• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.690-690
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• 2012

효율적인 수자원 관리를 위한 하천정비기본계획과 유역치수계획의 수립은 정확한 홍수량을 산정을 통해여 이루어지며, 이러한 첨두홍수량에 대한 계산이 좀 더 정밀해져야 할 필요성이 있다. 흐름해석에서 중요한 요소인 조도계수는 원래 하상재료의 조도(roughness)를 나타내는 척도로서 하상재료 및 하상표면의 특성에 의해 결정되어지는 값이지만, 실제 흐름계산에서는 식생, 하천 구조물, 사행도, 단면형태 단면 변화양상 등 하도의 상황뿐만 아니라 유량이나 수위에 의해서도 변화기 때문에(Frech, 1985) 이론적으로 조도계수를 정확하게 계산하는 것은 거의 불가능하다. 내륙부와는 매우 특이한 유출 형태를 보이고 있는 제주도의 하천은 평시는 대부분이 건천이지만 집중호우나 태풍 내습시에는 하천변의 침수와 범람 등의 재해가 발생하기도 한다. 지금까지 하천정비기본계획에서 제주도 하천의 조도계수는 자연형 하천에 적용되는 계수만을 전 구간에 일률적으로 사용하여 왔으나, 제주도의 하천은 대부분 15km내외의 짧은 구간에 산지와 농 목축업 및 도심하천이 혼재하고 있고 또한, 하상재료는 자갈 및 호박돌, 전석 등이 산재해 있어 구간별 조도분포도 매우 복잡하며 큰 변화를 보이고 있다. 하지만 하천현장에 대한 실측 조도계수의 조사나 측정은 전무한 실정이다. 한천의 하상재료의 입경을 이용한 방법으로 연구대상인 한천의 구간은 11.5km이며, 조도계수 산정구간을 10구간으로 세분화하고 각 구간마다 좌안, 중앙, 우안마다 100개씩 하상재료를 채취하였으며, 총 3000개의 채취한 하상재료를 이용하여 대표입경을 선정하고 입도분석 실시하였다. 지당 총 100개 이상의 자갈 입자를 선택하고 중경(intermediate axis)을 측정하도록 하고 있다. 그 결과를 기존의 조도계수 경험식에 대입하여 조도계수를 산정하였으며, 기존의 하천정비기본계획에 제시된 조도계수와 비교 분석하였다. 이러한 실측 조도계수을 이용한다면 보다 정확한 홍수량 산정과 하천실무에 적용 및 활용성이 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.346-346
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• 2012

우리나라의 최근 10년간(1999~2008년) 1일 100mm 이상 집중호우의 발생빈도는 총 385회로, 70~80년대 222회에 비해 무려 1.7배나 증가하였으며 이상기후로 인한 국지성 폭우로 각종 피해가 커지고 있는 추세이다. 2011년의 경우에도 7월 서울 및 수도권 지역에 발생한 100년 빈도 설계 강우량을 초과하는 집중호우로 인해 서울의 도심지역 곳곳이 침수로 인해 많은 재산피해와 인명피해를 유발하였다. 이러한 원인으로서 기후변화와 변동이 기정사실로 인정되고 있으며 가까운 미래에도 기후변화로 인한 물 관련 재해의 정도는 점차 심해질 것으로 예상되고 있다. 그러나 대부분의 기후변화로 인한 집중호우 관련 연구들은 주로 서울, 부산 등 대도시 및 중부 내륙지방과 남부 지방을 중심으로 이루 졌으며 실제로 과거에 이상기후로 인한 집중호우로 큰 피해를 입은 강릉을 중심으로 한 영동지방에 대한 연구는 미비한 실정이다. 예를 들어, 2002년 8월 31일 하루 동안 강릉에 870.5mm의 비가 내렸으며 이는 국내 기상 관측 사상 최고 기록이었다. 2006년 7월 14~24일 평창 지역에 쏟아진 집중호우 역시 대단했다. 이 기간 봉평의 누적 강우량은 694mm에 이르렀다. 실제 2000년대 들어 이상강우현상은 영서와 영동의 태백산맥의 관문인 대관령 양쪽 지역에서 자주 나타나고 있다. 이에 본 연구에서는 영동지방의 과거 강우량자료를 대상으로 극한치 이론을 이용한 분석을 통해 극한강우특성 변화를 분석하고 비정상성 빈도해석을 통해 기후변화 및 변동이 미치는 영향을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.867-867
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• 2012

기후변화와 변동으로 인해 기온, 강수, 증발산 등의 수문순환 요소들이 과거와는 다르게 빠른 속도로 변하고 있다. 이에 따라 지난 수십 년간 기후변화가 수문학적 극한사상에 미치는 잠재적 영향은 수자원공학 관련 분야에서 관심 대상이 되어왔으며, 많은 선행 연구들은 극한 수문사상의 규모 및 빈도가 증가한다는 결과를 보여 주었다. 우리나라의 경우 최근 10년간(1999~2008년) 1일 100mm 이상 집중호우의 발생빈도는 총 385회로, 70~80년대 222회에 비해 무려 1.7배나 증가했다. 2011년의 경우 7월초부터 8월 중순까지 지속적인 장마와 집중호우로 인해 1285.3mm의 누적강수량이 발생하였으며, 서울 및 수도권 지역에서 100년 빈도 설계강수량을 초과하는 집중호우 발생으로 서울의 도심지역 곳곳이 침수되어 많은 재산피해와 인명피해를 입혔다. A1B 기후변화 시나리오에 따르면 21세기말(2071~2100년)에는 20세기말(1971~2000년)에 비해 약 17%가 증가할 것으로 전망하고 있다. 이처럼 기후변화는 특히 도시수공시설물을 설계하는데 있어 가장 중요한 변수인 극한강우사상을 변화시키기 때문에 도시배수시설물을 계획하고 설계하는 수공기술자들에게 기후변화를 고려하는 일은 자명한 일이다. 또한, 기후변화로 인한 수문과정의 점진적 변화 영향은 도시배수관련 기반시설물의 첨두홍수량과 빈도를 변화시킬 것으로 예상하고 있다. 이에 본 연구에서는 기후변동이 도시배수체계에 미치는 영향을 평가하기 위해 외부기상인자의 변동을 반영할 수 있는 비정상성 빈도해석기법을 이용하여 지속시간 1기간, 3시간, 24시간 빈도별 설계강수량을 산정한 후 도시유출모형인 XP-SWMM 모형을 통해 도시배수체계에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 통해 현재의 도시배수체계와 비교함으로써 기후변동이 도시배수체계에 미치는 영향을 정량화하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.174-174
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• 2015

국내의 국지성 집중호우와 같은 기후변화와 토지피복율 증가 등 복합적인 원인으로 인한 표면 유출수의 증가로 도시에서의 내수침수가 매년 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 도심지 돌발홍수로 인한 피해에 대한 구조적인 대책으로 지하방수로가 효과적인 방안으로 대두되고 있으며, 현재 신월빗물저류배수시설이 설계단계에 있다. 그러나 미국, 일본 등의 국외의 기설치된 지하방수로에서 발생되는 Geyser 현상으로 인한 피해에 대한 연구는 국외에 비해 미비한 편이므로, 선행적으로 Geyser에 대한 물리기반의 동수역학적인 이해가 필요한 실정이다. Geyser는 홍수 시 급격한 유량의 유입으로 단파가 발생하여 지하방수로 내 공기의 압축이 발생하고 수직관을 통해 공기가 물과 함께 지상으로 분출되면서 발생된다. 따라서 공기와 물의 혼합 유동을 모의해야 하며 동시에 단파의 불연속성을 모의하기 위해서는 기존의 상용프로그램으로는 다소 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 지하방수로의 Geyser 현상의 발생 예측을 위해 1차원 Saint-Venant 방정식을 지배방정식으로 선정하였으며, 단파 발생을 수치적으로 안정적으로 모의하기 위해 Roe Approximate Riemann 수치기법을 사용하였다. 또한 공기의 압력항을 고려하기 위해서 수정된 형태의 Preissmann slot 모형을 적용하였다. Geyser 현상의 영향인자로서 지하방수로 수평관의 직경, 마찰계수, 바닥경사, 초기수위, 유입유량을 고려하였으며 상류에서 유입되는 유량에 의한 하류에서의 동수역학적 거동을 분석하였다. 5개의 영향인자의 변화에 따른 단파의 유입속도 및 공기부 압력의 변화를 관찰하여 Geyser 현상에 대한 동수역학적 검토를 수행하였다. 추후 본 연구결과를 적절히 활용한다면 지하방수로의 사용 안정성을 확보하고, 홍수발생 시 모니터링 인자도출에 도움이 될 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.369-369
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• 2016

홍수피해 저감을 위한 지하방수로나 지하저류지 등은 홍수 방어를 위한 도심 내의 토지 확보 부담을 줄이며, 집중 호우 발생 시 내수를 초기에 신속하게 배제하여 제내지 침수 피해를 줄이는데 효율적으로 활용된다. 미국 및 일본, 홍콩과 같은 외국에서는 이미 지하방수로 및 지하저류지를 활용한 홍수피해 저감방안을 수립하여 활용하고 있으며, 최근 국내에서도 치수 계획 수립 시 지하방수로 혹은 지하저류지 시설 도입이 활발히 검토되고 있으나 적용사례가 전무하여 제반기술이 부족하고 많은 시행착오가 예상된다. 제반설계기술의 경우는 구조적인 방안이 모색되어야 하며 대표적으로, 지하방수로 유입구 형상이, 동일한 흐름조건에 대한 유량배제효율에 가장 지배적인 영향인자로 알려진 바 있으며 다양한 유입구 형상설계방안이 기존 실험적 연구 및 외국 설계지침에 제안된 바 있다. 지하방수로는 접근 수로를 통해 유입된 유량이 유입구를 지나며 가속되어 와류 흐름을 형성하며 수직 갱도로 유입되는 구조를 갖기 때문에 지하방수로의 방류 효율을 높이기 위해서는 유입구에서 흐름 특성을 파악하는 것이 중요하다. 이때 유입흐름특성이 사류일 경우 혹은 급격하게 유입 유량이 많아지는 경우 수직 갱도 내에 공기 공동이 형성되어 구조물 파손, 와류의 발생으로 인한 배제효율 감소 등의 피해를 야기할 수 있으므로 수리학적으로 규명할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 지하방수로의 기존 유입구형상에 대한 장단점을 비교하고, 개선점을 적용하여 수리모형을 제작하여 개수로 실험장치에 설치하고 다양한 유입흐름조건에 따라 수리실험을 수행하였다. 그 결과 유입흐름조건에 따라 발생하는 유입구의 공기 공동의 발달 및 소멸 그리고 규모변화를 정량적으로 분석하여, 유입부의 가능 단면적이 큰 수직갱도인 경우, 유량배제 효율이 감소되는 분석결과에 적절하게 일치하였으며, 본 연구결과는 향후 지하방수로 설계의 제반기술의 수립 시 효율적인 활용이 가능하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.66-66
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• 2016

태풍 및 집중호우로 인해 댐과 저수지 등의 붕괴위험이 증가되고 있으며, 실제로 붕괴가 일어나 크고 작은 피해사례가 증가하고 있다. 담수의 목적을 가진 댐과 저수지가 붕괴될 경우 다른 자연재해에 비해 인명 및 재산에 대한 피해가 막대하다. 따라서 국가 및 각 지자체에서 관리하고 있는 댐과 저수지는 안전성 평가 및 비상대처계획 등을 수립하여 만약의 상황에 대해 대비를 하고 있다. 특히 비상대처계획의 경우 댐 붕괴시 상황을 예상하여 홍수파의 전파와 대피로 등을 설정하는 것으로 댐 붕괴상황시 매우 중요한 역할을 한다. 하지만 지금까지의 비상대처계획 수립시 하류부 홍수파 해석은 1차원 모형을 활용하여 범람지역의 산정 및 홍수파에 대한 정보를 획득하였다. 1차원 모형의 경우 빠른 계산시간과 해석을 위한 절차가 간단한 장점이 있으나 건물 및 제내지의 정확한 지형을 반영하지 못하며, 제내지에서의 홍수파 전파양상 등을 나타내지 못하는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 정확한 지형의 반영과 제내지에서의 상세한 홍수파 해석이 가능한 2차원 모형을 이용하여 비상대처계획 수립시 적용성을 검토해보았다. 실제 붕괴사례인 경주 산대저수지 붕괴를 통해 2차원 모형의 정확성을 검증하였으며, 이를 국내 A저수지에 적용하여 비상대처계획도를 작성하였다. 대상저수지의 경우 댐 직하류부에 주거지역 및 홍수파가 넓게 퍼질 수 있는 지형을 가지고 있어 2차원 모형의 장점을 잘 활용할 수 있다고 판단하여 대상 저수지로 선정하였다. 1차원 모형인 DAMBRK 모형과 2차원 모형인 FLO-2D 모형을 사용하여 1 2차원 모형의 댐 붕괴홍수파 해석 결과를 비교하고, 그 결과를 이용한 비상대처계획도를 작성을 하여 비교하였다. 그 결과 기존에 활용되던 비상대처계획도의 단점을 보완하여 정확한 침수범위 및 홍수파 전파양상을 나타낼 수 있는 새로운 비상대처계획도 작성할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 정확한 지형의 반영이 필요하거나 댐 및 저수지 하류부에 도심지가 위치한 경우 제내지에서의 상세한 홍수파 정보를 제공할 수 있는 비상대처계획도 작성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.360-360
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• 2016

도시 배수 시스템에서 유입유량이 관거의 만관 상태를 초과하거나 하류 흐름 때문에 발생하는 역류의 영향을 받는다면, 관거 시설은 과부하(surcharge) 상태인 압력흐름이 된다. 중력흐름 상태에서 맨홀의 수두 손실은 일반적으로 무시되지만, 과부하 맨홀에서의 수두 손실은 중요하며, 우수 관거 시스템의 전체 손실에 상당한 부분을 차지하게 된다. 이러한 현상은 여러 개의 맨홀을 가지는 도시 배수 시스템에서 특히 중요한 사항이 된다. 따라서 관거 시설 내 맨홀에서의 수리적 에너지 손실에 대한 연구와 보다 구체적인 설치 기준의 제시가 요구되고 있는 실정이다. 특히 배수관거 시스템의 하류부에 설치되는 4방향 합류맨홀은 맨홀으로 유입되는 주 유입관과 측면 유입관의 유입흐름의 영향으로 맨홀 내의 유수교란에 의한 흐름특성이 복잡하므로 이에 따른 흐름특성의 변화를 분석하고 에너지 손실을 연구할 필요가 있다. 그러므로 우수 관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 과부하 4방향 합류 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적, 시간적 한계를 극복하고 과부하 4방향 합류맨홀에서의 복잡한 흐름특성을 분석하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 FLUENT 6.3 모형을 선택하였다. 합류맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 맨홀과 연결관의 합류부분에서는 사면체 격자로 구성하고 합류부분을 제외한 구간에서는 6면체 격자로 구성하였으며, 각 격자의 면은 가능한 사각형 또는 삼각형의 형태를 취하도록 하였다. 합류맨홀 모형의 벽면에는 No-Slip 경계조건을 부여하였으며, 유입부에는 속도 조건, 유출부와 맨홀의 자유수면 부분의 경계에서는 대기압 조건을 부여하였다. 수리모형 실험 결과와 비교하기 위하여 유입 관거의 유속 조건을 수리 모형실험의 조건과 동일하게 채택하여 수치모의를 수행하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 값과 수리모형 실험에 의하여 산정된 손실계수 값이 유사하므로 우수 관거 시스템의 4방향 합류맨홀에서의 흐름 변화 및 손실계수 예측하는 데에 있어서 FLUENT 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.266-266
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• 2016

2014년 8월 25일 시간당 130mm 이상의 폭우로 인하여 부산시 중구를 제외한 부산 전역에 걸쳐 인명 및 막대한 재산피해가 발생하였다. 이는 부산광역시의 지형특성상 고지대에 주택 등이 조밀하게 개발되어 불투수층의 증가 및 배수처리의 한계로 침수지역이 다량 발생하였고, 절개지 및 옹벽 등이 많은 지역, 소하천 및 산업단지 조성 후 지반이 약화된 지역 등에서 주로 피해가 발생하였다. 따라서 부산지역에서 도시홍수로 인한 막대한 피해를 입은 기장군과 부산광역시 일부 유역에 대하여 홍수 예보 시설을 설치 운영하기 위하여 체계적이고 효율적인 재해관리 방안을 마련하고자 하였다. 재난취약지역으로 선정된 기장군 일대와 부산광역시 일대의 총 10개 지점(14개소)에 대하여 현장 조사를 실시하여 수위관측시스템 설치를 위한 적절 지점을 선정하였으며, 이를 바탕으로 각 지점에 대하여 수리모형(HEC-RAS)을 구축하였다. 수리모형에서 산출된 결과를 바탕으로 도시 하천의 현실에 맞는 홍수 예 경보 발령을 위한 각 각의 4단계 기준수위(둔치위험 수위, 주의보 수위, 경보 수위, 하천범람 위험 수위)를 산정하였다. 그리고 각 지점별로 산정된 단계별 기준 수위를 이용하여 재난취약지역으로 선정된 기장군 6개 지점과 부산광역시 4개 지점에 대하여 "홍수 예 경보 발령을 위한 기준 수위 산정 결과"를 도출하였고, 위 결과를 바탕으로 부산광역시에 홍수 예 경보 발령을 위한 시스템을 구축하여 도심 재난 예방에 활용하도록 하였다. 또한 위 지점에 대하여 지속적인 하천 정비 등의 사후 관리 방안을 제시하였으며, 향후 부산광역시의 다른 재난취약지역에 대하여 보다 개선된 홍수 예 경보 시스템을 구축하여 현재 국가하천에 대하여 시행되고 있는 홍수 예보와 같은 재난 예방 시설의 구축과 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있는 체계적인 대응 방안 마련에 기여하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.325-325
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• 2017

빗물펌프장은 도시지역 저지대의 우수를 강제로 배출하여 제내지의 치수안전도를 향상시키기 위한 방재시설이다. 변화하는 기상조건에 맞추어 침수취약지역의 치수안전도를 유지 또는 향상시키기 위해서는 빗물펌프장 설계시 목표한 치수성능을 지속적으로 구현할 필요가 있다. 그러나, 펌프시설의 고속운전, 변화하는 펌프운영조건 등의 영향으로 펌프의 성능은 지속적으로 저하된다. 이와 같은 펌프성능의 주요원인은 펌프운영시 발생하는 공기연행이 주요 원인중 하나이다. 흡수정 설계단계에서는 와류에 의한 공기연행을 제어하기 위하여 흡입관경, 흡수정 벽면으로부터의 이격거리 등의 설계요소를 반영하고 있지만, 도심지역의 제한적인 공간특성으로 인하여 설계기준치를 만족하지 못하는 경우가 발생하게 된다. 설계시 흡수정 내에 형성되는 와류를 억제하기 위하여 흡수정의 벽면 모서리를 완만하게 시공하거나, 흡수정 내에 날개벽 또는 별도의 시설을 설치하는 방법을 채택하고 있다. 그러나, 이와 같은 와류방지시설은 고정된 설계조건에 대하여 성능구현이 가능하지만, 홍수시 흡수정 내의 흐름은 하천의 수위 및 유입되는 유량에 의하여 시시각각 변화하게 된다. 이와 같은 운영조건의 변화에 대응할 수 있는 방법을 제시하기 위하여 본 연구에서는 수면에 부유식 와류방지장치를 설치하고 이에 대한 성능을 3차원 수치모의를 통하여 재현한 후 정량적으로 분석하였다. 부유식 와류방지장치에 대한 성능검토결과, 다양한 운영조건에서도 부유식 와류방지장치가 유효한 와류저감효과를 구현하고 있는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.498-498
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• 2023

정부와 지자체는 기후변화로 인한 홍수 피해를 저감하고자 내수배제 용량 증대, 건전한 물환경 조성 등 다양한 방향의 정책들을 제시하고 있다. 각 지자체 별로 다양한 홍수 대응 정책들을 반영하고 있지만, 2022년 집중호우에 의한 도심지역 침수 피해 사례와 같이 기후변화로 인하여 증가된 홍수량에 대한 적절한 대비를 못하고 있다. 따라서 지자체는 현재의 홍수 대응 정책들과 더불어 추가적인 홍수 대응 정책을 시행하여야 하며, 지속가능한 개발을 고려한 유역의 건전한 물순환을 유지해야 한다. 본 연구에서는 토지피복 등 유역의 특성을 고려하여 실행 가능한 홍수 정책들의 대응 효과를 분석하고, 기후변화 시나리오를 반영한 미래 빈도분석 결과를 반영하여 최적의 홍수 대응 정책 대안을 제시하고자 한다. 연구에서 선정한 홍수 대응 정책은 우수관거 용량을 증대시키는 관거 교체 정책, 지속가능한 저영향개발 기법을 적용한 투수성 포장과 옥상녹화 정책을 선정하였다. 미래 강우 시나리오는 3개의 CMIP6 GCM모형(ACCESS-CM2, CanESM5, GFDL-ESM4)과 2개의 SSP-RCP 시나리오(SSP1-26, SSP5-85)를 사용하였다. 홍수 저감 효과는 도시유출해석모형인 SWMM 모형으로 분석하였다. 또한, 정책 이행에 발생하는 공사와 운영 비용을 산정하여 경제적 편익 분석을 실시하였다. 분석 결과, 투수성 포장과 우수관거 용량 확대 정책을 반영하는 정책 시나리오가 가장 경제적인 홍수 저감 효과를 가져오는 것으로 분석되었다. 본 연구의 정책별 경제적 비용과 홍수 저감 효과 분석은 기후변화에 대비한 도시유역의 홍수 대응 정책을 평가하고 우선순위를 선정하는데 있어 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.