2017년 가장 높은 조류 발생 수치를 기록하였다. 상시 조류 발생 지역인 대청호 내 녹조를 제어하기 위해 비점오염원 발생원을 기준으로 우선관리지역을 선정하고, 각 지역의 특성을 반영한 관리대책을 제안하였다. 우선관리지역 선정을 위해 대청호 유역 내 오염총량 소유역을 기준으로 각 소유역의 농업 비점오염원의 발생부하량을 산정하고 유출을 고려한 가중치를 추가하였다. 본 연구에서는 농업 비점오염원을 크게 토지계 비점오염원과 축산계 비점오염원으로 분류하였으며, 토지계 농업비점오염원은 논, 밭, 과수원 지역으로 정의하였다. 발생부하량의 산정은 오염총량관리 기술지침(2019, 국립환경과학원)을 기준으로 하였으며, 토지계 발생부하량 산정을 위한 토지계 정보원으로 환경부에서 제작 및 배포하는 세분류 토지피복도를 축산계 발생부하량 산정을 위한 축산 두수는 2017년 기준 전국오염원조사 내 축산두수를 이용하였다. 토지계 비점오염원의 하천까지 유출을 반영하기 위해 각 소유역별 평균 경사도를 가중치로 이용하였으며, 축산계 비점오염원은 오염물질이 발생한 후 하천까지의 평균 유출 정도를 확인하여 가중치로 반영하였다. 실제 하천에 미치는 영향이 높은 지역에 대한 우선적인 관리를 위해 하천수 수질측정망에서 측정한 수질 데이터와의 비교를 통하여 최종 우선관리지역을 보청A03, 보청A05, 금본F14, 금본F22 소유역으로 선정하였다. 각 소유역에 대한 수질 관리목표를 확인하였으며, 지역의 특성을 분석하여 토지계 및 축산계 비점오염원에 대한 적절한 관리대책을 제안하였다. 본 연구에서 사용한 수질 측정망 데이터가 각 소유역보다 적게 분포하여 소유역에서 발생한 비점오염물질이 하천에 미치는 영향을 직접 파악하는데 한계가 있었다. 또한, 축산계의 경우 발생한 비점오염물질이 모두 하천으로 유입되지 않으며, 축산계 비점오염원의 배출경로를 파악하는데 어려움이 있다는 한계를 가진다. 본 연구의 한계를 바탕으로 농림축산식품부 및 축협 등에서 구축하는 사육두수의 데이터를 이용하는 방법론 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.

국외에서 잘 알려진 Hazus-MH, RiskScape와 같은 자연재난 리스크 모델은 위험지역 내 노출된 자산과 인구의 공간적 분포 및 그 특성을 설명하는 지형공간자료 형태의 자산정보(인벤토리)를 필요로 한다. 본 연구는 이러한 자연재난 리스크 모델 운용에 필요한 건물, 인구, 농업, 차량 인벤토리 데이터 구조를 국내에서 가용가능한 자료를 기반으로 설계하고, 이들을 연계, 변환하기 위한 툴을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 자동변환 툴은 오픈소스로 제공되는 QGIS를 기반으로 하였고, 개발 툴을 이용하여 2018년 말 기준의 인벤토리를 전국에 대해 구축하였다. 본 연구의 성과는 현재 시범운용 중인 행정안전부 풍수해 피해예측시스템을 비롯한 자연재난 리스크 모델링 과정에 활용될 것으로 기대된다.

우리나라는 매년 반복되는 가뭄으로 사회·경제적 피해가 발생하고 있다. 정부에서는 가뭄에 대응하기 위한 대응방안을 마련하고, 지방자치단체 및 유관기관을 중심으로 용수배분 등을 위한 가뭄 대비 훈련을 시행하고 있다. 그러나 가뭄 훈련을 준비하고, 계획하기 위한 가뭄 특성을 반영한 훈련 기준이 미비한 실정으로 가뭄 훈련을 위한 기준의 필요성이 요구되고 있다. 본 연구에서는 미국의 가뭄 훈련 현황을 조사·분석하여 시사점을 검토하고, 국내 가뭄 훈련을 위한 절차를 제시하였다. 미국은 가뭄 시나리오를 기반으로 가뭄 훈련을 할 수 있도록 제시하고 있다. 가뭄 피해 및 가뭄 대비를 위한 사항을 제시하고 있으며, 워크숍, 게임, 도상훈련, 기능 훈련 등의 훈련 종류를 제시하고 있다. 또한, 훈련을 시행하는 데 필요한 고려사항을 제시하고 있어, 체계적인 훈련 계획의 수립이 가능하도록 하고 있다. 미국의 사례를 검토한 결과 가뭄 훈련 계획 수립을 위한 기초지식부터, 훈련의 종류, 훈련시 고려사항, 훈련계획 수립 절차를 체계적으로 제시하고 있다. 그러나 우리나라는 모든 재난 유형에 대한 범용적인 훈련 지침을 제시하고 있어, 가뭄으로 인한 피해 대응의 특수성을 반영하지 못한 한계를 가지고 있다. 본 연구에는 미국 사례 분석 결과를 바탕으로 훈련 계획을 수립하기 위한 절차를 제시하였으며, 가뭄이라는 재난의 특수성을 반영하고, 훈련을 좀 더 내실있고, 체계적으로 추진하기 위한 가뭄 훈련 지침이 필요한 것을 확인 할 수 있었다.

최근 선제적인 가뭄대응을 위하여 관계부처가 상시 가뭄 관리체계를 지속하고, 범정부적 가뭄예방 대처를 위한 가뭄종합대책이 수립되었다. 가뭄종합대책에는 통합적 가뭄 위기대응체계를 마련해 단계별로 가뭄에 체계적으로 대응하고, 극한가뭄에 대비해 선제적 용수확보와 가뭄 전문가 지역 협의체 운영 등을 통해 대응 역량을 강화하는 계획이 포함되어있다. 또한 국가재난관리체계에 따라 지자체는 지역별 재난안전대책본부를 수립하고, 현장조치 행동메뉴얼에 따라 단계별 제한급수대책 수립, 재난대응 단계별 행동요령 (징후 감지, 초기 대응, 비상 대응) 등을 수행한다. 이처럼 가뭄은 발생 후 해갈까지 많은 시간과 지속적인 관리가 필요하며, 사회전반에 걸처 영향을 주는 대형복합재난으로 국가적 차원의 통합적 관리가 필요한 재난으로 국가가뭄대응체계 및 비상대처계획 (Emergency Action Plan, EAP) 수립이 필요하다. 미국은 1998년 국가가뭄정책법(National Drought Policy Act)을 제정해 가뭄관리에 대한 법제도적 기반을 마련하였으며, 2006년 국가통합가뭄정보시스템법 (National Integrated Drought Information System Act)을 제정해(Public Law 109-430) 현재의 국가통합가뭄정보시스템 (NIDIS)이 설립되었다. 이후 국가가뭄회복력파트너십 (National Drought Resilience Partnership, NDRP)을 발족하여 2016년 장기가뭄 회복력을 위한 국가재해대응정책을 수립하였다 (Federal Action Plan for Long-Term Drought Resilience). 미국의 경우 1982년 콜로라도 주, 사우스다코타 주, 뉴욕 주를 시작으로 2020년 현재 48개 주에서 연방정부단위의 가뭄대응계획을 수립하였다. 본 연구에서는 미국에서 실행되고 있는 가뭄 적응 대책 및 비상대처계획을 조사, 분석하고, 향후 메가 가뭄 발생시 국가단위의 가뭄 재난위기관리 매뉴얼, 정부 및 지자체의 가뭄 대응 체계 및 대응 방안을 보완할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

본 연구에서는 하도에 대한 하천환경성을 평가하기 위해 관련연구 및 환경관련사업 분석을 통해 환경기능을 대표할 수 있는 환경생태수심, 수면폭-하폭비, 횡단구조물, 수질 등 4가지 요소를 결정요소로 선정하였다. 각각의 결정요소에 대해서 관련지침, 연구, 설계기준 등을 토대로 평가 기준을 설정하였다. 이 중 수면폭-하폭비에 대한 정량적 기준이 명확하지 않아 자연하천과 도시하천을 대상으로 환경생태유량 적용을 통한 수리분석을 실시하였으며 분석 결과를 통해 평가 기준을 결정하였다. 자연하천으로는 자연성을 비교적 잘 유지하고 있는 평창강, 영강, 남강을 포함한 8개 하천, 도시하천은 안양천, 중랑천을 포함한 24개 하천을 대상으로 하였다. 분석결과 자연하천은 도시하천에 비해 수면폭-하폭비가 크고, 분포가 고른 것으로 나타났으며 도시하천은 수면폭-하폭비가 자연하천과 비교하여 작은 구간이 많으며 각종 하천사업으로 인해 분포가 고르게 분포하지 못하는 것으로 나타났다. 또한, 도시하천 중 복개구간을 포함하는 하천은 인위적인 하폭 및 수면폭 형성으로 인해 수면폭-하폭비가 큰 것으로 분석되었다. 분석결과를 종합하여 하도의 환경성 평가를 위한 수면폭-하폭비 기준은 0.33으로 결정하였으며 이를 특정하천에 활용할 경우, 측점별 수면폭-하폭비를 산정하고, 하천 전체 연장 대비 해당 값에 만족하는 구간연장을 점수화 하여 수면폭-하폭비 평가 결과로 활용하도록 하였다. 본 연구의 성과는 하천환경성을 정량적으로 평가함으로써 향후 하도계획 수립 시 하천환경성 증진을 위한 기반자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

수자원은 인간을 포함한 모든 생물이 생존을 위한 필수적 자원으로 확보 및 관리가 매우 중요하다. 우리나라의 유역조사 사업은 1960년대 경제개발계획의 하나로 시작되어 댐 개발사업 등과 같은 수자원 개발을 위한 사전조사의 관점으로 진행되었다. 이후 2000년부터는 지속 가능한 개발·보전 및 계획·조사체계 정비 등에 목적을 두고 단위유역별로 시행되었으며, 2007년 이후부터는 전국유역을 대상으로 매년 정기적으로 수행되고 있다. 하천유역조사 사업의 목적은 유역조사를 체계적이기 지속해서 수행함으로써 수자원장기종합계획 및 하천유역종합치수계획 등 수자원 정책의 수립에 필요한 일관성 있고 신뢰성 있는 기초정보를 제공이다. 한국수자원조사기술원은 '유역조사 지침'을 근거로 13개 항목에 대한 현장조사를 수행하고 있다. 한국수자원조사기술원은 하천유역조사 과업을 수자원 환경변화에 능동적으로 대처하고 물관리 분야의 지속 가능한 발전이 이루어질 수 있도록 진행할 것이다. 세부적으로 조사인력의 전문성을 극대화하고 최신식 조사장비 및 분석기법을 도입하여 유역조사 성과에 대한 주기적인 검토 및 고찰을 수행하여 유역조사 결과의 고도화를 진행할 것이다. 이와 같은 과업을 추진하여 수자원 관리 측면에서 직면하고 있는 현안에 대한 해결책을 모색하는데 기여하고자 한다.

「하천법」제3조는 국가는 하천에 대한 효율적인 보전·관리를 위하여 하천에 관한 종합적인 계획을 수립하고 합리적인 시책을 마련할 책무를 지게 하고 있다. 현재 전국에는 총 5,937개의 하천이 존재하며 국가와 국민의 일상생활에 큰 기여를 한다. 국가하천의 경우 하천의 크기 및 지리적 위치 등의 측면에서 볼 때 지방하천, 소하천보다 주요한 역할을 수행하며, 국토교통부의 예산에서도 큰 비중을 차지하고 있다. 국토교통부의 2020년 예산서를 살펴보았을 때 '국토 및 지역개발' 예산 1조 1666억9600만원 중 76.53%를 차지하는 8928억7300만원이 '국가하천정비지원', '국가하천정비'에 활용된다. 이처럼 국가하천의 정비를 위해 매년 많은 예산을 투자하고 있으며 여러 사업을 수행 중에 있으나 사업종료 후 사업에 관한 적절한 평가는 이뤄지지 않고 있다. 국토부에서는 「하천에 관한 사무처리규정」에 따라 매년 6월 국가하천 제방정비에 관한 평가를 수행 중에 있으나, 이는 제방에 관한 평가만을 수행하며 사업 자체에 관한 평가는 이뤄지지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 많은 예산과 관심이 집중되는 국가하천사업이 완료되고 난 후 사업에 관한 평가를 통해 각 사업별 비교·분석이 가능한 표준 평가기법을 개발하고자 하였다. 평가지표의 경우 사업이 진행되는 단계인 '기본계획수립 단계', '실시설계 단계', '시공 단계' 세 단계로 나누어 구성하였으며, 총점이 100점이 되도록 구성하였다. 평가기법의 경우 우선 국가하천사업을 중심으로 평가하도록 하였으나 추후 지방하천, 소하천사업에서도 활용될 수 있도록 개발하였다. 평가기법의 활용성을 검증하기 위하여 Test-bed 사업들을 대상으로 평가지표를 적용하였으며, 필요한 수정·보완사항을 도출하였다. 이러한 하천사업 사후 평가기술의 개발로 사업 간의 비교·분석이 가능해질것이며, 각 평가결과를 바탕으로 향후 하천사업의 계획, 설계 시 벤치마킹이 가능할 것으로 기대한다.

경제가 발전함에 따라 산업화 및 도시화로 인해 많은 지역에서 지속 가능한 수자원관리의 어려움을 겪고 있으며, 기후 및 환경 변화는 지표수의 증발을 증가시키고 강우 및 기타 수문학적 순환과정의 시기와 역학을 변화시킴으로써 물에 대한 스트레스를 높이는 등 다양한 문제가 발생하고 있다. 이러한 환경 변화로 인해 개인, 국가 등 전 세계가 여러 형태의 현실적 물 문제에 당면하고 있음에 따라 본 연구에서는 위와 같은 물 관련 문제를 평가할 수 있는 물 안보 평가 방법을 제시함으로써 국가차원의 수자원관리에서 발생하는 문제점에 대한 해결 방안을 모색하고자 하였다. 본 연구에서는 물 안보를 적절한 제도, 바람직한 거버넌스 등 물과 기타 요소 간의 연계성을 바탕으로 깨끗한 물과 적절한 위생 서비스를 사회구성원 모두에게 공평하게 제공하고, 인간 생명과 환경을 오염 및 물 관련 재해로부터 보호하며, 수생태계 보전과 회복을 달성하는 능력 등 4가지 분야로 정의하였다. 이러한 물 안보 상황을 평가하기 위해 1) 사회적 공평성(social equity), 2) 경제적 효율성(economic efficiency), 3) 환경 지속성(environmental sustainability), 4) 수재해 회복 탄력성(resilience to water-related disasters)과 같이 네 가지 핵심 분야로 구분하였으며, 4개 핵심분야의 특징을 반영한 14개 하위 지표를 선정하였다. 국가별 평가는 아시아 국가를 대상으로 진행하였으며, 본 연구가 제시한 물 안보의 정의와 평가 프레임워크를 기반으로 수자원 현황 및 문제점 등을 평가하고 향후 국가별 물 관리 정책의 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

농업용댐에서 다목적댐으로 재개발된 댐인 성덕댐의 이수기, 홍수기 확보수위 등 장래 실제운영이 예상되는 수위를 고려한 경관수위 개념을 도입하여 댐주변의 시설물을 친환경적으로 배치하고자 한다. 댐을 계획할 때는 저수지 모의운영에 의하여 적정 용수공급량과 홍수조절량을 고려한 계획홍수위와 상시만수위를 산정하게 된다. 홍수기말 상시만수위 운영 조건에서 과거의 유입량이 향후에도 그대로 재현된다고 가정하여 보장확률을 고려한 경관수위를 결정하였다. 성덕댐의 경우 37년에 1회 물부족이 발생한다고 가정하여 경관수위를 산정하였다.

하상 변화는 유량이나 유사의 흐름에 따라 침식, 운반, 퇴적되어 변화하며, 하상변동에 의한 결과는 하천의 형태 (직렬,복렬, 곡렬 등)나 서식처의 구조 (여울과 소, 웅덩이, 습지 등) 형성 로 나타난다. 하천이 공간적 시간적 규모가 연계되어 있음에도, 국내에서의 하천 복원 사업은 서식처의 구조나 형태에 중점을 둔 서식처 조성 사업이 주를 이룬다. 하지만 궁극적인 생태하천 복원 및 관리를 위해서는 생태적인 서식처의 구조가 제대로 발현되는 유량이나 유사량과 연계하여, 통합 유역관리가 가능하도록 진행하여야 한다. 본 연구에서는 수리 (유량이나 유사량)-지형(서식처 구조)-생태 (생물다양성)을 연계하여 하천의 환경유량을 산정하는 방안을 제안하고자 한다. Nays2D 수리모델링을 활용하여 하상변화를 살펴보고, 수리모델링 결과를 서식처 구조 분포로 해석하여, 서식처가 다양한 유량을 산정하고 제안한다. 수리모델링 이전에 하천건강성 평가에 활용된 하천 생물종 모니터링 결과와 서식처 다양성과의 관계를 우선 분석하고 수리모델링을 진행한다. 본 연구의 대상 하천은 금강 지류인 갑천 약 5 km를 대상으로 2010년대 생물상, 항공사진, 지형데이타 (DEM and 단면도)를 활용한다.

기후변화로 인한 강우사상의 변화, 수자원 환경의 변화로 인하여 최근 한반도에 발생한 가뭄시기에 기존의 지표수자원 위주의 수자원 개발은 용수 확보의 측면에서 한계점이 발생하였다. 지하수자원은 최근 지속가능하고 안정적인 수원으로서 역할이 중요해지고 있는 상황이다. 본 연구는 지하수자원의 정량적 평가를 위하여 지하수자원을 대표할 수 있는 인자로 지하수위를 선택하였고, 남원시의 9개 소유역을 대상으로 시공간의 변동을 고려한 월 단위 지하수위 관리 취약성 평가 방법을 개발하였다. 지하수위 취약 시기 평가에서 강수의 지하대수층에 대한 영향을 고려하고 강수 자료의 적용 방법에 따라 유효 우량을 적용하는 방법과 한계침투량 개념을 적용한 강수 자료를 이용하는 방법을 이용하였고 취약 시기 평가 결과를 비교하였다. 지하수위 취약 시기 평가 기준을 개발하고, 엔트로피 방법을 이용하여 가중치를 선정하였으며 다중의사결정 방법을 통해 소유역 별로 지하수자원 취약 시기를 평가하였다. 본 연구에서 개발된 방법은 시공간적인 지하수자원의 효율적 관리 대책 수립의 근거가 될 수 있을 것으로 기대된다.

Godunov형 모형을 이용한 홍수모델링에서는 일반적으로 구조적 사각격자나 비구조적 삼각격자가 주로 적용된다. 2차원 수치모형을 이용한 홍수모델링에서 연구유역의 정보가 격자의 노드나 중심에 입력되므로 적용격자의 유형과 생성방법에 따라 모형의 입력자료 오차에 영항을 줄 수 있다. 따라서, 연구유역이 지형 변동성이 심한 지역이거나 흐름형상이나 흐름변동이 심한 구간이라면, 고해상도 격자를 통해 모형의 입력자료 오차를 최소화할 할 수 있다. 본 연구에서는 2가지 유형에 대한 연구를 수행하였다, 첫 번째는 홍수해석을 위한 2차원 모형의 격자형상과 해상도에 따른 홍수위 및 홍수범람범위를 비교·분석하는 연구를 수행하였다. 연구유역은 2000년 10월 29일부터 11월 19일까지 홍수가 발생한 영국의 Severn 강 유역이다. 연구유역의 홍수 모델링을 위한 지형자료는 3m 해상도의 LiDAR(Light Detection And Ranging)를 이용하여 구축하였으며, 격자유형 및 해상도에 따른 2차원 홍수위 및 홍수범람범위를 비교·분석하기 위해서 홍수 발생기간 동안 촬영된 4개(2000년 8월 11, 14, 15, 17일)의 ASAR(Advanced Synthetic Aperture Radar) 영상자료를 활용하였다. 즉, ASAR 영상으로 촬용된 최대범람시기 및 홍수류의 배수기를 활용하여 최대범람범위뿐만 아니라 홍수가 증가하는 시기와 하류단 배수로 인해 홍수가 감소하는 시기를 모두 포함하는 홍수범람범위에 대한 격자유형별 2차원 홍수범람모형의 계산 결과에 대해 비교하였다. 두 번째는 아마존 강 중류유역의 2,500K㎡ 면적에 해당하는 대규모 유역에 대해 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) 지형자료를 이용하여 홍수기와 갈수기에 대해 2차원 모델링을 수행하고 그 결과를 위성자료와 비교하였다.

고전 천수방정식을 적용한 2차원 도시홍수 모델링에서는 지형의 정확한 반영을 위해 고해상도 격자가 요구되며 이는 많은 계산시간과 노력을 필요로 한다. 최근에는 다공성 천수방정식을 적용한 도시홍수해석으로 많은 계산 노력이 요구되는 도시홍수모델링의 한계를 극복한 연구가 많이 이루어지지고 있다. 이러한 연구는 도시 홍수에서 흐름이 공간적으로 변화할 때 불균일 공극이 존재하므로 격자의 크기를 다르게 하여 이러한 불균일성을 해결하고자 하는 등방성 천수모형의 적용에서 시작되었다. 하지만, 등방성 공극을 고려한 도시홍수 해석모형은 대표요소체적(REV)보다 더 큰 격자의 적용을 해야 하는 제한성을 가진다. 반면, 비등방성 공극은 대표요소체적의 적용이 필요하지 않아 불균일 공극의 크기에 관계없이 이론상으로는 동일한 해상도의 격자가 사용가능하긴 하지만, 실제 도시홍수 해석에서 중요하면서도 도전적인 연구이다. 본 연구에서는 도시홍수의 효율적 계산을 위해 비등방성 공극을 고려한 적분형 다공성 천수방정식을 기반으로 하는 2차원 도시홍수 해석모형을 개발하였다. 모형의 개발을 위해, 적용 격자내에서 도시지역의 건물이 차지하는 길이 및 면적을 산정하고 그 값을 2차원 천수방정식에 적용 가능하도록 체적공극(𝜙_j)와 면적공극(𝜓_k)을 2차원 고전 천수방정식에 추가하였다. 개발모형은 고전 천수방정식, 등방성 공극 고려(미분형 다공성) 천수방정식 및 비등방성 공극 고려(적분형 다공성) 천수방정식의 적용이 가능하여, 각 모형에 적합한 2차원 격자 생성, 각 모형의 매개변수를 보정 그리고 정확성, 효율성, 적용성이 비교 가능하다. 각 모형의 정확성과 효율성 비교를 위해 3가지의 오차 비교 (구조적 오차, 격자크기 오차, 공극 모형 오차), 계산시간 비교, 공간 변동성 검증을 위한 수심 종단형상 비교하였다.

국내 농업용수 수요량 산정에 있어서 논벼 수요량은 수정 Penman (Modified Penman: MP) 방법에 의한 증발산량을 기반으로 산정하고 있으나, 최근 국제식량농업기구 (Food and Agriculture Organization of the United Nations: FAO) 및 국내 농진청 등에서는 Penman-Monteith (PM) 방법에 의한 증발산량 산정방법을 채택하고 있다. 따라서 본 연구에서는 논벼 수요량 산정에 있어 우리나라 실제 현장여건에 적합한 논벼 증발산량 산정 방법을 제안하고자 기존에 적용하고 있는 MP 방법과 최근에 국내외적으로 제안되고 있는 PM 방법에 의한 논벼 수요량 산정 결과를 실질적으로 벼 생산에 공급된 저수지 공급량 자료와 비교 분석을 통해 현장 적용성을 평가해 보았다. 이를 위해 본 연구에서는 농진청에서 PM 증발산량 작물계수를 도출한 현장실험지구를 포함하는 호남지역을 대상으로 저수지 100 만톤 이상의 한국농어촌공사 관리지역 중 농업용수 공급량 자료가 신뢰성 있는 대표지구를 선정하였다. 농업용수 실제 공급량 자료를 기반으로 두 증발산량에 의한 논벼 수요량 산정 결과를 비교 분석한 결과, MP 방법에 의한 수요량이 PM 방법에 의한 수요량 보다 높게 나타났으며, 따라서 MP 방법에 의한 수요량이 PM 방법에 의한 수요량 보다 농업용수 공급량과의 차이가 작게 나타나는 경향을 보였다. 대체적으로 강우량이 적은 지역에서 농업용수 공급량 및 논벼 수요량이 높게 나타났으며, 이러한 결과는 공급량과 수요량간의 관계에도 영향을 미쳐 강우량이 많은 지역에서 강우량이 적은 지역에 비해 농업용수 공급일수가 감소함으로써 공급량과 수요량과의 차이가 적어지는 경향을 보였다. 본 연구 결과로 농업용수 공급량을 기준으로 논벼 수요량 산정에 있어 증발산량 산정방법은 안정적인 농업용수 공급계획과 수리시설 설계에서의 이수안전도 확보차원에서 MP 방법을 채택하는 것이 더 바람직 할 것으로 사료된다. 추가적으로 논벼 수요량 산정은 증발산량 산정방법 외에도 유효우량 산정방법, 수로손실, 재배관리손실 등의 다양한 관련 인자들의 영향을 받기 때문에 증발산량 산정방법과 더불어 이들 인자들에 대해서도 종합적인 평가를 실시하여 논벼 수요량 산정 결과의 신뢰성 확보가 요구된다.

우리나라의 계절 특성상 여름철 집중호우가 쏟아지는 현상이 빈번하게 발생하는데 이러한 돌발홍수가 예고 없이 일어나 상습적으로 침수 피해를 입는 지역이 증가하고 있다. 본 연구에서 2009년 ~ 2019년 동안 서울시 침수 피해 사건 중심의 인터넷 기사를 기반으로 실제 침수 사례를 조사해본 결과, 침수가 가장 많이 발생한 순으로 반포동(26건), 대치동(25건), 잠실동(21건)으로 집계되었다. 침수피해가 가장 많은 반포동을 연구지역으로 선정하고 그 중 잠수교의 수위를 예측하는 연구를 진행하였다. 기존 연구에서는 수치모형에 비해 신속한 결과를 도출할 수 있는 자료 기반 모형 중 LSTM 기법을 많이 사용하였다. 그러나 이는 선행 시간이 길어질수록 첨두수위에서 과소추정된 것으로 분석된 취약점이 존재하였다(정성호 외, 2018). 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 GANs(Generative Adversarial Networks)를 이용하였다. GANs는 생성자와 감별자가 나뉘어 생성자가 실제 자료인 첨두수위에서의 잠수교의 수위를 학습하고 실제와 근접한 가상데이터를 결과로 생성하여 감별자는 그 생성된 미래의 잠수교의 수위가 실제인지 가상인지 판별하도록 학습시키는 신경망 구조이다. 사용한 수문자료는 한강홍수통제소, 기상청, 국립해양조사원에서 제공하는 최근 15년간의 (2005년~2019년) 수위, 방류량, 강수량, 조위 자료를 수집하였고 t-test와 상관성분석을 통해 사용한 인자 간의 유의미성 판단과 상관성을 분석했다. 또한, 민감도 분석 결과 시퀀스길이(5), 반복횟수(1000), 은닉층(10), 학습률(0.005)로 최적값을 선정하였다. 또한 학습구간(2005년~2014년)과 검증구간(2015~2019년)으로 나누어 상대적으로 높은 수위가 관측되는 홍수기의 3, 6, 9시간 후의 수위를 예측하고 오차 지표를 이용해 평가하였다. LSTM 기법으로 예측된 수위와 GANs로 예측된 수위를 비교한 결과 GANs으로 예측된 첨두수위에서의 정확도가 5% 정도로 향상되었다. 향후에는 다양한 영향인자와 다른 기법과의 결합을 고려한다면 보다 정확하게 수위를 예측하여 하천 주변 사회기반시설의 침수 피해를 감소시킬 것으로 판단된다.