본 연구의 주목적은 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상을 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 해석하고 이를 기반으로 토사유실에 민감한 우심지역을 추출하기 위한 방법론을 제시해 보고자 하는 것이다. 이를 위하여 GIS를 기반으로 대상유역 내 지점별 배수면적과 함께 소류력 및 수류력을 정의하는 지형학적 인자를 추출하여 해당 인자들에 대한 여누가 분포의 도해적 해석과 함께 멱함수 법칙분포의 적합을 수행하였으며 소류력과 수류력의 규모별 특성권역을 기반으로 토양우실 우심지역을 추출하여 보았다. 소류력를 기반으로 한 토사유실 우심지역의 경우 수류력을 기반으로한 결과에 비하여 우심지역의 범위가 매우 좁게 평가되고 있음을 시각적으로 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 소류력이 멱함수 법칙분포를 따르지 않는 규모종속성 지형학적 인자이기 때문인 것으로 판단된다. 이에 따라 해당 지형학적 인자는 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 자연유역의 에너지 규모를 적절하게 반영하지 못하는 것으로 사료되며 본 연구에서 수류력을 기반으로 제시한 지형학적 인자가 토사유실의 평가를 위해 보다 합리적인 것으로 판단된다. 토사유실 우심지역을 도시해 본 결과 국부경사에 종속적인 사면활동 활성구간에서 발생한 토사가 국부경사와 배수면적에 종속적인 지표유동 활성구간을 통하여 계곡으로 이동하는 경로를 시각적으로 확인할 수 있어 본 연구에서 제시한 방법론의 타당성을 판단할 수 있었다.

본 연구의 주목적은 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상을 멱함수 법칙분포의틀 내에서 해석하는 것이다. 이를 위하여 GIS를 기반 으로 대상유역 내 지점별 배수면적과 함께 소류력 및 수류력을 정의하는 지형학적 인자를 추출하고 해당 인자들의 여누가 분포에 대한 도해적 해석과 함께 멱함수 법칙분포의 적합을 수행하였다. 주요한 결과로서 세 가지 지형학적 인자들의 여누가 분포는 세 개의 개별적인 거동특성 구간으로 구분할 수 있었다. 멱함수 법칙분포 확률밀도함수의 매개변수를 최우도법을 이용하여 추정해 본 결과 배수면적과 수류력은 대표적인 규모를 유한 하게 결정할 수 없는 규모 불변성 지형인자이지만 소류력은 유한한 규모를 갖는 규모 종속성 지형학적 인자로 판단할 수 있었다. 또한 소류력의 경우 제한된 범위 내에서만 복잡계 거동을 보여 멱함수 법칙분포를 따르지 않는 것으로 판단되었다. 최우도법을 적용하여 추정한 배수면적의 멱함수 법칙분포 지수는 선행연구에 비하여 큰 수치로서 해당 지수의 추정에 사용된 방법론의 차이에 기인하는 것임을 확인할 수 있었다. 또한 수류력의 멱함수 법칙분포 지수는 선행연구에 비하여 다소 작은 수치로서 대상유역의 규모에 따른 수로경사의 특성에 기인하는 것으로 판단되었다.

최근의 다목적댐 운영은 기존의 홍수조절, 용수공급, 수력발전과 같은 수량뿐만이 아니라 수질, 생태환경 등 다양한 이해관계를 고려하도록 요구받고 있다. 본 연구의 목적은 주암조절지댐의 저온 심층수 방류로 인해 사회적 갈등이 있는 지역을 대상으로 수온을 조사하고, 수온변화 특성을 분석하는 것이다. 본 연구에서는 주암조절지댐, 하류하천, 순천만 지역에 대해 장기간에 걸쳐 수온을 모니터링 하였으며, 3차원 수치모형(EFDC)을 활용하여 방류량과 같은 다양한 외부 인자들을 고려하여 하류하천 및 순천만에서의 수온변화를 비교 분석하였다. 모니터링 및 수치모의 결과 댐의 저온 방류수 영향은 대체적으로 4월～9월 기간에 나타나는 것을 알 수 있었으며, 또한 댐 저온수 방류 영향이 방류시기, 방류수온, 방류량, 기상, 조위 등 다양한 인자에 의해 복잡한 형태로 변화한 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 댐의 저온수 방류로 인한 하류하천 및 연안지역 악영향을 최소화하기 위한 댐 운영 개선방안 수립시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 수계관리 측면에서 물 공급의 기준이 되는 하류 제어지점에서 발생할 수 있는 물 부족을 최소 허용하면서 저수지군 최적 운영방안을 제공할 수 있도록 위험도 평가기준을 목적함수 및 제약조건에 반영한 hedging rule을 혼합정수계획법(MIP, Mixed Integer Programming)으로 구성하고 이에 대한 이행도를 분석함으로써 기존의 용수공급 신뢰도에 중점을 두었던 저수지군 최적 운영 분석기법을 개선하고자 하였다. 이를 위해 한강수계 5개 저수지(소양강댐, 충주댐, 화천댐, 청평댐, 팔당댐)군을 대상으로 수계관리를 위한 모형을 구축하였으며, 한강수계 내에 총 8개의 가상 제어지점을 구성하여 댐 하류 제어지점에서의 물 부족에 대해 위험도를 평가하였으며, 개발된 hedging rule의 적정성을 검증하기 위하여 2개의 유입량 계열(’93. 1월～’97. 12월, ’99. 1월～’03. 12월)에 대하여 적용 검토하였다. 팔당댐 하류 제어지점의 월별 최소유량을 비교하면 ’93. 1월～’97. 12월의 모의기간에서는 hedging rule 적용 시 317.5×106m3으로 단독운영의 310.6×106m3, 연계운영의 56.3×106m3보다 많은 유량을 보였으며, ’99. 1월～’03. 12월의 모의기간에서도 hedging rule 적용 시 243.7×106m3으로 단독운영의 204.2×106m3, 연계운영의 111.2×106m3에 비해 최소유량이 많은 것을 확인하였으며, 이는 제안한 hedging rule에 의해 하류 제어지점에서의 최대 물 부족량이 감소하는 결과를 보여주고 있다.

본 연구에서는 격자기반의 공간분포 강우장에서 호우지속기간동안 지속시간별 면적최대강우량을 산정할 수 있는 탐색기법을 개발하여 DAD 분석을 실시하고 그 적용성을 평가하고자 한다. 우선, 세 가지 탐색기법(Box-tracking, Point- tracking, Advanced point-tracking)의 알고리즘을 구성하고, 가상의 강우장(1hr 지속시간)을 대상으로 각 탐색기법의 성능을 검증하였다. 다음으로 용담댐 유역의 실제 강우사상을 선택하여 개발된 탐색기법과 GIS를 이용한 고전적인 방법을 사용하여 DAD 분석을 실시하고 그 결과를 비교·분석하였다. Box-tracking의 경우, Point-tracking과 Advanced point-tracking에 비하여 상대적으로 빠른 검색이 가능하지만, 강우장의 공간분포 형태를 고려하지 못하여 타 탐색기법에 비해 유역크기별 면적최대강우량이 과대 산정되었다. 반면, Point-tracking과 Advanced point-tracking은 강우장의 공간분포 형태를 적절하게 반영하여 면적최대강우량 산정이 가능하였으며, 특히 두개 이상의 호우중심이 존재할 경우 Advanced point-tracking은 Point-tracking보다 우수한 탐색성능을 보여주었다. 따라서 본 연구에서 제안하는 탐색기법은 DAD 분석 및 면적감소계수 계산을 위한 유용한 도구로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

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.

하천에서의 골재채취 및 하도준설은 하상교란에 의한 조도계수와 준설지점 상하류의 흐름특성 변화를 발생시키며, 이로 인한 하천 준설지점 상류방향으로 급격한 침식, 지류 하상고를 저하시키는 등 하도 안정성과 취입보, 교량 등 수리구조물의 안정성 등의 문제가 초래된다. 또한 국내 하천은 하상계수가 크고 홍수시 부유사 이송이 실질적인 하상변화의 대부분을 차지하는 특징을 가지고 있으므로 이에 대한 후속 연구가 필요한 상황이다. 최근 국내에서도 하도내 소류사 이송에 따른 준설웅덩이 적응과정에 대한 실내시험과 수치모의 연구가 수행되었지만, 부유사 이송에 따른 연구가 추가로 진행되지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 CCHE2D 모형을 이용하여 2차원 비평형 부유사이송 수치모의를 수행하고, Galappatti와 Vreugdenhil(1985)의 수리모형 실험결과와 비교하여 부유사 이송에 따른 준설웅덩이 적응과정 수치모의 능력을 평가하였고, 비평형유사이송 매개변수인 Nonequilibrium adaptive coefficient의 수치모의 결과에 대한 민감도를 분석하였다. 따라서 본 연구는 국내 하천 특성을 반영한 하도 준설 웅덩이의 적응과정에 대한 수치모의의 기초자료로 활용되어, 하도의 안정성 평가 및 설계 등에 기여할 것으로 기대된다.

본 연구에서는 2007년 제주지역을 강타한 태풍 ‘나리’이후 홍수조절을 위해 한천유역에 설치된 저류지의 효과를 정량적으로 평가하였다. 이를 위해 2010년 태풍 ‘뎬무’의 내습 시, 한천 상․하류에 위치한 하천유량 관측소의 자료와 저류지 유입량 자료를 이용하여 한천저류지 운영이 하류지역에 미치는 홍수저감 효과를 검토하였다. 분석결과, 하류지역에서의 실제 하천수위는 3.44m를 기록하였으나, 수위-유량 관계식, 유출전파속도, 저류지 유입량 등을 활용하여 저류지가 운영되지 않았을 경우의 하류지역 하천수위를 분석한 결과 4.16m로 예측되었다. 이와 같은 결과는 한천유역에 설치된 저류지의 홍수저감 효과를 분명하게 보여주는 것으로 향후 유사한 사상에 대해서도 적절한 기여를 할 수 있을 것으로 판단되었다.

최근 이상기후로 인해 홍수 등 자연재해의 강도 및 빈도가 증가하고 있다. 2002년 태풍 루사, 2003년 태풍 매미 등 집중호우에 따른 대규모 홍수로 인해 인명 및 재산피해의 급격한 증가가 나타났으며, 이는 불규칙한 기상변화에 대한 기존의 방재대책과 홍수예측시스템의 한계를 보여주고 있다. 이러한 이상홍수에 효율적으로 대응하기 위해서는 홍수범람 양상을 정확하게 모의할 수 있는 범람모형을 통해 효과적인 대응방안 마련하는 것이 중요하지만 기존의 홍수범람해석모형은 해석시간의 과다소요 및 해석결과의 정확성 등의 문제가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 2002년 8월 집중호우로 인해 붕괴된 낙동강 유역의 백산제를 대상으로 쿼드트리격자를 사용하는 Gerris모형을 이용하여 홍수범람해석을 수행하였으며, 기존의 홍수범람모형 중 비구조격자를 사용하는 FLUMEN모형 및 실제 범람지역과의 비교를 통해 쿼드트리 격자기반 홍수범람모형의 적용성 및 효율성을 판단하였다.

본 연구에서는 기후변화에 따른 금강유역의 미래 유출량을 산정해 댐별 용수공급 변화량을 산정하였다. GCM은 최근 국립기상연구소가 도입한 영국 기후변화 예측모델인 HadGEM2-AO를 사용하였고 새로운 온실가스 시나리오인 RCP시나리오를 금강유역내 기상관측소로 추출하였다. ArcSWAT모형을 이용해 1988년부터 2011년까지의 과거 유출모의를 수행하였으며 금강권역 내 대표 지점인 용담댐 및 대청댐 지점의 유입량과 최종 방류부의 유출량 분석값을 비교한 결과 모의치와 실측치가 각각 92.25%, 95.40%로 일치하는 것으로 나타나 모형의 적용성을 확인하였다. 또한 새로운 온실가스 시나리오 하에서의 미래 유출량을 분석한 결과 RCP4.5 시나리오 하에서 평균 47.76%, RCP8.5 시나리오 하에서 평균 36.52%가량 유출증가가 일어날 것으로 예측되었으며 특히 가을철과 겨울철에 증가율이 높았다. 유출변화에 따른 용수공급 변화를 전망하기 위하여 KModSim으로 물수지 모형을 구축하여 추가 취수량 변화를 분석하였다. 이수안전도 95% 유지조건 하에서 취수가능량을 분석한 결과, RCP4.5 시나리오 하에서 용담댐과 대청댐 각각 9.41m3/s, 24.82m3/s가 더 취수가능하며 RCP8.5 시나리오 하에서는 6.48m3/s, 21.08m3/s가 더 취수 가능한 것으로 전망되었다.

본 연구에서는 프랙탈 이론의 하천유역분야 적용성을 고찰을 통하여 하상의 불연속 경계면을 보간하기 위한 침식모형기반 프랙탈 기법을 제시하고, 이를 이용하여 적용 대상인 하상 경계부분의 3차원 지형을 생성하여 실제 측량성과와의 비교, 공간 통계학적 분석을 통해 이론의 적용성을 검증하였다. 침식모형기반 프랙탈 기법의 검증을 위해 표본을 추출하여 실제 지형측량 결과 및 IDW 기법에 의한 보간 지형과의 분산분석을 수행하였다. 표본집단이 모집단과 동일 분산을 갖고 있는지에 대한 표고값 간의 F-검정 결과, 유의확률 0.501로 유의수준 0.05보다 큰 것으로 분석되어 표고의 표준차이는 없는 것으로 나타났다. 분산분석 결과 RMSE는 IDW 및 침식모형기반 프랙탈 기법 각 0.802, 0.384로 침식모형기반 프랙탈 기법이 우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과로 부터 3차원 정밀 하상 지형 생성 방법으로 침식모형기반 프랙탈 기법의 적용성이 우수한 것으로 사료된다.

본 연구에서는 용담댐 상류, 천천 시험유역을 대상으로 분포형 수문모형을 이용하여 강우의 공간분포 특성에 의한 유역에서의 침식 및 퇴적양상을 분석하고, 유출 및 유사량 모의결과에 미치는 영향을 분석하였다. 일반적으로 강우의 공간적 분포를 묘사하기 위해 사용되는 지점 강우 내삽기법(Thiessen Polygon: TP, Inverse Distance Weighting: IDW, Kriging) 및 레이더 강우 합성기법(Gauge-Radar ratio: GR, Conditional Merging: CM)을 이용하여 태풍으로 인한 3개의 집중호우 사상기간동안의 강우장을 생성한 후 각 기법들에 의해 생성된 강우장의 양적, 공간적 특성을 평가하였다. 또한, 각 기법별로 생성된 공간분포형 강우를 분포형 수문모형에 적용하여 강우의 공간분포에 따른 유역에서의 강우-유사-유출 분석 및 유역에서의 침식 및 퇴적양상을 비교·분석하였다. 그 결과, 지상 우량계를 이용한 내삽기법의 경우 유사한 우량주상도 및 수문응답을 나타내었으며, 원시 레이더 자료 및 GR기법에 의한 결과는 각각 과소, 과대산정된 반면 CM기법은 레이더 강우의 공간적 특성을 유지하면서 양적으로도 개선된 결과를 보여주었다. 또한 양적으로 유사한 강우장임에도 불구하고, 각 기법에 의한 강우장의 공간적 특성으로 인하여 대상유역내 침식 및 퇴적양상은 매우 상이하게 나타났다.

최근 기후변화에 따른 집중호우의 증가 및 무분별한 유역개발에 의한 산사태 발생빈도 및 재해복구비용이 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 2011년 7월에 발생한 서울시 우면산 지역을 대상으로 뿌리 점착력을 고려한 GIS기반의 무한사면안정모형을 이용하여 사면안정해석을 수행하였다. 무한사면안정모형의 중요 매개변수인 습윤지수의 공간분포화를 위해 비 집수면적 개념을 도입하였으며, 세가지 기법(일방향 흐름기법, 다방향 흐름기법, 무한방향 흐름기법)를 이용하여 비 집수면적을 산정하고, 각 기법에 따른 대상유역내의 격자별 사면안전율의 변화양상을 분석하였다. 또한, 기존의 무한사면안정모형을 이용한 사면안정해석에 일반적으로 적용되고 있는 공간집중형 습윤지수 결과와의 비교를 통하여 우면산 지역의 사면안정 해석의 차이점을 비교·분석하였다. 무한사면안정모형을 이용하여 산정된 사면안전율 분석결과, 거주지 주변의 절개지 부근과 산지정상부근의 급경사지에서 불안정 지역이 집중적으로 분포하고 있음을 확인하였으며, IFD와 집중형 습윤지수에 의한 불안정지역은 유사하게 나타난 반면, SFD와 MFD에 의한 불안정지역은 앞선 두 가지 기법에 비해 작게 산정되었다.

가뭄의 불확실성은 우리가 관리할 수 있는 범위를 넘어서는 현상으로 용수공급시스템의 불확실성 역시 우리가 제어할 수 있는 한계를 벗어날 수 있다. 따라서 수자원 시설물 운영에 필요한 의사결정은 여러 가지 불확실한 상황을 고려하여 다루어져야한다. 특히 극단적 강우부족이나 저유량 상황이 장시간 지속되는 경우에는수자원 공급에 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 하천오염, 수생태계 파괴, 저수지 고갈, 용수공급 장애 그리고 하천미관의 악화 등이 포함될 수 있다. 그중 극한가뭄의 지속으로 인해 용수공급의 중단과 같은 사태가 발생할 경우 피해한계를 예측할 수 없는 매우 심각한 결과가 초래될 수 있다. 이런 측면을 고려하여 본 연구는 장기지속가뭄을 포함하여 극한 가뭄사상에 대한 한강수계 용수공급 시스템의 가뭄 영향을 종합적으로 평가하였다. 이를 위해 5개 소유역에 대한 추계학적 수문시계열모형을 이용하여 월 유량 기준의 지속기간별, 재현기간별 가뭄 시나리오를 개발하여 팔당댐을 기준지점으로 하는 한강유역 용수공급 시스템에 적용하여 용수공급의 이행도를 평가하였다. 평가결과 예기치 못한 가뭄의 영향을 알기 위해서는 수문학적 다양성을 반영하는 장기지속가뭄에 대한 평가가 필요하다.

본 연구에서는 용담댐 상류, 천천 시험유역을 대상으로 분포형 수문모형을 이용하여 강우의 공간분포 특성에 의한 유역에서의 침식 및 퇴적양상, 유출 및 유사량 모의결과에 미치는 영향을 분석하였다. 강우의 공간특성을 묘사하기 위해 일반적으로 사용되는 지상 우량계의 강우정보를 기반으로 한 내삽법(Tiessen Polygon, Inverse Distance Weighting, Kriging) 및 지점 강우와 레이더 강우의 합성기법(Gauge-Radar ratio, Conditional Merging)을 이용하여 대상 강우사상 기간동안의 시간별 강우장(hourly rainfall field)을 생성한 후 각 기법들에 의해 생성된 강우장의 공간적 특성을 정량적으로 비교·분석하였다. 또한, 각 기법별로 생성된 공간분포형 강우정보를 분포형 수문모형에 적용하여 강우의 공간분포에 따른 유역에서의 수문학적 응답(hydrologic response)의 변동성을 평가하였다. 지상 우량계의 강우를 이용하여 내삽된 강우장의 경우 적용된 기법에 따른 유출량과 유사량은 크게 변하지 않았으나 공간분포 특성이 상이함에 따라 침식 및 퇴적은 매우 다른 양상으로 발생하였다. 태풍에 의한 집중호우와 같은 극한 강우사상의 경우 원시 레이더 자료는 지점 강우에 비해 과소산정되었으며, 레이더의 공간특성과 지상 우량계의 양적 정보를 이용한 합성 강우장의 경우 비교적 정확한 모의결과를 제공하였다.

A 3D seepage flow numerical simulation model was developed for seepage analysis of a landslide dam. A 3D seepage flow numerical simulation model coupled with a 2D surface flow and erosion/deposition model was developed for seepage analysis of a slope due to a rainfall event. The conventional water-phase (one-phase) seepage flow model assumes only water phase flow in seepage analysis, which is inadequate for unsaturated soil domains. Hence, a water-air two-phase seepage flow model that considers both water and air phase in the seepage flow process is also used for seepage analysis. Pore water pressure and moisture content data obtained by the seepage flow model were then used to analyze the stability of the slope. Janbu’s simplified method as well as the extended Spencer method was used for the stability analysis. Numerical simulation results and experimental measurements are satisfactorily in agreement.