• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.206-206
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• 2016

최근 기상변동성 증가 및 기후변화로 인해 기존 한반도의 기상패턴과 다른 이상강우 현상이 증가하고 있다. 이러한 변동성 증가는 수자원 계획을 수립하는데 있어 불확실성을 가중시키기고 있다. 이러한 점에서 수문 시계열의 변화양상을 효과적으로 인지할 수 있으며, 유역단위에서 일관된 변화를 평가할 수 있는 변동성 분석 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존 변동성 분석방법에 계층적 베이지안(Hierarchical Bayesian) 기법을 연계하여 유역단위에서 변동점 해석을 위한 모형을 개발하였다. 한강유역의 30년 이상의 강우 자료를 활용하여 연강우량 자료를 구축하였으며, 본 연구를 통해 개발된 모형의 적합성을 평가하였다. 분석결과, 약 2000년대를 기준으로 강우의 변화 양상을 확인할 수 있었으며, 과거에 비해 강우의 증가 특성을 효과적으로 평가할 수 있었다. 이와 같은 수문기상자료에 대한 변동성 분석은 미래에 발생 가능한 홍수나 가뭄과 같은 사상을 모의함에 있어 효율적으로 활용될 수 있을 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.48-48
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• 2011

본 연구에서는 미래 기후변화가 하천 및 호소수질에 미치는 영향을 평가하고자 유역 수문-수질 모의가 가능한 SWAT(Soil and water assessment tool) 모형과 호소수질 모의가 가능한 WASP(Water Quality Simulation Program) 모형을 연계운영하여 충주호를 포함하는 충주댐 유역($6,642.0km^2$)에 적용하였다. 이를 위해 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제공하는 A1B 배출시나리오를 포함하는 MIROC3.2 hires 모형의 결과로부터 충주댐 유역의 총 6개 기상관측소에 대한 과거 30년(1997~2006) 실측자료를 바탕으로 미래 온도와 강수에 대한 편이보정(Bias correction) 및 Change Factor Method로 상세화(Downscaling)하여 미래 기후자료(2020s, 2050s, 2080s)를 생산하였다. 미래 연평균 온도는 기준년도인 2000년에 비해 최대 $+4.8^{\circ}C$(2080s)의 온도증가를 보였으며, 강수량의 경우 여름과 가을 강수량이 다소 감소하였으나 연평균 강수량은 최대 +34.4%(2080s) 증가하는 것으로 전망되었다. 먼저, SWAT 모형을 이용한 기후변화에 따른 댐 유입량은 39.8%(2080s) 증가는 것으로 분석되었으며 유역의 유출특성 변화로 인한 유사량은 지표유출변화에 기인하여 봄과 겨울에 증가하는 경향과 함께 -14.5%(2020s) ~ +27.3%(2080s)의 변화를 보이는 것으로 분석되었다. 영양물질에 대한 오염부하량은 2080s에서 T-N이 증가추세를 보이며 최대 87.3% 까지 증가하는 반면, T-P는 유사량과 유사한 변화패턴을 보이며 최대 48.4%까지 감소하는 것으로 분석되었다. 호소수질 모델링을 위한 충주호의 Segment 구성은 충주댐1 지점에서부터 충주댐4 지점까지 전체 수표면적 $65.7km^2$에 대하여 상층과 하층 총 760개로 구성하였으며, SWAT 모형에 의한 충주호 유입하천 소유역에서의 미래 유출 및 영양물질 자료를 WASP 모형의 초기값으로 입력하여 수체 내의 BOD, Chl-a, T-N, T-P 변화 분석을 실시하였다. 이와 같이 지구 온난화에 의한 기후변화는 강우특성 변화에 따른 가뭄과 홍수 등 극한 기상현상의 발생, 유역 물순환 체계 변화를 야기 시키므로서 수자원 부존량 변화에 영향을 미칠 뿐만 아니라 기온상승에 따른 수온변화, 비점오염물질의 거동에도 변화를 초래하여 하천 및 호소 수질에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

• 생태와환경
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• 제49권1호
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• pp.42-50
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• 2016

본 연구는 기후변화에 대응하기 위해서 국립공원의 관리방향을 설정하고, 이에 따른 정책을 수립하기 위한 기초 자료를 제공하는 데 목적이 있다. 이를 위해서 국립환경과학원에서 개발한 기후변화 취약성 평가 도구인 LCCGIS 프로그램의 취약성 대용변수 24개를 이용하여 현재와 미래의 국립공원의 기후변화 취약성을 분석하였다. 국립공원의 기후변화 취약성에 대한 현황과 미래전망을 분석하고 평가하기 위하여 기후노출의 대용변수는 기후변화 시나리오 (RCP 8.5)를 적용하여 $1km{\times}1km$ 격자 단위의 GIS 공간주제도를 제작하여 값을 추출하고, 민감도 및 적응 능력의 대용변수의 값은 국립공원 기본 통계값을 이용하여 추출하였다. 3개의 취약성 평가항목의 값은 현재 (2010년대)와 미래 (2050년대)에 대해서 추출하였으며, 미래 예측 시나리오가 없는 민감도 및 적응 능력과 관련된 대용변수는 현재 상태가 지속된다는 가정 아래 현재의 값을 미래에도 동일하게 적용하였다. 현재 (2010년대) 기후노출은 설악산, 오대산, 지리산, 치악산국립공원이 상대적으로 크고, 미래 (2050년대)에는 지리산, 오대산, 설악산, 한려해상이 클 것으로 예상되었다. 특히, 폭염의 변화가 가장 큰 공원은 월출산국립공원이고 가뭄이 크게 변하는 공원은 계룡산국립공원이며, 월악산국립공원이 폭우의 변화가 가장 클 것으로 나타났다. 국립공원 기후변화 민감도는 지리산국립공원이 가장 민감하고 적응 능력도 가장 높게 평가되었다. 민감도가 가장 낮은 곳은 가야산국립공원이고, 적응 능력은 치악산국립공원이 가장 낮았다. 기후변화 취약성은 설악산, 오대산, 치악산, 덕유산, 한려해상국립공원이 현재시기에 높게 평가되었고, 미래 취약성의 변화가 큰 공원은 지리산, 월악산, 치악산, 소백산국립공원 순으로 전망되었다. 전반적으로, 국립공원의 기후변화 취약성을 평가하는 항목인 기후노출, 민감도, 그리고 적응 능력은 국립공원의 지역적인 기후환경에 따라서 상대적으로 차이가 나타나기 때문에 전 공원을 대상으로 획일적인 적응대책을 수립하기보다는 국립공원의 지역적인 기후환경 특성을 반영한 적응대책 마련이 필요할 것이다. 국립공원을 대상으로 기후노출, 민감도 및 적응 능력의 대용변수를 이용하여 기후변화 취약성을 평가한 본 연구의 결과는 국립공원의 지역적인 기후환경 특성을 고려한 기후변화 적응대책을 수립하는 데 기초자료로서 활용될 것으로 기대된다. 하지만 국립공원의 기후변화 취약성 평가와 관련된 연구가 거의 없는 실정에서 LCCGIS프로그램 상에서 제시되는 대용변수만을 사용하여 분석하였기 때문에, 국립공원의 전반적인 환경을 제대로 반영하지 못할 수 있다. 향후 연구에서는 국립공원의 기후변화 취약성을 평가하기 위하여 보다 적합한 대용변수의 객관적인 검토와 함께 가중치 설정에 대한 연구가 진행될 필요가 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권7호
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• pp.451-461
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• 2019

장기 기상전망 기반 댐 유입량 전망은 가뭄 대비, 용수 공급 관리 등에 활용성이 높다. 본 연구에서는 국내 7개 다목적댐 유역에 대해 유입량 전망을 수행하고 장기 기상전망 정확도가 댐 유입량 전망 정확도에 미치는 영향을 분석하였다. 강우-유출 모델의 입력자료로 활용된 장기 기상전망 자료는 기상청 GloSea5의 과거재현자료(hindcast) 및 미래전망자료(forecast)를 활용하였다. 강우-유출 모델은 다양한 특성을 가지고 있는 TANK, ABCD, K-DRUM, PRMS를 활용하였다. 댐 유입량 전망 정확도는 과거재현기간(1996~2009)과 미래전망기간(2015~2016)에 대하여 평가하였다. 댐 유입량 전망 평가결과 전망값은 관측값에 비해 과소추정하는 경향을 보였으며, 매개변수 검보정이 적절히 수행된 강우-유출 모델은 댐 유입량 전망 정확도에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 나타났다. 반면 장기 기상전망 자료, 특히 강수량은 댐 유입량 전망 정확도에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 현업에서 댐 유입량 전망 자료 활용시 과소추정하는 경향을 고려하여 활용할 필요가 있다. 향후 댐 유입량 전망 정확도 개선은 강우-유출 모델 보다 장기 기상전망의 강수량 정확도 향상을 위주로 수행할 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.415-415
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• 2022

IPCC 제5차 보고서('14) 및 세계위험보고서('15) 등에서 기후변화에 대한 과학적 근거를 제시하였으며, 상위 위험요소로 '수자원 위기'를 꼽았다. 전 세계적으로 기후변화로 인한 이상 기상현상이 발생하고 있으며, 국내에서도 최근 기후변화에 따른 수문사상의 변화로 극한홍수 및 극한가뭄 등으로 인한 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 물 관리에서 기후변화는 가장 큰 리스크 요인이므로 물관리 계획 수립 과정에서 기후변화 영향을 고려한 대책을 수립할 필요가 있다. 기후변화에 대한 댐 취약성 평가 관련 연구가 이루어지고 있으나, 미래 기후변화의 불확실성을 충분히 고려했다고 보기 어렵기 때문에 현업에서 의사결정 도구로 활용하기에는 한계가 있다고 볼 수 있다. 이에 따라 과거 수문자료 및 특정 기후모델에 의존하지 않고 댐 인프라의 취약성을 평가할 수 있는 새로운 방법론이 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구를 통해 기후변화의 불확실성에 대비한 댐 취약성 평가 방법론을 정립하고자 한다. 본 연구에서는 기존에 진행된 IPCC 기후변화 시나리오에 따른 댐 취약성 평가 연구사례 및 한반도의 기후변화 영향 및 수문변화를 조사하였다. 그리고 기후 스트레스 시나리오 기반 취약성 평가 체계 및 방법론을 정립한 뒤, 월 강우량을 4분위로 나누어 각 분위별 강우량과 기온을 변경하여 기후 스트레스 시나리오를 생성하였다. 생성된 기후 스트레스 시나리오와 IPCC 기후변화 시나리오 기반 취약성 평가를 유출 및 저수지 모형을 결합하여 충주댐, 용담댐, 합천댐, 섬진강댐에 실시하였다. 그 결과 기후 스트레스에 따른 유출 취약성 평가는 20분위 수 갈수량을 이용해 연중 보장확률을 나타내는 것이 효율적이며, 온도의 영향보다는 강우의 변동이 댐 이수안전도 취약성 평가에 더 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.10-10
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• 2021

하천은 인간뿐만 아니라 다양한 생물이 서식하는 장소로 하천생태계 보전은 수많은 생물들에게 있어 중요한 요소이다. 1970년대의 국내 하천은 대부분 자연하천의 모습을 경제 성장과 더불어 도시화, 공업화 등으로 용수 수요가 급속히 증가함에 따라 기능 위주의 하천관리가 이루어졌으며, 이로 인해 하천유황의 장기적인 변화가 나타났다. 변화가 발생한 하천은 본래의 모습인 자연 하천으로 완벽하게 복원될 수 없다는 한계점이 있으나, 자연과 인간이 서로 유익하게 도움을 주는 양방향 관계로 발전한다면 하천의 기능도 유지하고 하천수생생물 보존에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 즉, 하천이 갖고 있는 하천공학적 기능을 최대한 유지하면서도 다양한 수생생물의 서식처의 기능도 되살아나게 해야하는 복합적인 목적을 갖고 있다. 하천 수생생물의 서식처 복원을 위해서는 하천생태계에 필요한 환경유량의 정량적인 평가와 확보방안 및 공급방안의 검토가 필요하다. 본 연구에서는 HEC-EFM(Ecosystem Function Model)을 활용하여 하천 수생생물의 서식조건을 고려한 환경유량을 산정하였다. 연구 대상유역은 2013년 김천부항댐이 준공된 감천유역을 연구대상유역으로 선정하였으며, 댐 건설에 따른 환경유량의 변화와 기후변화를 고려한 가까운 미래의 수문환경 변화 및 이에 따른 환경유량과 하천생태계 서식처 변화를 살펴보고자 하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권spc1호
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• pp.1091-1103
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• 2018

한반도는 계절 및 지리적 위치에 따라 강수특성이 상이하여 수자원 관리 및 계획수립 시 홍수, 가뭄을 사전에 대비하는 것이 매우 중요하다. 더욱이 기후변화로 인한 강수 및 기온의 변화는 홍수 및 가뭄 등 수재해의 변동을 더욱 심화시킬 것으로 예상된다. 본 연구에서는 남한 5대강(한강, 낙동강, 금강, 섬진강, 영산강)을 대상으로 기후변화에 따른 우기(7~9월)와 건기(10~3월)에서의 미래 하천유량의 변화를 전망 및 분석하고자 한다. 이를 위해 CMIP5의 핵심실험인 2개 RCP 시나리오(RCP4.5, RCP8.5)를 이용하였으며, 적정 GCM (INMCM4 모형)을 선정하였다. 5대강 유역의 유량을 전망하기 위해 상세화된 기후변화 시나리오를 장기 강우-유출모형(PRMS 모형)의 입력으로 하여 유량해석을 수행하였다. 장기간의 자료를 활용하여 PRMS의 모형 매개변수를 추정하였으며, 과거기간(1976~2005년) 대비 미래 3기간(2025s, 2055s, and 2085s)에 대한 우기 및 건기시의 유량변화를 분석하였다. 평가결과, 건기에서의 유출량 감소는 RCP8.5 시나리오 대비 RCP4.5 시나리오에서 더 크게 나타났으며, RCP4.5 시나리오 하에서 2025s, 2055s 기간의 유출량은 -7.23%, -3.81% 감소하는 것으로 나타나 가까운 미래(2025s) 기간에서의 유출량 감소가 더욱 클 것으로 전망되었다. 먼 미래(2085s) 기간의 경우, 북부지역은 유량이 증가, 남부지역은 유량이 감소하는 것으로 나타났다. 한편, RCP 8.5 시나리오 하에서는 남부지역을 포함한 대부분의 지역이 가뭄에 대한 취약성이 높아지는 것으로 나타났다. 우기에서의 유출량 변화는 2개 RCP 시나리오 및 미래 전 기간에서 지역에 따라 유량이 증가(북부 및 서부지역) 또는 감소(남부)하는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.141-150
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• 2018

본 연구의 목적은 안성천 상류 공도유역($366.5km^2$)을 대상으로 SWAT 모형을 이용하여 미래 기후변화 평가에 있어, 미래의 토지이용변화를 동시에 고려하면 수문학적 거동에 얼마나 영향을 주는지를 분석하고자 하였다. 미래기후변화 시나리오는 HadGEM3-RA의 RCP 4.5와 8.5 시나리오를 이용하여 2030s (2020-2039)과 2050s (2040-2059) 기간으로 나누어 적용하였으며, 토지이용변화는 도시성장 시나리오에 따른 회귀모형 기반의 CLUE-s 모델을 이용하였다. 기준년(1976-2005) 대비 미래 강수량은 RCP 4.5에서 2030s에 최대 5.7%의 감소, 2050s에는 최대 18.5% 증가하였고, 미래 기온은 2030s RCP 4.5에서 최대 $1.8^{\circ}C$, 2050s RCP 8.5에서 최대 $2.6^{\circ}C$ 증가하였다. 미래 토지이용은 2050년 도시지역이 58.6% ($29.0km^2$에서 $46.0km^2$) 증가하는 것으로 예측되었다. SWAT 수문 검보정은 14년(2002-2015) 동안의 공도관측소 일유량 자료를 이용하였으며, 저유량 모델효율의 향상을 위하여 2014-2015년 연속 가뭄년을 대상으로 보정을 실시한 결과, 하천유량(Q)과 1/Q을 대상으로 Nash-Sutcliffe 모델효율은 각각 0.86과 0.76이었다. 미래 기후변화 시나리오만을 적용한 결과, 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 24.2% 감소하다가 2050s RCP 4.5에서 최대 10.9% 증가하는 변화를 보여주었다. 한편, 기후변화와 더불어 미래의 토지이용변화를 함께 고려한 경우는 하천유출량이 2030s RCP 4.5에서 최대 14.9% 감소, 2050s RCP 4.5에서 최대 19.5% 증가하는 변화를 보여주어, 미래 기후변화에 따른 유역의 수문평가 시, 도시성장이 기대되는 유역 등 미래의 토지이용변화가 클 가능성이 있는 유역에 대해서는 토지이용변화 요소를 고려할 필요가 있다고 생각된다.