• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.905-905
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• 2012

현재 도시유역의 홍수피해를 경감시키기 위한 방안으로 우수유출 저감시설에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 그러나 침투형 우수유출 저감시설의 경우 침투량 산정에 필요한 여러 인자 중 토성에 의해 저감 능력에 많은 차이를 보이고 있으며, 강우시 침투로 인한 토양내 함수비의 변화와 선행강우 조건 등에 의해 정량적인 분석이 어려워 활용도가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2009년 국립방재연구원에서 시행한 침투실험 자료의 조건과 동일하게 투수계수 및 형상이 다른 두 종류의 투수성 보도블록 A, B와 토양내 선행강우의 유무에 대하여 표 1과 같이 검증 케이스로 구분하고, 4 가지의 강우강도로 모의 조건을 설정한 후 불포화 투수층의 침투해석을 실시하고 실험결과를 이용하여 모의결과에 대한 검증을 시행하였으며, 모의 결과의 검증을 뒷받침하기 위하여 통계적인 적합도를 나타내는 평균제곱오차(RMSE), 평균편차비율(PBIAS), 모형 효율성 계수(NSE), 지속성 모형효율성 계수(PME)을 산정해 보았다. 검증 결과 그림 1과 같이 투수성 보도블록 B의 형태가 투수성 보도블록 A의 형태보다 적합도가 높게 나타났고, 50mm/hr의 강우강도에서 변동성이 크게 나타났으나, 50mm/hr를 제외한 나머지 강우조건에서 양호한 적합도를 보였으며, 선행강우가 있는 조건이 선행강우가 없는 조건에 비해 높은 적합도를 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.540-540
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• 2012

강우 발생시 유역에 집수된 물이 하천에 이르는 경로에 따른 유출은 지표유출, 지표하유출, 지하수유출로 구분된다. 정확한 수문순환 과정의 해석을 위해서는 지표 흐름뿐만 아니라 지표하 및 지하수 흐름의 해석이 중요한 실정이나 일반적으로 실무에서 사용되는 강우-유출해석 모형은 지표유출을 해석하기 위한 모형이 대부분이며, 지표하 유출과 침투량을 산정하는데 어려움이 있다. 일반적인 강우-유출해석 모형은 Horton 방법, NRCS 방법, Green-Ampt 방법에 의해 유효우량을 분리하며, 이 과정은 침투량을 직접적으로 모형화 할 수 없으므로 지표 및 지표하, 지하수 흐름을 복합적으로 해석할 수 있는 모형이 질적이나 양적으로 부족한 실정이다. 이러한 지표하 흐름과 침투량을 산정하기 위하여 FE-FLOW, PM, MS-VMS, GMS, GW-VISTAS, ARGUS 및 MODFLOW와 같은 지하수 모형을 사용하고 있다. 본 연구에서는 지표하유출 산정을 위한 침투량의 비교분석을 위해 현재 가장 범용되는 지하수 유동 모델링 프로그램인 Visual Modlfow 모형과 GMS 모형을 이용하여 침투량 산정을 위한 수치 모의를 진행하였다. 각 모형의 입력자료는 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험시설 자료를 이용하여 동일한 조건을 부여하고, 두 모형의 비교를 위해 Visual Modflow에서는 MODFLOW의 기본 해석방법인 유한차분법(FDM)을 이용하고, GMS 모형에서는 3차원 유한요소해석이 가능한 GMS-FEMWATER를 이용하였다. 두 모형의 수치모의 조건으로 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험방법과 동일하게 공극률에 따른 투수성 보도블럭의 구분과 50mm/hr, 100mm/hr, 150mm/hr, 200mm/hr의 강우강도별 선행함수조건에 따른 수치모의를 진행하였으며, 수치모의된 침투량의 적정성을 판단하기 위하여 국립방재연구원의 침투실험 결과자료와 비교분석하였다. 침투실험 자료와 각각 수치모의된 침투량을 비교분석한 결과 서로 유사한 경향을 보이고 있으나 초기 침투시 상대오차가 비교적 크게 발생하였다. 이는 수치모형의 경우 수리실험과는 다르게 모의시작과 동시에 해당 강우강도의 침투가 시작되므로 초기 유입 유출량 발생시간의 차이가 종료시간까지 누적 침투량에 미치는 것으로 판단되며, 매개변수에 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.306-306
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• 2023

인공강우 실험은 일반적으로 호우 기간 중 수행한다. 과거 연구(국립기상과학원, 2020)에서 설정된 인공강우 실험 기준은 "일 강우량 20 mm를 초과하는 경우"로, 이는 경험적으로 결정된 기준이다. 이에 본 연구에서는 가용한 장기간 관측자료를 수집하고 자료를 분석하여 인공강우 실험을 위한 댐 유역의 기상학적 조건과 수문학적 조건을 평가하였다. 인공강우 실험 조건 평가를 위한 대상 유역으로 한반도 남부지방에 위치한 보령댐, 용담댐, 남강댐, 안동댐, 임하댐 유역을 고려하였다. 기상학적 조건은 인공강우 발생 조건과 밀접한 연관이 있다. 기상학적 조건을 평가하기 위한 자료로 장기간 자료가 가용하며 수집이 용이한 일 강우량, 상대습도, 운량 등의 자료를 수집하였다. 강우량과 운량의 경우 상위 10%, 20%, 30%에 대응하는 기준치를 산정하고, 이를 초과하는 연 횟수를 비교하여 유역의 조건을 평가하는데 반영하였다. 상대습도의 경우 연중 80%, 85%, 90%를초과하는 횟수를 비교하고 추가로 이 기준치를 초과함에도 강우는 발생하지 않은 횟수도 고려하였다. 수문학적 조건은 인공강우의 필요성, 즉 수자원 공급량 차원에서 고려한 조건으로 볼 수 있다. 수문학적 조건을 평가하기 위한 자료로는 댐의 일 및 월 단위 저수용량을 수집하고, 댐의 총 저수용량과 유효저수용량에 대한 비를 산정하여 평가에 고려하였다. 댐 유역의 인공강우 실험 조건을 평가한 결과는 다음과 같이 요약된다. 기상조건을 고려한다면 보령댐과 용담댐이 적절한 것으로 판단되었다. 특히 보령댐의 경우, 상대습도가 90% 이상으로 매우 높음에도 대기중의 수증기가 응결되지 못하여 강우량이 발상하지 않는 경우가 있어 Seeding의효과가 극대화될 여지가 높은 것으로 판단된다. 수문학적 조건을 고려하는 경우, 보령댐 유역, 안동댐 유역, 임하댐 유역이 유효 저수율이 낮은 것으로 나타나 인공강우를 활용한 수자원 확보의 필요성이 높은 유역으로 평가된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.894-898
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• 2012

본 연구는 밭에서 발생하는 비점오염물질을 저감하기 위하여 기존의 볏짚거적을 이용한 저감방법에 PAM과 Gypsum을 처리하였을 때, 표면유출량과 기저유출량, 유사량 그리고 탁도 등에 미치는 영향을 모의하고자 하였다. 연구 방법은 인공강우 시험기와 토양상자를 이용한 실내실험을 통하여 지표피복재의 종류와 강우강도 그리고 경사도에 따른 직접유출량과 유사량을 측정하고 비교하였다. 경사도 (10 %, 20 %)와 강우강도 (30 mm/hr) 그리고 지표피복재의 종류에 따라 실험처리를 하였으며, 지표피복재는 볏짚(Rice straw mat)+PAM (Polyacrylamide)+Gypsum, 볏짚+PAM+톱밥 (Sawdust)+Gypsum, 볏짚+PAM+왕겨 (Chaff)+Gypsum으로 구분하여 제작하였다. 실험 결과 볏짚을 이용한 다양한 피복소재를 이용해 지표를 피복할 경우, 대조구(나지)에 대비 유출수량, 토양유실 그리고 탁도 저감에 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 지표를 피복한 처리구의 평균 표면 유출수량은 대조구와 비교할 때 72~85.6 %가 저감되었다. 그러나 동일조건의 Gypsum을 첨가하지 않은 연구와 비교 시 Gypsum의 혼용으로 인한 효과는 크지 않은 것으로 나타났다. 세분화된 강우강도와 경사도 조건에 따른 실험이 필요하지만 본 연구의 결과에 기초할 때, 지표의 피복과 토양개량제를 첨가하는 방법은 강우 시 발생하는 표면유출수와 유사 그리고 탁수를 저감시킬 수 있는 최적영농관리방법 (Best management practice)의 하나로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.828-835
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• 2019

인공강우장치는 실내실험 기반의 모형실험 데이터를 생성하는 연구도구로 널리 이용되고 있다. 다양한 연구에 인공강우장치가 이용되고 있음에도 불구하고 대부분의 연구에서 강우분포의 균질성에 대한 논의는 등한시되고 있다. 다양한 강우특성이 반영된 급경사지 붕괴 모의실험을 위해서는 저강도에서 고강도까지 강우를 모사할 수 있는 강우장치가 필수적이며 실험의 신뢰성을 확보하기 위해서라도 강우분포의 균질성은 확보되어야 한다. 본 연구에서는 급경사지 붕괴모의실험의 주요설비인 인공강우장치의 최대 강우강도 130mm/hr 내에서 10mm/hr 단위 제어를 목표로 하며, 균등계수 80% 이상 확보하고자 하였다. 이를 위해 노즐타입, 크기, 위치 및 펌프압력에 따른 다양한 조건하에서 강우실험을 수행하였다. 실험결과 노즐형태는 원형노즐, 크기는 1.9mm와 1.4mm가 적합한 것으로 분석되었고 적정 펌프압력은 3~6kg/㎠으로 분석되었다. 다양한 강우강도를 재현하기 위해 노즐수는 2, 3, 5개, 펌프압력은 3, 4, 5, 6kg/cm2로 조건을 달리하여 실험을 수행하였다. 펌프압력이 증가함에 따라 강우강도는 선형적으로 증가하는 경향을 보였다. 실험결과를 바탕으로 펌프압력, 노즐형태 및 노즐수를 변수로 하는 강우제어 매뉴얼을 작성하였다. 또한 검증실험을 수행하여 목표 강우강도 대비 오차범위 ±3.1%, 균등계수는 평균 86.8%로 균질한 강우분포를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.353-353
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• 2023

기후변화에 대응하는 도시유출 저감과 열섬효과를 방지하기 위해 투수블럭 시공이 증가 추세 있으나, 투수블럭과 하부 도로포장체에 대한 강우모사 시험시 토양함수율 설정기준을 정립할 필요가 있다. 유역 혹은 시험체의 유출량 예측에는 토지 이용에 따라 미국자연자원보호청(Natural Resources Conservation Service, NRCS)의 SCS 유효우량 산정 방법을 통해 CN을 활용할 수 있으며, 이때 유역 혹은 시험체의 선행강우일수에 따라 유출량 결과가 큰 차이가 발생한다. 연구를 위해 시험실이 위치하고 있는 부산시와 양산시 무강우 일수(10년, 2012~2021)를 홍수기, 비홍수기 각각 분석한 결과에 따라, 투수블록 포장체의 CN 산정을 위해 자연강우 이후 시험시 AMC조건을 따르며, 무강우일수 5일 이내에는 비성수기 12.7~27.94mm, 성수기 35.56~53.34mm의 평균강우 20.32mm, 44.45mm에 해당하는 체적의 실험수를 사전에 살수한 후 강우모의시험을 진행한다. 사전살수를 통해 하부기층 토양을 AMC-II 기준에 맞추고, 강우모의 시험을 통해 CN(II) 산정한다. 동일기준에서 진행된 시험 결과, 일정한 유출을 확인하였으며, 적용에 일관성을 유지할 수 있었다. 따라서 토양종류와 토양함수조건에 의거 투수블록 포장 시험체의 CN을 산정을 통해, 도시홍수 유출모형에 적용할 수 있다. 53.34mm 이상의 자연강우시 모니터링을 통한 CN(III)을 산정하여CN(II)로 환산하여 경제적이고 합리적인 유출량을 산정한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.4-4
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• 2017

수문자료의 빈도해석은 자료의 독립성(independence)와 정상성(stationarity)를 가정하여 이뤄진다. 그러나 관측 수문자료에서 비정상성 현상이 발생하고 있다는 사실이 관측되면서 수문자료에 대한 비정상성 빈도해석에 대한 필요성도 커지고 있다. 본 연구의 목적은 수문자료의 빈도해석에서 가장 널리 사용되고 있는 Gumbel 및 GEV 분포에 대한 비정상성 빈도해석 모형을 개발하는 것으로, 이를 위해 비정상성 Gumbel과 GEV 모형의 매개변수를 시간에 따라 변하는 형태로 정의하였다. 비정상성 Gumbel 및 GEV 모형의 정확도를 알아보기 위해 비정상성 모형과정상성 모형을 이용하여 Monte Carlo 모의실험을 수행하였다. 모의실험은 다양한 조건의 재현기간, 표본크기, 매개변수 조건을 고려하여 수행되었다. 그 결과 비정상성 모형의 오차는 비교적 표본크기가 클 때 가장 작은 것으로 나타났다. 또한 복잡한 매개변수의 조합을 가지는 비정상성 모형은 모두 동일한 경향성을 가질 때 가장 작은 오차를 보이는 것으로 나타났다. 비정상성 GEV 모형의 경우는 확률수문량 산정에 음(-)의 형상 매개변수가 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서는 비정상성 조건에서 다양하게 존재하는 비정상성 모형 중 어떠한 모형이 주어진 자료에 대해 가장 적절한 모형인지 결정하기 위해 모의실험을 수행하였다. 널리 적용되고 있는 AIC, BIC, likelihood ratio test에 대해 정상성 및 비정상성 Gumbel 모형을 이용하여 모의실험을 수행한 결과, AIC가 비정상성 모형 중 적정 모형 선택에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 개발된 비정상성 Gumbel 및 GEV 모형의 적용성을 알아보기 위해 우리나라 연최대강우 자료에 적용한 결과, 위치 매개변수에 시간항을 고려하는 Gumbel 모형이 최적모형으로 가장 많이 선택되는 것으로 나타났다. 따라서 현재 우리나라의 연최대강우자료 중 경향성이 나타나는 자료에 대해서는 위치 매개변수가 시간에 따라 변하는 특성이 가장 많이 나타나고 있는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.194-194
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• 2023

세류침식은 급경사 나지사면에서 증가하는 지표흐름에 의해 빈번하게 발생하고, 과도한 토사유출로 인해 홍수 및 토사재해 위험 증가와 수질오염 등의 문제를 야기한다. 본 연구는 개발지역의 마사토를 활용하여 1.2 m × 5.5 m 규모의 3개 중규모 플롯에서 세류발달 특성, 유출 및 토사유출량을 파악하고자 강우와 유입수 모의실험을 수행하였다. 경사 조건 15°와 20°에서 유입수 유무에 따른 4회의 반복실험이 진행되었으며 마사토의 평균입경은 0.89 mm이다. 강우강도 범위는 90~140 mm/hr이며, 유입수 유량은 합리식으로 계산하였으며 100~130 ml/sec이다. 하천 차수분석방법인 Horton방법을 사용하여 세류별 차수를 나누었다. 세류절개는 유입수가 없는 경우 실험 시작 약 1분 후에 발생하였고, 최대 2차수까지 세류가 발달하였으며, 유입수가 있는 경우 약 30초 후 발생하였고, 최대 3차수까지 세류가 발달하였다. 세류발달에 대한 수리학적 특성을 파악하기 위하여 염료 추적방법에 의한 동영상 이미지 분석결과 유속은 0.06~0.43 m/s의 범위를 보였다. 유입수와 강우가 함께 공급되는 경우 강우모의 공급수량에 비해 1.32~1.69배 증가했고, 이에 따라 지표유출수는 1.13~3.93배로 증가폭의 범위가 넓었다. 세류발달에 의한 토사유출량은 유입수 유무에 따라 6.7~32.3배로 증가하였다. 결론적으로 강우와 유입수가 상호작용하는 경우 강우에 의한 박리현상보다 유입수에 의한 측벽붕괴 활동이 활발하게 진행되었고 이는 세류 발달 과정에서 지배적으로 이루어졌기 때문으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.229-229
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• 2021

최근 이상기상으로 국지성 집중호우가 빈번하게 발생함에 따라 토사유출에 의해 피해가 증가하고 있다. 급경사 사면을 갖는 교란산지와 개발지의 경사면은 토양침식 위험에 노출되어 있다. 특히 지표유출수의 집중흐름에 의한 세류발달은 세류간침식에 비해 많은 토양침식과 토사유출을 발생시킨다. 이러한 급경사 사면에서의 세류발달에 대한 수리학적 메터니즘과 한계조건을 파악하고자 강우와 유입수 모의를 통한 토양침식 실험을 수행하였다. 강우와 유입수의 상호작용에 의한 세류발달의 특성과 토사유출량 증가를 파악하고자, 강우량의 증가와 유입수 유무에 따른 실험이 이루어졌다. 강우강도의 범위는 100~140mm/hr이고, 유입수는 170ml/s 이였다. 유입수량은 합리식으로 계산하였으며, 토양상자 상단에서 균등분사식으로 유입되었다. 세류발달의 수리학적 특성치를 취득하기 파악하기 위해, 염료주입 지표수 거동에 대한 동영상을 판독하였다. 세류발달은 유입수가 없는 경우 3분 이내 그리고 유입수가 있는 경우 30초 이내에 발생하였다. 토양상자내의 평균 유속범위는 7.83~29.27 cm/s 이였다. 실험에서 발달된 세류는 15분경과 후부터 평형상태를 유지하였다. 경사실험조건별로 세류 차수분석을 위해 각 세류의 최대길이, 폭, 넓이를 측정한 결과 세류의 차수는 강우만 있는 경우 1~2차로 발달하였으며, 유입수가 있을 때는 2~3차로 발달하였다. 지표유출이 증가하면서 세류발달의 개수는 줄었지만 규모는 더 크게 나타났다. 세류가 발달하는 시점의 한계유속은 10~20cm/s 범위인 것으로 파악되었다. 지표유출이 증가하면서 세류의 발달도 더 심화되지만, 동일한 강우에 일정시간동안 노출되면서 세류는 평형상태가 되어 더 이상 침식이 활발하게 진행되지는 않았다. 유입수가 있는 조건에서 수량은 약 2배가 증가하였지만, 토사유출량은 세류확장에 의해 약 4배가 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1711-1715
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• 2006

최근 급격한 도시화는 홍수량 증가 및 갈수 시 하천의 건천화 등 유역의 유출특성 변화를 가져왔다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하는 방안 중 하나인 투수성 포장의 유역 내 수문학적 효과를 분석하였다. 이를 위해 투수성 포장을 이용한 수리모형 실험 및 수치모형(SWMM)을 병행하여 수행하였다. 연구에 사용한 수치모형은 기존 도시유출 모형인 SWMM(Storm Water Management Model) 모형에 투수성 포장의 수문학적 효과를 고려할 수 있도록 수정된 모형이며, 수리모형 실험 결과를 토대로 수치모형의 중요 매개변수를 추정하였다. 또한 실험에 의해 관측된 지표 및 지하수 유출량과 수치모형에 의해 산출된 자료를 비교.분석하여 수정된 SWMM 모형의 유용성을 평가하였다. 강우강도가 65 mm/hr, 90 mm/hr, 95 mm/hr인 강우를 4시간씩 공급하는 경우에 대한 3가지 수리모형 실험을 수행하였다. 수리모형실험 결과 강우강도는 지표면 유출의 크기에 직접적인 영향을 미치고 있었으며 지하수 유출량은 강우강도 보다는 지하수위 조건에 더 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다. 수리모형 실험결과 및 수치모형 모의결과를 비교 분석한 결과, 토양 함수량 및 지하수위 변동 특성은 초기에서 정상상태로 전이되는 부분과 강우 정지 후 감소되는 부분에서 수리모형 실험과 다른 양상을 보였다. 지하수위는 실험 시 발생하는 공기층의 포집이 많은 영향을 미치고 있음을 알 수 있었고, 함수량 변화에 있어서는 수치모형(SWMM)의 모의 결과가 과도하게 감소하는 특성을 보여 주고 있었다. 즉, 유출량의 특성은 비슷한 양상을 보이고 있으나 지하수위 변화 및 토양 내 함수량 변화 예측에 있어서는 그 정확도가 떨어지는 것으로 평가되었다. 그러나 본 연구결과를 통하여 투수성 포장과 지하수에 관련된 매개변수의 집적과 분석결과는 현장기술 적용 시 매개변수의 유용한 선택과 도시유역의 물 순환 건전화 대안기술 적용에 효과적인 방법론을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.