• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.148-148
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• 2020

산업의 고도화가 진행됨에 따라 화학원료의 사용이 증가하고 있고 독성을 가진 화학물질이 하천으로 유입되는 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 수환경으로 유입되는 유해화학물질은 주로 무색무취의 물질들로 사고가 발생하더라도 초기 발견이 어려워 어류폐사를 유발하거나 취수시설에서 용수로 취수되는 경우가 발생하기 때문에 이에 대한 대응책 마련이 필수적이다. 하천에 유입된 오염물질의 거동을 신속하게 예측하기 위해 1차원 오염물질 추적 모형이 활용되는데, Fickian 이송-분산 모형(Fickian Advection-dispersion equation model; FADE)이 주로 사용되고 있다. 하지만 FADE는 오염물질이 하천 저장대에서 지체되는 현상을 반영하지 못하기 때문에 농도곡선의 왜곡도를 구현하지 못하는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천저장대모형(River Storage Model; RSM)을 개발하고 이를 국가하천인 감천에 적용하였다. 본 연구에서 개발한 RSM은 분산계수, 본류대 면적, 저장대 면적, 저장대 교환계수의 네 가지 매개변수를 통해서 하천의 물질 저장 및 교환 특성를 구현한 non-Fickian 모형으로서, 생화학반응, 휘발, 흡·탈착항을 추가하여 유해화학물질의 혼합 거동을 정확하게 모의할 수 있도록 개발하였다. 저장대 모형의 매개변수를 산정하기 위해서 하천 유량과 지형자료를 기반으로 HEC-RAS를 모의하여 계산된 수리특성을 입력변수로 사용하였다. 저수기, 평수기, 풍수기 유량을 기준으로 세 경우의 시나리오 모의를 수행하였는데, 5ton의 톨루엔이 김천산업단지에서 감천으로 유입된 경우 약 20km 하류에 위치한 취수장에서 톨루엔의 농도변화를 예측했다. 보존성 물질에 대한 모의 결과, 풍수기의 경우 저수기에 비해 유속이 크기 때문에 취수장에서 20.56시간 먼저 기준농도에 도달하고, 7.21시간 더 짧게 머무는 것으로 나타났다. 유해화학물질의 반응특성에 대한 민감도 분석을 시행한 결과, 생화학적 반감기가 18.98시간보다 길고, 옥탄올-물 분배계수가 2.267 이하인 물질은 생분해 및 흡·탈착 반응에 둔감한 것으로 나타났다. 1m 수심 기준 0.114m/s 이하 유속에서의 하천 수리조건에서는 화학물질의 휘발성을 무시할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.238-238
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• 2020

물복지라고 하는 것은 국민들이 사회적 지위, 경제적 능력, 주거위치 등등에 상관없이 평등하게 물 서비스를 받는 것이다. 그러나 사회가 변화하고 고도화됨에 따라 단지 물공급만의 문제가 아니라 수환경, 물의 사용에 따른 비용지불 등 여러 가지 요소들이 물을 사용하고 물환경을 이용하는 측면에 있어 평등하게 제공되고 있는지 검토하여야 한다. 대도시와 소도시 그리고 시군구 지역들이 대도시와 공평한 물공급과 물환경을 제공받고 있지는 않은 것이 사실이다. 또한 경제적 수준에 따라서 물공급에 대한 부담감을 느끼는 것도 당연한 사실이다. 이러한 물복지는 최근에 들어서 과거 물스트레스, 물빈곤과 같이 물을 사용하는 데 있어 부족한 측면에 대한 연구에 비해 부족한 현실이다. 우리나라는 빠른 속도로 인구가 변화하고 있다. 이러한 인구변화 속도는 과거 용수공급계획을 수립함에 있어 지속적으로 인구가 증가함에 따라 물 수요도 증가하여 물부족이 될 것으로 예상했지만 수자원기술과 물처리능력 등의 발달로 인해 우리나라는 걱정한 만큼의 물부족은 발생하지 않고 있다. 그러나 앞으로 빠르게 변화하는 인구감소에 따른 물 복지수준에 따른 평가가 필요한 시점이다. 단지 물을 사용하는 것뿐만 아니라 물을 사용함에 있어 느끼는 부담감, 만족감 등에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 물복지를 평가하기 위해 여러 통계자료를 이용하여 인구수의 변화와 상수도 요금, 하수도 요금등의 변화와 물공급 기반시설, 그리고 물환경의 변화등을 검토하여 물복지를 평가할 수 있는 인자를 검토하였다. 그리고 향후 인구변화에 따른 물이용에 따른 변화를 살펴보고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.259-259
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• 2020

증발산량은 수문학적으로는 강수량으로부터 지표 유출량과 지하수 함양량을 추정하는 등 전체 물수지를 해석하는데 있어서 매우 중요하며, 농업적 측면에서는 작물의 용수 수요량을 결정하는 중요한 인자이다. 그러나 증발산량의 직접적인 계측이 쉽지 않기 때문에 물수지 방법에 의한 간접적인 추정이나 관련된 기상자료를 이용한 경험적이고 물리적인 해석을 통해 산정하고 있다. 일반적으로 특정조건의 작물(기준작물)을 기준으로 가용수분이 충분한 상태에서 주어진 기상조건에 대해 기준증발산량을 산정하며, 여기에 대상작물별 특성이나 토양의 실제수분상태 등을 고려하여 실제증발산량을 추정하고 있다. 본 연구에서는 한강권역을 대상으로 현재 가장 일반적으로 활용되고 있는 Penman-Monteith 방법을 비롯하여, Thornthwaite 방법, Hamon 방법, Priestly-Taylor 방법, Hargreaves-Samani 방법, Hansen 방법 등 총 6종의 기준증발산량을 산정하여 비교하였다. 각 방법에 필요한 기상자료는 한강권역 및 인근에 위치한 기상청 관할의 33개 ASOS 지점에 대한 60년간(1960~2019년)의 관측자료를 이용하였다. Penman-Monteith 방법에 의한 값을 기준으로 나머지 5가지 방법들에 의한 결과를 분석한 결과, 전반적으로 다른 방법들이 기준증발산량을 크게 산정하는 것으로 나타났으며, temperature-based 접근법인 Hamon과 Hargreaves-Samani에 의한 연평균 값은 Penman-Monteith 방법 대비 각각 28.5%, 19.3% 정도 크게 산정되었다. 특히 Hamon 방법에 의한 결과는 다른 방법과 비교하여 여름철에 크게 차이를 보였다. 반면 Hansen 방법은 상대적으로 Penmna-Monteith 방법과 가장 적은 편차를 나타내었다. 지역별로 분석했을 때는 서울/인천지역과 강원도 동해안 지역을 제외하고는 Penman-Monteith 방법 대비 다른 방법들의 기준증발산량이 큰 것으로 나타났다. 중권역별로는 Penman-Monteith 결과와 비교하여 -158 mm/yr 에서 최대 +307 mm/yr 정도의 편차를 나타내었으며, 월별로는 -13 mm에서 +73 mm의 편차가 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.267-267
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• 2020

농업유역은 농업 활동이 이루어지는 농경지와 산림지, 주거지 등으로 구성되어 있으며, 농경지에서 필요한 물을 확보, 공급하기 위한 수원공시설이 위치하고 있다. 수원공은 하천수 및 지하수를 저류, 취수하여 관개 지구에 공급하게 되는데 이로 인하여, 상, 하류 하천유황이 증가하거나 감소하게 된다. 물순환이란 비나 눈이 내려 침투, 유출, 증발산 등의 과정을 통해 공간적, 시간적으로 변화하며 이동하는 자연적인 현상을 말하며, 상하수도 등 배수시설의 영향에 따라 발생하는 인공계 물순환도 광범위한 물순환에 포함된다. 최근 불투수면의 증가, 과도한 지하수 사용 등으로 인해 하천의 건천화, 지표유출량 증가 등 물순환 구조가 왜곡되고 있으며 왜곡된 물순환 회복을 위해 물순환 선도도시 조성, 물순환 회복조례가 신설되는 등의 노력이 있었다. 물순환 선도도시 조성 및 회복조례는 불투수면의 저감, LID 기법 적용 등을 통한 물순환 개선에 초점을 맞추고 있으나, 농업유역의 물순환은 농경지와 농업용수 공급을 위한 수원공에 큰 영향을 받아 이를 통한 물순환 개선에 초점을 맞춰야 한다. 본 연구에서는 농업유역의 농경지 및 수원공 관리방안에 따른 유역 단위 물순환 변화를 평가하고자 하였다. 이를 위해 모듈 기반 농업유역 수문모형을 통해 농업유역 물순환을 모의하였으며, 물순환율 개념을 통해 유역 단위 물순환 변화를 평가하였다. 물순환율은 환경부에서 제시한 (1-직접유출률) (%)의 식과 농업유역 특성을 반영한 농업유역 물순환율 두 가지를 통해 평가하였다. 농업유역 수자원 관리방안은 수원공인 농업용 저수지의 제한 수위운영에 따른 효과와 농경지는 관개 지구에 물꼬 및 담수심 관리방안을 적용하였으며 각 관리방안에 따른 물순환율을 도출하였다. 농업용 저수지는 제한 수위운영을 통한 유역 물순환 개선 효과를 확인하였으나 관개 지구에 적용한 물꼬 및 담수심 관리방안의 효과는 미비한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.20-20
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• 2020

신곡수중보는 한강종합개발사업(1982년~1986년) 중 하도정비로 인하여 상시 수위가 저하됨으로써 조수의 과도한 역류 등으로 발생하는 이수상의 문제점을 해결하고 상류에 설치된 잠실수중 보 사이의 수위유지 및 하천 공간 이용의 극대화, 연안 농경지의 용수공급 및 하천환경 보전을 목적으로 건설되어, 「잠실 및 신곡수중보 관리규정(1986)」 및 「신곡수중보 운영 매뉴얼」에 의해 관리·운영되고 있다. 신곡수중보는 준공된 이래로 한강하류의 흐름 해석에 있어 중요한 기준과 경계로서 이와 관련한 다양한 연구가 진행되었다. 신곡수중보로 인한 흐름의 변화가 하상과 생태에 미치는 영향에 관한 연구와 하구역에서의 조위 및 흐름특성과 밀도류의 거동에 관한 1, 2차원 수치해석연구가 활발히 진행되었다. 본 연구에서는 그동안 1, 2차원 수치해석연구로 한정되었던 신곡수중보 흐름특성에 관련하여 실제 수문 운영 방식을 반영한 3차원 수치해석을 수행하여 구조물의 상·하류에서 발생하는 와류 및 이차류와 같은 3차원적 흐름 구조와 이에 따른 지형의 침식·퇴적 및 구조물에 미치는 영향 등을 구체적으로 분석하였다. 우선, 신곡수중보 운영 매뉴얼과 실제 가동보 운영시스템을 비교하여 수문개방 시기, 유량 기준의 수문 운영 방법, 수위 변화에 따른 수문 운영 방법, 수문개방 순서를 분석하고 신곡수중보 주변 흐름에 대한 3차원 수치해석모형 구축을 위한 경계조건을 산정하였다. 수치해석에는 상용프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며, 경계처리기법 및 난류해석을 위해 FAVOR 기법과 RNG k-ε 모델을 적용하였다. 수문 동시개방 개수, 수문 개방 위치 및 순서, 개방 높이에 대한 조건을 변화시켜 구성한 시나리오에 대해 수치해석 후, 유속, 난류에너지, 이차류 등의 흐름특성을 분석하고 상·하류 수위차에 따른 방류량을 산정하여 시설물의 관리안을 도출하고 운영 매뉴얼의 개정안을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.92-92
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• 2020

최근 지진 발생 빈도와 규모가 증가함에 따라 지진재해에 취약한 지하구조물의 내진성능 향상 및 신속한 복구에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 지하구조물 중 하나인 상수관망은 음용수를 안전하고 원활하게 공급하는 사회기반시설물로써 대부분의 시설물이 지하에 매설되어 있어 지진재해에 매우 취약하다. 지진으로 인해 상수관망 내 누수 및 파손 등의 피해가 발생할 경우, 물 공급이 중단되어 경제적 손실과 사회 전반적인 불편이 우려되므로 피해 관로의 신속한 파악과 복구가 이루어져야 한다. 상수관로에 발생하는 피해는 크게 누수와 파손으로 구분할 수 있다. 관로가 파손된 경우 용수가 표층으로 새어나오기 때문에 탐지가 용이하지만, 누수의 경우 표층으로 드러나는 피해가 없어 탐지 및 수리가 어려운 단점이 있다. 이러한 누수가 장기간 방치될 경우, 해당 시스템의 유수율 감소로 인한 경제적인 손실과 더불어 공급수압의 저하, 그리고 오염물 침투의 위험이 존재한다. 이러한 피해를 막기 위해서는 신속히 누수 지점을 파악한 후, 피해 관로의 교체 혹은 보수가 이루어져야 한다. 현장에서 누수를 직접 탐지하는 방법은 정확도가 높은 반면, 많은 인력과 장비 그리고 비용이 소모되는 단점이 존재한다. 따라서 현장 누수탐지에 앞서 컴퓨터를 이용한 간접 누수탐지 기법이 지속적으로 개발될 필요가 있다. 본 연구에서는 현장 누수탐지의 탐지효율을 향상시키기 위해 수압, 유량 등의 관측 데이터와 수리해석 모의 및 최적화 기법을 활용한 컴퓨터 기반의 다중누수 탐지모형을 개발하였다. 개발 모형은 국내에서 운영 중인 소블럭 상수관망시스템에 적용하여 검증하고 탐지효율을 분석하였다. 컴퓨터 모의를 이용한 다중누수 탐지모형은 지진이나 홍수와 같은 대규모 재난 발생 후, 상수관망시스템의 신속한 복구 및 운영 정상화를 위한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.220-220
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• 2020

영산강수계는 상류에 4개의 농업용 댐이 위치하여 환경대응용수 확보 및 하천유지유량이 절대적으로 부족하고, 갈수기 하천 유량의 약 67 %가 광주 제 1, 2 하수처리장 방류수가 차지하고 있어 하천의 수질과 수생태계를 위협하고 있다. 이에 최근에는 오염된 하천의 건강성을 회복하기 위한 방법으로 수생태계의 정화능력을 활용한 인공습지가 각광받고 있다. 영산강 유역에서도 자연의 정화능력을 활용하여 하천 오염원을 저감시키기 위한 사업의 일환으로 2016년 광주 제 2 하수처리장 방류구에 서창오미공원 습지를 조성하였다. 이 습지는 유입량이 적어 정상적 기능이 어려운 기존 습지를 재조성한 것으로 하수처리장 방류수 약 5만 ㎥/day을 습지로 유입시켜 수질정화용 식재식물을 이용하여 하수처리장 방류수 수질을 개선한 사업이다. 2016~2017년 모니터링 결과, 습지 유입 전·후 BOD는 평균 33.5 %, 최대 73.1 % 저감 되었으며, T-P 또한 평균 59.3 %, 최대 91.6 % 저감 되었다. 그러나 습지는 운영기간 경과 시 퇴적물 축적, 고사체로 인한 T-P 용출 등으로 인하여 처리수의 수질이 더 악화될 우려가 있기 때문에 습지 조성 후 지속적인 유지관리와 모니터링이 필요하다. 그 예로 하수처리장 방류수와 비점오염원 처리를 위해 주암호에 조성된 인공습지의 경우, 2001년 준공 후 지속적인 관리 및 모니터링을 통하여 약 17년이 지난 2018년에도 BOD 49.3 % T-N 65.1 %, T-P 19.2 % 로 저감되어 오염원 및 영양염류 제거에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 본 조사에서는 서창오미공원과 주암호 인공습지 운영 결과를 토대로 습지 모니터링의 중요성과 적정 운영 방안을 제시하고자 하며, 영산강 하천의 점·비점오염원 저감을 위한 신규 인공습지 조성 사업에 기초자료로 활용하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.53-53
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• 2020

오염물질 유출 사고가 발생했을 경우 안전한 수자원의 관리 및 공급을 위해 오염물질의 혼합거동에 대한 정확한 해석이 필요하다. 하천에 유입된 오염물질의 혼합 거동에 영향을 미치는 인자들은 다양하지만, 수리구조물 등에 의해 발생한 저흐름 영역에 의해 오염물질이 정체되는 현상에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 특히, 국내 하천에는 약 33,000여 개가 넘는 취수보가 설치되어 있으며, 이 보들은 대부분 광정보 형태의 농업용수 취수를 목적으로 하고 있다. 이러한 보에는 저유량 시기에 보 상하류간의 흐름을 원활하게 하기 위한 노치(notch) 형태의 배수로가 설치되어 있으며, 노치로 인하여 보 상류쪽에 연직방향 뿐만 아닌 수평방향 흐름장의 변화 및 저흐름 영역이 형성된다. 따라서 본 연구에서는, 노치가 설치된 보 구조물 주변에서의 수평 방향 흐름 구조 및 오염물질의 혼합 거동을 분석하여 하천 저장대 모형의 매개변수를 산정하였다. 저흐름 영역에 의하여 오염물질의 정체현상이 발생할 경우, 일반적으로 오염물질 혼합 해석에 사용되는 Fickian 이송-확산 모형은 농도의 공간 분포를 잘 재현하지 못하기 때문에 non-fickian 모형인 하천 저장대 모형이 널리 사용되고 있다. 하천 저장대 모형에서의 주요 매개변수로는 저장대 영역(저흐름 영역)의 면적과 질량교환계수가 있으며, 본 연구에서는 노치의 조건 변화에 따른 저장대 영역 및 질량교환계수의 변화를 분석하기 위하여 수리실험을 수행하였다. 노치의 조건 변화에 따른 저장대 모형의 매개변수 산정을 위하여 보 구조물이 설치되어 있는 개수로에서 수리실험을 수행하였으며, 광범위의 수평방향 흐름구조 및 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위하여 LSPIV(Large Scale Particle-Image-Velocimetry) 및 PCA(Planar-Concentration-Analysis) 기법을 이용하여 유속 및 오염물질의 농도자료를 취득하였다. 취득된 유속 자료 및 농도자료를 바탕으로 보 상류에 위치한 저흐름영역의 크기 및 저흐름 영역과 주 흐름 영역 사이의 농도변화를 분석하였다. 실험자료 분석결과, 노치의 간격이 커질수록 저흐름영역의 크기 또한 증가하였으며, 오염물질의 체류시간 또한 증가하는 것으로 밝혀졌다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.9-9
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• 2020

하천공간은 홍수방어와 용수사용을 위한 수자원관리 측면의 공간에서 벗어나 국민들의 삶의 질 제고와 이용편익, 생활환경의 중심 공간으로 자리매김하고 있다. 국민의 하천에 대한 눈높이가 상승하고 있음에도 하천공간이 주는 여러 가치에 대해서는 학술적 검토가 미진하였으며, 그에 따라 정책에도 제한적으로 반영되고 있다. 본 연구에서는 설문조사, 요인분석 등을 통해 주민 입장에서 부여할 수 있는 하천의 다면적 가치를 식별하고 주민친화적 관리를 위한 성과지표를 개발하고자 하였다. 특히 본 연구가 개발하고자 하는 성과지표 체계는 기존 방식대로 객관화·정량화가 불가능한 주민의 정성적·주관적 만족도를 측정할 수 있는 지표를 개발하는 것에 목적이 있다. 먼저, 관련된 각종 선행연구 및 도로 등 타분야 사례, 일본 등 해외 사례 등을 종합하여 하천의 4가지 사업부문인 치수, 이수, 환경, 친수를 모두 포괄하는 지표체계안을 구축하였다. 다만 본 연구가 주민친화적 하천관리를 목적으로 하므로 상대적으로 환경·친수 부문 지표의 비중이 높았으며, 총 지표 개수는 25개로 도출하였다. 도출한 지표체계안을 바탕으로 주민 대상 설문조사를 실시하였으며, 요인분석법을 활용하여 지표체계를 재정리하였다. 요인분석법은 학술적·실무적으로 가장 널리 사용되는 PCA 추출법과 Varimax 회전법을 채택하였으며, KMO 및 Barlett's 검정법을 활용하여 자료 검정을 수행하였다. 그 결과, 하천 부문 주민만족 요인은 3가지로 나타났으며, 이를 각각 '최소친수기반요인', '안전·청결기반요인', '친수활동지원요인'으로 정의하였다. 요인 분석 결과를 바탕으로, 3개 영역, 6개 세부 영역, 24개 평가항목으로 구성된 성과지표 체계를 도출하였다. 마련된 성과지표의 항목별 중요도를 전국 대상 설문조사를 통해 분석한 결과, 영역 중에서는 '안전·청결기반요인'이 가장 중요한 것으로 나타났으며, 특징적으로는 CCTV, 장애·위험물 제거, 수질·공간청결성, 공공화장실 만족성 등이 중요한 것으로 나타났다. 또한 대전지역 국가하천과 지방하천을 사례지역으로 성과지표를 비교한 결과, 국가하천의 성과가 대체로 높게 나타났으며 '최소친수기반요인' 영역의 성과가 상대적으로 높은 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.143-143
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• 2020

수도권에 용수를 공급하는 팔당유역은 경제, 사회, 환경적으로 매우 중요한 공공의 자산이며, 이러한 자산을 누리는 데에 이어 국민 모두가 공평한 혜택을 받을 필요가 있다. 수량과 수질의 만족도는 곧 지역민들의 복지이며, 복지는 삶의 질을 높여주는 것을 의미한다. 팔당유역에서는 인간의 개발행위로 인해 하천과 생태계의 지속적인 훼손과 방치가 발생하며, 팔당유역에 대한 수도권과 지역주민들의 사회적, 문화적 요구가 증가함에 따라 수자원의 안정적인 확보와 하천의 자연성 회복을 위해 유역 건전성 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 팔당유역 수량과 수질의 평가지표에 대한 과거 10년 동안의 기초자료를 수집하여 SPSS를 통해 통계분석을 실시하였다. 통계분석을 통해 도출된 결과를 이용해 가중치를 산정한 후 각 하천에 대한 유역 건전성 지수산정과 등급평가를 하여 표준유역 규모의 하천 변화 정도에 대한 상세평가를 통해 지역별 현황을 쉽게 파악할 수 있도록 하였다. 수량에 대한 기초자료는 TANK모형을 통해 자연유출량을 산정 후 관측유량과의 차이를 이용하여 산출하였으며, 수질에 대한 기초자료는 물환경정보시스템을 통해 수집하였다. 기초자료를 기반으로 왜곡된 자료의 정규성 확보 및 표준화를 수행하고, SPSS 프로그램을 이용하여 요인분석을 실시한 후 적합성 검토를 통해 최종지표를 산정하였다. 산정된 지표를 주성분 분석에 의한 가중치, 엔트로피에 의한 가중치를 산정하여 비교 후 최종 가중치를 선정하였다. 유역 건전성의 최종평가를 위해 가중치와 지표를 이용하여 지수산정 및 등급화를 실시하였다. 유역 건전성의 등급화를 통해 연도별 하천환경의 변화를 모니터링 함으로써 하천의 가치 보전과 개발에 따른 영향을 최소화할 수 있으며, 하천기본계획 수립 시 기초정보로 이용될 수 있을 것이다.