• 한국습지학회지
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• 제21권4호
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• pp.281-289
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• 2019

본 연구에서는 남부 내륙지역에 속한 시군구별 태풍으로 인한 피해를 예측할 수 있는 태풍피해예측모형을 개발하였다. 내륙지역의 태풍 피해는 호우, 강풍으로 인한 피해가 복합적으로 발생하므로, 모형을 구성하는 변수가 많고 다양하나, 내륙지역 시군구 단위의 피해사례는 모형을 개발할 만큼 충분하지 않다. 태풍피해 관련 수문기상 자료는 3시간 간격 지속기간별 최대 강우량, 총강우량, 1-5일 선행강우량, 최대풍속 및 제주도 인근 지역에서의 태풍중심기압을 이용하였다. 피해자료의 부족을 고려하기 위해 군집화를 하였으며, 강우 관련 자료의 다중공선성을 제거하기 위하여 주성분분석 등 다변량 통계분석을 이용하여 권역별(경남, 경북, 전남, 전북)로 피해예측모형을 개발하였다. 모형에 의한 태풍피해추정치와 실측치는 최대 2.2배 정도까지 차이가 발생하였는데, 이는 강풍에 의한 피해를 추정하기 어렵고, 전국 69개 ASOS 관측소에 의한 강우자료가 지역적 강우특성을 제대로 반영하지 못하기 때문인 것으로 추정된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.41-41
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• 2017

자연재난으로 인한 피해의 대형화, 다양화, 집중화 현상이 일어나고 있으며, 이로 인한 사회 경제적 피해가 과거에 비해 계속적으로 증가하고 있다. 만약 기존에 발생하였던 재난 피해 자료와 기상현상간의 통계적 분석을 통해 재난의 발생 가능성과 피해 범위를 예측할 수 있다면, 효율적으로 재난관리를 할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 자연재난 피해인 호우피해를 대상으로 낙동강 권역 69개 시군구별 재해통계 자료를 기반으로 수문기상자료와의 통계적 분석을 통해 호우피해 예측함수를 개발하였다. 국민안전처에서 발간하는 재해연보 자료를 통해 호우피해 발생기간별 호우피해액 자료를 분석하였고, 이를 호우피해 예측함수의 종속변수로 사용하였다. 종관기상관측소의 시강우 자료를 분석하여 선행강우, 지속시간별 최대강우, 총강우량을 구축하였고, 시군구별 면적 등의 지역 특성을 수집하여 설명변수로 사용하였다. 기존의 피해예측함수 관련 연구에서 제기되었던 피해액이 큰 부분에서 예측력이 떨어지는 문제를 해결하기 위해, 피해액이 큰 집단과 피해액이 작은 집단을 구분하여 함수식을 개발할 수 있는 로지스틱 회귀모형을 사용하여 호우피해 예측함수를 개발하였다. 개발된 호우피해 예측함수의 NRMSE는 6.34~18.79%로 나타났으며, 대부분 호우피해를 적절하게 예측하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 호우피해액이 큰 집단과 피해액이 작은 집단으로 구분할 수 있는 로지스틱 회귀모형을 이용하여 낙동강 권역의 시군구별 호우피해 예측함수를 개발하였다. 본 연구에서 제시한 시군구별 호우피해 예측함수를 이용하여 사전에 호우피해를 예측할 수 있다면 호우피해액이 크게 줄어들 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.515-515
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• 2016

농경지에서의 액비 수요는 최근 증가하고 있으나 적정 액비시비량에 대한 기준과 사후 관리에 대한 명확한 기준이 없어 환경문제에 대한 고찰이 필요하다. 본 연구에서는 시험포장을 선정하고 논에서의 질소 및 인의 동태를 모니터링하고, 관개수, 침투수, 및 배출수 중 영양물질의 부하량을 평가하였다. 시험구는 대조구(화학비료 표준시비구, A)와 양돈분뇨액비 표준시비처리구(B)로 구성하였으며, 기상관측 측정을 위하여 자동기상관측기, 유입량, 유출량 측정을 위한 계측장비를 각 처리구별로 설치하였다. 담수의 경우 B 처리구에서 시비 시기별로 영양물질의 수질 농도가 첨둣값을 보여주었으며 평균적으로 높게 나타났다. 대표 이벤트 중 6월 25-26일 강우에 따른 유출수의 분석결과는 액비의 영향으로 T-N 및 T-P의 경우 초기 강우시 상대적으로 높게 나타났다. 7월 21-22일 강우 분석 결과는 T-N, T-P(50배)가 상대적으로 높은 분포를 보여주었다. 침투량은 많으나 수질변화는 처리구별로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 부하량은 각 이벤트별 10분 간격의 유량 측정과 30분 및 1시간 간격(첨두 이후 탄력적 적용)으로 수질 모니터링을 실시하였다. B 처리구에서 부하량이 전체적으로 높게 나타났으며, T-N의 경우 2.2배, 그리고 T-P의 경우 6.6배 높게 나타났다. 2015년까지의 데이터는 평년대비 강수량의 부족으로 추가적인 데이터 축적을 통한 분석이 필요하며 이를 바탕으로 원단위 부하량을 평가할 계획이다. 또한 본 연구는 액비시용에 따른 농경지에서의 영양물질 유출에 따른 관리방안 개발을 위한 연구로 지속적인 모니터링을 통하여, 향후 새만금 유역내 축산밀집지역에서 나타날 수 있는 축산분뇨 관리정책 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.357-357
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• 2018

기후변화의 영향으로 기온과 강수량의 증가가 나타나고 있으며, 이러한 변화는 수문 순환 및 강우-유출의 변화로 인해 하천의 수질에도 영향을 미치게 된다. 수질 오염원 중 배출원의 형태가 명확하지 않은 비점오염원은 강우의 유출과 함께 발생하는 특징을 띤다. 비점오염원은 지표면에 존재하던 오염 물질이 지표면에서 유출이 발생함에 따라 하천으로 유입되는 오염물이다. 이에 따라 강우량에 비례하는 특성을 띠며 점 오염원과 달리 변동 폭이 크다. 대표적인 비점오염물로 알려진 질소, 인과 같은 영양물질은 하천으로 유입 시 부영양화를 야기하는 물질로 우리나라와 같이 계절별 강수량의 차이가 큰 환경에서 비점오염물의 지속적인 관리는 필수적이라 할 수 있다. 비점오염원은 오염원을 특정할 수 없기 때문에 하천으로의 유입을 최소화하는 최적관리기법(Best Management Practices)을 통해 관리한다. 국내외에서 가장 널리 이용되는 비점오염원 최적관리기법은 식생형 시설로, 나지에 식물체를 파종함으로써 토양의 유실을 방지하여 비점오염물의 하천 유입을 저감시키고, 자연경관으로써 기능한다. 미래 수자원의 효과적인 이용을 위해서는 기후변화에 따른 수문 변화, 그로 인한 수질 변화 특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 기후변화 시나리오를 통해 기온, 강수, 습도와 같은 기후 조건의 변화를 고려하여 예측되는 비점오염물의 유출 저감 대책의 영향을 분석하고자 한다. 이 때, 기후변화 시나리오는 그 자체로 불확실성을 포함하는 자료이기 때문에 특정 시나리오를 분석하기 보다는 기후변화 진행 정도에 따른 비점오염물 유출을 산정하고 저감 대책의 영향을 분석한다. 연구를 수행하기 위해 장기간의 강우-유출 특성의 모의가 가능하고 저감 대책을 제공하는 SWAT 모형을 이용한다. SWAT 모형에서는 여러 최적관리기법을 제공하는데, 가장 널리 이용되는 것이 식생형 시설인 것에 기초하여 적용할 저감 대책으로 계단식 산비탈(Terracing)을 선정하였다. 저감 대책의 적용으로 비점오염물질이 적게는 약 30%에서 많게는 60%까지 변화하며 매우 효율적으로 저감되는 것이 확인되었다. 저감 시설의 적용을 통해 총 량 뿐만 아니라 시간에 따른 비점오염물 유출의 변동성 또한 감소시킬 수 있음이 확인되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권spc1호
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• pp.1107-1118
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• 2021

지구온난화로 인해 발생한 기후변화는 한반도의 홍수, 가뭄 등의 발생빈도를 증가시켰으며, 이로 인해 인적, 물적 피해가 증가한 것으로 나타났다. 수재해 대비 및 대응을 위해서는 국가 차원의 수자원 관리 계획 수립이 필요하며, 유역 단위 수자원 관리를 위해서는 장기간 관측된 유량 자료를 이용하여 도출된 유량지속곡선이 필요하다. 전통적으로 수자원 분야에서 유량지속곡선을 도출하기 위하여 물리적 기반의 강우-유출 모형이 많이 사용되고 있으며, 최근에는 데이터 기반의 딥러닝 기법을 이용한 유출량 예측 기법에 관한 연구가 진행된 바 있다. 물리적 기반의 모형은 수문학적으로 신뢰도 높은 결과를 도출할 수 있으나, 사용자의 높은 이해도가 요구되며, 모형 구동 시간이 오래 걸릴 수 있는 단점이 있다. 데이터 기반의 딥러닝 기법의 경우 입력 자료가 간단하며, 모형 구동 시간이 비교적 짧으나 입력 및 출력자료 간의 관계가 블랙박스로 처리되어 수리·수문학적 특성을 반영할 수 없는 단점이 있다. 본 연구에서는 물리적 기반 모형으로 국내외에서 적용성이 검증된 Soil Water Assessment Tool (SWAT)의 매개변수 보정(Calibration)을 통해 장기간의 결측치 없는 데이터를 산출하고, 이를 데이터 기반 딥러닝 기법인 Long Short-term Memory (LSTM)의 훈련(Training) 데이터로 활용하였다. 시계열 데이터 분석 결과 검·보정 전체 기간('07-'18) 동안 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE)와 적합도 비교를 위한 결정계수는 각각 0.04, 0.03 높게 도출되어 모형에서 도출된 SWAT의 결과가 LSTM보다 전반적으로 우수한 것으로 나타났다. 또한, 모형에서 도출된 연도별 시계열 자료를 내림차순하여 산정된 유량지속곡선과 관측유량 기반의 유량지속곡선과 비교한 결과 NSE는 SWAT과 LSTM 각각 0.95, 0.91로 나타났으며, 결정계수는 0.96, 0.92로 두 모형 모두 우수한 성능을 보였다. LSTM 모형의 경우 저유량 부분 모의의 정확도 개선이 필요하나, 방대한 입력 자료로 인해 모형 구축 및 구동 시간이 오래 걸리는 대유역과 입력 자료가 부족한 미계측 유역의 유량지속곡선 산정 등에 활용성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권5호
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• pp.321-330
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• 2015

최근 수질 및 수문에 있어 도시화에 미치는 영향을 도시 지역 내 저영향개발 기법을 이용한 저감효율에 관하여 연구가 진행되고 있다. 하지만 저영향개발 기법의 정량적 효율성을 증명할 수 있는 방법이나 기준 설정과 관련한 논문은 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 수문순환 체계를 재현 및 정량화할 수 있는 강우-유출 시뮬레이터를 개발하였고 실제 투수성 블록에 적용하였다. 이는 일반 블록과의 지표유출 및 중간유출 등 수문순환의 요소에 대하여 정량적으로 산정 및 비교함으로써 기기를 통한 투수성 블록의 효율성 분석을 실시하였다. 본 연구의 결과로 투수성 블록의 경우 강우강도가 크고 지속시간이 길어질수록 지표유출량의 저감효과를 뚜렷이 확인할 수 있었으며, 50 mm/hr의 강우강도로 1시간동안 분사하여도 지표 유출이 전혀 발생하지 않도록 제어할 수 있었다. 그리고 본 연구에서 사용한 기기의 강우검증 과정을 통해 결과의 신뢰성을 높이고 투수성 블록뿐만 아니라 여러 LID 요소 효율성 검증에도 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 본 기기를 활용하여 저영향개발 요소기술별 유출의 저감효과분석을 위한 효율성 검증의 표준화를 정립하는 기초 연구로 활용할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.715-719
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• 2005

현재 우리나라는 1970년대 이후 급속한 경제성장으로 인하여 산업화 및 도시화 현상이 심화되고 있는 실정이며, 이러한 과정에서 불투수층의 증가로 인하여 첨두유출량의 증가, 자연유역에서 도시유역으로 변하면서 유역내 도달시간의 감소 등의 수문학적 특성이 변화로 예기치 못한 홍수로 인하여 피해가 발생하고 있다. 다라서 첨두유출량이 관망으로 전달되는 과정에서 관에 발생하는 부하의 증가로 인하여 내수침수 피해를 입게 되는데, 도시 유역에서의 인구 증가 및 산업활동에 따른 도시 개발로 인한 불투수면적의 증가로 우수유출량이 커지고 있으며, 저지대의 활용이 증대됨에 따라 내수 피해는 더욱 증가되고 있는 실정이다. 이러한 도시 유역의 재배 저감 대책 수립을 위해서는 먼저 실측자료와 도시유출 모형에서 산정된 첨두유출량과의 비교$\cdot$분석하여 최적의 모형을 채택하여야 한다. 또한 채택된 모형으로 적절한 설계 강우량이 선정되어야 하고, 그에 따른 유출량을 정확히 산정하여야 하나, 설계 강우량 산정을 위한 강우의 지속시간의 결정에 대해서 일반적인 기준이 확립되지 못하고 있는 실정이기에 재해 저감 대책 수립에 많은 어려움이 따르고 있다. 이에 본 연구에서는 실측 강우량, 첨두유출량 및 유출총량과 도시지역의 유출량 산정에 사용되어지는 ILLUDAS, SWMM 모형에 모의치와의 비교 연구를 통해 최적의 도시유출모형을 제시하고자 한다. 따라서 실측자료가 있는 서울시 장안$\cdot$뚝섬배수구역의 실측 강우와 펌프장에서 조사된 실측 유량과 ILLUD AS, SWMM 모형에 의해 산정된 유량과의 비교 분석 결과 SWMM 모형에 의한 첨두유량이 실측 첨두유출량과의 오차율에서 장안배수구역은 $21.1\%$, 뚝섬배수구역은 $4.3\%$로 가장 근접한 결과를 나타내었으며, 총 유출량에서도 각각 $7.8\%,\;13.2\%$의 오차율을 가지는 것으로 분석되어 타 모형에 비해 실유량과의 차가 가장 적은 것으로 모의되었다. 향후 도시유출을 모의하는 데 가장 근사한 유출량을 산정할 수 있는 근거가 될 것이며, 도시재해 저감대책을 수립하는데 기여할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.270-270
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• 2021

안정적인 취수원의 역할을 할 수 있는 중·대규모의 하천이 없는 연안 및 산간지역의 경우 생활용수 등 각종 용수의 확보를 위하여 지하수자원을 활발히 이용하고 있다. 수문순환의 측면에서 대수층 내 지하수자원은 다양한 경로로 함양되는데, 주변에 물 교환이 활발히 발생하지 않는 연안 및 산간지역의 경우 지하수자원의 주된 함양원은 강수 형태로 내린 물이라고 볼 수 있다. 그러나 최근 전세계적으로 기후변화로 인한 강수패턴의 변화가 발생하고 있고, 특히 국내의 경우 연 총 강수량이 증가하나 무강우일수 및 무강우지속일수의 증가, 강우강도의 증가(기상청, 2018)와 토지이용특성 및 지표면 특성이 변화하면서 지표면 유출량이 증가함에 따라 수문순환의 불균형이 발생하고 있다. 이는 주된 취수원으로 지하수자원에 의존할 수 밖에 없는 연안 및 산간지역의 수자원 확보에 큰 위협이 될 수 있고, 미래 안정적인 수자원 확보가 어려운 상황에 직면할 수 있는 상태이다. 따라서 기존의 하천 위주의 유역 관리계획 수립에서 나아가 가뭄 발생 시 물 부족에 시달리고 있는 연안 및 산간지역의 수자원 관리 및 확보 계획 수립에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 안정적인 수자원 확보와 이를 위한 관리 계획의 사각지역에 놓여있는 국내 연안 및 산간지역의 수자원 관리 방안 수립을 위한 초석을 다지기 위하여, 연안 및 산간지역을 대상으로 지하수위 관리 취약성 평가 연구를 수행하였다. 연안 및 산간지역의 주된 취수원인 지하수자원의 주요 평가 인자로 지하수위를 선정하였고, 이에 영향을 미칠 수 있는 수문순환 요소와 인구, 토지이용 특성 등의 평가 인자를 선정하였다. 지표수-지하수 연계와 지역특성을 고려한 수자원 변동 특성을 분석하기 위하여 수문순환 요소간 상관관계를 기반으로 상호 영향성을 규명하였다. 또한 연구 지역의 시간적, 공간적 특성을 평가하기 위하여 공간특성 평가인자와 시간특성 평가 인자를 함께 고려하여 국내 연안 및 산간지역의 지하수위 관리 취약성 평가 연구를 수행하였다. 본 연구의 결과는 지하수자원에 의존할 수 밖에 없는 국내 연안 및 산간지역의 효율적인 수자원 관리 계획을 수립함에 있어 정량적 근거가 될 수 있을 것으로 기대한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6B호
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• pp.683-690
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• 2008

본 연구의 목적은 도시하천으로 복원된 청계천유역에 대해 수문관측기반의 홍수예측모델을 제시하고, 실측자료를 통해 모형의 적용성을 검토하는데 있다. 본 연구의 적용대상지역인 청계천유역은 본류하천 좌우측에 연결되어 있는 수문열림과 저수호안의 침수발생이 인명대피의 기준이 되는 유역 고유의 특성을 가지고 있으며, 2006년 이후 본류하천의 5개 지점에서 수위 및 유량을 측정하고 있으며, 이와 동시에 강우에 따른 수문열림 및 저수호안 침수시간을 측정하고 있다. 본 연구에서는 2006년 실측자료를 이용하여 10분 최대강우강도에 따른 수문열림과 저수호안 침수시간에 대한 모형을 개발하고, 2007년 실측자료를 이용하여 개발된 모형의 적절성을 검토하였다. 그 결과 모형의 결정계수는 0.57-0.75 범위로 나타났으며, 이는 적용대상지역의 복잡성과 개발모형의 단순성을 고려할 때 적합한 것으로 나타났다. 그러나 모형의 정확도 향상을 위해서는 지속적인 관측을 통해 개발모형을 보완하여야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1727-1731
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• 2008

수자원의 효율적인 관리를 위해서는 신뢰성 있는 유량자료의 획득이 대단히 중요하다. 우리나라는 양질의 유량자료를 획득하기 위해 매년 많은 시간과 돈을 투자하고 있으나 자료의 질적인 면에서 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있다. 현재까지 우리나라의 유량자료는 댐의 수문자료와 수량관리 부처인 건교부에서 운영하는 수위표 지점의 수위-유량곡선에서 산출된 자료에 의존하고 있다. 그러나 수위-유량 관계식을 보정하기 위한 유량측정사업이 지속적이지 못하며, 이 관계식은 유량이 적은 저수기 및 갈수기에는 부정확하다는 한계가 있다. 또한, 국립환경과학원 낙동강물환경연구소에서 오염총량관리를 위한 낙동강수계 유량측정사업을 실시하고 있지만, 목적은 낙동강수계의 오염총량관리 단위유역 말단 47개 지점에서 유량측정을 효율적으로 실시하여 수질정책의 기초자료를 제공하는데 있다. 이 자료 역시 오염총량관리를 위하여 유량측정을 실시하여 수자원의 효율적인 관리를 위한 일 유량을 알 수가 없는 한계점을 가지고 있다. 따라서 저수기 및 갈수기에 수질정책의 기초자료를 제공하기 위해서 하천을 포함한 유역의 정확한 강우-유출특성의 파악이 필요하다. 그러나 강우-유출특성 또한 유역 내 강우의 시 공간적 분포가 다르며 그 자가 비선형성이 강하고 여러 변동성을 포함하므로, 강우로부터 하천의 유출량의 정확한 해석이 불가능하다. 그러나 최근 인공지능 분야에서 신호처리, 지능제어 및 패턴인식 등의 수단으로 사용되고 있는 신경망은 학습이라는 최적화 과정을 통해 입력과 출력으로 구성되는 하나의 시스템을 비선형적으로 구축할 수 있으며 이러한 이점을 활용하여 수자원 분야에서 다양하게 적용되고 있다. 본 연구의 목적은 강우-유출자료 및 댐 방류량 자료의 비선형적인 특정을 가장 잘 반영할 수 있는 신경망모형을 적용하여 수질정책의 기초자료를 제공하기 위하여 신뢰성 있는 유량자료를 산정하는 모형을 개발하는 것이다. 이를 위해서 낙동강물환경연구소에서 오염총량관리를 위한 낙동강수계 유량측정 지점 상류의 댐 방류량의 일 방류량자료와 강우자료를 입력 자료로 하여 유량을 예측할 수 있는 유량예측 신경망 모형 FFBN(Flow Forecasting By Neural)을 개발하였다. 그리고 입력 자료로서 장기유출모형인 SWAT의 모의결과를 입력 자료로 추가한 FFBNS(Flow Forecasting By Neural and SWAT)을 개발하였다. 신경망 모형의 구조는 입력층과 출력층 사이에 하나의 은닉층이 존재하는 다층 신경망으로 구성하였으며, 학습단계에서는 오류 역전파 알고리듬 학습방법 중 모멘텀법을 사용하였다. 예측된 유출량을 실측치와의 비교를 위하여 낙본D지점과 낙본 E지점에 대하여 $2005{\sim}2006$년까지의 모의 결과를 낙동 수위측정지점과 구미 수위측정지점의 실측치 통하여 복잡한 비선형성을 가지는 유출 시계열 자료에 대한 효과적인 최적의 신경망모델을 개발하여 유량을 예측하고 적용 가능성을 검토하고자 한다. 모의 결과는 수질정책의 기초자료 제공에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.