• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.113-113
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• 2016

기후변화로 인한 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며, 도시지역에서는 호우에 의한 침수피해가 더욱 빈번히 발생하고 있다. 인구와 건물이 밀집한 도시지역은 불투수율이 높아 호우 발생시 홍수 위험도가 커지고 있으며, 침수에 의한 사유재산뿐만 아닌 사회기반시설에 대한 피해도 증가하고 있다. 도시는 건물과 건물 사이로 도로 네트워크가 복잡하게 설계되어있다. 이러한 건물과 도로들은 투수성이 떨어지며, 지하공간과 건물들이 발달하여 유역지표면의 가하학적 형상이 매우 복잡하게 변화하고 있다. 도시지역은 저류 및 침투능이 부족하고, 지역의 특성에 따라 내수배제시설이 부족하여 우수관망에 대한 우수배제의 의존도가 높으며, 호우에 의한 침수와 관거 월류에 의한 침수피해 발생시 우수는 도로를 따라 저지대로 흐르며 침수지역이 넓어지게 된다. 이와 같은 도시지역의 침수를 예측하기 위한 침수해석에는 지형의 높낮이, 형상을 고려한 예측이 필요하다. 특히 건물 및 도로망이 복잡한 지역일수록 지형이 정교하게 고려되어야 한다. 지형이 적절히 고려되지 않은 침수해석은 침수예상지역을 다소 과대 또는 과소하게 나타낼 수 있고, 침수심을 제대로 반영하지 못한 결과가 도출될 수 있다. 건물과 도로가 밀집된 도시지역에서 이러한 문제가 발생할 경우 예상치 못한 지역에서 침수가 발생하여 피해를 줄 수 있으며, 이는 곧 인명과 재산피해로 이어지게 된다. 본 연구에서는 과거 침수피해가 있었던 도림천 유역을 대상으로 지형자료의 해상도에 따른 침수분석을 실시하였다. 우수관망과 도시지역의 유출모의에 적합하다고 알려진 SWMM 모형을 활용하여 LiDAR(Light Detection And Ranging), 10m DEM, 1:1,000 수치지형도를 활용하여 지형상세도의 변화에 따른 침수모의를 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.87-87
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• 2017

최근 이상기후로 인해 국내 가뭄피해가 증가하고 있는 추세이며, 미래 가뭄의 심도 및 지속시간은 증가할 것으로 예측되고 있다. 특히 우리나라는 용수공급의 56.5%를 댐에 의존하여 댐 유역의 가뭄은 생 공 농업용수 공급제한 등의 광범위한 피해를 발생시킬 수 있다. 다만 가뭄은 홍수와 달리 진행속도가 비교적 느리기 때문에 사전에 정확한 댐 유입량 예측이 가능하다면, 용수공급량 조정을 통해 피해를 최소화할 수 있다. 국내에서는 댐 유입량 예측에 ESP (Ensemble Streamflow Prediction) 기법을 활용하고 있으며, ESP 기법은 과거 기상자료를 기반으로 미래를 예측하기 때문에 기상자료, 초기수문조건, 매개변수 등에 불확실성을 가지고 있다. 본 연구에서는 베이지안 이론을 이용하여 댐 예측유입량의 정확도 향상기법을 개발하고 예측성을 평가하고자 하며, 강우유출모델은 ABCD를 활용하였다. 대상유역은 국내의 대표 다목적댐인 충주댐 유역을 선정하였으며, 기상자료는 기상청, 국토교통부 및 한국수자원공사의 지점자료를 수집하였다. 예측성 평가기법으로는 도시적 분석방법인 시계열 분석, 통계적 분석방법인 Skill Score (SS)를 활용하였다. 시계열 분석 결과 ESP 댐 예측유입량(ESP)은 매년 월별 전망값의 큰 차이가 없었으며, 다우년 및 과우년의 예측성이 떨어지는 것으로 나타났다. 베이지안 기반의 댐 예측유입량(BAYES-ESP)는 ESP의 과소모의하는 경향을 보정하였으며, 다우년에 예측성이 향상되었다. 월별 평균 댐 관측유입량과 ESP, BAYES-ESP의 SS 비교분석 결과 ESP는 유입량 값이 적은 1, 2, 3월에 SS가 양의 값을 가졌으며, 이외의 월에는 음의 값으로 나타났다. BAYES-ESP는 ESP와 관측값이 비교적 선형관계를 나타내는 1, 2, 3월에 ESP의 예측성을 개선시키는 것으로 나타났다. ESP 기법은 강수량의 월별, 계절별 변동성이 큰 우리나라에 적용하기에는 예측성의 한계가 있었으며, 이를 개선한 BAYES-ESP 기법은 댐 유입량 예측 연구에 가치가 있는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.134-134
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• 2016

우리나라는 지역별 및 유역별로 강수량의 편차가 심하고 홍수기에 강수량이 편중되어 내리는 특징을 가지고 있다. 최근 몇 년간 발생한 이상기후에 의해 연평균 강수량이 크게 감소하였고 이는 겨울철에서 봄까지 용수이용에 많은 어려움을 주었다. 연중 안정적으로 물을 공급하기 위해서는 대량의 물을 저장할 수 있는 대규모 저수시설이 필요하지만 사회 환경적인 이견대립으로 이를 실행하기란 쉽지 않다. 따라서 구조적인 대책이전에 지역 및 유역의 특성을 고려한 실행단위의 수자원계획 수립과 평가할 수 있는 기반이 요구된다. 현재 국가 수자원의 안정적인 확보와 하천의 효율적 이용 개발 및 보전을 목적으로 수립되고 있는 수자원장기종합계획은 국가의 수자원정책을 반영하고 있으나 하천의 건천화, 수질부문에 대한 검토가 미비하고 수자원과 관련된 하위단위의 실행계획과 연계가 미흡한 실정이다. 국외의 수자원관리는 안정적이고 효율적인 수자원관리를 위해 통합관리체계를 도입하고 있으며 이에 하위관리단위인 유역단위에서 물과 관련된 많은 부분을 고려하여 통합관리를 위한 지침을 마련하고 있다. 지속적이고 안정적인 수자원 확보와 효율적인 이용을 위해 수자원 관리정책과 제도적인 틀을 마련하여 국가 및 지역의 수자원개발 및 이용계획을 지원하고 있다. 이러한 변화는 지금의 수자원이 미래에 사회 경제적으로 상당히 중요한 가치를 가진다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 국내의 기 수립된 수자원계획과 국외의 수자원정책적인 부분을 살피고 국가차원의 수자원 관리를 지원할 수 있는 지역(유역관리)단위 계획수립과 이를 지속적으로 이끌어 갈 수 있는 중앙 정부, 지방정부, 시민단체 등과 같은 지역거버넌스의 협력적 관계조성을 기반으로 세부적인 부분에서 출발하는 수자원관리계획에 대한 필요성을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.135-135
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• 2016

지구온난화가 진행되면서 태풍, 홍수, 호우 등 기후변화에 기인한 재해의 피해수준이 심해지고 범위도 날로 확대되고 있다. 한국의 경우에도 집중호우와 그로 인한 침수피해 등 자연재해로 인한 피해가 늘어나면서 자연재해에 대응할 수 있는 재난행정에 대한 관심이 높아지고 있다. 그럼에도 불구하고 복합적인 양상을 보이는 재난에 효과적으로 대처하기 위한 행정체제에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 특히 재난행정이 오랫동안 발전해온 미국과 일본의 체제 각각에 대한 연구는 있어왔으나, 한미일 3개국의 재난행정체제를 체계적으로 비교하고 한국에 필요한 시사점을 도출한 연구는 많지 않았다. 따라서 본 연구는 한국의 행정체제의 발전에 오랫동안 지대한 영향을 미쳐온 미국과 일본의 재난행정체제를 분석하고 최근의 재난 양상과 관련해 한국에 필요한 시사점을 도출한다. 본 연구의 연구방법으로는 비교제도분석을 실시했다. 우선 선행연구 검토에 기반하여 재난행정체제의 비교분석에 필요한 비교틀을 구성하고, 분석틀에 기반해 한국, 미국, 그리고 일본의 재난행정체제를 비교한다. 분석결과 한국의 재난 행정체제는 미국 및 일본과 같은 재난행정의 선진국가와 비교할 때 재난관련 법률이 통합적이지 않고 분산되어 있어 상호중복 및 충돌의 소지가 있으며, 재난관리 단계에 있어서도 예방보다는 대응과 복구에 중점을 두는 것으로 나타났다. 또한 재난대응의 1차 책임소재도 불명확하며 민간네트워크도 재난에 효과적으로 대응할 수 있는 수준으로 발전되지 않은 것으로 드러났다. 이러한 문제점에 대한 개선방안으로서 미국과 일본의 재단대응체제으로부터 다음과 같은 시사점을 얻을 수 있다. 첫째, 기존의 분산되어 있는 기본법들을 통폐합하여 재난관리를 통합적으로 다루는 기본법을 제정할 필요가 있다. 둘째, 지방정부의 재난대응역량을 강화시키고 보다 많은 책임과 권한을 부여해야 한다. 셋째, 재난관련 기관들의 역할을 명확히 분담하고, 정보를 공유하며, 조정기제를 효율화하여 재난대응시 협업이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하여야 한다. 이를 위해서는 분산적인 재난관리체제를 통합적 성격의 체제로 전환해야 한다. 넷째, 주민단위 재난대응조직과 협력의 틀을 구축하여 민관네트워크를 활성화하여야 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.367-367
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• 2017

지국온난화에 의한 기후변화는 전 세계적으로 강수의 편중이나 이상기온 등의 현상들이 빈번하게 발생하여 가뭄 및 홍수로 인한 피해가 점차 늘어나고 있다. 제주도는 수자원의 98% 이상을 지하수에 의존하고 있기 때문에 기후변화에 따른 수자원 영향에 대한 지속적인 관심과 연구가 필요한 지역이다. 본 연구에서는 표준강수지수를 활용한 제주도 가뭄의 공간적 특성을 분석하기 위하여 가뭄 속성 인자들 간의 상관관계가 높은 변수인 가뭄지속시간과 가뭄 심도를 변수로 선택하여 각 지역의 가뭄특성과 지역 분류를 수행하였다. 제주도의 4개 기상대(제주, 서귀포, 성산, 고산)의 관측소별 표준강수지수(SPI 3, 6, 9, 12)를 산정한 결과 SPI 12가 SPI6에 비해 비교적 단순한 경향을 가지고 있는 것으로 확인 되었으며 단기간 일수록 변동성이 심하고 장기간 표준강수지수는 비교적 극심한 가뭄을 판단하기 위한 자료로 활용이 가능한 것을 확인하였다. 지역별 가뭄의 특성을 고려하기 위한 지역을 구분하기 위하여 한가지 요소로만 구분할 수 없어 가뭄 속성 인자들의 동질성을 구분하였으며 가뭄 속성인자의 변량을 71.8%를 설명해 주는 2개의 요인을 주요인으로 산정하였다. 인자분석의 결과로 추출된 2개의 변수로 비계측적 군집방법 중 하나인 K-means 기법을 이용하여 군집분석을 실시하여 7번의 반복계산에 걸쳐 군집이 종료 되었으며 최종적으로 2개의 군집이 형성 되었다. 기후변화는 전 세계와 제주도 수자원에 지속적인 영향을 미칠 것으로 전망되어 수자원 정책 평가 및 관리에 매우 신중한 대비책을 요구하고 있다. 향후 다양한 입력자료를 활용하고 가뭄 산정기법과 가뭄 분류 등을 통하여 활발한 후속 연구가 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2019

토양수분은 수문 및 기상 현상의 주요 요인으로 가뭄, 홍수 및 범람과 같은 자연 재해와 관련이 깊은 인자이다. 이러한 토양수분의 관측 기술 중 위성 데이터를 활용한 원격탐사 기술은 광범위한 지역의 관측이 용이하고 지점이 아닌 공간 데이터를 제공하는 장점을 지니고 있어 토양수분의 관측에 유리하다. 특히 높은 해상도의 위성기반 토양수분 데이터는 토양수분의 변동성이 큰 지역의 수문, 기상학적 현상을 보다 자세히 분석할 수 있게 해주며 가뭄 및 범람과 같은 수자원 관련 재해를 정확하게 분석하는데 요구된다. 이로 인해 최근 Sentinel-1 위성에서 운용중인 Synthetic Aperture Radar(SAR) 데이터를 이용한 매우 높은 공간해상도(10m~1km)를 지니고 있는 토양수분데이터 생산에 관한 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나 국내에서는 Sentinel-1 위성을 이용한 토양수분 데이터 복원에 관한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 파주 감악산 설마천 유역에서의 Sentinel-1 위성의 SAR 데이터를 이용한 고해상도 토양수분 데이터를 복원하고자 한다. 파주 설마천 유역은 감악산 일대로 경사가 심하고 식생이 두터운 산악지형이다. SAR를 이용하여 산지에서 신뢰성 있는 토양수분 자료를 복원하기 위해서는 가장 큰 오차의 원인으로 작용하는 경사와 식생을 고려하여야 한다. 먼저 표면 경사의 영향의 경우 SAR 센서의 레이더 입사각과 수치 표고 모델을 이용하여 고려하고자 한다. 다음 과정으로 표면 경사가 고려된 Sentinel-1 데이터의 후방산란계수와 Landsat-8 데이터 및 지점 토양수분 데이터를 이용하여 식생에 따른 후방산란계수의 거동을 Water Cloud Model을 이용하여 분석하였다. Water Cloud Model은 토양위의 식생의 수분이 후방산란계수에 혼동을 주는 구름과 같이 작용한다고 가정하고 식생수분을 후방산란계수와 레이더 입사각 및 식생지수를 통해 계산하는 모델이며 이를 이용하여 토양수분 복원에 있어 식생의 영향을 제거하고자 하였다. 이를 통해 식생과 표면 경사를 고려하여 복원된 토양수분 데이터를 설마천 유역의 지점 데이터와 비교 분석하고 다른 위성기반 토양수분 데이터 및 강우 데이터를 이용하여 평가하였다. 본 연구결과를 통해 한반도 산지에서의 SAR 데이터를 이용한 토양수분 복원 기술의 기초가 마련될 것이며 이를 통해 산지가 대부분인 한반도의 토양수분 거동을 이해하는데 유용한 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구 이후에는 연구결과분석을 통한 산지에서의 고해상도 토양수분 복원 알고리즘을 분석, 보완하고 한반도에서의 SAR 기반 토양수분 데이터의 정확도를 높이는 연구가 진행되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.267-267
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• 2016

1987년 백중사리 기간 중 태풍 "위니"의 영향으로 인해 전남 목포, 신안, 무안 등 서해안 일대에서의 침수피해 및 2002년 발생한 태풍 "루사"와 2003년 발생한 태풍 "매미" 등으로 인해 우리나라 남부지방에 막대한 재산과 인명의 피해를 가져와 사회적 혼란과 함께 자연재해에 대하여 국민의 관심이 고조되고 있다. 특히 우리나라는 지형과 해안선이 복잡하고 삼면이 바다로 둘러싸여 강우 및 조석 등 다양한 조건에 따라 동해, 남해, 서해의 해양특성은 물론 강우특성이 달리 나타날 뿐아니라 최근 이상기후로 인하여 해수위 상승 또한 달리 나타나고 있어 수재해 발생 빈도 및 피해 규모가 증가하고 있으나, 해안 도시 유역의 수재해 저감에 대한 설계기술 및 대응기법은 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 해안지역에 영향을 주는 강우특성을 분석하고 해수위 상승 원인별 위험도를 고려하여 침수를 모의하였다. 천수방정식을 지배방정식으로 하고 유한체적법과 well-balanced 기법이 적용된 2차원 수치모형을 이용하여 침수를 예측하고 실측치와의 비교 분석을 통해 모의의 적절성을 검토하였다. 침수심 예측결과는 해안 도시유역 특성에 맞는 다양한 수재해 저감기법을 제시하는 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.57-61
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• 2011

기후변화로 인하여 홍수, 태풍과 같은 대규모 자연재난이 전 세계적으로 발생하고 있으며, 이로 인하여 심각한 피해가 발생하고 있다. 특히, 현행 피해조사는 수작업으로 이루어지기 때문에 많은 시간이 소요되고 있으며, 또한 현장 조사자의 주관이 포함되어 정확성과 객관성이 부족하고 광범위한 피해지역이나 조사자가 접근할 수 없는 지역에 대한 피해조사가 어렵다. 따라서 신속 정확하고 객관적인 피해조사를 위하여 Stereo images와 IT기술을 이용한 피해조사 통합운영시스템을 개발하였으며, 2008년 경북 봉화군, 2009년 충북 제천시, 2010년 전북 남원시, 경남 합천군 피해현장에 대해 시범적용 하였다. 본 연구는 Stereo images와 IT기술을 이용하여 현장에서 휴대성과 안정성, 그리고 사용자 편의 등을 고려한 피해조사 통합운영시스템 개발과 현장운용결과에 대해 기술하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.149-149
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• 2016

최근 전 세계적으로 이상기후가 발생하고 있으며, 국내에서도 과거에 경험하지 못했던 자연재해가 빈번하게 발생하고 있는 추세이다. 가뭄은 홍수와 더불어 그 피해가 가장 큰 자연재해 중 하나이며, 장주기적이고 광역적으로 발생함에 따라 구체적인 발생시기, 장소, 원인을 파악하는 것이 어렵다. 그동안 국내에서는 가뭄극복을 위해 다양한 대책을 마련해 왔음에도 불구하고 가뭄피해는 지속적으로 증가하고 있다. 실례로 2014~2015 가뭄으로 소양강 댐은 역대 최저수위를 기록하였으며, 일부 지역에서는 제한급수, 농업용수 부족 피해가 발생한 바 있다. 이처럼 가뭄으로 인한 피해는 기후 변화의 영향으로 더욱 빈번할 것이라는 보고가 있어 가뭄해석을 위한 지속적인 노력이 필요하다. 가뭄해석에는 일반적으로 가뭄의 시작, 끝, 지속기간, 발생간격, 누적심도 등을 사용하며, 이를 가뭄특성인자라고 한다. 따라서 본 연구에서는 인위적인 시설물의 영향을 배제한 자연가뭄지수(Natural Drought Index, NDI)를 이용하여 국내 5개 행정구역의 지역별 가뭄특성을 분석하였다. 자연가뭄지수의 산정을 위해 입력자료는 3개월 누적강수량, 누적유출량, 평균토양수분량을 사용하였으며, 강수량은 국내 ASOS 59개 지점 자료, 유출량 및 토양수분량은 지표수문해석모형의 결과를 이용하였다. 가뭄특성 분석기간은 1977~2012년이며, 가뭄특성인자는 가뭄의 시작, 끝, 지속기간, 발생간격을 활용하였다. 과거 가뭄피해사례와, SPI, SRI, SSI 및 NDI의 가뭄특성인자를 비교하였으며, 정량적 비교를 위해 평균오차, 평균절대오차를 사용하였다. 가뭄특성인자 분석 결과 NDI는 가뭄의 시작과 끝을 가장 정확하게 반영하였다. 가뭄의 지속기간은 NDI, 발생간격은 NDI와 SPI가 정확한 것으로 나타났다. 자연가뭄지수는 단일변량 가뭄지수에 비해 지역적 가뭄특성을 정확하게 재현한다는 점에서 추후 가뭄감시에 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.269-269
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• 2023

기후 변화로 인한 강우 패턴의 변화는 도심지 방재성능 목표를 상회하는 홍수로 이어져 침수피해를 가중시키고 있다. 이로 인한 도시침수 피해를 저감하기 위하여 도시침수 예측모형 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 대규모 관망으로 이루어진 복잡한 도심지 우수관망을 모의하기 때문에 분석속도가 느려 실시간 예측 적용에 한계점이 있다. 도시침수 분석에 가장 많이 활용되는 대표적인 모형인 SWMM(Storm Water Management Model)은 복잡한 관망을 비교적 빠르고 정확히 해석할 수 있어 유용하지만, 이 또한 대도심의 우수관망 모의 시 많은 시간이 소요되며, 관망 정밀도 기준이 정의되어 있지 않아 분석에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 관망 간소화 기법(유역면적의 밀도, 관거 직경, 관로의 길이 등)을 적용하고, 이에 따른 주요 지선과 간선의 수위 변화와 침수흔적도를 비교하여 분석결과의 정확성을 담보하는 관망 간소화 수준을 파악하고 도시침수 분석 시 적정 간소화 기준과 자동 간소화 방안을 제시하고자 한다. 도시침수 분석 시 우수관망 자동 간소화를 위하여 Python을 활용한 코드를 작성하였으며, SWMM의 .inp 파일을 읽어들여 Dataframe형태로 저장한 후 분석을 위한 데이터 가공, 간소화 기준에 따른 분류, 간소화 대상 수리·수문인자 연산, 인접 간선에 연결, 간소화된 .inp파일 저장의 총 6단계로 구성하였다. 연구 대상지역은 도림천 유역으로 설정하였으며, 초기자료는 맨홀 30,469, 관거 32,443, 소유역 30,586개로 이루어져 있으며, 모의 시간은 약 2시간 30분이 소요되었다. 유역면적 100x100 미만을 대상으로 수행 시 맨홀 9,965, 관거 10,464, 소유역 9,240개로 관거의 복잡도가 약 1/3 감소하였으며, 모의 시간은 약 43분으로 기존대비 약 72% 단축되는 것으로 나타났다. 실제 침수가 발생한 주요지점들을 비교한 결과 R² 0.85 ~ 0.92로 예측모형의 정확도에 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났다. 도시침수모형 최적 간소화를 통해 모형의 복잡성을 줄이고, 계산량을 줄여 모형의 수행시간을 단축시킬 수 있으며, 불필요한 우수관망을 제거하거나 병합함으로써, 모형의 예측력 향상과 분석과 해석에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 기대한다.