Journal of Korea Water Resources Association ISSN:2799-8746(Print) 2799-8754(Online) 한국수자원학회 논문집

기후변화에 따른 극한 강우와 홍수위험 증가로 인해 신뢰도 높은 수위자료의 확보와 보정 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 남강 유역의 경호교와 수산교를 대상으로 인근 관측소 수위자료와 강우자료를 활용하여 수위자료의 오·결측 구간을 보완하는 기계학습 기법의 적용성을 검토하였다. 이를 위해 장단기기억 신경망(Long Short-Term Memory, LSTM), 완전연결형 다층 퍼셉트론 구조의 DNN (Deep Neural Network), Random Forest 기반 예측모형을 구축하고 2019~2023년 자료를 학습에, 2024년 자료를 검증에 사용하였다. 분석 결과, LSTM은 예측 성능이 낮아 최종 비교대상에서 제외되었으며, DNN과 Random Forest 중에서는 Random Forest가 가장 우수한 성능을 보였다. 또한 강우 입력자료로는 누적강우량보다 면적평균강우량이 대체로 더 안정적인 예측 결과를 나타냈다. 오측 의심 사례 비교에서도 Random Forest는 수위 상승부와 감수부를 보다 자연스럽고 연속적으로 복원하였다. 한편, 2023년 관측자료를 이용한 다중회귀분석은 높은 설명력을 보였으나 급격한 비선형 수위 변동 재현에는 한계가 있었다. 본 연구는 인근 관측소 간 수문학적 연계성을 활용한 자료 복원이 실무적으로 유효함을 보여준다.

본 연구는 사구 전면부에 도랑을 굴착하는 자연기반 공법을 제안하고, 수리모형실험을 통해 그 월파 저감 효과를 정량적으로 평가하였다. 2차원 조파수조에서 두 가지 사구 형상과 세 가지 도랑 폭을 조합하여 여섯 가지 구조물 조건에 대해 규칙파 및 불규칙파 조건에서 실험을 수행하였으며, 상대 여유고 및 무차원 도랑 폭에 따른 평균 월파량을 분석하였다. EurOtop 경험식의 적용성을 검토한 결과, 기존 경험식은 도랑에 의한 추가적인 월파 저감 효과를 충분히 반영하지 못하는 것으로 나타났다. 이를 보완하기 위하여 무차원 도랑 폭을 변수로 하는 지수함수 형태의 영향계수( γ t )를 제안하였으며, 영향계수 적용 결과 예측 성능이 크게 향상되었다. 또한 기포 영상 유속계 분석을 통해 도랑 조건에서는 유입 유체의 일부가 도랑 내부로 먼저 유입되면서 초기 월파가 저감되고, 이후 되돌아오는 유체와 후속 파랑의 상호작용 과정에서 도랑 내부에 추가적인 전단층이 형성되어 이차 월파 저감이 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 도랑 굴착이 유동 분산과 에너지 소산을 통해 효과적인 월파 저감 기법으로 활용될 수 있음을 시사한다.

돌발가뭄은 기후변화에 따라 급격히 발생하고 강화되는 대표적인 수문기상학적 재해로, 모니터링 및 예측에 큰 어려움을 초래한다. 그러나 특히 관측자료가 제한된 지역에서는 이러한 현상의 발생 메커니즘에 대한 이해가 여전히 부족하다. 본 연구에서는 2012년부터 2022년까지 북한 지역을 대상으로 위성 및 재분석 자료를 기반으로 구축된 표준화 증발스트레스지수(Standardized Evaporative Stress Ratio, SESR)를 활용하여 돌발가뭄의 시공간적 특성과 발생 메커니즘을 분석하였다. 돌발가뭄은 실제증발산(actual evapotranspiration, AET)과 잠재증발산(potential evapotranspiration, PET)의 펜타드 단위 시계열을 이용하여 탐지하였으며, 해당 자료는 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)과 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)로부터 산출하였다. 분석 결과, 돌발가뭄은 공간적으로 뚜렷한 이질성을 보였으며, 서부 저지대 농경지에서는 높은 발생 빈도와 강도(연 6-10회, −30 퍼센타일 이하)를 나타낸 반면, 산림이 우세한 산악 지역에서는 발생 빈도는 낮으나 지속 기간이 길게 나타났다. 돌발가뭄은 사전 조건 형성, 급격 발달, 회복의 세 단계로 일관된 진화 양상을 보였다. 특히 발달 단계에서는 실제증발산의 감소(15-25 퍼센타일)와 잠재증발산의 증가(10-20 퍼센타일)가 동시에 발생하면서 SESR이 2-3 펜타드 내에 약 30-40 퍼센타일 감소하는 급격한 비선형 반응이 나타났으며, 이는 지면-대기 결합이 강하게 작용함을 시사한다. 본 연구는 자료 부족 지역에서 수문학적 공급과 대기 수요 간 상호작용을 정량적으로 연결함으로써 돌발가뭄의 발생 메커니즘에 대한 과정 기반 이해를 제공한다. 또한 제안된 SESR 기반 접근법은 장기 기후학적 희소성을 직접 규정하기보다는 자료 부족 지역에서 상대적 증발 스트레스 변화와 급격한 건조화 과정을 탐지하기 위한 과정 기반 접근법으로 활용될 수 있으며, 기후변화 조건에서 돌발가뭄 조기경보 및 농업 리스크 관리 체계 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 위성강수자료(GSMaP), 재분석 증발산자료(GLDAS) 및 분포형 수문모형(GRM)을 활용하여 임진강 유역의 자연유출량을 산정하고, 상류 북한지역에서 수행되고 있는 유역변경(inter-basin diversion)이 하류 유출에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 임진강 유역은 상류 대부분이 북한에 위치한 대표적인 미계측 공유하천으로서, 다수의 댐 및 유역변경 시설에 의해 자연 유출체계가 인위적으로 변화된 특성을 가진다. 본 연구에서는 GSMaP 위성강수자료를 지상관측자료를 이용하여 편이보정한 후 GRM 모형의 입력자료로 활용하였으며, GLDAS 기반 증발산자료를 적용하여 2000년부터 2024년까지의 자연유출량을 모의하였다. 또한 위성영상과 문헌자료를 활용하여 황강댐, 원산군민발전소, 원산청년발전소 및 미루벌 물길에 의한 유역변경 유량을 산정하고, 이를 자연유출량에 반영하여 유역변경 영향을 분석하였다. 분석 결과, 임진강 유역의 연평균 강수량은 1,025~1,235 mm/yr, 연평균 유출심은 558~797 mm/yr로 나타났으며, 유출계수는 0.452~0.669 범위를 보였다. 유역변경을 고려한 결과 황강댐 유역의 연평균 총유출량은 약 29.6%, 필승교 유역은 약 19.9% 감소하는 것으로 분석되었다. 특히 예성강 계통 수력발전과 동해안 수력발전 계통, 미루벌 관개수로에 의한 유역변경은 임진강 하류 유출량 감소의 주요 원인으로 평가되었다. 본 연구는 관측자료 확보가 어려운 미계측 공유하천에서 위성자료와 수문모형을 통합적으로 활용하여 자연유출량을 평가하고 유역변경 영향을 정량화할 수 있는 방법론을 제시하였으며, 향후 북한지역 수문특성 분석 및 국제공유하천 수자원 관리의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 기후변화와 노후화된 인프라로 인해 물 부족 위험이 증가하는 상황에서, 수도 공급 중단이 국가 경제에 미치는 중·장기적 경제적 영향을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 1990년부터 2023년까지의 산업연관표를 활용하여 산업연관분석을 수행하였으며, 수도산업의 공급 부족이 전체 산업 생산에 미치는 영향을 정량적으로 추정하였다. 분석 결과, 수도산업의 공급 지장 효과는 대부분의 분석 기간 동안 1을 초과 하는 것으로 나타나 수도 공급 중단이 국가 경제 전반에 상당한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 산업별 분석 결과, 1990년대와 2000년대 초반에는 제조업에서 상대적으로 높은 공급지장효과가 나타난 반면, 최근에는 전문·과학·기술 서비스업과 보건·사회복지 서비스업을 중심으로 서비스 산업에 대한 영향이 확대되는 것으로 분석되었다. 본 연구는 수도 공급 안정성이 국가 경제에 미치는 중요성을 실증적으로 제시하였으며, 기후 적응 및 수도 인프라 투자 정책 수립을 위한 기초 자료를 제공한다.

폭설은 중·고위도 지역에서 빈번히 발생하는 주요 자연재해로, 교통·전력·수자원 등 사회기반시설에 심각한 피해를 초래한다. 본 연구에서는 ERA5-Land 재분석 자료를 활용하여 수도권 지역을 대상으로 적설심과 기온의 시계열 변동 특성을 분석하고, 지형·결빙 지속성·기후적 이상성을 결합한 상대적 적설위험도를 산정하였다. 2024년 11월부터 2025년 3월까지 발생한 세 차례 주요 폭설 사례(2024년 11월 29일, 2025년 1월 7일, 2025년 3월 18일)를 대상으로 분석하였으며, ERA5-Land의 적설심 및 2 m 기온 자료를 이용하였다. 또한, 2013-2022년 장기 ERA5-Land 자료를 기반으로 다년 기후분위를 구성하고, 이를 적설·결빙 지속성과 지형 요인(경사, 식생 감쇠항 등)과 결합하여 확률 기반의 상대적 위험도 지표를 도출하였다. 사례 분석 결과, ERA5-Land 자료는 기온 하강 이후 적설심이 증가하는 시계열적 반응을 일관되게 재현하였으며, 시기별 열적 조건에 따른 적설 축적의 지연 특성이 확인되었다. 공간 분포 분석에서는 경기 북부와 동부의 고지대 및 구릉지에서 높은 위험도가 나타났고, 서울 및 서남부 평야 지역에서는 낮은 위험도가 산출되었다. 이러한 경향은 고도 및 경사 증가로 인한 저온·결빙 지속성과 산림 지역의 지형적 특성이 복합적으로 작용한 결과로 해석된다. 본 연구에서 제시한 적설위험도는 단순한 적설심의 절대적 크기가 아니라, 과거 기후분포 대비 현재 적설 및 결빙 상태의 이례성을 반영한 상대적 지표로서, 수도권 지역의 폭설 취약성을 정량적으로 평가할 수 있는 유효한 접근으로 판단된다. 또한, 향후 지상관측 및 고해상도 위성자료와의 융합을 통해 재해 대응형 공간 위험지도 구축 및 도시 기후리스크 관리 체계 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

하천 수심은 유량 변화와 하상 이동에 따라 시·공간적으로 변동하므로 이를 정확히 파악하는 것은 하천의 이해와 관리에 중요하다. 그러나 기존 현장 측량과 접촉식 계측은 점 단위 자료에 한정되어 넓은 하천 구간의 연속적 수심 정보를 확보하는 데 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 초분광 영상 기반 수심 산정 기법의 한계를 보완하기 위해 기계학습 기반 CMR-OV 알고리즘을 적용하고 최대측정가능수심의 확장 가능성을 평가하였다. ADCP로 계측한 수심 자료를 0.5 m 간격으로 구분하여 학습하였으며 RMSE가 가장 낮은 모델을 기준으로 적용 가능 범위를 검토하였다. 또한 구축된 모델로 초분광 영상에서 수심맵을 생성하고 검증 단면의 실측 수심과 비교하여 성능을 평가하였다. 그 결과, 저탁도 조건에서 CMR-OV는 기존 OBRA에서 제시된 최대측정가능수심 2.5 m보다 확장된 수심 범위에서 비교적 양호한 성능을 보였고 단면 검증을 통해 최적 결과가 RMSE 0.21 m, 결정계수(R²) 0.96으로 나타났다. 다만 깊은 수심대의 실측 자료가 제한적이어서 최대측정가능수심을 특정 값으로 단정하기에는 한계가 있었으며 향후 보다 깊은 수심대와 독립적인 검증자료를 포함한 추가 검토가 필요하다.

본 연구는 남한 전역을 대상으로 3종의 준실시간 위성강수자료(IMERG-Early, GSMaP-Gauge-NRT, PERSIANN-V3)의 시공간 편의를 보정하기 위한 LightGBM 기반 이중기계학습(DML) 체계를 구축하였다. 이를 위해 지형, 기상 및 공간자기상관 변수를 입력자료로 결합하였으며 학습 관측망의 밀도를 100%에서 10%까지 축소하며 보정 성능의 변화를 정량화하였다. 성능 평가는 2024년과 2025년의 독립 검증 지점에서 수행하였으며, 원시 위성자료와 선형 결합 기법 및 지상관측 IDW를 동일 조건에서 비교하였다. 분석 결과, DML의 KGE'는 0.755로 비교 대상 중 가장 높았으며 학습 지점을 30개소(10%)로 축소하여도 전체 관측망을 사용한 IDW의 정확도에 근접하는 것으로 나타났다. 또한 이러한 밀도 의존성은 학습 표본의 감소가 아니라 인접 관측 정보의 대표성 저하에 기인하는 것으로 확인되었다. 제안된 보정 체계는 관측망 밀도가 낮은 유역에서 지상관측 내삽 기법의 실용적 대안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 한국과 유럽연합(EU)의 물 교육 정책, 프로그램, 주요 사례를 비교 분석하여 한국의 물 분야 교육 발전 방안을 도출하는 것을 목적으로 한다. 분석 틀로 Bereday의 비교교육학 4단계 방법론(서술-해석-병치-비교)을 절차적 기반으로 삼고 Ashrafi et al.의 환경교육 비교 항목 중 교육 목표, 교육 내용, 교수 방법의 3개 항목을 물 교육 맥락에 맞게 재구성하여 적용하였다. 분석 결과, 한국과 EU 모두 물 문해력을 핵심 교육 목표로 설정하고 있으나 그 범위와 강조점에서 차이가 있었다. EU는 지식·태도·역량·행동의 네 가지 차원을 균형 있게 반영하고 수질 형평성 및 환경정의를 명시하였지만, 한국은 지식 중심 목표에 편향되어 태도·역량·행동 차원의 반영이 상대적으로 미흡하였다. 교육 내용 측면에서 물순환, 수자원 관리, 수질, 물 절약은 공통 핵심 주제였으나 한국은 수질 보전과 물 절약에 편중되어 수자원의 경제·사회적 가치, 물 관리 기술·공학, 기후변화 연계 등과 관련된 내용이 부족하였다. 교수 방법에서는 체험 및 탐구 중심으로의 전환을 추진하고 있으나 한국은 다양한 체험 프로그램이 정규 교육과정과 체계적으로 연계되지 못하고 있었다. 이를 바탕으로 본 연구는 교육과정 개선, 교사 교육 강화, 학교 교육과 사회 교육의 연계라는 세 가지 차원에서 한국의 물 분야 교육 발전 방안을 제시한다.

본 연구는 위성 레이저 고도계 ICESat-2와 레이더 간섭계 기반 SWOT 위성 자료를 활용하여 낙동강 수계 달성보 구간에서의 하천 수위 모니터링 정확도를 평가하였다. ICESat-2에서 제공하는 내륙 수면 고도 산출물(ATL13)을 이용하여 하천 수면고도(WSE)를 추출하고, 이를 지상 수위계 관측자료와 비교하여 위성 수위 자료의 신뢰도를 정량적으로 검증하였다. 정확도 평가는 RMSE, 평균절대오차(MAE), 편향(bias) 등의 통계 지표와 함께 절대 오차 누적분포함수(CDF) 분석을 통해 수행하였다. 분석 결과, ICESat-2 수위 자료는 달성보 구간에서 지상 수위계 관측값과 전반적으로 양호한 일치도를 보였으며, 대부분의 관측값이 데시미터 이내의 오차 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 이는 ICESat-2 수위 자료가 국내 하천 환경에서도 안정적인 정확도를 확보할 수 있음을 시사한다. 또한 동일 지역에서 획득된 SWOT 수위 자료를 함께 분석하여 두 위성의 관측 특성과 활용 가능성을 비교하였다. SWOT 자료는 ICESat-2 관측 위치와 대응되는 픽셀을 기준으로 추출하여 공간적 일관성을 확보하였으며, 이를 통해 점 기반 고정밀 관측을 수행하는 ICESat-2와 2차원 수면고도 분포를 제공하는 SWOT 간의 구조적 차이를 명확히 비교하였다. 본 연구는 국내 하천을 대상으로 위성 기반 수위 자료의 정확도를 지상 관측자료와 체계적으로 검증한 사례로서, 향후 수위계가 설치되지 않은 하천 구간이나 다양한 수문 환경으로 위성 기반 하천 수위 모니터링을 확장 적용하기 위한 기초 자료를 제공한다.