• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.411-411
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• 2021

최근 들어 이상기후에 따른 집중호우의 영향과 하천 유역 내에서의 토지이용의 증가로 하천의 하류부에서의 홍수피해는 점점 증가하고 있다. 이에 대비하기 위해 하천 시설물 설치를 계획하거나 이수, 치수 계획을 세우기 위해서는 하상이 어떻게 변화할 것인지 파악하는 것이 중요하다. 연구 대상 지역 세종특별자치시 금남면 영대리 유천천은 최근 10년간 홍수로 인한 피해액이 연평균 약 2.4억 원으로 나타났으며 매년 피해가 지속되고 있다. 유천천은 인위적 하도의 변경과 토지이용 상황의 변화 및 하천 골재채취, 댐 및 저수지 건설, 자연적인 홍수 등으로 하상이 변동되고 있으며, 그로 인해 생긴 유로의 변화로 발생할 수 있는 피해 예측이나 하천 시설물 설치를 위해서는 변동 결과의 예측이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 대상 유역의 하상변동을 분석하기 위하여 HEC-RAS Sediment Transport Analysis(STA) 모형을 적용하였다. 적용한 데이터를 바탕으로 장래 하상변동 결과를 예측하였고 GIS 기법을 이용하여 유역의 특성 및 유출 특성에 관한 인자들을 도출하였다. 장래 1년, 5년, 10년 단위로 하상변동의 예측이 가능한 HEC-RAS STA 모형 분석 결과, 하상경사가 급한 각 하천상류 구간과 횡단시설물의 상류층에서는 하상저하가 발생하고, 하상경사가 완만한 하류 구간 부근에서는 일부 하상 상승이 발생하는 것으로 나타났다. 수위상승에 대비하여 지속적인 관찰과 상승구간에 대한 주기적인 하천 정비를 통하여 홍수기에 수위상승을 억제할 필요가 있을 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 하도 안정성과 이수와 치수안정성 확보, 하천의 효율적인 이용과 보전, 유지관리 시 기본해석으로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.191-191
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• 2021

최근 이상기후 및 기후변화에 의한 영향으로, 집중호우 및 대형호우 사상이 빈번하게 발생하고 이로 인한 홍수피해가 급증하고 있다. 지난 2020년 한반도 전역에서 발생한 호우사상은 56일간 지속된 최장기간 강우로 기록되었고, 일부 유역에 대해서 500년 빈도의 강우로 기록되기도 하였다. 이는 2020년 기준 치수시설물 설계기준 중 최상위 기준인 200년 빈도를 상회하는 대규모 호우사상으로, 기후위기에 따른 기존 치수대책의 검토가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존 설계기준 산정을 위한 강우강도-지속기간-빈도 곡선(Intensity-Duration-Frequency curve, IDF curve) 작성 시 사용된 강우 빈도해석의 대안으로서 연초과확률을 이용한 IDF 곡선 산정을 제안하고자 한다. 기존 치수시설물 설계기준에서 활용되고 있는 강우 빈도해석의 경우 분포형의 종류에 따라서 극한사상에 대한 불확실성이 큰 문제를 가지고 있으며, 최상위 기준인 200년 빈도를 넘는 빈도에 대해서 산정된 값을 사용하기에는 어려움이 있다. 또한 통계학적 이론에 근거하여 산정되는 '빈도(Frequency)' 라는 개념의 의미는 발생가능성을 내포한 재현기간으로 명확한 반면, 관련 의사결정자 혹은 민간에서 받아들이는 의미는 발생주기 혹은 재발에 대한 보장기간 등으로 오해하는 경향이 있어, 혼란을 야기하고 있다. 따라서 설계기준 산정을 위한 IDF 곡선 작성시 빈도(Frequency)를 연강우량에 대한 초과확률인 연초과확률(Annual Exceedance Probability)에 근거하여 산정하여 보다 직관적인 설계기준을 제시하고자 한다. 또한 홍수피해 발생이력을 기준으로 대상지역을 선정하고, 기존 빈도(Frequency)에 근거한 IDF 곡선 및 설계기준과 연초과확률에 근거한 IDF 곡선 및 설계기준을 산정 및 비교하여 적용성을 평가하고, 효율적인 치수시설물의 설계기준을 제안하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.430-430
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• 2021

최근 상수관망 시스템에 ICT 기술을 접목하여 수돗물 공급에 대한 신뢰도를 향상시키기 위한 노력이 증가하고 있다. 특히, 관 내 수질이 일정 기준 미달인 경우 실시간 수질 감지를 통해 이상수질을 자동으로 배출하는 자동드레인 시스템이 수질사고 예방 및 대응 방안으로 주목받고 있다. 현재 자동드레인 시설은 관로 말단에서의 잔류염소 유지를 위한 목적으로 주로 사용되고 있고, 도시지역 내 수질사고에 대비한 설치, 운영사례는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 인천시 Z지역 내 자동드레인의 운영에 따른 상수관망의 수리적 특성을 분석하였다. EPANET 프로그램을 사용하여 배수지에서 수질오염이 발생한 조건을 가정하였고 배수지의 공급량에 따라 2가지 모의조건으로 나누었다. 첫 번째 모의조건은 배수지의 공급량을 일정하게 유지시킨 상태로 자동드레인의 배출량을 증가시키는 것이었고, 두 번째 모의조건은 급수구역의 공급량을 일정하게 유지시킨 상태로 자동드레인의 배출량을 증가시키는 것이었다. 각 조건별로 자동드레인의 배출량을 증가(배수지의 10%~90%)시키면서 관망 전체의 수리적 변화(압력, 에너지)를 비교·분석하였다. 첫 번째 모의조건에서는 자동드레인 배출량이 증가할수록 모든 절점에서 압력이 증가하였고 수두가 낮은 절점일수록 압력 변화가 커지는 것으로 나타났다. 또한, 인천 Z지역에서는 60% 이상 배출 시 에너지가 거의 증가하지 않고 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였다. 두 번째 모의조건에서는 자동드레인의 배출량이 증가할수록 압력이 모든 절점에서 동일하게 감소하였으며 에너지는 일정하게 증가하였다. 본 연구 결과는 상수관망 내 수질관리 시스템 구축 시 기초자료로 활용될 수 있으며 스마트 물 관리에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4D호
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• pp.535-544
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• 2009

1995년 이후 국가 GIS사업 및 지하시설물 관련 GIS DB가 구축되었으나, 이를 효율적으로 활용할 수 있는 시스템 부족으로 인해 활용성 극대화 방안이 모색되고 있다. 또한, 수도시설물의 유지관리를 지원하기 위하여 수도GIS 시스템을 개발하여 운영 중에 있으나, 시스템 운용에 있어 현장업무 지원 및 활용체계가 미진하여 관로의 효율적 관리를 위한 신기술 도입이 필요하다. 본 연구에서는 기 구축된 수도GIS DB의 활성화 및 정보제공 체계의 수도관리 업무를 지원하기 위해 유비쿼터스 기반의 수도 관리 방안을 수립하고자 하였다. 이를 위해 기 구축된 수도GIS 추진현황 및 GIS DB를 분석하여 최신 IT기술 적용방안을 검토하고, 최신 기술 동향 분석을 통하여 수도GIS의 활용성 극대화를 위한 위치기반서비스(LBS; Location Based Service) 기술을 선정하여 수도관리용 모바일 단말기 개발 및 LBS 시스템을 설계 구축하였다. 이를 통해 관로의 효율적 관리 및 운영을 위하여 신기술 도입을 통한 업무지원의 체계성 확보가 가능하며, 현장업무의 효율성을 향상시켜 줄 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.399-399
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• 2022

최근 국지성 호우 등 홍수방어 시설의 설계빈도를 초과하는 강우 발생으로 홍수피해가 증가하고 있다. 그 중 도시지역의 내수침수 피해는 전체 피해액의 50%를 넘는다. 그러나 우수관거의 노후화 및 통수능 부족으로 우수의 즉각적인 배출이 이루어지지 않아 침수피해가 증가하고 있다. 침수피해의 주요 원인 중 저지대 지역 및 우수관거의 통수능력 부족이 침수피해의 가장 큰 원인을 차지한다. 따라서 도심지의 경우 내수침수로 인한 피해가 증가하고 있는 점을 감안하면 배수관거와 연계한 저류시스템 구축으로 침수 빈발 지역의 치수 능력 향상을 통하여 경제적 피해를 저감시킬 수 있다. 저류시스템은 현장 노면수 저류를 위한 측구 저류조와 저류조 운영 시스템을 의미하며, 저류조 운영 시스템 모델에 대한 연구를 수행하였다. 측구 저류조 운영 시스템 구축을 위해서 현장 센싱(Sensing)데이터와 연계할 수 있는 정보체계 및 운영 시스템 모델이 필요하다. 이에 센서를 활용한 도심지 측구 저류조 운영 시스템 모델을 제시한다. 먼저 센서의 구성은 측구 저류조 내의 협소한 공간과 전원공급, 방진·방수 문제를 해결할 수 있도록 구성되어야 하며, 무전원 근거리 이동통신기술(RFID)을 적용하여 측구 저류조 운영 시스템 수집서버와 통신하여 센싱 데이터를 저장한다. 데이터는 근거리 RFID 리더기가 측구 저류조로부터 센싱 정보를 수신하여 통신모듈에 수신한 저류조 개폐도어 열림과 닫힘 시그널(signal), RFID의 고유 ID 등을 전달 받아 운영 시스템 내의 RFID 이력 DB(Database)에 기록한다. 기록된 정보는 각각 RFID 일련번호, 기록 시간, 동적센서 시그널 값 등이 저장되어 각각의 측구 저류조의 상태를 확인할 수 있어야 한다. 저류량 산정을 위해서 GIS기반의 하수도 시설물 속성 데이터를 포함하는 운영 시스템을 구성해야 한다. 운영 시스템은 수집된 센서정보를 시계열 단위로 분석하고 위치정보 기준으로 측구 저류조 내의 총 저류량 산출에 필요한 기초정보를 제공하며 결과를 표출한다. 따라서 하수도 시설물의 속성정보를 포함하여 측구 저류조 및 센서의 속성정보 정의가 필요하며, 공간정보 파일(Shape File)을 적용하여 GIS 운영 시스템을 구축하여야 한다. 운영 시스템은 저류조 만관상태와 총 저류량을 산출하여 침수위험 알림을 제공할 수 있으며, 예상 강우에 따른 도심지 피해를 역으로 예측하여 강우사상 빈도에 따른 측구 저류조 체적을 결정할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.457-457
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• 2022

최근 기후변화로 인한 위기가 인류의 생존을 위협하면서 전 지구적으로 기후변화에 대응하기 위한 탄소 중립 대책을 모색하고 있으며, 지속가능한 신재생에너지에 대해 주목하고 있다. 산업통상자원부는 2034년까지 총 발전량 중 신재생에너지의 비율을 25.8%까지 증가시키는 것을 목표로 신재생에너지의 발전 비율을 증가시키기 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. 특히, 신재생에너지 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 태양광 발전은 비교적 광범위한 부지를 필요로 하고 있으며, 환경 및 지형적 영향이 크게 작용하는 만큼 발전 시설 부지 선정 및 운용 계획을 위한 면밀한 분석이 필수적이다. 그러나, 태양광 발전 활용 계획을 수립하기 위해 고려할 수 있는 지상 관측 일사량 및 일조량 데이터는 상당히 제한적이며 관측 밀도가 조밀하지 않다는 한계점이 있다. 본 연구에서는 천리안위성의 후속으로 발사된 천리안2위성의 산출물인 일사량 데이터를 활용하여 한반도 영역에서의 일사량에 대한 시·공간적 분석을 수행하였으며, 이를 기반으로 각 지역적 특성을 파악하고, 토지 피복 유형에 따른 태양광 발전의 효율 정도를 분석·평가하였다. 본 연구의 결과는 계측 지역 및 미계측 지역에서의 시공간적인 태양광 에너지의 효율성에 대한 정보를 제공함에 따라 태양광 발전을 위한 관련 시설물들의 최적 설치 위치 및 규모 등에 대한 설계 기준 마련에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.195-195
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• 2022

도림천의 최상류인 관악산 유역에 서울대학교 관악캠퍼스가 건설되었다. 이로 인해 물순환은 기존의 자연 상태에서 점점 변해 왔는데, 이는 하류 도림천의 홍수 및 수질 오염의 피해를 증가시켰다. 도시화된 서울대학교 관악캠퍼스의 물순환 회복은 하류 홍수피해 방지와 지속 가능한 친환경 캠퍼스를 위해 중요하나, 이에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 SWMM(Storm Wastewater Management Model)을 활용하여 캠퍼스 내 물순환 현황을 시간과 공간에 대해 정량적으로 파악하고, 물순환 회복을 위해 지속 가능한 효율적인 시스템을 구현하고자 한다. 먼저 유역 현황 조사와 함께 SWMM 구축에 필요한 수문·기상학적 변수와 물리적 매개변수를 확립하였다. 수문·기상학적 변수로는 기상관측장비 ATMOS-41의 설치와 기상청 자료로부터 수집하였으며, 물리적 매개변수는 환경부의 자료를 활용하였다. 그 후, 서울대-도림천 배수분구에 대해 SWMM을 적용하여 월별로 유출량, 침투량, 그리고 증발산량을 모의하였다. 시간에 따른 물순환 분석의 경우 강수량 자료와 불투수율의 변화 정도에 따라 월별 물수지 비율을 파악하고, 공간에 따른 물순환 분석의 경우 동일한 기간에 대해 분할한 16개의 소유역 별 유출량과 유역의 평균 유출량을 비교하여 분석하였다. 대상 유역의 월별 물수지 비율을 모의하는데 효율성을 높이고자 배수 구역 및 관망을 세밀하게 나눈 경우와 그렇지 않은 경우에 대해 분석하였다. 그 결과, 시간에 따른 연평균 물수지 비율의 차이는 2020년 모의 결과와 최근 5년 평균(2015~2019년) 모의 결과 비교 시 각 물수지 항목별로 0.47~2.34%의 차이를 보였다. 공간적으로는 16개 소유역 중 저류시설을 포함한 9개 소유역의 표면 유출량이 유역의 평균 유출량보다 많게 모의 되었다. 또한, 유역을 구성할 때보다 관망을 구성할 때 높은 정확성이 요구됨을 알 수 있었다. 본 연구는 ATMOS-41을 통한 지속적인 수문·기상학적 요소의 모니터링과 SWMM 모델 구축을 통해 앞으로도 변경사항을 추가함으로써 친환경 캠퍼스로의 전환에 이바지할 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.480-480
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• 2022

4대강 살리기 사업 중 영산강 살리기 사업의 일환으로 건설된 보의 영향을 파악하기 위해 수질에 대해 통계분석과 통합수질지수를 이용한 수질변화 분석 및 경향성을 파악하여 합리적인 수질관리를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다. 이를 위해 영산강 본류의 3개 지점, 20년간 자료를 이용하여 보 건설 전·후로 구분하여 수질변화와 통합수질지수를 산정하고 경향성을 분석하였다. 통합수질지수 경년별 평가는 3개 지점 모두 보 건설 후에 수질이 다소 개선되는 것으로 나타났으며, 광산지점의 수질등급은 대부분 불량으로 거의 변화가 없었다. 영산포지점의 수질등급은 보 건설 전 주의~불량에서 보 건설 후 대부분 주의로 개선되었다. 무안2지점의 수질등급은 보 건설전 양호~주의에서 보 건설 후에는 양호로 개선되었다. 통합수질지수 월별평가는 3개 지점 모두 보 건설 후 전반적으로 수질이 개선되었으며, 광산지점의 수질등급은 보 건설 전보다 악화되었다. 영산포지점의 수질등급은 전반적으로 개선되었다. 무안 2지점의 수질등급은 대부분 보통 및 주의에서 보 건설 후에 우수 및 양호로 변화되었다. 통합수질지수 경향성 분석은 보 건설 후 영산포 지점을 제외하고 모두 증가 경향을 나타냈고, 전반적으로 수질이 개선되고 있는 것으로 판단된다. 본 연구는 영산강 4대강 사업의 일환으로 건설 된 보로 인한 수질변화를 수질항목에 대하여 분석하고 통합수질지수를 산정하여 평가하였다. 전반적으로 BOD, T-N, T-P는 수질이 개선되었고, COD 및 Chl-a는 수질이 악화되었으나, 총인고도처리시설 설치와 총질소 처리효율 개선등의 영향으로 보의 영향을 정확히 파악하는데 한계가 있었으나, 영산강 수질관리를 위한 기초자료로서 활용될 것이라 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.215-215
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• 2022

현재 국내 정수시설은 정수공정별 감시제어-데이터수집시스템(SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition)에 기반하여 감시제어 및 모니터링 위주로 운영·관리를 실시하고 있다. 또한, 주요 핵심 공정인 응집제 약품투입, 소독 및 여과 설비 공정의 운영방식에 있어서 선험적 운영지식에 의한 방식으로 운영되고 있기 때문에 지속적인 안정적 운영을 위해서는 표준적이고 체계적인 운영관리 수단이 필요하다. 국외에서는 다양한 운영 조건에 기반한 정수처리 효율을 예측할 수 있는 모의(simulation) 도구의 개발을 통해 기존 운영되고 있는 정수장의 효율을 예측하는 데 활용하고 있는 실정이다. 본 논문은 실시간 운영관리가 가능한 기반을 구축하여 정수처리의 효율을 예측할 수 있는 시뮬레이터 개발을 통해 정수처리 공정별 기본 및 조합의 공정 시뮬레이션 모의 모듈 기술을 개발하기 위한 연구를 수행하였다. 또한 개발된 기술의 실증 운영을 통해 검증된 모듈을 반영한 정수장 시뮬레이터 시스템을 개발을 위한 연구를 수행하였다. 정수장 시뮬레이터는 수질정보, 물질수지, 수두손실등의 운영현황 데이터를 수집하는 기능, 착수-혼화-응집-침전-여과-소독 등 개별 공정별 주요 운전변수의 모니터링 및 제어를 통한 운영관리 기능, 원수 수질변화에 신속한 대응을 위한 정수처리 공정제어 의사결정지원 기능, 그리고 온라인 관망해석을 포함한 정수처리 전(단위)공정 시뮬레이터 기능 및 공정별 운영인자 최적화 기능 등으로 구성되어 있다. 현재 운영 중인 정수장의 공정별 운전 상태를 평가·관리하여 정수공정 운영 안정화 체계를 확보하고, 정수장의 유량과 수질의 갑작스런 변화에 따른 모의를 통한 수질예측으로 실시간 정수장 최적운영관리가 가능하다. 또한 원수 성상에 따른 적정 공정운영 자동화로 운영비 절감 및 효율적 인력 활용으로 정수장 운영 효율성을 제고함으로써 지속적이고 안정적인 정수장 운영 체계를 확보할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.316-316
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• 2022

최근 기후변화로 인한 극한 강우의 발생빈도가 증가하고 있으며 IPCC는 제6차 기후변화 평가 보고서를 통해 아시아 지역에 이상 기온 현상이 발생하고 강수 변동성이 증가해 도시를 중심으로 홍수로 인한 도시 기반시설 피해가 발생하는 등 이상기후로 인한 자연재해가 증가할 것으로 예측하고 있다. 본 연구에서는 집중호우와 태풍으로 침수피해가 발생한 서울시 신림지역을 대상으로 대표적인 도시침수 해석모형인 XP-SWMM을 이용하여 저영향개발기법(LID)중 하나인 투수블럭의 적용성을 확인하고자 한다. 연구대상지역인 신림2배수구역은 상류에서 서울대배수구역에서의 유출량이 유입되며 하류에서 봉천천배수구역과 합류 후 신림1배수구역으로 유출되며 상류와 하류에서의 경계조건은 도림천 전 유역에 대해 수립된 도림천의 「도시하천 유역종합치수계획」 수립에 따른 유출분석 및 내수침수 해석결과를 적용하였다. XP-SWMM을 적용하여 내수침수를 해석한 결과, 투수블럭을 설치가능한 공간에 최대한 설치할 경우 피해면적에 대한 저감효과가 약 60%이상으로 나타나 불투수면적의 비율이 높은 도시지역에서 효과적인 침수저감 방법임이 확인되었다. 한편 본 연구에서 대상지역으로 선정한 연구지역에서 기왕 일최대강우에 대한 침수지역은 평균 침수심이 매우 얕고, 홍수량 또한 작은 규모이기 때문에 투수성블럭의 침수저감효과가 비교적 과도하게 평가되었다는 한계가 있으나, 빗물펌프장 등 구조적 침수대책이 수립된 후에도 일부 침수지역이 발생하는 소규모 침수지역에 대한 대책으로 투수성블럭이 유의미한 대책이 될 수 있을 것으로 사료된다.