In this study, groundwater flow was analyzed targeting Dae-jeong watershed, which exhibited the largest variations of groundwater levels at the identical elevation points among the 16 watersheds of Jeju Island. The issues of the methods applied in practice were identified and improvement plans were suggested. This groundwater-flow estimates derived by applying hydraulic conductivity values onto zones of equal topographic ground level were found to be quite different from actual measured groundwater flow. Conversely, groundwater-flow estimates that utilized hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level equipotential lines indicated relatively lesser divergences from actual measured groundwater flow. The reliabilities of the two approaches were assessed for 60 randomly selected points on DEM (digital elevation model) maps, The method using hydraulic conductivity values applied onto groundwater-level contours turned out to be the more reliable approach for the Dae-jeong watershed in Jeju Island.

본 연구는 1985년부터 2015년까지 지속기간에 따른 청미천 유역의 가뭄을 분석하였다.가뭄의 정량적 평가를 위해 기상학적 가뭄지수와 수문학적 가뭄지수를 사용하였다. 기상학적 가뭄지수로는 강수량을 변수로 하는 SPI(Standarized Precipitation Index)와 강수량과 증발산량을 변수로 하는 SPEI(Standarized Precipitation Evapotranspiration Index)를 사용하였다. SWAT 모형의 모의를 통해 도출된 결과를 바탕으로 농업학적 가뭄지수 인 PDSI(Palmer Drought Severity Index)와 수문학적 가뭄지수인 SDI(Streamflow Drought Index)를 적용하였다. 산정 결과, 극한 및 평균 가뭄의 평균에서 2015년과 2014년이 가장 가뭄에 취약함이 확인되었다. 빈도분석에 따른 가뭄의 변동성은 서로 다른 형태를 보였다. 또한 상관분석에서 극 한 가뭄 및 평균 가뭄은 PDSI를 제외한 SPI, SPEI, SDI 가뭄지수간에는 높은 상관관계가 확인되었다.􀀁하지만 각 가뭄지수는 서로 다른 극한가뭄의 시기 및 강도를 보였다. 따라서 가뭄분석시 다양한 특성을 지닌 가뭄지수를 활용하는 것이 필요하다.

The purpose of this study was to analyse the runoff characteristics of non-point pollution sources in an urban watershed and determine the effectiveness of newly installed riverwater treatment system to reduce water pollution caused by storm runoff in the urban watershed. The results of this study showed that the levels of BOD5 and suspended solid were highly influenced by first-flush effect and the pollutant load of those two parameters were also very high in the urban watershed. Meanwhile, the effectiveness of riverwater treatment system to reduce the levels of BOD5 and suspended solid was relatively high, but those to reduce the levels of T-N and T-P was low, which needs some additional unit treatment process such as filtration and coagulation. Nonetheless, the riverwater treatment system tested was relatively simple in installation and operation, effective in removing many water pollutants and, most importantly, does not require much space as other treatment systems, so it could be an attractive alternative option to reduce riverwater pollution caused by storm runoff in urban watersheds.

This study was carried out to investigate the characteristics of suspended solid concentration in small forest watershed, Hwacheon, Gangwondo. For five rainfall events from July 2013 to August 2013, rainfall, discharge, and suspended solid load has been measured. The results showed that the fist flush effect was observed for suspended solid in each rainfall event, sediment rating curve was obtained with y=3.029x1.573 at rising limb and y=12.902x1.8827 at falling limb, and EMC (event mean concentration) of suspended solid was calculated to 9.4 mg/L. EMC was compared to the values from the watershed that has various land use types and EMC from forest watershed was much lower that from the crop, paddy or low covered forest watershed.

In this study, a digital terrain analysis had been performed for a mountainous watershed having wetlands. In order to consider the impact for wetland in the flow determination algorithm, the Laplace equation is implemented into the upslope accounting algorithm of wetness computation scheme. The computational algorithm of wetland to spatial contribution of downslope area and wetness was also developed to evaluate spatially distributed runoff due to the presence of wetland. Developed schemes were applied to Wangpichun watershed located Chuncuk mountain at Ulzingun, South Korea. Both spatial distribution of wetness and its histogram indicate that the developed scheme provides feasible consideration of wetland impact in spatial hydrologic analysis. The impact of wetland to downslope propagation pattern is also useful to evaluate spatially distributed runoff distribution.

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 objective of this study was to investigate non-point sources (NPS) pollution and prioritize management areas affected by NPS pollution in the Saemangeum Watershed. AHP (Analytical Hierarchy Process) technique was selected to prioritize sub-watersheds for effectively managing NPS pollution in this study areas. Generation properties of NPS pollution, discharge properties of NPS pollution, and runoff properties of NPS pollution were selected and set for AHP. Weighted descriptors including indicators like numbers of livestock, land- and livestock-system loads, rainfall, and impervious area ratio were generalized from 0 to 1 and multiply each index based on screened 17 survey data. The results were visualized as maps which enable resource managers to identify sub-watersheds for effective improving water quality. The sub-watersheds located in Gongdeok-Myeon, Yongji-Myeon, Hwangsan-Myeon of Gimje-Si were selected for managing NPS pollution control areas. This result presented that these sub-watershed are more affected by the pollution from livestock-system than from land-system. The finding from this study can be used to screen sub-watersheds that need further assessment by managers and decision-makers within the study area.

In this study, it is an object to develop a regression model for the estimation of TOC (total organic carbon) concentration using investigated data for three years from 2010 to 2012 in the Gam Stream unit watershed, and applied in 2009 to verify the applicability of the regression model. TOC and CODMn (chemical oxygen demand) were appeared to be derived the highest correlation. TOC was significantly correlated with 5 variables including BOD (biological oxygen demand), discharge, SS (suspended solids), Chl-a (chlorophyll a) and TP (total phosphorus) of p<0.01. As a result of PCA (principal component analysis) and FA (factor analysis), COD, TOC, SS, discharge, BOD and TP have been classified as a first factor. TOCe concentration was estimated using the model developed as an independent variable BOD5 and CODMn. R squared value between TOC and measurement TOC is 0.745 and 0.822, respectively. The independent variable were added step by step while removing lower importance variable. Based on the developed optimal model, R squared value between measurement value and estimation value for TOC was 0.852. It was found that multiple independent variables might be a better the estimation of TOC concentration using the regression model equation(in a given sites).

The objectives of study were to evaluate fish species compositions of trophic guilds and tolerance guilds and apply ecological fish assessment (EFA) models to Bekjae Weir, Keum-River Watershed. The EFA models were Stream Index of Biological Integrity (SIBI) used frequently for running water and Lentic Ecosystem Health Assessment (LEHA) used for assessments of stagnant water. The region of Bekjae Weir as a "four major river project" was originally a lotic ecosystem before the weir construction (2010, BWC) but became more like lentic-lotic hybrid system after the construction (2011, AWC). In the analysis of species composition and ecological bioindicator (fish), fish species with a preference of running water showed significant decreases (p < 0.05), whereas the species with a preference of stagnant water showed significant increases (p < 0.05). After the weir construction, relative abundances of tolerant species increased, and the proportion of insectivores decreased. This phenomenon indicated the changes of biotic compositions in the system by the weir construction. Applications of SIBI and LEHA models to the system showed that the two model values decreased at the same time after the weir construction (AWC), and the region became more like lentic-lotic hybrid system, indicating the degradation of ecosystem health. The model values of SIBI were 19 and 16, respectively, in the BWC and AWC, and the health conditions were both "C-rank". In the mean time, the LEHA model analysis showed that the values was 28 in the BWC and 24 in the AWC, thus the health was turned to be "B-Rank" in the BWC and "C-Rank" in the AWC. indicating a degradation of ecological heath after the weir construction.

본 연구에서는 도시하천 유역의 신뢰성 높은 수문해석을 위해 지역적 성향을 고려한 도달시간 및 저류상수 공식을 개발하였다. 이를 위해 국내 대표 도시하천 유역인 중랑천, 탄천, 안양천, 홍제천 내 13개 유역을 대상으로 지역적 성향이 없는 유역특성인자와 지역적 성향이 있는 도시 및 강우특성인자를 분석하였으며, 단계적 다중회귀분석을 통하여 공식을 개발하였다. 개발된 공식은 국내외 경험식들과 함께 도시하천 유역에 대해 정확도를 비교 평가하였다. 분석결과 본 연구에서 개발한 공식의 계산값이 다른 경험식들에 비해 더욱 정확하게 모의하였으며 오차합, 평균오차, 평균제곱근오차 또한 가장 낮은 것으로 나타났다. 본 연구는 도시하천 유역이라는 지역적 성향을 고려하여 공식을 개발함으로써 기존 국내외 경험식들보다 더 나은 결과를 제시하였다는 측면에서 가치가 있다고 판단된다.

본 연구에서는 SWAT 모형을 이용해 용담댐 유역을 대상으로 k-fold cross validation 기법을 사용하여 신뢰성 있는 RCP 기반의 미래 유출량을 산정하고 이를 과거 연구와 비교하여 SWAT 모형을 이용한 기후변화 유량 전망 결과의 차이의 요인에 대해 살펴보았다. 그 결과, 총유출량은 baseline 대비 2040s, 2080s 기간에 RCP8.5 시나리오에서는 17.7%, 26.1% 증가, RCP4.5 시나리오의 경우에는 21.9%, 44.6% 증가할 것으로 전망되었다. 이를 선행 연구와 비교해 본 결과 같은 모형을 사용했음에도 불구하고 유량 전망치의 경우 연구결과 간 최저 10.3%에서 최대 53.2% 차이를 보였다. SWAT 모형에는 물리적 기반 모형으로 27개의 많은 매개변수가 존재하고 사용자마다 모형을 구축하는 과정에서 차이가 많이 발생할 수 있다. 향후 이러한 차이요인을 저감하여 표준화된 유량시나리오 생성을 위한 노력이 필요하다.

The objective of this study was to predict land use change based on the land use change scenarios for the Hwangguji river watershed, South Korea. The land use change scenario was derived from the representative concentration pathways (RCP) 4.5 and 8.5 scenarios. The CLUE (conversion of land use and its effects) model was used to simulate the land use change. The CLUE is the modeling framework to simulate land use change considering empirically quantified relations between land use types and socioeconomic and biophysical driving factors through dynamical modeling. The Hwangguji river watershed, South Korea was selected as study area. Future land use changes in 2040, 2070, and 2100 were analyzed relative to baseline (2010) under the RCP4.5 and 8.5 scenarios. Binary logistic regressions were carried out to identify the relation between land uses and its driving factors. CN (Curve number) and impervious area based on the RCP4.5 and 8.5 scenarios were calculated and analyzed using the results of future land use changes. The land use change simulation of the RCP4.5 scenario resulted that the area of urban was forecast to increase by 12% and the area of forest was estimated to decrease by 16% between 2010 and 2100. The land use change simulation of the RCP8.5 scenario resulted that the area of urban was forecast to increase by 16% and the area of forest was estimated to decrease by 18% between 2010 and 2100. The values of Kappa and multiple resolution procedure were calculated as 0.61 and 74.03%. CN (Ⅲ) and impervious area were increased by 0-1 and 0-8% from 2010 to 2100, respectively. The study findings may provide a useful tool for estimating the future land use change, which is an important factor for the future extreme flood.

To estimate water balance of Pyosun watershed in Jeju Island, a three-dimensional finite difference model MODFLOW was applied. Moreover, the accuracy of groundwater flow modeling was evaluated through the comparison of the recharge rate by flow modeling and the existing one from water balance model. The modeling result under the steady-state condition indicates that groundwater flow direction was from Mt. Halla to the South Sea and groundwater gradient was gradually lowered depending on the elevation. Annual recharge rate by the groundwater flow modeling in Pyosun watershed was calculated to 236 million m3/year and it was found to be very low as compared to the recharge rate 238 million m3/year by the existing water balance model. Therefore, groundwater flow modeling turned out to be useful to estimate the recharge rate in Pyosun watershed and it would be available to make groundwater management policy for watershed in the future.

Groundwater level hydrographs from observation wells in Jeju island clearly illustrate distinctive features of recharge showing the time-delaying and dispersive process, mainly affected by the thickness and hydrogeologic properties of the unsaturated zone. Most groundwater flow models have limitations on delineating temporal variation of recharge, although it is a major component of the groundwater flow system. Recently, a convolution model was suggested as a mathematical technique to generate time series of recharge that incorporated the time-delaying and dispersive process. A groundwater flow model was developed to simulate transient groundwater level fluctuations in Pyoseon area of Jeju island. The model used the convolution technique to simulate temporal variations of groundwater levels. By making a series of trial-and-error adjustments, transient model calibration was conducted for various input parameters of both the groundwater flow model and the convolution model. The calibrated model could simulate water level fluctuations closely coinciding with measurements from 8 observation wells in the model area. Consequently, it is expected that, in transient groundwater flow models, the convolution technique can be effectively used to generate a time series of recharge.

Hydrologic component analysis was conducted to investigate water budget characteristics the Oedocheon watershed, Jeju Island. For this purpose, integrated SWAT-MODFLOW model was applied to this watershed for continuous surface water-groundwater modeling. Pasture and forest-deciduous are the major land use types and these affect general hydrologic component ratio. The spatio-temporal groundwater recharge can be obtained from SWAT and then distributed groundwater recharge can be reproduced by MODFLOW. The groundwater level variation was simulated with distributed groundwater pumping data. The water budget in this watershed was compared with the previous estimated result by Jeju-Do(2013). As this result considered discharge to the coastal side, the discrepancy was found. However, it was found that the overall tendency of both analyses were similar.

The depth of low permeable layer in Jeju Island was analyzed using the geologic columnar section data. The highest low permeable layer was found in center of Mt. Halla and the deepest area was in eastern part of Jeju Island. The study area, Seongsan watershed, is located in the eastern part of Jeju where the low permeable layer showing deep in a northward direction. Based on this analysis, the MODFLOW modeling was performed for groundwater flow of Seongsan watershed. The boundary of Seongsan watershed was set up as a no-flow and the modeling result showed the difference -0.26~0.62 m compared to the observed groundwater level. Meanwhile, MODFLOW model results considering low permeable layer showed -0.26~0.36 m differences compared to groundwater level and indicated more accurate than no-flow method result. Therefore, to interpret the groundwater flow over Seongsan watershed, comprehensive consideration including the low permeable layer distribution below the basalt layer is needed.

본 연구에서는 황룡강 유역에 유역모델 HSPF (Hydrological Simulation Program - Fortran)를 적용하여 기후변화에 따른 오염부하 유출 변화량을 분석하였다. 황룡강 유역을 7개 소유역으로 분할하고 2011년에 관측된 유량, SS, BOD, TN, TP 농도자료를 이용하여 모델 보정 및 검정을 실시하였다. 기후변화에 따른 황룡강 유역의 환경변화를 예측하기 위해 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하였으며, 과거 기간 동안의 강우와 기온에 대한 모의치와 관측치간 월별 평균을 비교하여 미래 기상 자료에 대한 편의보정을 수행하였다. 기후변화 시나리오의 기상 자료 분석 결과, 21세기 전반기와 비교하여 중, 후반기에 상대적으로 많은 연강수량과 연평균기온을 보이는 것으로 분석되었다. 기후변화에 따른 황룡강 유역에서의 오염물질 유출량 분석 결과, RCP 4.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2080년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 47%, 24%, 21%, 27% 증가율을 보여 21세기 후반기로 갈수록 연간 오염부하 유출량이 전반적으로 증가하는 것으로 분석되었다. RCP 8.5 시나리오에서는 2020년대 대비 2050년대에 평균 연간 강우, BOD, TN, TP 유출량이 각각 34%, 20%, 20%, 21% 증가율을 보이며 21세기 중반기에 연간 오염부하 유출량이 상대적으로 가장 많이 증가할 것으로 분석되었다. 이는 연강수량 변화와 동일한 패턴의 변화로서 기후변화에 따른 강우량 변화가 오염물질 유출량에 그대로 반영된 결과를 보여준다. 한편, 월별 오염물질 유출량은 RCP 4.5에서는 9월에, RCP 8.5에서는 2월에 상대적으로 크게 증가할 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 VfloTM을 이용하여 북한의 미계측지역에 대한 매개변수 설정 및 일관적인 분포형 강우적용을 통해 실강우 특성을 반영한 침수분석 결과를 도출한다. 연구대상은 임진강 수계로 유역면적의 2/3가 한 지역에 포함이 되며 사실상 미계측지역으로 분류된다. 위 수계의 수문자료가 거의 없어 매개변수 보정 및 검정할 자료가 사실상 없으므로 분석하는 주체에 따라 강우-유출모형 구축에 있어 차이가 발생하므로 홍수량 산정 절차 및 매개변수 결정에 대한 표준화가 필요하다. 분포형 강우는 광덕산 레이더의 Long-ranged Radar(반경 480 ㎞)를 이용하여 회령, 선봉 및 일부 지역을 제외한 북한 수계 전역에 걸쳐 분포형 강우를 본 원에서 생산하고 있으며 분포형 모델을 이용하여 강우사상별 북한 지역의 침수현황을 도출하는 프로세스를 구축하였다. 또한, 기연구된 북한의 확률강우량도를 토대로 각 빈도별 침수현황을 도출하였으며 북한 내 발생하는 홍수에 대해 개략적인 침수현황 제시가 가능하다. 위 연구를 토대로 통일 대비 북한의 홍수 재난 현황 및 이에 대한 대처 자료로써 효용이 있을 것으로 판단이 되며 지속적인 모니터링을 통해 북한 재난 DB를 구축해 나갈 것이다.

강우-유출 모형을 이용하여 직접유출량을 산정할 경우, 유역의 유효우량을 산정하기 위하여 NRCS-CN 방법을 주로 사용한다. 유출곡선지수(CN)을 이용하여 유역의 유효우량을 산정하는 대표적인 방법은 유역의 평균 CN값을 산정하고 유효우량을 산정하는 방법으로 가중평균 CN 방법이라 한다. 하지만, 이 방법은 유효우량을 과다 또는 과소 산정하게 된다. 본 연구에서는 NRCS-CN 방법을 통하여 우리나라 유역 특성에 적절한 유효우량 산정방법을 제시하기 위하여 유역의 경사효과를 고려한 CN값을 적용하여 유효우량을 산정하였으며, 유역의 유효우량을 산정하기 위한 2가지의 가중평균방법(가중평균 CN 방법, 가중평균 유효우량 방법)을 적용하였다. 강우-유출의 관측사상에 대한 자료를 이용하여 관측 직접유출량을 추정하고, 통계학적 오차분석 및 Skill Score 분석을 통하여 여러 가지 수문조건 및 지형특성에 대한 유출곡선지수 및 유효우량을 비교·분석하였다. 본 연구 결과, 경사도를 고려하여 CN값을 보정할 경우 유효우량이 전반적으로 크게 산정되었으며, 가중평균 유효우량 방법은 가중평균 CN 방법보다 유역의 유효우량을 전반적으로 크게 산정하는 것을 확인하였다. 통계학적 오차 분석을 수행한 결과, 전체적으로 수문조건 및 지형특성을 고려하였을 경우 경사도로 보정한 CN값을 적용한 가중평균 유효우량 산정방법이 관측 직접유출량과 높은 정확성을 가지는 것으로 나타났다. 또한, Skill Score 분석에 의하면, 유역경사로 보정한 CN값을 이용한 가중평균 유효우량 방법이 기존의 방법(가중평균 CN 방법)에 비해 상대적으로 관측값에 가까운 값을 제공하는 것으로 나타났다.

우리나라는 기후변화로 인해 강우의 변동성이 커지며 강우관측시스템이 지역적으로 불균형하고 시험유역을 제외한 대부분의 저수지 상류 유역이 미계측유역인 관계로 강우량, 유출량, 증발량 및 신뢰성 있는 관측 유입량이 절대적으로 부족하다. 이로 인해 유역의 특성을 반영한 강우-유출 관계를 유도하는데 문제점이 초래되고 있으며, 댐 및 저수지의 계획 및 설계 운영에 필요한 유입량 예측이 어려운 실정이다. 본 연구는 미계측유역 유입량의 정량적ㆍ정성적 분석방안을 수립하기 위해서 기존에 개발된 모형 IHACRES 모형, Sacramento 모형 및 Tank 모형을 이용하여 저수지의 유입량을 산정하고 각 모형의 매개변수를 지역화 하고자 한다. 지역화를 위해서 대상유역의 지형특성인자인 유역면적, 유로연장, 유역평균표고, 유역평균경사 및 단일형상계수와 회귀 분석하여 지역화시키고, 지역화를 통하여 산정된 매개변수를 각 모형에 적용하여 대상유역의 유입량을 재산정하여 처음에 산정한 유입량 값과 비교하여 각 모형의 지역화 가능성을 비교하였다.