• 한국수자원학회논문집
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• 제57권3호
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• pp.165-179
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• 2024

도시 지역의 홍수 위험을 완화하고 지속 가능한 수자원을 관리하기 위해서는 도시 홍수와 물순환의 연계 해석이 필수적이다. 본 연구는 간단한 전환 규칙을 통해 침수의 시공간적 변화를 모의하는 셀룰러 오토마타 기법을 이용하여 고해상도 도시침수 및 물순환 해석 모형 CAW (Cellular Automata-based integrated Water cycle model)를 개발하고, 그 적용성을 평가하였다. 개발된 모형을 미국 포틀랜드 도심지 유역에 적용하고, 물리 기반 모형 및 기존 셀룰러 오토마타 기반 모형의 침수 해석 결과와 비교하여 도시침수 재현의 적절성을 평가하였다. 연구 결과, 침수 검증 대상 지점에 대한 CAW 모형의 최대 침수심 분포는 확산파 방정식을 모사하는 WCA2D (Weighted Cellular Automata 2 Dimension) 모형과 평균오차 값이 1.3 cm로 유사하게 모의되었고, 이진 패턴 유사도 검증에서 HR 0.91, FAR 0.02, CSI 0.90으로 비교적 높은 유사성을 나타내며 모형의 침수 해석 적용성을 검증하였다. 또한, 토지피복 및 토양 조건이 침수, 침투에 미치는 영향을 시험 평가한 결과, 불투수율이 41% 더 높은 지역에서의 침투와 최대 침수심이 각각 54%(4.16 mm/m²) 감소 및 10%(2.19 mm/m²) 증가하였다. CAW 모형을 이용하여 도시 유역의 다양한 토지피복 및 토양 특성을 고려한 고해상도 물순환 및 도시침수 연계 모의 해석이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.121-121
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• 2011

도시유역 물순환 해석 모형(Catchment hydrologic cycle Analysis Tool, CAT)은 기존의 개념적 매개변수 기반의 집중형 수문모형과 물리적 매개변수 기반의 분포형 수문모형의 장점을 최대한 집약하여, 도시유역 개발 전/후의 장/단기적 물순환 변화특성을 정량적으로 평가하고 물순환 개선시설의 효과적인 설계를 지원하기 위한 물순환 해석 모형이다. 이 모형은 수문학적으로 균일하게 판단되는 범위를 소유역으로 분할하여 지형학적 요인에 의한 유출 특성을 객관적으로 반영할 수 있으며, 개발 공간 단위별로 침투, 증발, 지하수 흐름 등의 모의가 가능하도록 하는 링크-노드 방식으로 개발되었다. 모형의 UI(User Interface)는 사용자가 손쉽게 모형을 적용/관리하고, 여러 시나리오를 동시에 효과적으로 모의하여 분석할 수 있도록 설계되었다. 또한, 모든 입/출력 자료를 엑셀이나 텍스트 형식과 연동되도록 하여 프로젝트별 매개변수 관리가 용이하도록 개발하였다. 특히 본 모형에서는 사용자의 목적에 맞는 다양한 물순환 개선시설(침투시설, 저류지, 습지, 빗물저장시설, 리사이클 및 외부급수 등)의 구현 및 모의가 가능하도록 개발하였다. CAT은 수자원의지속적확보기술개발사업(2008 ~ 2011)의 연구 성과로서 한국건설기술연구원에서 개발하였다. 2008년 말에 모형의 기본구조가 개발되었고, 2009년에는 세부 알고리즘인 증발산, 침투, 유역 유출, 지하수 유거, 하도추적 등의 모듈과 사용자 편의시스템이 개발되었다. 2010년에는 우리나라 논의 특성을 반영한 논 유출 해석 모듈 및 저류지, 침투시설, 습지, 빗물이용시설 및 하천에서의 취수와 도수 등과 같은 물순환 개선시설을 평가할 수 있는 모듈을 추가하여 개발하였으며 2010년 3월에 도시유역 물순환 해석 모형 1.0 베타 버전을 출시하였다. 2010년 12월 에는 1.0 베타 버전에 침투해석모듈(Green&Ampt, Horton), 논에서의 개량물꼬 배수, 침투녹지(Bioretention) 및 차집관거 기능을 추가하였고, 기타 GUI의 업그레이드 및 추가를 통하여 1.5 베타 버전을 출시하였다. 현재까지 여러 자연유역과 신도시 개발지역에 대한 적용을 통하여 모형의 적용성을 평가하였다. 본 연구에서는 기존의 자연유역과 신도시 개발지역 외에 농업용 저수지와 논 관개지구가 위치한 유역을 대상으로 모형의 적용성을 평가하고자 하였다. 대상유역은 농업용수 지구이며 농업수리시설의 종류와 규모가 다양할 뿐만 아니라 농촌유역으로써의 대표성을 가지고 기존의 관측자료가 풍부한 점 등을 고려하여 경기도 평택의 이동유역을 선정하였다. 이동유역은 행정구역으로는 경기도 용인시 이동면, 남사면 일원이며 서쪽은 경기도 오산시, 남쪽은 평택시, 안성시 그리고, 북쪽은 용인시와 인접하고 있다. 이동유역 내 주요시설로서 유역면적 $94.4km^2$의 이동저수지와 상류에 용덕저수지($12.41km^2$)와 미산저수지($4.39km^2$), 노곡저수지($2.00km^2$)의 3개 저수지가 위치하며 2개의 유입하천(진위천, 송전천)에 의해 이동저수지로 유입된다.

• 환경정책연구
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• 제13권3호
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• pp.43-73
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• 2014

우리나라의 도시들은 과거 급격한 도시화를 겪으면서 방재, 안전의 개념이 도시개발에 충분히 반영되지 못했을 뿐 아니라, 개발에 따른 불투수층 확대에 따라 강수, 저류, 침투, 증발산 및 유출로 이어지는 자연적인 물순환 체계의 왜곡을 초래했다. 최근 선진국들을 중심으로 그린인프라를 활용하여 도시 물순환 체계를 개선하고 도시의 홍수저감 효과를 높이는 노력들이 강조되고 있다. 그러나 우리나라는 접근성이나 심미성의 측면으로만 그린인프라를 계획하고 있어 그린인프라가 가지는 다양한 효과들을 제대로 활용하고 있지 못하다. 이에 도시 물순환을 개선하고 홍수저감 기능을 효과적으로 활용할 수 있는 그린인프라 계획 프레임워크를 개발하고 이를 시범지역에 적용하고자 한다. 프레임워크의 1단계에서는 해당지역의 여건 및 문제점을 분석하고, 2단계에서는 홍수취약성 분석을 통해 취약성이 높은 지역을 도출하고 이 지역을 중심으로 그린인프라 우선 설치지역을 도출하는 공간계획을 수립한다. 홍수취약성은 빈도 비모형과 GIS를 활용한 정량적 분석방법론을 활용하였다. 3단계에서는 해당 지역의 지리적 여건, 홍수 경험, 재정 등 다양한 지역여건을 고려하여 그린인프라 기법을 선정하는 과정을 포함하고 있다. 개발된 프레임워크를 부산시 연제구와 남구에 적용하여 주요 취약지역을 대상으로 공원, 빗물정원, 투수성 포장 등을 활용한 구체적인 그린인프라 계획을 제안하였다. 그린인프라 계획 프레임워크가 도시계획, 환경계획, 개발계획 등 다양한 도시공간계획과 연계되어 반영된다면 보다 효과적인 그린인프라 활용에 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국습지학회지
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• 제13권2호
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• pp.199-208
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• 2011

세계적으로 물의 부족, 온실가스 배출증가, 에너지 소비 증가 등으로 인하여 지구가 위협받고 있다. 기존의 도시 계획 및 개발 과정에서 산림, 하천 등 자연 생태계가 파괴되어 왔으며 이는 불투수면의 증가를 초래하였다. 불투수면의 증가로 인하여 자연적인 물순환 체계가 파괴됨에 따라 도시내 물의 저류, 침투, 증발 등이 감소되고 있으며, 강우시 불투수면에서 발생하는 비점오염원이 하천 및 호소로 직접 유입되어 수계에 악영향을 끼치고 있는 실정이다. 본 연구에서는 강우시 불투수면에서 발생하는 비점오염물질을 저감하고 불투수면의 증가로 인한 도시지역의 온도증가, 열섬현상 등을 해결하는 소규모 HSSF 인공습지 기술을 개발하고자 한다. HSSF 인공습지는 표면에 물이 존재하지 않고 유체의 흐름이 표면 아래 수평으로 흐르는 습지이며 침전, 여과, 흡착, 식생에 의한 흡수 등의 기작을 포함한다. 이러한 HSSF 인공습지를 도시지역의 협소한 공간에도 적용이 가능한 소규모 형태로 개발하고자 pilot-scale test를 실시하였으며, 이러한 연구결과는 향후 국내 도시 열섬현상 저감 및 자연적 물순환 복원을 위한 시설 개발에 기초자료로 활용 될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.148-152
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• 2004

본 연구에서는 물순환의 재생이나 보전에 필수적인 유역 물순환의 정량화와 유역변화의 영향예측을 위해 개발된 WEP (Water and Energy Transfer Process) 모형의 국내 유역에 내한 적용성을 검토하고, 청계천 유역의 물순환 양상을 모의하였다. WEP 모형은 복잡한 토지이용이 이루어지고 있는 도시하천 유역에 내한 물순환의 정량화를 목적으로 일본의 토목연구소 (PWRI; Public Works Research Institute), 과학기술진흥사업단, Jia 박사 등에 의해 공동으로 개발되었으며 지표면 및 비포화 토양층의 물${\cdot}$열 플럭스 계산, 하도흐름의 추적계산 및 지하수 유동계산, 격자내 토지이용의 불균질성 반영 등이 가능한 물리적인 기반의 공간 분포형 모형 (Physically Based Spatially Distributed)이다. 모형을 적용한 청계천 유역 (유로연장 13.75 km, 유역 면적 $50.96km^2$)은 전체 토지이용중 도시지역이 $75.9\%$를 차지하고, 유역내 인구가 120만명에 이르는 도시유역으로 높은 불투수 면적비율, 인공계 물순환 요소의 영향 등의 도시 유역 특성이 물순환의 구조 전반에 미치는 영향에 대한 연구가 부족하였다. WEP 모형 적용 결과, 모의 기간 동안의 하천 유출량은 실측치에 근사한 값을 나타내었으며 유역의 물순환 양상을 모의할 수 있었다. 청계천 유역은 전형적인 도시 유역의 특성을 보여주었는데, 강우시의 직접유출이 크고, 강우의 유출에 대한 반응이 빠르며, 증발산의 경우는 산림지역보다 도시지역이 상대적으로 적은 것으로 분석되었다. 이번 연구를 통하여 WEP 모형이 유역 물순환 해석에 적절한 모형임을 확인할 수 있었으면, 향후 청계천 유역의 물리적 특성에 대한 매개변수와 인공계 물순환 자료의 보완을 통해 보다 향상된 모의가 가능할 것으로 판단된다. 하였던 Cd과 Mg이 Ca 및 Ca과 vitamin D의 동시(同時) 급여(給與)로 감소(減少)하였고 Cu는 전체적(金體的)으로 변화(變化)가 없었으며 Zn은 Cd 급여(給與)로 감소(減少)하였으나 Ca과 vitamin D의 급여(給與)에 의하여 증가(增加)하였고 Ca은 Ca과 viamin D의 급여(給輿)로 유의(有意)하게 증가(增加)하였다. 신장(腎臟)중의 무기질(無機質) 함량(含量)은 Cd급여(給輿)로 Cu, Mg은 감소(滅少)하였으나 Ca, Zn은 변화(變化)가 없었고 Ca 및 Ca과 Vitamin D의 급여(給與)로 Cd, CU, Zn은 증가(增加)하였다.ce area)는 수술 전100.8$\pm$25.6 mm/$m^{2}$에서 79.3$\pm$ 15.8 mm/$m^{2}$로 감소한 소견을 보였다. 승모판 성형술은 전 승모판엽 탈출증이 있는 두 환아에서 동시에 시행하였다. 수술 후 1년 내 시행한 심초음파에서 모든 환아에서 단지 경등도 이하의 승모판 폐쇄 부전 소견을 보였다. 수술 후 조기 사망은 없었으며, 합병증으로는 유미흉이 한 명에서 있었다. 술 후 10개월째 허혈성 확장성 심근증이 호전되지 않아 Dor 술식을 시행한 후 사망한 예를 제외한 나머지 6명은 특이 증상 없이 정상 생활 중이다 결론: 좌관상동맥 페동맥이상 기시증은 드물기는 하나, 영유아기에 심근경색 및 허혈성 심근증 또는 선천성 승모판 폐쇄 부전등을 초래하는 심각한 선천성 심질환이다. 그러나 진단 즉시 직접 좌관상동맥-대동맥 이식술로 수술적 교정을 해줌으로써 좋은 성적을 기대할 수 있음을 보여주었다.특히 교사들이 중요하게 인식하는 해방적 행동에 대한 목표를 강조하여 적용할 필요가 있음을 시사하고 있다.교하여 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 또한 HSP 환자군에서도 $IL1RN^{*}2$ allele 빈도와 carriage

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.436-436
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• 2023

산업혁명을 거치면서 높은 화석연료를 사용하는 제조업 중심의 산업구조와 많은 자원을 필요로 하는 도시의 집중 현상으로 지구 온난화에 따른 이상기후 발생이 증가하고 있다. 이러한 기후변화는 홍수, 태풍, 폭염 및 폭설 등의 자연재해 발생 빈도 및 규모를 증가시켜 피해가 커지고 있다. 특히 인구 및 시설들이 집중해 있어 도시의 집중 현상은 이러한 재해에 더욱 취약한 구조가 됨에 따라 피해의 규모를 가중 시키고 있는 실정이다. 전 세계적으로 기후변화 문제의 심각성을 인식하고 이를 해결하기 위해 선신국에 의무를 부여하는 교토의정서(1997년) 채택에 이어, 선진국과 개도국이 모두 참여하는 파리협정(2015년)을 채택하였고 2016년 협정이 발효되었다. 파리협정의 목표는 산업화 이전 대비 지구 평균온도 상승을 2℃보다 아래로 유지하고, 나아가 1.5℃로 억제하기 노력하는 것을 강제하는 것으로 2050년까지 탄소 순배출량을 '0'으로 만든다는 탄소중립사회로의 전환이 본격적으로 시작되었다. 본 연구에서는 기후변화로 인한 물부족 및 수실오염과 같은 도시의 수자원 문제 해결을 위해 IoT 기반 센서 및 네트워크 기반 수자원 플랫폼을 개발하였다. 도시 수자원 시설 데이터를 기반으로 대체 수자원 확보 및 수요 중심의 물 관리를 통해 효율적인 물 배분이 될 수 있도록 하였으며 이러한 스마트 물 관리에 따른 대체 수자원 확보 및 효율적 물 배분이 탄소 저감에 미치는 효과에 대해 분석하였다. 연구대상 지역은 세종 6-4구역으로 LID 특화지구로 조성되었으며 1,000 세대의 주민이 생활하는 공동주택이다. 물 순환(LID) 시설에서 확보된 물을 물 공급 시설과 연계하여 공동주택에서 활용함으로써 감소된 상수 사용량을 온실가스 배출량으로 환산하여 탄소 저감량을 계산하였다. 실제 주민들(1,000세대)이 사용하고 있는 상수량 데이터와 전력거래소 온실가스 배출계수를 활용하였으며 물순환(LID) 시설로 확보하여 대체할 수 있는 상수량은 10%로 가정하였다. 연구대상 지역(1,000세대)의 연간 상수공급량은 331,603m³이며, 연간 전력사용량은69,637kWh이다. 온실가스 배출량은 31.963tCO₂eq이며, 온실가스 저감량은 3.2tCO₂eq로 산정되었다. 추후 LID 시설에 대한 상수 대체량과 온실가스 저감효과 정량화가 필요하다.

• 환경정보
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• 통권401호
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• pp.20-23
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• 2012

빗물은 생명의 보전과 문명의 발전에 기여하는 천연자원이다. 빗물관리시설의 설치는 물순환 개선을 통한 하천유지용수 확보, 지하수 함양을 통한 도시 물 자급율 개선, 도시 열섬화 개선 등의 효과와 하천의 수질오염 완화, 우수유출량 저감으로 침수피해 경감 등의 효과를 가져다 준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.771-775
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• 2005

도시화에 따른 인간의 개발 활동에 의하여 자연적인 토지피복 뿐만 아니라 식생 및 토지이용 형태의 변화를 일으키게 되었다. 개발 목적으로 과거 농경지나 산림지역이 주거지 및 상업지역으로 그 미용이 변화되면서 토양침식의 증가는 물론이고, 불투수층의 증가로 인한 토양저류능의 감소와 강우로 인한 유출 도달시간의 감소의 인해 폭우에 의한 홍수 및 침수의 피해가 야기된다. 이에 따라 다양한 관측결과를 기초로 도시지역의 물순환계를 구성하는 인자간의 관계를 정량적으로 명시하고, 유역 물순환계의 특징을 이해함과 동시에 물순환계의 일부 변화가 다른 부분에 미치는 영향, 특히 토지이용변화가 물순환 구조 변동에 미치는 영향을 평가하여 유역 전체의 건전한 물순환 체계를 위한 대책을 검토하는 과정에 있어서 의견을 모으는 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 1970년대부터 현재까지의 RS(Remote Sensing) 토지피복자료를 이용하여 청계천 유역의 시대별 토지이용변화 변화에 따른 수문환경의 변화가 물순환에 가져오는 영향을 예측하고 이를 토대로 수자원의 유효 이용, 평상시 유량의 확보, 홍수제어, 수자원의 보전과 개발 등과 같은 유역전체에 관계된 문제점을 파악하여 유역에 적합한 물순환계 개선을 위한 다양한 정보를 제공하고자 한다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.981-983
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• 2010

도시 개발로 인한 불투수면의 증가 등으로 도시 수문환경의 변화와 물순환 시스템의 훼손 등이 발생하고 있다. 이러한 현상은 도시 홍수 위험의 증가, 유출량의 증가, 증발산량의 감소, 토양 침투량의 감소와 더불어 토양생태계, 지하수환경 및 하천 환경 등에 영향을 미친다. 여기에 비점오염원의 증가로 인한 하천 등의 수질 및 수생태계 영향 등 전반적으로 도시환경에 미치는 영향은 지대하다. 이에 기존의 중앙집중식 빗물관리에서 벗어나 발생원에서 빗물을 관리하는 자연순응형의 분산식 빗물관리 방식 및 그 시스템의 적용은 미국과 독일을 비롯한 유럽에서 정책화되어 있다. 이들 국가에서는 이러한 시스템의 적용에 따른 효과 모니터링을 추진하고 있는 상황이다. 우리나라는 이러한 자연형 물순환 시스템의 도시 적용을 이제 시도하고 있으며, 그 일환으로 아산신도시에 적용을 위한 사전 데이터 확보를 위해 식생수로를 아산지역의 주차장 유출수를 처리하기 위해 설치하였다. 본 연구에서는 주차장 유출수 관리를 위한 발생원 처리 시설인 식생수로의 설치, 운영 등에 대한 내용을 소개하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.302-302
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• 2023

최근 도시의 왜곡된 물순환 문제를 해결하기 위해서 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법을 적극적으로 도입하고 있다. 저영향개발은 자연의 침투, 증발산, 여과 등의 자연기작을 모방하여 강우유출수를 침투 및 저류시키는 기법으로 물순환 체계를 회복시킬 수 있다. 저영향개발 기법의 하나인 벽면녹화는 건축물이나 기반 시설물의 벽면과 같은 인공지반에 기반을 조성하고 식물을 식재하는 시설로 짧은 시간에 녹지 면적을 만들 수 있다. 또한, 건축물로 인해 생겨난 수직적인 면을 녹지로 활용할 수 있어 도시에 매우 특화된 시설이다. 본 연구는 벽면녹화의 저영향개발 시설로서의 성능을 확인하기 위해 실내 실험을 진행하여 강우유출수 저감효과 및 지체시간 지연효과를 확인하였다. 강우유출수 저감효과는 유입량 대비 저류량을 기준으로 유출저감률을 산정하여 분석하였으며, 총 유출시간을 측정하여 지연효과를 판단하였다. 벽면녹화 현장실험 대상지는 경상남도 양산시 물금읍 부산대학교 양산캠퍼스에 위치한 한국 녹색인프라저영향개발센터이며, 실내에 플랜터형 벽면녹화 시스템을 적용하였다. 부산시 금정구 2012년~2021년의 강수량을 사용해 백분위수 강우사상을 기준으로 30, 50, 70mm/hr의 강우 시나리오를 선정하였다. 물순환 효과를 판단하기 위해 불투수면을 대조군으로 설정하여 불투수면의 유출이 종료되는 시점까지 지표면 유출을 모니터링 하였다. 그 결과, 30, 50, 70mm/hr 시나리오별 유출률은 91.76%, 92.18%, 94.54%로 불투수면과 대비하여 유출이 적게 발생하였으며 총 유출시간은 불투수면대비 47분, 88분, 58분 증가하여 지연효과가 있음을 확인하였다. 본 연구는 실험을 통해 벽면녹화의 수문학적 성능을 분석하고자 유출량 저감효과와 지연효과를 확인하였다. 추후 다양한 강우 시나리오와 제원에 따라 실험이 수행된다면 더 정확히 벽면녹화의 물순환 효과를 확인할 수 있을 것이다.