• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1696-1700
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• 2010

현재 국내에서 적용하고 있는 관내 최대유속기준 3.0m/s의 타당성을 평가하고자 SWMM 모형을 이용하여 최대유속 적용기준에 대한 우수관거 수리분석 연구를 수행하였다. 강우시 모니터링 지점의 우수유입에 따른 관내 실측결과와 검 보정을 통하여 모형을 구축하였으며, 설계빈도(10년 빈도) 홍수 유입시 관내 수리특성을 분석하였다. 관 최적 설계안 수립을 위한 관거 모델링 수행을 통해 관 경사, 조도계수 변화에 따른 관내 최대유속 민감도 분석을 수행하고 최대유속 기준 변화에 따른 최적설계안을 제시하였다. 일반적으로 우수관거 수리계산시 실무에서는 MAKESW 프로그램을 사용하고 있다. 본 연구에서는 MAKESW가 반영하지 못하는 호우시 관거내 유속, 유량변화 시계열을 SWMM 모형을 통하여 우수관거 수리분석을 수행하였다. 실제 사업지구의 경우 MAKESW를 이용하여 설계된 관내 최대유속이 3.0m/s 이하 일지라도 월류, 압력류, 배수영향을 종합적으로 고려하는 SWMM 모형의 수행결과는 일부 관거에서 설계기준 이상의 유속이 발생하는 것으로 나타났다. 설계빈도 홍수량 유입시 관 경사, 조도계수 변화에 따른 관거 내 최대유속 민감도 분석을 수행한 결과, 관 경사가 5‰ 증가할 때 관내 최대유속은 약 4~26% 증가했으며, 관경사가 완만한 경우 관 경사 증가에 따른 최고유속의 증가 민감도는 더 커졌다. 관 조도계수에 따른 최고유속 분석결과 관 조도계수가 0.005 커질 때 최고유속은 약 30% 증가하는 것으로 분석되었다. 현재 국내의 최대 유속기준을 준수하려면 규정보다 훨씬 많은 맨홀 또는 암거의 낙차공을 설치해야 하기 때문에 공사비 증대를 초래할 수 있다. 아직 기본적인 연구단계지만 본 연구결과와 보완연구를 통하여 최적의 관내 최대유속 기준조건을 우수관거 설계계획에 반영한다면 공사비 절감, 공기단축 등의 효과가 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1350-1354
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• 2010

SWAT 모형에서는 토양수량을 고려하여 유출곡선지수법에 따라 지표유출량과 침투량을 계산하고, 계산된 침투량이 토양수대가 받을 수 있는 최대용량인 토양수 최대보수용량(soil water capacity)을 초과할 경우에는 그 초과분을 강제적으로 토양수량에 더해지도록 처리하고 있다. 즉, 초과침투량이 연직 아래로만 유입되는 것으로 간주하고 있다. 이러한 방식은 경사가 매우 완만한 경우에는 적합하다고 할 수 있으나, 국내 유역에서와 같이 비교적 유역 경사가 급한 경우에는 지표유출량이 작게 계산될 수 있으며 특히 집중호우시 강우에 대한 유출 응답이 둔감하게 모의되어 홍수기 큰 강우로 인해 급격하게 증가하는 유출량을 잘 모사하지 못하게 되는 경우가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 홍수기 큰 강우에 대해서 유출량이 민감하게 반응할 수 있도록 초과침투량 재분배 모듈($\underline{R}$edistributing $\underline{EX}$cessive $\underline{INF}$iltration module, 이하 SWAT-REXINF)을 개발하였다. 이 모듈은 토양층의 보수능을 초과하는 침투량 처리 방식을 개선한 것으로 지표유출의 집중시간과 토양수의 침루 유하시간의 상대적인 크기에 따라 초과침투량을 분배하여 지표유출량과 침투량에 할당하는 방식을 취하고 있다. 개발 모듈 SWAT-REXINF을 기 개발한 시간가중평균 유출곡선지수법에 의한 지표유출계산법과 접합-분리 방식의 토양층 구조화 기법 등의 유출계산 개선 기법과 접목하여 그 효과를 충주댐 유역에 대해 분석하였다. 시간가중평균 유출곡선지수법에 의한 지표유출계산법과 접합-분리 방식의 토양층 구조화 기법 등 다른 유출 개선 기법과 혼용하여 적용할 경우에는 지표유출량이 약 2배 증가, 첨두유량은 20~50% 증가하는 등 개선 효과가 매우 크게 나타났다. 모형 개선으로 인해서 강우량에 대한 유출량의 응답 민감도를 증가시켜 유출수문곡선의 증감을 보다 용이하게 모의할 수 있고 정확도 또한 높일 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.11 no.1
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• pp.1-12
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• 2002

중부지방 3백만 주민의 상수원으로 이용되는 대청호는 부영양화가 심화되어 적절한 수질관리가 없으면 상수원수의 최저등급인 3급수를 만족할 수 없는 상태에 이르고 있다. 그래서 2002년 1월에 금강수계 물관리 및 주민지원 등에 관한 법률이 제정되었는 바, 오염총량제와 수변구역의 지정을 통한 수질보전 등을 주요한 내용으로 포함하고 있다. 오염총량제를 실천하기 위해서는 대청호의 환경용량을 추정하는 것이 필수 불가결하다. 환경용량의 추정은 장래 대청호 수질영향권역에서 개발사업이 이뤄질 때 환경영향평가 특히 누적영향평가를 위해 필요하다. 대청호의 환경용량을 추정하기 위해 오염부하량과 유량의 변화가 대청호의 총질소와 총인농도에 미치는 영향을 WASF5모형으로 분석하였다. 총질소 부하량이 50%증가한다고 가정했을때 갈수기. 명수기, 홍수기에 각각 0.14-0.29 mg/l, 0.12-0.16 mg/l and 0.03-0.05 mg/l 정도의 농도 변화가 예측되었다. 총질소 부하량이 지금의 반이하로 감소하더라도 총질소농도 5급수기준 (1.0-1.5 mg/l)을 달성할 수가 없다. 대청호의 환경용량을 상수원수 3급수기준으로 산정한다면, 그것은 현재의 총질소 부하량의 반보다 훨씬 적다고 추정할 수 있으며 따라서 총질소 부하량은 지금의 반이하로 줄어들어야 할 것이다. 총인 부하량이 50%증가한다고 가정했을 때 갈수기, 평수기, 홍수기에 각각 0.005-0.011 mg/l, 0.004-0.006 mg/l and 0.001-0.002 mg/l 정도의 농도 변화가 예측되었다. 총인 부하량이 지금의 반이하로 감소하더라도 총인 농도 4급수기준 (0.05-0.1 mg/l)을 간신히 달성할 수 있다. 따라서 대청호의 환경용량은 지금의 총인 부하량의 반정도로 추정할 수 있으며 총인 부하량은 지금의 반이하로 줄어들어야 할 것이다. 오염부하량을 줄이기 위한 방안을 정오염원과 비정오염원으로 나눠 제시하였고 오염총량제 실현방안을 제시하였다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.14 no.6
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• pp.51-56
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• 2010

Records of accidents for buried pipeline across the river were gathered and causes were analysed. The results are intended to be utilized as basic data for determining a reasonable criteria for the depth of buried city gas pipeline crossing the river. Accident of river-crossing buried pipeline was mainly caused by flood. Sometimes corrosion was detected at the failed location of the pipe. In order to determine reasonable and efficient depth of burial of the pipeline, hydraulic evaluation of the river and structural analysis of the pipeline are necessary. Published data for the buried natural gas pipeline incidents were also investigated and summarized. Main causes of buried natural gas pipeline incidents were external interference and corrosion. However, the two main causes of incidents showed significant difference in the proportion of the entire incident, depending on burial environment.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.690-690
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• 2012

효율적인 수자원 관리를 위한 하천정비기본계획과 유역치수계획의 수립은 정확한 홍수량을 산정을 통해여 이루어지며, 이러한 첨두홍수량에 대한 계산이 좀 더 정밀해져야 할 필요성이 있다. 흐름해석에서 중요한 요소인 조도계수는 원래 하상재료의 조도(roughness)를 나타내는 척도로서 하상재료 및 하상표면의 특성에 의해 결정되어지는 값이지만, 실제 흐름계산에서는 식생, 하천 구조물, 사행도, 단면형태 단면 변화양상 등 하도의 상황뿐만 아니라 유량이나 수위에 의해서도 변화기 때문에(Frech, 1985) 이론적으로 조도계수를 정확하게 계산하는 것은 거의 불가능하다. 내륙부와는 매우 특이한 유출 형태를 보이고 있는 제주도의 하천은 평시는 대부분이 건천이지만 집중호우나 태풍 내습시에는 하천변의 침수와 범람 등의 재해가 발생하기도 한다. 지금까지 하천정비기본계획에서 제주도 하천의 조도계수는 자연형 하천에 적용되는 계수만을 전 구간에 일률적으로 사용하여 왔으나, 제주도의 하천은 대부분 15km내외의 짧은 구간에 산지와 농 목축업 및 도심하천이 혼재하고 있고 또한, 하상재료는 자갈 및 호박돌, 전석 등이 산재해 있어 구간별 조도분포도 매우 복잡하며 큰 변화를 보이고 있다. 하지만 하천현장에 대한 실측 조도계수의 조사나 측정은 전무한 실정이다. 한천의 하상재료의 입경을 이용한 방법으로 연구대상인 한천의 구간은 11.5km이며, 조도계수 산정구간을 10구간으로 세분화하고 각 구간마다 좌안, 중앙, 우안마다 100개씩 하상재료를 채취하였으며, 총 3000개의 채취한 하상재료를 이용하여 대표입경을 선정하고 입도분석 실시하였다. 지당 총 100개 이상의 자갈 입자를 선택하고 중경(intermediate axis)을 측정하도록 하고 있다. 그 결과를 기존의 조도계수 경험식에 대입하여 조도계수를 산정하였으며, 기존의 하천정비기본계획에 제시된 조도계수와 비교 분석하였다. 이러한 실측 조도계수을 이용한다면 보다 정확한 홍수량 산정과 하천실무에 적용 및 활용성이 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.709-709
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• 2012

보는 하천을 횡단하는 대표적인 수공구조물로써 수위를 유지하여 각종 용수의 취수 기능 및 주운 기능을 가지고 있다. 그러나 보를 설치할 경우 상류부의 유속이 점차 감소하여 유사 퇴적이 일어나며, 흐름 정체에 따른 수질 저하 및 수위 상승의 원인을 제공한다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 래버린스 보에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. Hay 등(1970) 연구에 따르면 래버린스 보의 월류능력은 동일 수두 조건에서 선형 보보다 높은 특성을 가진다. 또한 Tsang(2000) 연구에 따르면 큰 유량 및 낮은 월류고 조건에서 폭기 효율이 뛰어난 것으로 나타났다. 박호상(2009) 연구에 따르면 경사형 마루 래버린스 보가 일반형 래버린스 보의 수심유지 범위보다 더 크며, 산소전달효율도 더 높은 것으로 나타났다. 그러나 기존 보에서 발생되는 유사퇴적 및 흐름정체 등의 문제는 여전히 존재하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 유사의 연속성을 유지하고 흐름의 정체를 해소하는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림 1, 2 참조). 본 연구에서는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보의 홍수안정성 및 유사연속성에 대한 효과를 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 통해 분석하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며, 상류의 수심변화에 따라 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 에너지 감세 효과와 상류의 수심을 유지하는 효과가 나타났다. 또한 이격된 벽체로 흐르는 유속에 의해 래버린스 보 내의 마찰속도가 증가하였다. 이러한 결과, 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보가 홍수 안정성 및 유사배제에 효과가 있는 기술로써 가능성이 있는 것으로 판단된다. 향후, 수리모형실험을 통한 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료를 통해 설계 인자가 도출될 수 있을 것이며 나아가 기술의 상용화에도 크게 기여할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.696-696
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• 2012

호안은 유수의 침입으로부터 제방 및 하안의 침식 피해를 방지하기 위해 제방에 설치되는 구조물이다. 침식에 의한 제방 및 호안의 대표적인 붕괴특성 중에는 만곡부, 하천 급경사, 지형의 간섭효과 등이 있다. 특히, 만곡부는 원심력, 2차류 등에 의한 수위상승 및 유속증가로 제체에 응력 집중이 발생되어 안정성 저하를 유발할 수 있다. 또한, 만곡부의 흐름 방향전환 현상은 하도내 통수능 저하를 발생시켜 홍수피해를 가중시킬 수 있다. 따라서 하천특성상 만곡부에 의해 발생할 수 있는 홍수피해 요소를 저감시킬 수 있도록 적합한 피해저감대책을 마련할 필요가 있다. 제방의 보강대책으로서 활용되고 있는 호안은 역학적인 측면에서 외력과 저항력의 크기에 따라 안정성이 평가되어야 하며 지역여건 등에 따른 만곡부의 수위상승 및 제방 침식 등을 고려한 설계가 수행되어야 한다. 국내 실무에서 적용되고 있는 호안설계방법은 하천설계기준 해설(2009)을 참고하고 있는데, 흐름현상 및 만곡부 특성 등에 대하여 경험과 이론의 양면을 고려한 설계를 수행하도록 제안하고 있다. 이는 호안 안정성에 대한 역학적 검토 방법의 한계로 비합리적 설계가 될 우려가 있다. 따라서 만곡부에 의한 유속 및 소류력 등 흐름특성을 고려한 정량적인 평가기법이 요구되는 상황이다. 본 연구에서는 수리실험을 통해 만곡에 의한 흐름영향과 수리학적 거동 및 설계요소를 파악하고자 만곡부에 사석호안공을 설치하여 흐름전환 및 유속변화에 따른 사석호안공의 이탈현상을 재현하였다. 실험수로는 곡률반경( )이 4.5 m인 만곡부가 3개소 발생하는 폭 2.3 m, 길이 25 m의 다중 사행수로 형태이다. 실험수로 우안의 1V:2H 경사면에 10, 20, 30, 40, 50 mm 사석을 크기별로 설치하여 만곡에 의한 유속변화 등 흐름현상과 호안공 이탈을 관찰하였다. 수리실험은 고정상으로 수행되었으며 정상류 흐름조건에서 공급유량별 하류단 수위 조절을 통해 만곡부내 호안 공 이탈을 발생시키는 설계인자를 도출하고자 유속과 수심을 측정하였다. 실험결과를 바탕으로 사석호안공 설계시 1차원 접근유속에 만곡 영향을 고려하여 대표유속으로 적용하는 방법의 특성을 파악하고, 사석호안공의 이탈유속과 만곡에 의한 흐름특성간의 상관관계를 분석하여 제원결정기법을 제안하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.108-108
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• 2015

준설이란, 물리적으로 수저의 퇴적물을 제거함으로써 하도관리에서 가장 확실하게 퇴적물을 제거하고 통수 단면적을 증가시킬 수 있는 방법 중 하나이다. 우리나라에서는 주로 해안이나 항만에서 주를 이루어져 왔으며, 하천에서는 주로 골재채취를 목적으로 하는 소규모 준설사업이 대부분이었다. 그러나 4대강 살리기 사업으로 인해서 건설된 다기능보는 수위 및 유량을 조절할 수 있다는 장점이 있는 반면, 흐름 및 유사의 연속성을 차단하여 유사퇴적이 발생할 가능성이 높아졌음으로 이를 위한 대책으로 유지준설이 이루어져야 한다. 준설은 대규모의 사업비가 투입되는 건설공사이면서, 수저의 퇴적물을 물리적으로 제거함에 따라 고탁도를 발생시키고 생태계를 교란시키는 등의 문제가 있다. 준설선진국인 미국의 경우, 이러한 문제점을 최소화하기 위한 일환으로 환경창(EWs; Environmental Windows)을 개발하여 미국 준설사업의 약 80%에 적용하여 관리하고 있다. 환경창이란, 준설 및 준설토 처분에 관한 작업이 이루어질수 있는 기간을 의미하여, 결정적으로 사회 환경적으로 준설에 따른 영향의 강도가 상대적으로 작은 기간을 선정하여 준설을 허용하는 기간이다. 본 연구에서는 이러한 환경창를 국내에 적용하기 위하여 어류, 조류, 친수시설 이용빈도, 홍수기를 이용하였다. 연구대상지역은 낙동강 유역의 금호강 합류점이며, 홍수기에는 준설하지 않는 것을 대전제로 하였다. 어류는 대표어종을 선정하여 연구를 진행하였고, 그 외 조류는 법적보호종인 흑두루미, 친수시설 이용빈도는 4대강 방문객 통계자료를 사용하였다. 엔트로피 가중치 산정방법을 통하여 각 속성별 가중치를 산정하여 최종적으로 한국형 환경창을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 한국형 환경창은 기존의 환경창과 비교하였을 때, 영향의 정도를 수치로 표현하여 의사결정권자가 간편하게 환경창을 결정할 수 있도록 의사결정지원을 한다는 장점이 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.168-168
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• 2016

도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수 지역으로 변화시키는 것이며, 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기 중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 도시화 전 후의 물순환특성을 평가하기 위해서는 도시 개발 전 후의 장단기 수문 관측 결과를 기초로 물순환계를 구성하는 인자간의 관계를 정량적으로 분석하고 물순환계 구성요소의 일부 변화가 다른 부분에 미치는 영향을 평가할 필요가 있다. 즉, 도시화가 물순환 구조 변동에 미치는 영향을 정량적으로 평가함으로써 유역 전체의 건전한 물순환 체계를 유지할 수 있는 대책 수립이 가능하다. 본 연구에서는 판교신도시 개발에 따른 유역에서의 홍수 및 유출특성 변화의 정량적 규명을 목적으로 두고 집중형 모형인 HEC-HMS모형과 물리적 기반의 준분포형 모형인 CAT을 이용하여 판교신도시 개발전의 정량적 물순환 특성을 평가하였다. 대상유역은 지방 2급 하천 탄천의 지류인 운중천, 금토천이 포함된 판교유역이며, 유역면적은 약 $25km^2$이다. 이 중 유역면적의 38 %에 해당하는 지역이 개발되었으며 개발된 지역은 하류부근에 위치한다. 강우자료는 지상 강우관측소인 수원 관측소의 지점강우 자료를 이용하였다. 도시 개발 전 단계에 해당하는 2006년, 2007년 호우사상 중 누적강우량 50 mm 이상인 호우사상을 추출하여 모의를 수행하였다. 유출 특성 분석을 위해 12개의 소유역과 5개의 하도로 구성하였으며 HEC-HMS의 손실량 산정방법으로는 SCS Curve Number법을 사용하였고, 단위도는 Clark 단위 도법을 적용하였다. CAT모형에서 침투는 Rainfall Excess방법, 하도추적은 Muskingum 방법을 적용하였다. 관측치와 모의치의 적합도 검증을 위해 RMSE (Root Mean Square Error), NSE (Nash Sutcliffe Efficiency), $R^2$값을 산정하여 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.440-440
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• 2015

최근 급증하는 기후변화 영향으로 인한 자연재해의 위험이 증대되고 있다. 이러한 자연재해 중 가뭄은 그 빈도수나 피해의 규모가 홍수보다 작아 관련된 연구가 제한적이므로 유역의 특성을 반영한 장 단기 유출특성의 면밀한 검토가 요구되며, 향후 이를 반영한 홍수유출모형의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유역 수자원산정의 기초연구로서 낙동강 내성천 유역을 대상으로 유역의 유출수문자료를 구축하고 장기기저흐름지수(BFI: Base Flow Index), 표면유출지수(1-Base Flow Index)를 산정하여 유역의 유출특성을 분석하였다. 내성천유역은 낙동강 상류유역으로 본류길이는 110.69km, 유역면적은 $1,815.28km^2$이며, 분수계의 능선부가 대체로 1,000m이상의 고도를 나타내고, 유역분지의 평균 해발고도는 318.2m이다. 또한 영주댐이 검설 중에 있으며, 향후 댐 건설이 수자원에 끼치는 영향등을 분석 할 수 있는 유역이다. 본 연구에서는 내성천 유역을 분석하기 위해서 8개의 수위관측지점을 선정한 후, 2001년부터 2012년 기간의 일 유량자료를 바탕으로 유출비를 산정하였다. 내성천 8개 소유역의 유역 장기유출비를 분석한 결과 기저흐름지수는 0.24~0.47, 표면유출지수는 0.53~0.76의 분포를 나타내었다. 표면유출비는 미호(0.76), 월호(0.53), 점촌(0.71)유역을 제외한 5개 유역에서 0.62~0.65의 분포를 나타내었으므로 낙동강 상류인 내성천유역의 표면유출비로 0.63을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 다수의 낙동강유역을 추가분석하여, 낙동강유역의 고유 유출특성을 제시 할 수 있을 것으로 기대된다.