• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.607-607
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• 2012

국내에서는 최근 지구온난화에 따른 전 지구적 이상홍수의 발생으로 댐 붕괴 우려가 증대되고 있고, 이에 따른 주민들의 불안감도 고조되고 있는 상황이다. 특히 최근 집중호우의 증가와 태풍의 영향으로 대규모 수공 구조물의 설계빈도를 초월하는 폭우를 동반하고 있다. 실례로 20세기 들어 전 세계적으로 약 200건 이상의 댐 붕괴 사고가 발생하여 댐 하류 지역에 막대한 인명 및 재산피해가 발생하였다. 국내의 경우 "연천댐", "장현, 동막저수지" 붕괴 등과 외국의 경우 이탈리아의 Vaiont 댐과 미국의 Teton 댐 등의 사례가 있다. 이처럼 댐은 설계홍수량 이하의 경우에는 비교적 안전하게 홍수를 예방할 수 있으나 이보다 큰 규모의 홍수가 발생할 경우 그 피해 또한 엄청나다. 따라서 댐 붕괴 등의 비상상황이 발생하였을 때 하류 지역의 생명과 재산 손실을 최소화하고 댐의 물리적, 지형적, 구조적 특성에 따른 비상상황을 예상하고 이에 효율적으로 대처하기 위해 비상대처계획(Emergency Action Plan, EAP)과 같은 대책을 수립하게 되었다. 이에 본 연구는 댐의 비상대처계획 수립시 중요한 사항 중 하나인 홍수류 해석을 실시하였다. 현재 국내에서 댐 붕괴 홍수류 해석은 주로 그 안전성과 정확성이 검증된 Fread(1984)의 1차원 모형인 DAMBRK 모형을 이용하여 댐 붕괴 홍수류 해석을 실시하고 있다. 이 DAMBRK 모형을 이용하여 실제 붕괴 사례인 1982년 미국 콜로라도에서 발생한 Lawn Lake 댐의 붕괴 홍수류 해석을 실시하였다. Lawn Lake 댐은 콜로라도 록키 마운틴 국립공원에 위치한 약 8m 높이의 필댐으로 댐 붕괴로 인하여 830,000 의 물이 유출되었으며, 3명이 사망하고 3,100만달러의 손해를 일으켰다. 다음과 같은 실제 붕괴 사례를 댐의 제원과 홍수량을 이용하여 DAMBRK 모의를 실시하였으며 모의한 결과와 실측치와의 비교를 해보았다. 본 연구에서 모의한 결과는 댐 최대 붕괴 유출량은 잘 나타내었지만, 지점별 최대 유량 및 홍수파 도달시간에 관련해서는 다소 차이를 보였다. 이는 조도계수의 변화에 따라 지점별 최대 유량과 홍수파 도달시간, 그리고 홍수위가 달라지는 것임을 확인하였고 실제로 Lawn Lake 댐이 붕괴되어 흘러들어가는 Roaring 강의 댐 붕괴 잔해나 하상 변화를 모르기 때문에 조도계수의 실측치는 모의값 보다 훨씬 클 것으로 예상된다. 본 연구를 통해 비상대처계획 수립시 홍수류 해석을 할 때 조도계수의 변화에 따라 모의 결과 및 범람범위가 달라질 수 있으니 조도계수의 채택에 있어 신중하고 정확한 판단이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.521-521
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• 2012

우리나라는 산악지역이 국토의 대부분을 차지하고 있어 전체유역을 놓고 볼 때 대하천이 차지하는 부분보다는 중소하천이 차지하는 부분이 상대적으로 크고, 교량의 길이가 짧은 소교량이 수적으로 많은 부분을 차지하고 있다. 그중에서도 특히 중소하천의 유량은 시간적으로 매우 빠르게 변화하며 유속 또한 급속히 빨라져 하상의 변형이 순식간에 일어나고 있다. 이와 같은 시간적, 공간적인 호우특성과 지형특성으로 인하여 중소하천에 위치한 교량은 특히 세굴에 매우 취약함을 보여주고 있다. 하천에 건설되는 교량의 수명이나 안정성에 세굴이 미치는 영향은 매우 크며, 특히 우리나라와 같이 홍수 시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴 사고를 초래할 수 있다. 현재 국내 소하천에 설치된 교량은 약 3,470개소(지방도 기준)로 다양한 하부구조로 설계되어 있다. 이렇게 하천 내에 세워진 교량과 같은 횡단 구조물들은 그 크기에 상관없이 하천의 형태에 영향을 미치게 된다. 그중에서 교량 세굴은 하천 횡단구조물로 인하여 발생되는 가장 중요한 문제 중의 하나로써 교량 건설 시 교각에 영향을 주는 세굴을 예측하고 방어하기 위하여 다양한 방정식을 통하여 신설교량의 교각세굴을 예측한다. 하지만 대부분의 교량 세굴 공식들은 실험실에서의 실험 결과를 토대로 개발되었기 때문에 이들 공식들이 산정한 국소 세굴량이 얼마나 정확한지는 실제 현장 관측 자료와의 비교를 통해서만 검증할 수 있다. 세굴 공식들의 산정 결과를 현장 실측자료와 비교하는 연구는 그 동안 다양하게 시도되었으나, 통일된 결론에는 도달하지 못하고 있다. 본 연구에서는 기존의 세굴깊이 산정 시 일반적으로 사용되어지고 있는 세굴공식들 중 소하천 교량 규모에 적용 가능한 공식들을 선별하고, 각 세굴심 추정공식에 속한 변수별 특성분석을 위하여, 5가지의 독립변수를 설정하여 국부세굴의 현장 측정값과 예측공식의 비교결과에 대하여 불일치율을 비교분석하였다. 그 결과, 모든 공식들의 불일치율의 기하 평균이 1보다 큰 것을 보여주고 있다. 즉, 모든 공식들이 과대 추정의 의미로 정확성면에서 우수한 공식들은 불일치율의 기하 평균이 1에 가깝고 기하 표준편차가 작은 공식들이 나타났으며, 이런 점에서 Froehlich 공식, Inglis-Poona II, Blench-Inglis I, Breusers 공식 등의 기하평균이 1에 가장 근접한 결과를 나타내었다. 각 세굴공식 세굴심 산정결과의 불일치율을 각각 5가지의 변수별로 도시하여 분석하였으며, 그 결과로 소하천에 대하여 적용 가능한 공식과 소하천에 적용 시에는 과다추정의 우려가 있는 공식으로 분류되어 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.141-141
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• 2012

비점오염물질은 강우 시 유출되기 때문에 일간, 계절 간 유출량 변화가 대단히 크게 나타나며, 기후, 지형, 토지이용, 토양 등과 지역적인 특성과 유역 형상에 따라 변화되므로 비점오염원 유출량에 대한 정량화를 위해서는 강우지속시간동안 정확한 수질과 유량에 대한 측정 자료가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 비점오염물질에 대해 현장 모니터링 및 현장 실측 관련 기존 연구자료 수집을 통해 중분류 토지피복분류별 원단위를 산정하였다. 또한 특정 유역에 중분류 토지피복 분류별 산정된 원단위를 적용하여 유역기반의 비점오염부하량을 산정 하였다. 대상 유역에 해당하는 하천 말단에서의 실측 자료를 활용하여 유역모형을 구축하고, 강우를 입력 자료로 하여 비점오염 물질별 부하량을 모의 산정하였다. 유역모형으로 HSPF(Hydrologic Simulation Program - Fortran)을 실제 대상유역에 적용하였고, 이에 따른 모의 결과를 실측치와 비교하여 부하량을 산정하였다. 이렇게 모의 산정된 부하량은 실측자료를 기반으로 산정된 원단위의 적용에 따른 부하량과 비교 검토하여 유역에 대한 비점오염원 부하량 산정 시 모형의 적용 가능성을 평가하였다. 본 연구에 적용된 대상유역은 동천유역으로 병성천의 주요 지류로서 유역의 상단에 위치하고 있다. 중분류 토지피복 중 공업지역, 교통지역, 과수원재배지, 비닐하우스재배지, 기타재배지에 대해서는 2008년부터 2010년까지 모니터링을 실시하였고, 이외의 중분류 토지피복에 대한 결과는 수계별 현재까지 진행되고 있는 환경기초조사사업 중 '주요 비점오염원 유출 장기 모니터링'사업의 자료를 활용하였다. 동천유역의 비점오염원 발생부하량을 산정한 결과, BOD 부하량은 대지의 경우 391.4 kg/day로서 중분류 군으로 구분한 결과에 비해 높게 산정되었다. T-N, T-P 발생부하량도 토지피복군이 대분류에서 중분류로 변화됨에 따라 부하량의 차이가 발생 하였다. 또한 동천유역에 대해 구축된 HSPF 모형의 적합도를 시기별 4개의 Case로 구분하여 평가해 보았는데 그 결과, 모형 모의치의 실측치에 대한 적합도가 높게 평가 되었다. 현재 특정 지역에 편중되어 조사되고 있는 중분류 토지피복을 조사 기관간의 교차 조사를 통해 지역적 제한성을 낮추고, 중분류에 속하는 세부피복지점을 확대하여 모니터링 지점의 다양성을 확보하여야 할 것으로 판단된다. 이와 동시에 한시적인 조사가 아닌, 장기간에 걸쳐 연구가 진행 될 경우 원단위에 대한 현재의 불확실성 및 제한성을 줄일 수 있을 것으로 판단되므로, 이러한 기초 자료 확보에 대한 장기적인 투자와 노력이 수반될 시 우리나라에 대표적으로 적용할 수 있는 비점오염원 원단위가 산정될 것으로 생각되며, 이러한 기틀이 마련되어야 비점오염원에 대한 적절한 유역관리방안을 수립할 수 있을 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.642-642
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• 2012

최근에 들어 지구온난화에 따른 기후변화의 영향으로 국지성 집중호우와 돌발성 호우가 한반도 뿐 아니라 전 세계적으로도 많이 나타나고 있고, 그로 인한 이상홍수의 발생이 우리나라의 인명 및 재산피해를 날로 증가시키고 있는 추세이다. 그러나 현재 국내의 홍수방어시스템은 정확도 및 선행시간 확보 등의 측면에서 국민들의 요구수준까지는 그 역할을 수행하지 못하고 있는 실정이다. 또한 최근 4대강 살리기 사업을 통해 수행된 보 설치 및 하도 준설로 인해 하천환경의 변화가 크게 발생하여, 보다 정확하고 신속한 홍수위 예측기법이 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라 현재 4대강 홍수통제소에서는 정확한 홍수위예측을 위해 4대강 본류 및 주요 지류에 대해 수리모형을 구축하고 있고, 기존의 저류함수모형에 의한 강우-유출 해석기법을 적용하여 주요 지류에 대한 유입량을 산정하기 위한 모형을 구축중에 있다. 국내 홍수방어 시스템에 현재까지 사용되어 오고 있는 저류함수모형 및 수위-유량 관계식을 이용한 방법은 물리적 기반의 홍수예측모형으로 유역의 지형학적 인자와 그에 따른 여러 변수를 포함하기 때문에 하천환경의 변화로 인해 각각의 추적과정에서 오차들이 발생하여 해석결과에 영향을 미치는 단점이 있다. 이에 반해 데이터 기반 모형은 강우-유출 모형에서 사용되는 많은 수문학적 자료 및 매개변수들의 사용 없이 오직 수위 및 강우측정 자료만을 이용하여 홍수를 예측하는 모형이다. 본 연구에서는 낙동강 유역에 대해 보다 정확한 홍수위 예측을 위해 현재 낙동강홍수통제소에서 구축중인 낙동강 본류의 수리모형의 주요 지류의 유입량 산정을 위해 기존의 물리적 기반 모형이 아닌 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 data 기반 모형을 적용해 기존 물리적 기반 모형과 비교 분석 하고자 하였다. 낙동강의 주요지류인 감천, 금호강, 남강, 내성천, 밀양강, 반변천, 위천, 황강을 적용유역으로 선정하여 유역별로 티센망을 구축하였고, 각 지류별로 수위관측소를 선정하여 최근 10년동안 낙동강유역의 홍수예 경보가 발령되었거나 많은 비가 온 사상을 선정해 모형을 검증하였다. 모형은 실시간 수위측정 자료와 강우자료 및 해당유역 댐의 방류량 자료를 이용해 유역별 최적 입력자료 조합을 선정하여 간단하게 구축할 수 있었다. 또한 10분 단위 및 30분 단위의 입출력 자료로 모형을 구축하여 비교하였다. 이번 연구에서 수행한 낙동강유역에서의 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 이용한 홍수예측기법을 통해 몇가지 data만으로 유역의 주요지점에 대한 홍수위와 홍수량을 예측할 수 있음을 확인할 수 있었다. 모의 결과는 실측치와 비교해 정확도 면에서 우수함을 보여 주었으나 예측시간이 길어질수록 실측치의 경향을 벗어나는 결과를 보였다. 그러나 실시간 홍수예 경보에 있어서는 만족할만한 선행시간을 확보할 수 있었다. 구축된 Data 기반 모형이 물리적 기반 모형과 더불어 낙동강 홍수예 경보를 위한 모형으로 사용될 수 있다면 보다 효율적인 예 경보 체계 구축에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.908-908
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• 2012

국내 기후 특성상 하절기에 집중되는 강우로 인해 댐의 건설을 홍수조절, 용수확보 및 전력생산 등의 목적에 있어서 불가피하다. 이와 같은 저수지와 하류하천은 댐 수문 개폐에 따라 흐름변화로 인하여 수체의 거동 및 수질 변화가 발생하며, 일반적인 하천과는 다른 특성을 지니게 된다. 또한 수심이 깊은 저수지의 경우에는 흐름방향과 더불어 수심 방향의 특성도 중요하며, 수리 및 수질 모형의 연계를 통한 3차원적인 해석을 필요로 한다. 유역 내 지상 또는 대기에서 발생한 모든 오염물질은 강우에 의해 하천과 호수와 같은 수체로 유입되며, 강우가 발생했을 때 유역의 토지피복 상태와 수리, 지형, 강우강도, 토양의 특성에 의해 하천으로 유입되는 오염물질의 농도와 부하특성이 달라진다. 비점오염물질의 축적이 가능한 호수나 저수지에서는 비점오염원의 유입이 더 큰 문제가 되며, 유량이 극히 미미한 하천의 경우에는 강우초기에 일시에 집중적으로 유입되는 초기 오염 부하량이 문제가 된다. 강우유출수의 하천 유입은 강우 현상과 밀접한 관계를 맺고 있으므로 그 제어가 쉽지 않다. 이러므로 이를 총괄하는 유역통합관리기술이 필요로 하며, 기존의 유역통합관리기술은 댐 상류유역을 중심으로 개발되고 있으며, 댐 상류유역과 저수지, 하류하천으로 구분되어 연구되어 왔다. 또한 각각의 모형이 개별적으로 적용되어 통합적인 평가시스템이 표준화되지 않은 관계로 댐 상하류 모니터링 자료가 연계된 실무 적용이 이루어지지 않고 있다. 따라서 하천 수리 수문학적 역학구조를 이해하고 그 특성에 적합하게 평가할 수 있는 표준화된 시스템이 구축되어야 한다. 또한 효과적인 유역통합관리를 위해서는 하천의 현재 뿐만 아니라 장래에 대한 예측부분도 포함되어야 한다. 본 연구에서는 댐 유역에서의 유출과 수질 변화를 모의하고 이를 이용하여 저수지 내에서의 오염물질 거동에 대해서 해석하였다. 또한 기후변화에 따른 유역, 저수지 및 하천에 미치는 영향을 고려하기 위하여 고해상도 지역기후전망 모의자료를 이용하여 수문학적 스케일로 통계적 상세화한 후 지역별 상세수문시나리오를 생산하여 미래 예측에 활용하였다. 기후변화 시나리오의 상세화를 통한 상세지역의 기후를 예측하고, 예측된 기상자료를 이용하여 유역모델을 모의하여 미래의 유출 및 수질 변화를 파악할 수 있는 기술 개발로 인해 저수지의 운영에 도움을 주고, 주수지의 치수증대 사업 등 유출의 변화에 따른 하류하천 변화를 파악할 수 있고, 기후변화에 따른 하류하천에 대한 홍수기 때 치수, 이수 및 방재에 대하여 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.12
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• pp.1293-1307
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• 2012

This study is to evaluate the RHESSys (Regional Hydro-Ecological Simulation System) simulated streamflow (Q), evapotranspiration (ET), soil moisture (SM), gross primary productivity (GPP) and photosynthetic productivity (PSNnet) with the measured data. The RHESSys is a hydro-ecological model designed to simulate integrated water, carbon, and nutrient cycling and transport over spatially variable terrain. A 8.5 $km^2$ Seolma-cheon catchment located in the northwest of South Korea was adopted. The catchment covers 90.0% forest and the dominant soil is sandy loam. The model was calibrated with 2 years (2007-2008) daily Q at the watershed outlet and MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) GPP, PSNnet and 3 year (2007～2009) daily ET data measured at flux tower using the eddy-covariance technique. The coefficient of determination ($R^2$) and the Nash-Sutcliffe model efficiency (ME) for Q were 0.74 and 0.63, and the average $R^2$ for ET and GPP were 0.54 and 0.93 respectively. The model was validated with 1 year (2009) Q and GPP. The $R^2$ and the ME for Q were 0.92 and 0.84, the $R^2$ for GPP were 0.93.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.3
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• pp.169-179
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• 2017

Recently, due to global warming and climate change in Korea, local heavy storm occurs frequently. In this study, the risky areas for flooding in urban areas are analyzed for flood inundation based on two-dimensional urban flood runoff model (XP-SWMM) focusing on coastal high flood-risk urban areas. In addition, the MCDM (Multi-Criteria Decision Making) technique is utilized in order to establish the flood defense structural measures. The alternative flood reduction method are compared and the optimum flood defense measures are selected. A simulation model was used with three structural flood prevention measures (drainage pipe construction, water detention, flood pumping station). In order to decrease the flooding area, flood assessment criteria are suggested (flooded area, maximum inundation depth, damaged residential area, construction cost). Priorities of alternatives are determined by using compromise programming. As a result, the optimal flood defence alternative suggested for Janghang Zone 1 is flood pumping station and for Janghang Zone 2, 3 are drainage pipe construction.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.3
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• pp.181-190
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• 2017

Population congestion and increasing porosity caused by urbanization and increasing rainfall intensity are the main reasons for urban inundation damage. In order to reduce the damage to urban flooding, it is necessary to take a inundation analysis model that can be considered the topographic impact (i.e., building and road) and simulate the detailed inundation areas. In this study, Grid based Inundation Analysis Model (GIAM) is developed using a two-dimensional shallow water equations. The study area is Gangnam basin, with a surface area of $7.4km^2$, which includes 5 drainage areas such as Nonhyun, Yeoksam, Seocho 1, 2, and 3. EPA SWMM5 is used for simulating the overflows at each manhole. GIAM model is constructed to allow for simulating a inundation area with 6 m grid size. The inundation analysis is conducted in two heavy rainfall events (Sep. 21, 2010 and July 27, 2011) for the model evaluation. The accuracy of the simulated inundation area is calculated 0.61 and 0.57 at POD index using the historical flooded area report. The developed model will be used as a tool for analyzing the flood prone areas based on rainfall scenario, and a tool for predicting the detailed inundation area in the real-time.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.6 s.179
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• pp.447-458
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• 2007

In this study, the coastal urban flood prediction and warning system based on HEC-RAS and SWMM were investigated to evaluate a watershed of On-Cheon stream in Busan which has characteristics of costal area cased by flooding of coastal urban areas. The basis of this study is a selection of various geological data from the numerical map that is a watershed of On-Cheon stream and computation of hydrologic GIS data. Thiessen method was used for analyzing of rainfall on the On-Cheon stream and 6th regression equation, which is Huff's Type II was time-distribution of rainfall. To evaluate the deployment of flood prediction and warning system, risk depth was used on the 3 selected areas. To find the threshold runoff for hydraulic analysis of stream, HEC-RAS was used and flood depth and threshold runoff was considered with the effect of tidal water level. To estimate urban flash flood trigger rainfall, PCSWMM 2002 was introduced for hydrologic analysis. Consequently, not only were the criteria of coastal urban flood prediction and warning system decided on the watershed of On-Cheon stream, but also the deployment flow charts of flood prediction and warning system and operation system was evaluated. This study indicates the criteria of flood prediction and warning system on the coastal areas and modeling methods with application of ArcView GIS, HEC-RAS and SWMM on the basin. For the future, flood prediction and warning system should be considered and developed to various basin cases to reduce natural flood disasters in coastal urban area.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.6 s.179
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• pp.431-446
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• 2007

Groundwater flow in a basin is greatly affected by many hydrogeological and hydrological characteristics of the basin. A groundwater flow model for the Kap-cheon basin ($area=648.3km^2$) in the Geum river basin was established using MODFLOW by fully considering major features obtained from observed data of 438 wells and 24 streams. Furthermore, spatial groundwater recharge distribution was estimated employing accurately calibrated watershed model developed using SWAT, a physically semi-distributed hydrological model. Model calibration using observed groundwater head data at 86 observation wells yielded the deterministic coefficient of 0.99 and the water budget discrepancy of 0.57%, indicating that the model well represented the regional groundwater flow in the Kap-cheon basin. Model simulation results showed that groundwater flow in the basin was strongly influenced by such factors as topological features, aquifer characteristics and streams. The streams in mountainous areas were found to alternate gaining and losing steams, while the streams in the vicinity of the mid-stream and down-stream, especially near the junction of Kap-cheon and Yudeong-cheon, areas were mostly appeared as gaining streams. Analysis of water budget showed that streams in mountainous areas except for the mid-stream and up-stream of Yudeong-cheon were mostly fed by groundwater recharge while the streams in the mid and down-stream areas were supplied from groundwater inflows from adjacent sub-basins. Hence, it was concluded that the interactions between surface water-groundwater in the Kap-cheon basin would be strongly inter-connected with not only streams but also groundwater flow system itself.