• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.15-15
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• 2018

강우에 의해 발생되는 토양침식의 정도를 나타내는 강우침식인자의 산정공식은 미국에서 경험적인 방법으로 유도된 식이지만, 전 세계적으로 널리 활용되고 있다. 강우침식인자는 토양침식을 유발하는 호우사상의 지속기간 중에 발생한 총 강우에너지와 30분 최대 강우강도 값을 곱하여 호우사상별로 산정하게 되며, 이 값의 연간 총합이 연강우침식인자가 된다. 최근 강우침식인자에 대한 관심이 국내외적으로 고조되면서 많은 연구 산물이 학계에 보고되고 있다. 본 연구의 목적은 동일 기간, 동일 지점일지라도 연구자에 따라 강우침식인자 값이 달라지는 원인과 그 불확실성을 규명하기 위한 것이다. 이를 위하여 본 연구는 강우침식인자와 관련된 국내외 문헌연구를 토대로 연구방법에 따라 결과값이 달라지는 현상을 분석하고 이에 대한 대안을 제시하고자 한다. 연구결과, 강우침식인자 산정의 불확실성의 가장 큰 인자는 연구자가 사용하는 데이터로서, 5분 단위 이하의 강우자료를 사용하는 것과, 그 이상의 자료를 사용하는 것으로 구분할 수 있었다. 두 번째 중요한 인자는 유효 호우사상의 분류기준을 어떻게 적용하느냐에 있었다. 세 번째는 강우 에너지를 계산할 때 어떤 강우운동에너지식을 적용하는지에 따라 결과값이 달라지는 것을 알 수 있었다. 네 번째는 연구자가 어떤 프로그램을 이용하여 산정했느냐에 따라 차이가 발생할 수 있음을 알 수 있었다. 다섯 번째 지역단위 강우침식인자 산정시 어떤 공간분포 기법을 적용하느냐에 따라 결과값의 차이가 발생함을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 국내에서 강우침식인자 산정시 연구자들이 적용할 수 있는 표준 계산 절차에 대해서 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.96-96
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• 2023

지구온난화는 집중호우 및 태풍의 빈도와 규모를 증가시키는 원인이 되었으며, 전 세계적으로 홍수로 인한 피해가 발생하고 있다. 한국에서는 2020년 홍수로 인하여 1조 이상의 피해가 발생하였으며, 2021년에는 호우로 인한 피해가 60%이상을 차지하였다. 과거에는 구조적인 대책을 수립하기 위하여 경제성 높은 치수사업을 결정하는 연구들이 수행되었다. 하지만 치수 사업은 지구온난화를 가속시키게 되며 그로 인해 집중호우의 빈도와 규모가 증가하는 악순환이 발생하게 된다. 따라서 최근에는 비구조적 대책인 홍수 예경보를 수행하여 홍수에 대응하고자 홍수 예경보 지점을 확대하고 있다. 홍수 예경보는 강우-유출 모형을 이용하여 유출량을 산정하고, 일정 수위를 초과하면 홍수 경보가 발령된다. 하지만 강우-유출 모형의 경우 많은 매개변수 값을 요구하며, 강우 사상에 따라 다른 매개변수를 산정하는데 많은 시간을 필요로 한다. 따라서 특정 강우 사상에 따라 매개변수 값을 고정하여 유출량을 산정하고 있으나, 이는 실제 유출량과 예측 유출량과의 오차가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 강우-유출 모형의 오차를 AI로 예측하여 유출량을 보정하는 연구를 수행하고자 하였다. 강우-유출 모형에서는 유출량을 산정하고 그에 따른 오차를 생성하게 된다. 그리고 산정된 오차들을 이용하여 오차를 예측할 수 있는 AI 모형을 개발하게 된다. 최종적으로 강우-유출 모형의 유출량과 AI 모형의 오차가 결합되어 보정된 유출량을 산정하게 된다. 강우-유출 모형과 AI 모형이 결합된 Hybrid model은 기존의 단일로 사용했을 때의 발생할 수 있는 강우-유출 모형의 문제를 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.359-359
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• 2018

이상치는 표본자료에서 크게 어긋나 다른 자료들로부터 떨어져 표시되는 자료로써, 실제로 발생할 확률이 매우 낮은 자료로 정의되고 있다. 설계홍수량을 산정하기 위하여 적용하고 있는 극치계열의 연최대치 강우자료에는 기계오작동 및 엔지니어의 표독오류가 발생하고 있으며, 기후변화에 따른 거대태풍 및 국지적인 집중호우 발생 등으로 인한 극치값 등에서 이상치가 관측되고 있다. 통상 이상치들은 통계분석시 자료 본연의 특성을 왜곡시켜 편향된 결과를 산정할 수 있으므로 빈도해석시 이상치해석 절차를 수행하여 자료의 적정성을 확인하여야 한다. 현재 실무에서는 설계홍수량 산정요령과 하천설계기준 해설 등에서 관련 내용을 기술하고 있지만, 국내 강우자료의 기록연수의 부족으로 인하여 빈도해석시 이상치 해석이 미수행되고 있어 이상치에 따른 자료편의가 발생하면 결과물인 확률강우량이 왜곡되게 산정될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 국내 주요 도시의 강우자료를 이용하여 이상치검정을 수행하였다. 대상지점으로는 서울, 부산, 대전, 대구, 인천, 광주, 울산 등의 비교적 긴 관측년수를 보유하고 있는 광역시를 선정하였으며, 지속기간은 10분, 1~24시간의 25개 강우자료를 적용하였다. 이상치검정 방법으로는 타 방법에 비하여 이상치 검정력이 뛰어난 것으로 알려진 2가지 방법을 채택하였으며, 표본자료의 평균과 표준편차로 표준화된 z값을 이용하여 상 하 한계선를 초과하는 값을 확인하는 z-Score 방법중 향상된 중위수 절대편차(MAD)에 의한 수정 z-Score 방법(Hoaglin, 1993)과 Box-Plot 방법(Tukey, 1969)을 적용하였다. Box-Plot 방법(Tukey, 1969)은 전체 자료를 25%씩 사분위로 구분하는 방법으로 정렬된 자료계열을 중앙값, 박스, 수염(whiskers), 이상치로 구분한다. 정렬된 25~75% 값들을 박스로 포함하여 외곽의 수염값들을 이상치로 분류하며, 특히 사분위수의 도식화로 데이터의 분포를 파악하기 좋으며, 이상치들의 위치와 자료의 비대칭 여부를 쉽게 파악할 수 있다. 본 연구의 수행으로 수정 z-Score 방법의 경우에는 서울과 대구지점에는 이상치가 없으며, 부산지점에는 13개, 대전지점 7개, 인천지점 5개, 광주지점 32개, 울산지점 26개가 나타났다. Box-Plot 방법으로는 서울지점 35개, 부산지점 39개, 대전지점 32개, 대구지점 38개, 인천지점 51개, 광주지점 61개, 울산지점 65개의 이상치가 분석되었다. 연구를 수행한 결과, 수정 z-Score 방법에 비하여 Box-Plot 방법에 의한 이상치가 더 많이 발생하였으며, 각각의 방법으로 지속기간 및 연도별 이상치 발생자료를 확인하였다. 방법별 이상치 발생현황 등을 분석하여 지점별 발생횟수를 분석하였으며, 추후 지점 및 자료의 보완이 수행되면 활용성을 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.633-637
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• 2005

강우-유출분석에 있어서 적절한 면적평균강우량의 추정은 유출 결과에 직접적으로 영향을 미치는 매우 중요한 요소이다. 일반적으로 실무에서 가장 많이 이용되고 있는 면적평균강우량 추정방법으로는 산술평균법, Thiessen의 가중평균법 등이 있으며, 이와 같은 방법들은 강우관측소에서 관측한 지점우량 자료로부터 일정면적을 가진 유역 전체에 균일한 강우가 발생한다는 가정아래 면적평균강우량을 추정하는 방법이다. 그러나 강우는 시공간적으로 다양한 특성을 지니며, 특히 우리나라와 같이 강우의 계절성이 심하고 아울러 산악지형의 영향으로 강우의 공간적 변동성이 큰 지역에서 기존의 방법으로 지점강우량을 면적강우량으로 환산한다면 강우의 공간적인 연속을 나타내는 데는 많은 어려움이 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 강우의 공간적인 통계특성을 반영하기위해 크리깅 기법을 이용하여 면적평균강우량을 추정함으로써 유역강우의 공간적인 특성을 반영하였다. 또한 면적평균강우량 추정기법 중 기존 실무에서 널리 사용된 산술평균법 및 Thiessen의 가중평균법을 이용하여 면적평균강우량을 계산하고 각각의 경우에 대한 오차를 평가하였으며, 각 기법들로부터 추정된 면적평균강우 자료를 이용하여 강우-유출분석을 실시함으로써 유역강우의 추정오차가 유출계산에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.267-267
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• 2023

최근 이상기상현상과 기후변화로 인하여 국지적인 집중호우의 빈도 및 규모가 증가하고 있으며, 이로 인한 돌발 홍수 피해가 증가하고 있다. 레이더는 넓은 영역에 대해 고해상도의 강우 정보를 제공할 수 있으므로 위험기상 감시 및 실황 예측 모형의 입력자료로써 활용도가 높다. 레이더 강우량은 대기 중 강수입자에 대한 레이더 반사도와 강우강도의 Z-R 관계식으로 추정되기 때문에 강우 추정 과정에 불확실성을 내포하고 있다. 특히, 우리나라의 여름철 한반도의 집중호우는 층운형 강우와 함께 대류형 강우가 동반되는 복합적인 강우시스템에서 자주 발생하지만, 레이더 강우는 일반적으로 단일 강우시스템에 대한 고정된 Z-R 관계식으로 추정하므로, 이러한 현상에 대해 과대 추정 혹은 과소 추정이 발생한다. 본 연구에서는 집중호우에 적합한 강우를 추정하기 위해 2021년 8월 21일부터 8월 25일까지 경남 호우사례를 대상으로 층운형, 대류형, 열대형의 Z-R관계식과 반사도 조건에 따라 층운형과 적운형을 구분하여 Z-R 관계식을 적용하여 레이더 강우량 자료를 산출하였으며, 지상강우자료를 이용하여 정확도를 평가하였다. 레이더 자료 처리를 위해 Radar Software Library (RSL)를 이용하여 수평으로 1km 해상도의 1.5km CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator) 자료로 변환하였다. 레이더 강우 추정의 정확도를 평가하기 위해 레이더 지점으로부터 100 km 이내에 위치하고 있는 기상관서와 자동기상관측소의 강우관측 결과와 비교·분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.185-185
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• 2021

기후변화로 인한 돌발 강우 등 이상 기후 현상이 증가함에 따라 정확한 강우예측의 중요성은 더 증가하는 추세이다. 전통적인 강우예측의 경우 기상수치모델 또는 외삽법을 이용한 레이더 기반 강우예측 기법을 이용하며, 최근 머신러닝 기술의 발달에 따라 이를 활용한 레이더 자료기반 강우예측기법이 개발되고 있다. 기존 머신러닝을 이용한 강우예측 모델의 경우 주로 시계열 이미지 예측에 적합한 2차원 순환 신경망 기반 기법(Convolutional Long Short-Term Memory, ConvLSTM) 또는 합성곱 신경망 기반 기법(Convolutional Neural Network(CNN) Encoder-Decoder) 등을 이용한다. 본 연구에서는 생성적 적대 신경망 기반 기법(Generative Adversarial Network, GAN)을 이용해 미래 강우예측을 수행하도록 하였다. GAN 방법론은 이미지를 생성하는 생성자와 이를 실제 이미지와 구분하는 구별자가 경쟁하며 학습되어 현재 이미지 생성 분야에서 높은 성능을 보여주고 있다. 본 연구에서 개발한 GAN 기반 모델은 기상청에서 제공된 2016년~2019년까지의 레이더 이미지 자료를 이용하여 초단기, 단기 강우예측을 수행하도록 학습시키고, 2020년 레이더 이미지 자료를 이용해 단기강우예측을 모의하였다. 또한, 기존 머신러닝 기법을 기반으로 한 모델들의 강우예측결과와 GAN 기반 모델의 강우예측결과를 비교분석한 결과, 본 연구를 통해 개발한 강우예측모델이 단기강우예측에 뛰어난 성능을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.262-262
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• 2011

최근 들어 지구환경 변화에 따른 이상기후의 영향으로 태풍 및 집중호우로 인한 하천범람 등 홍수재해에 의한 인명과 재산의 피해가 급증하고 있다. 특히 한반도 지역에서는 집중호우와 태풍과 같은 이상강우로 인한 홍수피해의 발생이 매년 나타나고 있으며 홍수피해의 빈도와 강도는 증가하고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 극심한 기상이변으로 인하여 발생되는 이상홍수의 예측에 관한 사항은 치수 이수는 물론 친수관점에서 볼 때 하천관리의 측면에서 매우 중요한 관심사로 부각되고 있다. 특히 홍수예측은 주민의 대피 및 통제, 시설물의 보호 등을 위해 충분한 선행시간을 확보할 수 있는 실시간적 관점에서의 홍수예측 및 관리가 중요하다. 기존의 수문학적 강우-유출 모형은 비선형성이 강하고 유역의 지형학적 인자와 기후학적 인자의 영향을 포함하기 때문에 정확한 예측이 어렵고 유출량을 계산하기 위한 유역추적, 저수지추적 및 하도추적의 각 추적과정에서 크고 작은 오차들이 발생하고 그것들이 누적되어 유출 모형의 해석 결과에는 많은 오차들이 포함되어 있다는 문제점이 있다. 또한 주로 유역 면적이 크고 홍수의 도달시간이 긴 대하천의 홍수예측에는 기존의 강우-유출 모형이 적당한 방법임에도 불구하고 유역면적이 작은 중소하천에 적용됨으로써 많은 불확실성을 포함하고 있으며 충분한 선행시간을 확보하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 중소하천에서의 기존의 홍수예경보가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 실시간 수위측정 자료 및 강우자료를 이용한 간단한 입력자료 만으로도 홍수예측이 가능한 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 모형을 구축하여 충분한 선행시간을 확보함으로써 중소하천에서 의 실시간 홍수예측이 가능한 시스템을 구성하여 실시간으로 구동되는 효율적인 홍수예경보 시스템을 개발하고자 하였다. 임진강 유역을 대상으로 기존의 강우-유출 모형이 요구하는 유역의 물리적, 지형 자료 및 매개변수와 같은 광범위한 양의 자료를 배제하고, 유역의 강우 자료와 수위자료만으로 유역의 중요지점에 대한 홍수위 및 홍수량을 예측할 수 있는 뉴로-퍼지 모형을 구축하고 대상 유역에 적용하여 실측치와 비교 검증하였다.

• 한국습지학회지
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• 제20권4호
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• pp.417-423
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• 2018

축산 지역 하류에 위치한 농업용 저수지의 강우시 유입, 유출수 분석을 통해 축산지역의 강우 유출 특성과 저류지에 의한 축산계 비점 오염물질의 저류형 시설에 의한 유출 저감 효율을 분석하였다. 급경사지에 위치한 한우 축산 지역의 비점 오염물질 유출은 주로 초기세척현상에 의해 발생됨을 알 수 있었으며 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상 증가하는 양상을 보인다. 반면 총질소는 평균 30% 증가하는 것으로 나타나는데 질소항목으로 보면 질산성 질소는 거의 변화가 없는 반면에 암모니아성 질소가 2배 이상 증가하고 있다. 저류형 비점 제거시설 효율 분석 결과 비강우시 총인 제거효율이 53%로 가장 높고 부유물질은 37% 제거되고 있다. 유기물질은 10% 내외, 총질소는 5% 이내로 제거되며 부영양화로 녹조가 번성하는 하절기에는 오히려 유출수의 질소농도가 더 높아지는 경우도 빈번히 발생하고 있다. 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상 증가하는 양상을 보인다. 강우시 부유물질의 제거효율은 60%로 나타나고 있으며 총인은 22% 제거되어 비강우시에 비해 제거효율은 감소하고 있다. 환경부의 비점제거시설 기준보다 9배 이상의 용량을 지니고 있지만 비점 전용 시설로 활용되지 못하는 탓에 장마철에 거의 만수 상태로 담수하여 비점제거 효율에 있어서는 충분한 효과를 보이지 못하고 있는 것으로 나타나 저수지의 용량 뿐 아니라 수문관리 등 유지관리도 비점 제거효율에 영향을 미치는 중요 인자로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.403-403
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• 2021

비점오염물질은 강우에 의해 유출되며 계절적, 자연적 편차가 크게 나타나고, 오염원이 광범위하게 산재하고 있어 오염물질의 발생량과 부하량의 관리가 쉽지 않다. 따라서 비점오염원 관리지역은 오염물질이 하천에 미치는 수질 특성을 파악하는 것이 중요하다. 그러나 수질항목만으로 하천의 수질 특성을 파악하기에는 어려움이 있으며, 수질 특성을 파악하기 위해 다양한 분석방법이 필요하다. 본 연구에서는 비점오염원 관리지역 중 골지천 유역의 수질 특성을 파악하기 위해 통계분석 기법을 활용하여 수질항목간의 상관관계를 분석하고자 하였다. 2017년부터 2019년까지 골지천 유역 내 5개 지점에 대하여 비강우시 23회, 강우시 지점별 173회~196회의 모니터링 결과를 이용하였으며, EC, 탁도, BOD₅, SS, T-N, T-P, TOC의 수질항목을 이용하여 Pearson 상관관계 분석을 실시하였다. 상관관계 분석 결과 비강우시 분석 결과 EC는 -0.06~-0.32, T-N은 0.19~0.37로 낮은 상관성을 갖는 것으로 나타났으며, EC와 T-N을 제외한 탁도와 BOD₅, SS, T-P, TOC의 경우 서로 0.6 이상의 상관성을 갖는 것으로 나타났다. 특히, 탁도와 SS, T-P, T-P와 TOC는 0.9 이상의 높은 상관성을 갖는 것으로 나타났다. 강우시 분석 결과 EC는 비강우시와 유사하게 -0.07~-0.24로 낮은 상관성을 갖는 것으로 나타났으며, TOC를 제외한 탁도, BOD₅, SS, T-N, T-P의 경우 서로 0.6 이상의 상관성을 갖는 것으로 나타났다. TOC의 경우 BOD₅, SS와 0.6 이상의 상관성을 갖는 반면 탁도, T-N, T-P와는 0.45, 0.44, 0.57로 다른 항목에 비해 다소 낮은 상관성을 갖는 것으로 나타났다. 비강우시 T-N은 기저 유출에 의한 영향으로 높은 농도를 나타내 다른 항목에 비해 상관성이 낮은 것으로 나타났으며, 강우시에는 비점오염물질의 유입으로 인하여 모든 항목에서 비슷한 상관성을 보이는 것으로 나타났다. 본 연구 결과 탁도와 SS, T-P의 상관성이 비강우시 0.93, 강우시 0.78로 상당히 높은 것으로 나타나, 탁도를 측정하여 SS와 T-P로 환산하여 측정하는 방법에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 연구 유역의 지형적 특성이 배제되었기 때문에 추후에 이를 반영한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.286-286
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• 2011

강원도 평창군 대관령면 횡계리에 위치한 고랭지 밭 2개소를 2009년 3월부 2009년 12월까지 유출이 발생한 강우사상에 대하여 모니터링하고, 유출량을 비교하였다. 모니터링 지점 A에는 콘크리트 배수로가 설치되어있어 밭에서 발생한 강우유출수가 유입되면 빠르게 하천으로 배수되기 때문에 17.2 mm ~ 36.2 mm의 강우에도 유출이 발생하였다. 모니터링 지점 B는 콘크리트 배수로로 유입되기 전 자연(흙) 배수로가 존재하기 때문에 밭에서 발생한 강우유출수가 자연(흙)배수로로 침투되어 적은 강우에서는 유출이 발생하지 않고, 60 mm 이상의 강우에서만 유출이 발생하였다. 특히 7월 9일 발생한 강우에 의하여 모니터링 지점 B의 자연(흙) 배수로가 토사로 메워졌으며, 메워진 토사에 의해 자연(흙)배수로의 기능을 상실한 후부터 지속적으로 유출되었다. 이는 자연(흙) 배수로의 관리가 매우 중요하다는 점을 더욱 강조시키는 결과이며, 강우 발생 후 토사의 제거 등의 관리가 이루어졌다면 강우유출수와 비점오염물질의 유출이 더욱 감소하였을 것으로 판단된다. 자연(흙) 배수로는 식생에 의해 강우타격력과 유속이 작아지기 때문에 자연(흙)배수로의 공극이 막히는 현상이 줄어든다. 공극 막힘 현상이 줄어들면 토양 침투력이 보호되어 강우유출수가 저감된다. 강우유출수의 감소는 비점오염물질의 유출도 저감시킬 수 있는 것을 의미한다. 따라서 고랭지 밭 지역의 최적관리방안으로 무분별한 콘크리트 배수로의 설치보다는 자연(흙) 배수로의 유지와 관리에 초점이 맞추어져야 할 것으로 판단된다.