본 연구는 민간인통제구역에 건설된 제방으로 인한 생태계 분절이 양서류 서식지에 미치는 영향을 알아보기 위해 수행되었다. 이를 위해 제방 한편에 두 논(사이트 1, 2)과 제방 옆을 지나는 수내천(사이트 3), 그리고 제방 다른 편의 관개수로가 위치한 논(사이트 4)에 대해 7개월간에 걸쳐 조사를 실시하였다. 조사 결과, 주로 논과 수변지역에 많이 서식하는 참개구리(295개체), 청구개리(n=220개체), 옴개구리(124개체)가 주로 발견되었고 한국산 개구리(8개체)와 두꺼비(3개체)도 일부 확인되었다. 이 양서류들은 계절에 따른 물 공급 상황의 변화에 따라 논과 하천 지역에서 양적 변화를 보여 사이트 1,2,3에서 두드러지게 나타났으나 제방 반대편의 사이트 4에서는 풍부한 수자원에도 불구하고 양적 변화가 적은 것으로 나타났다. 가뭄철 수내천에 물이 말라 이 지역 개구리들이 현저히 감소했을 때에도 물이 풍부하고 거리가 비슷한 제방 건너편의 사이트 4보다는 제방 같은 편의 사이트 1, 2 지역에서 다수의 개구리들의 존재가 확인되었다.

타당한 설계홍수량의 결정은 하천관리에서 홍수에 의한 재해를 조절하는데 가장 중요한 사항이다. Clark 모형에서 집중시간과 저류상수는 첨두홍수량의 크기와 수문곡선의 형상에 영향을 미친다. 모형의 매개변수는 관측자료에 의해 보정되어야 하지만 관측자료의 부족으로 인하여 경험공식에 의하여 결정되고 있다. 본 연구는 안성천의 공도수위관측소 지점에서 실측수문자료에 의한 집중시간과 저류상수를 제시코자 하였다. 이를 위하여 관측치와 계산치의 평균제곱근오차 및 잔차를 산정하는 5개 기준을 제시하였다. 공도관측소지점에서 3개의 강우-유출사상으로부터 집중시간과 저류상수를 구하고 5개 기준에 의거 실측 수문곡선과 관측 수문곡선을 근거로 한 평균제곱근오차와 잔차를 산정하였다. 이를 통하여 관측수문자료와 Clark모형에 의한 결과를 근거로 집중시간과 저류상수를 결정하는 기준을 제시코자 하였다. 또한 도달시간-누가면적곡선식의 지수 값은 유역의 형상이 반영되는 값으로 결정하여야 함을 보여 주었다.

동아시아 지역의 위성 토양수분 데이터 활용을 위해 Soil Moisture Ocean Salinity (SMOS) 위성에 탑재된 Microwave Imaging Radiometer using Aperture Synthesis (MIRAS) 센서와 Global Change Observation Mission-Water (GCOM-W1) 위성에 탑재된 Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2) 센서 기반 토양수분 데이터를 자료동화 데이터인 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)를 기준 값으로 Cumulative Distribution Function (CDF) 기법과 회귀식을 활용하여 보정하는 연구를 수행하였다. 동아시아 지역에서 발생하는 전파간섭의 영향을 고려하여 토양수분 산출에 적합하다고 판단되는 Radio Frequency Interference (RFI), Data Quality indeX (DQX) 한계값과, 합성일수를 제시하였다. 보완된 위성 토양수분 데이터를 지점 토양수분 데이터와 비교한 결과 상관계수가 평균 27%, 11% 증가하였고, Root Mean Square Deviation (RMSD, 평균제곱근 편차)는 평균 61%, 57% 감소하였다. 추가적으로, 보정된 위성데이터를 GLDAS 토양수분 데이터와 비교했을 때, 보정된 MIRAS 및 AMSR2 데이터는 한반도의 80% 및 90%의 지역에서 상관계수가 증가하였으며, 한반도 전역에서 RMSD가 감소하였다. 본 연구를 통해 향후 MIRAS 및 AMSR2 위성 데이터를 융합하여 각 위성의 토양수분 데이터를 보완 할 수 있는 가능성을 제시하였다.

하도 홍수추적과 관련하여 하천에서의 시 공간적 홍수파를 해석하는데 수리학적 방법과 수문학적 방법이 일반적으로 많이 이용되어 왔다. 수문학적 홍수추적 방법은 수리학적 방법에 비해 수행하기에는 비교적 간단하면서도 합리적인 정확성을 지닌다. 수문학적 홍수추적 방법 중 광범위하게 적용되어지고 있는 Muskingum 모형의 중요 변수인 저류상수는 유하시간과 매우 유사한 값을 가진다. 이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 저류상수를 산정하기 위해 HEC-RAS를 이용한 유하시간을 산정하고, 하도거리, 하도경사, 유량 자료를 이용하여 유하시간에 대한 비선형 회귀곡선식을 개발하였다. 비선형 회귀곡선에 의해서 산정된 저류상수를 Muskingum 모형에 대입하여 구한 유출량은 HEC-RAS 1차원 부정류 모의를 적용하여 산정된 유출량과 비교하였다. 이와 함께 본 연구에서는 가중인자에 대한 영향 및 상하류 사이의 구간 분할에 대해서 검토하였는데, 그 결과 가중인자 값이 클수록 첨두홍수량이 올라가는 것으로 나타났으며, 구간 분할을 많이 할수록 RMSE가 감소하는 것으로 나타났다.

최근 기후변화로 인하여 태풍 및 집중호우로 인한 극한 강우사상의 발생빈도가 증가하고 있으며, 급격한 도시화로 인한 유역 내 불투수 면적이 늘어나고 있다. 이로 인해 재산피해가 증가하고 있어 기후변화를 고려한 미래 하천범람 등 홍수피해를 경감시키기 위한 홍수저감 대안 선정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기후변화를 고려하여 목표기간별로(기준년도 : 1971~2010년, 목표기간I : 2011~2040년, 목표기간II : 2041~2070년, 목표기간III : 2071~2100년) HEC-HMS모형을 이용하여 기후변화에 따른 홍수량을 산정하였다. 또한, 배수펌프와 저류지를 각각 5개씩 홍수저감 대안으로 설정하여 HEC-RAS모형을 통해 대안별 홍수위를 산정하였다. 지형자료 및 홍수위를 이용하여 홍수범람도를 도시하였으며, 다차원 홍수피해액산정법(Multi dimension - Flood Damage Analysis, MD-FDA)을 이용하여 홍수피해 저감을 위한 대안별 경제성분석을 실시하였다. 홍수저감효과를 분석한 결과 배수펌프를 설치했을 경우 홍수위는 최소0.06m, 최대0.44m 감소하였고, 저류지는 최소0.01m, 최대1.86m 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 침수면적은 최소 0.3%, 최대 32.64% 감소하였고, 침수심 역시 낮아지는 것으로 확인되었다. 또한, 경제성분석을 실시하여 대안별 편익 비용비를 비교한 결과 목표기간I에서는 저류지E, 목표기간II, 목표기간III에서는 배수펌프D가 홍수저감을 위한 타당한 대안으로 판단되었다. 본 연구의 결과를 통해 기후변화 적응을 위한 치수사업 시 주요사례로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

전 지구 지표 순환 분석을 위하여 지표와 대기 사이의 에너지 교환에 대한 분석이 필수적이다. 이러한 에너지 교환의 정량화를 위하여 다양한 지면 모형에 대한 연구가 진행되고 있다. 다양한 모형들 중 Common Land Model(CLM)과 Variable Infiltration Capacity(VIC) 모형을 활용한 연구가 활발히 수행되고 있다. CLM은 발전된 지면 모형의 형태로 적은 사용자 변수로 현실적인 결과를 산출한다는 장점이 있다. VIC 모형 또한 대표적인 지면 모형 중 하나로 에너지 인자 및 유출량 모의를 위하여 전 세계적으로 다양한 분야에서 활용되고 있다. 본 연구에서는 미국 캘리포니아 주 SS-CZO 사이트를 대상으로 CLM과 VIC 모형을 활용하여 주요 에너지 인자 인 순복사량, 현열, 잠열을 모의하였다. 순복사량과 현열 모두 두 모형에서 양호한 결과를 보이나, 강우 발생 시 CLM은 잠열과 현열을 과소모의하는 경향을 나타내었다. 잠열은 CLM의 모의 결과가 잠열을 과소모의 한 VIC 모형에 비하여 관측된 잠열의 경향을 더 잘 모의하는 것으로 나타났다. 이러한 에너지 인자 모의 및 모형의 장단점에 대한 분석을 통하여 CLM과 VIC 모형의 활용가능성 및 다양한 모형 활용의 필요성을 확인하였다.

인간은 생태계로부터 다양한 공익적 기능을 제공받고 있지만 시설원예단지 조성은 불투수면적 확장과 생물서식처 손실로 인해 기능저하의 원인이 될 수 있다. 시설원예단지 조성이 식물 종 다양성에 미치는 영향을 파악하였다. 식생분포 특성 분석결과 논에 비해 시설원예단지의 식물다양성이 상당히 낮다는 것을 알 수 있었다. 따라서 저 영향개발, 서식공간 배치, 식물 보전, 화학비료 사용제한, 서식처 조성, 보전비용 등을 제안하였다. 생활형 분석을 통해 일년생식물과 수생식물의 생육기반 환경 조성을 제시하였다. 귀화식물은 총 10과 20종류가 확인되었으며, 귀화율은 유리온실과 연동형 온실이 매우 높게 분석되어 콘크리트 피복을 지양하고 자연토양 피복을 유도 할 것을 제안하였다. 연구결과는 통계분석을 통해 확인하고 불투수면적을 자연형 토양으로 전환을 제안하였다. 본 연구결과는 지속가능한 농업경관 유지와 대규모 간척지 개발 사업에 있어 친환경, 생태적 시설원예단지 조성을 위한 정책자료에 활용되길 기대한다.

본 연구에서는 고속도로 강우유출수 처리목적의 우드칩 충진 침투도랑 모니터링 연구를 통하여 설계 적정성 및 성능을 평가하였다. 강우시 모니터링 자료를 바탕으로 침투도랑의 평균 저감효율을 산정한 결과 TSS 88%, COD 94%, BOD 85%, TN 80%, TP 75%이었으며 강우조건 및 설계가 다르므로 국내외 다른 연구결과와 직접적인 비교는 어렵지만 개략적으로 유사한 저감성능을 보였다. 침투도랑의 가장 중요한 설계인자인 침투속도를 산출한 결과 강우강도가 증가함 따라 침투속도도 증가하였으며 평균 침투속도는 40mm/hr, 도랑 내부의 유효 저류수심 0.8m를 기준으로 침투시간을 산출한 결과 약 0.83일로 비점오염저감시설 설치 및 관리 운영 매뉴얼(MOE, 2014)의 설치기준(이하 설치기준)을 만족하는 것으로 나타났다. 수문자료에 따르면 유입량 기준으로 설계 누적강우유출고로 산출된 WQv와 유사한 유입량을 기록한 관측자료에 따르면 전량 저류, 침투되어(유출량$${\frac{._-}{.}}$$0) 침투식 LID 시설로서의 고유한 기능적 목표를 달성하였으므로 설계 누적강우유출고 5mm는 타당하다고 판단된다. 침투도랑은 강우시 일시적으로 여과 및 저류과정에서 침수가 이루어지며 완전침투가 24시간 이내에 종료되므로 우드칩으로 부터 유기물질 등의 용출가능성은 희박하며 현장 모니터링 자료에서도 용출기미는 나타나지 않았다. 따라서 추후 침투도랑 설치기준의 개정시 국내외 연구자료를 바탕으로 여재로서 우드칩의 적용을 면밀히 검토할 필요가 있다.

도시화는 불투수면의 증가를 야기 시켜 물순환 왜곡, 도시열섬효과, 비점오염물질 유출 등의 다양한 문제를 유발한다. 이러한 환경적 영향을 저감하기 위하여 도시지역과 같은 개발 사업에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법이 중요한 대안으로 제시되고 있다. LID 기술의 주요 기작은 토양, 여재, 미생물과 식물 상호간의 수문학적 및 환경학적 기능이 포함되며, 이 중에서 여재는 LID 시설에서의 토양 내 투수율과 저류율 확보에 있어 중요한 구성요소이다. 따라서 본 연구는 LID 시설에 다양하게 활용되고 있는 제올라이트(Zeolite), 우드칩(Woodchip), 바텀애쉬(Bottom ash), 바이오세라믹(Bioceramic) 등의 여재를 단층 또는 복층으로 구성하여 강우유출수내 오염물질 저감 효율을 평가하기 위하여 수행되었다. 실험에 사용된 모든 여재는 강우유출수에 포함된 입자상 물질과 중금속을 60% 이상 제거하는 것으로 나타났으며 여재층을 복층구조로 배치할 경우에 여재 입자간의 다양한 크기의 공극과 여재 내의 미세공극(micro-pores)을 충분히 확보할 수 있기에 입자상물질 및 중금속 저감에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 유입수 내의 효과적인 중금속의 저감을 위해서는 중금속의 입자 및 용존성 함량비율에 따른 여재의 선정과 배치가 중요한 인자로 나타났다.

LID 시설에는 물순환 회복과 오염물질 저감을 위해 다양한 종류의 식물이 적용되고 있다. 그러나 겨울철 제설제 살포와 식물의 성장둔화로 인한 급격한 토양 함수량 변화는 식물의 고사 등 문제를 야기시킨다. 따라서 본 연구는 LID 시설에 적용 가능한 8가지 주요 식물을 선정하여 염분에 대한 저항성과 식물의 성장능력, 오염물질 저감능력 및 물순환 회복 등을 평가하기 위하여 수행되었다. 실험에 적용된 식물은 목본류인 조팝나무(S.P), 연산홍(R.I), 메타세콰이어(M.G)와 초본류인 창포(A.C), 하늘매발톱(A.F), 메리골드(T.L), 패랭이(D.C)와 애기별꽃(P.B)이 선정되었다. 식물의 성장은 조팝나무(S.P), 연산홍(R.I), 메타세콰이어(M.G)와 같은 목본류가 초본류에 비하여 성장률이 높은 것으로 나타났다. 염분에 의한 내성은 목본류에서는 메타세콰이어(M.G)>조팝나무(S.P)>연산홍(R.I) 순으로 나타났으며, 초본류에서는 메리골드(T.L)=패랭이(D.C)>창포(A.C)>애기별꽃(P.B)>하늘매발톱(A.F) 순으로 조사되었다. 대부분의 식물에서 염분에 의한 영향과는 상관없이 TN과 TP 저감효율이 60% 이상으로 높게 나타났으며, 메타세콰이어(M.G)가 높은 성장에 기인한 활발한 광합성과 호흡의 영향으로 높은 오염물질 제거능력과 물순환 능력을 보였다.