지난 수십 년 동안, 변화하는 기후를 이해하기 위해 많은 연구가 있었고, 여러 기후 변량의 변화추세가 발견되었다. 이들 추세를 설명하기는 쉽지 않 고, 때로는 서로 모순적으로 보여지기도 한다. 다양한 기후 변량의 변화추세를 일반적으로 설명하기 위한 가설을 제시하기 위해 많은 시도도 있었다. 어느 정도 지식이 축적된 이 시점에서, 우리 시대에 진행되는 기후 변화에 대해 우리가 알고 있는 것을 되돌아보고 신중히 정리해볼 필요가 있다. 여기서는 기온, 일사량, 풍속, 증발, 강수에 초점을 맞추어 변화하는 기후에 대해 우리가 얻은 지식을 종합적으로 살펴보고자 한다. 온난화, 흐 려짐, 잔잔하기로 대변되는 주요 변화추세 및 증발의 역설, 강수 변동성의 증가를 서울 지점 자료를 예시로 들어 설명한다. 이러한 변화에 대한 이해를 근거로 수문학자와 공학자들에게 네 가지 함의를 제시하려 한다.

본 논문에서는 원격탐사자료를 이용하여 하천의 하폭-유량 관계식을 도출하는 방법을 제안하였다. 고해상도 원격영상 으로부터 하천의 여러 단면에 대해 수면 폭을 측정하였다. 각 단면 지점에 해당하는 유역면적은 수치고도모형으로부터 계산하여하폭-유역면적 관계식을구하였다. 한편, 지상관측소의 유량자료를이용하여측정된 유량과관측소 별유역면적 사이의 관계식을 구하고, 이렇게 얻어진 두 개의 관계식을 짝지어 수리기하 관계식 중 하나인 하폭-유량 관계식을 도출하 였다. 본 방법의 타당성을 확인하고자 낙동강과 섬진강을 대상으로 하폭-유량 관계식의 지수 값을 살펴보았다. 그 결과, 지상관측자료의 회귀식에서 얻은 하폭과 유량사이의관계식과비교하여, 비슷한범위의 지수 값이 계산되었다. 본 연구의 접근법은 실측자료에 의존했던 전통적인 수리기하 분석 방법을 탈피하여 현장 자료의 한계를 극복할 수 있는 대안이라고 할 수 있다.

지진은 한 번의 발생으로도 막대한 인명 및 재산 피해와 더불어 사회 기능이 마비되는 문제를 일으킬 수 있다. 한반도는 인접한 일본, 중국 등에 비해 지진으로부터 비교적 안전한 지역이라고 여겨져 왔기에, 각종 사회기반 시스템의 설계, 건설, 유지 및 관리에 있어서 과거에는 지진에 대한 충분한 대비가 이루어지지 않았다. 하지만 대규모 인명피해를 유발한 지진에 대한 기록들이 한반도에도 상당수 존재하며, 최근들어 지진의 발생 빈도가 변화하는 추세를 나타내고 있다. 따라서 한반도는 더 이상 지진의 안전지대로 판단할 수 없으며 지진의 규모, 발생 확률 등에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 기존의 관련 연구에서는 한반도 전역에 걸친 지진의 빈도해석이 이루어지지 않았으며, 사용된 자료 중 결측값이 존재하여 포괄적인 연구가 이루어지지 못했다. 본 연구에서는 1978년 이후 남한 전역의 지상관측소에서 측정된 1,119 회의 지진 중 연 별 최대규모의 지진 자료를 추출하여 확률론적 분석기법인 빈도해석을 수행하였다. 이를 위해 확률분포함수로 Normal, 2 변수 Gamma, 3변수 Gamma, Generalized Extreme Value (GEV), Gumbel 분포형을 각각 적용하였으며, 모수 추정법으로는 적률법과 최우도법을 적용하여 재현기간 별로 예측되는 지진의 연최대 규모를 산정하였다. 또한, 도출된 확률분포함수의 적합도를 검토하기 위하여 χ2(Chi-square) 검정과 K-S (Kolmogorov-Smirnov) 검정을 수행하였고, 이를 통해 적률법을 적용하여 도출한 2변수 Gamma 분포형을 한반도 지진자료에 대해 가장 적합한 분포형으로 선정할 수 있었다. 도출된 결과는 지진에 대한 확률론적 분석 자체로의 의미를 지님과 함께, 나아가 발생 가능한 미래의 지진 재해에 대해 효율적으로 대처할 수 있는 하나의 기준으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Detection of water bodies and their flow paths is elemental process of terrain analysis in any application related with surface water. Several algorithms have been proposed for automatic extraction of surface flow paths from Digital Elevation Models (DEMs) (e.g., O’Callaghan and Mark, 1984; Tarboton, 1997; Paik, 2008). While these algorithms have been widely applied, DEMs-based approaches have fundamental limitation in detecting water bodies. To resolve this issue, we propose a hybrid approach that utilizes DEMs and satellite imagery together. These dataset supplement each other’s weakness, providing extra information for better detection of water bodies and flow paths. The proposed approach is tested for the Geum River, showing successfully extraction of flow boundaries and more resonable flow paths within water bodies.

유역에 강우가 발생하였을 때, 지표 흐름이 어떠한 양상으로 발달되는지에 대한 문제는 유역의 유출수문곡선이나 유사유출량을 산정하거나 하천 형성과 발달을 이해하기 위한 기본적인 문제이다. 지표수 흐름방향 탐색을 위해 여러 기법들이 연구되어 왔으며, 가장 기본적인 D8(Deterministic 8)방법(O’Callaghan and Mark, 1984)부터 흐름방향의 다양성을 도입한 GD8(Global D8)방법(Paik, 2008)에 이르기까지 다양한 방법이 개발되었다. 이러한 지표수 흐름방향 탐색방법은 위치수두의 차이만 고려하기에 계산영역에 웅덩이(pit)와 같은 부분이 존재하면 흐름방향을 구할 수 없다. 따라서 DEM(digital elevation model)에서 이러한 웅덩이가 발견되면 DEM의 오차로 간주하고 이런 웅덩이를 메우는 전처리 작업을 거치는 것이 보통이다. 그러나, DEM의 오차가 아닌 실제의 웅덩이가 존재할 경우 이런 접근법은 한계를 가진다. 예를 들어 화산 지형의 분화구와 같은 분지 지형에서는 흐름이 분지 외부로 연결되지 않는 문제가 발생한다. 실제 자연 현상에서는 강우 발생 초기에는 분지 지형에 우수가 저류되어 호수를 이루게 되며 강우가 증가함에 따라 호수의 수위가 점차 상승하다가 어떠한 임계수위를 넘어서게 되면 최종적으로 외부 흐름에 연결되는 현상이 나타난다. 본 연구에서는 이러한 상황을 모의할 수 있도록 기존의 지표수 흐름방향 탐색기법인 GD8을 개량하는 것을 제안하였다. 이 초기 시도에서 제안하는 방법은 유역에 발생한 강우와 GD8을 통해 산출된 흐름 방향을 고려하여 시간에 따른 우수의 흐름 변화 및 유역 출구에서의 유출수문곡선을 탐색하는 방법이다. 이러한 모형은 실제 지표면에 강우가 발생했을 때, 지표면에 저류되는 지면 저류 효과를 정량적으로 분석할 수 있으며 지형 형상에 따라 흐름이 하나로 확정되던 기존 해석 방법과는 달리 시간에 따른 흐름의 변화를 해석할 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 유역 내의 저수지로 인해 강우 초기에는 유출수문곡선에 기여하지 않다가 일정 이상의 강우 발생시에 유출이 발생하는 동적 유출해석이 가능하며, 이는 유역의 유출량 산정 뿐만 아니라 홍수와 같은 자연재해 분석에도 유용한 자료로 활용이 가능할 것이다.

지형자료를 활용하여 지표수의 흐름 경로를 탐색하고 하천 네트워크를 추출하는 것은 수문 해석의 주요한 과정이다. 오늘날, DEM (digital elevation model)을 활용하여 유역 내 각 지점의 흐름 방향을 탐색하고 추가적인 특성인자를 산정하는 작업이 보편화되었다. DEM을 바탕으로 한 하천망의 추출에서 어려운 문제의 하나는 하천의 시점을 결정하는 것이다. 하천시점을 결정하는 정량적인 방법에는 하천이 생성되기 위한 최소한의 유역면적(upslope area)을 의미하는 유원면적(source area)을 가정하여, 각 지점의 유역면적이 유원면적보다 크면 해당 지점을 하천의 유로로 선택하는 방법이 있다. 보통 유역 전체에 일정한 값의 유원면적을 적용하여 하천의 시발점을 선택하지만, 유원면적은 실제로 유역 내 각 지점의 지형적 특성에 따른 하나의 변수로 다루는 것이 더 합리적이다. Montgomery and Dietrich (1988)는 유원면적이 다양한 지형학적, 기상학적, 지질학적 요소들의 관계에 따른 변수라는 관점을 제시하였으며, 특히 각 지점의 경사에 의존적이라는 것을 주장하였다. 유역 내의 모든 지점에 대하여 유역면적과 경사를 도시화하면, 일반 경사면에서는 두 가지 요소의 관계가 명확히 드러나지 않는 것에 반해 하천의 유로 구간에서는 유원면적과 경사의 함수 관계가 비교적 뚜렷하게 나타나고, 해당 면적을 각 지점의 유원면적으로 설정할 수 있다. 본 연구에서는 이렇게 상이한 하천시점 결정방법을 국내 유역에 적용하고 비교해 보았다. 가공되지 않은 DEM에 존재하는 웅덩이(depression cell)를 제거하고, 경사가 없는 평탄 지역에 대해 흐름 방향을 결정하기 위한 가상의 경사를 부여하는 전처리 과정으로는 Jenson and Domingue (1988)의 depression filling 기법과 Garbrecht and Martz (1997)의 imposed gradient 기법을 적용하였다. 가공된 지형자료를 바탕으로 각 지점에서의 흐름 방향을 결정하는 과정에는 기존 흐름 방향 탐색 모형의 단점을 합리적으로 보완한 GD8 (Paik, 2008) 모형을 적용하였다. 본 연구에서 두 가지 하천시점 탐색법을 비교한 결과, 유원면적-경사의 관계를 고려한 하천시점 탐색법이 고정된 값의 유원면적을 전 유역에 적용한 결과에 비해 실제 자연 하천망의 특성을 잘 반영한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 향후 지점의 경사와 함께 토양의 특성과 유역의 기후 특성 등 다양한 인자를 추가 고려한다면 실제 하천 발달의 물리적 과정에 보다 근사한 하천망 추출 결과 도출이 가능할 것으로 기대된다.

본 연구에서는 GD8 방법을 이용하여 수치고도모형(DEM)으로부터 제주도의 하천망을 추출, 경사와 지형지수의 공간분포를 구하고 유역면적의 초과확률분포 등의 지형학적 특성을 분석하였다. GD8으로 추출된 하천망은 실제 제주도 지형도에 나타난 하천분포와 유사하였으며 지형지수의 분포는 하천망의 분포와 밀접한 상관성을 보였다. 유역면적의 초과확률분포는 높은 상관계수를 갖는 멱함수(power-law)의 형태를 따르는 것으로 확인되었다. 이는 하천망이 프랙탈(fractal) 구조를 가지고 있음을 보여주는 한 예라고 할 수 있다. 이상의 분석을 통하여 GD8 방법이 수치고도모형을 이용한 수문지형분석에 적절한 방법인 것으로 판단하게 되었다.

본 연구는 대구시의 4월 평균기온자료에 대해 간섭모형을 적용하여 온도변화의 양상이 어떠했는지를 분석하고 향후의 기온 변화를 예측해 보았다. 본 연구에서는 현재까지의 도시별 이산화탄소 배출량 변화를 정량적으로 추정하기 어려운 이유로 간섭의 시점을 시계열상에 나타난 시점으로 선정하였고 그 결과 간섭시점은 크게 1947년과 1970년인 것으로 나타나고 있다. 미래의 이산화탄소 배출량이 어떻게 변할 것인가에 따라 그 결과는 많이 달라지겠지만 만약 이산화탄소 배