Rainfall infiltration velocity into the surface of the earth is influenced by time sequential change of the urban surface spatial structure following urban expansion, and is the key factor in determining runoff discharge. In this regard, a comprehensive assessment and understanding of surface runoff associated with land cover change, as well as the changed structure of the landscape, is required to establish landscape planning. Sustainable development, planning and maintenance of the green space inside the city, based on results of the above, are a fundamental countermeasure for relieving fragmentation of the urban green space and increasing urban flood damage, directly or indirectly. In this study, we conducted analysis of landscape structure and change of Surface Runoff Reduction Capacity (SRRC) using the land cover maps from 1975 to 2000 at the lower reaches of the Jungrang stream (LRJS). The results are expected to provide baseline data for sustainable landscape planning that is ecologically healthy and can improve SRRC during torrential rains. The results of this study are as follows. Analysis of the results showed that land cover type underwent a remarkable change in terms of the total area of farm and urban types from 1975 to 2000. The total area of farm decreased by approximately 27.05% during the 25 years, while that of urban increased by approximately 25.61%. In this regard, the results of the landscape structure assessment using FRAGSTATS showed reciprocal tendencies, which intensified fragmentation of the landscape, as measured by all 6 of the selected factors, including LPI, NP, PD, LSI, AI and PLADJ. The Runoff Curve Number (CN) value steadily increased in the results of the time series landscape change assessment of the SRRC from 1975 to 2000. Based on analysis of the changed area associated with SRRC classes, the high SRRC class 1 area showed a steady decrease in accordance with the progression of the time series land use change associated with urban development.

In this study, according to the reference setting based on the runoff video of 9:00 where the highest water level of 3.94 m has been recorded during the runoff of Cheon-mi Stream in Jeju Island by the attack of Typhoon no. 16 Sanba on September 17th, 2012, the error rate of long-distance and short-distance velocimetry and real-distance change rate by input error have been calculated and the input range value of reference point by stream has been suggested. In the reference setting process, if a long-distance reference point input error occurs, the real-distance change rate of 0.35 m in the x-axis direction and 1.35 m in y-axis direction is incurred by the subtle input error of 2~11 pixels, and if a short-distance reference point input error occurs, the real-distance change rate of 0.02 m in the x-axis direction and 0.81 m in y-axis direction is incurred by the subtle input error of 1~11 pixels. According to the long-distance reference point setting variable, the velocity error rate showed the range of fluctuation of at least 14.36% to at most 76.06%, and when calculating flux, it showed a great range of fluctuation of at least 20.48% to at most 78.81%.

This study is daytime and nighttime runoff image data caused by heavy rain on May 27, 2013 at Oedo Water Treatment Plant of Oedo-Stream, Jeju to compute runoff by applying Surface image velocimeter (SIV) and analyzing correlation according to current. At the same time, current was comparatively analyzed using ADCP observation data and fixed electromagnetic surface current meter (Kalesto) observed at the runoff site. As a result of comparison on resolutions of daytime and nighttime runoff images collected, correlation coefficient corresponding to the range of 0.6~0.7 was 6.8% higher for nighttime runoff image compared to daytime runoff image. On the contrary, correlation coefficient corresponding to the range of 0.9~1.0 was 17% lower. This result implies that nighttime runoff image has lower image quality than daytime runoff image. In the process of computing current using SIV, a rational filtering process for correlation coefficient is needed according to images obtained.

This study analyzed the velocimetry of runoff and measured the flood discharge by applying the SIV (Surface Image Velocimetrer) to the daytime and nighttime flow image data with special reference to Seong-eup Bridge at Cheonmi stream of Jeju during the flow by the severe rainstorm on May 27, 2013. A 1000W lighting apparatus with more than 150 lux was installed in order to collect proper nighttime flow image applied to the SIV. Its value was compared and analyzed with the velocity value of the fixed electromagnetic wave surface velocimetry (Kalesto) at the same point to check the accuracy and applicability of the measured velocity of flow. As a result, determination coefficient R2 values were 0.891 and 0.848 respectively in line with the velocity distribution of the daytime and nighttime image and the flow volume measured with Kalesto was approximately 18.2% larger than the value measured with the SIV.

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.

Surface Image Velocimetry(SIV) is an instrument to measure water surface velocity by using image processing techniques. Since SIV is a non-contact type measurement method, it is very effective and useful to measure water surface velocity for steep mountainous streams, such as streams in Jeju island. In the present study, a surface imaging velocimetry system was used to calculate the flow rate for flood event due to a typhoon. At the same time, two types of electromagnetic surface velocimetries (electromagnetic surface current meter and Kalesto) were used to observe flow velocities and compare the accuracies of each instrument. The comparison showed that for velocity distributions root mean square error(RMSE) was 0.33 and R-squared was 0.72. For discharge measurements, root mean square error(RMSE) reached 6.04 and R-squared did 0.92. It means that surface image velocimetry could be used as an alternative method for electromagnetic surface velocimetries in measuring flood discharge.

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.

This study was conducted to investigate runoff characteristics of non-point pollutants source at the urban and rural zones in sangju area. The monitoring was conducted with seven events for ten months and Event mean Concentration(EMC) and First Flush Effect(FFE) of SS and BOD were calculated on the result of the water quality parameters. During rainfall event, the peak concentrations of SS and BOD were observed after 3∼4 hours of rainfall in rural areas. Whereas, the peak concentrations occurred within 1∼2 hours after rainfall and then the highest concentration of NPS pollutants sharply decreased, showing strong first flush effect in urban areas. The cumulative load curves for NPS pollutants showed above the 45° straight line, indicating that fist flush effect occurred in urban areas. The mean SS EMC values of rural areas ranged from 0.9∼3.3mg/L, it was higher value when compare to urban areas. While the mean BOD values of urban areas were shown the highest values.

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.

Pollutants from urban pavement consists various kinds of substances which are originated from dry deposition, a grind out tire, corrosive action of rain to pavement and facilities and raw materials of the road etc.. These are major pollutants of urban NPS (Non-point source) during rainfall period. However there is not enough information to control such pollutants for appropriate management of natural water quality. In this study of transportation areas, three monitoring stations were set up at trunk road, urban highway and national road in Gyeongnam province. Runoff flow rate was measured at every 15minutes by automatic flow meters installed at the end of storm sewer pipe within the road catchment area for water quality analysis. Data was collected every 15 minutes for initial two hours of rainfall. Additional samples were collected 1-4 hours interval till the end of rainfall. The monitoring parameters were CODMn, SS, T-N & T-P and heavy metals. The average EMCs of TSS and CODMn were 62.0 mg/L and 24.2 mg/L on the city trunk road, which were higher than those of urban highway and national road, indicating higher pollutant loads due to activities in the city downtown area beside the vehicle. On the other hand, the average EMC of T-N and T-P were in the range of 2.67-3.23 mg/L and 0.19-3.21 mg/L for all the sampling sites. Heavy metals from the roads were mainly Fe, Zn, Cu and Mn, showing variable EMCs by the type of road. From the TSS wash-off analysis in terms of FF(first flush) index, first flush phenomenon was clearly observed in the trunk road(FF : 0.89-1.43). However, such mass delivery behavior was not apparently shown in urban highway(FF : 0.90-1.11) and national road(FF : 0.81-1.41).

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 지하 빗물저류시설 설치에 따른 유출저감 효과를 분석하기 위하여 실험실내 모형 빗물저류장치를 설치하여 강우강도 변화, 표층의 피복상태 변화, 표면경사 변화에 따른 유출량 변화 실험을 실시하였다. 실험결과 대상하천인 승기천의 토양조건하에서 강우강도가 40mm/hr-100mm/hr일 때 총유출량 감소는 42.3-52.9%로 나타났으며, 지하 빗물저류시설을 설치하는 경우 총유출량과 첨두유량의 감소를 가져올 수 있을 것으로 판단된다. 경사변화에 따

지표면 유출과 하천 유출 통으로 구성된 동일한 홍수유출모형 SIRG-RS를 소유역과 대유역에 적용하였다. 지표면 유출로부터의 유입 방법, 하천 접합부에서의 계산방법, 급경사 산지하천에서의 에너지손실 계산 등에서 개선책을 강구하였다. 마찰력 산정을 위하여 레이놀즈수와 조고비의 함수인 지수형 마찰계수 산정식을 도입하였다. 또한 지수형 마찰계수 산정식은 실험자료뿐 아니라 최근 입수한 현장 관측자료를 사용하여 개선하였다. 개선된 모형은 대규모의 유역과 아주 작

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