최근에 기후변화와 기상이변으로 인하여 산지 돌발홍수 및 국지성 집중호우가 빈번하게 발생하고 있다. 돌발홍수는 국내·외에서 많은 재산·인적 피해를 발생시키며, 이에 따라 방재 기술이 국가적 사안으로 부각되고 있다. 돌발홍수를 야기시키는 국지성 집중호우를 예방하기 위해서는 신속하고 정량적인 강우예측의 필요성이 대두됨에 따라 시간적·공간적 특성과 강우의 거동을 파악할 수 있는 강우레이더의 활용성에 대한 관심이 주목되고 있다. 1980년대부터 기상청에서 레이더의 반사개념을 이용한 강우량 측정에 관심이 집중되었으며 현재에 들어 한국의 전 영역을 관찰할 수 있는 레이더 관측망(12개의 기상레이더)을 구축하였다. 기상청의 레이더 관측망은 단일편파 레이더로 구성되어 있기 때문에 폭우, 외부요인으로 인한 강우강도의 변질 및 강우유형 정보제고에 어려움이 있는 등 여러 문제점을 발생 시켰다. 그리하여 이러한 문제점을 해결하기 위해서 한강홍수통제소에서는 우리나라 최초로 대구 비슬산에 이중편파 강우레이더를 설치하여 현재 운영 중에 있다. 본 연구에서는 GIS(Geographic Information System)을 활용하여 위천 유역을 대상으로 돌발홍수와 홍수 예·경보의 직접적인 영향을 미치는 강우-유출에 대해서 수문모형인 HEC-HMS와 Vflo™을 이용하여 강우-유출을 모의하고자 단일편파 강우레이더 자료와 이중편파 강우레이더 자료를 입력 자료로 사용할 것이다. 이는 향후 돌발홍수에 대응한 실시간 홍수예측경보시스템을 구축하기 위한 기반이 될 것으로 판단된다.

본 연구에서는 중·소하천에서 홍수예경보를 위한 지능형 U-River 시스템의 실시간 모니터링 기술을 조사하고 예측 시스템에 대해 연구하였다. 기존의 홍수예경보의 문제점을 해결하기 위해 간단한 입력자료만으로 홍수예측이 가능한 인공지능 기반의 신경망 모형을 이용하였으며 예측 모형의 효율성과 적용성을 높이기 위해 유사한 수문 사상을 가지는 상·하류간 입력 자료를 동시에 사용하였다. 모델의 수행은 각 지점별 훈련성과를 토대로 최적의 은닉층 노드수를 선발하여 실시간 수위예측에 활용하였으며 수치적 기준을 적용하여 실측 수위와 모형에 의해 예측된 수위를 이용하여 평가하였다.

집중호우빈도의 증가에 따른 잦은 홍수범람인하여 제방이 침식하는 피해가 발생하고 있어 심각한 수준임을 알 수 있다. 본 연구에서는 수제의 적정 길이와 간격이 수리학적으로 어떠한 영향을 미치며 하상물질(재료)이 하상거동에 미치는 영향을 파악하고 이를 근거로 하여 홍수시 하천에 월류수제를 이용하여 제방을 보호하고 하상은 안정화하는 기법에 목적을 두고 있다.

급격한 기후변화와 무분별한 하천개발로 인한 하천특성의 변화는 치수 및 하천생태계 관리에 어려움을 주고 있으며 나아가 홍수 및 제방 붕괴로 인한 2차 피해를 유발시킬 수 있다. 하천특성은 흐름과 하상형태로 대표 될 수 있으며 하천특성과 관련된 각 인자들에 의한 하상형태 변화를 알 수 있다면 하천 및 생태계 관리에 중요한 단서를 제공 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 하천특성에 따른 하상변동을 정량화 할 목적으로 고정된 직선 개수로(폭 0.8 m, 길이 16 m, 높이 0.75 m)에서 실험을 진행한다. 하천특성과 관련된 각 인자들을 유량, 유속, 수위, Froude수, 하상재료로 결정하였고 하상재료로는 안트라사이트(D50 = 0.8 mm, S = 1.4)를 선택하고 하상경사는 일정하게 두었다. 실험은 크게 두 가지로 분류하여 첫 번째는 Froude수를 고정하고 유량 및 수위의 변화에 따른 하상변동을 관찰하는 방법이다. 두 번째는 유량을 고정하고 수위를 변화시켜 Froude수 변화에 따른 하상변동을 관찰하는 방법이다. 하상변동의 측정은 3D스캐너를 이용하며 획득 가능한 데이터로는 하상지형도와 하상고, 파장, 파고, 파상수가 있다. Froude수 및 유량 변화에 따른 흐름과 하상변동 특성의 결과를 정량화 할 주요인자로는 3D스캐너의 데이터 값을 대표 할 수 있는 파상수를 선택하였으며 하상지형도 및 파상수를 분석하여 각 실험조건별 정량화 가능여부를 판단 할 것이다. 이번 연구의 결과로 하천흐름 조건에 따른 하상변동을 예측할 수 있다면 치수 및 하천생태계와의 연관성도 고려하여 실 하천에서의 적용 및 관리와 하상 및 하천생태계의 변동도 예측할 수 있을 것이다.

첨두 홍수량을 경감시키기 위해 유역종합치수계획 등에서 많이 계획되고 있는 방수로는 방수로 종단에서의 방류 방식에 따라 크게 자기 완결 방식과 타 하천 또는 해양 방류 방식으로 구분할 수 있다. 일반적으로 타 하천 또는 해양 방류 방식을 방수로라 부르며, 홍수 방어의 대상이 되는 지역을 우회하여 다시 본천으로 합류하는 자기 완결 방식으로 계획되는 방수로 즉 홍수 방어용 수로를 분수로라 부른다. 방수로를 계획하는 경우 가장 중요한 것은 본류에서의 첨두 홍수량 분담이기 때문에 방수로로 유입되는 분류량을 정확히 예측하는 것이 매우 중요하다. 하지만 분수로의 경우 다시 본천으로 재합류하기 때문에 재합류되는 지역에서 본류의 유량이 다시 크게 증가하고, 합류점 상류에서 예상치 못한 홍수위의 상승이 발생할 가능성이 있다. 따라서 만약 합류부에서 유황에 대한 적절한 검토 없이 합류 지역을 설계하는 경우 예상치 못한 수위 상승 및 국부 유속 증가에 의한 홍수 피해가 발생할 가능성이 있다. Larry 등(2001)은 이러한 영향을 분석하기 위하여 90°로 합류하는 개수로 흐름에 관한 실험을 수행하였으며 본 연구에서는 이러한 실험 결과를 고려하여 표 1의 합류부 실험 수행조건과 같이 본수로와 분수로의 접근각도인 합류각을 60°, 75°의 조건에서 본수로와 분수로의 유량을 다양하게 변화시키고 또한 분수로의 직경을 달리하여 합류부에서의 수위변화 및 유속변화에 대해 검토하였다.

일반적으로 나선식 유입구의 유입부에서 흐름이 상류인 경우에는 나선부에서 흐름이 상류에서 사류로 변화하면서 대체로 안정적으로 점차 수위가 떨어지고, 유입부에서 흐름이 사류인 경우에는 나선부에서 충격파가 발생하여 수면이 상승할 수 있다. 이러한 현상은 유입구 내부에서 도수 현상을 발생시키며, 도수 현상이 발생하게 될 경우 유입부 유입 흐름이 불안정하게 된다. 이로 인해 수갱 입구의 질식 현상 또는 구조물이 파괴되는 현상이 발생 할 수 있다. 따라서 안정적인 흐름이 유지 될 수 있는 구조물 설계를 위해 유입부의 흐름 특성이 고려되어야 한다. 본 실험에서는 나선식 유입구의 바닥경사에 따른 유입부의 흐름 특성을 무차원 수위 y와 프루드수 Fr의 관계를 통해 검토하였다.

본 연구에서는 홍수위 예경보를 위한 Data Mining기법에 대해 조사하고 예측시스템에 대해 연구하였다. 홍수예측의 모형 중 인공지능 기반의 신경망 모형을 이용하여 유사한 수문 사상을 유역내의 복잡한 물리적인 현상을 직접적으로 고려하지 않고 상·하류간 입력 자료를 사용하여 출력자료와의 관계로부터 학습을 통해 결론을 도출해내는 Data Mining기법 중 신경망 모형을 사용하였다.

하천에서 각종용수의 취수를 목적으로 일정수위를 유지시키는 수공구조물을 보라 칭한다. 이는 수자원 확보 측면에서 상당한 장점을 가지고 있다. 그러나, 보로 인하여 상류부분 유속의 감소가 일어나며 이로 인해 보부분에 토사물의 퇴적이 발생 하게 된다. 이는 홍수시의 수위가 증가하는 원인이 되며, 토사물의 퇴적으로 안정적인 치수효과를 기대할 수 없다. 갈수기시 기존 직선형 보에서는 물의 흐름이 없이 고이기 때문에 퇴적 토사물의 부패가능성으로 수생태 환경에 악영향을 끼칠 수 있는 문제가 있다. 이와 같은 보의 단점을 개선하기 위해 마루형 래버린스 보, 톱니형 래버린스 보가 제안되어 왔다. 본 연구는 기존의 일반사다리꼴 래버린스 보(그림1.(a) 참조)의 형상에 추가적으로 보의 하단부에 천공을 통하여 역쐐기형 천공 사다리꼴 래버린스 보(그림1.(b) 참조)를 제안하였다. 이는 흐름의 연속성과 유사배제능력의 향상으로 유사흐름의 연속성을 확보할 수 있다. 수치모의를 통하여 확인 할 수 있으며, 수치모의는 3차원 자유수면 해석에 자주 사용되고 있는 FLOW-3D를 활용 하였다. 수치모의의 방법으로는 Particle을 이용하여 유사흐름의 연속성을 확인하였다. 수치모의에서 사용되는 Particle은 주문진 표준사의 평균 입경 0.32 mm로 적용하였으며, 래버린스 보의 높이는 0.1 m로 조건은 동일하게 적용하였다. 수치모의를 통한 변수로써 천공의 크기(내부6mm 외부10mm, 내부10mm 외부15mm) 2 Case 및 천공의 개수(3∼5) 3 Case를 변경함으로써 총 6 Case를 모의하여 보았다. 유사배제 능력과 치수안정성을 확인하기 위해 월류 사이의 관계를 통하여 효율성을 검토 해보았다. 보의 하단부를 천공함으로써 홍수시가 아닌 갈수시의 월류 수위에 도달하지 못하더라도 물의 지속적인 흐름을 통하여 수생태 환경을 보존할 수 있을 것으로 판단된다.

최근의 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 이상호우의 예측에 관한 사항은 치수⋅이수는 물론 방재의 측면에서도 역시 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 강우를 예측하기 위해 많은 방법들이 사용되고 있으나 강우의 메커니즘은 매우 복잡하여 수문순환과정에서 가장 예측하기 힘든 요소이며, 추계학적 예측모형이나 확정론적 예측모형 모두에 있어 상당한 불확실성을 내포하고 있다. 기상예측모형 등을 이용하여 강우예측에 대한 정도를 높여가고는 있으나 많은 수문학적 모형에서 요구하는 시공간적으로 정도가 높은 강우를 예측하기에는 힘들다.

본 연구에서는 1777년부터 1910년까지의 측우기 자료와 1961년부터 2010년까지의 근대 자료를 이용하여 연최대치 독립 호우사상 계열을 작성하고, 그 특성을 비교해 보았다. 먼저, 각각의 강우자료로부터 독립 호우사상을 추출하기 위해 2시간 간격의 강우자료를 구성하고, 2 mm 의 임계값을 동일하게 적용하였다. 이와 같은 방법으로 추출된 독립 호우사상들을 대상으로 Freund 이변량 지수분포를 적용하여 연최대치 독립 호우사상 계열을 작성하고, 이변량 로지스틱 모형을 적용하여 이변량 빈도해석을 수행하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 1. 측우기 자료와 근대 자료로부터 추출된 독립 호우사상의 특성들은 서로 유사하게 나타남을 확인하였으며, 2. 근대 자료로부터 결정된 연최대치 독립 호우사상 및 특정 재현기간 별 호우사상의 총 강우량은 측우기 자료에 대한 결과보다 다소 크게 나타났지만, 지난 200년 동안 강우의 특성들에 큰 변화가 있었다고 판단하기에는 어려움이 있는 것으로 나타났다.

기후변화는 유역의 수자원시스템에 직접적으로 영향을 미치고 있다. 특히 홍수와 가뭄의 발생빈도와 강도가 증가하고 있으며 이는 수자원관리에 더욱 큰 어려움을 가중하고 있다. 또한 기후변화와 유역의 환경변화와 같이 다양한 불확실한 요소에 의하여 미래 수자원 계획의 수립에 많은 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 전지구적으로 변화하는 기후변화와 유역내 사회환경요소의 변화에 의한 물 수요량의 변화를 함께 결합하여 낙동강 유역을 대상으로 불확실성 기반의 미래 물 부족량을 추정하고자 하였다. 우선 유역의 기후변화 영향 검토를 위하여 IPCC에서 제시하고 있는 3개의 기후변화 시나리오(A2, A1B, B1)와 3개의 기후모형(CNRM, UKMO, IPSL)의 결과로 조합된 9개의 기후변화 시나리오를 구성하여 유역규모에서 기상자료를 생산하였다. 그리고 장기유출모형인 SWAT 모형을 구축하여 미래 유출량을 모의하였고 이의 자료를 물수지 모형인 K-WEAP 모형의 용수공급량에 대한 입력자료로 활용하였다. 그리고 수자원장기종합계획(2006)에서 제시하고 있는 고수요, 기준수요, 저수요에 대한 3개의 미래 물수요 시나리오를 통하여 유역의 수요 자료를 구성하였다. 따라서 총 27개의 기후변화-물수요 시나리오를 바탕으로 낙동강 유역에 대한 미래 물 부족량을 추정하였다. 2001-2050년 까지 약 50년 동안 모의기간에 대하여 현재(2001-2020년), 단기(2020-2030), 중기(2031-2040), 장기(2041-2050)로 구분하여 비교한 결과 낙동강 유역의 경우 미래 물 부족량이 지속적으로 증가할 것으로 예상되었다. 따라서 낙동강 유역의 경우 미래 가뭄에 대한 대응 또는 적응 계획을 마련해야 할 필요가 있다.

최근 이상기후 및 극한 홍수 발생 빈도의 증가로 수공구조물의 붕괴위험이 증가하고 있다. 그 중 70%가 제방이며 특히 월류에 의한 붕괴가 40%에 달한다. 따라서 좀 더 효과적으로 홍수를 예측하고 피해를 줄이기 위하여 수리모형실험의 필요성이 대두되고 있다. 붕괴 모형을 기존에 모래로 축조하여 수행하는 실험은 시간과 인력의 소모가 심하여 경제적으로 비효율적이라는 단점이 있다. 따라서 좀 더 경제적이고 효율적으로 하기 위하여 수치모형을 통하여 해석을 하였다. 수치모의에 사용된 제방 모형의 형태는 10Cm의 정방형 형태를 한 셀로 하여 구성하였다. 각 셀의 이동은 3D스캐너로 측정한 수리실험 형상의 자료를 Kriging의 방식으로 보간하여 셀별 속도를 산정하여 수치모의 조건으로 적용하였다. 이동상 제방 모형의 길이는 2m로 하고 높이는 0.3m 사면경사는 1：2로 제작하였다. FLOW-3D를 통하여 수치모의를 한 결과 모래로 쌓은 제방을 이용한 수리실험과 유사한 수위와 월류량을 나타내었다. 따라서 좀 더 간편화된 수치모형을 통하여서 홍수의 메커니즘을 이해 할 수 있으며 수위와 월류량을 예측할 수 있을 것이다.

최근 빈번하게 발생하는 이상홍수와 도시화로 인해 내수 배재 능력 부족으로 도시 침수 피해가 증가하고 있다. 대표적인 사례로는 2010년 서울 세종로와 2011년 서울 대치역 인근 지역 및 곤지암천 유역의 홍수 피해가 있다. 대부분의 피해지역은 토지이용 집약화, 지가 상승 등으로 평면 공간이 필요한 하천의 확장이 불가능한 도시 유역이다. 따라서 비교적 여유가 있는 지하 공간을 활용하는 지하방수로, 지하저류지 등의 홍수피해 방지시설 도입 필요성이 점차 증가하고 있다. 지하방수로는 접근 수로를 통해 유입된 유량이 유입구를 지나며 가속되어 와류 흐름을 형성하며 수직 갱도로 유입되는 구조를 가진다. 그러므로 지하방수로의 방류 효율을 높이기 위해서는 유입구에서 흐름 특성을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 나선식 유입구의 바닥경사를 종방향과 횡방향으로 동시에 주었으며, 각 종횡경사에서 안내벽의 각도에 따른 방류 효율을 검토하고자 한다.

강우관측소로부터 수집된 강우량 자료는 강우-유출 해석모형, 다양한 재해 예경보 시스템(disaster forecasting and warning system)등의 입력자료로 이용된다. 현재 여러 관할기관(the competent authorities?)에서는 악기상의 감시(Monitoring of severe weather), 홍수 예경보(flood forecasting and warning system), 다목적댐(multipurpose dam)의 관리 및 운영을 목적으로 강우관측소를 설치 운영중에 있다. 강우관측망을 평가하는 기법들로는 엔트로피 이론, 주성분회귀분석(principle component regression anlysis), 상관성 분석(correlation analysis), 평균제곱근오차 분석(RMSE analysis) 등이 있으며, 주로 엔트로피 이론에 의해 평가되고 있다. 그러나 엔트로피 이론을 통한 강우관측망 평가는 정보전달량(total information)의 크기만을 이용하여 강우관측망을 평가하는 방법으로, 단순히 관측자료의 특성만이 고려되는 한계가 있다. 그러나 경우에 따라 중요한 관측소가 단지 정보전달량이 작다는 이유로 최적 관측망에서 배제(exclusion) 될 가능성이 있다. 관측소 설치의 다양한 목적 중 면적평균강우량(area average rainfall)의 정도 있는 추정을 고려하면 강우관측소는 공간적으로 균등(uniform)하게 설치된 경우가 가장 이상적이다. 따라서 관측자료의 특성과 면적평균강우량을 산정을 위한 공간적 특성이 동시에 반영된 경우가 최적의 관측망이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 낙동강 임하댐 유역을 대상으로 엔트로피 이론(혼합분포 적용, mixed distribution)과 관측소의 공간적 분포를 동시에 고려하여 강우관측망을 평가하였다. 혼합분포를 이용하는 강우관측망 평가는 연속분포(continuous distribution)를 이용하는 경우 비해 강우의 시공간적 간헐성(rainfall intermittency in time and space)을 고려할 수 있다는 장점이 있다. 아울러 강우관측소(raingauge station)의 공간적 분포 특성(spatial distribution characteristics)은 최근린 지수(nearest neighbor index)를 이용하여 정량화(quantification)할 수 있으며, 최근린 지수는 임의의 점에 가장 가까운 인접 점들 간의 거리 특성을 이용하는 방법으로 점의 분포를 보다 지리적(geographically)으로 파악할 수 있다. 최근린 지수를 이용하여 강우관측소의 공간적 특성을 파악한 후, 이를 바탕으로 강우관측소의 등급을 결정하였다. 엔트로피의 최대 정보전달량(maximum amount of total information of entropy) 및 강우관측소의 공간적 특성(spatial characteristics)을 동시에 고려하기 위해 유클리디언 거리(euclidean distance)를 이용하여 2개의 목적함수(objective functions)를 통합하였으며, 이를 MOGA(Multi Objective Genetic Algorithm)를 이용하여 최적관측망(optimal raingauge network)을 선정하였다. 그 결과 MOGA를 이용하여 관측망을 평가한 경우, 엔트로피 이론만을 적용했을 때보다 선정된 최적관측소가 보다 공간적으로 분산됨을(dispersed) 확인하였다. 이는 강우관측소의 공간적 분포와 자료의 특성이 동시에 반영된 결과이다.

우리나라의 댐 안정성 평가는 수문학적 안정성, 구조적 안정성, 지반공학적 안정성을 평가하며 현재의 댐 안정성 기준의 부합여부를 판단하는 것으로 그치고 있다. 그러나 댐의 악영향을 미치는 위험인자간의 상호 영향과 안정성 해석 시에 나타나는 모형 및 입력 자료의 불확실성을 고려하지 못하는 단점이 있다. 하지만 최근 증가하는 기상변동성을 능동적으로 고려하기 위해서는 위험도 해석 기반의 확률 및 통계학적 수공구조물 안정성 평가기법을 기반으로 하는 종합적인 위험도 해석 방안 수립이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 위험도평가 수행 중 가장 중요한 위험요소들의 분류와 규명, 위험요소들간의 인과관계, 위험요소들의 발생확률 산정 등을 통해서 각각의 위험요소들의 발생경로와 발생확률 등을 체계적으로 추정할 수 있는 방안을 소개하고자 한다. 본 연구에서 제시하는 방법론은 정성적/정량적 방법으로 이루어지며 총 5단계로 구성된다. 첫째, 댐의 과거 피해사례, 계측 및 외관 조사, 댐 운영자들과의 면담 등을 통하여 댐의 문제점을 파악하는 과정으로서 공학적 판단(Engineering Assessment)을 실시한다. 둘째, 도출된 위험 인자들을 토대로 댐 위험도 해석 모형을 개발하기 위해서 주요 파괴경로, 원인 인자와 결과간의 상관성을 고려한 잠재적 파괴모드(Potential Failure Mode Analysis)를 결정한다. 셋째, 이들 파괴모드를 위험도 모형으로 구축하기 위해서 ETA(Event Tree Analysis) 방법을 도입하였다. 넷째, ETA를 구성하는 각 단계별로 반응확률(system response probability)을 추정하기 위해서 수문학적 및 지반공학적 위험도 해석 모듈을 개발하였으며 불확실성을 고려할 수 있는 알고리즘으로 확장하였다. 마지막으로 다양한 댐의 붕괴 모드를 고려하고 파괴 시나리오별 피해액을 산정할 수 있도록 모형을 구성하였으며 소양강댐에 대해서 모형의 적합성을 평가하였다.

최근 전 세계적인 기상이변에 따라 우리나라에도 기록적인 강수량의 발생 가능성이 항상 존재해왔다. 이에 사전 예방을 위한 과학적 물관리 시스템과 신속한 위기대응관리 능력에 대한 지속적인 보완이 필요하다. 직렬보의 홍수조절 연계운영 시스템은 향후 지속적인 안정화와 사용자 편의환경 개선을 거쳐서 더욱 과학화된 홍수조절 의사결정을 지원함으로써, 홍수로 인한 피해를 최소화 할 수가 있다. 최근 4대강 사업으로 인한 수자원 활용의 효율성을 극대화하는 운영을 도모하고자 보군을 연계 운영하여 유역의 홍수량을 효과적으로 조절할 수 있다. 본 보고서에서는 직렬보의 운영기법인 최적화 기법의 종류와 시뮬레이션 기법의 종류에 대하여 조사하였고 연계운영 시스템의 기본구성과 보의 상류 수위변화에 따라서 가동보의 운영방안을 분석하여 수리학적 하도추적의 모형을 분석하였다. 분석결과에 따라 보의 연계운영룰을 개발하여 최종적으로 연계운영 계획절차를 수립하였다.

최근 도시개발에 따른 인구증가와 기후변화의 영향으로 강우의 경년변화 등과 같이 수문기상학적 변동성 등으로 우리나라의 수자원 부족문제가 대두되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 강우모의기법과 강우-유출 관계의 불확실성을 동시에 고려할 수 있는 통합 저수지 유량 산정 모형을 개발하였다. 본 연구의 목적은 제시된 방법론을 저수지 둑높임 사업에 적용하여 저수지 유입량을 산정하고 최종적으로 저수지 하류에 위치한 하류하천의 하천유지유량 산정 방안에 대한 편의성을 제공하고자 하였다. 대상유역은 한강권역 추평저수지, 금강권역 한계저수지, 영산강권역 광주호로 3곳을 선정하였으나 일반적으로 농촌용수개발에 따른 저수지는 유역면적이 협소한 미계측 유역으로 주변에 인접한 계측유역의 충분한 관측기간 동안 양질의 자료를 보유한 관측소의 수문자료를 이용하였다. 강우 모의기법으로 불연속 Kernel-Pareto 분포형 기반 Markov Chain 모형에 적용하여 기존 Markov Chain 모형의 문제점인 극치강수량을 효과적으로 재현하였으며 동시에 국내외에서 주로 이용되고 있는 NWS-PC 강우-유출 모형을 대상으로 보다 진보된 매개변수 추정 및 검정과정을 통하여 불확실성 분석이 가능한 Bayesian Markov Chain Monte Carlo 기법을 적용하였다. 이를 통해서 총 13개 강우-유출모형 매개변수에 대한 사후분포를 추정하고 유출수문곡선의 불확실성 구간을 추정하였으며 물수지 분석을 병행하여 매개변수와 강우모의에 대한 불확실성을 포함한 각 저수지의 시기별 가능공급량을 산정하였다.

본 연구는 수자원 상황을 평가하기 위해 기존에 개발된 물 빈곤지수에 지역적 기상 변동 및 홍수피해를 평가할 수 있는 세부지표를 추가하여 홍승진 등(2011)에 의해 개발된 기후 변동성지수(Climate Variability Index, CVI)를 국내에 적용하였다. 물이용 평가에 초점이 맞추어진 물 빈곤지수 세부지표를 선정하고 지역적 특성에 따른 치수 및 기후변동성 내용이 추가된 지역별 특성인자를 선정하여 1998년부터 2020년까지 물 빈곤지수와 기후 변동성지수에 대한 분석을 실시하여 지역별 변동성을 평가하고 물 부문 정책, 투자 및 적용에 대한 우선순위를 결정하는데 도움을 줄 수 있는 정보를 제공하고자 하였다. 근 미래의 자료는 수자원 장기종합계획에서 제시하는 미래 수요자료를 이용하였으며, 기상 관련 자료는 기상청에서 제시하고 있는 RCP 8.5 시나리오를 이용하여 미래 기후변동성을 평가하였다. 이렇게 기후변화가 추가된 내용을 기후변화 변동성지수(Climate Change Variability Index, CCVI)로 명명하여 제시하였다. 기후변화 변동성지수는 치수와 기후변동성을 함께 고려하여 지역별 특성인자를 추가하여 고려하였으며, 물이용에 영향을 미치는 인자와 치수 및 기후변화를 함께 고려할 수 있으므로, 지역별로 기후변화에 대응하는 물이용뿐만 아니라 홍수관리에도 사용할 수 있을 것이다.

수문시스템은 강우를 입력자료로 이용하여 홍수량을 산정하는 일련의 과정을 의미하며 강우량은 최초의 입력자료로서 그 영향이 홍수량의 규모에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 또한 강우발생시 바람이 동시에 발생하기 때문에 풍속의 영향을 받는다. 그러나 현재 국내에서 사용되는 강우량 측정은 대부분 자기우량계를 이용하고 있으나 강우관측소에서 제공 되어지는 강우자료는 풍속의 영향을 고려하지 않은 강우 관측자료를 제공하고 있다. 이러한 풍속의 영향을 고려하지 않은 강우 관측자료를 사용하여 모형을 통한 홍수량을 산정시 실제 발생되는 유출율과 맞는 않는 경우가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 강우발생시 풍속의 영향을 고려하였을 경우 강우특성 분석을 통하여 수리설계시 실무에 많은 도움을 주고자 한다. 본 연구에서는 강우자료 및 풍속자료는 대상유역인 서울시 금천구지역의 2007년부터 2011년까지의 기상청에서 제공하는 10분단위 AWS 자료를 이용하였다. 또한 강우자료의 경우 불규칙한 분포로 이루어져 있기 때문에 이를 IETD(Interevent Time Definition)를 이용하여 단일강우사상으로 분리하였으며 이 때 발생되는 강우사상의 횟수 및 특징을 확인하였다. 10분 단위 강우자료를 이용하여 단일강우사상으로 구분하였을 경우 IETD 분석방법으로 구분이 어렵기 때문에 기존의 참고문헌인 권재호(2003)논문을 인용하여 IETD를 채택 후 호우사상을 구분하였다. 또한 6, 7, 8, 9월의 경우 게릴라성 집중호우 및 태풍등과 같은 특이 호우가 많이 발생하며 이러한 특이 호우 발생시 강한 풍속을 동반하기 때문에 본 연구에서는 우기시, 건기시, 전기간으로 구분하여 강우의 특성을 분석하였다. 풍속의 영향에 따른 강우특성과 강우와 풍속간의 관계를 분석한 결과 우기시 및 건기시, 전기간에서 모두 풍속의 크기가 커질수록 풍속의 영향에 따른 증가율이 선형적으로 증가하였으며 상관성 모두 비슷한 결과를 보였다. 또한 우기 및 건기에서 비슷한 강우발생 횟수를 보였지만 우기시가 건기시보다 풍속의 영향을 고려했을 경우 증가율이 크게 나타났다. 풍속 구간별로 구분하여 분석한 결과에서는 풍속이 크기가 가장 큰 구간에서 증가율 또한 가장 큰 것으로 나타났다. 따라서 우기시 강한 바람을 동반한 강우가 많이 발생되며 이에 따른 강우특성을 분석하여 홍수량 산정시 실제 사상에 가까운 홍수량을 산정 할 수 있을 것으로 판단된다.

하천은 유역의 반응체이고 유역은 하천의 모습이다. 즉, 하천은 유역의 지질구조, 토양형, 토지이용상태 및 물 이용패턴 등에 따라 유황과 수질 및 하상물질의 구성이 달라지게 되며, 유역은 하천환경을 지배하게 된다. 일반적으로 하천과 유역은 장구한 세월을 통해서 상호 밀접한 상관관계를 유지하면서 고유의 특성을 지닌 가운데 하천 본래의 기능을 유지해 왔다. 뿐만 아니라 하천은 수많은 지류를 포함하면서 유역의 반응체로서 하천기능을 수행해 왔으며, 본류와 지류는 상호 종속적인 관계에서 유황과 하상의 연속성 등이 지속적으로 평형을 이루어 왔다. 그러나 최근 시행되고 있는 4대강은 본류하도에서 준설과 보(가동보·고정보) 건설에 따른 하천의 유황과 하도환경이 완전히 바뀌게 되었다. 하천의 유황조건은 대체로 유량에서 큰 변화는 없으나 준설로 인해서 수위(수심) 변화가 크게 발생하게 되었다. 한편 본류 하도상에 설치된 보(수문)로 인한 평상시의 관리수위와 홍수시 홍수위 저감을 위한 정밀한 운영규정들이 마련되고 있으나, 아직까지 평상시에 유지되는 관리수위의 운영방안과 홍수시(장마전선 또는 태풍 등)에 의한 과도한 홍수위를 저감시키기 위해서는 직렬보 군의 연계운영 기법이 필요하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 실제 4대강 사업이 진행되고 있는 낙동강 유역의 8개 보(수문)를 대상으로 수리학적 홍수추적 모형인 HEC-RAS를 이용하여 구축하였으며 각각의 보(수문) 상·하류 구간의 수위증가를 억제하기 위한 보(수문) 연계 운영 기법을 검토하고자 하였다.