전국 주요하천유역에 걸쳐 수행된 ‘4대강 살리기 사업’은 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해방지를 위한 다양한 공학적 노력이 시도되었다. 특히 안정적인 용수공급과 재해방지를 위한 수위확보를 목적으로 16 구간에 걸쳐서 일반적 형태의 고정보와 함께 다양한 형상과 운영방식이 적용된 가동보가 복합적으로 설치되었다. ‘4대강 살리기 사업’ 중에는 낙동강 23공구의 강정보구간을 비롯하여 한강 6공구의 강천보, 낙동강 18공구의 함안보 그리고 22공구의 달성보에 원호형태의 측면 형상을 갖는 라이징 섹터게이트(Rising sector gate)가 적용되었다. 본 연구에서는 강정보의 가동보 구간 2문 중 1문을 1/100 축척으로 모형 제작하여 가변 경사 개수로에 설치하고, 홍수 빈도별 상류 유량 조건과 하류단 수위 조건으로 케이스를 정하여 실험을 수행하였다. 실험조건은 우선 보의 운영방안에 따라 게이트의 4가지 개방도를 설정하였고, 특히 평수위조건에서는 보의 상류부에 퇴적된 퇴적물의 세척을 위한 flushing 운영개방도 포함하였다. 홍수시의 유량조건은 2년 빈도에 해당하는 유량을 수문의 비율과 상사법칙에 따라 설정하였으며 하류단 수위조건도 동일한 조건에 대한 값을 채택하여 적용하였다. 흐름특성을 파악하기 위해서 계측기기의 흐름간섭을 없애고자 비접촉식 계측방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 시스템을 채택하여 2차원(x-z 방향) laser sheet를 생성하고 주입된 particle에서 반사된 변위(displacement) 정보를 상호상관(cross-correlation)기법으로 유동장을 계산하였다. 또한 수리모형과 동일한 지형격자를 구축하여 3차원 CFD 프로그램인 FLOW-3D로 계산하여 결과를 비교하였다. 특히 flushing 운영방안에 대한 게이트부의 개방도를 세가지(30, 45, 60°)로 구분하여 모의하였고, 적절한 개방도의 제안을 하고자 하였다. 우선 4가지 운영방안에 대한 가동보 주변에서의 유속장을 파악하였고, 최대유속의 발생위치 변화를 확인할 수 있었다. 그리고 이에 따른 보의 바닥에서 최대유속이 발생할 경우, 하상보호공 위치와 거리 등에 대한 기존 연구와 비교해보고자 하였다. 그 결과 전체적인 흐름양상은 개방된 단면에서 매우 큰 유속과 압력이 발생하며 수문 상류부의 상단에서는 정체수역이 발생하고 연직방향으로는 회전하는 양상을 나타낸다. 또한 상류부 유량조건이 3 l/sec.의 경우에 비해 10 l/sec.의 경우에는 수문의 하류구간에서 전체적인 회전류의 형상이 나타나게 된다. 특히 하류부 수위조건이 작은 경우에 보다 큰 셀의 형상이 나타난다. 개방도를 증가시킬 경우에는 수문 배출구의 높이가 두 배 이상 증가함에 따라서 배출되는 평균유속값이 감소되고 상하류부 유속편차가 작아지는 것을 확인할 수 있다.

해안과 만나는 하천의 하구부에서는 하천의 유황과 흐름에 따른 상류에서의 토사 유입량에 따라 하구부가 변화한다. 특히 하구부에서의 퇴적토사 증가는 하천의 수질변화와 어도단절 등 하천환경에 악영향을 끼칠 수 있는 하구폐쇄를 발생시킬 수 있어 이에 대한 모니터링이 필요하다. 본 연구에서는 동해안으로 유출되는 하천인 가곡천을 대상지역으로 선정하여 하구부의 지형변화를 모니터링 하였다. 지형변화는 지상 LiDAR를 이용하여 대상 지역을 다시기로 스캐닝하는 방법으로 관측하였다. 측정된 자료는 위상 보정과 다시기 스캔자료의 비교·분석작업을 거쳐 하구부의 지형변화를 조사하였다. 연구결과 하구부에서의 침식/퇴적 체적과 면적 및 위치에 대한 변화를 빠르고 정밀하게 확인할 수 있었다. 지상 LiDAR를 활용한 하구부에서의 지형변화 관측은 하천환경의 변화과정을 빠르고 정밀하게 관찰할 수 있어 하구부의 지형변화를 조사하고 이로 인한 하천환경 피해를 줄이기 위한 연구에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

최근 들어 수질 환경 문제가 많이 발생함으로서 사회적으로 큰 이슈가 되고 있다. 오염된 하천을 회복시키기는 많은 비용과 장기간의 시간이 소요됨을 볼 때 하천 수질관리 시스템이 얼마나 중요한지 알 수 있다. 하지만 현재 관리시스템은 현장 조사와 단순모니터링에 의존하여 실시간으로 하천수질상태를 측정, 알림, 통보하는 것이 불가능하다. 이에 본 논문에서는 하천에 유량이 유입되는 주요지점에 수중환경감지 센서설치 및 USN, 수중환경 프로그램 개발을 통하여 주변오염지역 감지 및 수중환경상태를 실시간 감지하여 이상 징후 발생이 예상되는 시설물을 D/B 관리하는 지능형 수중환경 관리 시스템을 제시하고자 한다.

본 연구에서는 기존에 많이 사용되고 있는 정수압 가정을 하지 않고 수압의 변화를 고려할 수 있는 동수압이 고려된 수치모형을 제시하였다. 제시한 모형은 크게 2단계로 구성되어있다. 이는 x-, y- 그리고 z- 방향의 유속성분, 자유수면변위와 동수압을 해석하기 위한 것으로 첫 번째 단계에서는 이전단계에서 구한 동수압과 자유수면변위를 이용하여 운동량방정식을 해석하고, 두 번째 단계에서는 최종적인 유속장과 자유수변변위를 계산한다. 본 연구에서 개발한 수치 모형을 이용하여 원형섬 주변에서의 처오름 해석을 실시하였다. 수치모의 결과는 미국 육군 공병단 해안공학연구소(CERC)의 수리실험 결과와 비교하였다. 수치모의 결과는 실험결과와 잘 일치하였다. 이는 본 연구에서 제시한 수치모형의 이동경계(wet-dry) 문제에 대한 적용성을 알아보기 위한 연구로써, 추후 범람해석등에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 도로가 비대칭으로 연결되었을때 합류부 및 합류부 주위에서의 홍수흐름특성을 수리실험 및 3차원 유동모의 프로그램을 이용하여 실험적 분석 및 수치적 분석을 수행하였으며, 적용된 수치모형은 1990년대 초반 영국원자력공사(UKAEA)와 캐나다의 ASC(Advance Science Computing)의 TASCflow로부터 개발되어 CFX-4와 CFX-TASCflow를 기반으로 발전된 CFD 해석모형인 ANSYS CFX모형이다. 모의 및 분석결과 본 연구에서 적용된 모형은 유입유량 및 유입각 조건에 따라 도로 합류부에서 변화되는 복잡한 수면양상을 비교적 잘 모의하는 것으로 나타났다. 또한 도로 합류부 내에서의 시간 및 공간적 수심변화와 두 개의 하류경계에서의 유출유량에 대한 모의결과는 측정결과와 비교적 잘 일치하였다.

현재 수공구조물의 설계 및 하천기본계획 수립에서는 해당 구조물의 설계 및 하천개수 계획의 빈도와 지속시간에 해당하는 확률강우량을 이용하고 있고, 이러한 확률강우량은 강우유출 뿐만 아니라 토양침식, 토사유출 등 강우에 의해 발생할 수 있는 여러 현상들에 대한 연구에도 활용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 확률강우량에 대한 토양침식량 추정 시 필요한 빈도별 지속시간별 강우침식능 인자 산정을 위하여, 「확률강우량도 개선 및 보완 연구(2011, 국토해양부)」에서 제시한 전국 71개 주요지점의 빈도별(20년, 30년, 100년) 지속시간별(60분, 120분, 180분) 확률강우량을 Huff 3분위 강우 시간분포에 적용하였다. 강우침식능 인자 산정 시 필요한 강우에너지식은 노재경(1984)이 제시한 식을 이용하였다. 빈도별 지속시간별 지점평균 확률강우량과 강우침식능을 비교한 결과, 지속시간이 강우침식능에 미치는 영향이 매우 미소한 것으로 나타났고, 반면 재현기간이 증가함에 따라 강우침식능이 강우량에 비해 큰 폭으로 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같이 강우량과 강우침식능은 정확히 비례하지 않고, 이는 강우침식능 산정 시 이용된 각 지점의 Huff 시간분포 형태 및 강우량 크기가 서로 상이하기 때문인 것으로 판단된다. 산정된 각 지점별 강우침식능을 IDW 기법으로 공간보간하여 등강우침식능도를 작성한 결과, 지속시간이 1시간일 경우 강우침식능은 지역별로 큰 차이를 보이지 않으나, 지속시간이 2시간, 3시간일 경우 확률강우량도와 유사하게 강화 인근의 서해안과 남해안 지역의 강우침식능이 크고, 경북 내륙지방이 가장 작게 산정되었다. 본 연구를 통해 작성된 전국 강우침식능 인자는 빈도별 지속시간별 토양침식량 산정 시 이용될 수 있을 것이라 판단되고, 나아가서는 토양보존 계획 수립 및 토사재해 위험지역 파악에 활용할 수 있을 것이라 사료된다.

세종보 상류 전 구간에 발생한 토사 퇴적으로 인해 수문운영에 지장을 초래하는 등 문제점이 발생하고 있어 준설 및 저층수 차단 등 하상 안정화를 위한 다양한 방법들이 적용되었으나 그 효과가 미흡한 실정이다. 이는 세종보 상류 구간에 하상변동특성을 감안하지 않은 획일적이고 단기적인 해결책을 적용하였기 때문으로 세종보 상류 구간의 하상변동에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 세종보 상류 약 600m 구간에 대해 홍수기 전·후로 구분하여 하상변동 모니터링을 실시하여 하상의 변화를 측정하였으며 2차원 수치모형을 이용하여 흐름특성 및 하상변동을 모의하고 실측한 모니터링 결과와 비교하여 보 상류의 하상변동을 분석하였다. 모니터링 결과 세종보 상류 모니터링 구간에서 169,263m3의 토사가 퇴적되었으며 토사의 퇴적은 우안에 집중적으로 발생하였다. 상류부 전체적으로 퇴적 경향을 보였으나 가동보 수문 개도시 빠른 유속의 영향으로 보 직상류의 토사 퇴적은 적은 것으로 측정되었다. RMA2를 이용하여 흐름특성을 모의한 결과 우안은 오목한 지형적 특징으로 인해 유속이 낮게 모의되었으며 수문 개도에 따라 유속의 분포도 바뀌는 것으로 분석되었다. SED-2D를 이용한 하상변동 모의 결과 수문개도 방법에 상관없이 우안이 퇴적되는 것으로 모의되었으며 이는 지형적 특징으로 인한 우안의 낮은 유속에 기인한 것으로 분석되었다. 모니터링 및 수치모의 결과 세종보 상류는 전체적으로 퇴적되고 있으며 특히 우안의 낮은 유속으로 인해 퇴적 현상은 우안에 집중되고 있으므로 해결책이 필요하다.

해안 근처에서의 파의 변형은 매우 복잡하다. 그러므로 해안 근처에서의 파의 거동은 매우 정밀하게 분석하고 예측해야 한다. 또한, 해안구조물 건설시 파고가 제방 중량, 형상 등을 결정하는데 직접적인 영향을 미치기 때문에 구조물 근처의 변형된 파의 분석은 경제적이고 안전한 해안구조물의 건설과 밀접한 관련이 있다. 그러므로 더욱더 정확한 분석을 위해, 3차원 수치모형은 현재 널리 사용되고 있는 2차원 수치모형 대신 파의 변형을 분석하는데 사용되어야만 한다. 3차원 수치모형의 정확성을 파악하기 위해, 이번 연구에서는 고립파 처오름높이에 관련된 실험을 수치모형에 적용하였다. 본 수치모형은 Navier-Stokes 방정식에서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 Space-filtered averaged Navier-Stokes 방정식의 해를 구한다. 본 연구에서 사용되는 LES 기법은 Smagorinsky SGS model을 이용하여 난류 해석을 한다. 그리고 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식을 해석함으로서 압력장을 계산하였다. 또한 변형된 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도 VOF 기법을 사용하였다. 위의 기법들을 사용하는 모델은 가파른 경사에서의 처오름 해석에 적용하였고, 수리실험결과와 비교 및 분석하였다.

과거 1983년에 발생한 동해 중부 지진해일과 1993년 북해도 남서외해 지진해일에 의해 삼척항 지역에 피해가 발생하였다. 1983년에 지진해일이 내습했을 당시 인명피해 및 재산피해가 발생하였다. 이에 본 연구에서는 지진해일로 인한 삼척항의 자연재해가 재발하지 않도록 범람방지시설 설치를 통한 방재 효율에 대해 알아보고자 한다. 과거에 발생한 2개의 지진해일 및 가상지진해일 2개의 경우로 범람방지시설의 설치 전과 후를 각각 수치모의 하여 범람지역의 변화를 관찰하였다.

국내 연안에 시공된 호안구조물은 불투수성 콘크리트 재료로 이루어져 있고 급경사 또는 직립의 획일적인 형식이다. 경사 및 직립식 호안 구조물은 파랑에너지가 감소 효과가 미비하며 호안 구조물의 저면 세굴로 인한 구조물 붕괴, 반사파에 의한 주변해빈 침식으로 자갈층이 형성되는 문제점을 발생시키고 있다.(국토해양부, 2010) 사석구조물의 안정성에 대한 연구는 Tompson and Shuttler(1975)가 최초로 수행한 이래 많은 연구가 있었지만 기존에 수행된 대부분의 연구는 파랑에너지 저감 및 해안침식 저감을 위한 사석 및 블록 개발에 대한 내용이 주된 내용으로 사석의 형상 및 배열에 따른 파(Wave)의 흐름특성에 대한 연구는 수행된 사례가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 형상과 배열이 다른 인공사석들을 제작하여 형상과 배열이 파(Wave)에 미치는 영향을 수리모형실험을 통하여 분석하였다. 동일한 마찰면적과 공극률을 가진 호안구조물의 경우 파도의 진행방향과 연직방향으로 접촉면이 클수록 처오름 및 반사율이 크게 측정되었으며 특히 짧은 주기에서는 공극률에 저류된 물이 배수되기 전에 다음 파의 영향으로 처오름을 가중시키는 것으로 분석되었다. 2차원 유속측정 결과 X방향 유속은 처오름과 반사율 측정 결과의 경향과 비슷한 결과를 보였으며 Y방향 유속은 파의 흐름을 인위적으로 바꾼 배열이 크게 측정되었다. 또한 1：1.5 경사와 1：2.0 경사에 따른 흐름특성 분석 결과 처오름 및 반사율이 1：2.0 경사가 낮게 측정되었으며 입사유속 대비 반사유속 저감율 역시 1：2.0 경사가 높은 것으로 측정되었다. 해안 침식 방지를 위한 호안구조물은 에너지 감소를 위한 물리적 특징과 함께 형상과 배열도 중요하다고 평가되었다.

본 연구에서는 수치실험을 통하여 규칙파의 주기와 파고를 변화시키면서 수리적 특성을 분석하였다. 수치해석에 사용한 모형의 지배방정식으로는 Navier-Stokes 방정식을 사용하였다. 또한, 자유수면의 변위를 정확하게 해석하기 위하여 VOF기법을 적용하였다. 수치모형실험을 통하여 수중방파제의 기울기 입사파의 주기와 파고 그리고 수중방파제의 유공율을 변화시키면서 월파유량 및 수리적 특성을 연구하였다. 연구결과 불투수성 수중방파제보다 투수성 수중방파제에서 월파유량을 더욱 저감시킴을 알 수 있었으며, 주기가 크고 파고가 클수록 월파유량이 증가함을 알 수 있었다.

최근 지진해일에 의한 막대한 인명 및 재산피해로 인해 지진해일 위험을 경감시키기 위한 연구가 증가하고 있다. 하지만 지진해일에 관한 기존의 연구는 주로 수치모형실험을 통해 처오름 높이를 예측하는 것에 초점이 맞추어졌다. 본 연구에서는 확률론적 개념을 도입함으로써 급작스런 지진해일에 의한 위험지역을 예측하였다. 위험지역 예측을 위해 먼저 범람데이터의 확률분포형이 결정되고, 이후 누적분포함수를 이용하여 기준높이를 초과하는 범람이 발생할 확률이 산출되었다. 앞서 언급한 기준높이를 초과하는 범람 발생 확률은 14가지 지진해일의 경우에 대해 계산되었다. 최종적으로 지진해일 위험지역은 가능최대범람확률(Probable Maximum Flooding Probability) 개념을 도입하여 예측되었다.

원해 지진해일을 수치모의하기 위해서 엇갈림 격자계를 이용하여 유한차분 기법인 leap-frog 방법으로 차분한 선형천수 방정식을 사용하였다. 지진해일파가 먼 거리를 이동하는 경우에는 분산효과가 중요한 역할을 하기 때문에 수치모의시 반드시 고려해야한다. Cho et al.(2007)은 차분과정에서 발생하는 수치분산을 이용하여 분산효과를 고려하는 실용적인 분산보정기법을 개발하였다. 개발된 분산보정기법은 일정 수심에서 해석해와 비교함으로서 검증되었다. 본 연구에서는 2011년 3월에 발생한 동일본 지진해일을 수치모의하여 DART buoy에서 관측한 값과 비교하였다. 분산보정기법을 적용하여 선형 천수방정식을 계산한 결과값이 상대적으로 분산을 고려하지 않은 선형 천수방정식을 계산한 결과값보다 전파 파형이 잘 표현되었고, DART buoy의 관측값과 비교했을 때는 첫 파의 도달시간 및 파고가 정확하게 계산되는 것을 알 수 있었다.

최근 기후변화에 따른 이상기상현상으로 세계 곳곳에서 예측할 수 없는 극한기후가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 전 지구적인 기후변화는 지역적인 강수의 편차를 크게 증가시키고 있다. 기후변화는 평균적인 측면에서 온도 및 강수량의 증가로 이해할 수 있겠지만, 수자원에 있어서는 평균값보다 홍수와 가뭄과 직접적으로 연결되는 극치값이 더욱 중요하다고 할 수 있다. 이와 같은 기상 현상은 이전에는 나타나지 않은 비정상적인 기후 즉, 극치 사상으로 분류할 수 있다. 그리고 실제로 기후변화가 전 세계적으로 많은 지역에 극치 홍수 및 극치 가뭄과 같은 피해를 유발하고 있는 실정이다. 이를 위해서 우선적으로 기후변화 연구 방법 중의 하나인 연 자료 및 연평균 자료 이용 및 분석 연구를 바탕으로 하여 극한 사상의 발생빈도와 경향성과 같은 특성을 분석할 수 있는 연구가 동반되어야 한다. 이와 동시에 기후변화 양상이 수자원에 미치는 영향을 분석하기 위해서는 연평균, 월평균과 같은 평균 개념의 값 이외에도, 일 단위의 자료를 사용하여 짧은 시간에 발생할 수 있는 극한 사상을 분석하는 것도 중요한 일이다. 이와 함께 본 연구에서는 강우에 관련하여 객관성과 일관성을 유지할 수 있는 ETCCDI(Expert Team on Climate Change Detension and Indices)극한지수를 설정하고, 이에 근거하여 수도권 지역에 위치한 서울 및 경기도 지역에 위치한 기상청 산한 서울, 인천, 수원, 강화, 양평, 이천 등 6개 관측소와 전국 주요 지점인 광주, 대구, 대전, 부산, 제주, 울릉도 등을 포함한 총 12개의 과거자료를 분석하고 RCP8.5 시나리오 자료를 이용하여 기후변화에 따른 극한 사상의 경향성을 분석하였다.

지구온난화에 따른 기후변화로 인한 자연재해의 발생 빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 피해규모 또한 점점 커지고 있다. 이로 인하여, 최근 빈발하는 집중호우에 의한 자연재해는 생명과 재산에 직접적인 피해를 입히게 된다. 경제발전과 인구증가에 따른 도시지역의 침수는 심각한 인명 및 재산 피해를 야기하게 되었다. 특히 서울 지역을 비롯한 경기도 지역은 지역개발에 따른 도시의 특성상 침수로 인한 피해가 발생할 경우 사회기반시설에 큰 문제점을 야기하며, 기존 시설물 및 재산 피해 뿐 아니라 장래 생산성에 있어서도 막대한 경제적 손실을 일으킨다. 급속한 도시화로 인해 유역 내 불 투수 지역의 면적이 증가하고 있는데, 이는 자연유역에 비해 짧은 도달시간으로 인해 높은 첨두 홍수량을 유발하여 도시홍수 피해의 주된 원인이 되고 있다. 따라서 이러한 피해를 줄이고자 구조물적 또는 비구조물적 홍수방지 대책들을 마련하여 시행하고 있다. 본 연구에서는 기후변화 시나리오 및 기후모형들을 검토하여 적정 기후시나리오와 기후모형을 선정하고, 수집한 강우자료를 시간단위로 축소한 뒤 미래 기후변화의 영향으로 인해 발생할 수 있는 확률강우량을 구하였다. 기왕최대강우량 및 RCP 8.5 시나리오를 이용한 확률강우량을 XP-SWMM 모형에 적용해 도시배수시스템의 홍수유출량을 산정하였다. 대상지역에 월류가 발생할 것으로 예상되었으며, 따라서 이에 대한 적절한 대책 마련이 필요할 것으로 보여진다.

최근 지구온난화로 인하여 지난 100년(1906~2005년) 동안 지구의 평균기온은 약 0.7℃ 상승하였으며, 이러한 추세는 1990년 이후 더욱 급격히 변하고 있다. 이러한 기후변화는 수문 현상에 많은 영향을 미쳐 물 순환 과정의 정확한 파악을 더욱 어렵게 하고 있으며 안정적인 물 공급을 위한 수자원 계획 수립에 불확실성을 증대 시키고 홍수나 가뭄 등과 같은 극심한 자연재해의 대비책 마련에 어려움을 가중시키고 있다. 이는 기후변화의 영향이 국가 수자원계획을 비롯한 수자원 관리 실무에 적극 반영되어야 함으로 대변 할 수 있다(국토해양부, 2009). 본 연구에서는 기후변화에 따른 수자원 영향평가를 위해 준 분포형 강우-유출모형인 SLURP 모형을 선택하고 새로운 온실가스 배출시나리오인 RCP 시나리오를 이용하여 생성한 모의기상자료를 활용하여 유출량을 산정한 후 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 분석하였다.

강원도 지역은 태백산맥이 위치하여 지형적으로 복잡한 산악지형을 갖고 있으며, 또한 동쪽으로 는 동해가 위치하여 동해의 영향을 직·간접적으로 받는 지역적인 특성을 지녔다. 이에 따라 기상과 관련 하여 발생된 강원도 지역의 재해 피해는 우리나라 전체 피해액의 1/3정도를 차지하고 있다. 특히, 강원도 지방은 2002년 태풍 루사가 영동지방을 강타했을 때 영동지방의 대표도시인 강릉에서는 기록적인 폭우(일 최대강수량 870.5mm)가 내렸으며, 2003년 태풍 매미 뿐 아니라 최근 발생하고 있는 국지적인 호우로 인한 영서, 영동지방의 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 강원지방의 장기간의 자료를 보유하고 있는 속초, 대관령, 춘천, 강릉, 원주, 인제, 홍천 관측소의 연 최대치 강우자료를 대상으로 시 강우 및 일 강우의 특성을 분석하고 빈도해석(frequency analysis)을 실시함으로써 설계강우량을 산정하였다. 또한, 지속시간에 따른 경향성 분석을 하였으며 1990년 전후의 강우 및 온도자료를 나누어 극한지수를 산정함으로서 최근 발생하고 있는 강우의 패턴 변화를 분석 하였다.

IPCC 4차보고서(2007)에 따르면 기후변화로 인해 북위 70도 이상과 극지방에는 강수량이 증가하는 반면에, 적도에서 북위/남위 30도까지의 아열대 지역이 확대되어 강수량이 더욱 줄어들며 2020년대(지구평균기온은 1℃상승)에는 전 세계적으로 최대 17억 명 가량이 물 부족으로 고통 받을 것으로 전망되고 있다. 우리나라도 1990년대 이후 겨울에서 봄철로 이어지는 시기에 지역적으로 만성적인 가뭄이 계속되고 있고, 특히 2001년에는 기상관측 이래 때 이른 무더위와 극심한 가뭄으로 전국적으로 피해를 입었다. 가뭄에 대한 경제적인 손실은 홍수에 비해서 2～3배정도 달하고 있으며 미국 국립가뭄경감센터(NDMC)에서 발표한 통계에 따르면 재해유형별 연평균피해액 중 가뭄피해가 가장 큰 것으로 분석되었다. 현재 기후변화와 관련하여 가뭄분석에 널리 쓰이고 있는 방법인 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)는 기온과 관련된 변수를 고려하지 않기 때문에 기후변화로 인한 강수, 증발산 등의 물수지 변화를 고려할 수 없다는 한계점이 있다. 기후변화로 인한 미래 강수량의 증가만을 생각하면 가뭄이 감소할 수 있으나, 증발산량의 증가로 인해 사용 가능한 물의 양이 줄어들 수 있으므로 기후변화의 영향을 고려하여 잠재적 가뭄상태를 평가하고 예측하려면 증발산량을 고려한 가뭄 전망 연구가 반드시 필요하다. 이에 본 연구에서는 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)와 유사하지만 기온의 변동성이 포함된 새로운 개념의 가뭄지수인 표준강수-증발산량지수(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)를 이용하여 가뭄발생을 평가하였다. 먼저 본 연구에서는 미래의 기후변화가 한반도의 가뭄발생에 미치는 영향을 평가하기 위해 IPCC AR5의 RCP기후변화시나리오로 부터 모의된 미래강수 및 기온자료(2011년-2099년)를 추출하였으며 전국 기상관측소의 강수 대비 증발산의 비율을 분석하였다. 또한, 이를 통해 SPEI 산정하여 한반도의 미래 가뭄발생의 변화를 평가하였다. 그 결과 미래로 갈수록 강수량이 증가하고는 있으나 건조지속간의 증가 및 기온 상승으로 인한 증발산의 증가로 인해 가뭄의 심도가 증가될 수 있음을 확인할 수 있었다.

전 세계적으로 기후변화와 변동으로 인해 기온, 강수 등의 수문수환 요소들이 과거와는 다르게 빠른 속도로 변하고 있다. 이에 따라 기후변화가 수문학적 극한사상에 미치는 잠재적 영향은 지난 수십 년간 수자원 공학 관련 분야에 많은 관심을 이끌어 왔으며 많은 선행 연구들은 극한 수문사상의 규모 및 빈도가 증가한다는 결과를 보여주었다. 또한 최근 들어서 설계규모를 넘어서는 극한강우사상의 발생은 다양한 수공구조물 들과 수자원 관련 방재체계를 파괴하는 원인이 되고 있다. 또한 최근 들어 이들의 출현빈도는 점차 증가하고 있으나 규칙적인 패턴이나 일정한 주기에 따라 발생하지 않는 것이 큰 특징이라 할 수 있다. 본 논문에서는 2008년 김 병식 등(2008)이 제시한 강우와 온도에 관한 극한지수 총 10개 항목을 우리나라 전역에 적용하였다. 이 논문에서 제시한 일 강우와 기온의 극한지수 산정방법을 근거하여 우리나라 전역에 위치한 기상청 산하 총 59개 관측소의 과거자료(1980년~2005년)를 분석하고, 새로운 기후시나리오를 근거하여 3개의 기간(Period1：2011년~2040년, Period2 2041년~2070년, Period3：2071년~2099년)으로 구분하여 미래극한지수 변화를 전망하였고 각 기간별 연별, 월별 극한지수를 평균하여 각 기간을 비교분석 하였다. 미래로 갈수록 강수, 기온과 증발산이 증가하고 있었으며 특히, 21세기 말에는 2월과 12월의 평균기온이 영상으로 2월과 12월에도 증발산량의 증가를 확인할 수 있었다. 증발산량에 대한 강수량의 비율 또한 전반적으로 미래로 갈수록 증가하고 있어서 미래 기후에서 가뭄 위험도가 증가하리라 전망되었다. 이를 확인하기 위하여 가뭄지수를 이용한 분석에서도 미래로 갈수록 전반적으로 발생 빈도수가 증가되고 있음을 확인하였다. 대부분의 선행연구에서는 미래로 갈수록 극한강수의 비정상성이 증가되리라 전망하고 있다.

본 연구에서는 SMS 모형을 이용하여 하천에 유입된 오염물질의 이송 및 확산 특성을 파악하기 위하여 실제 흐름에 적용하였다. 연구대상 수로구간은 한강하류부인 반포대교에서 가양대교까지를 실험하였으며, 수치모형으로는 RMA-2와 RMA-4를 사용하였다. RMA-2 모형을 통해 수치모의 결과와 실제 흐름에서의 확산범위 및 확산에 영향을 미치는 확산계수변화에 따른 농도 분포를 비교 분석하였고, RMA-4 모형을 통해 오염물질이 유입되었을 때 확산규모 및 이송특성을 분석하였다. 이 때의 경계조건으로 사용되는 유량 및 수위자료는 갈수기 기간을 선정하여, 한강 홍수통제소에서 제공하는 자료를 사용하였다. 수치모의 결과 갈수기 기간의 오염물질의 확산특성의 경우 확산계수의 영향을 거의 받지 않으며, 오염물의 도달속도는 오염물질이 유입된 지점에서 하류부로 갈수록 감소하였다.