급격히 발전하는 도시지역 및 산업단지의 경우 불투수지역이 대부분이며, 이로 인해 유출이 증가함에 따라 내수침수가 발생할 확률이 높아지고 있다. 도시지역의 유출해석은 대부분 SWMM모형을 이용하여 강우-유출해석을 수행하고 있으나 이러한 모형은 실제 자연 현상을 해석하는데 한계가 있으며, 모형 자체도 불확실성을 가지고 있어 정확한 유출해석을 하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 모형의 매개변수를 조사하고 불확실성을 가지는 매개변수를 선정한 후 매개변 수의 불확실성 정도를 불확실성 정량화 지수를 이용하여 정량화하였다. 수행 결과 관조도계수의 불확실성이 가장 크며, 유출량에 미치는 영향도 가장 컸다. 그러므로 우수관거 설계 시 관조도계수 추정을 보다 정확히 산정하여야 하며, 불확실성 정도를 예측하여 유출해석에 반영하고, 각 매개변수가 가지는 특성을 파악한다면 내수 침수를 예방하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다.

대규모 수공구조물이 파괴될 경우 막대한 경제손실과 인명피해 등 사회, 경제적인 피해가 예상되므로 현재 우리나라에서는 설계시 수문기상학적 방법을 이용한 가능최대강수량(PMP)이 적용되고 있다. 하지만 2014년 8월 제주도 윗세오름에 1,182mm의 일 강수량이 발생하는 등 이상홍수의 빈도와 규모가 커짐에 따라 기존 산정된 PMP를 재검토할 필요성이 있다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 수문기상학적 방법을 제외한 통계학적 방법을 이용하여 1일 PMP를 산정하였다. 대상유역은 한반도 남한을 5개 행정구역으로 구분하였으며, 기상청 66개 관측지점 중 54년의 강우자료를 보유하고 있는 14개 지점을 대상으로 수행하였다 또한 강우자료는 1일 강우를 이용하였으며, 관측된 연 최대치 강우계열로부터 통계학적으로 추정하는 방법을 사용하였다. PMP 산정시 필요한 빈도계수의 경우 임의시간 24시간에 대한 빈도계수를 산정한 후 고정시간 1일 빈도계수로 역수한 수정 빈도계수를 제안하였으며, 산정된 PMP를 SMP와 CMP로 구분하고 1차 선형 회귀식의 기울기를 바탕으로 변화율(Trend)을 분석하였다. 14개 지점의 전체적인 PMP 변화율 분석 결과, CMP가 SMP보다 낮은 변화율을 보였으며, 14개 지점 평균적으로 SMP는 연간 4.4mm 증가, CMP는 연간 3.2mm 정도 증가하는 경향이 나타났다. 이는 기후변화 등으로 인하여 최근 극치 호우가 과거에 비해 다수 발생한 것에 기인한 것으로 판단된다. 향후 기후변화 시나리오에 의해 생성된 미래 강우자료를 이용하여 PMP 산정에 관한 연구가 추가적으로 수행된다면, 과거 및 미래 PMP의 변화율 분석에 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

최근 이상기후 및 도시화로 인한 홍수가 빈번히 발생하고 있으며, 도시의 홍수피해는 대부분 우수관망의 통수능 부족으로 인한 내수 침수로 분석되고 있다. 또한, 홍수로 인한 인명 및 재산피해를 줄이기 위해서는 정확한 강우-유출 해석이 이루어져야 하지만, 강우-유출 해석시 사용되는 매개변수의 정확한 입력값 및 모형에서의 불확실성을 내포하고 있어 정확한 해석을 하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구 에서는 강우-유출 모형 및 빗물 펌프장 관련 불확실성 매개변수를 선정하였다. 또한, 주요 매개변수를 선정하기 위해 Pedigree matrix를 이용하였으나, 데이터 품질 평가시 어려움이 있어 본 연구에 맞게 Pedigree matrix를 수정하여 제안하였다. 본 연구에서는 불확실성 매개변수를 선정하기 위해 기존 문헌 등을 참고하여 선정하였다. 선정 결과, 모형에서의 불확실성 매개변수는 총 6개(유역폭, 불투수면적비율, 불투수유역의 조도계수, 투수 및 불투수유역의 조도계수, CN, 관 조도계수)이며, 빗물펌프장 관련 불확실성 매개변수는 펌프장 운영자료 4개(내수위, 외수위, 펌프 토출량, 강우량)로 선정하였다. 또한, 선정된 불확실성 매개변수의 정량적 평가를 위해 불확실성 산정 지수 공식 및 수정된 Pedigree matrix를 이용하여 주요 매개변수를 선정하였다. Heijungs (1996)가 제안한 사분면을 이용하였으며, 불확실성 지수 및 Pedigree matrix의 DQI를 이용하여 사분면으로 구분한 결과 1분면에 위치한 매개변수는 유역폭, 투수 및 불투수유역의 조도계수로 가장 불확실성 요소가 크게 나타났다. 불확실성이 높은 매개변수를 측정시 보다 정밀한 매개변수 측정이 필요하며, 강우-유출 해석 및 빗물펌프장 운영자료 검토시 주요 우선 매개변수 선정에 도움을 주리라 판단된다.

최근 이상기후 및 급속한 도시화로 이한 불투수 면적비율이 증가되면서 내수침수 피해가 급증하고 있다. 내수침수는 주로 내수배제의 불량으로 발생하며, 막대한 인명 및 재산피해를 야기하고 있다. 이러한 피해를 막고 효율적인 도시홍수방어시스템을 설계하기 위해서는 정확한 강우-유출 모형의 해석이 필요하지만 실제 자연 현상을 해석하는데 많은 불확실성이 존재한다. 본 연구에서는 모형의 매개변수들이 가지는 불확실성 분석을 수행하고, 불확실성 정량화 지수를 제안하였다. 도시유역의 유출해석에 사용되는 SWMM 모형의 매개변수 중 6개(유역폭, 불투수면적비율(%), 투수 및 불투수유역 조도계수, CN, 관조도계수)를 대상으로 불확실성 분석을 수행하였으며, 베타분포를 적용하여 Monte Carlo Sampling 기법으로 총 100개의 시나리오로 계산하였다. 계산결과 투수 및 불투수유역의 조도계수와 관조도계수의 총불확실성이 다른 매개변수들에 비해 크게 계산되어 조도계수값의 결정이 어려운 것을 알 수 있었으며, 불확실성 정량화 지수를 계산한 결과 관조도계수가 가장 크고 CN값이 가장 작은 것으로 계산되었다. 유역폭, 불투수면적비율, CN값은 매개변수값이 증가할수록 총유출량도 증가하였으며, 이 중 CN값의 변화에 따른 총유출량 증가량은 매개변수 증가량을 알면 거의 정확히 결정이 가능한 것으로 불확실성 정량화 지수가 계산되어 불확실성이 매우 낮은 것으로 나타났다. 관조도계수의 변화에 따라 총유출량의 변화를 결정하는 것이 가장 불확실한 것으로 계산되었으며, 총불확실성도 관조도게수가 가장 컸으므로, 도시유역의 유출 계산에 가장 큰 불확실성을 야기하는 매개변수는 관조도계수인 것으로 나타났다.

불투수지역이 대부분인 도시유역의 경우, 우수관을 통한 우수의 배제가 유출시스템의 대부분을 차지한다. 도시지역의 우수관로 및 빗물펌프장의 용량을 설계하기 위해서는 일반적으로 강우빈도해석을 통해 계산된 빈도별 강우를 Huff시간분포 등을 사용하여 일괄적으로 시간 분포시켜 유출을 계산한다. 그러나 이러한 설계는 기후변화 등으로 인해 게릴라성 호우 등이 빈번히 발생하고, 평균적인 강우강도가 증가하고 있는 현실의 불확실성을 제대로 반영하지 못한다. 그러므로 본 연구에서는 설계강우사상의 첨두강우강도가 가지는 불확실성을 분석하기 위해, 설계강우사상을 시간 분포시키는 대표적인 방법이며, 실제 본 연구의 적용지역인 가산1빗물펌프장의 설계에 사용된 Huff 2분위 방법과 과거 발생한 실제 강우사상들을 이용한 유출해석을 실시하였다. 그 결과, 유역 내 지체효과가 거의 없는 도시지역의 경우에는 총강우량보다는 첨두강우강도에 의해 유역 내 홍수가 유발된다는 것을 확인하였고, 이를 입증하기 위해 회귀분석을 수행하였다. 즉, 총강우량이 같다고 하더라도, 첨두강우강도에 따라 상류 우수관의 범람이 야기될 수 있으며, 이러한 현상은 같은 빈도의 설계강우량이라고 해도 지속시간이 짧은 경우에 더 큰 첨두강우강도를 가지므로 더욱 두드러졌다. 이것을 본 연구에서는 설계강우사상를 시간분포시킴에 의해 야기되는 첨두강우강도의 불확실성이라고 정의하고, 이에 대한 정량화 및 고려가 도시지역의 유출시스템 설계 시 고려되어야 함을 제안하였다.

지속적인 사회의 발전으로 인한 각종 오염물질들이 호소 및 저수지로 유입되고 있는 상황이다. 이러한 이유로 수질이 악화되어 부영양화 현상이 빈번히 발생되고 있다. 또한 전반적으로 호소의 수질평가는 유입되는 지류하천과 호소를 구분하여 수질을 평가하고 있으며 호소 및 유역특성을 고려한 종합적인 호소의 수질을 평가하는 연구는 이루어지고 있지 않다. 호소 및 저수지로 유입되는 오염물질들은 지속적으로 유입되는 지류하천 및 점오염원, 유역형상, 유역의 토지이용현황에 따라 많은 변화가 발생하지만 이러한 인자들을 고려하지 않고 각 호소 및 하천의 수질인자만을 가지고 평가하게 되면 향후 수질관리에 있어서 어려움이 발생될 것으로 판단된다. 그러므로 호소 및 유역의 전반적인 특성을 고려한 취약성 평가가 이루어져야 하며 저수지 및 호소로 유입되기 이전부터 수질관리가 되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 금강수계 17개 주요 호소를 대상으로 호소의 유지관리를 위하여 호소로 유입되는 이전 단계부터의 인자들을 고려한 호소의 위험도지수를 산정하였다. 위험도지수를 산정하기 위하여 본 연구에서는 PSR구조를 사용하였으며 PSR구조는 인간활동과 환경을 동시적으로 고려가 가능한 평가방법이다. PSR구조의 인자를 선정한 후 객관적으로 평가할 수 있는 기준으로 활용이 가능한 Entropy방법을 이용하여 각 인자별 가중치를 적용 후 저수지위험도지수를 산정하였다. 산정 결과 삽교호 및 금강하구언이 가장 높은 저수지 위험도지수를 나타내고 있어 가장 위험도가 높게 나타났다. 또한 간월호의 경우 다목적댐의 역할을 하고 있지만 17개 호소 중 7위의 우선순위를 보였다. 이러한 이유는 삽교호 및 금강하구언과 같이 해안 근처에 위치하고 있으며 유역개발로 인한 수질악화로 우선순위가 높게 나타난 것으로 판단된다. 따라서 이수 및 취수의 역할을 가지는 다목적댐인 간월호 역시 빠른 수질개선이 필요하다고 판단된다. 향후 여러 방법을 통한 유역단위의 우선순위 결정이 필요하다고 판단되며 유역대상을 저수지 유역대상이 아닌 지류하천 유역대상으로 구분한 후 유역특성을 고려한 취약성 분석이 이루어진다면 장기적인 수질관리와 사전의 수질악화 원인 분석에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 2008년~2013년 “금강수계 환경기초조사사업”의 지원에 의해 수행되었음.

급격한 산업화 및 도시화로인한 도시유역의 불투수면적의 증가는 도시의 물순환 체계를 변화시켜 우수유출수에 의한 지속적인 피해를 가져왔다. 이러한 우수유출수에 의한 피해를 저감하기 위해 기존의 집중형 유출저감 시설물을 이용하으나, 집중형 유출저감 시설물들의 문제점이 들어남에 따라 미국 PGDER(Prince George’s County, Maryland Department of Environmental Resources)에서 처음 시행된 분산형 유출저감 시설물을 이용한 저영향개발(Low Impact Development, LID)의 계획 및 적용이 활발하게 진행되어지고 있다. 현제 국내에서는 LID요소기술의 적용에 따른 대상유역의 유출특성(첨두유출량, 총유출량)의 저감효과 및 비점오염원 저감효과에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 대상유역내의 LID요소기술의 적용 위치에 따른 유출특성 저감효과를 분석한 연구는 현제 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 도심지 유역에 LID를 적용하여 모의할 수 있는 SWMM모형을 이용, LID요소기술의 적용 위치에 따른 유출특성을 분석하였다. 연구의 대상유역은 상습침수지역을 바탕으로 동일한 특성의 소유역과 관거를 이용한 관망도를 구축하였다. 적용 LID요소기술 선정은 대상지역이 새롭게 건설되는 유역이 아닌 기존의 도심지이기 때문에 별도의 부지가 필요하지 않고 기존의 기반시설들과 연계하여 설비 가능한 옥상녹화와 투수성 포장을 선정하였다. 선정된 LID요소기술을 가상유역의 소유역 위치에 따른 시나리오를 작성하여 소유역 위치에 따른 옥상녹화와 투수성포장의 유출특성 저감효과를 분석하였다. 분석결과 SWMM-LID모듈을 이용하여 옥상녹화와 투수성포장의 적용 위치에 따른 유출특성 저감효과는 적용 위치에 상관없이 동일한 것을 알 수 있었다. 따라서 향후 연구에서는 SWMM모형의 옥상녹화와 투수성포장의 적용 위치에 따른 불확실성을 배제하여, 실제 유역의 적용 가능 면적 및 가격 등을 고려한 최적의 LID요소기술적용 조합에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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.

저수지는 생물서식공간 및 우수 저류공간, 비상용수 확보 등 여러 기능을 하고 있다. 그러나 하천에 비하여 유속이 느리고 체류시간이 긴 저수지에서는 쉽게 유입되는 유입물이 퇴적되기 싶다. 또한 퇴적물에서의 오염물질에 따라서 쉽게 수질이 악화되며 부영양화 현상이 빈번히 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 충남 아산시 탕정면 명암리에 위치한 가락바위 소류지를 대상으로 수질분석을 수행하였다. 수질분석은 국립환경과학원(2006)에서 개발한 한국형 부영양화 평가방법을 이용하여 부영양화 분석을 수행하였으며 분석결과 빈번히 과영양상태가 발생하였다. 과영양상태가 발생되는 이유는 과거 저수지 주변이 농경지로 유기물질인 비료 사용으로 인해 저수지 바닥에 퇴적된 저질이 상당히 오염되어 있어 수질이 악화 되는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 완전혼합모형 이론을 바탕으로 2013년 수질자료를 구축하였으며 구축한 결과 TN의 경우 평균 약 32.5%, TP의 경우 평균 약 32.8%의 저감능력을 보였다. 또한 2013년 수질을 예측하기 위하여 국내외 호소의 수질모의에 광범위하게 적용되고 있는 3차원 수질모델인 WASP모형에 적용하여 2013년 수질을 예측하였으며 예측결과 TN의 경우 평균 약 42.4%, TP의 경우 약 32.5%의 수질 저감능력을 보였다. 준설을 통한 수질을 저감하여 유지관리 되어 진다면 도시 내 친수공간 확보에도 큰 영향이 있을 것으로 판단된다.

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.

우리나라의 중소하천의 홍수 예·경보의 경우 저수지의 저류효과를 고려하지 않은 홍수 예·경보의 경우가 대부분이다. 이러한 이유는 농업용 저수지가 실질적으로 방치되는 경우가 대부분이여서 홍수추적에 필요한 자료 확보에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 경상남도에 위치한 남강유역을 대상으로 저수지의 저류효과를 고려한 한계유출량에 따른 한계강우량을 산정하였다. 소유역 구분은 ArcGIS의 Hec-GeoHMS를 이용하여 자료를 구축하였으며 구축된 매개변수를 Hec-HMS에 적용하여 홍수유량을 산정하였다. 또한 산정된 홍수유량을 이용하여 한계유출량을 산정 후 지속시간 20분에 따른 한계강우량을 산정하였다.