• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.26-26
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• 2020

하천수의 수심을 유지하기 위하여 설치된 콘크리트 취수보 대신 강자갈이나 쇄석을 채움재로 하는 돌망태를 사용하게 되면 토사퇴적으로 인한 건천화나 상, 하류 수생태계 단절과 같은 문제를 어느 정도 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자갈접촉산화작용에 의한 수질개선과 공사비 절감 효과 등의 장점이 있다. 그러나 돌망태는 투수성이므로 불투수성인 콘크리트 보다 저류측면에서 불리하다. 콘크리트 취수보에서의 흐름은 보 정점의 형상, 보의 폭, 높이, 그리고 월류수심에 좌우되며, 베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 방류량 산정식을 유도하고, 유량계수와 같은 실험상수를 결정하여 방류량을 계산한다. 돌망태 취수보의 흐름은 보의 높이, 보의 길이, 보의 상류수심 외에 채움재의 형상, 입경, 배치상태가 흐름에 영향을 미친다. 따라서 콘크리트 취수보에 적용되었던 기존의 방류량 산정식을 그대로 적용할 수 없다. 돌망태 보의 통과류는 실험상수가 포함된 비선형 수두손실방정식으로 표현할 수 있다. 실험상수는 비표면적의 크기를 의미하는 채움재의 평균동수반경와 관계되며, 평균동수반경은 채움재 입자의 형상으로 부터 구할 수 있다. 따라서 실험을 통하여 채움재 입자의 형상과 크기에 따른 실험상수와 평균동수반경의 관계를 구하면 비선형 수두손실방정식으로부터 통과류의 방류량을 계산할 수 있게 된다. 본 연구는 돌망태 취수보가 대수층함양 원수 공급시설물로서 타당한가를 평가하기 위하여 수행되었다. 콘크리트 취수보의 월류량 계산은 기존의 방류량 산정식을 이용하였으며, 돌망태 취수보는 실험상수와 평균동수반경의 기존관계식을 이용하여 통과류의 방류량을 계산하였다. 이와 같이 계산된 각각의 수심-방류량 관계로 부터 수심을 비교하였다. 동일한 유량조건에서 돌망태 취수보의 상류수심은 콘크리트 취수보보다 작게 계산되었다. 상류수심은 돌망태 채움재 입자의 크기가 작을수록 증가하여, 돌망태 취수보는 채움재의 입자크기가 작을수록 저류성능이 개선됨을 알 수 있었다. 따라서 돌망태 취수보는 채움재의 입경이 작을수록 콘크리트 취수보의 저류수준에 접근할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국지역지리학회지
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• 제10권1호
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• pp.192-205
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• 2004

수문환경 변화에 영향을 미치는 요인을 시계열적으로 분석하고, 도시화에 수반되는 물수지 변화를 평가하였다. 그 결과를 요약하면, 다음과 같이 기술할 수 있다. 먼저, 광주천 유역의 하천유출 특성은 6월$\sim$9월 사이에 함양된 저유량에 의해 하천의 기저유출량이 유지되고, 8월에 첨두유량이, 5월에 최저 유량이 나타난다. 도시화 초기단계의 지하수 함양은 강수량대비 46.1%였으나, 1900년대에는 26.5%로 감소하고, 1990년대에는 29.9% 그리고 2010년대에는 27.8%로 감소할 것으로 전망된다. 한편, 직접 유출량은 1960년대에 강수량대비 9.6%였던 것이 1990년대에는 16.2% 그리고 2010년대에는 18.3%로 증가할 것으로 판단된다. 이러한 상태가 지속적으로 유지될 경우, 물수지의 왜곡은 더욱 심화되어 도시형 홍수의 빈발과 광주천의 기저유출량의 감소로 인한 건천화가 더욱 가속화할 것으로 생각한다. 이와 같은 도시수분 현상에 대한 시계열적인 연구는 도시의 재개발 또는 환경정비에 있어서 과거 수문환경을 인식하고, 왜곡된 현상을 파악함으로서 자연친화적 토지이용에 필요한 정보를 제공한다는 점에서 의의가 있으며, 인간활동과 자연환경 간의 상호관계를 규명했다는 점에서 지리학적 연구의 가치가 있다고 할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1948-1952
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• 2008

본 연구에서는 수문변화 지표법을 적용하여 광동댐 등 12개 용수 전용댐의 연 최소 최대유량 크기와 지속기간, 고 저맥파 빈도와 주기, 수문곡선 변화 비율과 빈도, 유량변화정도 등을 분석하여 댐이 하류하천에 미치는 영향을 수치로 제시 하였다. 광동댐 등 12개 댐의 월 유량변화를 산정한 결과, 갈수기에 해당하는 10월부터 다음해 6월까지 8개월간의 댐건설전 월평균 방류량은 $0.64\;m^3/sec{\sim}3.05\;m^3/sec$이었으나, 댐건설후 월평균 방류량은 $0.33\;m^3/sec{\sim}2.99\;m^3/sec$로 $-69.7%{\sim}167.8%$의 분포를 나타내고 있으며, 12월과 1월을 제외하면 댐건설 이후 오히려 $6.8%{\sim}69.7%$가 감소하였다. 우기철인 7월부터 9월까지 3개월간은 댐건설전 월평균 방류량이 $6.82\;m^3/sec{\sim}7.67\;m^3/sec$이었으나, 댐건설후 월평균 방류량은 $4.12\;m^3/sec{\sim}4.35\;m^3/sec$로 $51.0%{\sim}55.1%$가 감소하여 저수지 공용량을 이용한 저류효과가 다소 있었던 것으로 분석되었다. 연 최소 최대유량 크기와 지속기간 분석결과 1일, 3일, 7일, 30일, 90일 최소유량은 광동댐 등 10개 댐이 댐건설 전후 모두 $0.0\;m^3/sec$로 증감이 없었으며, 달방댐의 경우 30일 최소유량이 $0.026\;m^3/sec$에서 $0.000\;m^3/sec$로 99.11%가 감소하였다. 영천댐의 경우도 30일 최소유량이 $0.101\;m^3/sec$에서 $0.067\;m^3/sec$로 33.73%가 감소 하였으며, 90일 최소유량의 경우 달방댐은 $0.067\;m^3/sec$에서 $0.031\;m^3/sec$로 53.48%가 영천댐은 $0.219\;m^3/sec$에서 $0.150\;m^3/sec$로 31.29%가 감소하였다. 12개 용수 전용댐중 유지용수공급이 계획되어 있는 영천댐과 달방댐을 제외하고는 댐하류 방류량이 없이 건천화 되었다는 사실을 알 수 있다. 고 저맥파의 빈도와 주기 분석결과 댐건설 이후 수문곡선이 25% 이하로 떨어지는 저맥파는 $72.99%{\sim}98.52%$가 감소하였으며, 저맥파의 기간은 $-80.0%{\sim}4,423.3%$까지 분포하여 상당히 증가하였다. 수문곡선이 75%를 초과하는 고맥파의 발생 횟수는 댐건설 이후 $34.28%{\sim}91.67%$가 감소하였으며, 고맥파의 기간은 $-64.31%{\sim}135.62%$로 증가 또는 감소하였다.

• 생태와환경
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• 제51권1호
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• pp.105-123
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• 2018

우리나라의 수자원관련 인공위성 영상정보의 활용능력은 현재 선진국대비 20~30% 수준에 머무르고 있다. 지금까지 수자원분야에서 인공위성영상의 대부분의 활용은 수문모형의 입력자료로서 토지피복도를 사용하는 수준이다. 이 또한 2000년대 건설교통부 '유역조사사업'을 통하여 미국의 Landsat 영상을 활용하여 전국적으로 1975년부터 2000년까지 5년 간격의 기본적인 토지피복도 (USGS level 1~30 m 해상도)를 작성하여 이를 보급한 것으로부터 정착되었다 (국가수자원관리종합정보시스템 http://www.wamis.go.kr/). 2000년 이후로는 환경부가 토지피복도를 제작 공급하는 부처로 구분되어, 이후의 자료로는 2008년 10 m 해상도의 토지피복도가 구축되어 있다. 한편 2000년부터 위성영상을 획득하기 시작한 Terra/Aqua MODIS 위성은 영상정보 활용의 획기적인 전환점을 만들었다고 할 수 있다. 웹상에서 제공하는 다양한 수자원/수문관련 공간정보들이 거의 실시간으로 제공되고 있는 것이다. 공간해상도 또한 250~1,000 m 수준이라 수자원분야에는 충분히 활용이 가능하며, 상세화 (Downscaling) 기술을 개발하여 정보의 수준을 끌어올리기도 한다. 정부는 2005년 8월 국가과학기술위원회에서 '미래 국가유망기술 21'을 확정하였는데, 21개 핵심분야 중에서 공공성 (국가안위 위상제고)을 고려하여 "전지구 관측 시스템과 국가자원 활용"을 선정한 바 있다. 특히 '우주와 지구', '정보와 지식', '안전', '국토관리 및 사회인프라'기술분야에서 제안된 기술들 중에는 원격탐사기술을 중심으로 구성하여, 미래의 원격탐사기술이 수자원분야에 활용될 것을 고지한 바 있다. 이에 건설교통부는 2006년 5월 '국토이노베이션기술개발사업'을 추진하면서 건설교통 R&D 혁신로드맵의 "재해예방 및 감지기술 분야"에서 홍수재해 예방시 원격탐사기술이 큰 비중을 차지하는 것으로 제안한 바있다. 한편, 2013년에는 국토교통부 국토교통과학기술진흥원에서 '위성정보를 활용한 글로벌 수자원 감시, 평가, 예측시스템 개발'을 위한 기획을 거쳐 2014년 7월 '국토관측센서 기반 광역 및 지역 수재해 감시 평가 예측기술 개발 연구단 (2014~2019)'이 발족되었다. 기술개발 내용으로는 위성정보 기반의 수문기상인자 산출기술, 미계측유역 수자원변동 분석기술, 수문학적 가뭄감시 및 전망기술, 하천건천화 추적기술 등이 포함되어, 수자원분야에서 원격탐사기술의 획기적인 발전이 기대되고 있다. 또한, 정부는 2020년대에 수자원 전용위성을 쏘아올릴 계획을 가지고 있어, 인공위성영상을 활용한 연구는 급성장할 것으로 예상된다. 현재 원격탐사 기술개발을 위한 다양한 위성영상 분석소프트웨어 (PG-STEAMER, ERDAS, ER-MAPPER, IDRISI, ArcGIS 등)들이 적정한 가격으로 개발되어 있으므로, 분석툴에 대한 물리적인 환경은 갖추어져 있다고 볼 수 있다. 지난 30여년 동안 GIS를 이용한 다양한 수자원 관련연구가 정착되어 온 것과 마찬가지로, 이제 원격탐사관련 위성영상정보의 활용연구가 활성화되어 다양한 기술개발을 통한 수자원분야의 우주기술시대를 맞이하기를 기대해 본다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권7호
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• pp.548-553
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• 2017

우리나라의 급속한 산업화는 도시침수, 하천 건천화, 지하수 고갈, 수질오염 등의 많은 문제를 야기하였으며, 최근 이에 대한 대안으로 저영향개발 기법이 제시되고 있다. 저영향개발 기법은 도시의 불투수 면적을 줄이고 녹지면적을 확보하여 자연 상태의 물순환체계를 구축하기 위한 도시개발 기법이다. 이에 본 연구는 토지이용계획 단계에서 적용가능한 저영향 개발 설계기술을 개발하고 비점오염 저감효과를 정량적으로 검증하는데 목적을 두고 연구를 진행하였으며 구체적으로는 토지이용계획 단계에서 적용가능한 저영향개발 설계요소를 도출하고 실제 대상지에 적용, 비점오염 저감효과를 LIDMOD2 프로그램을 이용하여 분석하였다. 분석결과 기존 토지이용계획안에 비해 저영향개발을 적용한 토지이용계획안의 경우 불투수율과 연간 표면 유출량은 각각 19.8%, 19.0% 감소하고, 연간 침투량은 164.1% 증가하는 것으로 나타났다. 비점오염 발생량의 경우 T-N, T-P, BOD 모두 18.7~22.8% 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 저영향개발을 적용한 토지이용계획안은 기존 토지 이용계획안에 비해 각 용도별 연면적 변화 없이도 비점오염 저감효과가 상당히 큰 것으로 판단된다. 따라서 비점오염 저감효과를 극대화하기 위해서는 기존 LID시설 위주의 계획에서 나아가 토지이용계획 단계에서부터 저영향 개발기법을 적용하여 관련 계획을 수립할 필요가 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권9호
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• pp.799-807
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• 2016

본 연구는 기상이변과 도시열섬현상으로 국지성 호우가 잦아져 도시침수피해가 매년 반복되고 있으며, 건기시에는 비가 모자라 지하수 부족으로 이어져 하천 건천화 현상이 빈번히 발생하고 있어 이를 해결하고자 "도시침수 저감을 위한 by-pass 빗물침투성 우수관거"를 제안한다. 집중호우로 확률년수 이상의 호우발생시 관거를 확대 교체하지 않고 기존우수 관거를 그대로 사용하며 배제시스템과 연계하여 by-pass 빗물침투성 우수관거를 설치하여 본 연구지역 대한민국 서울특별시 강남구 강남역사거리 지역 3.07 ha에서 관거확대공사와 비교시 평균 27백만원(44%) 공사비절감 및 기존 우수관거 유지로 별도의 우수처리 대책이 불필요하다. "도시침수 저감을 위한 by-pass 빗물침투성 우수관거"는 여름철 확률년수 이상의 비가 오더라도 by-pass관로를 통하여 통수능력을 증가시키며, 봄, 가을에 내리는 소량의 비는 by-pass 침투공을 통하여 전량 지중 수자원 확보에 기여한다.

• 환경정책연구
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• 제9권2호
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• pp.3-19
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• 2010

안양천은 서울의 한강에 유입되는 대표적 도시하천이다. 도시화로 인한 안양천 하천수질 악화와 건천화 문제를 개선하기 위해 유역통합관리를 위한 여러 사업이 진행되고 있다. 유역통합관리를 위해서는 관련 지자체들의 공조가 필요하게 되며, 재정분담문제가 필연적으로 발생하게 된다. 본 연구에서는 유역통합관리를 위해 제안된 사업비 261억의 4개 소유역의 비용분담 방안을 Shapley Value를 이용하여 제안하고 이를 다른 2개 분담방안들과 비교하였다. '분담방안 1'은 수질개선시설이 설치되는 유역의 지자체가 비용을 부담하는 방안으로, 소유역 I지역은 0.58%, 소유역 II지역은 29.54%, 소유역 IV지역은 0%, 그리고 소유역 V지역은 69.88%의 비용을 분담하게 된다. '분담방안 2'는 각 소유역의 소하천길이에 따라 비용을 분담하는 것으로, 13개 지자체들의 교섭력이 동일하다는 것을 전제로 하고 있으며, 소유역 I지역은 13.76%, II지역은 7.34%, IV지역은 45.87%, V지역은 33.03%의 분담을 해야 한다. 하지만 하천의 물 흐름은 상중하류의 각 지자체에 서로 다른 교섭력을 부여하므로, 공조적 게임의 해(解)인 shapley Value를 이용하여 교섭력을 고려한 재정분담방안인 '분담방안 3'으로 비용분담체계를 설계하였다. 모든 가능한 공조체제에 있어 각 참여자들의 평균 한계기여도의 합으로 측정되는 Shapley Value에 의한 분담비율은 I지역 0.29%, II지역은 14.77%, IV지역 50.00%, V지역은 34.94%이며, 이를 지자체들이 수용 가능한, '공정한' 재정분담방안으로 제시하였다.

• 환경영향평가
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• 제24권1호
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• pp.16-34
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• 2015

불투수면(IC)이란 빗물 등의 강수가 토양 속으로 침투할 수 없는 포장 지역이라 정의할 수 있으며, 일반적으로 도시화 과정에서 형성되는 불투수면은 주로 도로(Drive way), 인도(Sidewalk), 주차장(Parking lot), 건물의 지붕(Roof) 등의 형태로 나타난다. 불투수면의 증가는 유출계수를 증가시켜 강수의 침투량 및 지하수 수위를 감소시킨다. 이로 인해 홍수기에 직접 유출량과 홍수피해를 증가시키고, 갈수기에는 하천의 건천화를 유발하여 수생태계를 악화시킨다. 미국 환경부에서는 불투수면을 저감하기 위한 주요정책으로 LID(Low Impact Development) 또는 GI(Green Infrastructure)의 도입을 제시하고 있다. 본 연구에서는 도시 유역의 강우-유출 및 수질 해석을 위해 SWMM모형을 구축하고, 도시 유역의 대표적인 토지이용 유형에서 불투수면 영향 저감을 위한 다양한 LID 기법을 적용하고 그 효과를 평가하였다. 모형의 보정기간은 2009년 7월 17일, 검정기간은 2009년 8월 11일이며, 강우유출발생시 측정한 실측 데이터를 사용하여 검 보정을 하였다. 아파트, 학교, 도로, 공원 등으로 구성된 복합용지에 투수성 포장(Pervious cover)과 옥상녹화(Green roof)기법을 단계별로 적용하고 유출량 및 오염부하 저감에 미치는 영향을 모의한 결과, 유역 내 불투수면이 투수면으로 전환되는 비율이 증가함에 따라 강우시 발생하는 유출량과 오염물질 부하량의 저감 효과가 큰 것으로 나타났다. 특히, 건물 옥상 녹화 및 주차장과 도로에 투수성 포장을 적용한 경우, 총 유출량은 15~61 %의 저감효과를 보였으며, 오염부하량에 대해서는 TSS 22~72 %, BOD 23~71 %, COD 22~71 %, TN 15~79 %, TP 9~64 %의 저감효율을 나타냈다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권12호
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• pp.1193-1207
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• 2013

지나친 도시개발은 불투수면적의 증가로 인한 유출 증가를 야기하며 이는 홍수 및 비점오염에 대한 문제 및 기저유출감소로 인한 지하수위 감소에 따라 하천을 건천화시키는 문제를 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 저영향개발(LID, Low Impact Development) 기법이 제시되고 있다. 즉, LID 기법을 적용함으로써 개발 이전의 수문순환 상태를 모사하여 개발로 인한 영향을 최소화하고 물 순환구조를 개선하고자하는 연구가 진행되고 있다. 국내에서도 LID 개념의 도입이 지속적으로 증가함에 따라 소규모 배수 분구를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 또한, 중규모 이상의 유역에 LID 기법을 적용 시 유역 내 수문학적 유출 특성과 오염 발생 특성 변화에 대한 분석 방안이 요구되지만 하수처리분구 단위의 수문학적 영향을 분석 할 수 있는 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하수처리 구역 내 LID 기법의 적용에 따른 물순환 개선효과와 비점오염 저감효과 분석 및 기존 관리기법과의 비교를 통해 유역관리 측면에서의 적정 LID 설치면적 추정 방안을 검토하였다. LID 적용효과 분석을 위하여 소규모 배수 분구인 부산시 동래천 유역과 하수처리구역인 온천천 유역을 대상유역으로 선정하였으며 동래천 유역을 대상으로 LID 요소기술의 적용가능 면적을 추출하고 비율로 환산한 후 온천천 유역으로 확대 적용하였다. LID 요소기술 중 우리나라의 토지이용 밀집도를 고려하여 적용이 용이한 Green Roof와 Porous Pavement 및 도로에 설치되는 Street Planter를 선정하였으며 유역별로 구축된 LID 기법 기반의 SWMM 모형을 이용하여 토양특성과 강우특성을 고려한 물순환 기능 개선효과 및 비점오염량 저감효과를 분석하였다. 또한 온천천 유역을 대상으로 기존 비점오염 관리방안인 오염원 및 방류량에 따른 처리효율과 LID 적용 시의 처리효율을 비교하였으며 비교자료를 토대로 유역관리와 비용적인 측면을 고려한 적정 LID 설치비율로서 기존 비점오염 관리방안의 처리효율을 만족하는 LID 설치비율을 선정하고 이에 대한 적용 가능성을 검토하였다.