미계측유역의 유출량 모의는 수문학 분야에서 필수적인 사항이다. 강우-유출 모형을 이용하여 신뢰성 있는 유출량을 모의하기 위한 핵심사항은 강우-유출 모형의 매개변수를 추정하는 것이다. 하지만 현재 우리나라는 불충분한 수문자료로 인해 매개변수 추정에 어려움이 존재한다. 본 연구의 목표는 불확실성 반영을 위한 Bayesian 통계기법 기반의 강우-유출 모형의 매개변수를 지역화 하는 것이다. 그 방법은 다음과 같다. 첫째, 본 연구는 세계적으로 널리 사용되고 있는 Sacramento 강우-유출 모형에 Bayesian Markov Chain Monte Carlo 기법을 연계한 Bayesian Sacramento 강우-유출 모형을 사용하여 계측유역을 대상으로 13개 매개변수를 최적화하고 각 매개변수의 사후분포를 도출하였다. 둘째, 매개변수와 유역특성인자 사이에 회귀특성을 얻기 위해 다중선형회귀분석을 적용하여 유역특성을 고려한 지역화 매개변수를 결정하였다. 다중회귀분석을 통하여 산정된 지역화 매개변수를 계측유역에 전이하여 유출량을 모의 후 통계적 효율기준인 N-S계수, 일치계수 및 상관계수를 사용하여 지역화 매개변수 검증을 수행하였다.

The grid-based water balance of watershed scale was assessed in the mountainous area of Pyosun catchment in Jeju Island after analyzing precipitation, evapotranspiration, and runoff from January 2008 to December 2013. The existing results of direct runoff, evapotranspirtion, and groundwater recharge comparing to precipitation were presented 22.0%, 25.6%, and 52.4%, respectively, in Pyosun catchment. However, this study indicated each component shows 14.5%, 24.2%, and 61.0%, respectively, in the mountainous area of Pyosun catchment. Therefore, groundwater recharge rate in the mountainous area appears higher than 10% comparing to the overall catchment. It would be analyzed that the amount of direct runoff is relatively small. Moreover, this difference could be generated because of the spatial discontinuities in the process of estimating the total amount of precipitation in the mountainous area. Therefore, the grid-based spatial analysis to maximize the spatial continuity would be useful for providing a more reasonable result when the total amount of water resources are evaluated in mountainous areas in the future.

도시화가 급속히 진행되고 있는 도시유역의 불투수면적 증가로 인한 물관련 피해를 줄이기 위해 유출량 저감에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 도시유역의 강우-유출에 관한 관측 및 예측 연구가 많이 이루어지고 있는 것에 반해 유역 유출량에 가장 큰 영향을 미치는 침투성을 기준으로 분석한 연구는 미흡하다. 본 연구에서는 온천천 유역을 대상으로 SWAT 모형을 시뮬레이션 하여 얻은 수문학적반응단위별로 산정된 CN값으로 침투성 맵을 작성하였고, 작성한 맵을 바탕으로 LID 적정 설치 유역을 선정하여 SWMM 모형을 이용해 온천천 유역 단기 강우사상에 대해 시뮬레이션 하여 유출량의 변동을 확인하였다. 각각의 시나리오는 침투성 맵을 기준으로 선정된 소유역의 토지피복 상태와 LID 설치 유무에 대해 유출량, 침투량, 첨두유량, 유출계수를 분석하였는데, LID 요소기술로는 토지피복에 따라 주택지에 옥상녹화를 설치하였고, 도로에 투수성포장을 설치하였다. 온천천 유역 단기 강우사상으로 시뮬레이션 한 결과, 각각의 소유역에 대한 유출량, 첨두유량, 유출계수는 감소하였고 침투량은 증가하여 LID 요소기술 설치시 물순환에 대한 이점을 확인하였다.

최근 국내에는 불규칙한 강우로 인해 수자원관리가 어려워 집중호우와 돌발홍수로 인한 피해가 급증하고 있는 상황이다. 이러한 피해를 최소화하기 위해 홍수 예경보 시스템구축을 위한 실시간 모니터링이나 강우-유출 모의 실험장치를 이용하여 모의 강우 적용 시 발생하는 유출량을 분석하여 그 대안을 찾고자 한다. 기존의 강우-유출 모의실험장치는 규모와 유지관리비용 측면에서 부담이 되는 실정이라 본 연구에서는 강우-유출 모의실험장치의 장단점을 보완한 소형강우모의장치의 설계와 개발 및 활용을 통해 인공강우 분사에 의한 시료의 포화와 지표 및 지하수 유출을 관측하였으며, TDR-300로 측정된 시료의 함수비는 강우강도를 112mm/hr로 설정하여 측정했고 실험 전, 후 차이를 비교 했을 때 모래의 경우 20.87% 증가하였고, 흙은 2.32% 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 물수지방정식으로 분석한 결과 총 유입량이 28891.5 cm3였고 모래의 경우 지표유출량이 발생하지 않았으며 침투량은 26941.5 cm3, 함수량은 1950 cm3 로 산정되었고 흙의 경우 지표유출량이 22080 cm3였고, 침투량과 함수량은 각각 3480 cm3, 3331.5 cm3 였다. 이를 통해 소형강우모의장치의 효용성을 평가하였다.

일월탄광에는 산화조, SAPS, 소택지의 3단계 자연정화시설이 설치되어 있으며 갱내수를 모아 정화한 후 주변 하천으로 유출시키고 있다. 일월탄광 갱내수의 pH 값은 계절에 관계없이 2.28-2.42로 낮은값을 나타내지만 산화조를 거치는 동안 pH 값은 6.17-6.53 급격하게 증가한다. 정화시설에 의한 정화효율은 SO4, Mg, Al, Ca, Mn은 각각 약 50%, 40%, 100%, 24%, 59%이다. 갱내수의 Fe는 아주 낮은값(1.06-1.09 ㎎/ℓ)이지만 정화시설을 거치는 동안 100%의 제거효율을 나타낸다. 이와 같이 일월탄광에 설치한 정화시설은 pH 상승과 Fe와 Al의 제거 효율은 높지만 SO4, Mg, Ca, Mn 등은 60% 이하로 상대적으로 낮다. 따라서 이러한 이온을 제거하기 위해서는 다른 정화기술을 적용해야 할 것으로 판단된다. pH 2.28-2.42 범위인 갱내수가 유입되는 정화시설 바닥에 침전되는 침전물은 슈워트마나이트이며(Fe8O8(OH)6SO4), pH 5.83-5.96인 침출수에서는 2-line 페리하이드라이트(2-line Fe2O3⋅0.5H2O)가 침전된다.

The rainfall-runoff characteristics in Jeju Island significantly differ from those in inland, due to highly permeable geologic features driven by volcanic island. Streams are usually sustained in the dry conditions and thereby the rainfall-runoff characteristics changes in terms of initiating stream discharge and its types, depending highly on the antecedent precipitation. Among various the rainfall-runoff characteristics, lag time mainly used for flood warning system in river and direct runoff ratio for determining water budget to estimate groundwater recharge quantity are practically crucial. They are expected to vary accordingly with the given antecedent precipitation. This study assessed the lag time in the measured hydrograph and direct runoff ratio, which are especially in the upstream watershed having the outlet as 2nd Dongsan bridge of Han stream, Jeju, based upon several typhoon events such as Khanun, Bolaven, Tembin, Sanba as well as a specific heavy rainfall event in August 23, 2012. As results, considering that the lag time changed a bit over the rainfall events, the averaged lag time without antecedent precipitation was around 1.5 hour, but it became increased with antecedent precipitation. Though the direct run-off ratio showed similar percentages (i.e., 23%)without antecedent precipitation, it was substantially increased up to around 45% when antecedent precipitation existed. In addition, the direct run-off ration without antecedent precipitation was also very high (43.8%), especially when there was extremely heavy rainfall event in the more than five hundreds return period such as typhoon Sanba.

The MFFn(Mass first flush), EMCs(Event mean concentrations) and runoff loads were analyzed for various rainy events(monitoring data from 2011 to 2012) in transportation area(rail road in station). The pollutant EMCs by volume of stormwater runoff showed the BOD5 9.6 ㎎/L, COD 29.9 ㎎/L, SS 16.7 ㎎/L, T-N 3.271 ㎎/L, T-P 0.269 ㎎/L in the transportation areas(Railroad in station). The average pollutant loading by unit area of stormwater runoff showed the BOD5 27.26 kg/㎢, COD 92.55 kg/㎢, SS 50.35 kg/㎢, T-N 10.13 kg/㎢ and T-P 10.13 kg/㎢ in the transportation areas. Estimated NCL-curve(Normalized cumulated-curve) was evaluated by comparison with observed MFFn. MFFn was estimated by varying n-value from 10% to 90% on the rainy events. The n-value increases, MFFn is closed to '1'. As time passed, the rainfall runoff was getting similar to ratio of pollutants accumulation. The result of a measure of the strength of the linear relationship between observed data and expected data under model was good.

본 연구에서는 기상청에서 제공하는 RCP 기후변화시나리오를 이용하여 기후변화와 유역유출특성에 따른 환경영향을 평가하였다. SWAT모형을 이용한 미래 댐 유입량 평가, HEC-ResSim 모형을 이용한 댐 안전성 평가 및 하류 유황분석을 수행하였다. 또한, 기존 수질관측자료를 이용하여 Seasonal-Kendall Test를 통해 수질변화 추세에 대해 분석하였고, SWAT과 HEC-ResSim 모형으로 도출된 방류량 및 지류유출량을 Qual2E모형에 적용하여 미래 수질변화 추세에 대해 분석하였다. 다음과 같은 유역 통합환경검토 기법은 하천환경에 대한 과학적 물환경 관리 체계를 확보하고, 기후변화 등 새로운 환경문제에 선제적으로 대응하기 위한 지침을 마련할 수 있을 것이다.

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.

도심지 지표에 내린 우수유출은 자연유역과는 다르게 다양한 지형지물의 영향을 받아 유하하다가 통상 도로의 빗물받이를 통해 관망으로 유입되며 이후 관망시스템을 통해 하천이나 저류지로 방류되는 형태로 이루어진다. 하지만 현재 실무에서 활용되고 있는 1차원 상용모형은 이와 같은 현상을 명확하게 고려하지 못하고 있다. 우리나라에서 현재 도심지 유출해석시 주로 이용하고 있는 SWMM모형의 경우 지표부분에 대한 해석은 소유역을 구분하고 소유역별로 비선형저류방정식을 적용하여 소유역에 대한 유출량을 산정하는 방식을 활용하고 있기 때문에 도심지의 다양한 지형지물에 대한 고려가 어려울 수밖에 없으며, 특히 빗물받이를 통해 관망으로 유입되는 부분은 생략되어 계산되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도심지 배수특성을 고려한 격자기반 유출해석기법을 개발하고 Test-Bed에 적용해 보았다.

안전한 하천구조물을 설계하기 위해서는 신뢰도 있는 홍수량 산정이 필요하다. 신뢰도 있는 홍수량 산정은 유역의 정확한 지역적 특성의 반영이 중요하지만, 실제적으로는 유역에 대한 지역적 특성의 정밀한 측정이 어렵다. 본 연구에서는 홍수량 산정 시 발생 할 수 있는 오차들을 최대한으로 줄이기 위하여 여러 개념적 강우 유출 모형을 적용 및 평가 하고자 한다. 이를 위하여 3개의 토양저류함수모형(Soil Moisture Accounting, SMA) 및 3개의 유역유출개념모형(Routing Modules)을 조합하여 총 9개의 모형을 금강의 22개소 유역에 적용한다. 적용결과 3개의 토양 저류 함수 모형 중 확률분포모형(Probability Distribution Model, PDM)이 Nash Surcliffe Efficiency (NSE*) 결과에서 타 토양 저류 함수 모형보다 우수하게 나타난다. 또한 유역유출모형에 대해서 우수한 NSE*값을 나타낸 모형은 2PMP(Micro-pre Approach parallel structure)모형으로 확인되었다. 따라서 금강 22개소 유역에서 두 모형의 조합인 PDM-2PMP모형이 적용 가능하다고 평가 할 수 있다. 이는 향후 금강유역의 지역화 연구 및 우리나라 전 유역에 적용 가능한 강우 유출모형 개발을 위한 기초연구로서 높은 활용가치를 가질 것으로 판단된다.

The objective of this paper is compare to landuse type for calculating peak flood and soil loss in rapidly expansion urban area. This study compares two landuse maps, including numerical landuse map and aerial photograph landuse map, for calculating the ratio of urban and agriculural area, curve number, time of concentration, peak flood discharge, and soil loss. It is found that flood discharge calculated using aerial photograph landuse map are larger than that calculated using numerical landuse map, and soil loss calculated using aerial photograph landuse map are smaller than that calculated using numerical landuse map. Results also indicate that landuse chage in rapidly expansion urban area significantly influences flood discharge and soil loss.

For Kangjeong stream and Akgeun stream in the central part of the southern Jeju Island, on-site discharge estimation was carried out for approximately 10 months (July 2011-April 2012) twice a month on a regular basis by using ADCP (acoustic doppler current profiler) and long term rate of discharge was calculated by using SWAT (soil and water assessment tool) model. The discharge was 0.28-1.30 m 3 /sec for Kangjeong stream and 0.10-1.54 m 3 /sec for Akgeun stream. It showed the maximum in the summer and the minimum in the winter. As a result of parameter sensitivity analysis of SWAT model, CN (NRCS runoff curve number for moisture condition Ⅱ), SOL_AWC (available water capacity of the soil layer), and ESCO (soil evaporation compensation factor) showed sensitive responses. By using the result, the model was corrected and the rate of discharge was calculated. As a result, the annual discharge rate was 27.12-31.86(%) at the Akgeun basin and 23.55-28.43(%) at the Kangjeong basin.

Jeju Island, the heaviest raining area in Korea, is a volcanic Island located at the southernmost of Korea, but most streams are of the dry due to its hydrological/geological characteristics different from those of inland areas. Therefore, there are limitations in applying the results from the mainland to the studies on stream run-off characteristics analysis and water resource analysis of Jeju Island. In this study, the SWAT(soil & water assessment tool) model is used for the Hwabuk stream watershed located east of the downtown to calculate the long-term stream run-off rate, and WMS(watershed modeling system) and HEC-HMS(hydrologic modeling system) models are used to figure out the stream run-off characteristics due to short-term heavy rainfall. As the result of SWAT modelling for the long-term rainfall-runoff model for Hwabuk stream watershed in 2008, 5.66% of the average precipitation of the entire basin was run off, with 3.47% in 2009, 8.12% in 2010, and root mean square error(RMSE) and determination coefficient(R2) was 496.9 and 0.87, respectively, with model efficient(ME) of 0.72. From the results of WMS and HEC-HMS models which are short-term rainfall-runoff models, unless there was a preceding rainfall, the runoff occurred only for rainfall of 40mm or greater, and the run-off duration averaged 10～14 hours.

In this study, a method of simulating ephemeral stream runoff characteristics in Jeju watershed is newly suggested. The process based conceptual-physical scheme is established based on the SWAT-K and applied to Cheonmi-cheon watershed which shows the typical pattern of ephemeral stream runoff characteristics. For the proper simulation of this runoff, the intermediate flow and baseflow are controlled to make downward percolation should be dominant. The result showed that surface runoff simulated by using the modified scheme showed good agreement with observed runoff data. In addition, it was found that the estimated runoff directly affected the groundwater recharge rate. This conceptual model should be continuously progressed including rainfall interception, spatially estimated evapotranspiration and so forth for the reasonable simulation of the hydrologic characteristics in Jeju island.

This study was to investigate the runoff characteristics of non-point pollutants source at the urban area in Suwon city. The highest T-N and T-P concentration of rainfall runoff observed in agricultural area. In residential area, the highest BOD5 and SS concentration of rainfall runoff was investigated. During rainfall events, the peak concentrations of SS and BOD5 were observed after 1~2 hours of rainfall in urban area. Whereas, the peak concentrations occurred within 1~2 hours after rainfall and then the highest concentrations of SS and BOD5 sharply decreased, showing strong first flush effect in urban area. The EMC results indicated that the highest value of T-N and T-P in agricultural area was observed. While residential area was shown the lowest EMC value as T-N and T-P. Non-point pollutant loads on the land use types in urban area were investigated in the order of residential>industrial>agricultural>highway. BOD5 and SS loads on urban watershed were investigated in the order of Suwon>Hwangguji>Seoho>Wonchunri. Whereas, T-N and T-P loads on urban watershed were investigated in the order of Hwangguji>Suwon>Wonchunri>Seho.

This study analyzed the characteristics of stormwater runoff by rainfall type in orchard areas and transportation areas for 2 years(2010~2011year). Effluents were monitored to calculate the Event Mean Concentrations(EMCs) and runoff loads of each pollutant. The pollutant EMCs by volume of stormwater runoff showed the ranges of BOD 0.9~13.6 ㎎/L, COD 13.7~45.2 ㎎/L, SS 4.1~236.4 ㎎/L, T-N 2.123~21.111 ㎎/L, T-P 0.495~2.214 ㎎/L in the orchard areas, and was calculated as BOD 2.3~22.5㎎ /L, COD 4.4~91.1 ㎎/L, SS 4.3~138.3 ㎎/L, T-N 0.700~13.500 ㎎/L, T-P 0.082~1.345 ㎎/L in the transportation areas. The correlation coefficient of determination in the orchard area was investigated in the order of Total Rainfall(0.81) > Total Runoff(0.76) > Rainfall Intensity(0.56) > Rainfall Duration(0.46) > Antecedent Dry Days(0.27). Also, in the case of the transportation area was investigated in the order of Total Rainfall (0.55) > Total Runoff(0.54) > Rainfall Intensity(0.53) > Rainfall Duration(0.24) > Antecedent Dry Days(0.14). As the result, comparing valuables relating to runoff of non-pollutant source between orchard areas and transportation areas, orchard area(R2 ≥ 0.5 : X3, X4, X5) was investigated to have more influence of diverse independent valuables compared to the transportation area(R2 ≥ 0.5 : X3, X4) and the difference of discharge influence factor by the land characteristics appeared apparently.

홍수기 자연하천의 효율적인 홍수제어를 위해서는 정확한 유출량을 예측하는 것이 가장 중요하다. 본 연구에서는 신흥천 하류에 위치한 구재교 지점의 홍수기 유출특성을 HEC-HMS 모형을 이용하여 분석하였다. 분석을 위한 수문기초 자료인 유역의 물리적 인자들은 지형정보시스템을 이용하여 추출하였으며 유출모형의 초기 매개변수는 추출한 유역의 물리적 인자들을 이용하여 추정하여 사용하였다. HEC-HMS 모형을 이용하여 정확한 유출량을 예측하기 위해서 2년간의 관측유량자료와 모의유출량을 비교하여 최적화된 매개변수를 산정하였다. 최적화과정은 HEC-HMS 모형에서 제공하는 매개변수 최적화 과정을 이용하였으며 N&M(Nelder-Mead Method) 방법을 사용하였다. 최적화된 매개변수는 향후 구재교 지점에 대한 홍수유출을 모의할 때 기초자료로 제공하고자 한다.

최근 지구온난화에 따른 기후변화로 인하여 집중호우 및 가뭄의 발생빈도가 증가하고 있으며 더불어 홍수와 하천의 건천화가 지역의 물 관리에 영향을 미치고 있다. 하천 본류의 경우 지속적인 모니터링과 관리를 통하여 홍수기와 이수기의 유출특성을 파악하고 있으나 지류하천까지는 어려움이 따르고 있다. 본 연구에서는 지류하천의 홍수기 유출특성을 파악하기 위하여 만경강의 지류하천인 소양천 삼중일교 지점에서 유량측정을 실시하였으며, HEC-HMS 모형을 이용하여 분석된 모의유출량과 관측유량을 비교 분석하였다. 분석을 위한 수문기초 자료는 지형정보시스템을 이용하여 추출하였으며 추출된 지형인자를 기반으로 모형의 초기 매개변수를 적용하였다. 관측유량과 초기 매개변수를 적용하여 추정된 모의유량을 비교하여 모형의 보정을 실시하고 호우사상에 대한 평균상대오차를 나타내었다.

최근 지구온난화로 인하여 지난 100년(1906~2005년) 동안 지구의 평균기온은 약 0.7℃ 상승하였으며, 이러한 추세는 1990년 이후 더욱 급격히 변하고 있다. 이러한 기후변화는 수문 현상에 많은 영향을 미쳐 물 순환 과정의 정확한 파악을 더욱 어렵게 하고 있으며 안정적인 물 공급을 위한 수자원 계획 수립에 불확실성을 증대 시키고 홍수나 가뭄 등과 같은 극심한 자연재해의 대비책 마련에 어려움을 가중시키고 있다. 이는 기후변화의 영향이 국가 수자원계획을 비롯한 수자원 관리 실무에 적극 반영되어야 함으로 대변 할 수 있다(국토해양부, 2009). 본 연구에서는 기후변화에 따른 수자원 영향평가를 위해 준 분포형 강우-유출모형인 SLURP 모형을 선택하고 새로운 온실가스 배출시나리오인 RCP 시나리오를 이용하여 생성한 모의기상자료를 활용하여 유출량을 산정한 후 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 분석하였다.