Earticle

서낙동강 유역의 대부분은 농경지와 임야로 이루어져 있으며, 서낙동강은 상하류에 위치한 수문으로 인해 자연적인 하천흐름이 원활하지 않은 정체수역으로서 비점오염원등의 오염원으로 인해 수질이 점점 악화되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 수문운영에 따른 서낙동강의 유량과 수질 거동을 모의하였다. SWAT 모형을 검보정하기 위하여 2006년에서 2007년까지 서낙동강 주요 지류의 5개의 수위관측소 지점에서 유량 및 수질을 측정하였다. 민감도 분석을 수행한 이후에 유량과 수질의 보정 결과로 R2값은 각각 0.86과 0.70으로 나타났다. 검증기간에서의 R2값은 각각 0.81과 0.51로 나타났다. 수문 운영에 따른 수질모의 결과, 수문개방시 BOD 농도는 감소하는 경향을 보였으며, TN과 TP도 BOD와 유사한 경향을 보였다. 본 연구에서는 유역단위의 시공간적인 수문 및 수질 모의가 가능한 SWAT 모형을 사용하여 서낙동강의 수질관리를 위한 수문 운영 기법을 검토하였으며, 이를 활용하여 수문 운영자는 갈수기 수질향상을 위한 최적의 유입량 및 방류량을 결정할 수 있을 것으로 판단된다.

The dominant land use at the Seonakdong river watershed is paddy and forest areas and the Seonakdong river stands still. Thus, the water pollution in the Seonakdong river is becoming more serious for the non-point source. In this study, SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model was evaluated for simulation of flow and water quality behaviors in Seonakdong river. To perform the calibration and verification of the SWAT model, the measurements of discharge and water quality were performed for the period from 2006 to 2007 at 5 gauging stations in Seonakdong river. The R2 value for discharge and water quality were 0.86 and 0.70 respectively for calibration after the sensitive analysis. The R2 value for discharge and water quality were 0.81 and 0.51 respectively for verification. The simulation results show that BOD value in the river tends to decrease after the opening of gates and the patterns of TN and TP concentrations are similar as that of BOD. The gate operators need to determine how to supply water in drought season for effective water quality improvement. This study shows that the SWAT model, which is capable of simulating hydrologic and water quality behaviors temporarily and spatially at watershed scale, could be used to get the gate operation rule for the water quality management in Seonakdong river.

프탈레이트는 가소제 및 산업·생활계 유래 오염물질로, 토양과 퇴적물에 축적된 후 강우 시 수계로 유출되는 반휘발성 유기오염물질이다. 플라스틱 및 고분자 소재의 사 용 확대에 따라 하천 및 호소에서의 프탈레이트 검출 빈도와 농도가 증가하고 있으며, 내분비계 교란 및 수생태계 독성 등 환경·인체 위해성 문제가 제기되고 있다. 최근까 지의 국내외 연구는 주로 현장 농도 조사와 실험적 흡착 특성 규명에 집중되어 왔으 나, 강우 사건에 따른 부하 변동성과 물질별 장기 체류 특성을 포함한 거동을 정량적 으로 규명하기에는 한계가 있다. 이러한 특성을 평가하기 위해서는 유역 규모에서 강 우 유출 과정과 하천 내 퇴적·재부유 과정을 통합적으로 고려한 모의가 요구되나 이러 한 통합적 유역 모델 기반 연구는 아직 제한적인 상황이다. 따라서 본 연구에서는 안동댐 유역을 대상으로 SWAT 모델의 pesticide 모듈을 활용 하여 프탈레이트(DMP, DEP, DEHP)의 유역 내 이동 및 하천 거동을 정량적으로 분석 하고자 하였으며, 물질별 분배계수(Koc), 토양-퇴적물 흡착 특성 등의 물성특징을 반영 하고, 소유역 단위 오염원 입력 시나리오를 구성하여 하천에서 용존상과 퇴적물 흡착 에 따른 매질 간 이동 특성을 비교하였다. 모의 결과, DMP와 DEP는 용존상 비율이 높아 강우 발생 시 즉각적인 농도 및 부하 증가가 나타났으며, 유입 중단 이후 약 2 개월 내 빠르게 감쇠하는 경향을 보였다. 반면 DEHP는 퇴적물에 강하게 흡착되어 낮 은 강우강도가 발생하는 기간 동안 하상에 축적된 후 높은 강우강도 조건에서 재부유 와 함께 급격한 부하 피크가 발생하였다. 특히 DEHP는 유입 종료 이후에도 약 8개월 수준의 장기 잔류 특성이 나타나 물질별 체류시간과 회복 속도에 뚜렷한 차이가 확인 되었다. 이와 같은 결과로 유역 규모 유해유기물 관리에서 강우에 따른 대응과 퇴적물 관리의 중요성을 시사한다.

SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형 내 MUSLE(Modified Universal Soil Loss Equation) 유출인자의 계수 및 지 수는 각각 11.8과 0.56으로 토지이용별 토양유실 산정에 동일하게 적용되는 문제점이 있다.이는 결과적으로 토양유실량을 과 대 또는 과소 평가할 수 있으며, 결과적으로 우심지역 선별과 저감 대책에 따른 효율 평가에 문제를 발생시킬 수 있다. 그러 나 아직까지 토지이용별 MUSLE 유출인자에 대한 계수 및 지수 산정과 이에 대한 SWAT 모형 내 적용성 평가가 이루어진 바 없다. 따라서 국내 유역을 대상으로 토양유실 발생 및 거동을 정확하게 예측하기 위해서는 토지이용별 유출인자의 계수 및 지수 산정과 이에 대한 SWAT 모형 내 적용성 평가가 필요하다. 이에 본 연구에서는 가아천 유역을 대상으로 토지이용별 유출인자의 계수 및 지수를 산정하고, SWAT 모형 내 적용에 따른 토양유실 및 유사유출 발생량 차이를 비교 분석하였다. 본 연구에서 산정된 토지이용별 유출인자의 계수 및 지수는 국내 고랭지 유역에서의 토양유실 발생 특성을 잘 반영하고 있는 것으로 분석되었다. 또한 토지이용별 유출인자의 계수 및 지수 적용에 따라 유역에서의 토양유실 및 유사유출 발생량 값은 큰 차이를 보이는 것으로 분석되었다. 따라서 국내 유역을 대상으로 기존에 미국에서 개발된 MUSLE를 적용하기 위해서는 토지이용별 유출인자의 계수 및 지수에 대한 충분한 수정·보완 과정이 중요시되어야 할 것으로 판단된다. 향후 본 연구의 결 과는 비점오염원관리지역 내 토양유실 우심지역 선별과 토양유실 저감 대책 수립 및 평가를 위한 기초자료로 활용될 수 있으리라 판단된다.

The coefficient and exponent of the MUSLE(Modified Universal Soil Loss Equation) runoff factor in the SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model are 11.8 and 0.56 respectively, which are equally applied to the estimation of soil erosion regardless of land use. they could derive overestimation or underestimation of soil erosion, which can cause problems in the selection of soil erosion-vulnerable area and evaluation of reduction management. However, there are no studies about the estimation of coefficients and exponent for the MUSLE runoff factor by land use and their applicability to the SWAT model. Thus, in order to predict soil erosion and sediment behavior accurately through SWAT model, it is necessary to estimate the coefficient and exponent of the MUSLE runoff factor by land use and evaluate its applicability. In this study, the coefficient and exponent of MUSLE runoff factor by land use were estimated for Gaa-cheon Watershed, and the differences in soil erosion and sediment from SWAT model were analyzed. The coefficient and exponent of runoff factor estimated by this study well reflected the characteristics of soil erosion in domestic highland watershed. Therefore, in order to apply the MUSLE which developed based on observed data of US agricultural basin to the domestic watershed, it is considered that a sufficient modification and supplementation process for the coefficient and exponent of the MUSLE runoff factor depending on land use is necessary. The results of this study can be used as a basic data for selecting soil erosion vulnerable area in the non-point source management areas and establishing and evaluating soil erosion reduction management.

수문곡선의 감수부는 기저유출의 특성을 반영하기 때문에 강우유출 모형과 기저유출분리법을 이용한 기저유출 산정과정에서 감수부의 특성을 고려해야한다. 따라서 본 연구는 감수특성을 고려하여 Soil and Water Assessment Tool(SWAT)의 보정에서 유량예측의 정확성을 높이고, 보정된 SWAT으로부터 예측된 유량으로부터 기저유출을 분리하고자 하였다. 이를 위하여 RECESS으로부터 산정된 alpha factor와 11개의 다른 매개변수를 자동보정모듈에 적용한 시나리오 (S1)와 SWAT의 매개변수인 alpha factor를 포함한 12개의 매개변수를 자동보정모듈에 적용한 시나리오 (S2)에대해 SWAT을 이용해 유량 모의를 하였다. 또한, 두 시나리오에 대해 SWAT으로 예측된 유량을 Web-basedHydrograph Analysis Tool (WHAT)을 적용하여 기저유출을 산정하였다. 보정 결과는 유량에 대한 두 시나리오의Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 값들 사이에 큰 차이는 보이지 않았으나 기저유출의 경우 S1에 대한 NSE는 0.777이고,S2의 NSE 결과는 0.844로 다소 큰 차이를 보였다. 연평균 유량의 분포의 정량적 비교를 위한 관측유량과 상대오차를산정하였으며 S1에 대하여 20.78%, S2에 대하여 6.59%의 상대오차를 보였다. 본 연구는 모형을 이용하여 예측된 유량으로부터 기저유출을 산정하는데 있어 감수부 특성의 중요성을 보여주었다.

Recession of hydrograph gives a significant contribution to estimation of baseflow using rainfall-runoff models and baseflowseparation methods, because recession affects baseflow. This study attempted to enhance the accuracy of streamflow predictionsusing a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and to separate baseflow from the predicted streamflow. For this, thisstudy used two scenarios: 1) to calibrate eleven parameters using an auto-calibration tool with the alpha factor obtained fromRECESS (S1); and 2) to calibrate twelve SWAT parameters including alpha factor (one of SWAT parameters) using anauto-calibration tool (S2). Then, baseflow spearation from the predicted streamflow was conducted by using Web-basedHydrograph Analysis Tool (WHAT). The results show that there is no significant difference between Nash-Sutcliffe efficiency(NSE) values of S1 and S2 for calibrations to streamflow. However, calibrations to baseflow showed that NSEs are 0.777 forS1 and 0.844 for S2, which means a significant difference. Quantitatively compared to the observed streamflow, relative errorswere 20.78 % for S1 and 6.59 % for S2. Finally, this study showed the importance of recession in baseflow separated fromthe predicted streamflow using a rainfall-runoff model.

기후변화로 인해 폭우 및 재해들이 일어나고 있다. 특히 강우강도가 커짐에 따라 토사유출도 심해지고 있다. 이에 따라효율적인 수자원 및 수질 관리를 위해 지하수 함양량과 기저유출, 그리고 토사유출 현황을 평가 하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 대표적인 급경사지 유역인 양구 해안면 유역에 미래기후변화 시나리오를 적용하여 지하수 함양량, 기저유출량, 유사량을 전망하였으며, 또한 유역의 경사도를 완만하게 줄임으로서 지하수 함양량, 기저유출량, 유사량의 변화를 분석하였다. 모의 기간을 2013~2040년, 2041~2070년, 2071~2100년으로 나누었으며, 급경사지 유역보다 유역의 경사도를 완만하게 줄인 경우가 지하수 함양량이 평균 50% 증가되었으며, 기저유출량도 약 42% 증가되었다. 유사량은 급경사지 유역보다 경사도를 완만하게 줄였을 경우가 72% 유사량이 줄어드는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과에서 보이는 바와 같이 경사도를 완만하게 적용하면 유역 내 지하수 함양량 및 기저유출량이 증가하고, 유사량을 저감 시킬 수 있는 것으로 분석되어 향후 탁수에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.

Climate change has caused detrimental phenomena such as heavy rainfall which could aggravate soil erosion. Accordingly, itis needed to evaluate the groundwater recharge, baseflow, and soil erosion for the efficient management of water resourcesand quality. In this study, future climate change scenarios were applied to the H aean-myeon watershed which is a steepsloping watershed in South Korea to analyze groundwater recharge, baseflow, sediment. Also, the variation of groundwaterrecharge, baseflow, sediment was analyzed according to the change of slope (5 %). Simulated periods were divided intothree terms (2013 ~ 2040 years, 2041 ~ 2070 years, 2071 ~ 2100 years). As a result of this study, average groundwaterrecharge and baseflow increased by 50 %, 42 %, and sediment decreased by 72 %, respectively. In these regards, thesuggested method will positively contribute to hydro-ecosystem and reduction of muddy water at a steep sloping watershed.

최근 하수처리, 홍수조절, 광산침출수, 농업유출수 등의 처리에 습지를 이용하려는 시도가 증가하고 있다. 하지만 장기모니터링의 어려움으로 인해 습지에 대한 장기간의 자료들이 부족하여 습지의 올바른 이용이 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 장기간의 자료 생성을 목적으로 한 수문분석의 일환으로 장기유출 수문모형인 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)모형을 이용하여 토평천 유역의 우포, 목포, 사지포, 쪽지벌에 대한 저류량을 모의하였다. 이를 바탕으로 토평천 유역에 천변저류지를 조성하는 가상 시나리오를 작성하여 조성된 천변저류지의 저류량 거동을 분석하였다. 천변저류지의 조성에 따른 우포늪의 저류량 변화를 분석한 결과 천변저류지 조성에 따라 우포늪도 일정 정도의 영향을 받을 수 있음이 파악되었다.

In recent days, the cases of using wetlands in treating waste water, storm events, mining leachate, and agriculture effluents are increasing. But there is the lack of the data for wetlands because of the difficulty in long term monitoring. Such an aspect makes the proper use of wetland impractical. In this study for the purpose of generating a long term hydrologic data, the time series of storage amount for Upo, Mokpo, Sajipo, and Jjokjibeol in Topyeong watershed is simulated using SWAT model. Based on the SWAT-Topyeong model involved in several scenarios for constructing new washlands in Topyeong watershed, the temporal behavior of new washlands is analyzed. It is also revealed that the constructed washland can affect the Upo in some degrees.

수리계수는 하천의 수리학적 특성을 대표하는 인자라고 할 수 있다. 따라서 우리는 하천정비기본계획에 의하여 하천을 측량하고 그 측량성과를 바탕으로 수리계수를 산정하여 왔다. 이러한 수리계수는 하천의 홍수위, 유사량, 수질 산정을 위하여 중요한 매개변수로 활용할 수 있다. 하지만, 하천 측량성과가 없는 미계측 유역의 경우 수리계수를 산정할 수 없는 한계가 있는 것이 사실이다. 이러한 문제점을 극복하고자 SWAT 모형의 방법론을 검토하고 미계측 유역에서 수리계수를 산정하는 방안을 제시하였다.

A hydraulic coefficient is a factor representing the hydraulic characteristics of the stream or river. For that reason, we survey stream characteristics such as cross section for performing the stream improvement plan and then we calculate hydraulic coefficient based on its surveyed results. This hydraulic coefficient can be used as an important parameter to calculate flood water level in stream, sediment discharge and water quality. However, we cannot calculate the hydraulic characteristics in an ungaged basin. To overcome this problem, we used the SWAT model for calculating the hydraulic coefficient in the ungaged basin.

강우-유출 모의를 수행할 때 기상 및 강우관측소의 자료를 이용하는 것이 일반적이다. 그러나 유역면적이 클 경우 기상 및 강우관측소의 자료만으로 신뢰성 있는 유출량을 산정하기란 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이용되는 강우자료에 따라 준분포형 모형에 의해 산정되는 유출량에 미치는 영향을 검토하기 위해 대상유역에 위치하고 있는 기상관측소의 강우자료, 기상 및 강우관측소의 강우자료, 크리깅 기법에 의해 기상 및 강우관측소의 강우자료를 공간적으로 분포시켜 얻은 가상 지점의 관측 강우자료를 이용해 각 소유역의 면적 강우량을 산정하였다. 또한 각각의 강우자료들을 비교하였으며, 분포형 모형인 SWAT모형을 이용하여 각각의 강우자료에 따른 유출량을 비교 분석하였다. 본 연구는 공간 분포된 면적강우량을 이용해 산정된 유출량의 정확성을 검토하기 위한 것으로써 분석 결과, 공간 분포된 면적 강우량을 이용한 유출량이 기상 및 강우관측소의 강우량을 이용한 유출량보다 실제 유출량을 보다 더 잘 모의하는 것으로 나타났다. 이는 공간 분포된 강우가 실제 강우패턴을 가장 잘 반영한다고 할 수 있다.

In general, the rainfall-runoff simulation is performed using rainfall data from meteorological and observational rain gauge stations. However, if we only use rainfall data from meteorological and observational rain gauge stations for runoff simulation of a large watershed, the problem in the reliability of the simulated runoff can be occurred. Therefore, this study examined the influence of the rainfall data on the simulated runoff volume by a Semi-distributed model. For this, we used rainfall data from meteorological stations, meteorological and observational stations, and a spatially distributed rainfall data from hypothetical stations obtained by kriging method. And, we estimated the areal rainfall of each sub-basin. Also the estimated areal rainfall and the observed rainfall were compared and we compared the simulated runoff volumes using SWAT model by the rainfall data from meteorological and observational rain gauge stations and runoff volume from the estimated areal rainfall by Kriging method were analyzed. This study was performed to examine the accuracy of calculated runoff volume by spatially distributed areal rainfall. The analysis result of this study showed that runoff volume using areal rainfall is similar to observed runoff volume than runoff volume using the rainfall data of weather and rain gauging station. this means that spatially distributed rainfall reflect the real rainfall pattern.

해양 경찰특공대는 해상에서의 범죄 예방과 진압을 주된 임무를 수행하고 있으므 로 필연적으로 많은 외상사건에 노출되어 심각한 정신적인 문제와 업무의 효율성이나 가정생활에도 문제가 야기되며 종국적으로는 해양경찰전체에 부정적인 이미지 를 초래할 수 있다. 이 연구는 빈번한 외상사건에 반복적으로 노출된 해양 경찰특공대들을 대상으로 해양 경찰특공대의 인구사회학적 특성, 외상사건을 기준으로 외상후 스트레스 장 애 정도와 차이를 살펴보았으며 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 인구사회학적 변수와 외상사건의 종류에 따라 외상후 스트레스 장애를 경험 하는 정도에 차이가 있었으며, 다수의 외상사건을 경험한 경찰관이 외상후 스트레 스 장애가 높았다. 둘째, 해양 경찰특공대원의 1ㆍ2차 외상사건 경험이 외상후 스트레스 장애(PTSD)의 하위변수인 과각성, 침습, 회피에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 셋째, 해양 경찰특공대원들의 외상후 스트레스 장애 및 정신과적인 질병을 예방하고 관리하기 위하여 장기적이고 거시적인 정책수립이 필요하다.

Maritime Police SWAT team mainly performs prevention and suppression of crime on the seas. This work environment leads to various traumatic events, which in turn may cause serious problems in mental health, productivity and family, ultimately resulting in negative imagery of the Maritime Police in general. This study examines Marine Police SWAT teams repeatedly exposed to traumatic events for demographic characteristics and severity and differences in post traumatic stress syndrome(PTSD) based on the number of traumatic events encountered. Analysis results are as follows. First, experience of PTSD differentiated based on demographic characteristics and type of traumatic events, and police officers who experienced more traumatic events had higher levels of PTSD. Second, experience of primary and secondary traumatic events influenced PTSD subvariables, which are oversensitivity, reflash, and avoidance. Third, the study recommends a long-term general policy for management and prevention of PTSD and other mental health problems of Maritime Police SWAT teams.

농업 지역에서의 비점 오염원에 대한 기작과 발생을 해석하기 위해 많은 노력이 진행되고 있다. 또한 우리나라뿐 아니라 다른 나라에서도 수질 악화가 점점 심해지고 있는 것이 사실이다. 비점 오염물질은 직접유출과 기저유출로 분리되어 하천으로 이동된다. 보통 지하수는 지표수에 비여 수질이 양호하다고 여기지만 농업지역에서의 오염된 하천 주위의 지하수 오염은 심각할 수 있다. SWAT 모형은 용성 및 정확도가 높기 때문에 수문 및 수질 연구에 있어 국내외에서 널리 사용되고 있다. 하지만 SWAT 모형은 소유역별 수문학적 반응단위인 HRU를 이용하여 유역 내 수문 및 수질을 평가하는데, 소유역 내 HRU의 공간적인 정보를 표출하도록 되어 있지 않기 때문에 다양한 영농방법이 지표수 및 지하수에 미치는 영향을 공간적으로 분석하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 SWAT 모형의 단점을 개선할 수 있는 SWAT HRU Mapping module을 개발하였으며 이를 횡계 2리 유역에 적용하여 지하수 함양량 및 대수층 유입 $NO_3-N$ 부하량 및 농도를 분석하였다. 이에 따라 농경지에서 대수층으로 유입되는 $NO_3-N$ 부하량이 산림에 비해 상당히 많은 것으로 분석되었다. 또한 같은 밭 지역이라고 해도 재배되는 작물의 종류 및 시비량 등에 따라 대수층으로 유입되는 오염부하에는 상당히 다른 영향이 있을 수 있으며, 재배작물과 토양 특성에 따라 $NO_3-N$이 대수층으로 유입될 것으로 판단된다. 본 연구에서 개발된 SWAT HRU Mapping module은 유역에서의 기저유출을 통한 오염원의 시공간적 분석을 하는 데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

The numerous efforts have been made in understanding generation and transportation mechanism of nonpoint source pollutants from agricultural areas. Also, the water quality degradation has been exacerbated over the years in many parts of Korea as well as other countries. Nonpoint source pollutants are transported into waterbodies with direct runoff and baseflow. It has been generally thought that groundwater quality is not that severe compared with surface water quality. However its impacts on groundwater in the vicinity of stream quality is not negligible in agricultural areas. The SWAT model has been widely used in hydrology and water quality studies worldwide because of its flexibilities and accuracies. The spatial property of each HRU, which is the basic computational element, is not presented. Thus, the SWAT HRU mapping module was developed in this study and was applied to the study watershed to evaluate recharge rate and $NO_3-N$ loads in groundwater. The $NO_3-N$ loads in groundwater on agricultural fields were higher than on forests because of commercial fertilizers and manure applied in agricultural fields. The $NO_3-N$ loads were different among various crops because of differences in crop nutrient uptake, amount of fertilizer applied, soil properties in the field. As shown in this study, the SWAT HRU mapping module can be efficiently used to evaluate the pollutant contribution via baseflow in agricultural watershed.

비점오염원에 의한 수질오염은 지표수 오염과 지하수 오염으로 분리될 수 있는데 보통 지하수는 지표수에 비하여 수질이 양호 하다고 여겨지만 오염된 하천 주위의 지하수 오염이 심각할 수 있다. 이러한 지하수에 의한 오염원을 산정하고 분석하기 위해 여러 가지 수문관련 공식이나, HSPF, MODFLOW, SWAT 모형 등이 사용되고 있는데 이 중, SWAT 모형은 다양한 작물 및 재배방법이 지표수 및 지하수 수질에 미치는 영향을 유역단위로 평가가 가능하여 국내 외 에서 널리 활용되고 있다. SWAT 모형은 소유역별 수문학적 반응단위인 HRU를 이용하여 유역 내 수문 및 수질을 평가하는데 소유역내 HRU의 공간적인 정보를 고려하지 않는 준 분포형 모형으로 다양한 영농방법이 지표수 및 지하수에 미치는 영향을 공간적으로 분석 하는데는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 SWAT 모형의 단점을 개선하여 공간적으로 분석할 수 있는 SWAT HRU Mapping module을 개발하였고 강원도 평창군 대관령면 횡계2리 지역에 적용하여 지하수 함양량 및 대수층 유입 $NO_3$-N 부하량 및 농도를 분석하였다. 적용결과, 횡계2리 유역의 2006년 대수층 유입 $NO_3$-N 부하량 및 농도를 비교하면 일반적으로 농경지에서의 대수층 유입 $NO_3$-N 부하량이 큰 것으로 나타났고, 대부분 농경지에서 대수층으로 유입되는 $NO_3$-N의 농도가 산림에 비해서 상당히 높은 것으로 분석되었으며 2007년의 결과도 비슷한 경향이 나타났다. 본 연구의 결과에서와 같이 같은 밭이라 하더라도 재배되는 작물의 종류 및 시비량 등에 따라 대수층으로 유입되는 오염부하에는 상당한 영향이 있을 수 있으며, 또한 재배 작물과 토양 특성에 따라 $NO_3$-N이 대수층으로 유입될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 개발된 HRU Mapping Module은 유역에서의 수질 개선시기저유출을 통한 오염원의 시공간적 분석을 하는데 매우 유용하게 활용될 수 있으리라 판단된다.

SWAT을 구동하기 위해서는 유역의 지형자료와 시계열 자료뿐만 아니라 토지경작과 오염물질의 거동에 관계하는 많은 비공간 데이터가 필요하다. 이와 같이 방대한 자료를 이용하여 효과적으로 SWAT을 구동하기 위하여 GIS 시스템과 SWAT을 연계 운영할 수 있는 프로그램을 개발하고, 이를 실무에 이용하고 있다. 본 연구에서는 HyGIS(과학기술부, 2004)와 SWAT2000 모형의 연계 시스템인 HyGIS-SWAT의 개발을 위하여 HyGIS-SWAT 데이터 모델을 기반으로 하는 시스템의 운영프로세스를 정립하였으며, 이에 따른 데이터베이스를 설계 및 구축 하였다. 또한 SWAT2000 모형의 구동에 필요한 HRU를 계산하기 위한 알고리즘을 개발하였으며, 입력매개변수의 자동계산 모듈을 개발하였다. 연구결과 HyGIS-SWAT의 시범 시스템을 개발할 수 있었으며, HyGIS-SWAT 데이터 모델과 HyGIS-Model 통합시스템의 운영표준은 HyGIS를 이용한 응용프로그램 개발에 효과적으로 이용될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 HyGIS-SWAT의 개발과정에서 축적된 기술은 HyGIS와 다양한 수자원 모형의 연계 시스템 개발 시에 기반기술로 이용될 수 있을 것이다.

토지이용변화는 환경 변화에 영향을 주는 대표적인 인자이기 때문에 수문 모델링에 있어서 상당히 중요하다. 특히 급격한 도시화가 이루어지는 지역에 대해서는 토지이용변화를 반드시 고려하여야 한다. 인구와 지형자료를 이용하여 토지이용변화를 모의할 수 있는 CLUE-S 모델이 개발되었지만 아직까지 대부분 수문모델은 토지이용변화를 고려하지 못하고 있었다. 이에 Pai, N. 와 D. Saraswat은 SWAT2009_LUC Tool를 개발하여 시공간적으로 변화하는 토지를 고려한 수문모의를 가능하도록 하였다. 하지만 SWAT2009_LUC는 새로운 종류의 토지이용종류를 고려할 수 없어 유역 내 새로운 토지이용도가 추가될 시 이를 모의할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 Friedrich J. Koch Koch는 Land use Update and Soil Assessment(LUPSA)를 개발하여 새로운 토지이용도 및 변화된 토지이용도의 경사도를 추가적으로 고려할 수 있도록 하였다. 하지만 LUPSA 모듈은 공개되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 SWAT 사용자들이 토지이용변화를 많이 고려할 수 있도록 Web 기반의 LUC 모듈을 개발하였으며, SWAT BFlow Alpha Factor와 경사도 기반의 CN을 산정할 수 있는 모듈을 추가하였다. 본 연구에서 개발된 Web 기반의 LUC는 국내뿐만 아니라 해외 SWAT 사용자들로 하여금 급격하게 토지가 변화한 유역에 대해 정확한 수문모의를 하는데 기여할 것이라 판단된다.

본 연구에서는 연천지역의 개발 가능한 지하수의 양을 추정하기 위해 분포형 수문모형 SWAT-K를 이용하여 토지이용, 토양분포 특성에 따른 함양량을 산정하였다. 모형의 검보정 결과 관측유량과 모의유량의 결정계수가 0.75~0.97로 양호하게 나타났으며 계산된 지하수 함양량은 겨울과 봄에 걸쳐 낮은 함양률을, 여름철에는 높은 함양률을 나타내는 시공간적 특성을 보였다. 계산된 연평균 함양률을 자연유량의 기저유출률과 비교하여 추정된 함양량의 타당성을 검토하였다. 지하수 개발가능량은 통계학적 빈도해석 기법을 이용한 10년 빈도 갈수시의 함양량으로 산정하여 연강수량의 11.5%인 것을 확인할 수 있었다.

The availability of groundwater in the Yeoncheon area, South Korea, was estimated using the distributed hydrological model SWAT-K to calculate recharge rates based on land use and soil distribution. Model calibration and validation results were consistent between observed and simulated streamflows, with coefficients of determination of 0.75~0.97. Calculated groundwater recharge rates varied temporospatially, with lower rates in winter and spring than in summer. Estimated recharge rates were compared with the baseflow index of natural streamflow to assess the validity of estimated recharge amounts. Groundwater development potential was determined by calculating the recharge amount for a 10-year period by statistical frequency analysis, confirming it to be 11.5% of annual precipitation.

기후변화로 홍수 및 가뭄의 빈도 증가로 인해 수자원 부족 현상이 지속되고 있다. 하천유량은 기저유출과 직접유출으로 구성되어 있으며 갈수기의 유량의 대부분은 기저유출로 이루어져 있다. 기저유출의 감소는 어류의 서식지 감소, 수질 악화 등 부정적인 영향을 하천 환경에 준다. 하천의 유역별로 직접유출과 기저유출을 분리하여 기저유출량을 정량적으로 산정하고 그 변동성을 해석하는 것은 유역관리에 있어 반드시 필요하다. 기저유출 분리 방법 중 BFlow (Baseflow filter program)는 유역 단위 모형인 SWAT과 연계되어 장기유출에 대한 기저유출 특성을 파악하는데 사용되어 왔다. BFlow는 유역의 특성에 따라 총 3개의 filter 중 한 개를 선택하여 하천유량에 대한 filter의 통과량으로 기저유출을 계산하며 총 세 번의 filter값을 각각 pass 1 ~ 3로 표현한다. 기존의 연구에서는 pass 1, pass 2를 이용해서 기저유출을 산정하였으나 pass 2보다 pass 1의 첨두가 하천유출수문곡선의 하강부에 있는 변곡점에 접근하여 기저유출이 분리된다. 또한, BFlow에서 기저유출 분리시 단일 β parameter가 적용되며 수문곡선의 감수부에 민감도가 높은 변수이다. SWAT 모형을 통해 모의된 유출량은 실측자료를 기반으로 검,보정하였고 모의 결과의 기저유출량과 BFlow의 β parameter를 유황별로 적용한 pass 1의 기저유출량 결과를 비교하였다. 기존 SWAT 기저유출량보다 수정된 BFlow를 통해 하천유량에서 기저유량을 분리한 결과가 수문곡선감수부의 변곡점에 기저유출 첨두가 위치되는 것으로 분석되어 유황별로 β parameter를 적용시켜 감수부 특징을 반영할 수 있게 수정하였다고 판단된다. 본 연구의 결과는 하천 및 유역 환경 관련 정책 수립 시 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

정확한 강우-유출 해석은 하천 홍수예경보, 댐 유입량 산정 및 방류량 결정 등 수자원 관리 및 계획수립에 있어 중요하며 밀도높은 관측망(raingauge network)으로 부터 수집된 강우 자료는 강우-유출 해석의 가장 중요한 기초 자료로 활용된다. 본 연구 대상 지역인 메콩강 유역은 국가공유하천(6개국: 중국, 라오스, 태국, 미얀마, 베트남, 캄보디아)은 기초 자료 수집이 어렵고, 구축된 자료의 양적, 질적 품질이 국가별로 상이하여 수문해석 결과의 불확실성을 높일 우려가 있다. 최근 원격탐사 기술의 발달로 격자형 글로벌 강수자료의 획득이 용이해졌으며, 이를 활용한 다양한 연구들이 수행된 바 있다. 이에 본 연구에서는 준 분포모형인 SWAT (Soil & Water Assessment Tool) 모형을 활용하여 격자형 위성 강수 자료(TRMM, GSMaP, PERSIANN-CDR)와 격자형 지점 강수 자료(APHRODITE, GPCC)의 메콩강 유역 강우-유출 모의에 대한 성능을 평가하였다. 유출량 산정을 위한 관측소로는 Luang Prabang, Pakse, Stung Treng, Prek Kdam 관측소를 선정하였으며 지점강수량 정보가 비교적 충분한 2000-2007년을 대상으로 매개변수 보정(2000-2003) 및 유출모의 검증(2004-2007)을 수행하였다. 격자형 강우를 이용한 유출분석 결과, APHRODITE, GPCC 및 TRMM이 다른 격자형 강수 자료(GSMaP, PERSIANN-CDR)보다 우수한 성능을 보였다.

지속가능한 물관리를 위해서는 강우, 수문학적 반응의 동적 순환과 생공업 및 농업 기반시설과 같은 관리 조치에 사용되는 물을 포함한 가용수(Available Water)의 시공간적 영향을 파악할 수 있어야 한다. 가용수의 구성요소를 파악하기 위해 블루워터와 그린워터의 개념이 제안되었다. 블루워터는 강수로 인해 형성된 지표수, 지하수 및 호수·저수지의 저류량을 포함하며, 그린워터는 강수로부터 불포화 토양층에 저장된 토양수분과 수역, 초목에서 대기 중으로 방출되는 증발산을 말한다. 블루워터와 그린워터를 산정하기 위해서는 동적 수자원과 인적 요소에 의존되는 수자원을 정확하게 구별해야 하며 물 가용성 평가를 용이하게 하는 통합 기반 개념의 수문학적 모델이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 5대강을 대상으로 각 유역의 가용수량의 변화를 파악하기 위해 각 유역별 블루워터와 그린워터를 평가하고자 하였다. 5대강 유역의 장기간 변화와 광범위한 분석을 위해 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형의 수문모델링 결과를 활용하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 수문 검보정을 위해 전체 기간(2005~2020) 중 모형의 보정(2005~2009) 및 검증(2010~2017)기간을 설정하였으며, 각 유역의 다목적댐과 다기능 보의 실측방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였다. 검보정된 SWAT 결과를 활용하여 블루워터와 그린워터를 분류하였으며 가용수량을 평가하는 방법을 제시하였다.

강우에 따른 유역 내 유출량은 수문순환에서 중요한 요소 중 하나이며, 과거부터 강우-유출 모델링을 위한 여러 물리적 수문모형들이 개발되어왔다. 또한 최근 딥러닝 기술을 기반으로한 강우-유출 모델링 접근 방식이 유효함을 입증하는 여러 연구가 수행됨에 따라 딥러닝을 기반으로한 유출량 모의 연구도 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 물리적 수문모형인 SWAT(Soil Water Assessment Tool)과 딥러닝 기법 중 하나인 LSTM(Long Short-Term Memory)을 사용하여 연구대상지 유출량을 모의했으며, 두 모형에 의해 모의 된 유출량의 극값을 비교 분석했다. 연구대상지로는 영산강 유역을 선정했으며, 영산강 유역의 과거 기간의 기후 변수 모의를 위해 CMIP(Coupled Model Intercomparison Project)6 GCM(General Circulation Model)을 사용했다. GCM을 사용하여 모의 된 기후 변수들은 영산강 유역 내 기상관측소의 과거 기간 관측 값을 기반으로 분위사상법을 사용하여 편이보정 됐다. GCM에 의해 모의 된 기후 변수 및 SWAT, LSTM에 의해 모의 된 유출량은 각각 영산강 유역 내 기상관측소 및 수위관측소의 관측 값을 기반으로 재현성을 평가했다. SWAT 및 LSTM을 사용하여 모의 된 유출량의 극값은 GEV(General Extreme Value) 분포를 사용하여 추정하였다. 결과적으로 GCM의 기후 변수 모의 성능은 과거 기간 관측 값과 비교했을 때 편이보정 후에서 상당히 향상되었다. 유출량 모의 결과의 경우 과거 기간 유출량의 관측 값과 비교했을 때 LSTM의 모의 유출량이 SWAT보다 과거 기간 유출량을 보다 근접하게 모의했으며, 극값 모의 성능의 경우 또한 LSTM이 SWAT보다 높은 성능을 보였다.

불투수면의 증가는 유량변화 및 지하수위와 기저유출의 감소로 이어질 수 있으며 기저유량의 감소는 건기 시 하천의 유량공급까지 영향을 줄 수 있다. 이런 이유로 기저유량에 대한 정확한 분석 및 검증은 반드시 필요하지만 지표수-지하수를 고려한 통합적 해석의 어려움과 기저유출 분석에 대한 불확실성 및 기술적 한계로 분석이 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 SWAT 해석을 통해 획득한 모의유량과 관측유량을 비교하여 R<SUP>2</SUP>값을 계산하였으며 SWAT-CUP을 이용하여 검보정을 실시한 후 기저유출량을 정량적으로 산정하고 비교하였다. 연구지역 모의기간은 실측 유량자료가 있는 4개년을 대상으로 모의 하였으며 SWAT-CUP을 이용한 검보정 시 모의 횟수는 연구자에 따라 다양한 기준을 제시하고 있지만 모의 시간 대비 최대 효율인 1,000회 수행하였다. 또한 관측유량에 대하여 SPE(Swat Parameter Estimator) 알고리즘으로 모의유량을 최적화하였다. 실측유량과 모의유량을 비교한 결과 SWAT 분석에 의한 R<SUP>2</SUP>값보다 SWAT-CUP을 이용하여 검보정을 수행한 R<SUP>2</SUP>값이 높게 나타나 검보정 효과를 확인하였다. 또한 검보정 전후에 대한 기저유량을 비교하기 위하여 SWAT Output Data를 이용하여 유역에 대한 지표수유출, 중간유출, 지하수유출 등을 추출하였다. 추출한 단위면적당 데이터를 단위환산을 통해 유출량으로 산정하였으며 검보전 전과 데이터를 비교하였다. 지표수-지하수를 고려한 통합적 해석의 어려움과 실측치의 부족, 분석에 대한 불확실성 등으로 기저유량에 대한 해석은 어렵지만 SWAT-CUP을 이용하여 검보정 및 불확실성 개선이 수행되면 좀더 정확한 유량을 계산할 수 있으며 이는 향후 연구지역 지표수-지하수 연계해석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.