본 연구에서는 SWAT 모형과 PART 방법을 이용하여 낙동강 유역과 전국 하천을 대상으로 기저유출지표를 산정하고, 도시화에 따른 기저유출 영 향을 분석하였다. 낙동강 유역의 연평균 기저유출은 총유량 대비 약 40-44%인 것으로 분석되었으며, 계절별로는 12월과 1월 겨울철에 90%를 상회하는 것으로 나타났다. 또한 전국 317개소 관측 유량에 대해 기저유출을 분석한 결과 기저유출이 전국하천 유량에 기여하는 비율은 연평균 약 40%인 것으로 나타났으며, 지역별로 20% 미만~80% 이상인 것으로 예측되었다. 따라서 기저유출지표가 적은 지역에서는 주변 생태계 보전을 위해 지하수 이용과 개발을 제한하는 것이 타당할 것이다. 한편 금호강 유역을 대상으로 동일 기상조건에서 1975년과 2000년도 토지이용변화에 따른 기저유출 감소가 하천유량에 미치는 영향을 분석하였으며, 그 결과 도시화율 증가에 의해 하천유지유량의 경우 미달일수가 19일~24일 정도 증가하는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 지표수문모형(Land Surface Models)의 하나인 CoLM(Common Land Model)의 국내 적용을 위해 낙동강 유역에 대한 해상도별 2009년 하천 일유량 모의결과의 예측도를 평가하였다. 우리나라는 지역이 좁으나 지형의 변화가 많으므로, 적정한 예측결과를 제공하기 위하여 지표수문모형의 해상도를 높일 필요가 있으나, 가용한 국내 고해상도 자료가 제한적이며 지표수문모형에 대한 해상도별 국내 적용성 평가에 대한 연구는 많지 않은 형편이다. 따라서 낙동강유역에 대한 CoLM 계산망 구축에 필요한 지표경계조건자료(Surface Boundary Conditions)와 기상관측자료를 4개 해상도(4, 8, 15, 30km)별로 구축하였다. 이를 위하여, 다양한 저장형식, 지도투영법, 해상도 등을 갖는 방대한 양의 지점 및 격자형태 원자료의 처리를 보다 효율적으로 수행하기 위하여 GIS를 기반으로 프로그래밍화한 공간정보처리기술을 구축하였다. CoLM은 최신의 토양-식생-대기순환 모형중의 하나로서 기존의 CoLM에 횡방향 지표수-지하수 연계 흐름모의 모듈이 추가된 최신의 지표수문모형으로, 수문 및 에너지 순환 모의예측성이 높고 격자의 크기에 따른 해상도별 하천 일유량 예측모의가 가능하므로, CoLM에 의한 낙동강 본류 6개 지점에서의 4개 해상도별 하천 일유량 예측모의결과를 비교평가하였다. 향후 대상 유역에서의 장기유출모의 또는 미래 기후변화 시나라오에 대한 예측을 위한 적정해상도의 결정은 본 연구의 결과를 바탕으로 계산시간 및 입력자료 등의 관리를 종합적으로 고려하여 결정할 수 있을 것으로 기대한다.

본 연구에서는 장기간 지표유출량을 산출할 수 있는 SMI 기법(Soil moisture index model)의 적용성이 탐색된다. 장기간의 직접유출량을 산출하는 문제는 강우유출수 관리, 비점오염원 관리, 유역환경관리 등에서 매우 중요한 사안이다. 현재 장기간 강우유출수 모의를 위하여 우리나라에서 가장 널리 이용되는 방법은 유출계수법과 NRCS-CN방법이다. 하지만 유출계수법은 강수의 차단 및 유수의 저류효과를 고려할 수 없을 뿐 아니라 토양특성을 고려될 수 없다는 문제가 있으며 NRCS-CN방법은 선행강수량과 토지이용상태 및 토양특성을 고려될 수 있는 진보된 방법이나 기본적으로 강우사상별로 적용되도록 개발되었기 때문에 유역의 토양의 연속적인 토양함수조건을 고려하지 못하는 문제가 있다. SMI 기법은 이러한 연속적인 토양함수조건을 고려하여 장기간의 연속적인 강우유출량을 모의하기 위하여 개발되었다. 장기간 관측 자료가 있는 우리나라 6개 댐 상류 유역을 대상으로 SMI 기법의 매개변수를 추정할 수 있었으며, NRCS-CN 방법을 이용한 장기간 지표유출량 산정 결과와 비교하였을 때, SMI 기법의 지표유출량이 NRCS-CN 방법보다 현실성 있는 결과로 산출되었으며 강수량에 조금 더 민감함을 확인 할 수 있었다.

본 연구에서는 지표수문해석모형을 활용한 동아시아 지역의 유출해석을 수행하고 그 적용성을 평가하였다. 이에 전지구 자료를 수집한 후 모형의 입력자료로 재구성하였으며, 모의 결과의 검증을 위해 GRDC에서 제공하는 국외 34개 지점의 관측유량자료를 수집하였다. 쾨펜의 기후대 구분을 통한 매개변수 전이 방법을 이용하여 미계측지역의 유출 매개변수를 결정하였으며, 동아시아 지역에 유출해석을 수행하였다. 그 결과 미계측지역으로 가정한 17개 유역에서 모의치가 관측치와 유사하게 거동하는 것으로 나타나 결과의 신뢰성이 높음을 확인하였다. 최종 결정된 매개변수로부터 동아시아 전역에 수문성분을 산정하였으며, 대체로 동아시아 지역의 국가들의 수문성분 거동은 계절별로 유사한 것으로 확인되었다. 또한, 중국의 남부지역, 일본 및 대만은 동아시아 내에서도 유출의 발생이 가장 높은 반면, 몽골 및 중국 북부지역에서는 매우 낮은 것으로 분석되었다.

본 연구 (II)에서는 앞선 연구 (I)에서 개발된 지표 및 지표하 유출해석 모듈의 적용성과 수치해석적인 안정성에 대한 분석하였다. 개발 모듈의 유출해석에서 기존 강우-유출해석 모형에 비해 특징적인 침투해석에 관한 모의를 위해 침투해석 방식이 서로 다른 FFC2Q모형과 VfloTM을 비교대상으로 선정하여 동일한 투수층 유역에 적용하여 모의 결과를 비교분석해 보았으며, 강우의 크기와 토양의 유효토심 및 강우발생시점부터 강우종료 후 경과시간에 대한 모의조건을 설정하여 개발모듈의 적용성과 해석결과의 안정성을 검토해 보았다. 이상의 테스트에서 본 연구의 개발 모듈은 침투과정을 물리적으로 나타내는 전형적인 형태를 잘 나타내었으며, 토양조건 별 포화시점도 상이하였고, 수두가 증가되는 기울기도 다르게 구현함으로써 토양별 특성치를 비교적 잘 보여주었다. 또한, 강우강도가 유출에 미치는 영향과 시간분포에 대한 모의결과도 잘 반영하였으며, 마지막으로 타 모형과의 비교결과에서도 강우-유출해석에 대한 정확도가 높게 평가될 만한 결과를 도출하였다.

유역내에서 발생하는 유출은 지표 유출과 지표하 유출이 있으며, 서로 상호작용 상태를 유지하게 된다. 일반적으로 지표와 지표하 둘 중 한 가지 알고리즘으로 해석이 힘든 유역에 대해 지표와 지표하 사이의 동적인 관계를 상세하게 모의해야 하는 경우 상호작용에 관한 요소를 고려하여야 한다. 동적인 상호작용 시스템의 구동에서는 시·공간적인 매개변수가 중요하며, 적절한 모의를 위해 시·공간적인 매개변수는 시스템 상에서 지표와 지표하 항에 대한 복합적인 메카니즘으로 구성되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 지표 및 지표하 유출의 상호작용에 관한 알고리즘을 위해 2차원 확산파 방정식을 이용하여 지표 유출을 해석하고, Darcy의 법칙과 Dupuit-Forchheimer의 가정을 이용한 Boussinesq 방정식을 적용하여 포화상태의 지표하 유출의 알고리즘을 구성하였다. 커플링 방정식으로 공간에 대해서는 유한체적법을 사용하고, 시간에 대해서는 Crank-Nicolson 방법을 이용하였으며, 지표와 지표하 흐름의 상호작용에 대해서는 질량보존의 법칙에 기반하여 구성하였다. 이상의 과정을 통하여 지표 유출해석, 지표하 유출해석, 상호작용, 수치해석 부분의 4가지 주요 모듈을 만들었으며, 4가지 주요 모듈을 통합하여 복합유역의 지표 및 지표하 유출해석 모듈을 개발하였다.

Physically-based resampling scheme for roughness coefficient of surface runoff considering the spatial landuse distribution was suggested for the purpose of effective operational application of recent grid-based distributed rainfall runoff model. Generally grid scale(mother scale) of hydrologic modeling can be greater than the scale (child scale) of original GIS thematic digital map when the objective basin is wide or topographically simple, so the modeler uses large grid scale. The resampled roughness coefficient was estimated and compared using 3 different schemes of Predominant, Composite and Mosaic approaches and total runoff volume and peak streamflow were computed through distributed rainfall-runoff model. For quantitative assessment of biases between computational simulation and observation, runoff responses for the roughness estimated using the 3 different schemes were evaluated using MAPE(Mean Areal Percentage Error), RMSE(Root-Mean Squared Error), and COE(Coefficient of Efficiency). As a result, in the case of 500m scale Mosaic resampling for the natural and urban basin, the distribution of surface runoff roughness coefficient shows biggest difference from that of original scale but surface runoff simulation shows smallest, especially in peakflow rather than total runoff volume.

본 연구에서는 지표면 유출의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있는 격자기반의 도시유역 지표면 유출모형을 개발하였다. 개발된 모형에서는 지표면 유출의 메카니즘을 연속방정식과 Manning식을 결합한 비선형저류방정식으로 표현하고 있으며, 대상유역을 일정한 크기의 격자로 구성하고 개개의 격자마다 유출해석을 위한 지형정보와 수문정보를 입력하여 격자별 유출량을 계산 추적하게 된다. 본 모형을 이용하여 가상유역 및 실제 도시유역인 군자 배수구역에 대해서 시

Two sites with different average daily traffic volume at an intersection were selected in order to investigate water quality of the first flushes in the surface runoffs. The effects of rainfall intensities and accumulated non-rainy days before rainfall events on the water quality were also delineated. Samples were collected at every 2 min. interval from each first flush from February to May, 2004 for 4 major rainfall events. CODcr or SS concentrations at the site with an average daily traffic volume (ADTV) of 23,000 vehicles were 2-7 times higher than those at the site with an ADTV of 1,400 vehicles. The longer the accumulated non-rainy days were, the higher the concentration of heavy metals were than those of CODcr and SS in the first flushes.

본 연구에서는 지표하층과 암반층 사이의 지표하흐름을 기존 TOPMODEL의 구조에 연계시킨 수정 TOPMODEL의 국내 유역 적용성을 검증하였다. 지표하층에 존재하고 있는 대공극은 신속한 유출발생을 위한 수문경로를 제공하고 있으며, 수문감쇠곡선 분석을 위한 이중저류체계의 필요성을 의미한다. 설마천 유역을 대상으로 2개월간의 연속적인 유역수문거동을 모의한 결과 수정 TOPMODEL은 기존 TOPMODEL에 비해 유출발생과정을 모다 포괄적이고, 현실적으로

본 연구에서는 지표면유출과 하천유출의 실시간 연계를 통하여 하천 각 구간에서의 수위와 유량을 예측하는 수리학적 홍수추적 모형을 개발하였다. 주로 유역의 지형특성에 따라 결정되는 수문곡선의 형상을 반영하여 홍수 유출량 산정방법을 개선하였으며, 침투과정을 고려하여 강우초가 첨두유량의 과다산정을 제거하였다. 지표면유출의 하천유입을 연속방정식에 반영하여 여러 단면에서의 유입이 용이하였으며, 이는 강우의 급격한 변이에서도 수치적 안정을 가져다 주었다. 폭우시 양