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표제지 1

목차 2

요약 9

제1장 서론 10

1.1. 연구의 배경 및 목적 10

1.2. 연구의 범위 및 내용 13

제2장 연구동향 및 이론적 배경 15

2.1. 연구동향 15

2.2. 수문모형의 이론 18

2.2.1. BASIN-HSPF 모형의 이론 22

2.3. 저영향개발(LID) 기법의 이론 41

2.3.1. 저영향개발(LID) 정의 및 특징 41

2.3.2. 저영향개발(LID) 종류 및 유형 44

2.4. 물순환 개선 방안 47

2.4.1. 기존 물순환 개선방안 47

2.4.2. Pressure-State-Response 모형 54

2.4.3. 우선관리등급 평가방법 67

제3장 대상유역의 기초자료 구축 69

3.1. 대상유역 69

3.2. 자료수집 및 분석 74

3.2.1. 기상관측자료 74

3.2.2. 지형자료구축 82

3.2.3. 댐 관측자료 83

3.2.4. 환경기초시설 자료 84

제4장 유역 물순환 개선 시스템 구축 86

4.1. 유역 물순환 시스템 모형의 개요 86

4.2. 유역 물순환 시스템 모형의 구축 86

4.2.1. 낙동강 유역분할 및 정의 86

4.2.2. 강우분석 시스템 89

4.2.3. 물순환 시스템 모형 검보정 91

4.3. 유역 물순환 우선관리지역 선정방안 97

제5장 유역 물순환 개선 시스템 분석 99

5.1. 유역 물순환 특성의 변동 분석 99

5.1.1. 소유역별 불투수면율 분석 99

5.1.2. 소유역별 물순환율 분석 110

5.13. 소유역별 잠재 LID 면적 분석 116

5.2. 유역 물순환 우선관리지역 선정 120

5.3. 물순환 우선관리지역 개선방안 적용 129

5.3.1. 저영향개발 적용요소 선정 129

5.3.2. 물순환 우선관리지역 개선평가 131

5.3.3. 저영향개발 적용전후 유역 물순환 평가 140

제6장 결론 및 제언 178

6.1. 결론 178

6.2. 제언 180

참고문헌 181

부록 196

Abstract 247

표목차 4

표 2.1. 수문모형 요약 20

표 2.2. HSPF Model 유형 28

표 2.3. HSPF Utility Modules 유형 28

표 2.4. 저영향개발기법의 정의 42

표 2.5. 저영향개발의 원리 43

표 2.6. 각 기관별 LID 유형 분류 44

표 2.7. LID 유형·특성 및 기술구성 44

표 2.8. 빗물정원 특징 45

표 2.9. 국가별 저영향개발 기법 명칭 및 목표 51

표 2.10. 유역관리방안 비교 53

표 2.11. 하천 건천화 관련 요소선정 2000년대 초 55

표 2.12. 홍수, 환경적 요소선정 2010년대 초 55

표 2.13. 환경부 토지피복도 분류 현황 58

표 2.14. 토지분류 및 토양군 연계 유출곡선지수 60

표 2.15. 잠재 LID 적용 가능/불가 토지피복도 현황 64

표 2.16. 다변량분석기법의 특징 65

표 2.17. PSR 산정 지수요약 66

표 2.18. PSR 지수 구간 최적화 용어정리 68

표 3.1. 낙동강 주요 하천 현황 70

표 3.2. 낙동강 유역내 모형 입력자료 기상관측소 제원 74

표 3.3. 기상관측소 별 연평균 현황 75

표 3.4. 낙동강 유역 댐 관련 자료 84

표 3.5. HSPF 모형 구축시 입력된 환경기초시설 자료 84

표 4.1. 낙동강 유역 소유역 이름 88

표 4.2. 관측소 내 강우량 분석 91

표 4.3. HSPF 모형의 보검증시 모형 효율 범위와 신뢰구간(Donigan, 2000) 93

표 4.4. HSPF 모형의 수문관련 매개변수 정리 94

표 4.5. 낙동강유역 검보정 결과 정리 95

표 5.1. 각 연도별 토지피복도 면적 99

표 5.2. 토지피복 기반 불투수면율 산정방법 106

표 5.3. 각 소유역 및 연도별 불투수면율 산정결과 106

표 5.4. 각 소유역 및 연도별 불투수면 변화율 산정결과 108

표 5.5. 낙동강 유역 물순환 지수 산정방법 111

표 5.6. 낙동강 유역 소유역 물순환 변화율 산정결과 112

표 5.7. 낙동강 유역 내 저영향개발 적용부지 산정결과 116

표 5.8. 낙동강 유역 PSR 지수 산정 120

표 5.9. LID Controls Tool 식생체류지 설정 130

표 5.10. 우선관리 평가기준 5단계 131

표 5.11. 낙동강 소유역 특성 및 PSR 지수개선평가 결과 135

표 5.12. 저영향개발 적용 전·후 낙동강유역 연도별 물수지결과 141

표 5.13. 저영향개발 적용 전·후 낙동강유역 연도별 통계 분석 142

표 5.14. 저영향개발 적용 전·후 낙동강유역 월별 물수지결과 144

표 5.15. 저영향개발 적용 전·후 낙동강유역 월별 통계 분석 148

표 5.16. 저영향개발 적용 전·후 낙동강유역 계절별 물수지결과 151

표 5.17. 저영향개발 적용 전·후 낙동강유역 계절별 통계 분석 152

표 5.18. 소유역 별 연평균 물수지 산정 결과 154

표 5.19. 우선관리유역 저영향개발적용전·후 물수지 산정 결과 174

그림목차 6

그림 1.1. 도시화에 따른 불투수면증가 및 물순환관계 11

그림 1.2. 연구범위 및 내용 13

그림 2.1. BASINS 개요 22

그림 2.2. BASINS-HSPF 구축과정 23

그림 2.3. BASINS 구성요소 24

그림 2.4. 국가환경 데이터베이스 24

그림 2.5. BASINS 평가도구 25

그림 2.6. BASINS 유틸리티 26

그림 2.7. BASINS 수역특징 리포트 27

그림 2.8. PERLND Module 29

그림 2.9. IMPLND Module 30

그림 2.10. RCHRES Module 31

그림 2.11. PWATER 수문순환 체계도 34

그림 2.12. RCHRES Module의 흐름도 34

그림 2.13. PQUAL의 PERLND 응용모듈 35

그림 2.14. OXRX의 RCHRES 응용모듈 BOD 흐름도 37

그림 2.15. NUTRX의 RCHRES 응용모듈 TP 흐름도 38

그림 2.16. HSPF 모델 내 LID Controls Tool 39

그림 2.17. 개발전와 개발후 물순환 41

그림 2.18. 유역진단매뉴얼 52

그림 2.19. PSR Model 54

그림 2.20. HSPF 모형의 물순환도 63

그림 2.21. Jenks의 구간 최적화 방법 67

그림 3.1. 낙동강 유역도 69

그림 3.2. 낙동강 유역 현황도 72

그림 3.3. 낙동강 수계 주요 하천 모식도 73

그림 3.4. 기상자료 WDM 구축 예시 80

그림 3.5. 낙동강 유역 기상관측소 지점 현황 81

그림 3.6. 낙동강 유역 DEM. 소유역 설정 82

그림 3.7. 낙동강 년도별 토지피복도 83

그림 4.1. 낙동강유역 소유역 분할지도 87

그림 4.2. BASIN-HSPF 낙동강유역 모형 구축 88

그림 4.3. 기상관측소 티센망 90

그림 4.4. 낙동강유역 내 검보정지점 및 댐 지점 92

그림 4.5. 낙동강유역 유량 보정 및 검증 결과 96

그림 4.6. 유역 물순환 우선관리지역 선정 및 평가범위 산정 98

그림 5.1. 토지피복도별 면적비 변화율 분석 100

그림 5.2. 소유역 토지피복도 연도별 변화율 분석 1975년 101

그림 5.3. 소유역 토지피복도 연도별 변화율 분석 1985년 102

그림 5.4. 소유역 토지피복도 연도별 변화율 분석 1995년 103

그림 5.5. 소유역 토지피복도 연도별 변화율 분석 2007년 104

그림 5.6. 소유역 토지피복도 연도별 변화율 분석 2019년 105

그림 5.7. 불투수면 변화율 시나리오별 산정 결과 109

그림 5.8. HSPF 모형의 물순환도 111

그림 5.9. 낙동강유역 소유역별 Pressure Index P 산정결과 124

그림 5.10. 낙동강유역 소유역별 State Index S 산정결과 125

그림 5.11. 낙동강유역 소유역별 Response Index R 산정결과 126

그림 5.12. 낙동강유역 소유역별 PSR Index d 산정결과 127

그림 5.13. 식생체류지 구조 129

그림 5.14. Jenks의 자연형 분류평가기준 적용 131

그림 5.15. 낙동강유역 물순환 우선관리지역 132

그림 5.16. 우선관리유역 저영향개발 적용후 PSR 개선지수 134

그림 5.17. 낙동강유역 연도별 물수지 산정결과 140

그림 5.18. 낙동강유역 저영향개발 적용전·후 물수지 변동성 분석 142

그림 5.19. 낙동강유역 월별 물수지 산정결과 143

그림 5.20. 낙동강유역 계절별 물수지 산정결과 151

그림 5.21. 낙동강유역 148개 소유역 연도별 물수지 특성 164

그림 5.22. 낙동강유역 148개 소유역 월별 물수지 특성 173

초록보기

 최근 기후변화로 인해 발생하는 이상기후 현상 때문에 태풍, 집중호우, 해일 등 풍수해 발생빈도가 빈번하다. 도시유역 내 인구의 급증과 지속적인 도시화로 인해 불투수면적의 증가를 야기하여, 풍수해적 피해는 배가 되고 있는 실정이다. 특히 불투수면의 증가로 인해 물순환체계 회복을 위한 유량관리가 시급한 실정이다. 국내외에서는 저영향개발을 기반으로 한 불투수면 확대를 억제하고자 하는 연구가 지속적으로 진행중이다. 본 연구에서는 물순환 회복을 위해 HSPF 모형을 구축하여, 검보정을 수행한 다음 PSR-Index 3요소를 추출하였다. 첫 번째 P값 불투수면 변화율 산정을 위해 1975년 기준 토지피복도를 바탕으로 2019년 현재 토지피복도까지 5개년을 불투수율을 산정하였다. 두 번째 S 값 물순환 변화율을 산정하기 위해 148개의 소유역으로 구축되어 있는 대권역 유역을 대상으로 증발산량, 침투량, 유 출량 산정을 통해 각 소유역별 물순환율을 산정하였다. 세 번째 R값 잠재 LID 면적 산정을 위해 2019년 세분류 토지피복도를 바탕으로 각 소유역별 세분류에 따른 저영향개발 적용가능부지를 그룹화 하여 면적을 산정하였다. P지수, S지수, R지수를 바탕으로 유클리드기법을 적용하여 표준화된 거리 d값인 PSR-Index값을 산정하였다. 산정된 값은 낙동강유역내 148개의 소유역 물순환 우선관리순위를 선정하는데 사용되었으며, 우선순위를 산정한 다음 물순환체계 회복을 위한 저영향개발 요소를 접목하였다. 저영향개발 요소는 HSPF내 탑재되어 있는 저영향개발툴을 활용하여 접목하였고, 접목하는 과정에서 식생체류지 설계기준에 따라 FTable을 재산정하여 물순환 분석을 수행하였다. 그 결과 PSR-Index 값이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 수행한 물순환 회복을 위한 우선관리지역 도출 및 저영향개발 적용을 통한 유역 물순환 관리방안은 도시, 비도시의 구분이 아닌 유역관리 차원에서 접근하여, 효율적인 유역물순환 관리를 수행하는데에 있어 활용될 수 있을것으로 판단된다.

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