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 연구에서는 특별관리해역인 시화호 유역의 산업단지 하천에 강우 시 비점오염의 형태로 유입되는 중금속의 유출 특성 파악 및 오염원 파악을 하천 토구를 통해 배출되는 강우유출수 내 용존 및 입자성 중금속 (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb)을 조사하였다. 용존성 Co와 Ni은 강우 초반에 고농도로 유출된 후 시간에 따라 감소하는 결과를 보였으나, 대부분의 원소는 조사시기별 강우량 및 유량 변화에 따라 각각 다른 특징을 보였다. 입자성 중금속의 경우, 시간에 따른 부유물질의 농도 변화와 유사한 경향을 보였다. 강우유출수 내 존재하는 중금속 중 Co, Ni, Zn는 용존 상태로 유출되는 비율이 높았고, Cr, Cu, Pb은 입자상 유출 비율이 상대적으로 높았다. 입자 상태로 유출되는 중금속의 인위적 오염도를 평가하기 위해 농집지수를 계산한 결과, Cu, Zn, Cd은 very highly polluted에 해당하는 심각한 오염수준으로 나타났다. 연구지역인 3간선수로 유역 인근의 도로먼지 중 125 μm 이하에서의 중금속 농도와 비교한 결과, 강우유출수 내 Cu, Zn, Cd의 중금속이 금속제조관련 시설에서 절삭 혹은 가공 중에 발생하여 산업시설 표면에 축적되어 있는 금속물질이 강우유출수와 함께 수환경으로 유출된 것을 알 수 있었다. 강우유출수 내 총중금속 평균 유출부하량은 1회 강우 시 Cr 128g, Co 12.35 g, Ni 98.5 g, Cu 607.5 g, Zn 8,429.5 g, As 6.95 g, Cd 3.7 g, Pb 251.75 g으로 금속제조와 관련된 산업시설이 주로 존재하는 유역의 특성을 잘 반영한 것으로 판단된다

Management of stormwater runoff is considered a nationwide challenge. To deal with this challenge, many researches have been conducted to study initial stage of stormwater fee imposition. The objective of this study was to recommend a framework for stormwater fee imposition not only for funding the stormwater management programs but also for encouraging people to decrease impervious area. This study focused on, regulations, financial resources and international cases related to stormwater runoff management. Polluter pays principle, which is generally recognized environmental policy principle is regarded the basis of stormwater fee imposition. Three components suggested for the stormwater rate structure are 1) stormwater utility revenue requirement, 2) billable equivalent stormwater unit, 3) system unit cost. The key point of stormwater rate structure is the “Equivalent Residential Unit(ERU)”. The concept of an ERU is one residential area with a runoff coefficient. The runoff coefficient is that portion of rainfall that becomes runoff rather than infiltrating into the ground. In addition to this, this study took into account the observed data simulation for the separation of stormwater treatment expenditure from the comprehensive wastewater treatment cost.

It is not cost effective to raise the density of catch basins in preparation for heavy rainfall in terms of construction and maintenance. Our researchers have developed the new catch basin for increasing interception capacity of runoff with internal filtration structure. To compare interception capacity of an existing catch basin with the invented catch basin, a hydraulic experiment device with 4% of road gradients and 0.2% of road gradients was constructed. For runoff conditions of 4.4 l/s, 6.7 l/s and 10.4 l/s, capability of runoff and separation capability of debris (sand and leaves) were evaluated. As the main experimental results, the effectiveness of the developed catch basin has been verified with an increase in interception rate of approximately 22% for the runoff of 6.7 l/s as heavy rainfall. However, the results of invented catch basin showed only 4.5% of settlement rate of debris regarding sand. Therefore, the authors proposed an improved tilted screen structure additionally. After reviewing the performance of improved catch basin, application of the invented catch basin is expected to drain runoff effectively when it is applied to the faulty road drainage section.

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.

In this study, we confirmed that the pesticides flow out into streams during rainfall by the way of helicopter spraying. The maximum concentration was 23 pg·mL-1 and the distribution of concentrations showed similar to the normal distribution. The runoff characteristics of insecticides using helicopter spraying was affected by the elapsed time of the start from spraying until rainy days and rainfall intensity. The pesticide concentrations of sample ranged from 0.65 to 3.04 pg·mL-1. Fish kill did not occurred in the stream and the lake cause of the pesticides runoff. Aquatic animals, such as Orthrias toni, Rhinogobius brunneus, tadpole etc. were still alive in the stream. It indicates that this class of pesticide does not cause toxic to fish by runoff event. However, the honey bee kill event was reported in the spray region during the helicopter spraying period. The further study such as ecotoxicity test is needed to reveal the pesticides effect reach to the ecosystem.

-최근 들어 도심 내 강우 시 발생하는 빗물은 다양한 유형의 오염원인 비점오염원을 포함하고 있어 도심 내 건전한 물순환 및 하천과 호수의 수질악화의 주요한 원인으로 인식되고 있다. 본 디자인 논문의 목적은 과거 장치시설 중심에서 벗어나 공원이나 토지이용 등의 비구조적 관점으로의 빗물관리 패러다임 전환의 의미를 담고 있는 커뮤니티 빗물공원의 디자인 원칙을 제시하는 것이다. 디자인개념 수준으로 전개된 커뮤니티 빗물공원의 디자인 원칙은 8가지로 정리할 수 있다: (1) 도시빗물에서 처리해야할 오염원 선별, (2) 초기강우현상에 집중, (3) 빗물 처리과정에서의 부유물 회수, (4) 효과적 초기강우 처리를 위한 초기강우 외 빗물의 월류 유도, (5) 강우유출수와 저류용량 산정, (6) 침전물의 효과적 제거를 위한 침전물 저류지 디자인, (7) 비점오염원 처리를 위한 습지 조성, (8) 처리된 빗물에 대한 산소공급. 본고에서 제시한 빗물공원 디자인 원칙은 최근 대안적 빗물관리시스템으로 논의되는 빗물공원 디자인 시 참고자료가 될 것으로 사료되며 빗물공원에 대한 관심증대는 비구조적 관점으로의 빗물관리체계로의 패러다임 전환을 유도할 것으로 전망된다.

본 연구는 고속도로 강우 유출수에서 입도 크기 분포 특성(PSD)을 이해하기 위하여 수행하였다. 경기도내 4곳의 포장도로 지역에서 2번의 강우사상동안 강우유출수 샘플 모니터링을 수행하였고, 시료내 입자의 크기분포를 분석하였다. 또한, 강우량, 유량 및 각 오염물질들을 분석하였다. 시료내 입자의 시간별 변화농도는 강우유출수의 시작 시 높은 값을 보였다가 급속히 감소하였으며 탁도, 총부유물질, BOD, 총질소 및 총인과 같은 오염물질과 유사한 유출경향을 보여주었다. 특히 총부유물질과 탁도와의 높은 상관성을 보여주었다. 강우유출수와 퇴적물내에 포함된 중금속에 있어서 구리, 납, 아연은 높은 농도를 보였으며 대부분의 중금속은 넓이에 대한 부피의 비율이 큰 세립입자에 강하게 결합된 형태로 존재한다.

고속도로는 건조시 많은 차량의 운행으로 인하여 오염물질의 축적이 높고, 강우시 불투수율이 높아 다량의 강우유출 수가 발생하는 지역이다. 특히 고속도로에서 발생하는 중금속, 각종 독성물질 및 입자상 오염물질들은 유출시 생태계에 큰 영향을 끼치게 된다. 따라서 본 논문은 2005년 개정된 수질환경보전법 및 비점오염원 관리 지침에 의거하여 바람직한 친환경적 고속도로 건설 및 유지관리를 위한 기초자료 제공을 위하여 수행된 연구이다. 이러한 기초자료를 확보하기 위하여 국내 4개 고속도로 지역에서 강우시 모니터링이 수행되었으며, 그 결과를 본 논문에 정리하고자 한다. 건조시에 축적된 각종 오염물질들은 강우 시작과 함께 고속도로로부터 유출되게 되는데, 특히 강우 초기에 다량의 오염물질 유출이 발생하는 초기강우 현상을 모니터링을 통하여 확인하였다. 유출되는 오염물질의 95% 신뢰 범위를 살펴보면, TSS의 경우 154.7-257.1 mg/L, COD가 138.9-197.6 mg/L, oil & grease가 3.5-6.4 mg/L, TN이 6.3-9.2 mg/L 그리고 TP는 2.3-3.31 mg/L의 범위를 나타냈다. 대부분의 모니터링에서 초기강우 현상이 발생하였으며, 이러한 초기강우는 강우지속시간 30분 이내에 대부분 끝나는 것으로 분석되었다. 또한 본 논문은 방대한 모니터링 자료를 통계 분석하여 그 결과를 정리였는데, 이는 향후 고속도로 오염물질 처리 및 저감 시설 설치시 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

울산시 정족산 산정상 부근에 위치하고 있는 무제치늪의 수문학적 특성을 구명하고자 유역 환경과 몇 가지 기초 수문조사를 실시하여 늪의 강우유출 특성과 지하수위 변동 특성을 파악하였다. 늪 지역의 평균 유출률은 0.58로 일반 산지유역과 비슷하였다. 단기유출 수문곡선에서 유량상승부가 완만하게 증가하여 첨두유량이 출현할 때까지 많은 시간이 걸리며, 그 이후에도 유량의 감소형태가 일반 산지유역에 비해 천천히 감소하였다. 늪지역의 유출 성분 구성은 기저유출량이 풍부하고, 무강우 기간에도 유출량이 크게 감소하지 않고 지속적으로 유출하였다. 지하수위는 강우 직후에 피크에 도달하고 그 후 강우가 멈추면 다음 강우기간까지 지하수위의 감소가 아주 완만하게 일어나고 있었다. 강우강도가 클수록 지하수위의 감수곡선 기울기가 완만하였으며 지속시간이 길수록 피크부분이 오래 지속되었다. 장기 지하수위의 변화 경향은 강우와 유출 수위의 변화 경향과 거의 일치하였다. 향후의 늪지역의 물환경은 항상 일정한 지하수위를 유지할 것으로 평가되었다.

增水時계류수질은 강우시에 발생하는 토양 표층의 유출과 지하수 유출에 의해 수질이 많은 영향을 받는다(松浦陽次郞, 1993). 增水時의 pH는 평균 6.78로 평수시의 7.31보다 낮게 조사되었으며, 특히 정점 4의 경우 pH 변화 폭이 4.32에서 7.24로 수질이 매우 불안정한 상태로 나타났다. 강우에 대한 수질 응답특성에서 Type 1의 경향을 나타내는 이온성분은 DOC, SiO2, Type 2의 경향을 나타내는 이온성분은 NO3-N, K+으로 나타났다. 시간에 따른 이온의 농도 변화는 강우강도 및 강우지속시간에 의해서 다른 양상을 보일 수 있을 것으로 생각된다. 비강우일수 289일 동안 유출량은 Ca2+은 17.89 ton, Mg2+은 1.23 ton, Na+은 6.84 ton, SO4 2-은 6.81 ton, SiO2 는 4.59 ton, DOC는 2.16 ton, K+은 1.65 ton, Cl-은 1.28 ton, NO3-N은 1.00 ton이 유출되는 것으로 나타났으며, 강우일수 76일 동안의 유출량은 Ca2+은 1.44 ton, Na+은 0.25 ton, SO4 2-은 0.24 ton, K+은 0.11 ton, Cl-은 0.12 ton, NO3-N은 0.02 ton, Mg2+은 0.08 ton, DOC는 0.05 ton, SiO2는 0.02 ton유출되는 것으로 산정되었다. 增水時와 비강우시를 고려하여 연간 유출부하량으로 산정하면, Ca2+은 23.8 ton/yr, Na+은 7.0 ton/yr, SO4 2-은 2.6 ton/yr, K+은 2.4 ton/yr, DOC는 2.19 ton/yr, Cl-은 1.9 ton/yr, Mg2+은 1.7 ton/yr, NO3-N은 1.6 ton/yr이 유출되는 것으로 나타났다. 增水기간 동안 유출부하량은 연간 유출부하량의 약 20% 이상의 기여율을 보이는 것으로 조사되었다.

The determination of soil parameters is important in predicting the simulated surface runoff using either a distributed or a lumped rainfall-runoff model. Soil characteristics can be collected using remote sensing techniques and represented as a digital map. There is no universal agreement with respect to the determination of a representative parameter from a gridded digital map. Two representative methods, i.e., arithmetic and predominant, are introduced and applied to both FLO-2D and HEC-HMS to improve the model’s accuracy. Both methods are implemented in the Yongdam catchment, and the results show that the former seems to be more accurate than the latter in the test site. This is attributed to the high conductivity of the dominant soil class, which is A type.

The determination of soil characteristics is important in the simulation of rainfall runoff using a distributed FLO-2D model in catchment analysis. Digital maps acquired using remote sensing techniques have been widely used in modern hydrology. However, the determination of a representative parameter with spatial scaling mismatch is difficult. In this investigation, the FLO-2D rainfall-runoff model is utilized in the Yongdam catchment to test sensitivity based on three different methods (mosaic, arithmetic, and predominant) that describe soil surface characteristics in real systems. The results show that the mosaic method is costly, but provides a reasonably realistic description and exhibits superior performance compared to other methods in terms of both the amount and time to peak flow.

본 연구에서는 대전 관평천의 도시유역에서 2017~2018년에 발생한 강우 20건의 유출수를 연속적으로 채취하여 As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb 및 Zn 의 중금속 및 총고형물질(TSS) 농도와 유량을 분석하고, 강우특성과 수질 변화의 강우사상별 및 시간별 상관관계를 조사하였다. 일정 강우강도에서 오염물질의 최대농도는 강우 초기에 발생하는 경향을 나타냈으나, 강우량 및 강우강도가 작은 경우에는 일정 시간 경과 후 발생하는 것이 관찰 되었다. 강우지속시간은 중금속 농도 및 부하량과 큰 상관성을 보이지 않았다. Cu와 Zn을 제외한 중금속 질량은 강우강도(0.60~0.88) 및 총강우 유출량(0.74~0.89)과 상대적으로 높은 상관관계를 나타냈다. 강우 시 유량가중평균농도와 선행무강우일수 또한 양의 상관성(0.54~0.73)을 보 이는 반면, 30분 강우강도로 표현된 시간별 유출량과 TSS 및 중금속 농도는 전혀 상관성을 나타내지 않았다. 무강우 기간 동안 지표면에 축적된 오 염물질이 최소한의 강우 에너지에도 세척효과가 발생하여 강우특성과는 무관하기 때문인 것으로 추정된다. 중금속과 TSS 농도의 시간에 따른 변화특성은 상관계수가 0.68~0.87로 양호한 수준을 나타냈다. 이는 고형물질의 이동과 중금속 물질의 이동이 함께 발생한다는 것을 시사하며 동시에 중금속이 고형물질에 흡착되어 이동한다는 것을 의미한다. 따라서 비강우 시에 유역 표면의 고형물질을 청소 등으로 사전에 제거할 경우 하천으로 유입되는 중금속오염물질의 양을 현격하게 저감할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후변화로 인한 국지성 호우 및 태풍 피해가 자주 발생하고 있다. 이와 같은 피해를 저감하기 위해서는 정확한 강우의 예측과 홍수량 산정이 필요하다. 그러나 지점 및 레이더 강우 시 ․ 공간적 오차를 포함하고 있고, 유출 모형에 의한 유출수문곡선 역시 보정을 실시하더라도 관측유량과 오차를 가지고 있어 불확실성이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 확률론적 강우 앙상블을 생성하여 강우의 불확실성을 확인하였다. 또한 유출 결과를 통해 수문 모형의 불확실성을 확인하였고, 블랜딩 기법을 이용하여 하나의 통합된 유출 수문곡선을 제시하였다. 생성된 강우앙상블은 강우강도 및 지형적인 영향으로 레이더가 과소 관측이 될 때, 강우 앙상블의 불확실성이 큰 것을 확인하였고, 블랜딩 기법을 적용하여 산정된 최적 유출 수문곡선은 유출모형의 불확실성을 크게 줄이는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 활용한다면, 정확한 홍수량 산정 및 예측을 통해 집중호우로 인한 피해를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 도시유역에서의 실시간 홍수예경보 목적으로 shot noise process 기반의 강우-유출모형을 제안하였다. 제안된 모형은 각 소유역별 첨두치, 감쇄상수 및 지체시간으로 결정되는 shot noise의 합으로 표현되며, 기존 강우-유출 모형과는 달리 각 소유역 별 유출량이 독립적으로 유역 출구에 도달하는 구조를 가지고 있다. 제안된 모형의 매개변수는 통상 경험식을 가지고 결정하는 소유역의 집중시간과 저류상수 및 관로에서의 도달시간과 저류상수를 이용하여 쉽게 결정될 수 있는 것으로 확인되었다. 본 연구에서 제안된 모형은 중동 빗물펌프장 배수유역, 구로1 빗물펌프장 배수유역, 대림2 빗물펌프장 배수유역에서 관측된 총 3개의 호우사상에 적용하여 그 성능을 평가하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 본 연구에서 제안된 shot noise process 기반 단위 응답함수는 기존 단위 응답함수와 달리 강우 지속기간에 관계없이 동일한 모양을 갖는다. (2) 제안된 모형의 특성상 강우의 시간간격이 짧을수록 수렴된 결과를 얻을 수 있다. 따라서 도시유역의 특성을 감안할 때 1분이 가장 적절한 것으로 판단된다. (3) Shot noise process 기반 1분 단위 응답함수를 실제 호우사상에 적용하여 유출해석을 수행한 결과, 모의된 유출 수문곡선과 관측 값이 매우 유사한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 도시유역에서의 유출해석을 수행하는데 있어 제안된 유출모형이 충분한 적용성이 있다는 것을 보여준다.

기후변화에 대한 우려와 함께 증가하고 있는 극한호우의 피해를 줄이기 위해서는 호우사상 발생 이전에 홍수위험을 미리 파악하여 피해를 대비 할 시간을 늘리는 것이 중요하다. 본 연구에서는 기상청 동네예보를 기반으로 하는 간단한 확률적 홍수위험 산정방법을 제시하였다. 예보강수를 조건부로 하는 6시간 강수량의 확률밀도함수를 이용해 다수의 임의 강수량을 생성한 후 추계학적 모형으로 1시간 단위로 분해하여 간단한 강우-유 출모형에 입력하는 방법을 사용하였다. 보청천 유역의 2017년 주요 강우사상에 제안된 방법을 적용한 결과, 7월 4일 최대홍수량이 나타났던 사상에 대해서는 예보강수를 이용한 모의는 홍수위험을 과소평가하였음을 확인하였고 반면 8월 15일 사상에 대한 동네예보는 강수량을 다소 과대추 정하였지만 홍수위험을 충분히 알릴 수 있는 정보로 평가되었다. 본 연구는 확정론적 모형과 확률론적 강수량을 결합하여 기상예보의 불확실성을 고려한 자료기반 홍수위험도 산정방법을 제시한다.