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.

하천의 유량은 수자원계획 및 관리에 있어 중요한 요소이므로 신뢰성을 바탕으로 지속적이고 정확한 관측이 필요하다. 일반적으로 수위나 유량의 경우 지속적이고 자동적인 측정으로 인해 비교적 정확한 관측이 가능하다. 하지만 기술적인 한계와 큰 비용의 소모로 유량을 연속적으로 측정하는데 어려움이 있기 때문에 수위-유량 관계를 이용하여 유량을 산정하고 있다. 수위-유량관계를 통해 유량을 산정할 경우 자료부족, 계산방법 그리고 분석과정에서 오차가 발생하게 되고 이로 인해 정확한 유량을 산정하지 못하게 된다. 따라서, 오차로 인한 수위-유량 관계 곡선의 불확실성을 정확하게 산정하는 것은 유량의 불확실성의 규명과 정확한 유량산정을 위한 중요한 과정이다. 본 연구에서는 Bayesian 회귀분석 적용하여 수위-유량 관계곡선의 매개변수를 추정하였다. 또한 Bayesian 회귀분석에 의한 수위-유량 관계곡선의 불확실성 분석의 적용성을 평가하기 위하여 Bayesian 회귀분석에 의한 매개변수 추정치와 기존의 방법인 최소자승법에 의한 매개변수 추정치 결과의 신뢰구간을 비교·분석하였다. 본 연구를 통해 일반 회귀분석과의 비교·분석 결과로부터 수위-유량 관계곡선식의 매개변수 추정 시 Bayesian 회귀분석 적용 가능성을 평가하고자 한다.

본 연구에서는 강우레이더강우자료의 수문학적 적용성을 평가하기 위하여 지상강우자료와 강우레이더자료를 준분포형 수문모형인 SWAT모형에 강우입력자료로 이용하여 낙동강 감천 유역에 대한 일유출모의를 수행하였다. 강우레이더자료는 단일편파레이더변수(Z)를 이용한 강우자료(RZ)와 이중편파레이더변수(Z,ZDR,KDP)를 이용한 강우자료(RKDP)두 가지 형태로 생성하였다. 분석기간은 2010년부터 2013년 7월까지로 각각 보정기간(2010년), 검증기간(2011년), 모의기간(2012년~2013년 7월)으로 구분하여 모의를 수행하였다. 10분단위의 지상강우자료와 2.5분 단위의 강우레이더자료를 SWAT모형에 입력자료로 활용하기 위하여 일강우자료로 변환하여 강우량을 비교한 결과 6월~9월(집중호우 및 태풍이 발생하는 우기)에는 강우발생특성을 잘 반영하고 있으나, 10월~5월(겨울 및 건기)에는 레이더관측강우가 과대추정하는 경향를 보여주었다. 그리고 지상강우자료와 강우레이더자료가 SWAT 모형의 일유출량에 미치는 영향에 대해 분석결과 지상강우자료가 강우레이더자료보다 유출특성을 더 잘 반영하였고, 레이더강우자료에서는 RKDP가 RZ보다 더 나은 결과를 나타냈다. 그러나 강우레이더강우자료의 활용에 앞서 보정과 실시간 알고리즘 적용 등 정확도 확보가 우선되어야 할 것으로 판단된다.

인공습지는 습지의 수자원 확보 및 홍수제어, 생태서식처, 조경 및 레크레이션, 기후조절, 수질정화 및 환경교육 등의 기능을 목적으로 조성한 습지를 의미한다. 인공습지는 고유의 물순환, 생태, 자연정화, 경관, 심미적 기능 등의 융합적 기능에 의하여 복잡하고 다양한 문제해결에 적당한 기술로 평가받고 있으며, 선진국에서는 이러한 인공습지가 도시화, 기후변화 및 생활수준 향상으로 인한 홍수와 가뭄, 하천생태계 변화, 수질오염과 같은 문제를 해결하는 방안으로 제시되고 있다(환경부, 2014). 이와 같이 여러 목적으로 인공습지가 많이 조성되고 있는데, 특정 기능을 목적으로 인공습지가 조성된다 하더라도 인공적 생태계가 조성되는 습지의 특성상 융복합 기능을 갖게 된다. 인공습지 조성 시에는 특정 목적만이 아닌 다양한 효과에 대한 통합적 분석이 필요하지만, 한 가지 목적에 초점을 맞추는 게 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 하천변 인공습지 조성 목적 중 홍수 저감 및 수질개선 효과를 함께 분석하고자 한다. 홍수 저감효과의 경우 동일한 홍수량을 홍수위 산정 모형인 HEC-RAS모형을 이용하여 저류지와 식생수로의 하도를 입력하여 모의하였으며, 수질모형인 QUAL2E모형에 동일한 인공습지를 적용하였을 때의 오염부하량 삭감량을 고려한 시나리오를 적용하여 수질개선효과를 분석하였다. 이와 같이 인공습지를 조성하였을 때의 다양한 효과들을 예측하여 습지의 총체적인 이익을 정량화할 수 있다면 수 있다면 다목적 인공습지를 적재적소에 더욱 효율적으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

섬진강 댐 상류의 경우 큰 오염원의 유입이 없어 수질이 상대적으로 양호한 반면, 섬진강 댐 하류 지역의 경우 지자체들을 포함하고 있어 섬진강 본류의 수질악화 문제가 발생할 수 있다. 이에 댐 하류 지역의 수질을 예측하고 단위유역별 목표수질을 달성하기 위한 적정 방류량 산정은 댐 운영에 있어 중요한 관리방안이라 할 수 있다. 본 연구에서는 섬진강수계 중권역 물환경관리계획에서 제시된 오염부하량 자료를 기반으로 섬진강댐 하류 지역의 수질을 예측하고 공시된 목표수질을 달성하기 위한 섬진강댐의 적정 방류량을 산정하고자 한다. 적정 댐 방류량을 결정하기 위한 수리 특성 분석을 실시하고, 수질모델링을 통한 하천 수질 기준의 만족 여부를 검토하였다. 이를 통해 기존 수질 분석 및 예측을 실시하고 목표수질을 만족하지 못하는 경우에 섬진강 댐 하류 지역의 목표수질을 만족하기 위한 댐의 적정 방류량을 산정하였다. 수질모의를 실시한 결과 섬진강 본류에 대한 목표수질을 만족하기 위해서는 최종 배출부하량에 대하여 8.4∼213.6 cms의 최종 댐 방류량이 필요한 것으로 분석되었다.

전 지구적으로 발생하고 있는 잦은 기상이변과 기후변화의 가속화로 자연재해 발생빈도 및 피해규모는 증가하는 추세로 나타나고 있다. 이러한 기상이변은 우리나라 또한 예외가 아니며 최근 한반도에서 발생한 적설로 인하여 많은 인명과 재산피해가 증가하고 있다. 본 연구에서는 대표농도경로(RCP) 시나리오인 RCP 4.5 및 RCP 8.5 시나리오를 바탕으로 관측자료와 시나리오의 기온, 강수, 적설량 간의 관계를 이용하였으며, 기상청 산하 대표 기상관측소 58개 대상 지점으로부터 목표기간별(목표Ⅰ:1971∼2005년, 목표Ⅱ:2006∼2040년, 목표Ⅲ:2041∼2070년, 목표Ⅳ:2071∼2100년) 적설량을 변동추이를 예측하고자 하였다. 미래 적설량 예측은 기상인자들의 복잡한 비선형 조합으로 발생하기 때문에 적설량에 영향을 미치는 기온, 강수, 적설량의 비선형 과정들을 고려할 수 있는 신경망 모형을 이용하여 적설량 예측 모형을 구성하였다. 58개 기상관측소의 30년 이상 기온, 강수, 적설량 관측자료를 이용하여 지점별로 훈련을 시켜 이를 기후변화 시나리오에 활용하였으며, 기후변화에 따른 미래 적설량의 증감율은 목표기간이 진행될수록 지속적으로 감소하는 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 기후변화 시나리오를 고려한 목표기간별 확률적설량 산정 및 관련 방재기준의 개선 방안 및 재설정 기준 마련에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

가뭄은 중요한 자연재해의 하나로서 수자원 관리 부분에서 매우 중요한 인자이다. 본 연구에서는 대한민국의 55개 기상청 관측소를 대상으로 SPI지수에 따른 가뭄기간과 가뭄심도를 정의하고, 코풀라 이론을 이용하여 두 가뭄변수의 결합 확률 분포를 유도하였다. 또한 이를 이용하여 가뭄의 발생 양상을 고찰하고 가뭄의 재현기간으로 제시하였으며, 대한민국을 대상으로 가뭄의 공간적 분포를 분석하였다. 연구에서 도출된 가뭄의 재현기간별 SPI 지수로부터 대한민국의 충청도의 공주 및 충주 인근, 강원도의 원주, 인제, 정선, 태백 등의 지역이 상대적으로 가뭄에 취약한 것으로 도출되었다.

최근 예측하기 어려운 기후변화와 홍수, 강풍 등 풍수해로 피해규모가 커지고 있다. 따라서 도시의 안전성과 방재기능을 확보하기 위해, 풍수해 피해를 경감시킬 수 있는 도시의 방재능력 평가가 필요하며, 이를 위해 어떤 요소와 지표가 피해를 복원하는 데 중요한 역할을 하는지에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 풍수해에 대응하여 복원탄력성을 평가하기 위한 능력을 대응·복구성, 물리적 차원, 경제적 차원, 사회적 차원으로 나누고 안양천의 24개 유역에 대한 가중치를 산정하고자 하였다. 각 요소와 지표의 가중치를 구하기 위해 계층 분석법과 정보전달 이론 중의 하나인 엔트로피 방법을 이용하였다. 계층 분석법은 수자원에 관련된 전문가, 실무자, 학생 등에게 설문을 시행하여 그 결과로 가중치를 산정한다. 엔트로피 방법에서는 지표별 속성정보를 추출하여 정규화 과정을 거친 후, 속성별 엔트로피를 산정하여 가중치를 산정하게 된다. 또한, 앞의 2가지 방법을 결합한 수정 엔트로피를 산정하여 3가지 방법으로 산정된 가중치를 비교 및 검토하였다. 엔트로피 방법으로 산정한 가중치는 정보량이 충분하지 않았기 때문에 특정 값의 영향을 받아서 가중치의 편차가 크게 나타난 반면, 계층 분석법으로 산정한 가중치는 주관적인 의견이 반영되어 상대적으로 고른 분포를 나타냈다. 이러한 과정과 결과를 바탕으로 가중치를 평가하여 적용한다면 풍수해 피해를 낮추는데 하나의 수단이 될 수 있을 것으로 기대된다.