이 연구는 지속가능한 수자원 이용 및 관리대책을 수립하는 데에 필요한 수문학적 자료를 제공할 목적으로 2017~2020년 홍수기 (6~9월)에 발생한 총 59회의 강우 사상에 대한 강우-유출 특성을 파악하였다. 그 결과, 강우량은 5.0~400.8 mm, 유출고는 0.1~176.5 mm, 유출률은 0.1~242.9%의 범위로 나타났다. 그리고 유출수문곡선에서 직접유출과 기저유출을 분리한 결과, 홍수기의 총 유출일 대비 기저유출 (139.3일)이 직접유출 (78.3일)보다 유출기간이 길었지만, 총 유출고에 대한 기여도는 직접유출 (54.2%)이 기저유출 (45.8%)보다 높게 나타났다. 또한, 유출에 영향을 미치는 강우조건을 분석한 결과, 직접 유출과 기저유출의 유출고 및 첨두유출고에 높은 유의성 (p<0.05)을 보이는 강우조건은 강우량과 강우지속시간으로 나타났다. 특히, 유출고와 첨두유출고의 강우량은 각각 5.0~200.4, 10.5~110.5 mm의 범위에서는 기저유출이 우세한 강우사상이 나타났지만, 유출고와 첨두유출고의 강우량이 각각 267.4~400.8, 169.0~400.8 mm의 범위에서는 직접유출이 우세한 강우사상이 나타났다. 앞으로 극한 기후현상에 따른 물 부족이 심화할 것으로 예상되는 가운 데, 산지계류의 직접유출 및 기저유출에 대한 장기적이고도 지속적인 분석이 이루어진다면 지표수-지하수의 이용 및 관리 측면에서의 활용과 자료의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 침엽수 인공림에서 강우와 유출에 따른 계류수 용존이온의 특성 밝혀보고자, 경기도 국립수목원 소재의 침엽수 시험림에서 강우, 유량, 용존이온을 조사하였다. 2005년 6월부터 2008년 9월까지 총 23개의 강수사상별 수질시 료를 채수하여 분석한 결과 API 값이 낮을수록 유출량이 적었다. 유량변화에 따른 용존이온 특성으로는, NH4 +, K+, Ca2+ 이온은 시계 방향, Cl-, NO3 - 이온은 반시계 방향의 이력곡선을 나타냈으며, SO4 2-, Na+, Mg2+ 이온은 이력현상을 보이지 않았다. Cl-, Na+, NH4 +는 지하수의 영향으로 강수 이전 수준으로 농도가 유지되는 것으로, NO3 -는 토양수의 영향으로 강수 이전 보다 높은 농도는 나타내는 것으로 판단된다. Cl-, SO4 2-, Na+, Mg2+, Ca2+ 이온은 유출량 증가에 따라 강한 희석반응을 보였고, NO3 - 이온은 유출초기 희석 후 농도가 증가하였다. NO3 -, Ca2+ 이온은 강수 초기에 세탈효과를 나타냈다. 유출량 변화에 따른 이러한 농도변화 특성은 선행강수, 유출량, 지하수 등의 영향으로 판단된다.

기존의 Markov Chain 모형으로 일강우량 모의시에 강우의 발생여부를 모의하고 강우일의 강우량은 Monte Carlo 시뮬레이션을 통해 일강우 분포 특성에 맞는 분포형에서 랜덤으로 강우량을 추정하는 것이 일반적이다. 이때 강우 지속기간에 따른 강도 및 강우의 시간별 분포 등의 강우 사상의 특성을 반영할 수 없다는 한계가 있다. 본 연구에서는 이를 개선하기 위해 강우 사상을 1일 지속강우, 2일 지속강우, 3일 지속강우, 4일이상 지속강우로 구분하여 강우의 지속기간에 따라 강우량을 추정하였다. 즉 강우 사상의 강우 지속일별로 총강우량의 분포형을 비매개변수 추정이 가능한 핵 밀도추정(Kernel Density Estimation, KDE)를 적용하여 각각 추정하였고, 강우가 지속될 경우에 지속일별로 해당하는 분포형에서 강우량을 구하였다. 각 강우사상에 대해 추정된 총 강우량은 k-최근접 이웃 알고리즘(k-Nearest Neighbor algorithm, KNN)을 통해 관측 강우자료에서 가장 유사한 강우량을 가지는 강우사상의 강우량 일분포 형태에 따라 각 일강우량으로 분배하였다. 본 연구는 기존의 강우량 추정 방법의 한계점을 개선하 고자 하였으며, 연구 결과는 미래 강우에 대한 예측에도 활용될 수 있으며 수자원 설계에 있어서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

유역내 홍수관리를 위한 타당한 설계홍수량의 결정은 기본적이고 중요한 사항이다. 홍수량 산정방법은 크게 계측유역의 홍수량 관측 자료로부터 결정하는 직접적인 방법과 미계측유역에서 수문모형의 이용에 의한 간접적인 방법으로 구분된다. Clark모형은 국내 미계측 유역에서 홍수량 산정 방법에 널리 적용되어 왔다. Clark 모형에서 적용되는 수문모형의 매개변수는 강우-유출 관측 자료에 의하여 보정되어야 하지만 관측자료의 부족으로 말미암아 실무에서는 경험적인 수치를 적용하는 것이 보편화되어 왔다. 유역의 도달시간과 밀접한 관련성이 있는 Clark 모형의 저류상수는 홍수수문곡선의 형상과 첨두유량의 크기에 영향을 미친다. 본 연구에서는 강우-유출 관측 자료를 통하여 저류상수를 결정하는 몇가지 방안을 제시하고 그의 분석 결과를 검토하였다. 강우-유출 사상은 안성천 유역과 임진강 유역에서 국토해양부 한강홍수통제소에서 운영하고 있는 강우 및 유량관측소로부터 수집하였다. 홍수량 산정 수문모형을 활용하여 저류상수의 민감도 분석을 실시하였으며 강우-유출 관측자료를 통하여 저류상수의 결정 방안을 제시하였다. 이에 관한 결과와 Clark 단위도 이론을 근거로 한 순간단위도 및 단위도와의표준제곱근오차의 산정을 통하여 제시된 저류상수 산정 방법의 타당성을 판단코자 하였다.

태풍사상은 극심한 홍수 및 바람재해를 유발하는 기상현상으로 가장 강력하고 파괴적이며 호우, 돌풍 및 해일 등의 2차 피해를 발생시키는 위험기상이다. 이러한 점에서 본 연구에서는 일본 기상청(JMA) 산하의 지역특별기상센터(Regional Specialized Meteorological Center Tokyo Typhoon Center)에서 제공하는 6시간 간격 최적경로(best track) 자료를 사용하여 태풍발생위치(Typhoon Genesis, TG) 및 궤적을 정량적으로 해석이 가능한 확률론적 태풍경로 범주화 기법을 도입하여 한반도 영향태풍을 범주화 하였다. 모의실험을 통하여 범주화 기법의 적합성 여부를 확인한 결과 태풍 경로에 적용이 가능한 방안으로 평가되었다. 확률론적 범주화 기법을 한반도 영향 태풍사상에 적용한 결과 한반도를 내습한 태풍사상은 총 7개의 범주로 분류되었다. 추가적으로 태풍사상에 의한 강우특성 및 종관기후학적 분석을 면밀히 진행하고자 한반도에 상륙한 태풍사상만을 대상으로 태풍의 상륙 지속시간(내습시간)을 총 4개의 시간구간으로 구분하여 각 내습유형에 따른 시간 강우자료를 구축하였다. 각 내습유형별로 구축된 시간강우량의 기초 통계분석을 수행하여 극치강우빈도해석에 널리 사용되는 Gumbel 분포형을 활용하여 내습유형에 따른 빈도별 확률강우량 산정하였다. 마지막으로 NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)에서 제공하는 재해석자료(reanalysis)를 활용하여 한반도 태풍 내습시 북서태평양 및 동아시아 지역의 종관기후 분석을 수행하였다. 본 연구를 통한 결과는 태풍의 진로 및 이동속도를 예측 가능한 현 시점에서 한반도 내습지속시간에 따른 홍수방어 및 사전대피와 같은 재해관리 측면에서 매우 유용한 정보를 제공할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 강우의 시공간적 멀티프랙탈 특성에 기반을 둔 다운스케일링 알고리즘(RDSTMF-Rainfall Downscaling in Space-Time Multifractal Framework)을 한반도에 적용하여 그 적용성을 살펴보았다. 이를 위하여 2008년부터 2012년까지 우리나라에 호우주의보를 일으킨 8개의 이벤트에 대한 레이더강우자료를 분석하여 각 이벤트에 대한 멀티프랙탈 지수를 판별하였으며, 이에 근거하여 RDSTMF의 모수들을 산정하고 이 모수들과 시공간강우장의 평균강우량과의 관계를 도출하였다. 이 관계에 근거하여 RDSTMF를 사용하여 가상의 시공간강우장을 생성, 관측 시공간 강우장과 비교하였다. 비교 결과, RDSTMF를 사용하여 생성된 가상의 시공간 강우장은 관측 시공간 강우장의 멀티프랙지수를 3차 모멘트까지 정확히 모사함을 확인하였으며, 누적분포함수 또한 비교적 정확히 모사함을 확인하였다.

본 연구에서는 2013년 영산강과 섬진강 유역에 발생한 강우 및 홍수사상을 평년 및 예년과 비교하여 분석하였다. 분석결과, 6월, 8월∼9월은 평년대비 50% 수준에 그쳤으나, 7월은 장마전선의 영향으로 4일부터 7일까지 유역평균 250mm 강우를 기록하였다. 8월은 작년과 달리 태풍의 직접적인 영향이 없었으나, 23일과 24일에는 유역평균 140mm의 호우가 집중되었다. 강우에 따른 수위 변화를 알아보면 연중 최고수위가 7월 5일에 발생하였고, 이 때에 선암(황룡강), 나주(영산강), 구례2와 송정지점(섬진강)에 홍수주의보가 발령되기도 하였다. 농업용 저수지(광주, 담양, 장성과 나주) 및 다목적 댐(섬진강, 주암, 탐진)의 11월말 수위를 보면 전반적으로 전년에 비하여 낮은 편이었고, 그 중 광주댐은 전년대비 4.60m, 섬진강댐은 9.15m으로 낮은 편이었다.

본 연구에서는 독립 호우사상을 이용하여 이변량 빈도해석 및 유출해석을 수행하고, 이를 기존 단변량 빈도해석 결과와 비교·평가하였다. 본 연구는 규모가 다른 중랑천, 청계천, 우이천 유역 등 세 유역에 대해 수행되었다. 유출모형으로 Clark 모형을 이용하였고, 유효우량은 SCS 방법을 적용하여 계산하였다. 강우의 시간분포 모형으로 교호블록 방법 및 Huff 방법을 적용하여 그 결과가 비교될 수 있도록 하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 연최대치 독립 호우사상계열의 이변량 빈도해석 결과, 지속기간이 짧은 경우에는 단변량 빈도해석 결과와의 차이가 매우 크나 지속기간이 길어짊에 따라서 그 차이가 현저히 줄어드는 것으로 나타났다. 아울러 지속기간이 짧은 경우, 단변량 빈도해석 결과가 이변량 빈도해석 결과보다 더욱 크게 나타났으나 특정 지속기간 이상부터 그 결과가 역전되는 것으로 나타났다. (2) 교호블록 시간분포 방법을 적용하는 경우가 Huff 방법을 적용한 경우보다 더욱 큰 첨두유출량을 발생시키는 것으로 나타났다. 아울러 교호블록 방법을 적용하는 경우에는 강우 지속기간의 증가에 따라서 첨두유출량이 점차 증가하는 것으로 나타났으나, 강우 지속기간이 대략 24시간 정도 되었을 때 그 값이 거의 수렴하는 것으로 나타났다. (3) 중랑천 유역에 대해 Huff 방법을 적용하여 유출해석을 수행한 결과에서는 이변량 설계강우를 적용한 경우가 단변량 설계강우를 적용한 경우보다 더욱 큰 홍수량을 발생시키는 것으로 나타났다. 반면에 청계천 및 우이천 유역의 경우에는 이변량 설계강우를 적용한 경우보다 단변량 설계강우를 적용한 경우의 홍수량이 다소 큰 것으로 나타났다. 그러나 교호블록 방법을 적용한 경우에서는 모든 유역에 대해 이변량 설계강우를 적용한 경우가 단변량 설계강우를 적용한 경우보다 큰 홍수량을 발생시키는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 국내외에서 범용되고 있는 단일강우사상 모형인 미육군공병단의 HEC-1 모형을 이용하여 대청댐 유역의 실측 강우-유출 사상을 중심으로 강우-유출 모의를 수행하였으며, 매개변수 검정에는 실제 대청댐의 시간당 유입량을 기준으로 검정을 실시하였다. HEC-1 모형에는 매개변수를 자동으로 최적화시키는 프로그램이 내장되어 있으나 본 연구의 대상유역과 같이 다수의 소유역이 있는 경우, 매개변수 추정시 매개변수 중 일부는 수렴되지 못하고 발산하는 문제가 있었으며, 첨두유량의 추정능력 역시 저하되는 문제를 보였다. 따라서 이러한 HEC-1 모형의 매개변수의 불확실성을 고려하기 위한 방안으로 Bayesian 모형을 HEC-1모형에 연동시켜 활용하였으며, 기존 HEC-1 강우-유출 모형에 적용할 수 있는 매개변수 최적화 및 불확실성 정량화를 위해 HEC-1 강우-유출 모형 매개변수는 SCS 1개, Clark 단위도 2개를 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수간 조건부확률로 모의발생을 한 후, Bayesian 모형으로부터 각 매개변수의 사후분포(posterior distribution)를 추정하여 사후분포의 추정이 매개변수의 불확실성 정량화를 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출 사상에 대해서 모형의 적합성을 평가한 결과, 7개 유역의 21개의 매개변수가 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 한편, Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 향후 홍수빈도곡선 유도, 댐 위험도분석과 기후변화 문제와 같은 다양한 수문학적 문제의 연구에 적용 가능할 것으로 전망된다.

본 연구에서는 국내외에서 대표적으로 이용되는 HEC-1 단일강우사상 모형과 연동할 수 있는 Bayesian Markov Chain Monte Carlo(MCMC) 기반의 Bayesian HEC-1(BHEC-1) 통합 모델을 개발하였다. 본 연구를 통해 제안된 BHEC-1 모형을 대상으로 대청댐 유역에 실측 강우-유출 사상에 대해서 모형의 적합성을 평가하였으며, 7개 유역의 21개의 매개변수를 동시에 추정한 결과 해의 발산 없이 안정된 매개변수 추정이 가능하였다. 또한 Bayesian 모형을 근간으로 하기 때문에 최종결과로서 매개변수들의 사후분포(posterior)의 추정이 가능하여 강우-유출 모형 매개변수의 불확실성을 정량화 할 수 있었으며 이를 통해 모형과 입력 자료가 가지는 불확실성을 효과적으로 파악할 수 있었다.

본 연구는 한 유역 내에서 단위유량도의 첨두치가 강우 강도에 따라 변동되는 기존 연구 분석 사례를 근간으로 하여 고찰된다. 시간불변이라는 이론적 기본 가정과 달리 호우별 강우강도에 따라 시변(時變)하는 단위유량도를 설정하고 강우사상에 적용하여 유출수문곡선을 산출하여 검토한다. 이 때 적용되는 단위유량도의 경우 첨두유량과 첨두발생시간은 기왕 연구된 강우강도와의 관계식을 검토하여 이용하고 단위유량도 형상은 산출된 첨두치를 적용한 Nash의 단위유량도로 설정

극치사상을 예측하기 위한 기존의 빈도분석 결과의 이용에 대한 많은 문제점들이 부각되고 있다. 특히, 통계적 모형을 이용하기 위해서 흔히 사용되는 점근적 모형 (asymptotic model)의 합리적인 검토 없는 외삽 (extrapolation)은 산정된 확률 값을 과대 또는 과소평가하는 문제를 일으켜, 예측결과에 대한 불확실성을 과다하게 산정함으로써 불확실성에 대한 신뢰도를 감소시키는 문제가 있다. 그러므로 본 연구에서는 국내에서 극치강우사상을 포함한

지구온난화에 따른 기후변화가 우리나라의 물순환 과정에 영향을 미칠 수 있다. 강우는 여러 기상인자들과 복잡한 영향을 주고 받으며 발생한다. 따라서 강우는 물순환 과정에서 기후변화에 따른 영향을 크게 받는 인자 중의 하나이다. 본 연구에서는 강우특성을 나타낼 수 있는 여러 시계열 자료를 구축하였다. 또한 강우의 발생 시계열을 연별, 계절별 및 월별로 구성하여 분석하였다. 분석 방법은 시계열 자료의 평균과 표준편차의 변동성 분석과 경향성 분석을 수행하였다.

강우유출시 발생되는 질소는 그 발생특성과 천이기작의 비정상성과 공간적 불균일성이 극심하다. 분산형 질소의 효율적인 관리를 위해서 GRASS-AGNPS 호환모형을 사용해서 비점오염 현상을 모의했다. 오염물의 거동에 대한 지형의 영향을 추정하기 위해 수치표고도를 구축하였다. 대상유역은 경북 청도군 청도읍의 한재천 유역으로 선정되었다. 모형 보정을 위한 수질자료는 강우시 유역내 15개 지점으로부터 시료를 채취하여 실험실에서 분석하였다. 모형 보정방법은 시행착

본 연구는 관측된 단일 강우-유출사상으로부터 최적화 모형과 추계학적 기법을 결합하여 침투율 공식의 최적매개변수와 단위도를 결정하였다. 수문계측유역에서의 최적 단위도와 침투율을 결정하기 위하여 관측 유출수문곡선과 계산치의 절대오차누계를 최소화하는 모형과 절대최대오차를 최소화하는 선형계획모형을 정립하였다. 손실율의 매개변수를 섭동하기 위하여 추계학적 최적화방법 중의 하나인 Multistart 알고리즘을 채택하였다. Multistart는 분석가능영역을 효과적