This study was conducted to identify the distribution characteristics of the impervious area in urban watersheds and to reduce the deviation of the impervious area ratio that occurs depending on the degree of construction of land surface condition data. The average impervious area ratio by land use that can be applied to the calculation of the urban impervious area ratio was derived by statistically analyzing the distribution characteristics of the impervious area ratio by land use according to the urban watershed conditions. In urban watersheds, the change in impervious area ratio over the past 20 years has continuously increased in watersheds with an impervious area ratio of less than 60%, and decreased in watersheds with a high impervious area ratio of 60% or more. The average impervious area ratio by land use applicable to the land use technique is “Residential area” 84.0%, “Residential and commercial mix” 93.6%, “Commercial and business facilities” 89.8%, “Industrial land” 84.8%, “Public land” 47.3%, “Transportation facility” 93.3%, “Urban revitalization facility” 61.1%, “Bare land” 17.6%, “Special area” 11.4%, “Forest and open space” 3.5%, “Rivers and lakes” 9.2%. As a result of examining the adequacy of the average impervious area ratio by land use, the difference between the calculated value of the impervious area ratio using land use techniques and the actual impervious area ratio of the biotope map ranged from -3.0%p to 2.6%p at the significance level of 95%. In addition, when the watershed condition is applied, the difference ranged from -2.3%p to 1.7%p. By applying the average impervious area ratio by land use derived in this study, it was found that the impervious area ratio of the target urban watershed could be calculated within a deviation of ±3%p.

본 연구의 목적은 안성천 상류 공도유역(366.5km²)을 대상으로 SWAT 모형을 이용하여 미래 기후변화 평가에 있어, 미래의 토지이용변화를 동시에 고려하면 수문학적 거동에 얼마나 영향을 주는지를 분석하고자 하였다. 미래기후변화 시나리오는 HadGEM3-RA의 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하여 2030s (2020-2039)과 2050s (2040-2059) 기간으로 나누어 적용하였으며, 토지이용변화는 도시성장 시나리오에 따른 회귀모형 기반의 CLUE-s 모델을 이용하였다. 기준년(1976-2005) 대비 미래 강수량은 RCP 4.5에서 2030s에 최대 5.7%의 감소, 2050s에는 최대 18.5% 증가하였고, 미래 기온은 2030s RCP 4.5에서 최대 1.8°C, 2050s RCP 8.5에서 최대 2.6°C 증가하였다. 미래 토지이용은 2050년 도시지역이 58.6% (29.0 km²에서 46.0 km²) 증가하는 것으로 예측되었다. SWAT 수문 검보정은 14년(2002-2015) 동안의 공도관측소 일유량 자료를 이용하였으며, 저유량 모델효율의 향상을 위하여 2014-2015년 연속 가뭄년을 대상으로 보정을 실시한 결과, 하천유량(Q)과 1/Q을 대상으로Nash-Sutcliffe 모델효율은 각각 0.86과 0.76이었다. 미래 기후변화 시나리오만을 적용한 결과, 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 24.2% 감소하다가 2050s RCP 4.5에서 최대 10.9% 증가하는 변화를 보여주었다. 한편, 기후변화와 더불어 미래의 토지이용변화를 함께 고려한 경우는 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 14.9% 감소, 2050s RCP 4.5에서 최대 19.5% 증가하는 변화를 보여주어, 미래 기후변화에 따른 유역의 수문평가 시, 도시성장이 기대되는 유역 등 미래의 토지이용변화가 클 가능성이 있는 유역에 대해서는 토지이용변화 요소를 고려할 필요가 있다고 생각된다.

The purpose of this study was to analyse the runoff characteristics of non-point pollution sources in an urban watershed and determine the effectiveness of newly installed riverwater treatment system to reduce water pollution caused by storm runoff in the urban watershed. The results of this study showed that the levels of BOD5 and suspended solid were highly influenced by first-flush effect and the pollutant load of those two parameters were also very high in the urban watershed. Meanwhile, the effectiveness of riverwater treatment system to reduce the levels of BOD5 and suspended solid was relatively high, but those to reduce the levels of T-N and T-P was low, which needs some additional unit treatment process such as filtration and coagulation. Nonetheless, the riverwater treatment system tested was relatively simple in installation and operation, effective in removing many water pollutants and, most importantly, does not require much space as other treatment systems, so it could be an attractive alternative option to reduce riverwater pollution caused by storm runoff in urban watersheds.

본 연구에서는 도시하천 유역의 신뢰성 높은 수문해석을 위해 지역적 성향을 고려한 도달시간 및 저류상수 공식을 개발하였다. 이를 위해 국내 대표 도시하천 유역인 중랑천, 탄천, 안양천, 홍제천 내 13개 유역을 대상으로 지역적 성향이 없는 유역특성인자와 지역적 성향이 있는 도시 및 강우특성인자를 분석하였으며, 단계적 다중회귀분석을 통하여 공식을 개발하였다. 개발된 공식은 국내외 경험식들과 함께 도시하천 유역에 대해 정확도를 비교 평가하였다. 분석결과 본 연구에서 개발한 공식의 계산값이 다른 경험식들에 비해 더욱 정확하게 모의하였으며 오차합, 평균오차, 평균제곱근오차 또한 가장 낮은 것으로 나타났다. 본 연구는 도시하천 유역이라는 지역적 성향을 고려하여 공식을 개발함으로써 기존 국내외 경험식들보다 더 나은 결과를 제시하였다는 측면에서 가치가 있다고 판단된다.

Jeju Island, the heaviest raining area in Korea, is a volcanic Island located at the southernmost of Korea, but most streams are of the dry due to its hydrological/geological characteristics different from those of inland areas. Therefore, there are limitations in applying the results from the mainland to the studies on stream run-off characteristics analysis and water resource analysis of Jeju Island. In this study, the SWAT(soil & water assessment tool) model is used for the Hwabuk stream watershed located east of the downtown to calculate the long-term stream run-off rate, and WMS(watershed modeling system) and HEC-HMS(hydrologic modeling system) models are used to figure out the stream run-off characteristics due to short-term heavy rainfall. As the result of SWAT modelling for the long-term rainfall-runoff model for Hwabuk stream watershed in 2008, 5.66% of the average precipitation of the entire basin was run off, with 3.47% in 2009, 8.12% in 2010, and root mean square error(RMSE) and determination coefficient(R2) was 496.9 and 0.87, respectively, with model efficient(ME) of 0.72. From the results of WMS and HEC-HMS models which are short-term rainfall-runoff models, unless there was a preceding rainfall, the runoff occurred only for rainfall of 40mm or greater, and the run-off duration averaged 10～14 hours.

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 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.

본 연구의 목적은 다양한 하수관망과 하천을 포함하는 복잡한 토지이용으로 구성된 도시유역으로서는 비교적 유역면적이 큰 유역의 홍수예보모형으로 수문모형과 수리모형을 연계하는 방법을 제안하고, 이를 유역면적이 약 에 해당하는 중랑천 유역에 적용하여 적용 가능성을 평가하고자 한다. 본 연구에서 수문모형으로는 SWMM과 수리모형으로서는 HEC-RAS 모형을 선정하였으며, 적용대상유역인 중랑천 유역은 25개의 소유역으로 구분되었다. SWMM모형은 각 소배수구역의

선행연구에서 제안된 건천화 방지를 위한 유역통합관리 절차를 안양천 중상류 유역에 적용한 결과이다. 특히 대상 유역에 대한 물순환 흐름을 파악하기 위한 구체적인 자료 및 취득방법을 제시하였고, 중유역별 상태파악 및 대안 선택에 PSR 모형을 사용하여 지속가능성에 대한 개념이 반영하였으며, 지수산정 방식은 다단계 다기준 의사결정알고리즘 중 하나인 복합계획법을 사용하는 등 구체적인 방법을 제시하였다. 또한 대상유역에 대해 구체적인 건천화 방지 대안을 제시하였

본 연구에서는 도시하천의 건천화 방지를 위한 지속가능한 수자원계획을 수립하기 위한 절차를 Heathcote가 제안한 다음과 같은 7단계를 토대로 제시하였다. 단계별 절차는 (1) 유역의 물순환 관련 요소 파악, (2) 문제점 도출 및 우선순위의 결정, (3) 분명하고 구체적인 목표의 설정, (4) 모든 대안의 제시, (5) 가능한 대안의 선별, (6) 선별된 대안의 효과분석, (7) 최종대안의 수립으로 이루어져 있다. 대상 유역의 정량적인 평가를 위한

본 연구에서는 안양천 중상류 유역에 대해 SWAT 모형을 이용하여 현재(2000년)의 토지이용 및 지하수 취수량(2000년)을 토대로 유황곡선을 도출하고 개발이전의 토지이용(1975년)과 지하수 취수가 전혀 없는 이상적인 상태에서 유황곡선을 도출하여 비교 분석하였다. 또한 기존의 갈수량과 항목별 필요유량을 비교하여 큰 값으로 하천유지유량을 설정한 것과 본 연구에서 수행한 유황들을 비교하였다. 그 결과 오전, 삼성, 삼막, 수암천의 경우, 현재의 상태와

유역통합관리의 이론을 적용한 의사결정지원 시스템을 구축하기 위해서는 Heathcote (1998)가 제안한 다음과 같은 7단계를 수행하는 것이 바람직하다. 단계별 절차는 (1) 대상유역에 대한 정보수집, (2) 문제점 도출 및 우선 순위의 결정, (3) 분명하고 구체적인 목표의 설정, (4) 모든 대안의 제시, (5) 가능한 대안의 선별, (6) 선별된 대안의 효과분석, (7) 최종대안의 수립으로 이루어져 있으며 본 연구는 단계의 과정에 해당된다. 1단

This study was conducted to identify the runoff characteristics of non-point source according to rainfall in Dalseo and Daemyung watershed. Land-uses of the Dalseo and Daemyung watershed were surveyed to urban 72.1% and mountainous 6.7%, and urban 49.3% and mountainous 20.5%, respectively. Mean runoff coefficients in each area were estimated to Dalseo watershed 0.49 and Daemyung watershed 0.16. In the relationship between the rainfall and peak-flow correlation coefficients(r) were determined to Dalseo watershed 0.9060 and Daemyung watershed 0.5620. In the relationship between the antecedent dry period and first flow runoff correlation coefficients(r) were determined to Dalseo watershed 0.7217 and Daemyung watershed 0.2464. In the relationship between the rainfall and watershed loading, exponent values of SS in Dalseo and Daemyung watershed were estimated to 0.54 and 0.496, respectively.

도시유역의 유출분석을 위하여 국내에서 많이 사용하고 있는 모형들로는 ILLVDAS, SWMM이 대표적이라고 할 수 있다. 그러나 국내의 대부분의 도시하천의 경우 합류식의 배수계통을 가지고 있어, 홍수시에 하수관거용량을 초과하는 우수량은 하천을 통해 배수가 되고 있다. 이러한 배수계통을 갖는 하천에 대하여 대상유역의 배수관망 자료 부족과 Modeling의 어려움으로 인해 도시유출모형이 아닌 HEC-HMS 모형과 같은 유역추적법을 통해 유출분석이 이루어지고

시가지의 확장과 개발 등으로 인한 도시에서의 강우-유출현상은 자연하천유역에 비하여 더욱 복잡한 양상을 가지며, 실제 유역의 변화로 인하여 모형의 적용이 매우 어려운 편이다. 본 연구에서는 SW 모형과 전문가 시스템을 적용하여 도시화 유역에서의 유출 특성을 파악하였다. 연구 유역으로는 대전광역시에서 노은지역을 선정하였으며, 실제 유역 및 시설자료, 강우, 유출자료와 다양한 강우강도식을 사용하였다. 매개변수의 추정 과정을 위하여 전문가시스템을 사용하였으며,

The objectives of this study is to evaluate the total runoff yield, peak flow and peak flow travel time depending on the urbanization, return period and rainfall patterns at the downstream of Manchon urban watershed in TaeGu City. SWMM(Storm Water Management Model) is used for runoff analysis based on 5 different steps of urbanization and 4 different types of Huff`s quartile according to 8 return periods. It is analyzed that the order of total runoff yield according to rainfall patterns is Huff`s 4, Huff`s 2. Huff`s 3 and Huff`s 1 quartile, that of peak flow magnitude is Huff`s 2, Huff`s 1, Huffs`4 and Huff`s 3 quartile at present development ratio. under the 60, 70, 80 and 90% of urbanization to the 50% of urbanization by means of the rainfall patterns, the mean increasing ratio of total runoff yield for each case is 4.55, 11.43, 16.07 and 20.02%, that of peak flow is 5.82, 13.61, 17.15 and 18.83%, the mean decreasing ratio of peak flow travel time is 0.00, 2.44, 5.07, and 6.26%, the mean increasing ratio of runoff depth is 4.51, 11.42, 16.02 and 20.05%, respectively. the mean increasing ratio of total runoff yield by means of each return period & Huff`s 3 quartile is 4.86, 12.11, 17.14 and 21.56%, that of peak flow is 5.89, 13.97, 17.82 and 19.71%. Therefore, as the result of this study, it can be used for principal data as to storm sewage treatment and flood damage protection planning in urban small watershed.