설계홍수량 산정은 수공구조물의 규모를 결정하는 가장 기초가 되는 분석 과정이다. 우리나라는 실측자료의 부족으로 인해 모형에 사용되는 매개변수 결정의 어려움을 갖게 되어 설계홍수량 산정 결과의 신뢰도가 매우 낮은 실정이다. 또한, 측정된 과거 수문자료의 부족으로 인해 대상 유역의 대표단위도 결정이 쉽지 않은 상황이다. 이 연구에서는 이러한 문제점을 해결할 수 있도록 국내 유역별 측정된 강우-유출 자료를 수집하고 여러 방법을 통해 검정 및 검증을 실시하여 이용 가능한 강우-유출 자료를 선정하였다. 이를 통해 총 35개 지점별로 유역을 대표하는 매개변수를 산정하고, 유역특성인자인 유역면적과 유로연장 및 유로경사의 관계를 분석하여 국내 실무에 적용할 수 있는 매개변수 산정공식을 제시하고자 하였으며 단위도는 국내 실무에서 가장 많이 쓰이는 Clark 단위도법을 적용하였으며 Clark단위도법의 매개변수는 집중시간(Tc)와 저류상수(K)이다. 총 35개의 각 지점별 선정된 첨두유량별 매개변수의 분포를 분석하였고 대상 유역에 매개변수의 적합성을 판단하기 위해 실측된 강우-유출모형과 HEC-HMS모형을 이용하여 모의된 유출량을 비교 검토 하였다. 구축된 강우-유출모형을 이용해서 해당 유역별 Clark 단위도의 대표 집중시간(Tc) 및 저류상수(K)를 결정하였으며, 실측치와 계산치의 분석 결과가 매우 양호한 것으로 나타났다. 특히 유역면적, 유로연장, 유역경사, 유로경사의 비 등 총 4개의 유역특성인자와 35개 유역에서 유도된 집중시간(Tc) 및 저류상수(K)의 상관관계를 분석한 결과 의미있는 관계가 유도됨을 알 수 있었다. 지속적으로 실시 중인 추후 연구에서는 우리나라 전역에 고루 분포된 대상 유역별 강우-유출 자료를 추가로 수집 및 검증하고, 대상 유역별 매개변수를 유도할 예정이다. 추가되는 매개변수와 유역특성인자의 상관관계 도출을 통해 신뢰성과 객관성이 확보된 한국형 집중시간 및 저류상수 도출식의 유도가 가능할 것으로 기대된다.

최근 기상이변에 인한 집중호우 및 산업화와 경제 발전에 따른 도시화는 수문학적 변화를 일으키며 도심지 내의 침수를 발생시키는 원인이 되고 있다. 또한 도로와 산업단지 등 불투수면적의 증가로 인해 우수가 지표로 침투되는 능력이 저하되어 표면유출량이 증가함으로서 도시 내 홍수를 유발시키는 가능성을 높이고 있다. 이러한 기상이변에 따른 집중호우가 주거, 공공시설, 산업단지 등이 밀집되어 있는 도시 유역 내에 발생할 경우 인명 피해 및 물적 피해가 발생하게 된다. 이러한 이유로는 재해에 대한 높은 취약성을 도시가 지니고 있기 때문이다. 따라서, 본 연구에서는 서울시 25개의 행정구역을 대상으로 홍수 취약성 평가를 수행하기 위하여 정부간 기후변화 위원회(IPCC)에서 기후변화에 따른 취약성 평가기법을 적용하여 행정구별 취약성-탄력성지수(VRI)를 산정하였다. 취약성-탄력성지수(VRI)를 산정하기 위하여 본 연구에서는 취약성 인자를 선정한 후 서로 단위가 다른 변수들 간의 계산을 위해 T-Score 방법을 이용하여 표준화하였다. 또한 의사결정자의 주관적 판단에 의존하지 않고 구성된 데이터에 의해서만 가중치를 계산 할 수 있는 객관적인 방법인 Entropy방법을 이용하여 각 인자별 가중치를 적용 후 취약성-탄력성지수(VRI)를 산정하였다. 산정 결과 송파구가 홍수 피해를 완화하고 대처할 수 있는 능력이 다른 행정구역 보다 높아 취약성-탄력성지수 값이 높게 산정되어 홍수 취약성에 대해 가장 안전하게 나타났다. 또한 강서구, 금천구, 양천구의 경우 다른 행정구역보다 홍수를 대비할 수 있는 능력에 비해 홍수를 유발시키는 지표 값들이 현저히 높게 나타나 홍수 취약성-탄력성 지수 값이 가장 낮게 산정되었다고 판단된다. 향후 서울시 25개 “행정구” 단위로 평가하는 것 보다 “행정동” 단위로 구분한 후 동별 유역특성을 고려하여 추가적으로 보완한다면 사전에 홍수 피해 분석에 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

최근의 기후변화로 인한 국지성 호우의 증가로 도시유역의 내수침수피해가 증가하고 있다. 도시 내수침수에 큰 영향을 미치는 시간당 강우량이 증가하였으며, 도시화 및 산업화로 인한 불투수 지역의 증가로 인해 하천으로 유입되는 첨두유량의 증가, 도달시간의 감소 등의 수문학적 특성이 나타나게 되었다. 이로 인해 도시지역의 홍수에 대한 방어능력이 취약하게 되었으며 매년 호우로 인한 도시내수 침수 피해가 발생하고 있는 실정이다. 최근 침수피해가 발생한 광화문, 강남역, 사당역 일대 등은 불투수 지역의 비율이 80% 이상이므로 강우 발생시 빗물이 지하로 침투되지 못하며, 우수관거의 노후화로 인한 용량부족으로 인한 침수가 발생되는 것으로 판단된다. 대도시의 경우 대부분의 우수관거가 오래전에 매설되어 최근 발생하는 강우에 대한 대처능력이 떨어지므로 앞으로도 침수피해가 또다시 발생할 수 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도시유역의 내수침수예측을 위해 현재 실무에서 가장 많이 사용되는 도시유출모형인 XP-SWMM을 이용하여 서울시 강남역, 목동 빗불펌프장 배수분구를 대상지역으로 선정하여 방재성능목표강우량을 입력강우로 적용하여 강우-유출분석을 실시하였으며, 침수피해가 발생하는 지역의 우수관거 용량 검토를 실시하였다.

도심지 지표에 내린 우수유출은 자연유역과는 다르게 다양한 지형지물의 영향을 받아 유하하다가 통상 도로의 빗물받이를 통해 관망으로 유입되며 이후 관망시스템을 통해 하천이나 저류지로 방류되는 형태로 이루어진다. 하지만 현재 실무에서 활용되고 있는 1차원 상용모형은 이와 같은 현상을 명확하게 고려하지 못하고 있다. 우리나라에서 현재 도심지 유출해석시 주로 이용하고 있는 SWMM모형의 경우 지표부분에 대한 해석은 소유역을 구분하고 소유역별로 비선형저류방정식을 적용하여 소유역에 대한 유출량을 산정하는 방식을 활용하고 있기 때문에 도심지의 다양한 지형지물에 대한 고려가 어려울 수밖에 없으며, 특히 빗물받이를 통해 관망으로 유입되는 부분은 생략되어 계산되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도심지 배수특성을 고려한 격자기반 유출해석기법을 개발하고 Test-Bed에 적용해 보았다.

최근에 다목적 보의 건설에 의하여 보 주변 흐름특성 변화와 하도준설에 따른 복잡한 하천의 지형변화를 고려한 정량적인 수리학적 해석을 하는 것은 하도의 관리에 매우 중요하며, 이에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 이러한 하천에서는 하상저하 및 불규칙한 하도의 지형을 고려한 수치모의를 위해서는 비정렬 격자(unstructured grid)의 적용과 적은 격자수에서도 높은 계산결과의 정확성을 나타내는 고차 정확도(high-order accuracy)의 수치모형이 필요하다. 국내에서 2차 정확도를 가진 수치모형 개발이 진행되었으나 대부분 정렬격자(structured grid) 기반으로 댐 붕괴 해석으로 매우 제한된 연구가 진행되고 있으나, 실제 하천의 특성을 고려한 흐름특성을 연구한 사례가 매우 적다. 따라서, 본 연구에서는 비정렬 삼각격자 기반으로 2차 정확도를 가진 TELEMAC-2D 모형을 이용하여 복잡한 하도의 특성을 갖고 있는 합류부에서 흐름특성을 분석하였다. 본 연구에 적용된 TELMAC-2D는 프랑스의 EDF(d’ Électricité de France)에서 개발한 공개프로그램(open source program)으로서 격자점 중심 유한체적법(vertex-centered finite volume method)을 이용하여 해석영역을 이산화하고 시간과 공간에 대한 2차 정확도를 가지는 WAF기법을 적용하고, 불연속구간에서 발생하는 수치진동을 제어하기 위해 TVD(Total Variation Diminishing)조건을 만족하는 Flux limiter를 적용하였다. TELEMAC-2D모형의 개수로 흐름에 대한 적용성을 검증하기 위하여, 직선 수로내 하상단차, 원형 교각 주변 흐름, 180° 만곡수로에서의 흐름, 90° 합류수로에 대한 실내시험 결과와 비교하였다. 또한 홍수범람해석에 널리 적용되고 있는 2차원 유한체적모형인 FLUMEN 모형의 모의결과도 함께 비교 분석하였다. TELEMAC-2D모형은 각각의 관측치를 매우 근접하게 계산하였으며, 특히 만곡부 내측수로, 합류부 주변 정체구역 등에서 FLUMEN 모형보다 높은 정확도의 계산결과를 나타내었다.

강우량은 관측소의 설치고도에 따라 관측량의 편차가 심하며, 이로 인해 도시지역과 산지지역의 강우발생 특성이 다르다. 이로 인해 산지 돌발홍수가 자주 발생하고 있으며, 따라서 산악 지역의 경우 강우관측소의 밀도가 높아야 한다. 강우관측소의 고도를 고려한 관측망의 평가는 유역평균강우량 산정 및 레이더 자료의 보정에 있어 중요한 과정이 된다. 이에 본 연구에서는 강우관측소의 설치고도를 고려한 강우관측망을 평가방법론을 제시하였다. 강우관측소의 설치고도를 고려한 강우관측망 평가를 위해 고도별 면적에 해당되는 관측소 설치밀도의 변동계수(CV: Coefficient of Variation)를 이용하였다. 변동계수는 자료의 표준편차와 평균의 비를 의미하며 표준편차를 평균으로 나누어 간단히 산정할 수 있다. 일반적으로 변동계수가 작으면 자료의 분포가 균일(고도별로 설치된 관측소가 일정)하다고 판단하며, 반대로 변동계수가 크면 자료의 편차가 심해 고도별도 설치된 강우관측소의 밀도가 일정하지 않다고 판단할 수 있다.

강우관측망 평가는 가용한 수자원의 정확한 양을 파악하기 위해, 또한 강우-유출의 해석에 있어서 입력자료로 사용되는 면적평균강우량의 적절한 추정을 위해 중요하다. 따라서 강우관측망의 평가와 보완은 유역의 전반에 걸쳐 내린 면적평균강우량을 산정하기 전에 반드시 고려되어야 할 부분이다. 관측소 설치의 다양한 목적인 면적평균강우량의 정도 있는 추정을 고려하면 강우관측소는 공간적으로 균등하게 설치된 경우가 가장 이상적이다. 이에 본 연구에서는 보다 향상된 유역 면적평균강우량 산정을 위한 평가방법론을 제시하고, 4대강 유역 및 섬진강 유역에 대해 강우관측망의 공간적 특성을 파악하였다. 강우관측소의 공간적 분포 특성은 최근린 지수(nearest neighbor index)를 이용하여 정량화하였다. 아울러 2013년의 강우사상에 대해 산술평균법, 티센법, 추정이론을 이용하여 면적평균강우량을 산정하고 각 경우에 대해 오차를 평가하였다. 그 결과 공간분포가 우수한 유역은 면적평균강우량의 추정오차가 상대적으로 작으며, 반대로 공간분포가 왜곡된 유역의 경우는 상대적으로 추정오차가 큼을 확인하였다.

중소하천유역의 홍수예경보 체계 구축 및 통합홍수위험관리 측면에서 지역별 홍수방어대책의 우선순위 선정을 위하여, 본 연구에서는 홍수위험이 상대적으로 높은 홍수위험지구를 선정할 수 있는 홍수위험도 분석 방안을 수립하고 전국대상 유역에 적용하였다. 이를 위하여 우리나라의 홍수피해에 영향을 미치는 요인들을 P-S-R(Pressure-State-Response) 구성 체계로 분류하여 3개의 치수특성 평가지수인 압력지수, 현상지수, 대책지수를 대표하는 총 12개의 대표적인 홍수위험도 세부평가지표들을 선정하고, 분석가능한 전국대상 812개 수자원단위지도 표준유역 공간단위의 자료를 구축하였다. 또한 홍수위험도 평가에 있어서 세부평가항목별 표준화 방법 및 가중치 산정 방법은 매우 중요하고 신중히 결정되어야 하므로, 다양한 방법들을 적용하여 비교분석을 실시하였다. 12개 세부평가지표의 종합적인 평가를 위해 지표평균법에 의한 홍수위험도(Flood Risk Index, FRI)를 산정하고, 산정결과의 분류를 위해 순위에 따른 5등급 분류방법을 사용하였다. 분석결과에 의해 가장 높은 홍수위험등급(H등급)으로 분류된 162개 표준유역을 홍수위험지구로 선정하고, 선정된 홍수위험지구 중 하천종합관리지표의 홍수취약지수(2012)에서도 H등급에 속하는 동시에, 자연재해위험지구 중 침수위험지구로 지정(2011 현황)되어 있는 27개 표준유역을 특별관리대상구역으로 구분하였다. 선정된 홍수위험지구는 추후 현장조사 등 최종적인 검토를 통하여 최종 확정할 필요가 있다. 본 연구에서 제시한 홍수위험도 평가방법은 홍수의 원인, 피해 및 대응에 관한 역학관계의 결과로서, 홍수위험 관련 정보를 공간적으로 분석하여 정부 및 지자체의 홍수방재 관련 정책수립 등의 업무수행을 위한 보다 효과적인 의사결정에 도움을 줄 것으로 기대된다.

안정된 이동상 하상으로 대변되는 자연 하상에 보, 수제, 낙차공과 같은 인위적 교란이 작용할 경우 기존의 이동상 시스템이 무너져 하상의 거동 특성이 변화하게 되며, 이는 결국 수생태의 건상성을 근본적으로 훼손하게 된다. 따라서 수생태계에 미치는 교란을 최소화하고자 하는 자연하상복원 기술이 요구되며, 본 연구에서 적용한 웅덩이형 수제공법은 이와 같은 자연하천의 흐름 특성과 이동상 특성을 고려함과 동시에 공간적 변화의 제어를 실현할 수 있는 기능을 지니고 있다. 웅덩이형 수제공법은 세굴로부터 보호가 필요한 하안 구간에 적합한 공법으로 수제 전면부가 폐쇄형으로 구성되어 복단면에서 고수위 시에 수제 웅덩이부 내에 저유속 구간을 형성하여 자연스러운 하안 형성을 유도하고, 소류력 복원을 통해 자연적으로 하도 중앙의 하상재료 이동성을 증가시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 이와 같은 웅덩이형 수제공법의 기능을 평가하기 위해 일반 개방형 수제와 웅덩이형 수제의 모형을 제작하여 동일 조건에서 이동상 실험을 수행하였으며, 지형 계측에 사용되는 지상 LiDAR(Light Detection And Ranging)를 활용하여 하상변동을 측정하였다. 실험 결과 웅덩이형 수제공법은 기존의 개방형 수제에 비하여 하안부의 흐름에너지가 효율적으로 저감됨으로써 세굴 방지와 함께 보다 많은 퇴적이 발생하였고, 하도 중앙의 하상재 이동이 안정적으로 나타났으며, 이는 지상 LiDAR 결과 자료를 통해 보다 정확하게 확인 할 수 있었다. 추후 연구 결과 자료는 3차원 CAD를 이용한 모델링 및 정밀한 하상 등고 그래프에 활용할 수 있으며, 이를 통해 보다 정확하게 공법의 기능을 평가할 수 있는 세굴-퇴적 지형 분석이 가능 할 것으로 기대한다.

제방을 유수에 의한 침식으로부터 보호하기 위해 설치되는 호안의 덮기 재료는 호안블록과 같은 콘크리트가 주를 이루고 있어 하천의 오염과 경관 훼손의 원인으로 지적되고 있다. 이에 따라 최근 이런 콘크리트 재료의 단점을 보완한 다양한 재료들이 호안 덮기 재료로 대두되고 있다. 그 중에서 코코넛섬유 및 황마, 생분해성 합성섬유 등의 친환경 재료를 주로 사용하는 식생매트공법은 식생의 자연적인 활착을 통해 지반의 안정성을 확보하여 제방을 보호하는 공법으로 강한 수류가 발생하는 지점이나 수충부 등의 하천구간에서 사용하기 어려운 단점을 가지고 있지만 그 이외의 구간에서는 친환경적으로 제방을 보호할 수 있기 때문에 최근 각광받고 있는 공법이다. 식생매트공법은 식생이 활착하기 이전까지는 호안블록에 비해 매우 낮은 제방보호기능을 가지기 때문에 무식생 상태에서 식생매트의 제방보호기능의 판단 기준이 되는 식생매트 수리 안정성의 평가는 매우 중요하다. 그러나 아직까지 국내에서는 식생매트의 기본적인 물성치 외에 치수 안정성과 직접적인 관련이 있는 식생매트의 허용유속 등에 대한 수리 안정성 평가는 미흡한 실정이다.이에 본 연구에서는 현재 실재 하천에 사용되는 식생매트 1종을 선별하여 소하천을 재현한 실규모 실험수로에 설치하고, 국내에는 아직 식생매트의 평가기준이 없으므로 미국의 재료시험학회의 시험기준 ‘ASTM D 6040’을 참고하여 실험을 수행한 뒤 수리량에 따른 식생매트의 상태와 하부 기반층의 유실량 등을 측정하여 식생매트의 수리 안정성을 평가하였다.

이상기후로 인하여 국지성 집중호우가 발생하고 하천 인근 지역의 도시화로 인하여 하천으로 유입되는 흐름의 유황에 많은 변화가 발생하여, 홍수 시 하천 범람 및 제내지 침수 등의 피해가 빈번하게 나타났다. 홍수 피해를 방지하기 위하여 다양한 대책이 제안되고 있으며, 그 중에서 강변저류지는 대하천 정비사업의 일환으로 적용되고 있다. 강변저류지는 제방의 일부를 절개하거나 수문 등으로 구성된 월류부를 통하여 홍수 시 강변저류지의 홍수위를 상회하는 유량이 유입되면 홍수량이 저류지로 분담되어 하도의 홍수량을 분담하는 역할을 한다. 또한 비홍수기에는 친수시설로 활용되어 인근 주민 및 관광객이 여가를 즐길 수 있다. 이와 같이 강변저류지는 다양한 목적으로 사용 할 수 있는 장점이 있으므로 국내외에서 활발한 연구가 진행되고 있으며, 특히 국내에서는 영월, 여주, 나주 등의 지역에서 홍수위 저감을 위하여 저류지 시설을 적용하였다.강변저류지의 설치로 인하여 유입구 인근 하도 뿐 만 아니라 상하류의 흐름특성에 변화가 발생하게 된다. 홍수위 저감 영향이 상류 또는 하류에 전파되어 첨두홍수위 도달시간에도 영향을 미치게 된다. 이러한 흐름특성의 변화를 알아보기 위하여 본 연구에서는 영월 강변저류지를 대상으로 홍수위 저감효과를 검토하였다.영월 강변저류지는 강원도 영월군 영월읍 방절리에 위치하며, 영월읍 시가지 및 인접지역의 침수피해 예방 및 한강유역의 홍수량을 분담하기 위하여 조성되었다. 총면적 680,667 m², 저류용량 294만 m³이며, 생태하천, 체육시설, 자전거도로, 산책로 등의 친수시설을 갖추고 있다. 정확한 수치모의를 위해서 지형자료 및 강변저류지의 제원 등을 검토하여 반영하였으며, 월류부에서 월류가 발생할 수 있는 수문 사상을 적용하여 강변저류지의 설치 여부에 따른 대상 구간의 거동을 수치모의를 통해 검토하였다.

This study proposes a new parameter estimation approach for the mixture normal distribution. The developed model estimates parameters of the mixture normal distribution by maximizing the log likelihood function using a meta-heuristic algorithm-genetic algorithm (GA). To verify the performance of the developed model, simulation experiments and practical applications are implemented. From the results of experiments and practical applications, the developed model presents some advantages, such as (1) the proposed model more accurately estimates the parameters even with small sample sizes compared to the expectation maximization (EM) algorithm; (2) not diverging in all application; and (3) showing smaller root mean squared error and larger log likelihood than those of the EM algorithm. We conclude that the proposed model is a good alternative in estimating the parameters of the mixture normal distribution for kutotic and bimodal hydrometeorological data.

The ordinary least square method (OLS) has been the most frequently used least square method in hydrological data analysis. Its computational algorithm is simple, and the error analysis is also simple and clear. However, the primary assumption of the OLS method, which states that the dependent variable is the only error-contaminated variable and all other variables are error free, is often violated in hydrological data analyses. Recently, a matrix algorithm using the singular value decomposition for the total least square (TLS) method has been developed and used in data analyses as errors-in-variables model where several variables could be contaminated with observational errors. In our study, the algorithm of the TLS is introduced in the evaluation of rating curves between the flow discharge and the water level. Then, the TLS algorithm is applied to real data set for rating curves. The evaluated TLS rating curves are compared with the OLS rating curves, and the result indicates that the TLS rating curve and the OLS rating curve are in good agreement. The TLS and OLS rating curves are discussed about their algorithms and error terms in the study.

본 연구는 도시유역에서 기존에 설치된 우수배제시설인 우수관로시스템의 제한적 규모로 인하여 시설규모를 초과하여 발생하는 호우에서 홍수로 인한 피해를 최소화하기 위한 소규모 저류지의 다중설치를 최적화 기법을 도입하여 분석을 수행하였다. 설계강우량을 초과하여 발생하는 호우에서는 우수거의 통수능 부족으로 저지대 등 상대적으로 홍수에 취약한 지점들에서 국지적이고 다발적인 침수가 불가피하게 되므로 유역하구에 대규모의 유수지 및 빗물펌프장의 설치로 해결되기 어려운 국지침수에 대비하기 위한 다중의 분산형 소규모저류지가 효율성이나 경제성에서 유리하다. 소규모저류지를 침수취약지점들을 중심으로 분산하여 설치하기 위한 최적위치 및 규모에 대하여 최적화 분석을 수행하였다. 또한 최적홍수저감효율 대비 경제적인 요소를 반영하기 위하여 홍수저감과 상반되는 최소개략설치비를 고려하여 모의를 수행하였다. 분석결과 설치비 대비 홍수저감이 최대로 되는 최적설계의 선택이 가능함을 확인할 수 있었다. 본 연구기법을 이용하면 홍수저감율과 설치비라는 상반된 조건에서의 최적 분산형 소규모 저류시설의 설계가 가능하며 또한 제한된 예산에서의 최적 저감시설의 설계나 홍수저감 목표량 대비 개략사업비의 추정도 가능할 것으로 판단된다. 비록 경제적인 측면이 개략공사비에 국한하여 유지관리비나 감가상각 및 홍수의 증감 등이 고려되지 못하였으나 현재의 시점에서 진보된 실무활용성이 있다고 판단된다.

최근 이상기후로 인한 국지적 집중호우가 빈번히 발생하여 홍수피해가 증가함에 따라, 이에 대비하기 위하여 여러 선진국에서는 기상원격탐사(레이더 및 위성) 자료를 활용하여 실시간으로 강수현상을 감시하고 있다. 특히, 강우·기상레이더는 신속한 관측능력과 우수한 공간적, 시간적 강수 관측이라는 장점을 지니고 있어 세계 각국에서는 다수의 레이더를 설치하여 레이더네트워크 구성과 강수현상 감시 체계의 보편화를 위해 노력하고 있다. 국내에서도 국토교통부 및 기상청의 레이더네트워크 구축 및 레이더자료의 정확도 확보와 활용을 위하여 레이더 인프라를 구축 중에 있다.하지만 현재까지 강우·기상 레이더 관련 연구는 대부분 레이더 자료 취득, 품질관리(QC : 시스템 및 기상학적 측면), 강우량 산출 등에만 집중되어 있으며, 레이더 자료를 이용한 수문/방재분야에서의 활용 및 적용성 검토에 대한 연구 추진이 미흡한 실정이다.따라서 본 연구에서는 강우·기상레이더에 대한 기본지식과 레이더강우 자료를 활용하는데 있어 필요한 개념 및 절차(process)에 대하여 지금까지의 연구 및 경험, 전략 및 기술을 바탕으로 작성하고, 레이더를 처음 접하는 수문/방재분야의 실무자들이 참고할 수 있는 레이더자료 활용 가이드라인을 제시하고자 하였으며, 본 가이드라인은 레이더자료를 쉽고 빠르게 적용하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 지상 관측우량계로 측정한 강우량을 실제 지표면에 떨어지는 강우에 근접한 양이 되도록 보정함으로써, 유출해석을 비롯한 기타 수문해석에서 신뢰도 높은 결과를 도출하는데 목적이 있다. 지상우량계에서 관측되는 강우량에 미치는 바람의 영향을 분석하기 위하여, 표준기상관측소인 추풍령기상대에 설치된 바람막이가 있는 우량계와 기준우량계의 자료를 획득하였다. 단순선형회귀 모형과 신경망 모형을 이용하여 강우보정 모델을 구축하였으며, 감천유역의 7개 지점에 대해 지상강우를 보정하였다. VfloTM모형을 이용한 유출모의를 통해 보정된 강우의 신뢰도를 검증하였다. 단순선형회귀 모형을 사용하여 풍속구간별로 보정한 강우량은 실제 강우량보다 5%~18% 큰 강우량을 나타냈으며, 강우획득에서의 바람의 영향은 1.6~3.3m/s의 풍속구간에서 가장 큰 것을 확인하였다. 또한 풍속구간 5.5이상에서는 자료의 개수가 전체자료의 0.7%로 매우 작고, 이상치가 획득됨으로써 회귀모형의 적용성이 떨어진다고 판단하였다. 반면에 신경망 모형을 이용한 지상 관측강우의 보정에서는 전체적으로 관측 값보다 10%~20% 정도 작은 강우가 추정되었다. 통계오차분석을 실시한 결과, 획득한 강우량의 극치값이 크게 나타날수록 선형회귀 모형의 적용성이 높게 나타났으며, 전체적으로 편차가 크고 평균 강우획득량이 클수록 신경망 모형의 적용성이 높게 나타나는 것을 확인하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 앞으로의 수문해석에 있어 지역별 강우특성에 따라 기준우량계(pit guage)를 이용한 적합한 강우 보정방법을 사용함으로써 신뢰도 높은 수문해석이 이루어질 것으로 기대한다.

최근 기상이변으로 빈번히 발생하는 국지성 집중호우는 하나의 기상현상으로 자리를 잡아가면서 많은 피해를 야기하고 있다. 특히, 도시지역을 포함하는 중·소하천에서의 피해가 늘어나고 있는 상황에서 도시유역의 특성을 고려한 중·소하천 홍수예경보 모형의 구축이 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 도시유역에서의 중·소하천을 대상으로 자체 대상유역을 구분하는 기준을 마련하였으며, 이를 바탕으로 강우-유출 및 유량-수위 관계를 바탕으로 실제 배수위 영향을 고려한 도시유역 중·소하천 홍수예경보 모형을 개발하였다. 먼저 대상유역으로는 한강 및 낙동강 유역을 선정하였으며, 자체 구분기준에 따른 전체 55개 도심지 대상유역을 선정하였으며, 이들 중 한강수계 정릉천유역을 대표적으로 적용하여 홍수예경보 발령 기준을 선정하였다. 본 연구에서 개발된 도시유역 중·소하천 홍수예경보 모형은 강우량에 따른 의사결정지원 체계를 제안함으로써 방재관련 대책 수립 및 정비사업 계획 수립 등에 도움이 될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 수문모형의 구축 또는 설계홍수량 산정 시 요구되는 홍수도달시간의 산정 방법에 대해 검토하였다. 일반적으로 도달시간, 지체시간 등과 같은 시간매개변수의 결정은 수문모형을 구축할 때나 설계 시 매우 중요한 선행작업이며, 수문분석에 1개 이상의 시간매개변수가 반드시 필요하게 된다. 국내의 경우 자연하천 유역에 대한 도달시간 공식은 외국에서 개발된 Kirpich 공식, Kerby 공식, Kraven 공식, Rziha 공식 등의 경험공식들이 주로 사용되고 있으나, 적용 결과 과대 또는 과소한 값을 보이고 있다. 이것은 개발된 대상유역의 제한성과 개발정도에 따른 도달시간의 변화를 나타낼 수 없는 문제점을 갖고 있다. 국외에서 개발된 공식의 문제점을 보완하고자 신규 도달시간 산정 방법을 개략식과 정밀식으로 구분하고, Kraven 공식을 수정 보완한 연속형 Kraven 공식을 제시한 바 있다. 그러나, 도달시간 산정에 있어서 더욱더 중요한 사항은 국내 하천유역 또는 실험유역에서 지속적이고 정도 높은 강우량, 유출자료의 실측과 분석을 통하여 도출된 공식은 앞서 개발된 공식들의 단점을 보완한 신뢰성 높은 결과값을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 한국건설기술연구원에서 2012년부터 운영되어온 차탄천 시험유역(경기도 연천군 소재, 유역면적 190.64㎢, 주하도경사 0.96%, 유역평균경사 31.84%, 유로연장 38.49㎞, 산림 83.4%)의 2012년∼2013년 강우량, 하천수위(유출량) 자료를 기반으로 AMC(선행토양함수) 조건(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)에 따른 호우사상을 분리하여 최대 강우강도와 도달시간과의 관계 분석을 통하여 최대 강우강도 변화별 도달시간을 산정하였다. 차탄천 시험유역의 유역출구인 장진교의 최대 강우강도-도달시간 산정 결과 결정계수()는 AMC 조건 미고려 시 0.524, AMC 조건(Ⅰ) 시 0.610, AMC 조건(Ⅲ) 시 0.133으로 분석되었다. AMC 조건에 따라서는 의미있는 값을 산정하기 어려웠으며, 전체 21개 호우사상을 고려할 시 비교적 상관성이 높은 것으로 분석되었다. 최대 강우강도-도달시간 관계를 이용한 도달시간 산정 결과는 국외 공식을 적용한 획일적인 산정값에서 벗어나 최대 강우강도의 변화에 따라 도달시간을 달리하고 있어 매우 유용하다고 할 수 있다. 향후에는 많은 호우사상의 적용, 지형학적 인자, 강우강도, 유출량을 고려한 도달시간 산정 연구를 진행할 계획이다.

도시화로 인하여 불투수지역이 넓어짐에 따라 유역이 가지고 있던 자연적인 저류 및 침투능력의 감소로 인하여 하천에서의 첨두유출량 및 총유출량이 증가하고 있으며, 홍수도달시간도 짧아지고 있다. 최근의 기후변화로 인하여 기존의 계획빈도를 초과하는 강우발생으로 홍수량이 급증하고 있다. 이에 기존에는 하도정비나 펌프장 및 유수지 설치, 관거정비 등을 위주로 한 치수방재대책을 수립하였으나 이는 이미 한계를 도달한 실정이다. 따라서 유역 내 저류기능을 향상하고 지체시간을 늘리고 우수유출 저감효과 및 강우시 침수저감 효과를 극대화 하는 대안으로 저영향개발기법(Low Impact Development, LID) 중 하나인 우수저류시설을 설치가 늘어나고 있는 추세이다. 본 연구에서는 SWMM을 이용하여 부산시 온천천 유역의 부산대학교 대운동장 내에 설치되어 있는 우수저류시설에 대해 설치전·후 도시지역 홍수량 저감 효과와 침수저감 효과를 분석하였다. 온천천(부산대학교일원)에 대한 SWMM모형 침수영향 분석결과, 지속시간 160분의 경우 부산대학교를 통과하여 온천천으로 유입하는 간선에서 2,280톤의 침수량이 발생하였으나, 우수저류시설 설치로 인하여 침수량이 100%로 해소되는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 향후 도시지역 우수유출 저감 및 수해예방을 위해 유역 내 분산식 우수관리를 위한 저영향개발 기법에 대한 연구가 활발하게 진행되어야 할 것이다.

수질오염총량제는 수계의 목표수질을 설정하여 이를 달성하고 유지할 수 있도록 해당 유역 내 오염물질 허용총량을 설정 및 관리하는 제도다(환경부, 2013). 오염물질을 총량측면에서 관리함으로써 효과적인 수질개선을 도모하고 지자체는 배출량을 저감시킨 만큼 개발에 필요한 부하량을 확보할 수 있어 보전과 개발이 공존할 수 있는 방안이라 할 수 있다. 하지만 기준유량 산정 시 발생되는 문제점 역시 존재한다. 다양한 수문모형을 이용하여 기준유량을 산정할 수 있지만 해당 소유역 혹은 지점 내 비교·검증할 수 있는 신뢰성 높은 관측자료가 부재한 실정이다. 본 연구에서는 수문모형 중 폭 넓게 사용되고 있는 SWAT 모형을 이용하여 낙동강 유역 내 34개 수문단위유역의 소유역별로 2002년부터 2011년까지의 일 단위 유량을 연도별로 산정하였다. 낙동강 유역 내 상, 중, 하류에 위치한 구미, 왜관, 진동의 세 지점을 대상지점으로 선정하여 resampling 기법 중 하나인 k-Nearest Neighbors 기법을 이용하여 해당 지점별 연도별 일 단위 유량을 100 개씩 생성하였다. 해당 지점 마다 생성된 자료의 통계분석 및 quantile plot을 관측값과 비교하여 산정된 기준유량에 대한 신뢰성 분석을 실시하고 이를 통하여 수질오염총량제를 위한 개선 방안을 모색하였다.