• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.319-319
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• 2016

최근 급격한 기후변화와 도시화로 인하여 강우량 및 강우강도는 약 20% 증가하고 강우일수는 14% 감소하며 도시 기온이 최대 $3^{\circ}C$까지 증가하는 등의 현실적인 문제가 발생하고 있다. 이로 인한 도시 물순환체계의 파괴는 도시물관리 여건의 악화로 이어지고 특히 불투수면적 증가로 인한 도시 홍수 및 침수의 증가, 잦은 도시 고온 현상, 도시하천의 건천화로 수질 악화를 야기하는 실정이다. 이에 국토의 자연자원을 보전하고 기후변화에 적응하면서 도시의 안전도와 가치를 높이기 위한 물관리 정책은 먼저 물을 순환을 보다 적극적으로 반영하고 통합적인 물관리 체계 확보를 요구한다. 이를 위해서는 발생원 관리를 포함한 소규모 분산관리 체계로 변화하여야 하며 이들 시설에 대한 네트워크화를 통해 기후변화에 강건하고 통합관리쳬계를 구축하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 저영향개발(LID, Low Impact Development) 및 그린인프라(GI, Green Infrastructure) 기반의 분산식 빗물관리기법의 도입이 절실하다. 현재 국내에서는 제도적으로 기후변화 대비, 지속가능한 도시환경 구축을 위한 물순환 건전화를 위해 100대 국정화제에 포함시키는 등(2013.2) 도시계획 및 기반시설 설치 LID기법의 법제적 산업적 도입을 추진중에 있으나, LID 기술의 수자원 치수, 이수 및 환경 효율성에 대한 객관적인 정보의 부재, LID 기술에 대한 효율성 검증 및 인증시스템의 부재, LID 기술의 무분별한 국외기술 도입으로 인한 효과 저감, LID 기술의 설계, 시공, 관리를 위한 매뉴얼 및 가이드라인의 부재, LID 기술에 대한 지자체 지원 및 전문가 양성 시스템의 부재 등 복합적인 문제를 안고 있어 GI 및 LID 기술의 적용을 통한 새로운 도시 및 유역차원의 수자원확보와 재해경감기술 패러다임 확보가 용이하지 않다. 이를 위해 본 연구에서는 강우유출수 관리를 위한 LID기술 신뢰도 향상 및 단일화, 표준화된 효율성 검증 기술 개발과 더 나아가서 도시-건축-수자원-도로-조경 등의 종합적인 인프라를 바탕으로 LID기술 통합관리 및 기술 고도화를 위해 부산대학교 GI LID 물순환 실증단지의 계획 및 구축을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.191-191
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• 2019

최근 전세계적 추세인 기후변화에 따라 빈번하게 발생하는 집중호우와 하천주변의 급격한 도시화로 인한 불투수면적 증가에 따라 동일한 하천에서도 시간이 지남에 따라 유출량이 급격하게 증가하고 있다. 이로 인해 도시하천유역에서 침수피해 및 피해액이 증가하는 추세이다. 이러한 피해를 방지하기 위해 우리나라는 국가하천, 지방하천, 소하천에 대한 치수계획을 수립하고 있으며 주기적으로 재수립하고 있는 실정이다. 하천에 대한 대표적인 치수계획인 하천기본계획은 하천에 대한 치수계획 뿐만 아니라 하천환경, 하천공간계획, 하천시설물 유지관리방안 등을 고려하여 수립하도록 하고 있다. 하지만 현재 수립되고 있는 하천기본계획을 자세하게 살펴보면 치수, 하천환경 등 분야별 조사 및 분석은 수행하고 있으나 연계성이 부족한 것이 사실이다. 예를 들어 하천의 치수측면의 요소는 하천환경을 구성하는 요소에 긍적적인 기능을 할 수도 있고, 부정적인 기능을 할 수도 있으며 하천환경 뿐만 아니라 친수공간 결정에 영향을 동시에 미칠 수 도 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 하천의 치수계획과 관련된 분야를 치수, 하천환경, 친수공간, 하천시설물 4개 분야로 구분하고, 각 분야를 구성하는 요소들이 타 분야 및 분야를 구성하는 요소들에 어떤 영향을 얼마나 미칠 수 있는 지에 대한 영향성 또는 민감도를 정량화하여 평가할 수 있는 기법을 개발하여 종합적인 하천치수계획이 수립될 수 있도록 하고자 한다. 이를 위해 하천기본계획, 하천설계기준, 4개 분야에 대한 평가 관련 선행연구 분석을 통해 하천구성요소들 망라하여 목록화 하였고, 각 분야를 대표할 수 있는 주요 요소들을 도출하여 군집화 하였다. 본 연구를 통해 도출된 치수, 하천환경, 친수공간, 하천시설물 분야별 주요 하천구성요소는 도시하천에 대한 종합적인 치수계획을 수립하기 위한 기법을 개발하는데 기초자료로 활용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.37-37
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• 2019

기후변화에 따른 강우량 변화는 유역의 수문학적 변화와 하천 침식, 토양유실 등 물리적 변화를 함께 동반하여 유역환경에 영향을 미치게 된다. 최근에도 강우 발생시 집중강우에 의해 짧은 시간에 많은 강우가 발생하여 홍수피해가 발생하고 있으며, 건기시에는 가뭄이 지속되고 있다. RCP 4.5 및 8.5를 활용한 미래 기후시나리오 예측에 따르면 강우량과 증발산량은 증가할 것으로 예측되고 있으나, 우기시의 강수량은 증가하고 건기시의 강수량은 감소하여 계절 간 강수의 불균형이 심화될 것으로 예측되고 있다. 이러한 변화는 강수량, 하천유량, 침투량 등 유역의 수문체계에 영향을 끼치게 되고, 유량의 변화에 따라 하상변동 등 하천형상의 변화가 발생할 수 있으며, 하천 형상변화에 따라 유량이 변화하고, 토사의 유입이 증가하여 수질이 변화하여, 유역 내 유량 및 수질변화에 따른 불확실성이 높아지게 된다. 최근 개발에 의한 불투수면의 증가와 집중호우의 발생으로 인한 유출량 증가에 따라 강우발생시 직접유출량은 증가하고 침투량은 감소하여 우기시에는 홍수 및 침수가 발생하고, 건기시에는 기저유출에 의한 하천유지용수가 감소하여 하천이 건천화되고 수질이 악화 되는 등 물순환 체계가 훼손되고 있다. 강수량과 강우패턴의 변화에 따른 유출량 변화는 유역의 물순환에 직접적인 영향을 미치게 된다. 홍수나 극한강우가 발생할 경우 유역의 수문학적 특성에 따라 직접유출량은 증가하고 상대적으로 침투 및 증발산양은 감소하게 되며, 건기시에는 하천이 건천화 되는 등 물순환 체계가 훼손되고 유량의 변화에 따라 수질 또한 악화될 수 있다. 본 연구에서는 낙동강 유역을 대상으로 기후변화에 따른 유역 유출량 변화 및 하천형상 변화예측을 위해 기후변화 시나리오를 이용하여 하천환경변화에 대한 전망을 예측하고, 유역의 유출량을 구체적으로 분석 할 수 있는 유역모형을 활용하여 유역의 물순환에 미치는 영향을 검토하고 물순환을 고려한 유량 및 수질부하량을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.383-383
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• 2018

최근 기후변화와 도시화로 인해 국지성 집중호우 및 불투수면적이 증가하고 있는 실정이며, 도시 지역 내의 첨두유량, 도달시간, 지체시간 등과 같은 수문학적 인자가 변화함에 따라 재산피해, 인명피해가 발생하고 있다. 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법은 수리수문학적 및 환경생태학적 문제를 저감하는 방안 중 하나로써 도시지역에서 수환경을 자연상태로 복원하는 대안으로 제시되고 있다. LID 기법 중 하나인 옥상녹화는 도시 내의 불투수면 증가로 인한 초과 지표면유출을 저감시켜 물관리를 하는 기술이다. 본 연구는 경남 양산시 부산대학교 제 2 캠퍼스에 조성된 옥상녹화 장치를 이용하여 정량적으로 유출량을 분석하였다. 비식생구와 식생구를 설치하고 실험의 시나리오는 강우강도를 25, 50, 75, 100 mm/hr로 설정하여 측정된 데이터 값을 바탕으로 SWMM(Storm Water Management Model) 모델링을 수행하였다. 유출량 값은 SWMM 5의 매개변수 추정지원 시스템인 SWMM-SCE를 이용하여 모형을 자동보정하였다. 보정된 모의유량은 실측유량과 0.28~3.81% 만큼의 오차를 보였고 각 시나리오에 따라 검증한 결과 상관계수가 0.82 이상으로서 실측값과 높은 상관성을 나타내었다. 옥상녹화 실험의 경우, 강우강도 75mm/hr일 때 첨두유출저감율과 지연시간은 각각 15.45% 감소, 15초 지연으로 최적의 효율이 나타났으며 강우강도 25mm/hr일 때 첨두유출저감율과 지연시간은 각각 1.36% 감소, 4초 지연으로 최저의 효율이 나타났다. SWMM 모의 결과는 강우강도 75mm/hr일 때 첨두유출저감율과 지연시간은 각각 15.45% 감소, 16초 지연으로 최적의 효율이 나타났으며 강우강도 25mm/hr일 때 첨두유출저감율과 지연시간은 각각 2.73% 감소, 4초 지연으로 최저의 효율이 나타났다.

• 한국물환경학회지
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• 제27권4호
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• pp.391-396
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• 2011

Recently it revealed that urban runoff was one of the major source that contaminates the river, lake and estuary because it contains toxic compounds such as heavy metals and Poly Aromatic Hydrocarbons (PAHs) as well as suspended solids, organic compounds and nutrients. The engineered polymetric media in this research were developed for reducing pollutants in urban runoff and would be used to be charged in the storm water treatment equipment. The engineered media that were composed of the polypropylene was foamed to have the buoyancy and then shattered by mechanical for the efficient filtration. In this study, Spherical Expanded Polypropylene Media (SEPM), Crushed Polypropylene Media (CPM), Large Crushed Expanded Polypropylene Media (LCEPM), Small Crushed Expanded Polypropylene Media (SCEPM) were made from polypropylene. Surface characteristics of the developed media were determined by scanning electron microscopy analyses. Also, removal efficiencies of SS, $COD_{Cr}$ in the artificial road runoff and the bed headloss by media and particle pollutants captured by media were examined. Results on the surface characteristics of media indicated that SCEPM had the largest specific surface area, $0.80m^2/g$, the lowest specific gravity, 0.091, and the biggest porosity, 0.63, because of crushing the media at the process of manufacturing. And the SCEPM's removal efficiencies of TSS and $COD_{Cr}$ in the artificial road runoff were 92.9% and 83.6%, respectively and the headloss of SCEPM was the least of them.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.232-232
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• 2023

고속도로 및 편의시설 건설로 불투수층의 면적이 증가하여 강우 시 고속도로 및 편의시설에서 발생하는 오염원에 의한 하천의 수질 영향도 커지고 있다. 특히 휴게소에서는 자동차의 급가속, 급감속으로 더욱 많은 분진과 오염물질이 발생할 수 있으며 타이어 마모 입자, 자동차 배기가스, 중금속 및 오일류 등이 휴게소나 도로 지표에 집적되어 있다. 이렇게 발생한 오염물질은 우기에 강우와 함께 불투수면을 침투하지 못하고 배수로를 통해 유출되어 인근 하천의 수생태 및 토양의 주요 오염원으로 작용하고 있다. 이에 따라 고속도로 및 인근 휴게소의 비점오염 저감대책이 필요하며 효율적인 비점오염원 저감을 위해 장기적인 모니터링, 지속적인 자료 수집 및 분석이 필요하다. 본 연구에서는 강원지역 고속도로 및 인근 휴게소에서 강우 시 강우유출수 모니터링을 통해 강우유출수 유량가중평균농도 (Event Mean Concentration) 산정하고 강우유출수 수문곡선 (hydrograph)을 작성하였다. 또한 강우사상에 따른 분석항목별 초기세척효과(First Flush Effects)와 오염부하량을 산정하였다. 추가적으로 차량 기인 입자를 확인하기 위해 μ-FT-IR 현미경 분석 실험을 하였다. 모니터링 장소는 휴게소 및 고속도로 일원이며, 모니터링은 선행무강우일수 2일 이상, 강우량 10mm 이상일 때 실시하였으며 2022년 6월부터 10월까지 총 4회 실시하였다. 모니터링 결과 타이어 및 브레이크 패드 마모와 관련된 중금속인 Zn, Cu, Pb 등의 중금속이 높게 분석되었으며 이러한 중금속의 오염부하량 역시 높게 산정되었다. 강우유출수 수문곡선에서 강우 초기 오염물질의 세척효과가 나타났다. MFFn 산정 결과 강우 30% 구간에서 초기세척효과를 보였다. μ-FT-IR 현미경 분석 결과 PE (Polyethylene)가 가장 많이 검출되었고 PP (Polypropylene), PS (Polystyrene) 순으로 검출되었다. 이러한 강우유출수 모니터링 데이터는 향후 고속도로 휴게소 및 고속도로 주변 오염저감 시설 설치 및 사회적 동참을 위한 타당한 근거 확보를 위한 기초자료로서 제공될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.364-364
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• 2023

최근 환경부에서 발표한 「제3차(2021~2025) 강우유출 비점오염관리 종합대책(2020)」에 의하면, 우리나라는 지난 50년간 급격한 도시화, 산업화 과정을 거치면서 불투수면적이 전 국토의 약 22.4%에 달한다고 보고되고 있다. 특히 전체 소권역의 6%에 해당하는 51개 소권역의 경우 불투수 면적률 25%를 넘어서고 있는 것으로 조사되었다. 이러한 불투수면의 증가는 기후변화에 의한 영향으로 토양 침투량과 기저유출량을 감소, 갈수기 하천건천화 심화, 우기 표면유출수 증가를 가중시키며 이로인한 비점오염물질 유입 증가, 수질 악화의 원인으로 작용 될 수 있다. 이에 정부에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 사업 및 친환경그린인프라(Green Infrastructure, GI) 기술요소를 적용하여 도시지역 기후위기 대응 수단의 일원으로 우수유출 저감, 물순환 구조 개선, 비점오염원을 관리하고자 '그린빗물인프라(Green Stormwater Infrastructure, GSI) 조성 사업'을 추진하여 공공청사를 중심으로 학교, 도서관, 체육시설, 공원 등 적용 범위를 확대하고 있다. 이에 본 연구에서는 기후변화에 가장 취약한 해안도시지역인 경상남도에 위치하고 있으며, 불투수면적이 높고 노후화된 소규모 청사 2곳을 시범 구역으로 선정하였다. 각 시범 구역별 GSI 시설 적용이 가능한 주차장, 화단, 옥상 등의 개선방안을 제시하였으며, 적용 규모를 달리하여 물순환·물 환경 개선 효과를 검증하였다. 검증에는 국내에서 개발된 K-LIDM 모형을 활용한 우수유출저감 및 직접유출체적 산정결과를 통해 물순환 효과를, 국립환경과학원에서 제시되고 있는 '토지계 지목별 발생부하원단위', 수질환경개선 보고서에서 제시된 침투형, 식생형 비점오염저감시설의 저감효율을 활용하여 물순환 저감효과를 분석하여 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.254-254
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• 2023

도시화로 인한 불투수면 증가에 따른 물 순환 왜곡 현상이 발생하고 있으며, 이에 따라 물관리를 위한 저영향개발 기법이 국내외에서 적극 도입되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 강우입력에 따라 LID 해석이 가능한 저영향개발 디지털트윈 분석 시뮬레이터를 개발하였다. LID DT 분석 모듈은 LID 시설 해석에 특화된 모형으로 시나리오 강우 기반 시뮬레이션 및 실시간 강우량 연동을 통한 모의가 가능하며, LID 시뮬레이션을 위해 개별적으로 활용함과 동시에 실시간 강우량 연계 시뮬레이션이 가능하도록 개발하였다. 유역유출 계산은 SWMM 모형의 비선형 저류방정식을 기반으로 유출해석 및 기본 LID 해석은 EPA SWMM 엔진으로 해석하며 저수지 추적이 요구되는 빗물이용시설의 경우 별도의 모듈을 적용하였으며, SWMM LID 해석 결과의 시설별 상세 결과 표출이 가능하도록 개발하였다. 현재 LID DT 모형의 시범 지구 적용은 세종시 6-4 생활권 해밀마을을 대상으로 하였다. 소유역 24개소, 우수관로 27개소, 소유역 24개소 및 유역면적 51ha로, 총 64개의 LID 시설을 시설형식을 구분하여 소유역별로 적용하였다. LID 시설의 강우 발생일에 대한 첨두유량과 관측 결과를 비교하여 정상 상황과 비정상 상황의 유량 오차 발생 시 점검 경보 알림 기준을 설정하였으며, 이를 통해 LID 시설의 유지보수 정보를 제공할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 실시간 강우 모의를 통해 빗물이용시설의 저류조 용량 대비 현재 빗물저류량을 계산하여 빗물이용시설의 빗물저류량에 대한 정보를 제공하여 물부족 발생알림을 제공 가능할 것으로 예상된다. 따라서 LID DT 시뮬레이터에 및 빗물이용시설 운영에 대한 의사결정 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.284-284
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• 2021

비점오염원이란 도시, 도로 포장면, 무허가 가축시설, 무단 경작지 등의 불특정 장소에서 불특정하게 발생하는 오염원을 말한다. 이러한 비점오염원은 주로 강우특성(강수량, 강우강도, 강우지속시간 등)에 영향을 받는 특징을 가지고 있다. 강우시 비점오염원은 주로 불투수면적에서 오염물질이 주변 하천이나 호수에 유입되어 수생태계에 악영향을 미치게 된다. 비점오염원 중 도로 노면에서 발생하는 오염물질은 농지나 가축시설에서 발생하는 오염물질(부유물질 및 유기물) 등과 달리 주로 차량에서 발생하는 오염물질이 주를 이루고 있다. 강우시 토양의 수분포화가 충분히 이루어진 후 강우강도에 따라 유출이 발생하는 농경지와는 달리 도로 노면 유출수는 누적된 오염물질들이 강우시 한꺼번에 유출되기에 강우 초기 채수 간격을 짧게 하여 수질을 분석하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 강원도 횡성군을 관통하는 영동고속국도의 횡성휴게소 불투수 노면에서 발생하는 비점오염물질을 알아보기 위해 모니터링 후 수질분석으로 노면 유출수 성분을 알아보고, 오염부하량을 계산하여 유량가중평균농도(EMC, Event Mean Concentration)와 초기세척효과(Mass First Flush effect)을 산정하였다. 이후 타 토지이용에서의 유출 특성과 고속국도 휴게시설에서 발생하는 비점오염물질의 유출 특성에 대해 분석하였다. 추후 본 연구자료는 고속국도와 주변 편의시설 설계시 주변 수생태계에 미치는 영향에 대한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.462-462
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• 2021

최근 도시화 및 불투수면의 증가와 지하수의 과다한 사용으로 직접유출이 증가하고, 침투량이 감소하며, 하천의 건천화가 발생하고 있다. 이에 환경부에서는 이러한 물순환의 왜곡을 막기위해 물환경보전법상의 물순환율을 정의하고 물순환 관리목표를 설정하였다. 하지만 지역 별 물순환 특성을 반영한 관리계획이 부족하고, 현재 제한된 재원의 효율적 활용을 위해서는 물순환 관리지역에 대한 우선순위 결정도 필요하다. 본 연구에서는 PSR framework를 통해 유역 물순환 평가방법론을 만들고 이를 활용한 지역별 관리계획 및 우선순위를 결정하고자하였다. PSR framework는 지속가능성을 위해 OECD가 개발한 개념 모형이며, Pressure, State, Response 세 가지 요소로 구분해 평가하게된다. PSR framework의 기본 개념은 인간의 활동들이 환경에 압력 (P)를 주고, 이로 인해 자연의 질과 영향 (S)을 미치며, 이에대한 회복을 위해 인식과 행동을 통해 정책과 제도 등을 통해 반응 (R)한다는 것이다. 유역 물순환을 4가지 그룹 (기후, 수문학적, 사회경제학적, 환경적)으로 구분하고 각 그룹 별 평가요소에 대하여 도출하였다. 기후그룹은 강우, 수문학적 그룹은 증발산, 토지이용, 유출특성을, 사회경제학적 그룹은 재정, 사회구조, 기반시설, 정책을, 환경적 그룹은 수질, 수생태계를 선정하였다. 이후 각 요소 별 평가를 위해 다양한 지표를 고려하여 선정하였으며, 각 지표를 PSR framework에 맞춰 재분류하였다. 각 지표를 하나의 점수로 통합하기 위해 지표 별 가중치를 산정하였으며, 이때 연구자의 주관이 반영되지않는 엔트로피 기법을 이용하여 산정하였다. 구한 식을 통해 우리나라 소유역구분을 기준으로 모든 지표를 계산하였으며, 각 지표에 가중치를 적용해 유역 종합점수를 산정하고 유역 별 취약지역 및 취약요소를 평가하였다.