• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.365-365
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• 2012

이수 및 치수를 위한 수공구조물 설계 및 하천기본계획 수립의 요점은 설계홍수량의 산정에 있으며, 통계적으로 유의성을 가지는 설계홍수량을 산정하기 위해서는 일반적으로 30년 이상 관측된 홍수자료가 요구된다. 우리나라의 경우 대부분의 유역이 미계측 유역이거나 관측년수가 비교적 작은 경우가 많으므로, 상대적으로 자료 연한이 긴 강우자료를 빈도분석한 후 이를 강우-유출 모형에 입력하여 확률홍수량을 추정하는 간접적인 방법이 주로 이용되며 사용된 강우의 빈도가 홍수의 빈도와 동일하다는 가정을 기본으로 한다. 그러나 동일한 강우량이 발생하더라도 강우의 강도, 지속시간, 유역의 선행함수조건 등과 같은 유역 특성에 따라 유출의 특성은 현저히 다르게 나타나며 결국 이러한 특성은 입력자료, 강우-유출 모형, 기후변동성 등과 같은 불확실성 요소로 인식될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 불확실성을 고려할 수 있는 강우-유출 모의기법을 개발하여 이를 통해 홍수빈도곡선을 유도할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 불확실성 분석을 위해 기존 HEC-1 강우-유출 모형에서 Bayesian MCMC 기법을 적용하여 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수들의 최적화 및 불확실성 분석을 수행하였다. 마지막으로 기후변화 영향을 통합한 홍수빈도곡선을 유도하기 위해서 극치강수를 모의하는 것이 필요하며, 본 연구에서는 극치값 재현에 있어서 우수한 성능을 발휘하는 Kernel-Pareto Piecewise분포 기반의 강우모의발생 기법을 적용하여 HEC-1모형과 연동되도록 모형을 개발하였다. 본 연구에서 제안하는 방법론은 기존 홍수빈도곡선 유도 방법에서 불확실성을 분석하기 위해 모든 변수들을 독립사상으로 간주하고 Monte Carlo Simulation을 수행함으로서 매개변수들간의 상호연관성, 상관성, 조건부 확률들을 고려할 수 없었던 점을 Bayesian 모형을 통해 매개변수들간의 조건부 확률을 고려한 매개변수의 사후분포 도출을 가능하게 하여 보다 현실적인 강우-유출 관계 도출이 가능하고 불확실성 구간이 자연적으로 도출됨으로서 향후, 신뢰성 있는 수자원 계획수립에 유용한 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.888-888
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• 2012

본 연구는 3년(2008~2011년)간의 연구기간동안 저탄장에서 발생하는 유량과 수질농도를 분석하여 저탄장의 비점오염 유출특성을 파악하고자 하였다. 연구지점은 강원도 태백시에 위치한 가행 광산으로써 광산작업으로 인해 생산되는 비축탄(석탄과 광재)을 저장하는 대규모 저탄시설이다. 저탄장에는 강우로 인해 발생하는 강우유출수의 오염물질 배출량을 줄이기 위해 콘크리트 배수로와 침사지 시설이 설치되어 있다. 침사지를 거쳐 하천으로 유입되기 전에 강우유출수의 모니터링을 위해 모니터링 시설(유량계, 자동수질시료채취기, 강우량계)을 설치하여 유량과 농도를 측정하였다. 또한 정확한 강우량 측정을 위해 자기우량계를 설치하였다. 연구결과 강우에 의해 유출이 발생한 최저 강우량은 6.0 mm 인 것으로 나타났으며, 강우사상의 강우량은 6.0~248.4 mm의 범위로 나타났다. 이때 평균 강우강도는 0.6~13.1 mm/hr 인 것으로 나타났으며, 강우에 발생한 강우유출수의 유출률은 0.02~0.40으로 나타났다. 저탄장의 경우 저탄장의 표면을 비닐 캔버스로 덮어두기 때문에 불투수층이 많아 6.0 mm 정도의 적은양의 강우가 발생해도 유출이 발생하는 것으로 나타났다. 각 강우사상의 EMC 농도는 SS 6.5~712.3 mg/L, $COD_{Cr}$ 11.6~263.9 mg/L, $COD_{Mn}$ 3.4~106.8 mg/L, $BOD_5$ 1.0~56.0 mg/L, TN 0.145~5.600 mg/L, TP 0.101~2.526 mg/L, DOC 0.6~22.0 mg/L로 나타났다. 저탄장에서 측정된 수질농도는 기존 가행 광산에 관한 연구에 비해 SS 농도가 낮게 산정 되었으며, 이는 저탄장에 설치되어 있는 침사지 시설의 영향인 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 저탄장에서 발생하는 비점오염원의 유출특성을 파악하고, 모델링이나 환경정책에 필요한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 강우량, 면적, 피복율 또는 침사지 시설 등의 영향에 대한 추가적인 모니터링을 통한 다각적인 분석의 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.573-573
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• 2016

우리나라의 하천 및 호소에 유입되는 오염물질 중 약 30% 이상이 농업(경종 축산)활동 등에 의한 비점오염원이며 특히, 축산비점오염원에 대한 관리는 관련 분야의 특징에 대한 정확한 이해를 바탕으로 국내 실정에 적합하고 현실적인 정책과 제도를 개발하여 적용하는 것이 필요하다. 실질적인 정책과 제도의 개선안 수립 적용을 위해서는 축산비점오염물질 배출에 대한 신뢰성 있는 정량화가 선행되어야 하나, 모니터링 자료가 충분하지 못하여 실측자료에 근거한 부하량 평가가 어렵고, 토지이용, 강우강도, 경사도 등에 따른 비점오염물질과 수계 유입되는 유달부하량 정량화에 대한 연구사례는 적은편이다. 따라서 국내 실정에 적합하고, 현실적으로 적용 가능한 정책 및 제도 개선안 마련을 위해서는 합리적인 오염 배출량 자료와 저감방법에 근거하여 현실적인 대안을 도출하는 연구가 필요하다. 또한 이러한 실정을 파악하기 위해서는 국내 축산 밀집지역을 대상으로 하여 강우시와 비강우시 오염물질들의 유출 특성 및 배출농도에 대한 기초자료가 필요하며 이를 토대로한 특성파악이 가장 우선시 되어야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 축산밀집지역인 정읍시 덕천면의 덕천천 유역일대를 대상으로 하여 강우시는 년 5회 비강우시는 년10회 모니터링을 통해 기초데이터를 구축하였으며 유역특성을 고려하여 총 8개 지점을 선정하여 조사하였다. 모니터링 결과 비강우시의 수질농도 평균값을 살펴보면, BOD, T-N, T-P 의 경우 모두 상류지점에서 하류로 가면서 점점 감소하는 경향을 보였다. 특히 축사 밀집지역인 상류지역서 가장 높은 농도를 나타냈다. 강우시의 경우 하류부분에서 가장 높은 값을 보였으며 가축자원화시설이 위치한 지점부터 높아진 후 하류로 갈수록 점점 농도가 증가된다. T-N의 경우 축사와 농경지가 밀집되어 있는 포함하는 지점에서 높은 값을 기록하였으며, 유량이 많아지는 하류지점에서 가장 낮은 값을 나타내었다. T-P의 경우도 BOD와 마찬가지로 하류지점에서 가장 높은 값을 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.61-61
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• 2019

우리나라는 대부분이 산지(약 65%)로 구성되어 있어 강우 시 그 공간적 분포의 변동성이 매우 큰 편이며, 특히 전형적인 산지지형인 댐 유역의 경우 고도 변화 등에 기인한 지형특성 등에 따라 강우의 형태 및 패턴과 이에 따른 유출변화가 큰 복잡한 특성을 갖는다. 이로 인해 단순히 지점강우들을 공간보간(평균)한 면적강우를 홍수 유출모의 등에 활용할 경우 그 신뢰도가 매우 낮은 경우가 많아, 수문모의에 있어 레이더에 기반을 둔 공간 분포형 강우 등의 도입 검토가 요구된다. 한편, 최근 기상청에서는 보다 정확한 레이더 강수량 추정 값의 제공을 위해 "레이더-AWS 강우강도(Radar-AWS Rainrates, RAR)" 산출 기술을 지속적으로 개선하고 있으며, 이는 지상 우량계 대비 상당한 정확도를 보이고 있다. 본 연구에서는 국내 산지지형을 대표하며, 타 댐 유역에 비해 비교적 수문(수위/유량)관측소와 자료가 많은 용담시험유역에 기상레이더 강수량 추정 값(RAR)을 적용해 산지지형 댐 유역에서 강우의 시공간적 변동성과 이에 따른 홍수량의 정확한 분석을 통해 홍수 시 댐 유입량의 정확한 산정 등에 활용할 목적으로 홍수 유출모의를 수행하고자 한다. 모의에는 최근 5년(2014~2018년)동안 발생한 비교적 독립적인 1~2개(연도별)의 홍수사상을 적용하였으며, 모형은 분포형 강우를 적용할 수 있는 비교적 간단한 모형인 HEC-HMS를 활용하였다. HEC-HMS는 주로 집중형 수문모형(Lumped Hydrologic Model)으로 분류되어 레이더 강우와 같은 분포형 자료의 입력을 주로 적용치는 않고 있지만, HEC-GeoHMS와 ModClark 방법을 활용하면 격자단위의 분포형 강우를 적용할 수 있는 형태의 모델 구축이 가능하다. 모의 결과는 기존 유역평균 강우를 적용한 방법과 비교를 통해 그 개선점을 검토하고자 하며, 이를 통하여 산지지역 댐 유역의 홍수특성을 보다 더 정확하게 분석해보고자 한다. 한편, ModClark을 적용한 홍수 유출모의는 단순히 소유역별 도달시간의 격자별 비율을 고려한 홍수추적으로 그 해석상의 한계가 있어, 최근 개발된 하이브리드 수문모형(Hybrid Hydrologic Model, Distributed-Clark) 등도 동일유역에 대해 도입 적용할 계획에 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.59-59
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• 2019

최근 기후변화로 인해 대류성 집중호우가 빈번하게 발생하고 있으며, 이러한 강우 특성은 산지지역에 위치한 소하천유역에 상당한 피해를 야기한다. 대류성 집중호우는 규모가 작고 속도가 빠르기 때문에 중규모 이상의 유역에서 부분적으로 상이한 강우특성을 보인다. 아울러 이러한 호우패턴의 변화는 일시적인 현상이 아닌 하나의 기상 특성으로 자리를 잡아가고 있기 때문에 이에 대한 대책마련이 더욱 필요한 실정이다. 돌발홍수 예경보시스템에 예측강우 자료는 예측 선행시간의 한계를 가진다. 즉, 예측강우 자료자체가 가지는 편의와 불확실성으로 인해 예측 선행시간이 3시간을 초과하면 신뢰도가 급격히 하락하게 된다. 이를 해결하기 위해 우리나라에서는 지상관측치와의 편의를 보정하거나 예측강우자료 자체의 품질을 개선하려는 노력을 지속하고 있다. 본 연구에서는 예측 선행시간을 확장하고자 순차적으로 생산되는 예측강우를 가중평균하여 앙상블 예측치를 모의하는 기법을 개발하였다. 각 선행시간별 예측강우자료를 앙상블 멤버로 인식하여 이들의 공분산 구조를 파악하고, 분산과 공분산 수치를 이용하여 가중치를 결정하였다. 1, 2, 3시간 예측 선행시간에 대한 확장 가능성을 확인하고자 하였고, 최적의 앙상블 멤버 개수를 결정하여 적용 및 평가하였다. 본 연구에서는 2016년과 2017년에 발생한 주요 호우사상을 선정하고, 우리나라 전역에 걸쳐 예측강우 앙상블 생성 방법론을 적용하였다. 그 결과, 가중평균 앙상블의 예측치가 예측강우장 1개, 단순평균 앙상블 예측치에 비해 좋은 품질의 예측 성능을 보였으며, 예측치의 분산 또한 감소하여 예측에 대한 불확실성이 줄어듦을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.37-37
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• 2022

유효우량 산정을 위하여 국내에서 주로 사용되는 모형은 NRCS-CN(Natural Resources Conservation Service - curve number) 모형으로, 유역의 유출 능력을 나타내는 유출곡선지수(runoff curve number, CN)와 같은 NRCS-CN 모형의 매개변수들은 관측 강우-유출자료 또는 토양도, 토지피복지도 등을 이용하여 유역마다 결정된 값이 사용되고 있다. 그러나 유역의 CN값은 유역의 토양 상태와 같은 환경적 조건에 따라 달라질 수 있으며, 이를 반영하기 위하여 선행토양함수조건(antecedent moisture condition, AMC)을 이용하여 CN값을 조정하는 방법이 사용되고 있으나, AMC 조건에 따른 CN 값의 갑작스런 변화는 유출량의 극단적인 변화를 가져올 수 있다. NRCS-CN 모형과 더불어 강우 손실량 산정에 많이 사용되는 모형으로 Green-Ampt 모형이 있다. Green-Ampt 모형은 유역에서 발생하는 침투현상의 물리적 과정을 고려하는 모형이라는 장점이 있으나, 모형에 활용되는 다양한 물리적인 매개변수들을 산정하기 위해서는 유역에 대한 많은 조사가 선행되어야 한다. 또한 이렇게 산정된 매개변수들은 유역 내 토양이나 식생 조건 등에 따른 여러 불확실성을 내포하고 있어 실무적용에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는, 현재 사용되고 있는 강우손실 모형들의 매개변수를 추정하기 위한 방법을 제시하고자 하였다. 본 연구에서 제시하는 방법은 인공지능(AI) 기술 중 하나인 딥러닝(deep-learning) 기법을 기반으로 하고 있으며, 딥러닝 모형으로는 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 모형이 활용되었다. 딥러닝 모형의 입력 데이터는 유역에서의 강우특성이나 토양수분, 증발산, 식생 특성들을 나타내는 인자이며, 모의 결과는 유역에서 발생한 총 유출량으로 강우손실 모형들의 매개변수 값들은 이들을 활용하여 도출될 수 있다. 산정된 매개변수 값들을 강우손실 모형에 적용하여 실제 유역들에서의 유효우량 산정에 활용해보았으며, 동역학파 기반의 강우-유출 모형을 사용하여 유출을 예측해보았다. 예측된 유출수문곡선을 관측 자료와 비교 시 NSE=0.5 이상으로 산정되어 유출이 적절히 예측되었음을 확인했다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.997-1000
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• 2008

기상 레이더와 지상강우계를 이용한 실시간 강우산정기법은 전형적인 Marshall-Palmer(M-P) 방법, geostatistic 접근법을 이용한 방법, 회귀분석에 의한 방법, Kalman filter를 이용한 방법 및 실시간 weight mask를 이용한 보정 등 여러 형태가 존재한다. 본 연구에서는 실시간 강우산정을 위한 각 방법의 장단점 및 적용성을 분석하였다. 전형적인 M-P 방법은 잘 알려진 바와 같이 호우사상을 과소 추정하는 단점을 가졌으며 기존 연구자들이 제시한 바와 같이 층운형, 대류형과 같은 강우형태에 따라 다른 Z-R관계식을 가지므로 단일 Z-R관계식으로 강수를 산정함에 있어 한계를 가진다. Geostatistic 기법을 이용한 실시간 강수 산정의 경우, 지상 강우계 정보를 활용하여 강우공간분포를 개선하는 여러 기법 즉 cokriging, external drift 기법 등이 존재함에도 불구하고 과다한 계산시간, 실시간 variogram 산정과 적용상의 문제 등을 내포하고 있다. 실시간 회귀분석을 이용한 강우산정은 실제 적용에 있어 지상 강우계와 레이더 반사도사이의 선형 상관관계에 대한 결정계수가 매우 낮아 기법 적용이 간단한 장점에도 불구하고 적용에 한계를 가진다. Kalman filter기법을 이용한 실시간 레이더 강수산정은 계산시간이 여타 기법보다 많이 소요되어 실시간성을 유지하는데 한계를 가진다. 실시간 weight mask를 이용한 보정기법은 지상강우계 강우강도와 기상레이더 강우강도가 선형상관관계를 가진다는 가정이 대상지역 전체에 균일하게 적용될 수 없음에도 불구하고 기법의 적용이 간편하며 실시간 강우 공간분포를 실제 강우 관측인 지상 강우계 공간 분포 특성을 간접 강우 관측인 기상 레이더 반사도 분포와 결합하여 공간 변화 특성을 잘 나타낸다는 장점을 가지므로 실용적 적용에 있어 장점을 가진다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.99-110
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• 2000

본 연구에서는 마코프 연쇄에 근거하여 지점간 공간상관을 적절히 고려할 수 있는 일강우의 다지점 모의 발생 방법을 제안하였다. 유역 내 여러 지점 대표지점을 선정하여 강우의 발생의 간단한 1차 마코프 연쇄에 의해 모의되도록 하였고 강우강도는 과거자료에서 무작위하게 추출하는 방법을 적용하였다. 지점간 공간상관은 모든 지점에 대해 강우강도가 대표지점과 같은 시점의 것이 일관되게 선택되도록 함으로서 그대로 유지시킬수 있었다. 모의된 일강우자료는 평균, 분산이나 평균 무강우일수, 강우일수 등의 강우 특성은 잘 재현함을 알 수 있었으나, 원자료의 군집특성(시간축에서의)은 상대적으로 약화되어 1일 지체 상관계수가 원자료의 경우보다 작게 나타나고 있으며 아울러 평균 강우지속일수 및 무강우지속일수, 강우-강우 확률 및 무강우-무강우 확률이 원자료의 그것보다 약간 작게 나타남을 파악할 수 있었다. 그러나 이러한 단점은 유역을 대표할 수 있는 지점을 적절히 선택함으로서 또한 대표지점에 대한 강우발생의 상태를 무강우-강우에서 좀더 세분화함으로서 어느 정도 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.129-135
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• 2008

하천으로 유입되는 합류식월류수(Combined Sewer Overflows, CSOs)는 하천의 수질 오염에 영향을 끼치게 되며 월류량은 차집관거의 설계용량에 따라서 결정되어진다. 따라서 차집관거의 기준 용량은 강우 유출의 특성 및 수질을 고려하여 합리적으로 결정되어야한다. 그러나 국내의 차집관거 기준 용량은 일괄적으로 시간최대오수량의 3배로 책정되어있으며, 강우-유출의 특성을 고려하지 않은 채 모든 지역에 대하여 균일하게 적용되어왔다. 따라서 본 연구에서는 강우유출 특성을 고려하여 강우 데이터에 대한 통계적 분석을 통하여 차집관거의 기준 용량을 결정하기 위한 기준 강우를 산정하였다. 서울지역의 평균개념의 확률강우량을 통하여 산정된 기준강우의 지속시간은 4hr이며 강우량은 재현기간 1.5년에 해당하는 6.76mm로 산정되었다. 또한 산정된 기준 강우를 적용하여 강우유출 특성 분석은 SWMM을 이용하였으며 이를 통하여 CSOs를 계산하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.315-315
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• 2011

본류와 지류가 합류되는 합류부에서는 배수영향으로 수위가 증가하더라도 수면경사가 완만해져 감속흐름이 발생하고 배수영향을 받지 않는 동수위보다 유량이 감소하는 수리특성이 나타난다. 또한 지류의 유역면적이 본 류의 유역면적과 비슷한 경우 홍수사상에 따라 역류현상이 발생하여 본류 유역에서의 유출이 발생하지 않더라도 본류의 수위가 증가하는 현상이 발생하기도 한다. 따라서 수위-유량관계에 있어서도 복잡한 현상이 발생하여 단일 수위-유량관계곡선을 개발하는데 어려움이 있다. 본 연구에서는 한강과 평창강이 합류되는 각 하천 하류에 위치한 국토해양부 팔괴 수위관측소와 영월 수위관측소에서의 강우-유출 사상에 따라 변이하는 유출 특성을 검토하였다. 우선 강우 사상을 검토하기 위하여 평창강 유역의 대표 강우관측소인 유천 및 방림 강우관측소와 한강 상류유역의 대표 강우관측소인 대기 및 정선 강우관측소의 2010년 3월과 7월의 강우 사상을 비교하였다. 또한 유출 사상을 검토하기 위하여 평창강 유역 하류의 팔괴 수위관측소와 한강 상류유역 하류의 영월 수위관측소의 2010년 3월 15일부터 17일과 7월 17일부터 20일까지 두 사상에 대한 관측자료, 2010년 3월 16일과 7월 17일에 유량측정을 실시하여 확보한 측정자료를 비교 검토하였다. 또한, 홍수사상에 따른 한강과 평창강 합류부에서의 배수영향 및 역류현상을 검토하기 위하여 2008년 7월 및 2010년 9월의 유량측정을 통하여 확보한 측정자료를 바탕으로 수리특성을 검토하였다. 그림 1에는 한강 및 평창강 유역의 대표 강우관측소의 위치와 각 유역 출구점인 수위관측소의 위치를 도시하였다.