The widely accepted recognition of global environmental problems has resulted in a paradigm shift for research in the hydrosciences. Hydrologic model has played important roles in hydroscience and engineering. However, there are some limitations to deal with real world problems. In this paper, comprehensive review on the current status and major issues on hydrologic models. The sources of model uncertainty were classified and discussed. Finally, model calibration and verification issues were discussed in view of Popperian perspective.

수문모형의 매개변수 추정에 필요한 유량 관측 자료의 수집은 시·공간적으로 제한이 있어 우리나라도 아직 상당수의 미계측유역이 존재하며, 이를 보완하고자 주변 유역의 정보를 활용하는 지역화 방법들이 연구되어 왔다. 그러나 지역적 특성이나 기후 조건에 따라 지역화 방법의 결과가 상이하여 어느 지역에 어떠한 지역화 방법이 가장 우수하다고 판단하기 어렵다. 본 연구에서는 보편적으로 사용되는 지역화 방법인 지역회귀모형의 설명 변수에 공간근접모형으로 추정한 수문모형의 매개변수를 추가하여 회귀모형의 적합성을 향상시켰으며, 이를 하이브리드 지역화모형이라 정의하고 기존 방법들과 비교하였다. 계측유역으로는 관측 자료가 충분한 남한의 37개 유역을 선정하였고, 수문모형은 개념적 수문모형인 GR4J를 사용하였으며, 계측유역에 대한 수문모형의 매개변수 산정은 Shuffled complex evolution 알고리즘을 사용하였다. 유역 특성변수들 간 다중공선성을 고려하기 위해 Variation inflation factor를 사용하였고, Stepwise regression을 통해 회귀모형의 최적 설명변수를 선택하였다. 통계 값을 통해 모형의 적합성을 비교한 결과, 하이브리드 지역화모형에서 가장 작은 RMSE 값을 나타내었으며, 유역별 모의 값의 변동성이 줄어들어 결과의 불확실성 또한 낮아짐을 확인할 수 있었다. 따라서 하이브리드 모형이 미계측유역의 유출량 산정을 위한 하나의 대안이 될 수 있음을 확인하였다.

우리나라는 지난 30년 동안 기후변화 및 도시화 등으로 인한 변화가 급격하게 진행된 바 있으므로, 두 가지 요소들로 인한 유량의 변동량을 정량화 하여 분석할 필요가 있다. 그러나 유량의 변동량을 특정 원인별로 구분하여 분석하고자 하는 국내 연구는 매우 미미한 형편이며, 다양한 시간단위 를 이용한 원인별 유량 변동량의 산정에 관한 연구는 더욱 찾아보기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 기후변화 및 인간활동으로 인한 유량 변동량을 정량적으로 분리하기 위하여 수문모형을 이용한 방법과 수문학적 민감도(hydrological sensitivity) 분석 방법을 소양강 상류유역 및 섬강 유역에 대해 적용하고 유량 변동량의 결과를 월별, 분기별 및 연별로 구분하여 제시하였다. 인간활동으로 인해 발생되는 급진적인 변동점을 탐색하기 위해 이중누가곡선, Pettitt 검정 및 베이지안 변동점(Bayesian change point) 분석을 시행하였으며, 탐색된 변동점을 활용하여 변동점 이전 구간에 대 해 보정 및 검증된 SWAT모형과 6가지의 Budyko 곡선 함수들로부터 각각 유량 변동량을 산정하여 수문모형에 의한 유량 변동량을 검증하였다.

기후변화에 대비하기 위해 대기순환모형(GCM)이나 지역순환모형(RCM)을 활용해 가까운 미래에 발생할 다양한 기후변화 시나리오를 작성하여 미래 수문변화에 대비하고 있다. 그러나 GCM은 매우 낮은 해상도를 가지고 있으며, 시간적 규모도 수 십일에서 수개월의 분해능으로 인해 유역의 반응을 예측하는 데 있어 부정확성을 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 멀티프랙탈 기법을 이용하여 시·공간 강우를 생산하고 검증하였다. 이를 위해 기상청에서 제공받은 레이더 자료의 시·공간 멀티프랙탈 특성을 분석하였으며, 로그 포아송 분포 함수와 3차원 웨이브렛을 적용하여 관측 레이더 자료가 나타내는 멀티프랙탈 특성을 반영한 각 사상별 10개의 격자단위 가상강우장을 생성하였다. 가상강우장의 검증은 각 격자에 나타나는 강우강도의 분포 빈도를 누적분포함수로 비교하였으며, 가상강우장의 강우 시계열을 작성하여 이를 비교하였다. 또한 베리오그램을 활용하여 가상강우장의 공간특성을 비교하였다. 최종적으로 가상강우장과 관측 레이더 강우장, 그리고 저해상도 강우장을 분포형 강우-유출 모형인 S-RAT 모형에 적용하여 가상강우장과 관측 강우장의 강우-유출을 비교하였으며, 이를 정량화하기 위해 RMSE, RRMSE, MAE, SS, NPE, PTE 방법을 적용하였다. 분석결과, 각 격자별 강우강도빈도는 유사하게 나타나지만 강우장의 시계열이나 공간적 특성에서는 뛰어난 모사능은 나타나지 않았다. 그러나 강우-유출 모의를 후, NPE와 PTE 분석 결과 평균적으로 첨두유량은 20.03% 증가하였으며, 첨두시간은 0.81% 감소를 나타내었다. 이는 미래 강우-유출의 정확성을 높일 수 있을 것이다.

기후변화 모델을 통해 미래 전망에 대한 연구를 수행하는 것은 다양한 분야에서의 적응과 대응 전략을 수립하고 이상기후에 대한 영향을 최소화하고자 하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서는 총 20개의 기후변화 모델 자료(1981∼2100년)를 수집하였으며 미래 시나리오는 RCP 4.5와 8.5시나리오를 사용하였다. 한강유역을 대상으로 지역오차보정을 통해 지역적인 스케일의 불일치를 개선하고 특히, 미래 시나리오에 대해서는 비정상성 분위사상법을 통해 미래 시나리오의 추세가 왜곡되지 않도록 하는 NSQM기법을 제안하였다. 베이지안 모델 평균기법(BMA)을 적용하여 각 관측소별로 가중치가 높은 모델만을 선별한 최적의 모델 조합을 통해 강우자료의 정확성과 신뢰도를 확보하였다. 베이지안 앙상블 강우의 R2=0.54, NSE=0.53, RMSE=90.49 mm로 단일모델에 비해 상대적으로 개선된 결과를 나타내었다. 미래 시나리오에 대한 전망결과 온실가스 배출농도가 높은 RCP 8.5 시나리오의 증가율이 RCP 4.5 시나리오에 비해 더 크게 나타났다. 또한 극치수문사상분석을 위해 GEV Scaling과 SPI가뭄지수를 이용한 홍수 및 가뭄의 IDF와 SDF곡선을 전망하였다. 확률강우량 산정 결과 관측기간의 500년 빈도, 지속시간 10분에 해당되는 강우강도가 224.1 mm/hr인 것에 비하여 RCP 4.5, RCP 8.5 시나리오 각각 279.8 mm/hr, 299.7 mm/hr로 기준 시나리오에 비해 증가하는 전망 결과를 나타냈다. 가뭄의 경우, 한강유역은 가뭄에 대한 민감도가 낮은 것으로 전망되었다. 본 연구를 통해 불확실성을 줄이고 다양한 통계적인 분석결과를 제시함으로써 극치수문사상의 전망이 가능하였다. 이를 통해 수자원 변동성과 취약성을 파악하고 수자원 계획 및 운영을 위한 정보 제공에 도움을 줄 것으로 판단된다.

본 연구에서는 SLURP 준 분포형 수문모형을 이용하여 기후변화가 만경강유역의 수문순환 구조에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 만경강유역은 총 유역면적 1405.6km2으로 서울시의 약 2.3배 이고, 총 하천길이는 73.92km, 평균 경사는 25.08%, 평균 표고는 123.51m이다. 금강 동진강과 함께 호남평야의 중앙을 서류하여 악산 남쪽을 지나 황해로 흘러든다. 본 논문에서는 만경강유역의 대천관측소를 대상으로 2008년의 일별 유출량 자료를 바탕으로 모형을 보정을 하고, 지역기후모형을 이용하여 미래를 3개의 기간(future 1: 2011년∼2040년, future 2 : 2041년∼2070년, future 3 : 2071년∼2100년)으로 나누어 만경강유역에서 기후변화가 수문순환 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 유황분석을 통해 미래의 하천의 유황의 변화를 전망, 시공간적 분포를 통해 공간적인 변화를 분석하였다. 월 유출량변화량을 분석한 결과 미래로 갈수록 월 유출량의 변동 폭이 커졌고, 평균 유출량이 증가하리라 전망되었다. 유황분석 결과 미래로 갈수록 풍수량과 갈수량이 증가하리라 전망되었고, Future2기간일 때 가장 많이 증가하리라 전망되었다.

본 연구에서는 멀티프랙탈 이론을 기반으로 시·공간 격자강우장 생산 모형을 충주댐 상류유역에 발생한 9개의 홍수 사상에 대하여 검증하였다. 이를 위하여 기상청의 레이더 강우자료에 대한 시공간 멀티프랙탈 특성을 분석하였으며, 로그 포아송 분포와 3차원 웨이브렛 함수 기반의 시·공간 격자 강우생산 모형을 활용하여 관측강우의 멀티프랙탈 특성을 재현하는 시·공간 가상강우장을 생산하였다. 생성된 가상강우장을 S-RAT 분포형 수문모형에 입력값으로 적용하여 유역출구에서의 반응을 관측강우 및 시공간적으로 균등한 분포를 가진 강우장에 대하여 산출된 유역출구에서의 반응과 비교하였다. 관측 강우장과 가상강우장, 관측 강우장과 저해상도 강우장에 대하여 RMSE, RRMSE, MAE, SS, 그리고 NPE, PTE 등을 이용하여 오차분석을 수행한 결과, 평균적으로 첨두홍수량은 20.03% 증가하였고, 첨두시간은 0.81% 감소하였다.

지금까지 많은 연구를 통하여 제안된 다양한 가뭄지수들은 사전에 정의된 등급을 통하여 가뭄을 평가하기 때문에 가뭄현상에 내재된 불확실성을 고려하지 못하고 있다. 본 연구에서는 월 유출량 자료에 내재되어 있는 불확실성을 고려하기 위해 은닉 마코프 모형(HMM) 기반의 가뭄지수(HMDI)를 제안하고, 이를 이용하여 수문학적 가뭄에 대한 확률론적 평가를 수행하였다. WAMIS에서 제공하는 한강유역의 평창강과 남한강상류의 월평균 유출량 자료(1966∼2009)를 이용하여 3, 6, 12개월씩 누적시킨 후, HMM에 적용하여 은닉상태의 사후확률을 계산하였다. 연구방법의 검증을 위해 HMM을 이용하여 추정된 각 은닉상태 별 사후확률(HMDI)과 기준값에 의해 가뭄을 평가하는 방법 중 하나인 표준유출지수(SSI)와 비교를 하였다. 분석결과, 기존 가뭄지수(SSI)를 사용하였을 때는 하나의 지수로 특정 시점에서의 가뭄 상태를 판단하였지만, HMDI는 자료에 내재된 불확실성을 이용하여 가뭄의 상태를 분류하였고, 이는 특정 시점에서 가뭄 상태들이 나타날 확률로 표현되었다. 또한, 실제 가뭄사례와의 비교를 통해서 HMDI가 SSI에 비하여 가뭄에 대한 재현능력이 우수한 것으로 나타났다.

현재 국내·외에서 다양한 방법을 통해 가뭄을 평가하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 방법들은 가뭄지수를 이용하여 가뭄을 정량적으로 표현하고 있다. 다양한 관점에서 다양한 가뭄지수가 제안되고 있지만, 대부분의 가뭄지수는 가뭄을 사전에 정의된 등급을 통해 가뭄을 평가하기 때문에 수문자료에 내재된 불확실성을 고려하지 못하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 은닉 마코프 모형(Hidden Markov Model, HMM)을 이용하여 월 유출량 자료에 내재되어 있는 수문학적 가뭄상태를 확률론적으로 평가하는 방법을 제안하였다. 한강유역의 최상류 유역에 해당하는 평창강 유역과 남한강상류 유역을 대상으로 WAMIS에서 제공하는 1966년부터 2009년까지 기록된 월평균 유출량 자료를 이용하였다. 본 연구는 HMM을 이용하는 확률론적으로 가뭄평가 방법을 표준유출지수(Standardized Streamflow Index, SSI)를 이용하는 등급기반 가뭄평가 방법과 비교분석을 통해서 HMM을 이용하는 확률론적으로 가뭄평가 방법이 가뭄의 상태를 다양한 상태들의 발생확률로 표현할 수 있으며, 이러한 상태들의 천이확률을 통해서 가뭄의 지속성을 더 잘 표현할 수 있음을 보여준다.

기후변화로 야기될 수 있는 태양복사에너지의 공간적인 불균형은 수자원을 포함한 전반적인 생태 시스템에서의 에너지 불균형을 초래한다. 따라서 정확한 에너지의 흐름을 이해하기 위하여 정량적인 관측을 목적으로 하는 플럭스 타워가 세계 곳곳에 설치되어 운영되고 있다. 국내의 주요 지역에서도 플럭스 타워를 통안 관측이 실시되고 있는 데, 본 연구에서는 이 중 설마천과 청미천 유역의 플럭스 타워의 자료를 대상으로 수문기상 및 생태학적으로 중요한 역할을 하는 에너지원인 하향 단파 및 장파 복사량과 순복사량을 기존의 연구에서 제안된 물리식을 기반으로 계산하고, 산정된 순복사량과 관측 자료를 비교·검증하였다. 이를 통하여 관측이 미흡한 수문기상인자에 대해 기존의 물리적인 방법의 사용 가능성 및 관측 자료의 활용 가능성을 확인하였다.

본 연구에서는 댐 건설 사업을 추진하는 경우 발생되는 갈등사안 중에서 수문학적으로 접근하여 이수 및 치수에 대한 갈등 발생원인을 파악하고 이해당사자들의 직접적인 참여와 의견을 수렴하여 대안 모의와 결과를 도모할 수 있는 공영시각모형(SVM)을 개발하였다. 이수부문에서는 각 행정구역별 생활용수, 공업 및 농업용수 수요를 예측하고, 치수부문에서는 각 구조적 대안이 형성되는 경우 신속하게 모의하여 수위저감효과, 침수면적 및 피해액의 변화를 제시하여 상호의견 교환에 따른 합의점을 도출할 수 있도록 구축하였다. 이러한 공영시각모형의 이용은 정보공개의 정확성, 결과의 신뢰성 등을 확보할 수 있게 함으로써 댐 건설에 대한 갈등 조정 및 완화에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

현재 수문학적 댐 위험도 평가는 극한상황을 고려한 설계수문량과 같은 하중조건을 가정하여 댐의 안전을 판단하고 있다. 하지만 최근 증가하는 기상변동성을 능동적으로 고려하기 위해서는 확률·통계학적 수공구조물 안정성 평가기법을 기반으로 하는 위험도 해석 방안 수립이 요구된다. 본 연구에서는 소양강댐 유역에 12개 강우관측소에 공간상관성을 재현해주며 극치강우량의 변동성을 효과적으로 모의할 수 있는 불확실성을 고려한 Monte Carlo Simulation 모의를 실행하였다. 강우모의 기법을 통해 도출된 결과로 산출된 강수자료는 HEC-1 모형의 매개변수의 불확실성을 고려할 수 있는 Bayesian HEC-1 모형에 이용되었다. BHEC-1 모형을 통하여 산출된 10,000개의 Ensemble 자료를 댐 모의운영이 가능한 HEC-5 모형에 적용하였으며, 이때, 소양강 댐의 상시 만수위를 댐 초기수위로 적용하였으며, 소양강 댐의 여수로 수위-유량곡선을 이용한 일정률 조절방식을 홍수조절방식으로 채택하여 적용하였다. 본 연구는 기상변동성에 따른 강우에 불확실성을 고려하였으며, HEC-1 모형에 매개변수의 불확실성을 Bayesian 모형을 결합하여 정량화 하였으며, 여수로에 파괴에 따른 수위-유량곡선을 이용하여 여수로의 작동 여부에 따른 댐 운영 모의를 실시하여 강우 및 모의 모형과 댐에서 일어날 수 있는 상황을 고려하였다. 또한, 강우모의에서 저수지모의까지의 일련의 과정을 하나의 통합모형으로 구축하여 기존의 이분화된 모형 분석과정을 하나의 모형으로 통합하였다. 본 모형의 결과는 추후 댐 위험도 추정 도구인 ETA(Event Tree Analysis)에 수문학적 사건의 부하확률(Loading probability)로 이용될 수 있다.

지구환경의 변화로 홍수빈도 및 강우강도가 증가하고 있다. 이에 따라 도시유역 내 홍수범람으로 인한 인명 및 재산 피해가 빈번히 발생하고 있다. 발생되는 피해에 대하여 과학적이고 기술적인 대응 방안이 필요하며 이를 위한 기술의 개발과 홍수예경보시스템의 연계에 관한 적정 방안을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 효율적인 통합중소하천의 예경보 시범유역을 선정하고 이를 위하여 부산시 소재 내 온천천 유역을 시범유역으로 선정하여 홍수예경보를 위한 10분 간격의 실시간 모니터링을 구축하였다. 이는 현장에 설치된 강우계, 수위계, 유량계를 설치하여 이를 원격 시스템으로 데이터를 전송하고 관리할 수 있는 웹사이트를 구축하였다(http://pnuhydro.pusan.ac.kr). 이를 통하여 구축된 DB를 활용하여 도시 유역 내 단기 수문예측모형을 개발하였다. 수문예측모형은 온천천 유역 내 설치되어 있는 실시간 유역 모니터링 시스템의 수집된 자료 중 홍수시 강우사상별로 수문예측모형의 입력자료로 사용하였다. 역전파알고리즘 기반의 인공신경망을 이용하여 2006-2012년의 기간 중 10분 간격의 수위 및 강우 자료를 이용하여 홍수기 시 강우사상별로 자료를 정리 한 후 4가지 강우사상에 대하여 training과 testing 기간으로 나누어 10분부터 60분까지의 수위 예측을 실시하였다. 그 결과 10분 간격의 수위예측에서 10분 간격으로 최대 60분까지 예측한 경우 예측 기간이 길어질수록 예측 정도가 단기 예측에 비하여 RMSE와 CC(상관계수) 값 중 RMSE 커지긴 하지만 상관분석의 결과 및 RMSE 모형 분석 결과는 대체적으로 60분까지 예측 성능이 우수한 편이었다. 이는 실시간 모니터링 시스템에 의하여 DB화한 수문관측자료를 이용하여 역전파알고리즘 기반의 수위예측모형은 도시 유역 내 돌발홍수 및 범람에 대비할 수 있는 대안책으로 추후 효율적인 모니터링 시스템의 운영과 관리에 의한 DB의 축적과 이를 통한 다양한 강우사상에 대한 수문예측모형의 적용으로 그 적용성 평가가 필요할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 PRMS, SLURP, SWAT 모형을 이용하여 유출모형에 따라 수자원의 기후변화 영향평가 결과에서 발생할 수 있는 차이를 평가하였다. 이를 위해 먼저 각 모형을 안동댐유역에 적용하여 관측자료에 대한 모의능력을 비교하였다. 그 다음 기온과 강수 변화를 가정한 합성시나리오 상황에서 각 모형별 모의결과를 비교하였다. 분석결과 세 모형은 관측기간에 대해서는 관측유량에 근접한 모의를 하였다. 그러나 강수와 기온의 변화를 고려하였을 경우에는 유출량

본 연구는 충주댐 유역을 대상으로 SLURP 모형에서 RS, GIS를 이용한 융설매개변수 적용 및 영향을 평가하고자 한다. 모형의 음설 관련 매개변수 준비를 위해 3 set (1998-1999, 2000-2001, 2001-2002)의 NOAA AVHRR 위성영상을 분석하였다. 적설분포면적은 채널 1번, 3번, 4번을 이용하여 추출하였고, 적설심은 지상기상관측소의 적설심 자료를 이용하여 공간적으로 내삽하여 추출하였다. 융설 매개변수와 DEM, 토지피복도

지표수와 지하수의 통합모델링은 지속가능한 수자원과 수질개선에 대한 점증하는 요구를 만족시키기 위해 점차 중요성을 더해가고 있다. 본 연구에서는 준분포형 유역유출모형인 SWAT과 완전분포형 지하수 모형인 MODFLOW의 통합모형을 무심천 유역에 작용하여 유역단위의 수문과정을 재생하였다. 모의결과 2001-2004년의 관측수문곡선과 모의유량수문곡선간의 적합이 잘 나타나는 한편 계산된 지하수위 분포와 관측지하수위와의 보정결과도 양호하게 나타났다. 통합모형은

본 연구의 목적은 태풍 피해로 인한 토지피복변화가 수문변화에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 2002년 8월 31일부터 9월 1일까지 발생한 태풍 루사(1,402mm)가 강릉 남대천 유역에 미친 영향을 파악하기 위하여 2000년 9월 29일 Landsat 7 ETM+ 영상(태풍 전)과 2002년 9월 11일 Landsat 5 TM영상(태풍 후)을 선정하여 각각 토지피복도를 작성하였다. 유역유출과 하도추적에 대해 WMS HEC-1의 SCS 무차원 단위도법

수문 모형들은 물 순환에 있어서의 지표 성분을 모의하고 기후 변동이 수자원에 미치는 영향을 평가하는데 메커니즘을 제공한다. 이러한 모형들에 있어서 증발산량(Evapoanspiration, ET)은 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 SLURP 모형에서 증발산량 산정을 위하여 제시하고 있는 FAO Penman-Monteith, Morton CRAE(Complementary Relationship Area Evapotranspiration), Spittl

본 연구는 개념적 준분포형 모형인 SLURP 모형의 소양강댐유역의 적용가능성에 대해 다루었다. SLURP모형은 강우의 시공간적 변화를 반영하여 강우-유출을 해석하여 관개계획 및 수자원 관리 효과를 판단할 수 있는 준분포형 모형이다. DEM으로부터 지형분석프로그램인 TOPAZ/SLURPAZ와 연계하여 빠르고 쉽게 지형매개변수와 지형자료를 획득할 수 있다. NOAA/AVHRR 위성영상을 이용하여 월별 NDVI를 산출하였으며, 대상유역 주변의 5개의 기상 관

본 연구는 안성천의 평택수위관측소 상류유역을 대상으로 점진적인 도시화로 인한 토지피복변화가 수문변화에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 WMS HEC-1모형을 사용하였고, 격자크기 200200m DEM과 1:50,000토양도로부터의 수문학적 토양군을 이용하였다. 1986, 1990, 1994, 1999년 Landsat TM 영상을 최우도법에 의해 피복분류를 실시한 결과, 이 기간동안 유역내에 산림과 논은 지속적으로 감소하여 왔고, 도시/주거지