본 연구에서는 금강유역(9,645.5 km²)을 대상으로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 HadGEM3-RA RCP 4.5와 8.5 기후변화 시나리오에 따른 미래 기간(2020s: 2010~2039, 2050s: 2040~2069 ,2080s: 2070~2099 )의 지하수위 변화를 평가하였다. 이를 위해 SWAT 모형의 검․ 보정은 11년(2005~2015)동안의 유역내 2개 댐지점(대청댐, 용담댐)의 일별 유입량 및 저수량, 5개 관정지점(JSJS, OCCS, BEMR, CASS, BYBY)의 일단위 지하수위 관측자료, 3년 5개월(2012년 8월~2015년 12월) 동안의 3개 보지점(세종보, 공주보, 백제보)의 일별 유입량 및 저수량 자료를 이용하였다. 2개 댐의 유입량 및 저수량 검보정 결과, Nash-Sutcliffe 모델효율(NSE)은 각각 0.57~0.67, 0.87~0.94, 결정계수(R2)는 각각 0.69~0.73, 0.63~0.73의 범위를 보였으며, 3개 보의 유입량 및 저수량의 NSE는 각각 0.68~0.70, 0.94~0.99, R2는 각각 0.83~0.86, 0.48~0.61로 검보정 되었다. 5개 지점의 지하수위에 대한 R2는 0.53~0.61이었다. 유역 전체의 미래 기온은 기준년도(1976~2005)대비 2080s RCP 8.5 시나리오에서 최고 4.3°C 상승하고 강수량은 6.9% 증가하였으며, 미래 지하수위는 5개 지하수위 관측지점 중 금강 상류 3개 지점(JSJS, OCCS, BEMR)에서 각각 –13.0 cm, -5.0 cm, -9.0 cm 감소하였고, 금강 하류 2개 지점(CASS, BYBY)에서는 각각 +3.0 cm, +1.0 증가하였다. 미래 지하수위는 유역 내 강수량의 계절별 공간적 편차에 따른 지하수 충전량의 차이에 기인한 것으로 판단된다.

본 연구의 목적은 안성천 상류 공도유역(366.5km²)을 대상으로 SWAT 모형을 이용하여 미래 기후변화 평가에 있어, 미래의 토지이용변화를 동시에 고려하면 수문학적 거동에 얼마나 영향을 주는지를 분석하고자 하였다. 미래기후변화 시나리오는 HadGEM3-RA의 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하여 2030s (2020-2039)과 2050s (2040-2059) 기간으로 나누어 적용하였으며, 토지이용변화는 도시성장 시나리오에 따른 회귀모형 기반의 CLUE-s 모델을 이용하였다. 기준년(1976-2005) 대비 미래 강수량은 RCP 4.5에서 2030s에 최대 5.7%의 감소, 2050s에는 최대 18.5% 증가하였고, 미래 기온은 2030s RCP 4.5에서 최대 1.8°C, 2050s RCP 8.5에서 최대 2.6°C 증가하였다. 미래 토지이용은 2050년 도시지역이 58.6% (29.0 km²에서 46.0 km²) 증가하는 것으로 예측되었다. SWAT 수문 검보정은 14년(2002-2015) 동안의 공도관측소 일유량 자료를 이용하였으며, 저유량 모델효율의 향상을 위하여 2014-2015년 연속 가뭄년을 대상으로 보정을 실시한 결과, 하천유량(Q)과 1/Q을 대상으로Nash-Sutcliffe 모델효율은 각각 0.86과 0.76이었다. 미래 기후변화 시나리오만을 적용한 결과, 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 24.2% 감소하다가 2050s RCP 4.5에서 최대 10.9% 증가하는 변화를 보여주었다. 한편, 기후변화와 더불어 미래의 토지이용변화를 함께 고려한 경우는 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 14.9% 감소, 2050s RCP 4.5에서 최대 19.5% 증가하는 변화를 보여주어, 미래 기후변화에 따른 유역의 수문평가 시, 도시성장이 기대되는 유역 등 미래의 토지이용변화가 클 가능성이 있는 유역에 대해서는 토지이용변화 요소를 고려할 필요가 있다고 생각된다.

본 연구의 목적은 이중편파 레이더 강우자료와 격자기반 분포형 강우-유출 모형인 KIMSTORM (KIneMatic wave STOrm Runoff Model)을 이용하여 유출해석을 수행하고, 침수실적자료와의 비교를 통해 레이더 강우자료의 효용성을 검토하는데 있다. 남강댐 유역(2,293 km²)을 대상으로, 2012년 4개의 강우 이벤트(집중호우, 카눈, 볼라벤, 산바)에 대하여 비슬산 레이더 강우자료를 사용하였다. 분포형 모형은 28개 지점 강우와 레이더 강우를 이용하여 보정되었으며, R² (coefficient of determination), ME(model efficiency), VCI (volume conservation index)를 이용하여 적용성을 평가하였다. 모형의 보정결과, R², ME, VCI의 평균이 지점강우 를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 1.09, 레이더 강우를 이용한 경우 각각 0.85, 0.78, 0.96의 결과를 보였다. 태풍 산바에 의한 하천범람 침수실적자료의 두 침수지역(신연지구와 문대/신기지구)과 레이더와 지상강우에 의한 유출분석 결과를 비교하였다. 신연지구와 문대/신기지구 두 침수지역에서 레이더강우가 지상강우보다 더 많은 지역강우를 발생시켜 지표유출량을 더 크게 모의하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 수위관측소가 존재하는 문대/신기지구의 경우, 지점강우보다 레이더 강우가 침수지역내 수위관측소의 실제 첨두유량에 가깝게 모의하였으며, 하천수위도 0.72 m 높게 모의하였다.

본 연구에서는 농업용 소규모 저수지의 붕괴에 따른 침수 지역 모의를 수문·수리 모형을 활용하여 산정하였다. 2014년 8월 21일에 발생한 집중호우로 경상북도 영천의 농업용 소규모 저수지인 괴연저수지가 붕괴하였으며, 그에 따라 저수지 하류부의 농가 및 농경지에 침수에 의한 피해가 발생하였다. 그러나 이러한 소규모 저수지는 유입량·방류량·수위·저수량 등 기본적인 수문학적인 요소를 측정하고 있지 않기 때문에, 무인비행기로 관측한 항공영상(DSM, Digital Surface Model)과 GIS(Geographic Information System)기법을 활용하여 저수지 내용적곡선 및 하류부 하천 형상을 추출하였다. 일반적인 수면아래의 지형고도는 항공영상으로 촬영할 수 없으므로 저수지 붕괴이후에 드러난 지형을 촬영하였으며, 각 지형고도별 격자를 GIS기법으로 계산하였다. 또한 하류부 하천의 지형고도 및 침수흔적도를 활용하여 침수모델링 및 모의결과 검증을 실시하였다. 그 결과 침수흔적도와 모델링 결과가 약 90% 정도 일치하는 결과를 나타내었으며 침수면적은 약 1.7 ha, 하천을 제외한 범람지역에서는 약 0.5 m 정도(성인 무릎높이)의 침수심이 산정되었다. 본 연구에서는 HEC-HMS 모형의 홍수량 산정시 실측자료를 통한 검·보정이 불가능 하였으므로, 향후 중소규모의 농업용 저수지에서도 활용할 수 있는 실측자료가 존재하고, 이를 적극 활용한다면 더욱 신뢰있는 결과를 도출해 낼 수 있을 것이다.

본 연구에서는 충주댐을 대상으로 유역모델인 SWAT과 저수지모델인 CE-QUAL-W2를 연계 적용하여 기후변화에 따라 저수지로 유입되는 하천의 유량 및 탁수발생량을 모의하고, 저수지내의 탁수변화 및 부영양화 영향평가를 통한 저수지 수환경 변화를 전망하였다. 먼저 SWAT을 적용하여 강우시 저수지 유입하천의 유량 및 수질을 모의하여 모델의 재현성을 검토하였으며, 모형의 보정(2000～2005)과 검증(2006～2010) 결과 모델 예측값과 실측값이 적절하게 일치하는 것으로 나타났다. SWAT의 결과를 CE-QUAL-W2의 하천유량 및 유입수 수질 경계조건 입력 자료로 활용하고, 보정(2010년)과 검증(2008년)을 통하여 저수지 내 시간에 따른 물수지, 수온 변화, 부유물질(SS), T-N, T-P 및 부영양화(Chl-a) 양상 등을 분석하고 모델의 재현성을 검토하였다. 이후 기후변화 시나리오 적용에 따른 저수지 내 수환경 변화를 모의하기 위한 기후변화 자료로 IPCC AR4 GCM(ECHO-G)을 고해상도 지역기후시나리오로 개선시킨 RCM(MM5)의 A1B 시나리오를 다시 태풍사상을 고려한 인공신경망 기법에 의해 상세화하여 이용하였다. 기후변화 시나리오에 따른 기온증가의 영향으로 미래로 갈수록 상층수온은 증가하는 반면 심층수온은 감소하는 경향을 보였다. SS 최고유입농도는 평수년에 비해 풍수년에 17%, 갈수년에 0.2% 가량 증가하는 것으로 나타났다. 호소내 SS 10mg/L 이상 점유일수는 평수년에 비해 풍수년이 6일, 갈수년이 17일 증가하였고, 점유율 역시 풍수년에 24%, 갈수년에 26% 가량 증가하는 것으로 분석되었다. 미래로 갈수록 기후변화가 충주댐 탁수 장기화에 영향을 미치는 것으로 분석되었다. Chl-a의 최고농도는 평수년에 비해 풍수년에 19%, 갈수년에 3% 가량 조류의 농도가 증가되는 것으로 나타나 조류의 영향이 커지는 것을 알 수 있었다.

본 연구의 목적은 충주호 유역을 대상으로 2차원 횡방향 평균 수리 및 수질모형인 CE-QUAL-W2를 이용하여 호소내 수온분포, 부유물질및부영양화과정의변화특성을모의하고모형의적용성을평가하는것이다. 지형및단면자료구축을 위해 충주호를 남한강 본류(branch 1)와 유입 경계부(branch 2∼7)로 구분하여 격자를 구성하였다. 호소 수질모델링을 위한 주요 입력 자료로 기상자료, 호소의 수온과 탁도 초기조건, 하천의 유량과 수온, 수질 경계조건 자료를 구축하였다. 이후실측된수온, 부유물질(SS), 총질소(TN), 총인(TP), 조류(Chl-a)에대하여모형의보정(2010) 및검증(2008)을수행하여모형의적용가능성을평가하였다. 충주호의수온은4월부터표층수온이증가하여7월초에성층현상이발생되고12월에는연직수온분포가일정하게유지되었다. 집중호우발생후에는성층구조가교란되어수온약층이약10 m가량하강하였다. SS는수온과동일한패턴으로집중호우발생후에증가하다가12월에안정화되었으며, 2008년7월에발생된중층밀도류의 분포 현상을 잘 재현하였다. TN, TP의 경우 농도의 범위를 잘 재현하였지만, 모형 내에서 질소성분의 침강속도 및 인의 흡착-침전과정이 적절히 모의되지 않아 오차가 발생하였다. Chl-a의 경우 2010년과 2008년 여름의 조류의 성장패턴을 잘 반영하였지만, 모형이 횡방향 평균 유속과 농도를 사용함에 따른 모형의 한계점이 나타났다.

본 연구는 SWAT 모형을 이용하여 설마천 혼효림 유역(8.54 km²)을 대상으로 RCP(AR5) 기후변화 시나리오에 따른 수문순환 영향을 평가하였다. 모형의 불확실성을 효과적으로 줄이기 위해 설마천 유역의 2007년부터 실측된 유량, 증발산량 및 토양수분을 이용하여 모형의 보정(2007～2008) 및 검증(2009～2010)을 수행하였다. 모형의 보정 및 검증 결과 유출량의 R²가 0.74∼0.91로 분석되었고, 증발산량은 0.56∼0.71, 토양수분은 0.45∼0.71로 분석되어 토양수분으로부터 증발산이 발생하고 이로 인해 유출까지 영향을 미치는 물수지 현상을 잘 재현하고 있음을 알 수 있었다. 미래 기후자료로 AR5 RCP 4.5, 8.5 시나리오에 대한 모의결과 값을 이용하였고, 사용된 모델은 한반도 전망자료를 지역기후모델을 이용하여 역학적 상세화하여 기상청에서 제공하는 HadGEM3-RA 모형이며 오차 보정하여 사용하였다. 기후변화 시나리오 분석 결과 두가지 시나리오 모두 미래 기온은 0.9∼4.2℃ 상승하고, 강수량은 7.9∼20.4% 증가하였다. 또한 미래 유출량은 0.6∼15.7% 증가한 반면에 유출률은 3.8∼5.4% 감소하였고, 증발산비는 4.1∼6.8% 증가, 토양수분은 4.3∼5.5% 감소하였다.

본 연구에서는 RHESSys (Regional Hydro-Ecologic Simulation System) 모형과 관측 자료를 이용하여 유출량, 증발산량, 토양수분량, 총일차생산량과 순광합성량을 평가하고자 한다. 수문생태모형인 RHESSys는 물, 탄소 및 질소 순환과 지형공간적 변화에 따른 물질이동을 모의할 수 있다. 대상유역은 설마천 유역(8.5 km2)으로 우리나라 북서쪽에 위치하고 있다. 유역의 90% 이상이 산림유역이고, 토양은 대부분 사양토이다. 2007～2009년의 관측 일유출량을 이용하여 유출량을 검·보정하였고, 증발산량은 에디 공분산 방법에 의한 플럭스 타워로부터 관측되었으며 토양수분은 신뢰할만한 실측자료를 바탕으로 모형의 보정(2007～2008) 및 검증(2009)을 실시하였다. 또한 지구의 탄소순환을 규명할 수 있는 식생의 순광합성량과 총일차생산량에 대한 모형의 검·보정은 Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서를 이용한 산출물인 순광합성량과 총일차생산량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2007) 및 검증(2008)을 실시하였다. 모의 결과 보정기간 동안의 상관계수와 Nash-Sutcliffe 모형 효율은 유출량은 0.74와 0.63이었고, 증발산량과 총일차생산량의 상관계수는 각각 0.54와 0.93이었다. 모형 검정결과 유출량의 상관계수와 Nash-Sutcliffe 모형 효율 각각 0.92와 0.84였으며, 총일차생산량의 상관계수는 0.93이었다.

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형의 적용성 검증을 위해서는 매개변수 민감도 분석 및 검·보정, 예측 불확실성 분석을 필요로 한다. 최근 SWAT 모형의 불확실성을 분석하기 위한 다양한 기법들이 개발되었는데, 본 연구는 충주댐 유역(6,581.1 km2)을 대상으로 유역출구점의 실측 일 유출량 자료(1998～2003)를 바탕으로 SWAT 모형의 유출관련 매개변수에 대한 불확실성 분석을 실시하였다. 이때 사용된 분석 기법으로는 SUFI2 (Sequential Uncertainty FItting algorithm ver.2), GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation), ParaSol (Parameter Solution) 등을 적용하였다. 이러한 기법은 모두 SWAT-CUP (SWAT-Calibration Uncertainty Program; Abbaspour et al., 2007) 모형에 탑재되어있으며, 모형의 결과로써 검·보정, 매개변수의 민감도 분석, 각종 목적 함수 및 불확실성의 범위 등이 자동으로 산출되므로 모형의 사용자가 불확실성 평가 기법의 분석 및 비교를 손쉽게 할 수 있다. 그 결과 대표적인 목적 함수인 결정 계수(R2; Legates and McCabe, 1999)와 NS (Nash and Sutcliffe, 1970) 모형 효율은 모두 0.67에서 0.92 사이의 값을 나타내어 대체적으로 모의가 잘 이루어졌음을 알 수 있었다. 그러나 불확실성의 범위를 나타내는 지표인 p-factor 및 r-factor 에서는 평가 기법 별로 그 차이가 확연하게 드러났다. 여기서 p-factor는 불확실성 범위에 실측치가 포함되는 비율이며, r-factor는 불확실성의 상대적인 범위로 각각 1과 0에 가까울수록 모의 기법의 성능이 우수함을 의미한다. 세 가지 알고리듬 중에서 SUFI2의 p-factor가 약 0.79로 가장 높게 나타났으며, ParaSol의 r-factor가 0.03으로 가장 작게 나타났다. 본 연구의 결과는 SWAT 모형을 이용한 수문 모의에서 수문분석에 따른 예측결과의 불확실성을 정량적으로 평가함으로서, 모형의 적용성 평가 및 모의결과의 신뢰성 확보에 근거자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구는 최근 10년간 폭설 피해가 컸던 2001년 1월 7일, 2004년 3월 4일, 2005년 12월 장기폭설, 2010년 1월 4일을 대상으로 Terra MODIS 위성영상과 전국 76개 기상자료를 이용하여 적설심분포도를 구축하고, 이를 농림수산식품부에서 개정한 지역별 내재해 설계기준을 적용하여 폭설로 인한 비닐하우스의 피해지역을 추출하는 기법을 연구하였다. 적설심분포도를 추출한 결과, 2001년 1월은 대관령, 2004년 3월은 대전, 2005년 12월은 정읍 그리고 2010년 1월은 대관령에서 가장 많이 온 것으로 나타났다. 지역별 비닐하우스 내재해 설계기준에 따른 적설심 및 풍속맵을 작성하여 이를 적설심분포도와 GIS기법을 이용하여 피해지역을 추출하였다. 추출한 결과, 2001년 1월은 영동지역, 2004년은 중부지역, 2005년 12월은 호남지역, 2010년 1월은 중부지역에 피해가 일어났을 것으로 분석되었다. 이를 강풍맵과 중첩시켜 강풍으로 인해 피해입은 비닐하우스의 피해지역을 추가적으로 추출하고 소방방재청의 재해연보와 결과를 비교분석하고자 한다.