• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.311-316
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• 2017

기후변화는 물 관리 측면에서 많은 변화를 일으키는 것으로 보고되고 있다. 주로 강우의 패턴을 변화시키며, 가용수자원의 지역적 편중을 심화시킨다. 기후변화에 적응하며 안정적이고 균등한 용수확보를 위해서는 홍수와 가뭄을 고려한 연속적인 물 순환 해석기술이 필요하다. 강우유출분석은 강우사상에 대한 수문순환과정을 통해 유출량을 산출하는 것으로, 주로 직접유출과 중간유출이 이에 해당된다. 강우발생 이후 무강우기간에 대해서는 기저시간 이후에 발생되는 유출량의 정량적 산출이 필요하다. 기저유출은 강우 발생 시점에 급격히 발생하기보다는 선행강우에 따른 유역 내 지하수위 분포와 대수층의 특성, 하천수위에 따라 다양한 패턴으로 나타나기 때문에 지하수대의 수리학적 성분들을 반영할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 강우유출모의 시 지표유출량 산정과 지하수유동해석을 통한 기저유출량 산정이 동시에 이루어져야 한다. 최근 국내외에서는 다양한 형태의 수문모형과 MODFLOW를 연계한 장기유출분석에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서 활용한 K-DRUM(K-water Distribution Runoff Model)은 K-water에서 자체 개발한 물리적 기반의 분포형 강우유출모형으로 강우유출, 유사, 기초수질항목에 대한 3차원 분석이 가능하다. 본 모형의 A층(표층)은 지표유출을 고려한 운동파법이 적용되었고, B층과 C층(중간층), D층(지하수층)은 선형저류법이 적용되었다. MODFLOW(A Modular Three-Dimensional Finite-Difference Ground Water Flow Model)는 1980년대 USGS(United State Geolog ical Survey)에서 개발된 가장 범용적으로 사용되는 지하수유동모형이며, 모듈화 된 구조를 갖고 있어 다양한 패키지 중 필요로 하는 기능을 독립적으로 모의할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 향후 기후변화에 따른 강우의 불확실성에 대비한 유역의 장기 물순환 해석을 위해 강우유출모형인 K-DRUM과 지하수유동모형인 MODFLOW를 연계하고자한다. 연계방법은 K-DRUM에서 계산된 D층으로 침루되는 양을 MODFLOW의 함양량으로 적용하고, MODFLOW에서 산출된 기저유량을 K-DRUM의 하천유출에 적용하는 것이다. 본 연구의 성과를 갈수기 유출해석에 적용하면 정확성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.241-241
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• 2017

기후변화로 인하여 강우의 불확실성이 가중되고 홍수, 가뭄 등 물 관련 재해의 발생빈도 및 강도가 증가함에 따라 안정적인 용수공급 등 수자원 관리 및 운영에 어려움을 겪고 있어 예측기반의 수자원 계획 및 운영이 요구되고 있는 실정이다. 우리나라 기상청에서는 2010년 6월 영국기상청과 장기 계절예측시스템의 구축 및 운영에 관한 협정을 체결하였으며 2014년부터 전지구 계절예측시스템 GloSea5(Global seasonal forecasting system version 5)을 현업에 활용하고 있다. GloSea5 모델은 대기(UM), 지면(JULES), 해양(NEMO), 해빙(CICE) 모델이 커플러(OASIS)에 의해 결합된 통합 시스템으로 일단위 자료로 제공된다. 현재 수자원 분야에서는 장기예보자료가 제공되고 있음에도 불구하고 장기예보자료의 불확실성 및 수문 모형 입력자료로의 활용 어려움, 예측자료의 검증 미흡 등으로 기상청에서 제공하는 장기예보를 참고할 뿐 실제로는 과거 관측자료를 기반한 빈도해석 결과를 활용하여 댐 운영 계획을 수립하고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 GloSea5모델에서 제공되는 일 단위 예측 강수량을 수자원 장기이수계획 및 관리에 활용하고자 GloSea5모델의 예측력을 평가하고 수치모델이 가지는 시스템 에러에 대하여 편의보정 및 지점 상세화를 수행하였다. 본 연구의 분석결과는 향후, 저수지 운영계획 및 증가하는 물수요와 불확실한 공급에 대한 의사결정 지원, 가뭄 대비를 위한 물 공급 제한 등에 활용 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.546-546
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• 2015

현재 새만금 호 내로 유입되는 만경, 동진강 유역은 대규모 관개시스템을 통해 하천수의 대부분을 농업용수로 취수하고 있어 하천의 건천화가 심화되고 이에 따라 수질관리와 수생태계 보전에 어려움이 있다. 또한 새만금호는 방조제 완공 이후 배수갑문을 통한 해수유통이 줄어들어 호 내중 하류부에만 영향을 미치고 상류부인 만경, 동진강의 유입부는 유입되는 유량과 오염부하량의 지배적인 영향을 받는다. 이러한 새만금유역과 호에 대해 적정수질유지 및 합리적인 수질관리 대책 수립이 중요하며, 이를 위하여 상류하천 및 새만금호의 주요 지점에 대한 지속적인 모니터링 및 유역과 수역의 기작 등을 합리적으로 구현할 수 있는 수질예측 모델을 구축, 운영 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 새만금유역에 대해 SWAT모형을 적용시켜 자료를 구축하였고, 그 결과를 토대로 3차원 수리?수질모델인 EFDC를 이용하여 2020년 호 내 수질을 모의하였다. 또한 제수문 방류조건(1cms방류, 65%방류, 전량방류)에 따른 수질 변화를 모의하여 호 내 수질변화와 영향범위를 추정하였다. 제수문에서의 1cms방류조건과 전량방류조건을 모의하여 연평균 농도를 비교 한 결과 M3지점에 서 COD 1.304mg/L 감소, T-N 1.207mg/L 감소, T-P 0.08mg/L 감소, Chl-a $5.095mg/m^3$ 감소, D3지점에서 COD 0.492mg/L 감소, T-N 0.205mg/L 감소, T-P 0.009mg/L 감소, Chl-a $2.117mg/m^3$ 감소하는 것으로 예측되어 수질이 개선되는 것으로 나타났다. 이는 만경강과 동진강 제수문의 증가된 방류량으로 인해 유황이 개선되고 호 내 오염부하농도가 감소하는 것으로 판단된다. 방류조건별 영향범위를 살펴본 결과, 65%방류조건에서는 호 내 상류구간에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 전량방류조건에서는 호 내 중?상류구간이 지배적인 영향범위로 평가되었다. 따라서 유역 내 제수문 관리를 통한 방류량 조정은 새만금호의 효과적인 수질관리에 기여 할 것으로 예상되며, 향후 제수문의 체계화된 운영방안 수립대책이 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.301-301
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• 2019

수위 관측 지점의 선정은 관측 기록의 목적, 지점의 접근성 등에 의해 결정되며, 수위는 유량을 계산하기 위한 필수 자료이므로 수위 관측 지점의 위치를 선정하는데 있어 수리조건은 매우 중요한 요소이다. 이에 수위관측소(WLS, Water Level Station)는 홍수예경보, 수해방지 등의 치수계획과 하천운영, 용수공급 등의 이수계획 및 생태계 보전을 위한 수질관리계획 등의 목적을 달성할 수 있는 지점에 WMO에서 제시한 수위관측소의 최소 밀도를 고려하여 설치된다. 한국의 경우 치수측면에서 홍수예경보시스템의 홍수예보 대상지점과 홍수유출 계산지점을 가장 중요한 요소로 판단한다. 이에 홍수통제소에서 운영하는 홍수예보 프로그램에 적절한 수위관측망을 고려하기 위하여 프로그램에서 사용되고 있는 소유역 출구점 또는 합류점을 모두 수위관측소 위치로 포함시키고 있다. 인도네시아 Citarum강 홍수예경보 모형의 실행 및 검정을 위해서는 주요 지류의 출구마다 수위관측소를 설치하는 것이 바람직하나, 수위관측소의 설치 및 운영에는 많은 비용이 소요되기 때문에 주어진 예산을 고려해야 하며, 홍수예보를 실시하는 이유는 홍수로 인한 피해를 경감시키기 위한 것이기 때문에 인구와 홍수피해 잠재성이 높은 지점을 위주로 설치를 계획하여야 한다. 사업 대상지역인 Citarum강에서 BBWSC가 운영 관리하는 WLS는 29개소이며, 이 중 대상지역인 Upper Citarum Basin(UCRB)에는 20개소의 WLS가 운영되고 있다. 본 설계에서는 $300km^2$당 1개소의 수위관측소를 설치하는 것을 기준으로 설정하여 홍수예경보가 필요한 WLS 8개소를 도출하였으며, 소유역의 출구점 또는 합류점 등을 고려하여 수위관측소 위치를 결정하였다. 또한 UCRB의 과거 홍수피해상황, 과거 홍수범람실적, 홍수범람도 등을 조사하였으며, 실시간 자료 전송을 위한 통신 환경, 차량의 접근 용이성 및 하천구역 대표성 등을 고려하여 홍수예경보 구축을 위한 최적의 수위관측망을 설계하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.40-40
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• 2017

최근 2014년 마른장마의 영향으로 중부 지방에 가뭄이 발생하였으며, 장마철 강수부족은 2015년까지 영향을 미친바 있다. 이로 인해 소양강 댐은 역대 최저수위를 기록하였으며, 일부 지역에서는 제한급수, 농업용수 부족 등의 피해가 발생하였다. 일반적으로 가뭄은 발생순서에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적 가뭄 등으로 분류하고 있다 (Wilhite and Grantz, 1985). 기상학적 가뭄은 농업 및 수문학적 가뭄에 영향을 미치는 가뭄의 시작 단계를 의미하며, 가뭄을 판단하는데 있어 중요한 요소라 할 수 있다. 기상학적 가뭄을 정량적으로 판단하기 위해 SPI, PDSI, PN 등이 활용되고 있으며, 특히 강수량 기반의 SPI는 계산과정이 쉽고, 다양한 지속시간(3, 6, 9, 12개월 등)에 따라 가뭄을 객관적으로 판단할 수 있어 가장 활발하게 이용되고 있다(Mckee et al., 1993). 최근 기상청은 대기와 해양-해빙 모델을 접합한 GloSea5의 장기예보자료를 활용하여 월 내지 계절 가뭄전망을 위한 기상학적 가뭄지수를 현업에 활용하고 있다. 다만 국내에서는 주로 단기가뭄(1~3개월)이 빈번하게 발생함에 따라 짧은 예보선행시간을 갖는 가뭄전망에 대한 평가에 집중되어 왔다. 2014, 15년에는 이례적으로 2년 연속 가뭄이 지속된바 있으며, 장기가뭄(3개월 이상)에 대한 전망정보의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 장기예보자료 기반의 기상학적 가뭄전망정보를 산정하고, 2015년 가뭄을 대상으로 활용성을 평가하였다. 이를 위해 ASOS 59개 지점의 관측강수량, GloSea5의 미래예측(Foreacst) 및 과거재현(Hindcast) 자료를 활용하였으며, 다양한 지속시간(3, 6, 9, 12개월)에 대한 SPI를 산정하였다. 또한 예보선행시간(1~6개월)에 따른 SPI와 관측자료 기반의 SPI 간의 통계적 분석(상관계수, 평균제곱근오차)을 수행하여 전망정보의 정확도를 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.361-361
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• 2016

기상이변으로 인하여 최근 10년 동안 해마다 홍수와 가뭄 피해가 극심하였고 그에 따른 경제적 손실 또한 증가하고 있다. 이에 우리나라에서는 4대강 살리기 사업으로 다기능보 건설 및 준설을 통하여 용수확보 및 홍수조절능력을 향상시키고자 하였다. 하지만 그로인해 하천환경이 많이 변하였으며, 그에 따른 하도의 안정성 확보 및 효율적인 유지관리가 요구되는 상황이다. 체계적인 하천관리를 위해서는 24시간/365일 하천상황 분석과 함께 실시간 수리학적 체류시간 분석 등을 통한 하천 및 하도내 수자원 관리 기초자료 필요성이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 변화된 하천을 정확히 반영하고, 보의 운영조건을 고려한 2차원 수리해석을 실시하여 하천관리를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다. 다기능보의 지형조건과 운영조건을 반영할 수 있는 EFDC 모형을 이용하여 낙동강에 대해 2차원 수리모형을 구축하였다. 자료기반모형을 이용하여 지류 유입량을 예측하여 적용하였으며, 보 상류 및 하류부 수위를 상 하류단 경계조건으로 구성하였다. 이를 통해 보별 유입량 및 보 상류의 주요지점의 수위, 유량에 대한 다양한 조건을 확정론적 방법과 추계학적 방법으로 분석하여 주요지점에서의 유량 및 수위 수문곡선, 수위/유량 종단양상, 주요지점별 도달 시간 등을 제시하였다. 또한 확정론적 수위 및 유량의 홍수기 및 저 갈수기, 계절 및 분기, 일단위및 시단위 등의 시계열 결과를 도출하였으며, 유량규모별 전파 양상을 분석하여 강우-유량-도달 시간의 조건표를 제시하여 보의 운영에 직접적으로 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구를 통해 낙동강에서의 하천관리를 위한 기초자료를 제공할 수 있으며, 다양한 조건에 대한 보 운영 및 하천 유지관리의 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.134-134
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• 2016

우리나라는 지역별 및 유역별로 강수량의 편차가 심하고 홍수기에 강수량이 편중되어 내리는 특징을 가지고 있다. 최근 몇 년간 발생한 이상기후에 의해 연평균 강수량이 크게 감소하였고 이는 겨울철에서 봄까지 용수이용에 많은 어려움을 주었다. 연중 안정적으로 물을 공급하기 위해서는 대량의 물을 저장할 수 있는 대규모 저수시설이 필요하지만 사회 환경적인 이견대립으로 이를 실행하기란 쉽지 않다. 따라서 구조적인 대책이전에 지역 및 유역의 특성을 고려한 실행단위의 수자원계획 수립과 평가할 수 있는 기반이 요구된다. 현재 국가 수자원의 안정적인 확보와 하천의 효율적 이용 개발 및 보전을 목적으로 수립되고 있는 수자원장기종합계획은 국가의 수자원정책을 반영하고 있으나 하천의 건천화, 수질부문에 대한 검토가 미비하고 수자원과 관련된 하위단위의 실행계획과 연계가 미흡한 실정이다. 국외의 수자원관리는 안정적이고 효율적인 수자원관리를 위해 통합관리체계를 도입하고 있으며 이에 하위관리단위인 유역단위에서 물과 관련된 많은 부분을 고려하여 통합관리를 위한 지침을 마련하고 있다. 지속적이고 안정적인 수자원 확보와 효율적인 이용을 위해 수자원 관리정책과 제도적인 틀을 마련하여 국가 및 지역의 수자원개발 및 이용계획을 지원하고 있다. 이러한 변화는 지금의 수자원이 미래에 사회 경제적으로 상당히 중요한 가치를 가진다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 국내의 기 수립된 수자원계획과 국외의 수자원정책적인 부분을 살피고 국가차원의 수자원 관리를 지원할 수 있는 지역(유역관리)단위 계획수립과 이를 지속적으로 이끌어 갈 수 있는 중앙 정부, 지방정부, 시민단체 등과 같은 지역거버넌스의 협력적 관계조성을 기반으로 세부적인 부분에서 출발하는 수자원관리계획에 대한 필요성을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.118-118
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• 2017

4대강 사업으로 인하여 장래 치수 및 물부족현상과 가뭄에 대비한 용수 확보를 위해 하도준설과 보의 설치, 중소규모댐 건설, 농업용저수지 증설 등이 진행되었다. 그중 낙동강에는 8개 대형보가 건설되었다. 하지만 보 건설로 인하여 주변 지역 지하수위가 상승하여 주변 농경지나 저지대가 침수될 가능성이 있어 4대강 사업의 문제점의 하나로 지적되어 왔다. 이에 본 연구에서는 낙동강 유역에 건설된 보로 인하여 상승한 하천수위가 보 주변지역에 미치는 영향을 알아보기 위하여 8개보 주변의 연구대상지역을 선정하고 지하수 모델(Visual-MODFLOW)을 이용하여 보 관리수위 및 함양량 변화에 따른 지하수 유동과 지하수 변화를 분석하였다. 각 연구대상지역별 지하수위 변동특성 분석 순서는 보 건설 후(현재상태)에 대하여 정류상태 보정을 실시한 후 보 관리수위 시나리오를 정하고 그에 따른 분기별 함양량을 적용하여 부정류 모의를 실시하였다. 그 결과 각 연구대상지역의 지하수위는 낙동강 하천수위와 비슷하게 형성되는 것으로 평가되었으며, 낙단보의 경우 분기별 지하수위 변화가 0.1m ~ 0.2m로 함양량 변화에 따른 지하수위 변동이 가장 작게 평가되었다. 상주보의 경우 분기별 지하수위 변화가 1.5m ~ 2.1m로 함양량 변화에 따른 지하수위 변동이 가장 큰 것으로 평가되었다. 이러한 지하수위 변화는 하천주변 농가의 재배 작물 수확량 및 품질에 직접적인 영향을 줄 수 있어 농번기인 2분기(4월 ~ 6월)와 4분기(10월 ~ 12월)의 경우 보 관리수위를 주변 재배작물에 따라 운영한다면 보 건설로 인한 주변 지하수위 상승으로 인한 영향을 최소화 할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 한강, 금강, 영산강에 건설된 보 주변에 대한 지하수위 변화특성 연구가 필요할 것으로 판단되며 본 연구 결과를 바탕으로 보 관리수위 결정의 기초자료로 활용할 수 있을 것이라 판단 된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.583-583
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• 2016

다양한 평가지표가 반영된 복합 지수(Composite Index)는 물관리 정책의 우선순위 결정 및 정책성과의 모니터링에 유용한 도구로 사용되고 있다. 각 지표별 중요도를 나타내는 가중치는 최종 지수의 산정에 영향을 미칠 수 있으며, 그 결정방법도 Data Envelopment Analysis(DEA), Benefit of doubt Approach(BOD), Unobserved Component Model(UCM), Budget Allocation Process(BAP), Analytic Hierarchy Process(AHP), Conjoint Analysis(CA) 등 다양하다. 본 연구에서는 여러 가지 가중치 결정방법 중 통계적 방법인 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 사용하여 Park et al.(2016)이 제시한 물관리 탄력성 지수(Water Management Resilience Index, WMRI)에 대한 가중치를 산정하여 동일 가중치를 적용한 기존 결과와 비교하였다. 물관리 탄력성 지수는 자연조건상 물관리 취약성(Vulnerability), 기존 수자원 인프라의 견고성(Robustness), 물위기 적응전략의 다양성(Redundancy)의 3가지 부지수(sub-index)는 각각 13개, 11개, 7개의 지표(Indicator)로 구성되어 있으며, 117개 중권역을 다목적댐 하류 본류유역(범주 1), 용수공급 및 유량조절이 불가능한 지류(범주 2)와 가능한 지류(범주 3)로 분류하여 적용되었다. 각 부지수별로 추출된 3개, 5개, 3개의 주성분이 전체 자료의 76.4%, 71.2%, 63.2%를 설명하는 것으로 분석되었으며 부지수별 주성분의 고유벡터(Eigenvector)와 고유값(Eigenvalue)를 계산하고 각 지표의 가중치를 산정하였다. 주성분 분석에 의한 가중치와 동일 가중치를 적용하였을 경우와 비교해보면 취약성 부지수 1.9%, 견고성 부지수 1.9%, 다양성 부지수 2.1%의 차이가 나타나며 물관리 탄력성 지수는 0.4%의 차이를 보임에 따라 Park et al.이 제시한 연구결과의 적정성을 확인할 수 있었다. 주성분 분석은 객관적인 가중치 설정을 위한 통계적 접근방법의 하나로써 다양한 물관리 정책지수 산정시 활용될 수 있을 것이며, 향후 다른 가중치 산정방법을 적용함으로써 각 방법에 따른 지수 결과의 민감도 및 장단점을 분석할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.335-335
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• 2015

행주대교 하류 약 3km 지점에 위치한 신곡수중보는 한강종합개발 사업 중 하도정비로 인한 상시수위 저하로 인해 발생하는 문제를 해결하기 위해 설치되었으며, 취수장의 취수심 확보, 주운수심 확보, 염수 역류에 의한 생태계의 변화 방지, 하천 주면의 지하수위 저하 방지 목적으로 건설되었다. 본 연구에서는 신곡수중보의 존치, 이전 혹은 철거로 인한 수질변화를 모의를 실시하였다. 한강 본류와 임진강 합류를 고려하여 총 495개 수질모의 셀을 구성하였고, 수질모의를 위한 WQ Cell은 길이가 100 m~340 m로 임진강 47개, 한강 448개로 총 495개의 셀로 구성하였으며, 주요 지천이나 오염원으로 신곡보 하류에는 공릉천, 신곡보와 잠실보 사이에는 창릉천, 서남과 난지물 재생센터, 안양천, 홍제천, 중랑천, 탄천, 잠실보 상류에는 왕숙천, 월문천, 덕풍천 등 9개 지천과 2개 물 재생센터를 포함하였으며 잠실보 상류에서의 생활용수 취수를 고려하였다. 수온, BOD, 조류의 경계조건은 환경부에서 제공한 2011년 3월과 4월의 측정자료를 사용하였다. 그 결과, 신곡보 철거시 수온의 변화는 서해로부터의 차가운 해수의 역류 증가로 임진강, 파주, 전류, 장항습지까지 수온이 최대 $0.94^{\circ}C$ 크게 하강할 것으로 나타났으나 행주, 가양, 영등포는 오히려 수온이 $0.03{\sim}0.04^{\circ}C$ 미미하게 상승할 것으로 나타났으며 현재의 신곡보가 수온의 급격한 변화를 완층하는 역할을 담당하여 왔으나 보가 철거되면서 이러한 수온 완충역할이 사라지기 때문으로 분석되었다. 신곡보 철거시 BOD 농도의 변화는 잠실보 하류쪽으로는 BOD 농도가 최대 1.02 mg/l 감소하는 등 전반적으로 수질이 크게 개선될 것으로 나타나는 반면 잠실보 상류쪽으로는 BOD 농도가 최대 0.56 mg/l 증가하며 현재의 1급수 수질에서 2급수로 수질이 악화되어 상수원 수질 관리가 어려울 것으로 예상되었다. 신곡보 철거시 조류 농도의 변화는 잠실보 하류쪽으로 조류 농도가 최대 1.85 mg-A/l 감소하는 등 전반적으로 수질이 크게 개선될 것으로 나타나는 반면 잠실보 상류쪽으로는 조류 농도가 최대 0.40 mg-A/l 증가하며 고조위 기간에는 조류주의보 기준 1.5 mg-A/l를 초과하는 경우도 발생하여 상수원 취수에 문제가 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다.