• 한국방재학회 논문집
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• 제7권4호
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• pp.85-95
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• 2007

우리나라의 계절별 편차가 큰 강우 특성과 도시화에 따른 도시유역 수리 수문 양상의 변화로 인해 도시의 유출변화를 초래하여 홍수피해가 증가하고 수자원 관리 측면에서도 매우 불리한 형편에 있다. 현재 이러한 문제를 해결하기 위해 각종 개발 사업으로 인해 가중되는 홍수유출량을 처리할 수 있는 우수유출 저감시설을 설치하고 있다. 본 연구에서는 보다 효율적인 우수유출저감 기능을 가진 침투-저류 시스템을 제안하고, 수리모형 실험을 통해 침투-저류 시스템의 저감효과를 분석하였다. 각종 개발 사업이나 도시화에 따른 영향을 고려할 수 있도록 표면재료를 고려하여 인공강우 실험장치와 상 하부층으로 구성된 침투-저류 시스템을 이용하여 수리모형실험을 수행하였다. 상부와 하부 침투율을 비교한 결과, 대체적으로 하부의 침투율이 더 크게 나타났으며, 이러한 결과로 침투-저류시스템의 효과가 침투율을 증가시켜 기존 침투형 우수유출저감시설보다 더 효율적인 것으로 판단되었다. 본 연구의 침투-저류시스템 저감효과 분석내용은 침투-저류시스템 및 침투형 우수유출저감시설의 기초 연구 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.422-422
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• 2017

기후변화로 인한 게릴라성 호우 및 국지성 호우의 증가, 급격한 도시화로 인한 불투수면적의 감소 등은 다양한 홍수피해와 물 순환 왜곡문제 등을 유발하고 있다. 서울시의 경우 2010년 9월 21일 시간 최대 75.5mm의 폭우로 광화문광장 및 백운동천 주변상가에서 약 15.7ha의 침수가 발생하였다. 이러한 침수발생에 대응하기 위한 대안으로 서울시에서는 저영향개발(LID, Low Impact Devleopment)기법을 도입하고 있다. 본 연구에서는 효자배수분구(광화문지역)의 LID 시설 도입을 위한 빗물관리 목표량 설정에 따른 홍수방어 개선효과를 분석하였다. 빗물관리량 산정을 위한 유출해석모형은 도시유출모형인 SWMM을 이용하다. SWMM의 입력자료인 우수관망도 자료는 서울시 우수관망 UIS 자료를 이용하여 구성하였으며 소유역분할은 유역의 경사 및 건물 등을 고려하여 정교하게 소유역을 구분하였다. 구분된 소유역은 293개이며 개별 소유역에 대한 토지이용도, 정밀토양도를 검토하여 소유역별 유출곡선지수 산정하여 모형 입력자료를 구축하였다. 효자배수분구(광화문지역) 전체유역 중 전원지역을 제외한 나머지 지역에 대하여 소배수구역별로 유출곡선지수(CN)값을 10-90%까지 감소시키면서 LID시설의 계획에 의한 빗물관리량(mm)에 따른 침수발생량($m^3$)의 변화를 분석하였다. 여기서, LID 시설의 빗물관리량은 유역의 현상태 직접 유출고에서 CN값 변화에 따라 계산된 직접유출고를 차감한 양이다. 연구결과, 효자배수분구의 경우 도시유역 전체에서 20mm의 우수를 관리하면 전체 침수발생량의 약 50%를 30mm의 우수를 관리하면 유역침수 침수발생량의 약 75%를 저감할 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 향후 개발된 도시지역에 대한 지구단위계획 수립시 LID 시설목표에 따른 홍수저감 효과를 비교적 효율적인 방법으로 검토하는 방안으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2021

자연유량이란 인위적 행위에 의한 하천의 유량 변화가 없는 개발되지 않은 상태의 하천유량을 말하며, 실제 유량을 측정하거나 관측자료를 활용한 장기유출모형을 통해 산정할 수 있다. 미계측 유역에 대한 강우-유출 모형 구축시, 무엇보다 실제 미계측유역에 적용시 나타날 수 있는 문제점을 최소화할 수 있는 방향으로 모형 개발이 이루어지는 것이 필요하다. 강우-유출 모형 매개변수의 수가 많아질수록 과적합(over-fitting)의 발생 소지가 증가하게 되며, 지역화 모형 구축시 불확실성을 더욱 가중시키게 된다. 이러한 이유로, 모형의 검정보다는 검증에 초점이 맞춰져 있어야 하며, 더불어 사용되는 강우-유출 모형의 매개변수가 적어야 한다. 본 연구에서는 대표 강우-유출모형의 선정시 여러 평가 기준 중 예측의 정확성 측면에서 통계적 지표를 통해 모형의 수행능력에 중점을 두었으며, 적은 개수의 매개변수를 갖음에도 불구하고 상대적 우수한 모의결과를 제공하는 GR4J(Ge'nie Rural a 4 parame tres Journalier)모형을 최적 유출모형으로 선정하여 댐 상류유역에 대한 자연유량 재현성능을 평가하였다. 최종적으로 강우-유출모형의 최적매개변수와 유역특성인자 사이의 상호연관성을 고려해 매개변수를 지역화하기 위하여, 본 연구에서는 두 가지 이상의 변량에 대한 상관성을 효과적으로 재현하는데 효과적이며, 자유로운 주변확률분포 선택과 결합확률분포의 추정이 용이한 장점이 있는 Copula 함수를 활용하였다. 제시된 방법론에 대한 적합성을 평가하기 위해 교차검증 관점에서 지역화된 매개변수의 적합성을 검토하였으며, 본 연구에서 도출된 결과는 유역특성에 따른 미계측유역의 자연유량 산정시 지역 매개변수를 강우-유출모형에 활용함으로써 신뢰성 있는 자연유량 산정 결과를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.977-977
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• 2012

하천의 유량 측정은 대부분 홍수 예보지역, 댐 상류지역, 대하천 및 유역내 주요지점을 위주로 수행되고 있으나, 중소하천과 소유역에 대한 관측자료는 전무한 실정이다. 그로 인해 중소하천과 소유역 등 미계측 유역에 대한 유량 산정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 미계측 유역에 대한 적합한 유량 산정방법의 검토를 위해 미호천의 소유역인 증평유역을 대상으로 9개의 개념적 강우-유출모형(3개의 토양저류모형과 3개의 유역유출모형의 조합)을 적용하였으며, 이에 대한 적용성 검토를 위해 국내 홍수량산정에 많이 활용되고 있는 HEC-HMS 모형으로 비교평가를 실시하였다. 이를 위하여 총 6개의 단기 홍수사상을 Monte Carlo 분석(Nash Sutcliffe Efficiency, NSE*)의 목적함수를 통하여 모형 매개변수의 검정 및 검증을 수행하였다. 두 모형의 단기 유출 모의 결과 검정에서 HEC-HMS는 목적함수값 0.06~1.44(NE S*)의 모형성능을 보여주었으며, 개념적 강우-유출 모형은 0.00~0.66(NES*)의 모형성능을 나타내었다. 개념적 강우-유출 모형과 HEC-HMS모형의 매개변수 최적화를 통한 검증 결과 HEC-HMS는 0.25(NES*)의 목적함수 값을 나타내었고, 9개의 개념적 강우-유출모형은 0.14~0.83(NES*)의 목적함수 값을 나타내었다. 이 중 CWI-3PAR, CWI-2PMP, PDM-3PAR와 PDM-2PMP 모형이 0.16~0.26(NES*)으로 우수한 성능을 보이며, HEC-HMS 모형의 첨두유량 과소평가에 대한 문제점을 해결하였다. 이를 통하여 CWI-3PAR, CWI-2PMP, PDM-3PAR와 PDM-2PMP 모형이 증평유역의 지역화를 위한 단기사상 강우유출모형으로 적합하다고 판단된다. 향후 연구유역을 확장하여 추가적인 연구를 통해 일반화된 결론을 얻을 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.984-984
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• 2012

지구온난화와 기후변화의 영향으로 전 지구적으로 이상홍수, 이상가뭄, 한파와 같은 이상기상 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 국내에서는 2010년 추석 광화문 침수사태와 2011년 우면산 산사태와 같은 국지성 집중호우로 인한 인적 물적 피해가 속출하고 있다. 전통적으로 시기나 양적인 측면에서 대부분 장마기간에 국한되었던 강우집중현상이 과거와 달리 특정기간에 상관없이 발생하고 단기성, 국지성을 지닌 호우의 발생빈도가 높아지는 등 국내 강우의 특성이 변하고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위해서 강우예측과 유출량예측의 정확도를 높이기 위한 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 강우예측의 정확성을 높이기 위해 기상청에서는 단기예보를 목적으로 전지구 통합모델과 지역 통합모델을 연계한 동네예보를 수행하고 있으며, 초단기 예보를 위한 목적으로 VSRF, SCAN, VDRAS, MAPLE 등의 예보를 수행하고 있다. 홍수량 예측에서는 일반적으로 사용하고 있는 물리적 기반의 모형에 레이더강우와 같은 격자형 강우자료를 사용하여 정확성을 높이거나, 기존의 집중형 모형을 분포형 모형으로 대체하기 위한 연구 등이 이루어지고 있으며, 모형 구축이 간편하고 예측 정확도가 우수하다는 장점으로 인해 신경회로망이나 퍼지추론기법 등을 사용한 연구도 지속적으로 이루어지고 있다. 본 연구에서는 수자원분야에 산재한 불확실성을 적극적으로 인정하고 수학적으로 해석하기 위한 이론인 퍼지이론에 신경망 이론을 도입한 neuro-fuzzy 기법을 사용하여 홍수량을 예측하였다. 모형의 입력자료로는 관측된 강우자료와 유출량자료 및 기상청에서 제공하는 MAPLE(McGill Algorithm for Precipitation Nowcasting by Lagrangian Extrapolation) 강우예측자료를 사용하여 적용성을 평가해보았다. 모형의 적용성을 평가하기 위해 시험유역을 충주댐 상류 유역으로 선정하였으며, 2010년 2011년 홍수기의 충주댐 유입량을 예측하였다. 모형의 입력자료를 변경하여 입력자료의 변화에 따른 결과를 비교하였고, clustering 반경의 변화에 따른 정확도를 비교하였다. 모형의 정확도는 평균제곱근오차와 첨두수위오차를 통해 비교하였으며, 비교결과 전반적으로 lead time이 길어질수록 MAPLE 사용 시 예측 정확도가 우수하였고, clustering 반경은 0.5일 때 가장 우수한 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.975-975
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• 2012

최근까지 용수확보와 홍수예방, 하천환경관리 등의 목적으로 많은 댐이 건설되어 왔으며 이러한 댐 건설은 주변지역의 자연 및 사회 환경의 변화를 유발하게 된다. 이는 구체적으로 유출특성의 변화로 나타나며 유출특성의 변화는 수자원의 계획과 관리 측면에 상당한 영향을 끼친다. 따라서 정확한 장기유출량의 예측은 이수 측면에서 대단히 중요하며 이에 대한 신뢰성 있는 해석이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 이용하여 댐 건설에 따른 유역의 장기유출특성변화를 분석하였다. 충주댐 상류유역을 대상으로 분석기간을 댐 건설 전(1975~1985년)과 댐 건설 후(1986~1995년, 1996~2005년)로 나누어 적용하였고, 해당 관측소에서 제공하는 수문 기상자료와 지형자료를 이용하여 입력자료를 구축하였다. SWAT 입력 모형의 최적값을 결정하기 위해 유출총량 및 첨두유량 감쇄곡선 형태에 영향을 미치는 유출관련 매개변수를 선정하여 보정하였고, 유역 최종 출구점인 충주댐 지점에서의 일 유출자료에 대해 관측치와 모의치를 비교하였다. 그 결과 상관계수는 0.89와 0.71, 모형효율은 0.87과 0.76으로 매우 양호한 결과를 보였으며 이는 SWAT 모형이 장기 유출 모의에 있어 안정적 결과를 제공함을 판단할 수 있었다. 보정된 결과를 바탕으로 장기유출모의결과 계산평균유량과 계산첨두유량 모두 관측결과와 상대오차 10%이하의 만족스러운 결과를 보였으며 댐 건설 전 후의 유출특성 비교결과 전반적으로 댐 건설 이후 유출률이 증가하는 특성이 나타났다. 댐 건설 후 나타나는 유출률 변화를 규명하고자 수문성분별 모의를 실시하였으며 그 결과 지표유출이 4% 증가 하였고 증발산량이 3% 감소하였다. 이는 대상유역의 도시화에 의한 불투수면적의 증가와 산림면적 감소 때문으로 추정되며, 이로 인하여 댐 건설 후 유출률이 소폭 증가하였음이 판단된다. 이상의 결과들로부터 SWAT 모형은 장기 일 유출량 추정 및 유역 전반의 통합관리 측면에서 적용성과 활용성이 우수하다고 판단되며 댐 건설로 인한 자연환경의 변화는 유역의 유출특성의 변화에 영향을 준다는 결론을 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 확장하여 댐 건설 이외에 다양한 요소들을 모형에 적용하고 유역개발에 따른 수문환경의 전반적인 변화에 대한 유출평가가 필요하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1762-1767
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• 2007

일반적으로 유역의 대표단위도 산정에는 적용의 간편성을 이유로 수평직선분리법을 주로 사용하여 왔으며 이를 단기호우사상에 대한 모의에 적용해 왔다. 그러나 수평직선분리법에 의한 기저유량의 산출은 연구자의 주관성이 반영될 수 있는 가능성이 다분하며 총유출에 대한 기저유출의 기여가 상대적으로 크게 되는 장기유출모의에 대해서는 그 신뢰도가 떨어진다고 할 수 있다. 따라서 장기유출모의에서는 신뢰성있는 기저유출분리를 통한 합리적인 대표단위도를 유도하는 것이 필요하다. 또한 이 같은 문제점을 개선하기 위해 본 연구에서는 USGS(U.S GEOLOGICAL SURVEY)에서 개발한 기저유출분리 프로그램인 PART(stream flow Partitioning)를 이용하여 기저유출을 분리하고 Nash 모형을 이용하여 유역의 대표단위도를 유도했으며 검증을 위해 강우-유출 모형인 HEC-HMS에 유도된 대표단위도와 합성단위도를 적용하여 실제유출량에 대한 통계분석을 실시하였다. 그 결과 Nash모형의 매개변수를 n은 6.4, K는 0.33으로 산정할 수 있었고, PART에 의해 기저유출을 분리하여 유도된 단위도가 수평직선분리법에 의해 유도된 대표단위도 보다 장기유출모의에서 더 우수한 결과를 보였다. 또한 실측유출량과 모의유출량의 첨두값에 대한 오차도 PART에 의한 방법이 더 작음을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1822-1829
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• 2006

본 연구에서는 계산된 유량과 실측 유량을 비교하여 Clark 단위도 방법의 매개변수를 추정하고자 하였다. 오산천과 진위천 상류유역에 대하여 Arcview와 WMS로 지형자료에 대한 전 처리를 한후, HEC-HMS 프로그램을 이용하여 유출량을 산정하였다. 2001년부터 2005년까지 4개의 사상에 대하여 강우량, 기흥저수지와 이동저수지의 실제 방류량을 이용하여 유출량을 산정하였으며, Clark 모형의 매개변수를 Russel 공식, Sabol 공식 및 HEC-HMS 프로그램에 내장된 Nelder-Mead 최적화 방법을 이용하여 매개변수를 각각 산정하여 회화 지점의 실측 유출량과 비교.평가하였다. 빈도가 큰 유출사상의 경우에는 Sabol 식을 적용한 결과가 Russel 식을 적용한 모의결과보다 첨두유량의 재현성이 우수하게 나타났으며, 유출량이 작은 경우에는 Russel 식을 적용한 모의결과가 우수하였다. 첨두가 중제곱평균제곱근오차, 잔차자승의 합, 절대잔차의 합 등 3가지의 서로다른 목적함수를 적용하여 매개변수를 자동 보정하였을 때, 목적함수에 따른 첨두유량의 오차는 거의 동일하였으며, 첨두시간에 대한 오차는 첨두가중제곱평균제곱근오차를 적용했을 때 가장 작은 것으로 분석되었다. 그리고 Clark 유역 추적모형의 자동보정을 통하여 추정한 매개변수인 도달시간과 저류상수는 강우사상에 따라서 변동하는 특성을 나타내기 때문에 최적의 도달시간 및 저류상수는 홍수사상별로 추정되어야 하며 이 결과는 홍수량 산정을 위한 매개변수 추정과정의 비유일성 및 복잡성을 암시하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1656-1660
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• 2006

도시 주변의 급격한 택지개발, 도시 인구의 집중, 대규모 계획단지의 개발은 유역의 유출특성에 큰 영향을 주게 되고, 도시화가 진행됨에 따라 불투수 표면이 증가되고 침투율이 감소됨으로써 유출계수의 증가요인이 되고 있다. 이에 따라 유역의 자연 저류지 기능이 저하되고, 우수가 하천으로 유입되는 시간이 단축됨으로써 첨두홍수량 뿐만 아니라 유출총량의 증대를 초래하여 도시 주변의 중소하천 유역에서는 막대한 재산 및 인명 피해가 발생하고 있다. 이러한 도시화로 인해 증가된 유출량을 저감시키는 구조적 방안으로 대부분 강우 유출수를 일시 저류하여 유출량을 조절하는 우수유출 억제시설이 권장되고 있으나, 이들 시설에 대한 수리학적 침수방어능력이 명확히 규명되지 못한 실정이다. 본 연구의 목적은 도시지역 침수방지 대책 수립에 필요한 On/Off-Line 저류지의 평가 및 설계에 기존 부정류 모형들의 모의가능성을 평가 비교하고, 가상하도와 실제하도에 적용하여 모형을 검보정 함으로서 저류지 해석의 실용화 모형을 확립함에 있다. 본 연구 결과는 도시지역에 적용할 수 있는 도시홍수방어시스템의 일환으로 구축함으로써, 도시지역에서 저류지 홍수저감효과를 평가하는 등 침수재해와 연계된 구조적 대책 수립에 필요한 기초자료로 활용하고자 한다. 본 연구에서 연구된 저류지 모형을 이용하여 On-Line 및 Off-Line 저류지에 적용한 결과 두 종류의 저류지 모두 홍수방어를 위해 이용될 수 있었다. On/Off-Line 저류지 모두 첨두유량이 발생할 경우 어느정도의 첨두값의 감쇠를 발생시킬 수 있는 것으로 판단된다. 그러나 저류지 상류단의 수위감소는 저류지로 유출로 인해 저류지 상류 하도부에서 유속의 증가를 발생시켰고 이로 인해 수위는 저류지가 존재하지 않는 경우보다 낮게 나타나고 있다. On-Line 저류지의 경우 Off-Line 의 경우에 비해 수위, 유량이 저류지의 상류단에서 크게 나타났다. On-Line 저류지의 경우 Off-Line 의 경우에 비해 같은 값의 첨두홍수량을 저류하기 위해서 상대적으로 넓은 저류면적이 필요한 것으로 나타난다. 대등한 수위감소값의 홍수저감효과를 발휘하기 위해서 본 연구에서는 On-Line 저류지 면적은 Off-Line 저류지에 비 두배 이상이 필요한 것으로 보여졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.356-360
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• 2007

최근 급속한 도시화로 인한 유역내 불투수 면적의 증가는 자연유역에 비해 짧은 도달시간과 높은 첨두홍수량을 유발하여 도시홍수 피해의 원인이 되고 있다. 이러한 도시지역 하천에서의 홍수량산정은 강우-유출관계를 근간으로 하는 HEC-HMS 모형 등을 주로 활용하고 있으며, 산정된 홍수량을 토대로 각종 치수대책을 수립하여 왔다. 그러나 도시지역내의 배수체계는 하천과 연결된 우수관로를 통해 이루어지도록 구성되어 있음에도 불구하고, 우수관로 시스템의 능력평가를 하천의 홍수량과는 별개로 평가하고 있다. 즉, 하천이 외수위에 대한 영향을 고려하지 않고 배수체계의 통수능력을 평가하여 배수능이 부족한 관거를 찾는 것으로 매우 근사적이고 비합리적인 대안을 제시하고 있는 실정이다. 따라서, 본연구에서는 도시하천의 홍수량 산정에 있어 우수관로를 통한 배수체계를 고려한 도심지의 홍수량을 산정하기위하여 도시하천의 비시가지역의 홍수량은 HEC-HMS모형으로 산정하여 XP-SWMM모형의 상류경계조건으로 두고 도심지의 모든 우수관로를 하천에 연결하여 홍수량을 산정하는 방법을 제시하였으며, 대상유역은 대전광역시를 관류하는 갑천에 대하여 적용하였으며, 갑천하구에 위치한 회덕수위표의 실측유량과의 비교를 통해 그 신뢰성을 평가하였다. 본 연구의 결과는 도시홍수예방과 침수범람도 작성 등의 도시침수해석 및 치수대책수립에 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.