• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.504-504
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• 2023

최근 세계적인 기후변화로 인한 홍수의 빈도 및 규모가 커지게 되면서 최초 구조물의 설계시의 설계용량을 초과하는 국지적 집중호우가 발생하고 있다. 이는 도시방재를 위하여 기계획하였던 내수배제 시스템의 설계성능을 넘어 도시지역에 침수를 유발하게 된다. 이에 대한 해결책으로 도시의 내수배제 시스템을 개선하기 위한 우수저류조, 우수관거개선 등이 이루어지고 있지만 설치 이후 구체적인 효과분석이 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 우수저류시설의 설치 여부에 따른 침수발생 양상을 분석하고 우수저류시설 침수저감효과를 정량적으로 분석할 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 위하여 XP-SWMM을 이용하여 2차원 침수해석 모의를 실시하였고 다양한 조건에서의 모의를 위하여 2차원 침수해석 모의조건을 설정하였다. 기계획된 우수저류시설의 설계시의 임계지속기간을 기준으로 IDF Curve를 통하여 설계강우량, 확률강우량 및 방재성능목표량을 재산정하였고 Huff4분위법을 이용하여 강우분포를 시켜 XP-SWMM에 적용하였다. 또한, 유역 최종 방류구에서 기점수위 조건과 자유방류 조건을 분리하여 모의하였으며 최종적으로 우수저류시설의 설치여부에 따른 2차원 침수해석을 실시하였다. 2차원 침수모의 결과를 이용하여 월류량의 저감율과 격자별 침수심 분포 분석을 진행하였다. 월류량은 총량적인 지표를 가지고 있지만 격자별 침수심 분포 분석은 격자의 최대 침수심을 0.1m 간격으로 나누어 각 단계별 침수심 격자의 발생빈도를 산정하였다. 제안된 방법을 사용하여 분석을 진행한결과 우수저류조를 설치한 후에 격자의 최대침수심이 더 낮은 침수심 단계로 이동한 현상을 확인하였다. 이는 구조물의 설치 후에도 침수가 일어난다는 양적인 면이 아닌 격자의 침수심 분포 양상을 통해 도시침수에 직접적으로 저감이 나타나 효과를 기여할 수 있다는 지표라고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.407-407
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• 2023

최근 환경부에서 발표한 국가물관리기본계획에서 수자원 총량 중 생활·공업·농업·유지용수의 이용량은 365억m³/년으로 약 29.4%로 발표되었다. 유지용수를 제외한 농업용수 이용량의 비중은 약 60.5%이며, 이 중 약 80%가 논에서 활용되고 있다. 이러한 농업용수 이용량 중 사용되지 않고 하천으로의 방류량이 존재하는데 이를 관개회귀수량이라하며, 농업용수의 약 35%가 하천으로 회귀된다 발표하나 지역에 따른 편차가 존재하기에 정확한 회귀수량을 산정하기엔 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 네트워크 모형을 통한 용배수로 구축 이후 회귀수 정량화를 하고자 하며, 정량화를 위한 네트워크 모형은 EPA-SWMM(Storm Water Management Model) 모형을 활용하였다. 해당 모형은 미국 환경 보호국(U.S. Environmental Protection Agency, EPA)에서 개발한 네트워크 물리모형으로 다양한 환경적 요소에 따른 수문 영향을 확인 가능한 모형이다. 해당 모형의 다양한 네트워크 기능을 통해 논배수로 네트워크를 구축하여 회귀수 정량화를 진행하고자 한다. 논배수로 네트워크를 구축하기 이전 현장조사를 진행하였다. 현장조사를 통한 용수계통도를 작성하였으며, 모형의 입력자료로 필요한 네트워크 용배수로관 표고값을 측량하였다. 이후 현장조사 및 측량 자료를 활용하여 네트워크 물리모형의 입력자료 구축을 진행하였으며, 해당 자료 구축은 지리 정보 시스템 중 ArcGIS와의 연계를 통해 구축하였다. 모형의 수리학적 입력자료는 해당지역의 계측자료를 활용하였으며, 필지 사이의 내리흐름 및 펌프를 통한 용수 또한 네트워크 물리모형의 기능을 활용하여 구축하였다. 이후 계측자료와의 비교를 통한 매개변수 보정을 진행하였으며, 전체 논배수로에 대한 농업용수의 흐름 및 회귀수량을 분석하였다. 해당 연구를 통해 농업용수의 회귀수 산정 및 지역 편차에 따른 회귀수 정량화 등의 연구에 활용될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.386-386
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• 2023

본 연구는 청계천 유역에 대하여 미래 저영향개발을 고려한 도시 수문순환 변화를 전망하였다. 새로운 기후변화 시나리오에 대하여 유출량 변화 특성 및 저영향개발 요소기술의 적용을 통하여 유출량 감소 변화를 분석하기 위하여 18개의 GCM을 선정하였고, 이를 통하여 생산된 강수량 자료를 활용하였다. 그리고 기후변화 시나리오의 새로운 개념인 SSP 시나리오를 적용하였다. SSP2-4.5 및 SSP5-8.5 시나리오에 대하여 2046년~2075년 기간에 대한 강수량의 변화는 현재 대비 SSP2-4.5 시나리오에서 13.9%와 SSP5-8.5 시나리오에서 20.6%의 증가가 전망되었다. 그리고 미래 기간에 대하여 저영향개발을 고려하여 SWMM을 이용하여 유출량의 저감 변화를 모의하였다. 그 결과 GCM별 또는 저영향개발 요소기술의 조합에 따라 유출량 저감 차이는 있으나 투수성포장 및 침투도랑을 유역 전체에 적용했을 경우 가장 효과가 좋았다. 그 효과는 투수성포장은 SSP2-4.5 시나리오에서는 14.2%, SSP5-8.5 시나리오에서는 13.5%의 유출량 저감 효과를 나타내었고, 침투도랑은 SSP2-4.5에서 14.0%, SSP5-8.5에서 14.2%씩 유출량이 저감되는 것으로 분석되었다. 이 연구는 약 10년 이상 소요되는 도시 수문순환 계획의 이행을 고려하여, 앞으로 20년 후의 기후에 대한 도시 수문순환의 변환을 전망하였다. 그러므로 향후 우리나라 수도 서울의 도시 수문순환 등의 지속가능성 확보에 기여 할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.88-88
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• 2023

지난 100년 동안 전 지구의 기상 이변이 꾸준히 증가하고 있다. 기후 변화는 도시 홍수 피해에 큰 영향을 끼치는데 급속한 도시화와 이상 기후로 인한 돌발 강우 패턴의 증가는 도시 침수의 취약성을 가중시킨다. 또한 급격한 도시 발전으로 인한 도심지의 불투수율 또한 꾸준히 증가하였다. 특히 2022년 8월 8일에 강남역과 도림천 일대에 내린 기록적인 강우는 기후 변화를 실감하게 하는 사회적 이슈가 되었으며 도심지 미래 수방 대책 변화를 상기시키는 계기가 되었다. 이로 인한 재해 피해에 최소화하기 위해 미래 기후 변화를 고려한 도심지의 새로운 방재 목표강우량 설정이 필요하다. 하지만 전 지구 모형(GCM)의 기후 변화 시나리오는 일 단위(Daily) 상세화 자료를 보편적으로 사용하고 있다. 하지만 이는 단기 강우 자료를 필요로 하는 도시 홍수 모의에서 제대로 활용할 수 없는 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구는 2019년에 발간된 IPCC 6차 평가 보고서(AR6)가 제안하는 SSP(Shared Socioeconomic Pathways, 공통사회경제경로) 시나리오를 기반하여 상세화된 일 단위(Daily) 강우 데이터를 비모수적 통계 기법을 사용하여 시간 단위(Hourly)로 상세화하였다. 또한 지속 시간별 연 최대치 강우를 추출하여 빈도 해석을 통해 도시 유역의 미래 확률 강우량을 제시하였으며, 서울시 상습적인 침수 취약 지역인 도림천 유역에 강우-유출 모형(XP-SWMM)을 사용하여 미래전망 기후 자료인 SSP2-4.5와 SSP5-8.5에 따른 미래 확률 강우 침수 모의를 실시하였다. 본 연구의 결과는 최신 기후 변화 시나리오를 고려한 서울시 방재 성능 목표 강우량 산정에 활용 가능할 것으로 사료되며 미래 강우량 침수 모의를 통해 침수 취약 구역인 도림천 일대 홍수피해의 근거 자료가 되는 것에 의의를 둔다. 또한 치수 분야에서 기후 변화를 고려하기 위해서는 기후 변화 시나리오에 따른 시간 단위 자료의 상세화가 필요함을 시사한다.

• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.426-426
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• 2021

우수관로의 수리특성에 영향을 미치는 주요 매개변수 중 조도계수 변화에 따른 첨두 수위 변동성을 SWMM으로 분석하고 수위 관측자료와 비교 검증하였다. 모형 적용 조도계수의 범위는 0.015 ~ 0.120이며 0.003 단위로 증가시키며 총 12개 CASE에 대한 모의를 수행하였다. 검토 대상지점은 서울시 방배1, 봉천1, 길동, 신림4, 방배2, 오류1, 천호 배수분구이다. 조도계수 증가에 따른 관내 수위 변동성 검토결과. 방배1 배수분구 22-0001 지점의 경우 조도계수가 0.015에서 0.120으로 증가하면 첨두 수위는 최대 70.3% 높아졌으며 길동 배수분구 25-0003 지점의 경우 103.3%, 신림4 배수분구 21-0002 지점의 경우 78.8% 수위가 상승하였다. 즉, 물리적으로 관로의 조도계수가 증가하면 유속이 감소되고 수위가 증가하는 특성을 보였다. 그러나 상류 인접관로에 만관으로 인한 침수가 발생하는 경우 조도계수가 증가하여도 수위가 상승하지 않는 경우도 있었다. 봉천1 배수분구 21-0004 지점의 경우 조도계수가 0.045를 초과할 때 상류관에서 만관 발생으로 압력관이 형성되며 이러한 영향으로 수위가 상승하지 않는 것으로 분석되었다. 방배2 배수분구의 22-0003 지점, 천호 배수분구의 25-0002 지점의 경우 상류관 침수발생으로 첨두 수위의 역전현상이 발생하였다. 이상의 결과로부터 관로 내 조도계수 증가는 첨두 수위 상승에 큰 영향을 미치며 최대 2배까지 수위가 상승할 수 있음을 알 수 있었다. 반면, 조도계수 상승에 따른 인접관(상류관) 만관 및 침수 발생의 원인으로 일부구간의 경우 수위가 감소하는 경우도 있다. 향후, 유역의 특성, 우수관로의 경사, 규모 등을 고려한 우수관로 수리특성에 따른 수위변동성 분석이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.249-249
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• 2021

도시지역의 우수유출해석 모형인 SWMM 모형의 매개변수는 유역유출관련 매개변수와 우수관로 매개변수로 구분이 된다. 이중 우수관로내 수리거동에 영향을 대표적인 매개변수는 조도계수가 있다. 우수관로 조도계수는 우수관로의 규격 및 재료에 따라 적용범위가 제시되어 있지만 현상태 관로내 퇴적 및 협잡물 등에 의한 조도변화가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 우수관로 조도계수의 변화에 따른 유량의 민감도를 검토하고 모니터링 유량과 비교를 통한 연구 대상지역의 최적 조도계수를 선정하였다. 연구 대상지역은 울산광역시 삼호동 일대이며 대상지역 내 발생한 우수유출은 최종적으로 태화강으로 방류되는 구조를 갖고 있는 배수분구이다. 조도계수 민감도 분석에 적용한 조도계수의 범위는 일반적인 원형 우수관로의 조도계수 0.013을 기준으로 하고 0.002씩 증감을 시켜 총 6개 CASE에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 모의 유량의 비교군이 되는 관측 유량의 경우는 초음파 유량계로 관측한 총 3개 지점의 유량자료를 이용하여 민감도 분석에 활용하였다. 조도계수 민감도 분석결과 조도계수 증가에 따라 첨두유량은 감소하게 된다. 각 지점별 첨두유량 변화 폭은 지점 4, 5, 6에 각각 7.0% (-3.4~3.6%), 14.3% (-7.5~6.8%), 15.6% (-7.7~7.9%) 증감 폭을 갖는 것으로 분석되었으며, 유역의 하류부로 갈수록 변동 폭이 커지는 것으로 분석되었다. 시계열 수문곡선 비교결과 지점 4에서는 조도계수 0.011, 지점 5는 0.013, 지점 7은 0.015를 적용하는 것이 실측치와의 상관계수가 가장 높게 나타나는 것으로 분석되었다. 이상의 분석 결과를 토대로 유역의 관 흐름 상태의 변화는 관로의 퇴적, 부유물, 폐유부착 등의 유지관리 상태에 따라 달라지며 특히 유역의 하류부로 갈수록 퇴적, 부유물 등의 축척이 누적되어 조도계수를 상류부 보다 기준 값보다 크게 적용해야 관측치 유량과 유사하게 모의되는 것을 확인하였다. 따라서 도시유출해석 모형에서의 조도계수 적용은 우수관로의 유지관리 상태 등을 고려하여 우수관로별 적용 값 다르게 입력하는 것이 타당한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.424-424
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• 2021

서울시 전역의 하수관로는 4개의 처리구역, 16개의 배수구역, 163개의 배수분구, 748개의 소구역으로 분할하여 관리되고 있다. 하지만 지선관로와 간선관로가 상이한 설계빈도로 계획되어 가장 작은 관리단위인 소구역에서도 일정한 방재성능을 기대하기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 소구역을 동일한 토출구를 갖는 유역으로 재정의하여 서울시 전역을 799개의 소구역으로 재분할한 후, 소구역 단위로 하수관로 방재성능을 분석하였다. 서울시 하수관로 방재성능 분석을 위해 도시유출모형은 SWMM, 도시침수모형은 2DIS를 활용하였다. 도시유출모형에서는 113,286개의 관로와 106,097개의 맨홀을 적용하였으며, 수리시설물은 서울시 관내에 위치한 31개의 모든 빗물저류조와 121개의 빗물펌프장 중 가용 가능한 117개의 빗물펌프장을 적용하였다. 하수관로의 외수위 경계조건은 하천기본계획에서 제시한 방류하천의 기점홍수위를 반영하였다. 도시침수모형에서는 5m 단위의 고해상도 지형자료와 토지피복도를 적용하여 2차원 침수모의를 수행하였으며, 799개의 소구역에 대한 방재성능 분석을 수행하여 이를 시스템에 적용하였다. 서울시 하수관로 방재성능 분석 시스템에서는 799개의 소구역을 대상으로 소구역 정보, 하수관로 정보, 수방시설물 정보, 방재성능 정보를 제공하고 있다. 소구역 정보는 해당 소구역에 대한 기본 정보 및 해당 소구역에 위치한 수리시설물에 대한 기본 정보를 제공한다. 하수관로 정보에서는 관로 및 맨홀을 선택하여 상세정보를 확인할 수 있다. 수방시설물 정보에서는 빗물펌프장, 빗물저류조, 강우관측소, 하천수위관측소, 관로수위관측소에 대한 상세정보를 제공한다. 마지막으로 방재성능 정보에서는 시나리오별 침수결과를 제공하며, 포인트 단위 침수취약지역을 표출한다. 서울시 하수관로 방재성능 분석 시스템은 하수도 정책 입안과 하수도 관련 사업 추진 시 데이터 기반의 신속하고 효율적인 의사결정 업무를 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.180-180
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• 2020

최근 인구 증가, 도시화 및 산업의 발달로 인해 생활·공업용수의 수요가 증가하면서, 상대적으로 농업용수의 비율은 감소하고 있는 추세이다. 하지만 수자원이용 현황 중 농업용수는 전체 물 사용량의 48%로 여전히 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 환경부 중심의 물관리 일원화 관련법 시행으로 국가 통합물관리 정책이 본격 추진됨에 따라 농업용수 가치의 재평가가 요구되고 있으며, 현재 수원공 확대의 경우 환경보호와 같은 이유로 농업용수 확보에 대한 많은 제약이 발생하고 있다. 공급된 농업용수 중 작물에 의해 소비되지 않고 하천으로 회귀되는 회귀수량은 하천 건천화 방지, 용수공급계획, 하천 유황예측 등 기여하는 바가 크다. 하지만 관개량과 회귀수량의 비로 나타내는 회귀율의 경우 지역에 따라 38.1%에서 70.5%로 큰 차이를 보이고 있으며, 지역별 회귀율 정량화에도 한계가 있다. 본 연구에서는 경기도 안성에 위치한 관개면적 429ha인 마둔 저수지를 대상으로 회귀율을 산정하고 농촌용수종합정보시스템 (Rural Agricultural Water Resource Information System, RAWRIS)에서 제공하는 저수지 수위 자료를 활용하여 마둔 저수지의 4월부터 9월 관개기 강수량, 저수율, 증발산량을 구축하였다. 물수지 분석 기반 회귀수량 산정모형으로부터 회귀율을 추정하였으며, 수로 네트워크 기반의 SWMM (Storm Water Management Model)과 비교를 통해 정량적인 회귀수량 및 회귀율을 산정하고자 한다. 본 연구의 결과를 통해 정량적인 회귀수량 및 회귀율 자료가 구축된다면, 농업용수의 재이용, 환경용수 및 하천유지용수, 용수공급계획 등 효율적인 농업 수자원관리에 기초자로로써 활용 가능할 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.240-240
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• 2020

강우 시 우수관로 내부의 수리 거동(유속, 수위)에 영향을 미치는 대표적인 매개변수는 관로의 조도계수와 손실계수 등이 있다. 이 중 조도계수는 관로 내부의 퇴적 및 협잡물로 인한 조도높이 변화에 따른 관로 내의 수리학적 거동을 평가할 수 있는 매개변수이며 손실계수는 관로의 확대, 축소, 만곡 등에 의한 에너지 감쇄 효과에 따른 관로 내 수리학적 변화를 평가할 수 있는 매개변수이다. 본 연구에서는 서울시 주요 배수구역에 대해 관로 조도계수 및 손실계수 변화에 따른 수위, 유속 변동성을 SWMM으로 분석하였다. 연구에 적용한 대상 배수구역은 반포 02 (방배1), 안양천 13 (봉천1), 성내 05 (길동), 안양천 11(신림4), 반포 03 (방배2), 안양천 01 (오류1), 성내 03 (천호)로 총 7개 배수구역이다. 모형수행을 위한 조건으로 조도계수는 0.015 ~ 0.120 구간에 대해 0.003 단위로 증가시키며 총 12개 CASE를 적용하였으며 손실계수는 0.0 ~ 0.5 구간에 대해 0.1 단위로 총 6개 CASE를 적용하였다. 관로 수리특성에 따른 수심, 유속의 변화량 분석 결과는 관로 및 유역의 크기별로 변화의 폭이 매우 크므로 상자-수염그림(Box-whisker plot) 이용하여 중간값의 변화 정도를 검토하였다. 조도계수 증가에 따른 수심증가, 유속 감소치의 중간값을 분석한 결과 조도계수가 0.013에서 0.034로 증가 시 수심은 40.6% 증가하고 유속은 47.4% 감소하는 것으로 검토되었다(그림 1, 2). 한편, 손실계수 증가에 따른 수심증가, 유속 감소치의 중간값을 분석한 결과 조도계수가 0.0에서 1.6으로 증가시 수심은 15.7% 증가하고 유속은 15.0% 감소하는 것으로 검토되었다. 이상과 같은 연구의 성과는 우수관로 내부의 다양한 여건 변화가 강우 시 관로 내 수리특성에 미치는 영향을 판단하기 위한 기초 자료로 활용할 수 있으며 향후, 우수관로 모니터링 결과와 연계하여 유지관리 방안 수립에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.