• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2021

최근 급격한 기후변화로 인한 기온, 강수량 등의 시·공간적 변화는 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도와 규모를 증가시키고 있다. 특히 한강수계 주요 하천에서는 급격한 도시화 및 산업화로 인한 물 수요의 증가와 기후변화로 인한 강수량 감소 그리고 하천변 시설에서의 과다한 지하수 이용으로 인해 지하수위 변동이 발생하고 있다. 2017년 국가 지하수관측연보 및 지하수조사연보에 따르면 한강수계에 위치한 전체 569개 관정 중 암반층 관정과 충적층 관정의 최근 5년간 지하수위 평균 변동폭은 각각 3.91 m, 2.73 m로 조사되었으며, 10년 이상 장기관측 자료를 보유한 430개소 관정 중 228개소 관정에서 지하수위 하강 추세를 보이는 것으로 조사된 바 있다. 이처럼 강우나 하천수위 등 자연적인 원인과 양수, 유출 등 인위적인 원인에 의해 발생하는 지하수위의 하강은 지반 침하의 주요 원인이 되며, 하천 기저유출의 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. 기저유출은 하천으로 단기 유출되는 지하수로 평수기 및 갈수기 하천 유량의 대부분을 차지하고 있기 때문에 건기시 하천 수질과 수생태계 관리에 있어 매우 중요한 요소에 해당된다. 따라서, 기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가하는 추세에 따라 기저유량 확보 및 수질 개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용·관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 현재 활용되는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran) 수문모형의 경우 지표유출 모의에 있어서 다양하게 활용되고 있으나 기저유량의 특성을 고려하기 위해서는 지표하 수문거동 모의가 어렵다는 한계가 있다. 또한 지표하 수문거동 모의가 가능한 MODFLOW의 경우 지표유출을 모의하기 어려운 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 SWAT-MODFLOW 모형이 개발되었으며, 본 연구에서는 SWAT-MODFLOW 모형을 활용하여 신둔천 유역을 대상으로 유량 및 지하수위 모의결과를 검보정하여 기저유량을 산정하고 변동특성을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.402-402
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• 2021

다목적댐의 유입량은 댐 저수지 관리 및 운영에 있어 중요한 고려사항으로, 정확한 유입량을 사용하는 것이 필수적이다. 댐 저수지 유입량은 유역의 물수지분석, 홍수조절 의사결정 등 이·치수적 측면에서 활용도가 높으며, 특히 기후변화로 인한 홍수나 가뭄의 발생이 빈번해진 최근의 상황에서 위기경보 운영 등 재난관리 측면에서도 그 중요성이 높아지고 있다. 현재 우리나라에서는 댐 저수지 유입량 산정에 방류량과 저수지 수위를 활용한 물수지방정식에 의한 방법을 공식적으로 활용하고 있다. 그러나 물수지방정식을 이용하여 계산된 유입량은 평수기와 갈수기 오차가 크고 음의 유입량 값이 발생하는 등 지속적인 개선의 필요성이 제기되었다. 이를 보완하기 위해 댐 저수지 직상류부 하천의 수위 측정치로부터 수위-유량곡선을 통해 유량을 산출하고, 그 값을 활용하여 댐 방류량을 추정하는 방법이 제시되었다. 그러나 직상류부 수위 측정이 불가능한 저수지에는 활용이 어렵기 때문에 다양한 지점에 적용할 수 없다는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 댐 저수지 유입량 산정방식의 한계를 보완하기 위해 수위계측이 어려운 지점에서도 유량 계산이 가능한 분포형 강우-유출모형 GRM(Grid based Rainfall-runoff model)을 연구에 활용하였다. 한강권역 내 K-water 운영 다목적댐인 소양강댐, 횡성댐, 충주댐 직상류부 유량과 분포형 강우-유출모형으로 계산된 유량을 비교하여 모의 유량자료의 활용성을 검토하였다. 다음으로 댐 유입지점-상류 관측지점 간 유량의 상관관계를 분석하였으며, 이를 통해 상류 하천에 흐르는 유량으로부터 댐 유입량을 계산할 수 있는 관계곡선식을 도출하였다. 본 연구에서 제시한 댐 유입량 산정방식은 관측지점의 다양성과 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다는 측면에서 기존 방식 개선에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 분석 절차의 표준화나 결과에 대한 다양한 검증이 이루어진다면, 홍수 및 가뭄의 위기경보 발령에 대한 참고자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제30권4호
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• pp.525-536
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• 2014

본 연구에서는 주요 수문 변수인 유출량, 저수위, 유량 등의 관측 자료가 부재한 미계측 유역에 대한 수문학적 가뭄 평가 및 감시를 위해 원격 탐사 자료를 활용하는 방법론을 최근 심각한 가뭄 피해를 입은 지역인 남한강상류 유역에 적용하였다. 수문 변수의 관측 자료가 부재한 지역에 대해서는 원격 탐사를 이용하여 수문 변수보다 추정이 용이한 강수량, 증발산량 등 기상 변수의 추정을 통해 물 수지에 기초하여 가뭄상태에 대한 정보를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 2002-2013년의 기간에 대하여 원격 탐사 자료를 이용하여 대기의 온도를 추정하고, 이로부터 증발산량을 도출하여 강수량과 증발산량 차의 백분위가 유량 백분위와 가지는 상관성을 분석하였다. Aqua위성에 탑재된 MODIS 센서의 $1{\times}1km$ 공간 해상도의 지표면 온도와 $5{\times}5km$ 공간해상도의 대기 연직 온도 자료를 이용하여 월별 최고 및 최저 대기 온도를 추정하였으며, Hargreaves 방법을 이용하여 증발산량을 추정하였다. 미국몬태나주립대학교에서 Penman-Monteith 방법을 이용하여 추정한 기존 자료(MOD16)의 잠재 증발산량과 비교한 결과 상대적으로 결정계수는 더 작았으나 상당히 작은 오차를 보였다. 남한강상류 유역에 대하여 TRMM 위성으로부터 도출한 강수량과 함께 1, 3, 6, 12개월 시간 척도의 P-PET(강수량 증발산량) 백분위를 구해 유량 백분위와의 상관관계를 분석하였다. 남한강상류 유역은 여름철(r = 0.89, tau = 0.71)과 가뭄 평가에 중요한 가을철(r = 0.63, tau = 0.47)에 1개월 P-PET 백분위가 유량 백분위와 95% 신뢰도로 통계적으로 유의한 높은 상관관계를 나타냈다. 이 유역은 강수의 영향이 특히 크게 나타나는 지역으로 일반적으로 건조한 지역과는 달리 증발산량이 유량과 양의 상관관계를 보였다. 연구 결과로부터 원격 탐사 자료가 미계측 유역에서 수문학적 가뭄 평가 및 감시에 유용하게 활용될 수 있음을 보였으며 특히 공간적으로 분포된 높은 해상도의 추정 자료는 지역별로 차별화된 가뭄 대책 수립에 기여할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권6호
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• pp.407-418
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• 2017

임진강 유역은 북한과 인접해 있는 지리적 특성 때문에 수문관측에 어려움이 있고 급작스러운 홍수발생 시 대응측면에서 취약하다. 이에 따른 대책으로 2005년 군남홍수조절지 건설이 계획되었다. 그러나 이러한 구조적 대책에도 불구하고 북한의 무단방류에 의한 피해가 계속 발생되고 있고, 2012년부터 지속된 한반도 가뭄의 영향과 북측댐의 일방적인 저수로 임진강 유량이 급격히 감소하여 임진강 하류에서 가뭄 피해가 발생하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 임진강유역의 가뭄피해를 대비하고 홍수발생 시 효율적인 대응시간을 확보하기 위하여 군남홍수조절지의 새로운 운영방법을 도출하였다. 먼저 가뭄피해 대비를 위해 저수용량을 확보하는 방안으로서 홍수기 군남홍수조절지 운영수위를 EL.23.0 m에서 EL.31.0 m로 상향하여 유지하는 운영방법은 기존운영방법과 비교 분석 시 약 14백만 $m^3$의 용수를 추가 확보할 수 있다. 또한, 홍수발생 시 초기 $250m^3/s$로 조절방류를 하여 유입량을 일부 저류시키는 운영방법은 기존운영방법과 비교 분석 시 저수지 저류효과가 평균 2.66% 증가한 것으로 나타났다. 이는 기존의 운영방법과 비교하였을 때 평균 약 19시간의 대응시간 확보가 가능한 것으로 분석되었다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.61-72
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• 2021

최근 기후변화로 인한 가뭄발생으로 국지적인 물부족 문제 해결을 위해 안정적인 지하수를 활용한 물공급 방안의 필요성이 증가하고 있으며 이에 대한 대안으로 지하수 인공함양 기술이 대두되고 있다. 본 연구에서는 기상조건 및 목표취수량, 함양정의 주입량, 주입기간 등을 고려한 함양 시나리오를 반영하여 수치모델링을 통해 인공함양-취수 시스템의 함양능력 평가와 최적 운영조건을 도출하여 가뭄발생에 대비한 농업용수의 효율적인 공급과 안정적인 용수확보를 위한 정량적인 평가기법을 도출하고자 하였다. 이에 함양정의 함양능력을 평가하기 위해 물수지 분석으로부터 도출된 목표취수량을 고려한 총 주입량 10,000 ton의 조건하에서 주입 시나리오별(Case 1~4)로 주입정 및 관측정별 지하수위 변화를 모사한 결과 주입 후 유역 내 지하수위는 약 25~42일간 유지되는 것으로 나타났다. 이 중 Case 3의 경우 지표하 1 m 미만으로 지하수위가 상승하여 적정 주입량은 50 m³/day가 적절한 것으로 모사되었으며 함양수 주입에 의한 지하수위 상승에 따른 영향범위는 113.5 m로 예측되었다. 또한 함양 시나리오에 따른 하류부 저투수성 벽체(LPB) 설치 전후의 유역내 함양능력 변화는 설치 전 대비 지하수 저류량은 약 6배가량 증가하였고 지하수 체류시간은 약 4배 정도 증가하는 것으로 모사되었다. 본 연구결과는 향후 가뭄대응을 위한 안정적인 농업용수 공급 및 지속적인 수자원 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1698-1702
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• 2009

효과적인 저수지 수질관리를 위해서는 신뢰도 높은 수리 및 수질모델이 필요하며, 이러한 모델의 성능은 다양한 수문사상에 대하여 적용함으로써 검증할 수 있다. CE-QUAL-W2 모델(이후 W2)은 횡방향 평균 2차원 수리 수질 해석 모델로써 수체의 길이에 비해 폭이 상대적으로 좁고 수심이 깊은 우리나라 대부분의 저수지 지형에 적합한 모델이다. 본 연구의 목적은 기존 연구에서 가뭄년인 2001년과 평수년인 2004년 수문사상에 대하여 보정한 대청호 W2 부영양화모델을 최근 평수년인 2006년과 가뭄년인 2008년을 대상으로 검증하는데 있다. 모델의 검증은 물수지, 수온성층 구조 변화, 부영양화 해석에 중점을 두었으며, 실측자료와 모의결과의 적합성 비교 평가는 결정계수값$(R^2)$, AME(absolute mean error)와 RMSE(root mean square error)를 이용하였다. 저수지 물수지의 적합성을 검증하기 위하여 모의수위와 실측수위를 비교한 결과, $R^2$값이 2006년과 2008년에 각각 0.9945, 0.9972로 나타나 신뢰도가 높은 것으로 확인되었다. 계절별 성층구조 변화 모의 성능을 검증하기 위해 회남수역과 댐 앞 지점에서 수심별 수온의 모의값과 실측값을 비교하였다. 2006년의 경우 모델은 홍수기 동안 안정적으로 수온 성층현상을 모의하였으나, 댐 앞 지점에서 수온 약층이 형성된 구간에서 실측값과 다소 편차를 보였으며, 오차크기는 AME가 $0.561\sim2.088^{\circ}C$, RMSE는 $0.797\sim2.762^{\circ}C$범위였다. 반면, 가뭄년인 2008년에는 전 기간에 걸쳐 모두 안정적으로 저수지 수온 성층현상을 모의하였으며, 오차크기는 AME $0.413\sim1.162^{\circ}C$, RMSE $0.546\sim1.415^{\circ}C$ 범위였다. 조류의 생산성이 높은 표층에서 T-N, T-P 및 Chl-a 농도 모의결과를 장계교, 대정리, 회남대교, 댐 앞, 추동취수탑 및 문의취수탑에서 시계열로 실측값과 비교 검증한 결과, T-N과 T-P는 2006년과 2008년 모두 모든 비교 지점에서 모의값과 실측값의 시계열 변동이 매우 잘 일치하였으며, 홍수기 이외 기간에는 큰 변동 폭을 보이지 않았다. 그러나 기존 연구에서 확인된 바와 같이 7월 이후부터 T-P 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였는데, 그 원인은 산소 결핍상태에서 저니층에서 용출되는 철(Fe) 또는 망간(Mn)과 같은 이온 성분이 인과 흡착하여 침전되는 기작이 모의과정에 적절히 반영되지 않은 것이 원인으로 판단된다. 조류(Chl-a)농도의 경우, 2006년과 2008년에 모든 지점에서 모델은 조류의 발생과 시계열 변화를 적절히 모의하였으나, 2008년 1월부터 8월까지 댐 앞과 추동 및 문의취수탑에서는 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였다. 이는 해마다 그리고 계절별로 우점하는 조류 종이 상이한 반면, 모델에서는 이에 대한 매개변수를 적절히 고려하지 못한 것이 원인으로 판단된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제18권4호
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• pp.242-252
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• 2016

생태계 과정 모형인 BIOME-BGC를 이용해 국내 상록침엽수림의 탄소-물 순환 과정의 계절 및 연간 변화를 모의하여 국내의 소나무 고사 현상의 기후-토심 영향을 분석하였다. 연구지로 2009년과 2014년 각각 소나무 대량 고사가 발생한 밀양과 울진을 선정하였다. 두 지역의 표준강수지수를 산정한 결과 약 5년 내외의 주기의 가뭄현상을 판별하였다. 2000년 중반 이후 가뭄은 고온 건조 기후 특성을 보였다. 모형의 여러 변수를 조사한 결과, 임시탄소저장소인 Cpool 변수가 탄소기아에 의한 소나무고사 현상과 개연성이 큰 변수로 나타났다. Cpool의 감소는 총일차생산성(GPP) 감소 혹은 유지호흡(Rm) 증가의 결과로 발생하였고, 연구기간 중 Cpool이 최저값을 보인 해는 각 연구지역에서 소나무 대량 고사가 발생한 해와 잘 일치하였다. 두 지역 모두 가뭄에 의한 GPP 감소와 고온에 의한 Rm 증가가 Cpool의 감소를 초래하였는데, GPP와 Rm의 상대적 기여도는 지역별로 상이하였다. 특히 저온다습한 울진의 경우 Rm 증가 영향이 중요한 요인이었다. 한편 낮은 토심에서 생산성, 생체량, 증산량, Cpool 등 제반 탄소-물 관련 변수가 감소하였고 연간 변동폭이 증가하였다. 그러나 0.5 m 이하 토심에서는 Cpool에 큰 차이가 없는 것으로 보아 일정 수준 이하의 토심에서 생체량-생산성-유지호흡 간의 균형에 따라 Cpool이 유지되는 적응 메커니즘이 나타난 것으로 보인다. 이 연구의 결과 소나무 고사와 관련한 고온건조-탄소 기아 가설을 제안하였고, 보다 현실적 분석을 위한 향후 모형 개선 방향을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2020

최근 전 세계적으로 기후변화로 인한 자연재해가 빈번하게 발생하고 있으며, 우리나라 역시 해마다 가뭄과 홍수 등의 피해가 큰 실정이다. 특히 가뭄으로 인한 피해는 농업분야와 직결되어 있으며, 미래식량과 물안보에 영향을 미친다. 최근에는 국내 물관리일원화 정책에 따른 통합물관리 시행으로 수요관리에 의한 물이용 효율성이 물관리 기본원칙으로 포함되어 있어, 농업용수 분야의 물절약 필요성과 중요성은 더욱 증대되고 있는 실정이다. 농업농촌부문 가뭄대응 종합대책의 일환으로 2016년부터 농업용수 이용자 측면에서 물절약 실천을 유도하기 위한 물절약 교육 모델의 개발과 농업인 대상 시범교육이 실시되고 있으나 일부 지역에만 단발성 사업으로 제한적으로 추진되고 있는 실정이다. 따라서 물절약 교육 및 홍보사업을 보다 체계적이고 광법위하게 적용하여 농업 현장에서의 가시적인 물절약 성과를 도출하기 위한 노력이 요구된다. 이에 대한 일환으로 본 연구에서는 물절약 교육 콘텐트 개발 및 현장 교육에 반영하기 위하여 농업인 대상 물절약 의식과 행동실천 여부에 대해 조사를 실시해 보았다. 포항 및 영덕지역의 한국농어촌공사 관할지구 내 농업용수 이용자 중 수리시설감시원(이하 '수감원') 100여명을 대상으로 설문조사로 파악해 보았다. 설문에 참여한 수감원들은 대부분 65세 이상의 고령으로 농업에 오랜 기간 종사한 경험의 소유자로서 소규모 농업경영이 주를 이루었다. 대부분 농사기간동안 물부족 경험이 있었으며, 모내기 및 벼생육기 강우조건에 따라 물부족을 경험한 것으로 파악되었다. 이로 인해 설문 참여자들의 물절약 필요성에 대해서는 높은 공감대를 나타내었으며, 특히 농업인 대상 물절약 교육의 필요성에 대해서 매우 높은 공감대를 나타내었다. 농업인의 물과다 사용 및 물꼬관리 부실 등 필지단위 물관리 부실에 대해서도 상당히 인정하는 편이었으며, 이러한 농업인의 관행적인 물관리 행태에 대해서 변화를 유도할 수 있는 수리계조직 부활을 통한 농업인 물관리 직접 참여 등의 대안이 필요하다는 의견에 대해서도 긍정적이었다. 또한 농업인 용수이용에 대한 비용 부담에 대해서도 다소 긍정적인 의견도 제시되었다. 본 연구 결과로 농업인의 적극적인 물관리 및 물절약 참여를 이끌어 낼 수 있는 실현가능한 관련 제도 마련의 필요성과 체계적이고 지속적인 물절약 교육 및 홍보 정책 추진의 필요성이 제기된다.

• 한국제4기학회지
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• 제15권1호
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• pp.47-52
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• 2001

설악산 백담산장 (해발고 400m) 지역에서 자라는 소나무를 이용하여 141년 (A.D. 1858∼1998)간의 나무나이테(연륜) 연대기를 작성하여 4월∼8월 총강수량을 복원하였다. 복원한 결과 1880∼1887년, 1893∼1901년, 1922∼1938년은 건조기로 나타났으며, 1906∼1918년은 습윤기로 나타났다. 장기간 변동으로 보았을 때, 19세기말과 20세기초는 20세기 후반기보다 건조하였다. 전기간에 걸친 가뭄주기는 4.14년과 3.16년으로 분석되어 장주기보다 단주기 변화가 우세하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권7호
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• pp.475-488
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• 2017

정확히 가뭄을 모의하기 위해서는 수문기상학적 현상을 반영할 수 있는 가뭄지수가 필요하며, 국내에서 수문학적 가뭄을 모의하기 위해 MSWSI (Modified Surface Water Supply Index)를 활용한 여러 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 MSWSI의 한계점을 분석하고 MSWSI의 불확실성을 정량화하였다. 우선 MSWSI 인자로서 활용가능한 수문기상인자의 선정에 따른 영향을 분석하였다. 기존 MSWSI에 적용한 하천유량, 지하수위, 강수, 댐유입량의 4개 입력인자별로 하나의 관측소자료만을 이용하였으나 본 연구에서는 중권역별 특성에 맞도록 댐저수위와 댐방류량도 포함하였으며, 여러 관측소의 자료를 취득하여 면적평균자료를 사용하였다. 2001년과 2006년 가뭄사례에 대해 MSWSI 모의검증 결과, 본 연구의 MSWSI가 실측수문기상자료의 경향을 더 잘 반영하여 가뭄을 모의하였으며, MSWSI 인자의 선정이 가뭄모의 정확성에 영향을 주는 것으로 나타났다. 다음으로 MSWSI 인자에 적용하는 확률분포의 선정에 따른 영향을 분석하였다. 강수자료는 Gumbel와 GEV 분포, 하천자료는 정규분포와 Gumbel 분포, 댐자료는 2-매개변수 대수정규분포와 Gumbel, 지하수는 3-매개변수 대수정규분포를 따르는 것으로 나타났다. 이에 따라 중권역별로 최대 36개의 MSWSI를 산정하였으며, 확률분포의 선정에 따라 MSWSI 범위가 매우 다르게 나타나 어떠한 확률분포을 적용하느냐에 따라 MSWSI 결과는 매우 달라질 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 maximum entropy를 이용하여 MSWSI 입력인자의 선정과 입력인자별 확률분포 선정의 영향에 따른 불확실성을 정량화하였다. 분석결과, 입력인자의 수가 많이 적용될수록 불확실성은 증가하는 것으로 나타났으며, 홍수기에 MSWSI 입력인자별 확률분포 적용에 따라 MSWSI의 불확실성이 증가하는 것으로 나타났다.