최근 증가하는 강우강도와 강우량으로 인해 건설된 지 수십년이 지난 소규모 농업용 저류지는 과거 건설당시의 설계빈도와 비교하여 현재의 기준과 비교하면 안정성이 확연히 낮아지고 있다. 이러한 노후되고 안정성에 문제가 있는 전국의 약 17,531여개의 소규모 농업용 댐과 저수지는 현재의 강화된 설계기준으로 재검토가 필요하며, 치수능력의 증대방안으로 여수로 및 수문을 보강할 필요가 있다. 최근들어 발생하는 저수지의 붕괴사고가 이러한 노후된 저수지의 안전성을 평가하고 저수지의 치수능력을 증대시켜야 할 필요성을 강조하고 있다. 본 연구에서는 소규모 농업용 저수지유역의 강우분석을 실시하여 200년 빈도의 120%증대된 기준으로 현재의 저수지의 안전성을 평가하여 부족한 치수능력을 증대시키기 위한 저수지 증고, 여수로 증설 및 수문 설치방안 등을 검토하였다. 이러한 치수능력을 증대하여 기존의 저수지의 안정성을 확보하고 하류지역의 홍수에 대한 안정성을 확보 할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 기준으로 농업용 저수지의 치수능력을 평가하여 전국에 산재된 수많은 농업용 저수지의 치수능력을 증대함으로 인해 지방하천, 대하천 유역의 홍수저감 효과를 증대시키고 저수지 하류의 안전을 확보하고자 한다.

최근 지구온난화와 기후변화에 의한 가뭄과 홍수의 발생빈도가 증가하고 있는 추세이며 기후변화에 의한 재해는 국민 생활에 직접적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 세계 여러 나라에서는 기후변화에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있는 실정이다. 우리나라의 도시유역의 경우 인구와 재산이 밀집해 있기 때문에 기후변화에 의한 수자원의 영향평가나 극한홍수 등의 자연재해에 대비한 홍수방어 적응 대책에 대한 연구가 절실히 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 급격한 기후변화로 인한 현재 하천시설물의 취약성에 대한 분석이 미비한 실정을 고려하여 하천시설물의 기후변화 영향을 고려한 분석기술에 대하여 국내의 취약성 분석 기술인 유역평가지수(Watershed Evaluation Index, WEI), 홍수위험지수 (Flood Risk Index, FRI), 홍수취약성 지표(Flood Vulnerability Index, FVI) 등과 외국의 취약성 분석 기술들에 대해 비교하여 국내 실정에 맞는 취약성 분석 기술을 도출하여 취약성 분석을 통한 기후변화대응과 하천시설물 설계 및 수방전략 수립에 활용하고자 한다.

최근 들어 기후변화로 인한 수자원 분야의 잠재적 영향 예측 및 평가를 위한 연구를 활발히 수행하고는 있으나, 수문기상학적인 자연현상을 정확히 예측하기란 사실상 어려운 일이며, 불확실성이 매우 크다는 문제점과 지역규모 유역의 기후변화 영향에 대한 종합적 평가기준이 아직까지 모호하다는 어려움을 안고 있다. 최근에 실시된 4대강 정비 사업은 변화된 하천 조건과 기후변화에 따른 유역의 수자원 예측의 불확실성과 기후변화 영향 평가와 대응책 마련의 어려움을 더욱 가중시키는 인자로 작용할 수 있다. 그러나 아직까지 일반화된 지역규모 유역에 대한 수문학적 통합위험지수에 대한 연구는 기초단계에 있으며, 지역적 규모의 기후변화 영향분석 및 취약성 평가를 위한 개념적 인자분류 체계 구축을 통한 표준화 연구의 수행이 필요하다. 본 연구에서는 4대강 하천정비 사업 이후 행정구역단위 중소규모 유역에 대하여 통합지역위험지수 산정을 통한 개념적 인자분류체계를 구축하여 기후변화와 수자원 영향 평가를 실시하였다. 본 연구는 기후변화로 인한 수문학적 위험성을 표준화하고 정량화된 값으로 제시할 수 있다는 점에서 장점이 있으며, 최근 4대강 사업으로 인하여 변화된 하천유역에 대하여 지역적 규모의 수문학적 위험도 변화를 효율적으로 평가하고, 체계적인 수자원 관리계획과 기후변화 적응을 위한 지역의 통합위험성 평가를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

도시화 및 기후변화에 의한 물순환 특성의 변동 분석을 도시지역별로 평가하고 특성이 유사한 지역별로 대상 집단을 분류하여 낙동강 유역 내 도시 지역을 도시화 및 기후의 변화로 발생되는 유사 특성을 나타내는 지역별로 그룹화하였다. 본 연구는 도시화에 따른 불투수면적의 증가에 따른 물순환 변동의 특성을 분석하기 위하여 낙동강 유역을 대상으로 1975년, 1990년, 2009년의 토지이용도 자료를 수집하였다. 또한 기후변화의 영향을 고려하기 위하여 기상청에서 제공하는 AR5 시나리오 기반의 RCP 8.5 시나리오를 선정하였다. 낙동강 유역 내 지역별 물순환 변동 지수를 산정하기 위하여 SWAT 모형을 구축하여 토지이용시나리오 및 기후변화 시나리오를 적용함으로써 소유역별 발생되는 물순환 결과를 도출하였다. 낙동강 유역은 표준단위유역을 기준으로 145개 소유역으로 분할하였으며, 산정된 물순환 결과 및 토지피복별 변화 정도의 결과를 이용하여 군집분석의 입력자료로 활용하였다. 물순환 및 토지피복별 변화 정도를 면적대비 변화율로 정의하여 지수를 도출하고 지수 간의 Spearman's rank-order 상관분석을 통하여 상관분석을 실시하였다. 지수 간 상관 정도가 높은 지역별 지수를 군집분석 기법 중 k-means clustering analysis 기법에 적용하여 145개 소유역에 대하여 3 가지 cluster로 분류하였다. cluster1의 경우는 도시화의 증가율이 비교적 적은 지역으로 산림 및 농지가 대부분을 차지하였고, cluster2는 도시화 진행 정도가 5 % 미만인 지역이며, cluster3은 도시화가 5 % 이상으로 면적 대비 증가율이 비교적 크고 산림 및 농지의 면적의 비율이 작은 지역으로 분류되었다. 유역 내 도시 단위별 도시화 및 기후변화에 따른 물순환 특성의 변동이 유사한 지역으로 군집화 함으로써 수자원 개발 또는 도시 개발 계획 시 유사한 지역의 사례를 통한 기초 조사·분석에 활용이 가능하다.

본 연구는 A 하수처리장 내 혐기 소화 상징액 그리고 농축조 상징액을 대상으로 반응시간에 따른 질소 화합물 성상 변화에 관한 연구를 수행하였다. 하수처리장에서 질소 처리는 일반적으로 질산화 – 탈질의 생물학적 처리를 기반으로 하고 있다. 세계적으로 친환경·저에너지 형 기술이 주목받음에 따라 기존의 완전질산화 반응과 비교하여 경제적인 아질산화 반응 및 관련 연계 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 아질산화 반응은 SRT 조절에 따른 nitrite oxidizing bacteria(NOB)의 wash-out 또는 free ammonia(FA)에 의한 저해 작용과 같은 인위적인 조작이 없으면, 자연적 안정적으로 유도되기 어려운 반응으로 알려져 있다. 약 300일에 걸친 실험실 규모 아질산화 반응조 운전을 통하여 운전 SRT 별 반응시간에 따라 반응조 내 질소 화합물의 성상 변화를 분석하였다. 안정적인 아질산화 반응이 유도된 구간에서는 암모니아성 질소가 감소함에 따라 아질산성 질소만 증가하는 경향을 보였다. 하지만 완전질산화가 유도된 구간에서는 일정 반응 시간 암모니아성 질소가 감소함에 따라 아질산성 질소와 질산성 질소가 증가하다 일정 시간 이 후 아질산성 질소가 감소하고 질산성 질소가 증가하는 경향을 보였다. 이는 완전 질산화가 유도된 구간에서는 상대적으로 긴 SRT로 인해 반응기 내 아질산성 질소로 전환되었던 질소 화합물이 다시 질산성 질소로 전환되는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 아질산성 질소가 질산성 질소로 전환되는 시점을 기준으로 아질산화 반응이 유도 가능한 SRT를 파악 할 수 있을 것으로 판단된다. 실험실 규모 운전 결과를 바탕을 도출된 본 연구의 연구 결과는 실제 하수처리장에 아질산화 반응 도입 시 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 노후화된 수력발전용 댐의 시설개선에 따른 하류하천 어류의 물리서식처 변화에 대한 수치해석을 수행하였다. 적용 하천은 괴산댐으로부터 하류에 위치한 송동보까지 3.073km 구간이며, 댐의 발전방류량 변화에 따른 가중가용면적(WUA: Weighted Usable Area) 변화를 모의하기 위하여 유량증분방법론(IFIM: Instream Flow Incremental Methodology)이 적용되었다. 발전방류량 변화에 따른 가중가용면적 산정을 위해 일차원 모형인 PHABSIM을 적용하였으며, 서식도적합도지수(HSI: Habitat Suitability Indices)는 강형식(2012)에 의해 산정된 달천 유역의 우점종인 피라미(Zacco platypus)에 대한 유속 및 수심에 대한 지수를 적용하였다. 서식도적합도지수 산정을 위해 Eco-river21 사업단에 의한 2007~2010년간 달천 유역의 어류 모니터링 데이터가 활용되었다. PHABSIM에 의한 수리계산 결과를 김원 등(2007)에 의해 실측된 수위 모니터링 데이터와 비교한 결과 수치모형에 의한 예측 결과가 실측치와 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 또한, 피라미에 대해 가중가용면적(WUA)이 최대가 되는 생태학적 최적유량은 10㎥/s인 것을 확인할 수 있었다. 괴산댐 노후 발전설비 교체에 따른 발전방류량 변화로 인한 하류하천의 주간단위 가중가용면적 모의 결과, 발전설비 교체 후가 교체 전에 비해 서식처가 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 노후 발전설비가 교체됨에 따라 발전방류의 주기가 증가함으로써 하류하천 피라미 서식처에 긍정적인 영향을 제공하는 것으로 판단된다. 그러나, 하류하천 서식처 개선을 위해서는 역조정지 설치 등에 따른 하류하천의 지속적인 방류량 공급이 필요한 것을 확인할 수 있었다.

최근 지구온난화와 기후변화로 인하여 강우 패턴이 변하고 그로인해 국지성 호우로 인한 홍수 피해가 늘고 있다. 특히, 본 연구대상지역인 도암댐 유역 같은 경우, 독특한 지질 구조와 토지 이용으로 인하여 다량의 탁수유발물질이 발생하여 비점오염원 관리지역으로 지정되었다. 즉, 다른 지역에 비하여 강우시 침식에 따른 자연적인 토양 유실이 활발하게 일어나는 곳으로 유역의 토양, 지형 및 피복조건 등의 특성이 유실에 적합한 조건으로 형성되어 왔다. 댐 상류유역에 위치한 고랭지밭 등에서 우기시 다량의 토사가 유입되고 있는 지역으로 강우시 탁도가 급속히 증가하고 호수내 탁도를 급격히 증가시키고 수력발전을 위해 강릉남대천으로 방류되는 물로 인해 하류하천의 수질 악화로 이어지고 있다. 본 연구에서는 이러한 기후변화에 따른 댐 유역의 유출 및 수질 변화를 예측하기 위하여 IPCC에서 제공하는 A1B 시나리오의 4개의 RCM 기후변수(강우, 최고온도, 최저온도, 습도)를 다중인공신경망(Multisite Artificial Neural Network Downscaling Model) 기법을 통하여 지역별 상세수문시나리오를 생산하였다. SWAT 모형을 이용하여 6년(2002~2004, 2006~2008) 동안의 일변 유출량 및 월별 수질(SS, T-N, T-P) 자료를 이용하여 모형의 보정 및 검증을 실시한 후, 예측된 기상 시나리오에 대해 2100년까지의 미래 수문학적 거동 변화 및 하천수질 변화를 전망하였다. 또한, 토지이용변화에 대한 5가지 시나리오 Partial Change of Forest to Urban(PCFU), Partial Change of Forest to Bare field(PCFB), Partial Change of Forest to Grassland(PCFG), Partial Change of Forest to Upland Crop(PCFUp), and Partial Change of Forest to Agriculture(PCFA)를 산정하여 기후변화와 토지이용변화를 고려한 유출 및 수질변화를 예측하였다.

본 연구에서는 기후변화에 따른 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP)의 변동을 추정하기 위한 기반연구로 국내 및 국외의 PMP 산정 방법에 대한 연구동향을 조사하였다. 외국의 문헌조사 결과, 1950년대부터 PMP에 관한 연구가 시작되었으며 주로 경험적인 방법론이 사용되었다. 2000년대에 들어 기후모델을 이용한 기후변화에 따른 PMP의 변화에 관한 연구가 진행되었다. 국내에서는 1960년대부터 PMP에 관한 연구가 이루어졌으며, 1988년 국토교통부의 보고서를 시작으로 국가적인 연구가 지속적으로 수행되고 있었다. 기후변화에 따른 PMP에 관한 연구는 2010년대에 들어서 진행이 되고 있음을 알 수 있었다.

최근 기후변화, 물 부족 문제 심화 등으로 인한 향후 안정적인 물 공급의 어려움이 예상됨에 따라 현재의 용수공급 시스템의 공급능력 및 취약성을 평가할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 기후변화 대비 안정적인 용수공급을 위한 수자원시설 용수공급능력 및 취약성 평가를 통해 용수공급의 기후변화 적응 전략 개발하고자 한다. 관련 분야의 국내외 연구동향 및 학술적 흐름을 보면 현재 새로운 기후변화 시나리오가 제시되었으며 이에 따른 용수수급 전망 및 수자원시설물 평가에 대한 국내 기술은 초기 단계에 머물고 있다. 국내에서는 통합수자원관리 및 평가를 위해 K-WEAP 모형이 개발되어 적용되고 있는 실정이며, 댐운영 등을 위해 K-MODSIM 등이 개발되어 있지만 이 모형 등을 통해 기후변화에 따른 용수공급능력 평가를 하기에는 한계성 존재한다. 용수공급 능력 및 취약성 평가를 위한 모형은 댐 운영, 수리권 및 용수배분 등을 효율적으로 고려하여 용수수급을 분석하여야 하지만 국내의 경우 용수공급 능력을 평가할 수 있는 방법론 및 평가기술이 미비하여 기후변화 대비 안정적인 용수공급 체계 구축에 어려움이 있다. 따라서 본 연구를 통하여 기후변화에 따른 용수공급 취약시설 및 지역을 도출하고 이에 따른 용수공급시설물 최적 연계 운영 체계 개발 및 향후 예상되는 물 부족 대응을 위한 적응체계를 도출할 수 있도록 국가 수자원장기종합계획 수립 시 기후변화에 따른 수자원 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.

최근 기후변화로 인한 단시간의 집중호우와 돌발홍수의 증가로 도심지역의 침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 내륙에 위치한 도시지역과는 달리 해안에 접해있는 해안도시지역은 하천연장이 짧고, 급경사로 인하여 조위에 따라 홍수위가 크게 영향을 받기 때문에 동일한 강우라도 피해규모가 더 큰 특성을 가진다. 국내의 대표적인 해안지역인 창원시(구 마산)의 경우 2012년 9월 태풍 산바(Sanba)로 인해 상당한 침수피해와 인명피해가 발생하였다. 당시 최대 일강우량은 65mm로 창원시 하수관거의 설계강우량(258mm) 보다 훨씬 적었음에도 불구하고 많은 인명 및 재산 피해가 발생하였다. 이는 태풍의 남해안 상륙시각과 만조위(최대 265cm)가 겹치면서 도시의 배수시스템이 정상적으로 작동하지 못하였고, 이로 인해 심각한 침수피해가 발생하였다. 본 연구에서는 2차원 도시범람해석 모형인 XP-SWMM 모형을 이용하여 창원시(구 마산)내의 장군천 배수구역을 대상으로 빈도-지속기간별 강우와 조위의 영향을 고려한 침수모의를 수행하였다. 그 결과 AR4 기후변화 시나리오에 따른 목표기간별 발생 빈도와 지속기간이 증가함에 따라 침수피해가 가중되는 것을 알 수 있었다.

가속화되는 도시화와 함께 기후변화로 인하여 가중되는 환경 측면의 수질, 생태, 기온, 에너지 이외에도 수문순환에서 발생되고 있는 변화는 우선적으로 해결되어야 하는 중요한 문제임이 확실하다. 이러한 요인은 도시유역 내 불투수면적의 증가에 따라 증발산량의 감소, 지표유출의 증가, 침투량 감소의 물순환 변화를 초래한다. 본 연구에서는 기후변화 및 도시화가 물순환 변동에 미치는 영향을 정량적으로 산정하고 이를 도시지역별로 평가하기 위해 주성분 분석(Principal Component Analysis) 기법을 적용하였다. 낙동강 유역 내 도시화 지역의 발달 정도에 따라 16곳의 동단위의 지역을 선정하였다. 선정된 지역은 면적 대비 도시화율이 10 % 이상인 곳을 기준으로 산정하였으며, 선정된 도시는 대구 동/북구/서구/달성군, 구미, 경산, 구미 및 칠곡, 밀양, 문경 등으로 도시화 정도에 따라 물순환 변동의 대조군을 위한 지역도 함께 선정하였다. 선정된 도시지역 내 물순환 변동 평가 지수에 따라 상관관계 분석을 통하여 주성분 분석의 입력변수를 선정하였다. 주성분 분석을 통하여 정보의 기여율이 98 %를 나타내는 PC3 (Principal Component 3)을 통하여 각 지역별 물순환 특성 변동 지수의 주성분 분석 결과를 선형결합하였다. 이로써 물순환 변동에 따른 종합 민감도 지수를 산출하였으며, 대구 지역이 약 23으로 가장 큰 민감도를 보였고 다음으로 부산, 구미 등으로 나타났다. 본 연구의 결과는 기후변화 및 도시화에 따른 물순환 변동의 결과를 지수로 정량화하여 각 도시별로 산정하였고 이를 주성분분석 기법에 적용함으로써 도시지역별 종합 지표를 산정하였다. 본 연구의 결과는 기후변화 및 불투수면적의 증가가 수문순환에 미치는 영향을 도시별로 가할 수 있으며 물순환 변동 평가기법은 지역을 상세화하여 최대 단위를 동으로 설정하여 적용한다면 도시 개발 및 계획 시 그 활용정도가 높을 것으로 판단된다.

면진장치 중에 하나인 마찰진자시스템(FPS)은 진자의 성질을 활용하여 면진된 구조물의 고유주기를 임의로 결정할 수 있는 지진격리장치이며, 면진장치의 진자운동으로 인하여 곡률반경과 중력에 의한 고유복원력과 마찰에 의한 감쇠력을 갖는다는 장점이 있다. 마찰진자시스템은 곡률반지름과 재료의 마찰계수를 기본적인 설계변수로 하며 면진장치를 설계할 때 중요하게 작용되는 변수 중 하나이다. Coulomb 마찰이론에 따르면, 마찰계수는 상재압이나 마찰속도에 따라 그 값은 변하지 않는 일정한 값을 지닌다고 정의하고 있다. 하지만 실제로 진자운동의 속도, 상부하중 및 유지시간, 외·내 온도 등과 같은 영향을 주는 인자에 따라 마찰계수는 변한다. 여기서 마찰계수는 크게 정지마찰계수, 운동 마찰계수로 나뉠 수 있으며, 정지마찰계수는 마찰에 의한 면진장치 거동 시, 실제 면진된 구조물이 거동하는데 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 알고 있다. 하지만, 운동 마찰계수는 마찰진자시스템의 거동에 의한 속도에 의존하여 느린 속도에서의 저속마찰계수, 평균속도 이상에서의 고속마찰계수로 분류될 수 있으며, 구조물에 적지 않은 영향을 끼치는 것으로 알고 있다. 본 연구에서는 마찰진자시스템의 마찰계수의 변화에 따라 면진된 원전 구조물의 구조적 응답 비교를 실시하고 Coulomb 마찰이론의 일정한 마찰계수를 갖는 모델과 비교·분석하여 면진장치에서의 마찰계수 영향성에 대해 검토하고자 한다.

최근 기후변화에 따른 전 지구적인 지구온난화는 단시간의 집중호우와 돌발홍수의 증가로 기존의 기후특성을 변화시키고 있다. 이로 인해, 자연재해의 강도가 강해지고, 재산피해가 커지고 있다. 특히, 내륙에 위치한 도시지역 보다 해안 도시지역은 조위에 따라 홍수위가 크게 영향을 받기 때문에 강우에 따른 피해규모는 더 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 기후변화로 인한 자연재해에 대비하기 위하여 미래 기후변화를 예측하고 해안 도시지역에 미치는 영향을 파악하고자 하였으며, 대상지역으로는 2012년 태풍 산바(Sanba)으로 인해 상당한 인명피해와 홍수피해가 발생한 마산(창원시) 일대를 선정하였다. 본 연구에서는 마산(창원시) 대상으로 빈도-지속기간별 강우와 조위의 영향을 고려한 침수모의를 실시하고자 한다. 또한 2004년도에 개발된 다차원법(다차원 홍수피해 산정방법(Multi-Dimensional Flood Damage Analysis))을 이용하여 조위와 홍수위의 영향을 받은 해안 도시의 경제성 분석을 실시하고, 침수에 따른 피해액을 산정하고자 한다. 본 연구의 결과는 향후 마산(창원시) 일대의 홍수피해 산정과 침수피해 관련 방재 정책을 수립하는데 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

최근 이상기후로 인해 급격하게 도시홍수피해가 빈번하게 발생하고 있고, 그로 인해 인명 및 재산피해가 급증하고 있다. 본 연구는 RCP 기후변화 시나리오에 따른 강우량을 가산1 빗물펌프장 유역에 적용하여 강우-유출 해석을 하였다. RCP 기후변화 시나리오 2.6, 4.5, 6.0, 8.5에 따라 2100년까지 예측된 강우량 자료의 일단위에서 시간단위로의 시간 상세화기법(Downscaling) 중 하나인 인공신경망이론을 적용하여 시간 단위 자료로 변환하였다. 이후에 매개변수 최적화된 SWMM을 사용하여 가산1 빗물펌프장 유역의 우수관망을 통해 강우-유출모의를 하고, 이에 대해 기후변화가 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후에 정부나 지자체에서 향후 정책을 결정하는데 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

전 세계적으로 기후변화로 인한 기상이변으로 홍수, 가뭄, 태풍 등의 기상재해가 급격히 증가하고 있다. 기후변화에 의한 온도상승은 증기압을 더 증가시켜 홍수를 유발할 수 있는 강우의 잠재력을 증가시키고 있다.(IPCC, 2001). 즉, 기후변화는 수문순환 과정을 빠르게 진행시키고 극한 수문사상의 빈도를 증가시키고 있기 때문에 홍수관리에 있어 기후변화를 고려하는 것은 매우 중요한 이슈이다. 따라서 기후변화가 홍수 재해 및 관리에 미치는 영향을 파악하기 위해서는 기후변화를 고려한 홍수범람모의를 통해 기후변화가 유역에 미치는 영향을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 IPCC 5차 평가보고서(AR5, 2013)에서 제시한 기후변화 시나리오인 RCP(Representative Concentration Pathways)를 이용하여 경안천 유역의 홍수범람을 모의하였다. 홍수범람 모의를 위해 RCP 시나리오 중 온실가스 저감 정책이 상당히 실행 되는 경우인 RCP 4.5와 현재 추세로 온실가스가 배출되는 경우인 RCP 8.5를 활용하였으며, 목표기간별로(Reference : 1971∼2005년, 목표기간Ⅰ : 2006∼2040년, 목표기간Ⅱ : 2041∼2070년, 목표기간Ⅲ : 2071∼2100년) 강우·유출분석 모형에 적용해 미래 기후변화가 경안천 유역의 홍수범람 모의에 미치는 영향을 분석하였다.

기후변화의 영향이 가시화됨에 따라 전 세계의 물 부족에 대한 우려가 가시화되고 있다. 이에 부족한 수자원을 유효하게 사용하기 위하여 가상수의 흐름을 가시화한 물발자국 개념이 주목받고 있다. 우리나라는 물발자국에 대한 기초연구가 충분히 이루어지지 못한 상태이지만, 선진국을 중심으로 가상수와 물발자국 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 따라 본 연구는 기후변화 대비 물발자국 지표의 국내도입 및 활용을 위한 분석체계 구축의 기초조사로써, 선진국의 사례를 먼저 살펴보았다. 그 결과 미국, 호주 등 주요 선진국에서는 물발자국 DB를 구축하여 기후변화 대응을 위한 지표로 활용하고 있었으며, 기후변화 시나리오에 따른 적응기술 개발 및 법적·제도적 근거를 마련하고 있었다. 이러한 측면으로 본 연구는 물발자국 국내 활용의 타당성 도출을 위한 분석을 진행하였다. 먼저 STEEP 분석을 통해 사회, 기술, 환경, 경제, 정책의 5분야가 물발자국 산정에 영향을 미치는 요소를 도출하였다. 이후 인구, 제품생산, 수질, 무역수지, 환경규제 등 각 분야별로 도출된 요소와 물발자국 산정 범위를 비교하고, SWOT 분석을 통해 물발자국 국내 도입의 타당성 및 활용 방안을 모색하였다. 물발자국은 담수 소비의 지표로서 한 국가의 정확한 물 수지 계산과 이를 근거로 국가수자원계획의 수립을 위한 자료로 활용할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 물발자국 산정 결과를 통해 ①수자원 양에 따른 물 배분 계획의 문제점 파악, ②국가 내의 수자원 부족량과 실사용량, 지역별 물 사용량 파악, ③기후 변화에 따른 세계적인 물 부족 완화 방안의 도출이 가능할 것으로 파악된다. 분석을 통해 나온 결과를 바탕으로 물발자국은 기후변화에 대응하기 위한 국가 물수자원 전략 및 정책의 지표로 활용할 수 있다. 향후 가상수와 물발자국의 분석체계 및 DB 구축은 앞으로의 우리나라 물 산업의 전략을 도출할 수 있는 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

현재 세계적으로 지난 133년간(1880~2012년) 지구온난화로 인해 발생된 이상기후로 평균기온은 약 0.85℃ 상승하였으며, 기후변화로 인해 강우강도, 강우량이 증가하고 있다(한국환경공단, 2013). 이러한 기후변화는 수문 현상에 많은 영향을 미쳐 물 순환 과정의 정확한 파악을 더욱 어렵게 하고 있으며 안정적인 물 공급을 위한 수자원 계획 수립에 불확실성을 증대시키고 있어 기후변화를 고려한 물관리가 필요하게 된다. 본 연구에서는 장기유출 SLURP 모형을 이용하여 RCP시나리오를 바탕으로 하천유역의 수문 변화를 분석하고, 물 수지 분석을 통한 미래의 물 수급의 변동성을 파악하고자 한다. 이를 위해 현재 대상유역인 금호강유역의 30년(1983~2012)간의 기상자료(강수량, 일조시간, 상대습도, 평균기온, 평균풍속)와 지형자료(DEM, 토지피복도)를 이용하여 미래의 유출변동성을 산정하였다. 또한 유출량 자료를 바탕으로 RCP시나리오에 따른 계절별 유출 변동성을 분석하고, 미래의 유출량 자료를 바탕으로 물 수지 분석을 통해 금호강 유역의 이수변동성을 확인하였다. 본 논문의 결과를 바탕으로 향후 모든 이해관계자와 정책결정자가 이해할 수 있는 수문변동특성을 활용하여 향후 수자원계획수립과 유출변동 특성에 따른 적응대안을 고려할 수 있는 종합적인 수자원계획 및 평가에 기초자료로써 활용할 수 있을 것이다.

최근 10년간 우리나라 재해특성을 분석한 결과 호우에 의한 홍수피해가 가장 큰 것으로 나타났으며, 특히 도시지역에서의 홍수피해가 증가하고 있는 것으로 나타났다. 최근 5년간 총 25개 시·군 77개 동이 2회 이상 반복적인 주택침수를 겪은 것으로 나타났으며, 서울시는 2010년과 2011년 집중호우로 광화문, 강남역 등 도심지역에서 홍수피해를 입기도 하였다. 이렇듯 도시지역에서 홍수피해가 빈번하게 발생하는 원인은 강우패턴 변화와 지역집중현상 증가 그리고 강우강도의 증가를 들 수 있으며, 도시화로 인한 불투수성 증가, 위험지역으로의 주거지역 확대, 무분별한 도시계획 등을 꼽을 수 있다. 도시 지역에 활용 가능한 도시홍수저감대책으로는 우수유출저감시설, 하수·우수관거, 펌프장, 하천시설 그리고 분리배수시설 등이 있다. 현재 도시는 i) 전기배선, 통신라인 등 각종 지중 매설물 설치로 인한 우수·하수관거 확대 및 정비 어려움, ii) 계획홍수위 보다 낮은 지역에 주거지가 형성된 경우 계획홍수위 조정이 필요하나 도시화로 하천확대 및 정비 어려움, iii) 부처별로 기본계획을 수립하고 있는 등 하천, 펌프장, 하수관거, 우수유출저감시설을 동시에 고려하는 홍수재해저감종합대책 수립 어려움 등의 문제점을 낭고 있어 홍수저감대책을 효과적으로 수립하는데 어려움이 있다. 본 연구에서는 도시지역 홍수재해저감종합대책 수립을 위한 방안으로 일본의 특정도시하천특별법을 통한 도시지역 침수피해 저감 사례 등 국외 사례를 통해 하천, 펌프장, 하수관거, 우수유출저감시설을 동시에 고려하는 홍수피해저감대책 수립방안을 소개한다. 더불어 이러한 대책을 성공적으로 수행하기 위한 중앙정부, 지방정부, 전문가, 지역주민, NGO 등이 함께 참여하는 협의체 구성을 소개한다.

본 연구에서는 SLURP 준 분포형 수문모형을 이용하여 기후변화가 만경강유역의 수문순환 구조에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 만경강유역은 총 유역면적 1405.6km2으로 서울시의 약 2.3배 이고, 총 하천길이는 73.92km, 평균 경사는 25.08%, 평균 표고는 123.51m이다. 금강 동진강과 함께 호남평야의 중앙을 서류하여 악산 남쪽을 지나 황해로 흘러든다. 본 논문에서는 만경강유역의 대천관측소를 대상으로 2008년의 일별 유출량 자료를 바탕으로 모형을 보정을 하고, 지역기후모형을 이용하여 미래를 3개의 기간(future 1: 2011년∼2040년, future 2 : 2041년∼2070년, future 3 : 2071년∼2100년)으로 나누어 만경강유역에서 기후변화가 수문순환 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 유황분석을 통해 미래의 하천의 유황의 변화를 전망, 시공간적 분포를 통해 공간적인 변화를 분석하였다. 월 유출량변화량을 분석한 결과 미래로 갈수록 월 유출량의 변동 폭이 커졌고, 평균 유출량이 증가하리라 전망되었다. 유황분석 결과 미래로 갈수록 풍수량과 갈수량이 증가하리라 전망되었고, Future2기간일 때 가장 많이 증가하리라 전망되었다.

기후변화와 변동으로 인한 기상이변이 갈수록 심각해지고 발생 빈도도 잦아짐에 따라 현재의 배수관련 사회기반시설(Drainage Infrastructure)이 이런 문제에 대처할 준비가 잘되어 있는지에 대해 의문점이 제기되고 있다. 현재의 배수관련 사회기반시설의 설계는 이른바 정상성 (stationarity)이라는 가정 하에 강우의 강도(Intensity), 지속기간(Duration), 빈도(Frequency)의 관계를 나타내는 I-D-F 곡선을 주로 이용하기 때문에 기후변화로 인한 극치사상(extremes)의 유의한 변화를 나타낼 수가 없다는 한계점을 가지고 있다. 그러나 기후변화는 극한기후(climatic extremes)의 특성을 비정상성(nonstationarity)이라 일컫는 개념으로 바꾸고 있기 때문에 배수관련 기반구조 설계(Drainage Infrastructuredesign)의 기본 가정의 하나인 강우 통계 매개변수의 정상성은 기후변화의 시대에는 더는 유효하지 않을 수 있다. 본 논문에서는 이러한 비정상성을 고려하여 조건부 GEV 분포를 이용하여 지속시간별 확률강우량과비정상성 I-D-F 곡선식을 유도하였다. 또한, 분포형 홍수유출모형인 S-RAT(Spatial Runoff Assessment Tool)을 이용하여 강우강도의 증가가 설계 최대유량(design peak flows)에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과 지속기간별 차이는 있었지만 고빈도로 갈수록 전반적으로 현행 I-D-F 곡선이 실질적으로 극한강수를 과소평가하고 있으며 정상성 I-D-F 곡선 작성 방법이 기후변화의 배수관련 기반구조물의 능력설계에 적합지 않을 수도 있음을 제시하였다.