• 대한환경공학회지
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• 제38권6호
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• pp.299-308
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• 2016

서울시는 '건강한 물순환 도시' 조성을 비전으로 선포하고 도시 물환경 악화에 따른 문제를 해결하기 위한 노력을 기울이고 있다. 이를 위해 서울시는 빗물의 침투 및 저류 기능 등을 이용하는 저영향개발(LID) 시설의 설치를 확산시키기 위한 정책 및 제도 개선을 추진하고 있다. 이러한 저영향개발 시설은 공공이 선도하는 물순환 도시 조성과 이를 위한 빗물의 표면 유출 억제와 물이용 효율화를 목적으로 하고 있다. 또 악화된 물순환과 물환경을 회복하기 위해 다양한 저영향개발 시설이 설치 및 운영되고 있다. 그러나 이에 대한 체계적인 경제성 평가를 위한 편익 분석 방안은 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 저영향개발 시설의 경제적 환경적 사회적 편익을 다각적으로 분석하기 위해 저영향개발 시설별로 물 에너지 대기질 개선 기후변화 대응의 4개 카테고리별로 편익 분석항목을 선정하였다. 이러한 카테고리별 분류에 따른 직간접인 편익효과의 정량화 및 가치 평가 결과, 각 시설별로 연간 1,191원의 단위면적 당 편익이 발생하는 것으로 산정되었다. 분석 항목별 편익 분포 특성은 시설의 특성에 따라 다양한 것으로 나타났다(물: 30~90%, 에너지: 4~44%, 대기질 개선: <1~2%, 기후변화 대응: 5~22%). TBL 분석 결과, 시설별로 경제적 편익의 비중이 가장 큰 것으로 나타났으며(75~90%), 환경적 편익(<1~2%) 및 사회적 편익(9~24%)이 산정되었다. 향후, 현재의 개별 저영향개발 시설에 대한 편익 분석 방안을 기반으로 단지 및 지구단위의 물순환 연계 시스템이 적용될 경우, 도시 열섬 현상 및 홍수 재해 예방 등 저영향개발 시설 운영의 편익에 대한 시너지 효과 등을 평가할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.35-35
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• 2017

유역 물순환 개선 기술은 기후변화 및 토지이용변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지?회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 기후변화 및 토지이용변화에 따른 영향을 평가하고, 지속가능한 유역 물순환체계를 구축하여 적응 전략을 체계적으로 수립하기 위해서는 물순환 개선 기술의 정립 및 개발이 필수적이다. 그러나 현재 유역 물순환 개선기술은 일부 시가화 지역에 국한되어 있어 유역 규모의 개선 전략을 수립하는데 한계가 있다. 또한, 물순환계의 변화량을 평가하기 위한 모형화 기법 역시 해외에서 개발된 기술을 여과 없이 도입하여 국내의 환경을 충분히 반영하기는 어렵다. 개발된 유역 물순환 개선 및 평가시스템은 기존 국가연구개발사업을 통해 개발되고 사업화에 성공한 바 있는 유역 물순환 평가 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 수정 및 개선하여 기후변화에 따른 영향을 평가하고 적응 대책을 수립하기 위한 실무적인 소프트웨어이다. 침투트렌치, 식생침투트렌치, 습지, 저류지, 빗물탱크 등의 물순환개선시설에 대한 효과를 평가할 수 있도록 개별시설의 제원에 따른 물순환개선 효과를 정량적으로 평가하여 제시한다. 기후변화에 따른 장기간의 유역 물순환을 평가하기 위해서는 물리적 매개변수 기반의 수문해석 보다는 단순환된 개념적 매개변수 기반의 집중형 장기유출 해석이 필요할 수 있다. 따라서 국내외에서 많이 사용되고 있는 장기 일유출 모형(GR4J, GSM, HBV, SYMHYD, TANK, TPHM 등)을 유역 물순환 개선 평가 플랫폼에 탑재함으로써 소유역의 특성을 반영한 기후변화 적응 일유출 해석이 가능하도록 하였으며, 각 모형들의 매개변수는 수동보정 외에도 SCE-UA를 이용한 자동보정이 가능하도록 시스템으로 구축하였다. 개발된 유역물순환 개선 및 평가시스템은 실무적 차원에서 기후변화에 따른 유역 물순환 개선 기술을 적용하고 평가하는데 있어서 매개변수 입력자료 구축에 따른 자원 소요 시간 및 시스템 개발 비용을 획기적으로 단축시켰으며 국외 의존도가 높은 수문 해석모형을 국내 기술로 개발함으로써 기술자립도를 높이고 국내 및 해외의 유역의 성공적인 적용을 통하여 성능을 입증하였다. 기후변화에 따른 수자원의 재평가, 개선시설의 정량적 평가 및 하천유역의 수자원관리 실무에 적용성이 높을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.210-210
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• 2020

LID (Low Impact Development, 저영향개발)는 산업화 및 도시화 진행 지역에서 비점오염원으로부터 배출되는 오염물질을 제어해 개발지역 내 자연순화 기능을 최대한 유지하고, 물순환 기능증대를 통해 강우 유출수를 지역 내에서 관리하는 것을 목표로 한다. 비점오염원 저감 LID 시설에는 자연형과 장치형 시설이 있다. 자연형 시설에는 저류형, 침투, 식생형 시설 등이 있다. 특히, 침투시설에는 대표적으로 투수블럭이 있으며, 이는 투수성 포장재를 통해 강우 유출수를 지하로 침투시켜 여과나 흡착 등으로 비점오염물질을 제어하는 시설이다. 장치형 시설로는 여과재나 망을 이용해 비점오염물질을 분리하는 여과형 및 스크린형 시설, 응집과 침전을 통해 비점오염물질을 분리하는 응집·침전 시설 등이 있다. 이에 본 연구는 2016년부터 2018년 3년간 전주 서곡지구 지역 내 설치된 필터형 투수블럭, 틈새형 투수블럭에서 진행했다. 각각의 투수블럭에서 총 19회, 20회의 강우 모니터링을 실시했고, 오염물질 유입 및 유출 EMC 등의 분석을 통해 유출 및 오염물질 저감효과를 분석했다. 연구 대상 각 투수블럭의 주요 제원은 시설 용량 14.4㎥, 시설 면적은 14.4㎡이다. 모니터링 결과값을 분석한 결과 필터형 투수블럭의 경우 유출 저감율은 17.4 ~ 100%, 틈새형 투수블럭은 29.6 ~ 100%이었다. 필터형 투수블럭과 틈새형 투수블럭의 단위면적당 유량 저감량은 각각 0.014 ~ 0.583㎥/㎡, 0.035 ~ 0.588㎥/㎡이었다. 오염물질 저감효율을 분석한 결과 유기물 항목(BOD, TOC)의 경우 틈새형 투수블럭에서의 저감효율(BOD 93.59%, TOC 90.39%)이 필터형 투수블럭에서의 저감효율(BOD 89.99%, TOC 86.94%) 보다 다소 높게 나타났다. 영양염류 항목(T-N, T-P)의 경우 필터형, 틈새형 모두 비슷한 저감효율(필터형 T-N 89.02%, 필터형 T-P 98.12%, 틈새형 T-N 90.41%, 틈새형 T-P 98.04%)을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.91-91
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• 2015

최근 강우패턴의 변화에 따라 동일한 강우에 대하여 도시지역에서 증가된 첨두유량을 보이며 도달시간이 단축되어 홍수의 위험성이 매우 높다. 도시화에 따라 하천변의 개발과, 불투수 지역의 증가로 배수관망의 분포에 따라 통수능을 초과하지 않는 소규모의 강우에도 내수배제불량에 의한 침수가 발생할 가능성을 지니고 있다. 이러한 도시유역의 침수방지를 위한 내수배제시설에는 배수문, 배수펌프, 저류지, 침투시설 등 다양한 홍수분담시설이 있지만, 기존 도시유역에서의 내수배제는 빗물펌프장 등 일부 구조물에만 치중되기 쉽다. 따라서 다양한 내수배제방안 및 그에 따른 효과를 종합적으로 고려한 내수배제시설의 설치가 필요하다. 도시화가 가중화되고, 인구의 증가와 사회기반시설이 밀집되어 있는 도시지역의 침수는 인명, 재산 및 주요 시설물에 대한 피해로 이어지게 된다. 그러므로 도시지역의 침수로 인한 피해저감에 있어 유출현상의 정확한 해석 능력은 홍수제어를 위한 홍수량의 예측과 배수 및 수방시설의 설계, 침수위험지역 선정 등에 있어서 매우 중요하다. 연구 대상지역은 최근 폭우발생시 침수피해가 빈번히 발생한 서울시의 도림천 유역을 선정하였다. 도림천 유역은 도심지를 관통하며 하천의 일부가 복개되어 하천이 큰 관로의 형태를 띠고 있으며, 하천의 범람, 관거 및 내수배제 불량에 의한 침수피해가 발생하고 있다. 본 연구에서는 도시침수에 대한 효율적인 내수배제를 위한 내수배제시설 설계를 위해 설계강우의 변동에 의한 유출량의 변화를 검토하여, 배수체계에서의 역류로 인한 월류량을 산정한 뒤 범람해석모형인 FLUMEN 모형에 적용하여 도시유역에서 우수의 거동에 관한 모의를 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.471-471
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• 2012

도시유역에서 주로 침수피해가 발생하는 방류토구 인근의 저지대의 경우 유수지 및 빗물펌프장을 통하여 피해 발생을 방지할 수 있는 반면, 도심지 한복판에 이러한 상습 침수지역이 존재한다면 이에 대한 침수 방지 시설물의 설치에는 한계가 있다. 이러한 도심지 한복판의 침수위험지역의 경우 부지 확보의 어려움으로 인하여 유수지의 설치는 매우 제한적이며, 따라서 근래 대두되고 있는 것이 지하 저류공간의 건설 등이다. 그러나 본 연구에서는 이러한 지하 저류공간의 건설과 더불어 우수관망의 설계 자체를 침수피해 저감 측면에서 그 효과를 최대화하고자 하였다. 본 연구에서는 동일한 설계빈도하에 설계된 우수관망이라 하더라도 관망의 노선 선정에 따라서 초과강우사상에 따른 침수 발생량이 달라질 수 있다는 점에 주목하였다. 즉, 우수관망의 전체적인 구성에 있어서 설계빈도를 초과하는 강우사상에 대하여 그 부하량을 적정히 분배함으로써 관망의 전체적인 침수 발생 위험을 전반적으로 줄이는 것이다. 이를 통하여 확보되는 안전성은 지하 저류공간 등 각종 침수피해 저감 시설과 더불어 우수관망시스템의 침수피해 발생 위험을 전반적으로 줄일 수 있을 것이다. 본 연구에서는 이러한 목적하에 도시유역에서의 침수위험도 분석을 실시하였으며, 선행 연구를 통하여 제안된 우수관망의 신뢰도 산정 식을 토대로 목적함수를 아래의 식과 같이 구성하였다. $$Max.\;liability\;of\;Sewer\;Networks=1-\;{(1-N)^2+(1-V_i)^2\atop2}\;\cdots\cdots\cdots\;\;\;(1)$$ 여기서, $V_i$는 적용된 강우량당 유역의 전체 유출량 대비 월류발생량을 나타내며, $N_i$는 적용된 강우량당 해당 관망의 전체 지점 수 대비 월류 발생지점 수를 나타낸다. 이를 통하여 우수관망의 신뢰도를 최대화할 수 있는 최적설계 알고리즘을 개발하였으며, 실제 도시유역에 대한 적용을 통하여 최적 설계에 따른 신뢰도 향상 정도를 정량화하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2016

저영향개발(Low Impact Development, LID) 시설들은 미국 일본 등 선진국을 중심으로 관련법에 따라 개발 및 적용 되어왔으나 국내에서는 최근에서야 LID 시설을 적용할 수 있는 제도적인 틀을 구축하고 있는 실정이며, 국내 여건에 맞는 LID 시설을 개발하여 그 효용성을 검증하기 까지는 상당한 시간이 소요될 것으로 판단된다. 서울시는 2014년 '서울특별시 빗물관리에 관한 조례 전부개정조례'를 발표함으로써 한국형 LID 시설을 대단위로 적용 하고 검증 할 수 있는 발판을 마련하였다. 서울시의 2014년 전부개정조례에 따르면 시장 및 구청장은 저영향개발 계획 수립의 실효성 확보를 위하여 저영항개발 사전협의 제도를 마련하여 시행하여야 하며, 시장은 저영향개발 지구단위계획을 수립하여야 한다. 이에 따라, 본 연구에서는 실제로 적용 가능한 투수포장 주차장을 설계 할 수 있도록 투수 주차장형 LID 시설을 검증할 수 있는 투수효율성 검증실험단지를 설계 및 구축 하였다. 과거 도심의 우수배제는 중앙 집중형 시스템으로 단기간에 우수를 차집하여 배제하는 방식이었으나, 근래에는 집중형 우수배제 시스템의 위험성, 경제성 그리고 용량한계 등 여러 가지 문제점이 부각되면서 분산형 시스템으로의 전환이 이루어지고 있다. 물순환도시 및 지속가능한 도시 등이 분산형 우수배제 시스템의 예이며, 주차장, 도로, 건물 등 불투수 표면으로부터의 우수를 지면으로 침투 및 침루시키는 방법 등을 활용하여 건전한 물순환을 꾀하고 있다. 침투 및 침루 능력은 각각 포장체 및 포장면 하부구조의 재료와 밀접한 관련이 있으며 재료의 선정은 하부구조의 안정성 확보를 고려하여 선택되어야 한다. 또한 우수 배제를 위한 유공관은 접합점에서 강도를 유지하면서 효율적으로 유수를 배제할 수 있어야 하며, 저류조 설치는 강수의 활용목적에 맞게 선정되어야 한다. 이러한 투수 주차장형 LID 시설은 하나의 시스템으로서 포장체의 재료에 따른 공학적 성질, 하부구조 구축방법 및 재료 선정 그리고 유공관 배열 등에 따라 그 시스템의 거동이 변화하므로 기존에 행해왔던 단순 재료실험으로는 투수성 주차장의 우수배제 시스템을 평가할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 이를 검증할 수 있는 투수효율성 검증실험단지 설계 및 구축하였다.

• 한국습지학회지
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• 제24권3호
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• pp.204-212
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• 2022

국내의 경우 LID 기술은 2009년 이후에 적용하기 시작하여 환경부, 국토부, LH공사 등의 사업지구와 공공기관, 상업용지, 주택, 공원, 학교 등에서 빗물 관리를 위해 LID 시설을 설치하고 운영 중이다. 그러나 국내의 사례를 살펴보면 국외에 비해 적용사례나 운영 기간 등이 충분하지 못하여 적절한 설계기준과 운영 및 유지관리에 대한 방안 제시가 미흡한 실정이다. 특히, LID 기술을 활용하여 시공되는 LID 시설은 고유의 물순환 기능으로 발현하는 물질순환과 에너지 흐름으로 수문학적 및 환경적 효과가 발현되기에 LID 시설 내부의 지속적인 환경 유지가 필요하다. LID 시설은 물순환 목표량에 계획된 처리용량으로 설계가 되며 적절한 유지관리와 식생 및 토양의 상태를 주기적으로 파악하여 최초에 설치된 상태를 최대한 유지해야 그 효율을 얻을 수 있다. 즉, LID 시설은 물순환 구축을 통한 물의 저류와 침투능을 증대시키면서 수질오염저감, 홍수저감, 수자원확보, 온도저감 등의 효과를 기대하는 시설이기에 LID 시설에 조성되는 토양은 매우 중요한 설계 요소이다. 정확한 LID 시설의 기능 유지와 관리를 위해서는 토양오염, 제설제 영향, 식생 기준 등의 다양한 정량적 데이터를 통해 시설의 현재 상태와 교체 및 유지관리의 주기를 정확하게 알아야 한다. 본 연구에서는 2009년부터-2020년까지 국내에 설치된 LID 시설의 현황을 조사하고, 그 중 식생형 시설인 빗물화단, 식생수로, 식생체류지 등을 대상으로 하여 토양층에서 토양시료를 채취한 후 지난 10년 간 적용된 LID 시설의 지속성과 현재 상태를 통해 토양의 변화를 분석하고자 수행되었다. 토성, 유기물, 경도, 함수량, pH, 전기전도도, 염분 등의 분석을 통해서 시공후 5년~7년 이상된 일부 식생형 LID 시설에서 조경설계기준 하급치에 해당하는 결과를 나타냈다. 하급치 이하의 시설은 토양의 투수율 저하와 식생 생육에 문제가 될 수 있는 상태로 유지관리가 필요한 시점으로 인식할 수 있다. 이에 따른 토양치환과 교체를 통해 LID 시설을 관리해야 함을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권5호
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• pp.453-467
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• 2012

공간이 한정된 도심지에서 인구가 밀집되는 가운데 도심의 복합지하공간에 대한 개발은 날로 늘어나고 있다. 이러한 가운데 홍수피해의 90% 이상이 도심지 홍수피해라고 할 만큼 도심지의 수재해에 대한 대비가 필요한 실정이다. 이러한 요구에 따라 도심지 복합지하공간 하부에 지하저류공동 시설물을 시공하여 도심지 홍수피해 시 복합지하공간에 대한 안정성을 확보하고자 한다. 지하저류공동에서 저장된 빗물을 원활히 제어하기 위해서는 한 개의 공동보다 다수의 저류공동 시설로 설계하는 것이 유리하다. 다수의 저류공동으로 시공을 할 경우 공동과 공동 사이의 필라 구조물에 상부의 하중이 집중되기 때문에 필라 구조물에서 안정성 확보 방안이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 필라부의 안정성을 확보하기 위한 필라부 보강공법을 개발하였다. 필라부 보강공법은 철근과 PC강연선으로 구성된 보강재를 필라부에 삽입한 후 가압 그라우팅을 하고, 프리스트레스를 가하는 공법이다. 따라서 기존의 프리케스트 콘트리트 구조물로 필라부를 보강하는 것과 달리 원지반을 직접 보강하는 공법으로 원지반의 강도를 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있다. 먼저, 가압 그라우팅을 하였을 경우 지반 보강효과뿐만 아니라 필라부에 가해지는 상부의 하중을 경감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 프리스트레스를 가하게 되면 필라부에 내압을 가하는 효과로 인하여 지반강도를 증가시키는 역할을 기대할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 보강효과를 통해서 필라부 주변지반의 거동이 어떻게 변화할 것인지를 판단하고자 한다. 먼저, 수치해석을 통해서 각 시공단계별 필라부 지반의 응력 변화 양상을 판단하였다. 이를 통해서 가압 그라우팅과 프리스트레스에 의한 효과를 검증할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.905-918
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• 2023

본 연구에서는 목감천 유역에서 투수성포장(PP)과 빗물저류조(RB)의 설치에 의한 유출량 저감 성능 분석 및 유역 내 설치 우선순위를 결정했다. PP와 RB의 설치를 통한 최대 유출 저감 성능 도출을 위해 최적 설계인자를 결정했고, 최적 설계인자를 반영한 PP와 RB의 우수 유출 저감 성능을 비교했다. 유출량의 시계열 변화로부터 첨두유출량 발생 전에는 PP가, 첨두유출량 발생 후에는 RB가 유출량 저감에 더 우수한 성능을 나타냈다. PP와 RB의 설치에 따른 소유역 별 총 유출량, 첨두유출량 저감 성능을 비교한 결과, PP의 경우 유역면적이 큰 소유역에서 RB보다 더 높은 우수 유출저감 성능을 나타냈고 RB는 불투수면적 비율이 높은 지역에서 더 높은 성능을 나타냈다. PP와 RB의 우수 유출 저감 성능 평가 결과를 통해 목감천유역 내 두 시설의 설치 우선 순위를 결정했다. 그 결과, PP와 RB 모두 유역면적, 불투수면적 비율이 높은 소유역에서 높은 우선 순위가 나타났다. 또한 우수 유출 저감 성능 평가 순위와 유역특성 간 상관관계를 비교한 결과, 상위 25%의 우수 유출 저감 성능을 나타낸 소유역에서는 불투수면적외에도 유역의 형상 인자와 높은 상관관계를 보였다. 이를 통해 기존 도심 지역에 우수유출저감시설 설치 우선 순위 결정 시 불투수면적 비율과 함께 유역의 형상 인자를 함께 고려해야 함을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.316-316
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• 2023

2022년 8월 수도권 이상폭우로 인해 서울 도심지역의 지하시설, 도로, 주택 등에 침수가 발생하면서 인명 및 재산피해가 발생하였으며, 특히 동서로 가로지르는 정체전선으로 좁고 긴 비구름이 집중되면서 국지적으로 피해가 집중되었다. 서울시의 경우 도시화에 따른 불투수지역 증가 및 내수배제 불량에 따른 빗물 역류로 인한 피해가 지속적으로 발생하고 있으며, 최근에는 기후변화에 따른 방재성능목표 강우량을 초과하는 빈도의 이상폭우로 인해 하천범람과 내수배제 불량에 따른 복합적인 원인으로 침수피해 가중되고 있는 실정이다. 또한 서울시의 경우 전체 자연적, 사회적, 경제적, 환경적 요인 등의 지역적 편차가 매우 큰 도시로 지형적인 특성뿐만 아니라 취약시설(병원, 학교 등), 수방시설물(하천, 배수시설, 빗물펌프장 등) 및 방재시설(대피소, 구호소 등) 밀도 등에 따른 침수 취약성 및 위험성 등의 편차가 매우 크기 때문에 지역특성에 대한 피해사례가 다원화 되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 30년 이상의 종관기상관측(ASOS)과 서울시 자치구별 20년 이상의 방재기상관측(AWS)자료를 기반으로 CMIP6 SSP(Shared Socioeconomic Pathways, 공통사회 경제경로)시나리오에 따른 극한기후 지수(강수강도, 호우일수, 지속기간, 1일 최대강수량, 95퍼센타일 강수일수 등)에 대한 재현성을 평가하고 공간자기상관분석 등 시공간적인 강우특성에 대한 변화를 전망하였다. 특히 여름철 강우의 경우 자치구별 편차가 크게 나타났고 이를 통해 대도시의 도심지역의 경우 세분화하여 지역의 정확한 강우특성을 파악하는 것이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 도심지의 방재성능 초과강우 정의와 기준을 수립하고, 장기적인 수자원 및 도시계획 차원의 대책을 마련하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 기후위기에 따른 기록적인 호우(지역별 방재성능을 초과하는 강우)에 따른 재해는 구조적인 대책을 통해 모두 저감할 수 없는 한계가 있다. 하지만 인명피해를 최소화하는 것을 목표로 기후위기에 대한 적응단계로 인식하고 수리·수문학적, 사회경제학적 등 지역특성에 따른 방재성능목표 강우량에 대한 재검토와 더불어 법제도(풍수해보험, 저류조설치 의무화 등), 개인별 재해예방, 취약계층 안전망 확보, 반지하주택 침수안전대책, 재해지도 개선 등 구조적/비구조적인 대책을 통합 수립 및 보완하는 것이 필요한 시점이다.