• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.32-32
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• 2020

하나의 수계 또는 용수구역 내에서 작물생육기간 동안 지하수자원 수요량의 집중적인 증가로 인해 지역적 지하수 고갈이 발생하여 농작물 피해가 발생하고 있으며 과잉양수로 인한 지하수위 하강으로 사용자간 갈등도 빈번하다. 또한, 기후변화로 인해 극한기후인 가뭄의 잦은 발생은 이러한 현상을 가속화 한다. 지하수 산출성이 좋은 대수층의 공간적 분포는 복잡한 지질구조로 인해 균일하지 않으며 같은 대수층 내에서도 양수 위치에 따라 산출성은 다르게 나타난다. 이러한 지하수 수요와 공급 및 대수층 분포로 인한 지하수자원 불균형의 해소를 위해 지하수가 풍부한 지역에서 부족한 지역으로 지하수를 공급하는 방법을 적용할 수 있다. 이때 기술적용 지역의 지하수 사용 상황 및 공급 가능량을 정량적으로 평가하고 이를 기반으로 지하수 공급을 제어하는 것이 매우 중요하다. 지하수자원의 수요-공급 불균형이 발생할 때 즉각적으로 대응하기 위해서는 실시간으로 지하수 현황을 감시하고 이를 기반으로 공급 가능량을 산정할 필요가 있으며 이는 정보통신기술(Information and Communication Technology, ICT)에 기반한 관정연계관리체계(Well Network System, WNS)를 구성하는 기술 중 하나인 관정군집제어 기술로 구현될 수 있다. 수계 내에 설치된 기존의 양수정과 새롭게 추가된 관측정들을 4G LTE 네트워크를 통해 하나의 관정군으로 묶고 중앙 서버를 통한 자료 분석 및 양수 펌프 제어를 통해 대수층의 공급 능력과 사용자의 수요 현황에 따른 지하수자원의 체계적 분배를 구현하고자 하였다. 관정군집제어는 관정별 지하수위 및 양수정 양수량을 실시간으로 관측하고 이를 분석서버에 전송하여 해당 지하수계의 공급 가능량 및 인접관정 간섭 등을 분석하여 양수정의 펌프를 실시간으로 제어하고 양수된 지하수를 수요 지역으로 이송한다. 본 연구를 통해 관정군집제어 기술의 구현에 필요한 구성요소를 정의하고 이에 대한 구현 방법을 기술하여 WNS를 구성하는 하나의 요소기술 모델로 제시하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.405-405
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• 2020

최근 선제적인 가뭄대응을 위하여 관계부처가 상시 가뭄 관리체계를 지속하고, 범정부적 가뭄예방 대처를 위한 가뭄종합대책이 수립되었다. 가뭄종합대책에는 통합적 가뭄 위기대응체계를 마련해 단계별로 가뭄에 체계적으로 대응하고, 극한가뭄에 대비해 선제적 용수확보와 가뭄 전문가 지역 협의체 운영 등을 통해 대응 역량을 강화하는 계획이 포함되어있다. 또한 국가재난관리체계에 따라 지자체는 지역별 재난안전대책본부를 수립하고, 현장조치 행동메뉴얼에 따라 단계별 제한급수대책 수립, 재난대응 단계별 행동요령 (징후 감지, 초기 대응, 비상 대응) 등을 수행한다. 이처럼 가뭄은 발생 후 해갈까지 많은 시간과 지속적인 관리가 필요하며, 사회전반에 걸처 영향을 주는 대형복합재난으로 국가적 차원의 통합적 관리가 필요한 재난으로 국가가뭄대응체계 및 비상대처계획 (Emergency Action Plan, EAP) 수립이 필요하다. 미국은 1998년 국가가뭄정책법(National Drought Policy Act)을 제정해 가뭄관리에 대한 법제도적 기반을 마련하였으며, 2006년 국가통합가뭄정보시스템법 (National Integrated Drought Information System Act)을 제정해(Public Law 109-430) 현재의 국가통합가뭄정보시스템 (NIDIS)이 설립되었다. 이후 국가가뭄회복력파트너십 (National Drought Resilience Partnership, NDRP)을 발족하여 2016년 장기가뭄 회복력을 위한 국가재해대응정책을 수립하였다 (Federal Action Plan for Long-Term Drought Resilience). 미국의 경우 1982년 콜로라도 주, 사우스다코타 주, 뉴욕 주를 시작으로 2020년 현재 48개 주에서 연방정부단위의 가뭄대응계획을 수립하였다. 본 연구에서는 미국에서 실행되고 있는 가뭄 적응 대책 및 비상대처계획을 조사, 분석하고, 향후 메가 가뭄 발생시 국가단위의 가뭄 재난위기관리 매뉴얼, 정부 및 지자체의 가뭄 대응 체계 및 대응 방안을 보완할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.329-329
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• 2020

일정규모 이상의 공공건축물에 대하여 빗물이용시설의 설치는 의무화 되어있으나, 빗물이용시설의 용량결정의 관한 기준은 부처별, 기관별로 상이하고, 동일한 기관의 기준내에서도 적용방법에 따라 용량 결정의 기준 범위는 광범위 하다. 본 연구에서는 대전광역시에 위치한 토지주택연구원을 대상으로 빗물이용시설의 물수지 분석을 수행하고, 그에 따른 편익을 용량 및 집수면적별로 산정하여 최적용량 결정을 위한 가이드를 제시하였다. 빗물이용시설의 편익은 우수유출 저감, 폭염 저감, 미세먼지 저감, 조경용수 사용으로 설정하였으며, 대전광역시의 2019년 실제 강우사상을 대상으로 물수지 분석을 수행하였다. 빗물이용시설은 일반적으로 B/C가 낮게 산정되어 경제성 측면에서는 부정적인 평가를 받아왔다. 빗물이용시설의 경제성은 빗물이용시설의 용량에 따른 빗물의 활용정도를 계산하여 산정하였으나, 실제 빗물이용시설의 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 강우패턴과 빗물의 용도에 따른 사용량이다. 강우에 의한 공급량과 빗물의 소비량이 1차적인 요소이고, 2차적으로는 공급량을 수용할 수 있는 정도인 빗물이용시설의 집수면적과 용량, 소비되는 빗물의 용도별 편익에 따라 빗물이용시설의 경제성이 결정된다.빗물이용시설의 설치를 위한 선행단계로 빗물의 사용용도와 그에 따른 사용량을 설정하고, 각 용도에 따라 편익을 설정한 후 용량별 집수면적별 B/C를 산정한다. 이렇게 작성된 B/C 테이블을 현장에 제공하고, 현장여건에 맞추어 공사감독자가 용량을 결정한다면, 기존의 광범위한 용량기준의 문제점을 해결하고, 효율적인 빗물이용시설 용량 결정에 도움이 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.69-69
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• 2020

수자원 확보 및 홍수 대응을 위해서는 정확한 강우정보를 바탕으로 한 효율적인 댐 운영이 필요하다. 그러나 댐이 위치한 지역은 산지지역으로 강우관측소 밀도의 지역적인 편차로 인해 지상 관측 강우자료 활용 시 강우 정보의 정확도 확보에 한계가 있다. 또한, 강우의 시·공간적 변동성 심화로 기존의 강우계만으로는 정확한 강우량 추정이 어려워 이를 홍수기 댐 운영의 기초정보로 활용 시 합리적 댐 운영에 한계가 있다. 댐 운영 시 강우 관측정보는 댐 유입량 산정을 위한 강우-유출해석 모형의 입력 자료로 활용되기 때문에 강우량 자료의 정확도 확보가 무엇보다 중요하나, 현재 댐 운영에 필요한 강우 관측정보로는 지상우량계 자료가 주로 활용되고 있어 이를 보완하고자 일반적으로 강우의 공간분포를 관측할 수 있는 고해상도 레이더 강우 정보가 활용되고 있다. 본 연구에서는 전력생산(발전) 및 용수공급, 홍수조절 기능을 고려하여 운영되고 있는 한국수력원자력(주)의 수력발전용댐(팔당, 의암, 춘천, 화천, 청평, 도암, 괴산, 섬진강, 보성강댐)에 활용할 수 있도록 환경부 합성레이더 자료를 바탕으로 레이더 강우정보를 산출하고, 레이더 강우의 정확도 향상을 위해 고도영향을 고려한 레이더 강우 보정기술을 개발하고자 한다. 적용한 기법은 강우장의 공간적 구조는 레이더 자료로 획득하고, 강우량은 강우계 관측정보를 합성하는 조건부합성기법을 기본으로 하며, 고도 영향을 고려할 수 있도록 강우분포장 생성 시 주변수를 강우로, 이차변수를 고도로 정의한 표준화된 정규공동크리깅을 활용한 기법이다. 본 연구를 통해 산출된 레이더 강우를 댐 유입 측면에서 기존의 보정기법과 비교하여 정확도를 검토하고, 댐 운영에 활용할 수 있도록 유역평균강우량 정보를 산출하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.176-176
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• 2020

본 연구는 북한의 식량난과 산림복구의 일환으로 추진되고 있는 임농복합경영의 현주소를 파악하고 북한의 임농복합경영이 가지는 대표적인 문제점이자 한국농어촌공사에서 접근할 수 있는 기술분야인 관개시설의 구축방안에 초점을 두어 해결방안을 모색하고자 하였다. 특히 임농복합경영 대상지의 경우, 산지를 개간하여 경사도 30° 이하의 경사지를 이용하고 있기 때문에 이 경우 토성이 사질 혹은 식질이 많아 보수력이 평지에 비해 크게 떨어지고 유효수분이 있는 토심도 낮기 때문에 가뭄 및 한발피해에 취약하다. 한발 시 관개를 위해 필요한 저수규모를 설정하기 위해서 강릉 안반데기와 영월 조전지구에서 산정한 단위용수량을 근거로 저수규모를 결정하였다. 계곡물이나 빗물은 자연흐름식 등의 방법으로 동력을 사용하지 않고도 집수할 수 있지만 하천이나 지하수를 퍼올려야 할 경우는 동력이 필수적으로 요구되기 때문에 대체에너지 활용을 고려하는 것이 필요하다. 따라서 임농복합경영을 위한 관개분야에 대한 대책으로 복합 취수원에 따라 하천, 지하수, 계곡, 빗물 등으로 구분하고 그에 따른 주요시설과 사업비를 산출하였다. 북한에서는 임농복합경영을 위한 경제성이 있는 규모로 50ha를 제안하고 있어 50ha규모의 임농복합경영 관수시설 부분에 대한 제안과 북한이 추진하고 있는 임농복합경영은 대부분 외부 지원에 의존하고 있기 때문에 지원의 용이성 및 가능성을 고려하여 10ha의 규모 역시 제안하였다. 50ha의 규모일 때 주요시설은 취수보, 양수장, 암반관정, 저수조, 물탱크, 송수관로, 급수관로, 급수대, 팜폰드, 둠벙, 배수로, 농로 등이며 수원공은 하천, 계곡, 지하수, 빗물이다. 동력은 태양광, 풍력으로 저수규모는 저수조에 2,000톤(40%여유수량), 팜폰드 및 둠벙에 800톤(60%여유수량)을 확보하였다. 10ha의 규모일 때 주요시설은 저수조, 물탱크, 급수관로, 팜폰드, 둠벙, 배수로, 농도 등이며 수원공은 빗물이다. 동력은 경사차를 이용한 자연흐름식 집수 방식으로 무동력이다. 본 연구는 향후 남북관계 개선시 우선 지원사업의 하나로 활용이 가능하다는데 의의가 있다. 50ha의 규모에 제시된 동인 태양광 및 풍력의 경우도 지속적인 유지관리 비용이 들지 않지만 초기 설치비가 높기 때문에 경제성이 있는 관개시스템을 개발할 필요가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.257-257
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• 2020

오늘날 지구촌은 1880년 이후 지구온난화로 인해 빈번해진 이상기후로 평균기온이 약 0.85℃ 상승하였으며, 강우특성의 변화로 초과홍수가 빈번하게 발생하고 단기간의 집중호우 증가 및 강우일수가 감소하였다. 특히 우리나라는 홍수기(7월~9월)에 집중되었던 태풍 및 강우사상이 가을까지(2019년 11월 태풍 횟수 : 6회) 지속되고 있으며, 용수수요가 집중되는 관개기간에 기후변화 영향으로 무강우기간 동안 증발산량이 증가하여 이용 가능한 수자원량 감소가 심화되고 있다. 따라서 본 연구에서는 섬진강 유역의 갈수예보 활용지점인 곡성군(금곡교) 관측소의 실측된 수문자료를 바탕으로 유출검토를 실시하였고 취수시설물의 영향을 고려한 순유출률을 산정하였다. 5개년 유출특성을 분석한 결과 강수량 대비 년도별 유사한 순유출을 나타내는 반면에 손실량에서 큰 차이가 발생하였다. 특히 2018년의 경우 6월 말~7월 초에 발생한 약 300mm의 강우사상 이후 32일간의 무강우기간(평년 기준 : 18일)의 증발산량 영향으로 많은 손실량이 발생하였다. 이는 기후변화의 영향으로 일조시간, 평균기온, 무강우기간의 증가를 예견하고 있으며 강수량 뿐 아니라 기상조건이 유역 내 유출특성에 지배적인 영향을 미치는 것을 반증하고 있다. 본 연구에서 활용된 증발산량 산정공식 수정 Blaney-criddle Method는 평균기온, 일조시간을 활용한 잠재 증발산량 산정방법으로 정확한 유역 특성을 고려하지는 못하지만 연구결과에서 보여주듯이 한정된 기상자료를 통한 증발산량 산정방법으로 활용이 가능할 것으로 판단된다. 향후 다양한 증발산량 산정방법과 비교 및 증발산량 관측장비의 활용방안 검토를 통해 분석된 증발산량자료의 품질개선이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.82-82
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• 2021

전 세계적으로 가뭄은 농업·식량안보·수자원관리·생태계 등 다양한 분야에서 부정적인 영향을 미치고 있다. 일반적으로 가뭄은 강수량의 부족으로 발생하고, 지표수와 지하수의 가용성이 제한됨에 따라 작물생산 및 사회·경제적으로 피해가 발생한다. 이러한 영향은 특정 가뭄 모니터링 및 조기 경보와 관련하여 가뭄 지표를 결정할 때 중요한 고려사항이다. 가뭄을 분석하기 위해서는 가뭄 지표를 적용하여 정확하게 반영하고 나타내는 것이 중요하다. 가뭄의 특성을 객관적으로 정량화하기 어렵기 때문에 다양한 지표와 계산을 통한 가뭄 모니터링 및 분석 기술이 필요하며, 강수량, 토양수분, 증발산량 및 식생과 관련하여 가뭄 지표가 개발되었다. 본 연구에서는 혼합 가뭄 지표 (Drought Indicator Blends) 활용하여 우리나라의 가뭄을 분석하였다. 혼합 가뭄 지표는 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)의 기후 예측 센터 (Climate Prediction Center, CPC)에서 여러 가뭄 지수를 단기 또는 장기로 구분하여 통합, 개발되었다. 단기 및 장기 혼합 제품은 PDSI (Palmer Drought Severity Index), Z-Index, SPI (Standardized Precipitation Index)를 결합하여 가뭄을 추정한다. 혼합 가뭄 지표는 해당 지역의 단기 및 장기 가뭄을 이해하는데 유용하게 활용할 수 있으며, 현재까지 미국에서 활발하게 연구가 진행되고 있다. 단기 지표는 비관개 농업, 토양수분 등 강수량에 밀접한 관련이 있는 가뭄과 관련되어 평가하며, 장기 지표의 경우 관개 농업, 지하수위 등 장기간 가뭄과 연관성을 가지고 있다. 단기 및 장기 혼합 가뭄 지표를 우리나라에 적용함으로써 기존 단일 가뭄 지수를 활용한 가뭄 분석 이상으로 다방면에서 효율적인 가뭄 모니터링을 할 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.401-401
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• 2021

최근 급격한 기후변화로 인한 기온, 강수량 등의 시·공간적 변화는 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도와 규모를 증가시키고 있다. 특히 한강수계 주요 하천에서는 급격한 도시화 및 산업화로 인한 물 수요의 증가와 기후변화로 인한 강수량 감소 그리고 하천변 시설에서의 과다한 지하수 이용으로 인해 지하수위 변동이 발생하고 있다. 2017년 국가 지하수관측연보 및 지하수조사연보에 따르면 한강수계에 위치한 전체 569개 관정 중 암반층 관정과 충적층 관정의 최근 5년간 지하수위 평균 변동폭은 각각 3.91 m, 2.73 m로 조사되었으며, 10년 이상 장기관측 자료를 보유한 430개소 관정 중 228개소 관정에서 지하수위 하강 추세를 보이는 것으로 조사된 바 있다. 이처럼 강우나 하천수위 등 자연적인 원인과 양수, 유출 등 인위적인 원인에 의해 발생하는 지하수위의 하강은 지반 침하의 주요 원인이 되며, 하천 기저유출의 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. 기저유출은 하천으로 단기 유출되는 지하수로 평수기 및 갈수기 하천 유량의 대부분을 차지하고 있기 때문에 건기시 하천 수질과 수생태계 관리에 있어 매우 중요한 요소에 해당된다. 따라서, 기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가하는 추세에 따라 기저유량 확보 및 수질 개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용·관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 현재 활용되는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran) 수문모형의 경우 지표유출 모의에 있어서 다양하게 활용되고 있으나 기저유량의 특성을 고려하기 위해서는 지표하 수문거동 모의가 어렵다는 한계가 있다. 또한 지표하 수문거동 모의가 가능한 MODFLOW의 경우 지표유출을 모의하기 어려운 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 SWAT-MODFLOW 모형이 개발되었으며, 본 연구에서는 SWAT-MODFLOW 모형을 활용하여 신둔천 유역을 대상으로 유량 및 지하수위 모의결과를 검보정하여 기저유량을 산정하고 변동특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.345-345
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• 2021

기상청에 따르면 2018년 강수량은 평년보다 높으나 시기 및 지역에 따른 편차로 인해 강수 부족 지역이 발생하였고 7월 중순부터 8월말까지 최저 강수로 인한 국지적 가뭄이 발생하였다. 특히 전국적으로 영농기 시점(3~5월) 및 영농기 종점(10월)에 평년보다 많은 비가 왔으나 7~8월말 평년보다 적은 강수로 인한 여름철 농업가뭄이 발생하였다. '73년 이후 두 번째로 짧은 장마기간을 기록하였고 장마기간 강수량은 평년대비 72% 수준으로 일부 지역 저수지 저수율은 지속적인 심각단계를 초래했다. 2018년 강우기준 가뭄빈도 분석을 위해 '18년 1월~8월까지 누적 강수량을 기준으로 분석, 7월 중순에서 8월 중순까지 극심한 강수 부족이었으나 1월~8월까지 누적 강수량은 평년 수준을 나타내었다. 강우기준 가뭄빈도 분석 결과 10년 이상 가뭄빈도 해당 지역은 전남 강흥군과 강진군으로 분석되었다. '18년 7월 강수량을 기준으로 분석결과 전국 대부분 지역이 극심한 강우 부족에 따른 가뭄이 발생한 것으로 200년 이상 가뭄빈도 해당 지역은 107개 시군으로 분석되었다. 저수율기준 가뭄 빈도 분석을 위해 '18년 8월 저수지 저수율 기준 가뭄빈도 분석결과 벼작물 생육기간 중 필요수량 높은 시기에 용수 부족으로 200년 이상 가뭄빈도 해당 지역은 45개 시군으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.459-459
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• 2021

오래 전부터 농업용수 취수 등의 목적을 위해 설치된 하천 내 횡단구조물이 약 34,000개에 달하고, 홍수피해 방지를 위해 하천변을 따라 많은 제방이 설치되어 있다. 특히 보, 낙차공, 교각 보호공 등의 횡단구조물은 흐름의 단차를 발생시킴으로써 어류의 이동 등 하천의 종적 연속성을 훼손 또는 단절하고 있어 하천 수생태계 연속성 확보 측면에서 매우 중요한 요인으로 볼 수 있다. 하천 종적 연속성과 관련된 연구는 북미, 호주, 유럽, 일본 등에서 수생 종 특히, 어류를 중심으로 장벽의 영향을 분석하는 데 중점을 두고 진행되어 왔다. 하천 네트워크 규모에서 다수의 장벽 설치에 대한 누적 효과를 분석한 사례는 거의 없으며, 서식지 및 수생태계 연결과 관련하여, 하천 시스템의 네트워크 규모에서 속성을 설명하고 정량화하는 도구 역시 찾아보기 어렵다. 본 연구에서는 하천 네트워크 내의 종적 방향의 연결성을 정량화하기 위한 방법으로 Cote 등(2009)이 제시한 DCI(Dendritic Connectivity Index) 지표를 이용하였다. 수계 연속성 지표(DCI)는 하천 수계 내의 종적 연속성 평가를 목적으로 횡단구조물의 개소수와 위치, 어류의 이동률을 누적하여 정량화한 방법으로써, 구조물 단위 평가가 아닌 하천 단위 평가 방법이다. 곡성천과 삼척오십천을 대상으로 국가어도정보시스템 및 항공사진을 통해 구축한 구조물의 개소수와 위치정보를 이용하여 시계열 DCI를 산정하였다. 그리고 2차 조사에 걸쳐 횡단구조물 현황 및 수리 특성, 어류현황 및 이동특성 조사 및 분석결과를 DCI에 반영하여 DCIm을 산정하였다. 곡성천의 경우 현재(2018년) DCI 결과는 5.63%이며, 어류 이동률 적용 결과 DCIm은 6.29%로 산정되었고, 약 11.7% 증가하는 것으로 나타났다. 삼척오십천의 현재(2018년) DCI 결과는 9.78%이며, 어류 이동률 적용결과 DCIm은 10.34%로 산정되었고, 약 5.7% 증가하는 것으로 나타났다. 향후 하천 내 수생태계의 연속성을 확보하기 위해서는 우선적으로 하천 수생태계 훼손, 단절, 연속을 효과적으로 비교·평가할 수 있으며, 이를 통해 개선사업의 우순순위 등 의사결정을 위한 방법론의 개발이 필요하다.