• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.105-105
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• 2018

2017년 이상기후 보고서에 따르면, 지난해 장마기간(6월 24일~7월 29일) 동안 전국 평균 강수량은 291.7mm로 평년(356.1mm)의 81%에 그쳤고, 7월 전국 평균기온은 $26.4^{\circ}C$로 평년($24.5^{\circ}C$) 보다 $1.9^{\circ}C$ 높았으며, 폭염일수는 평년대비 1.5배 많았음을 보고했다. 이러한 극심한 기후변화는 유역환경에 영향을 미쳐 미래 수자원 계획과 관리에 어려움을 가중시킬 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 금강유역($9,865km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)모형과 RCP(Representative Concentration Pathway) 기후변화 시나리오를 이용하여 극한 기후변화 사상에 따른 수문 수질 거동을 평가하고자 하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 금강 유역을 표준단위유역으로 구분 하였고, 기상자료와 다목적댐 2개(대청댐, 용담댐)과 다기능 보 3개(공주보, 백제보, 세종보)의 운영 자료와 국가 수자원관리 종합 정보 시스템(WAMIS)에서 관측 및 관리하고 있는 수문, 기상 자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 수문 및 수질 보정을 위해 금강 소유역 내 위치하는 다목적 댐 2개 및 다기능 보 3개의 실측 방류랑을 이용하여 댐 운영모의를 하였으며, 댐 운영 자료와 수질 자료를 이용하여 모형의 검정 및 보정(2000~2015)을 실시하였다. 미래 극한 기후변화 사상을 모의하기 위해 기후변화 시나리오는 APCC의 26개 CMIP5 GCM 자료 중 RCP 8.5 시나리오를 활용했으며, 극한 기후 시나리오 선정을 위해 STARDEX에서 제시한 강우관련 극한지수를 이용했다. 선정된 홍수 및 가뭄 시나리오에 대해 Historical기간(1976~2005)과 미래기간(2006~2099)을 설정하여 미래 극한 기후변화 사상에 따른 금강유역의 수문 및 수질의 거동을 평가하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권11호
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• pp.1143-1156
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• 2012

수자원 시스템의 중요한 기능 중 하나는 갈수 피해를 방지하는 것이다. 그러나 댐에 의한 용수공급계획은 이용 가능한 자료의 한계, 조사 자료의 부정확, 해석 방법의 부적합 그리고 기후변화 등의 요인에 의해 불확실성이 존재한다. 실제 운영과정에서는 이수안전도를 초과하는 이상가뭄 발생 시 용수부족이 발생하여 제한급수 등 정상적인 물이용이 불가능해진다. 그러나 우리나라는 가뭄에 의해 물부족이 발생할 경우 대체수원개발 등 딱히 마땅한 대처수단이 없으며, 갈수대책을 위한 수원확보도 미미한 실정이다. 특히 이상가뭄에 의한 피해정도를 고려하여 용수공급효과를 평가할 수 있는 기준이 마련되어 있지 못해 현실적인 대책을 마련하기 어려운 실정이다. 본 연구는 기 제시되어 있는 용수부족지표를 이용하여 기존 다목적댐의 저수(低水) 용량을 비상용수 공급원으로 활용하는 방안에 대하여 검토하였다. 기존 다목적댐의 유량자료를 이용하여 용수부족 사상을 분석하고 용수부족 감소효과를 평가하였다. 적용 결과 임하, 대청, 합천 및 남강댐의 경우 이상가뭄에 매우 취약한 것으로 나타났으며 가뭄대비용 비상용수의 추가 확보가 필요한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.32-32
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• 2017

기후변화에 따른 이상가뭄과 홍수의 영향으로 하천의 수문과 수리적 요소가 변화되고 그로인해 발생하는 지형변화와 그에 따른 수질변화 분석이 필요하다. 낙동강의 효율적인 수질관리를 위해서는 수질과 더불어 유역관리도 함께 이루어져야 한다. 기후변화로 인한 가뭄이나 홍수 등 극한 사상이 보 같은 인공구조물이 설치되어 정체성 수역이 된 낙동강 수계에 어떠한 수질변화가 일어나는지에 대한 연구가 필요하며 이를 고려한 체계적이고 통합적인 수질관리대책이 필요하다. 본 연구에서는 낙동강 유역의 합천창녕보와 창녕함안보 구간에서 HadGEM3-RA RCP 4.5와 8.5를 적용하여 미래기후시나리오를 예측하여 수문분석을 수행하였다. 수문분석 결과인 유출량을 하상변동모형의 입력자료로 적용하여 상?하류 구간의 지형변화에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 마지막으로 지형변화가 수질에 미치는 영향을 분석하고자 QUAL-MEV 수질모형을 적용하여 지형변화에 따른 수질분석의 상대적 비교를 통해 기후변화와 지형변화의 영향을 분석하고자 하였다. 연구결과, 기후시나리오의 경우 HadGEM3-RA RCP 4.5 보다 8.5에서 강수가 6% 증가하는 결과를 나타내고 그에 따라 유출량도 증가하고 있다. 하상변동 분석결과, 유량이 많은 풍수년에 침식과 퇴적양상이 크게 나타나고 RCP 8.5에서 변동 폭이 크게 나타났다. 하천지형변화를 고려한 수질분석결과, 유량의 증가에 따라 수질도 개선되는 결과를 나타내고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.412-412
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• 2020

기후변화로 인한 강우사상의 변화, 수자원 환경의 변화로 인하여 최근 한반도에 발생한 가뭄시기에 기존의 지표수자원 위주의 수자원 개발은 용수 확보의 측면에서 한계점이 발생하였다. 지하수자원은 최근 지속가능하고 안정적인 수원으로서 역할이 중요해지고 있는 상황이다. 본 연구는 지하수자원의 정량적 평가를 위하여 지하수자원을 대표할 수 있는 인자로 지하수위를 선택하였고, 남원시의 9개 소유역을 대상으로 시공간의 변동을 고려한 월 단위 지하수위 관리 취약성 평가 방법을 개발하였다. 지하수위 취약 시기 평가에서 강수의 지하대수층에 대한 영향을 고려하고 강수 자료의 적용 방법에 따라 유효 우량을 적용하는 방법과 한계침투량 개념을 적용한 강수 자료를 이용하는 방법을 이용하였고 취약 시기 평가 결과를 비교하였다. 지하수위 취약 시기 평가 기준을 개발하고, 엔트로피 방법을 이용하여 가중치를 선정하였으며 다중의사결정 방법을 통해 소유역 별로 지하수자원 취약 시기를 평가하였다. 본 연구에서 개발된 방법은 시공간적인 지하수자원의 효율적 관리 대책 수립의 근거가 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1698-1702
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• 2009

효과적인 저수지 수질관리를 위해서는 신뢰도 높은 수리 및 수질모델이 필요하며, 이러한 모델의 성능은 다양한 수문사상에 대하여 적용함으로써 검증할 수 있다. CE-QUAL-W2 모델(이후 W2)은 횡방향 평균 2차원 수리 수질 해석 모델로써 수체의 길이에 비해 폭이 상대적으로 좁고 수심이 깊은 우리나라 대부분의 저수지 지형에 적합한 모델이다. 본 연구의 목적은 기존 연구에서 가뭄년인 2001년과 평수년인 2004년 수문사상에 대하여 보정한 대청호 W2 부영양화모델을 최근 평수년인 2006년과 가뭄년인 2008년을 대상으로 검증하는데 있다. 모델의 검증은 물수지, 수온성층 구조 변화, 부영양화 해석에 중점을 두었으며, 실측자료와 모의결과의 적합성 비교 평가는 결정계수값$(R^2)$, AME(absolute mean error)와 RMSE(root mean square error)를 이용하였다. 저수지 물수지의 적합성을 검증하기 위하여 모의수위와 실측수위를 비교한 결과, $R^2$값이 2006년과 2008년에 각각 0.9945, 0.9972로 나타나 신뢰도가 높은 것으로 확인되었다. 계절별 성층구조 변화 모의 성능을 검증하기 위해 회남수역과 댐 앞 지점에서 수심별 수온의 모의값과 실측값을 비교하였다. 2006년의 경우 모델은 홍수기 동안 안정적으로 수온 성층현상을 모의하였으나, 댐 앞 지점에서 수온 약층이 형성된 구간에서 실측값과 다소 편차를 보였으며, 오차크기는 AME가 $0.561\sim2.088^{\circ}C$, RMSE는 $0.797\sim2.762^{\circ}C$범위였다. 반면, 가뭄년인 2008년에는 전 기간에 걸쳐 모두 안정적으로 저수지 수온 성층현상을 모의하였으며, 오차크기는 AME $0.413\sim1.162^{\circ}C$, RMSE $0.546\sim1.415^{\circ}C$ 범위였다. 조류의 생산성이 높은 표층에서 T-N, T-P 및 Chl-a 농도 모의결과를 장계교, 대정리, 회남대교, 댐 앞, 추동취수탑 및 문의취수탑에서 시계열로 실측값과 비교 검증한 결과, T-N과 T-P는 2006년과 2008년 모두 모든 비교 지점에서 모의값과 실측값의 시계열 변동이 매우 잘 일치하였으며, 홍수기 이외 기간에는 큰 변동 폭을 보이지 않았다. 그러나 기존 연구에서 확인된 바와 같이 7월 이후부터 T-P 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였는데, 그 원인은 산소 결핍상태에서 저니층에서 용출되는 철(Fe) 또는 망간(Mn)과 같은 이온 성분이 인과 흡착하여 침전되는 기작이 모의과정에 적절히 반영되지 않은 것이 원인으로 판단된다. 조류(Chl-a)농도의 경우, 2006년과 2008년에 모든 지점에서 모델은 조류의 발생과 시계열 변화를 적절히 모의하였으나, 2008년 1월부터 8월까지 댐 앞과 추동 및 문의취수탑에서는 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였다. 이는 해마다 그리고 계절별로 우점하는 조류 종이 상이한 반면, 모델에서는 이에 대한 매개변수를 적절히 고려하지 못한 것이 원인으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.316-316
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• 2018

전 세계적으로 다양한 기후변화로 인해 홍수나 가뭄이 자주 발생하고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위해 하천관리가 필요하며 효율적인 하천관리를 위해서는 직접유출뿐만 아니라 기저유출에 대한 관리가 필요하다. 건기 및 청천시의 하천유량의 대부분을 구성하는 기저유출은 하천의 건천화와 가뭄 등을 해결하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 땅 속을 이동하는 기저유출의 특성상 정확한 측정이 어려워 직접유출에 비해 제한적으로 연구가 수행되어왔다. 특히 유역의 토지이용변화와 기후변화에 따른 기저유출 변화 특성에 대한 연구는 더욱 미비하다. 따라서 본 연구에서는 토지이용변화를 평가한 후 기후변화 시나리오를 이용하여 기후변화와 토지이용 변화에 따른 기저유출 특성을 분석하고자 한다. 우선적으로 갑천 유역에서의 유출량 모의를 위해 장기간 유역단위 유출 및 수질 모의가 가능한 SWAT모델을 사용하였다. 모의된 유출량은 자동보정모듈인 SWAT-CUP을 통해 검 보정을 수행하였다. 그리고 토지이용과 토지이용변화 요소간의 관계를 정량화하여 토지이용변화를 모의할 수 있는 CLUE-S모델을 통해 미래 토지이용변화 자료를 구축하여 SWAT모델의 입력자료로 사용하였다. 또한 기후변화 시나리오인 RCP 시나리오를 SWAT모델 내 기상 입력자료로 사용하였다. 최종적으로 모의 된 미래 유출량은 직접유출과 기저유출 분리가 가능한 WHAT 시스템의 입력자료로 사용하여 미래 토지이용변화와 기후변화를 고려한 기저유출량을 분석하였다. CLUE-S모델을 이용하여 미래 토지이용변화를 예측한 결과 Kappa 값이 0.5 이상으로 미래의 토지이용을 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 SWAT모델을 통해 모의된 유출량 검 보정 결과 $R^2$와 NSE가 0.7 이상이므로 모델이 자연현상을 잘 모의하는 것으로 판단된다. 미래 토지이용변화와 기후변화가 적용된 SWAT모델을 통해 모의된 유출량을 WHAT 시스템에 적용하여 미래 기저유출을 분석한 결과 도시의 증가, 농지의 감소 그리고 미래 극한사상에 따른 첨두유출량의 증가로 인해 전반적으로 직접유출은 증가하고 기저유출은 감소하는 경향을 보였다. 본 연구의 결과는 향후 다양한 토지이용변화와 기후변화를 고려한 갑천 유역에서의 기저유출 특성을 파악하는 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것이며 향후 도시화 및 가뭄이나 건기 시 효율적인 하천관리 방안을 수립하는데 방향을 제시 할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2020

기후변화에 관한 IPCC 제5차 평가보고서에 따르면 최근 나타난 기후 관련 극한 현상인 폭염, 홍수, 가뭄 등의 영향에 대해 생태계가 현재의 기후 변동성에 상당히 취약하게 반응하며, 기후변화를 위험에 초점을 맞추어 평가함으로써 대응책을 마련해야 한다고 강조하였다. 기후변화에 따라 강수량 패턴과 수문학적 시스템이 변하면서 수자원의 미치는 영향과 취약성, 적응에 대한 연구의 필요성이 요구되고 있으며, 농업용수를 비롯한 수자원 관리 기술 및 적응역량을 강화하는 것이 필요하다. 수리답 면적에 대한 농업용수 공급의 61%를 차지하는 농업용 저수지의 경우 과거 10년 한발빈도로 설계되어 최근의 연속적인 가뭄 사상으로 인한 낮은 저수율을 나타내어 가용 수자원의 부족이 발생하였다. 이에 따라 저수지 설계 당시와 상이한 환경 및 기후의 변화로 농업용수 공급체계의 상황변화에 따른 용수공급능력 및 이수안전도의 재평가가 요구된다. 일부 가뭄대책지구에 대하여 기후변화에 따른 현장여건 변화 (논면적, 영농패턴, 작부시기 등)를 반영한 이수안전도를 재평가함으로써 농업용 저수지의 용수공급에 대한 정량적 분석이 수행되었다. 저수지별로 기후변화 및 현장여건 변화에 따른 영향이 다르므로 전국 농업용 저수지를 대상으로 확대, 적용하기 위해서는 저수지 특성을 분석하여 비슷한 패턴을 갖는 저수지로 유형화하기 위한 작업이 필요하다. 본 연구에서는 농어촌공사 관할 3,394개의 농업용 저수지를 대상으로 지역에 따라 인자별 군집분석을 실시하여 국내 농업용 저수지의 이수안전도 변화에 따른 물 공급 잠재능을 재평가하고자 한다. 본 연구의 결과는 기후와 영농방식, 지역별 특성 등 상호간의 관계를 고려한 농업용수관리와 유사한 특성을 갖는 지역계획의 추진단위를 결정하거나 지역간의 비교우위를 고려한 한해 대책 등과 같은 농촌지역개발계획 등에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1272-1276
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• 2009

극치강우사상에 의한 설계 홍수량의 갑작스런 증 감은 홍수, 가뭄과 같은 기상학적 요인에 기인한 재난을 발생시킨다. 많은 연구자들은 보다 정확한 확률강우량의 예측과 유출량의 예측을 위해 많은 노력을 하고 있다. 본 연구에서는 강원도 강릉 강우관측소를 대상으로 강우-빈도곡선의 불확실성 분석을 수행하였다. 관측 자료의 수집에서 발생하는 불확실성을 최소화 하고자 ARMA 모형을 이용하여 합성강우자료를 구축하였으며, 발생된 합성강우량을 Bootstrap 방법을 이용하여 대규모의 자료집단으로 발생시킴으로서 신뢰구간에 사용할 자료집단을 발생시켰다. 본 연구에서는 극치강우사상에 적합한 것으로 알려진 Gumbel 분포와 일반극치 분포(GEV 분포) 모형을 선정하였으며 각 확률분포모형에 대한 매개변수 추정방법으로 최우도법, 확률가중모멘트법 그리고 베이지안 추론방법을 사용하여 각 매개변수의 최후 추정치를 산정하였다. 또한 원 자료를 이용하여 최우도법, 확률가중모멘트법 그리고 베이지안 추론방법을 통해 매개변수를 산정 후 강우-빈도 곡선을 추정하여 합성강우자료의 Bootstrap 방법에 의해 발생된 자료로부터 산정한 강우-빈도 곡선의 신뢰구간과 비교함으로서 불확실성이 낮은 확률강우량을 산정할 수 있는 매개변수 추정방법을 평가하고자하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.34-34
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• 2017

유역에 대한 유출해석은 지속가능한 수자원 관리 및 수재해 예방을 위한 가장 기본적이지만 중요한 과제이며, 우리나라와 같이 홍수와 가뭄의 재해에 의해 많은 영향을 받는 지역에서는 더욱 중요한 문제로 이러한 유출현상을 물리적으로 표현하기 위해 다양한 모형들을 활용하여 강우-유출해석을 수행하게 된다. 모형을 통한 유출해석에 있어 매개변수 추정은 유출해석 결과에 지대한 영향을 주기에 최적 매개변수를 추정하는 것은 예측결과의 성능 향상에 매우 중요한 사항이며 보다 효율적인 매개변수의 추정을 위해 추정방법간의 비교 및 검토를 통해 적용성을 판단하는 과정이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 개념적 집중형 수문모형의 매개변수 보정을 위해 오프라인과 온라인의 매개변수 자동보정기법을 이용하여 매개변수를 추정하였으며, 기법별로 추정된 매개변수를 이용한 수문해석 결과의 비교 검토를 통해 각 기법의 장 단점 분석 및 적용성 평가를 수행하였다. 연구대상지역으로 용담댐 상류 천천 유역을 선정하고, 강우유출 모의를 위해 저류함수모형을 선정하였으며, 매개변수 보정을 위한 자동보정기법으로 오프라인 방법으로는 SCE-UA, 온라인 방법으로는 PF 기법을 선정하여 적용하였으며, 총 9개의 강우사상에 대해 강우-유출 모의를 수행하였다. 본 연구의 결과는 강우-유출해석을 위한 사용자의 목적에 맞는 매개변수 자동보정기법의 선정에 있어 유용할 것으로 판단되며, 시간단계 또는 사상별 최적화된 매개변수를 유역에 대한 최적 매개변수로 변환 또는 전이하기 위한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.158-158
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• 2012

기후시나리오는 시 공간 해상도가 낮아 결과를 직접적으로 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 국내외적으로 지역기후모형(RCM)을 통해 고해상도 기후시나리오를 생산하여 각 분야의 영향평가 시 활용하고 있다. 그럼에도 불구하고 기후모형이 갖는 한계로 인하여 시나리오는 관측자료에 비해 과소모의되는 경향이 발생하기 때문에 이를 고려할 수 있는 편의보정 과정이 필요하다. 하지만 국내 외적으로 여러 편의보정기법이 존재하며, 편의보정기법 선정에 따라 최종 평가 결과에 영향을 미칠 수 있다. 특히 수문 분야에서 활용하기 위해 기후시나리오 중 가장 중요한 요건은 일단 관측치의 월 및 계절별 변동성이 잘 반영되는 가이며, 두 번째는 극한 사상(high, low)을 얼마나 잘 모의하여 홍수와 가뭄을 평가하는데 용이한 가이다. 따라서 본 연구에서는 기존 편의보정 기법의 불확실성을 평가하고, 이를 통해 수문학적 활용을 위한 고해상도 기후시나리오의 편의 보정 기법을 제안 및 적용성 평가를 수행하고자 한다. 기존 편의보정기법의 적용성을 평가하기 위해 Change factor method, Quantile mapping, Weather Generator 등을 이용하였다. 이를 위해 역학적으로 상세화된 기후시나리오와 기상청 관할의 기상관측소의 최고기온, 최저기온, 평균기온, 강수량 등의 기후 자료를 수집하였다. 평가를 위해 선정한 관측소 지점은 1951년부터 강수 및 기온 자료가 존재하는 기상청 관할 기상관측소를 토대로, 지역적인 평가를 위해 최종적으로 서울, 강릉, 대구, 부산, 목포, 광주, 전주, 울산, 추풍령을 선정하였다. 이 중 1956~1980년을 과거기간으로 1981~2005년를 미래기간으로 가정하고, 편의 보정 기법 적용하여 기온과 강수량의 통계적 특성을 비교 분석하였으며 평가결과, 편의보정 기법의 따른 한계점들을 도출하였다. 한계점들을 개선하기 위해 본 연구에서 제안한 편의 보정기법은 강수량을 크게 3단계(극한 호우사상, 강수일수, 평균 표준편차 보정)로 나누어 편의보정을 실시하는 것으로 극한 호우사상을 위해서는 연최대치 계열을 이용한 회귀식을 이용하여 보정하였고, 비초과확률을 이용하여 RCM 결과값의 강수일수를 보정하였다. 최종적으로 나머지 강수시나리오에 대해서 평균과 표준편차를 보정하여 최종시나리오를 생산 및 적용성을 평가하였다. 평가 결과, 기존 편의보정기법의 단점을 극복할 수 있었으며, 이를 통해 향후 수문학 분야에 적용하여 신뢰성 있는 기후변화 영향평가를 수행될 수 있을 것이다. 제안한 편의보정 기법 및 평가 결과에 대한 자세한 내용은 발표 시 제시하고자 한다.