• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.189-189
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• 2019

도시화에 따른 토지이용패턴의 변화로 불투수면적이 증가하여 빗물의 침투량이 감소하고, 유출량은 증가하는 등 집중호우시 침수피해를 야기하게 된다. 또한 오염원의 증가로 수질오염과 지하수고갈에 따른 건천화 등 부정적 효과를 초래하는 것으로 알려져 있다. 최근 기후변화에 따라 물순환 체계가 변화하고 있으며, 이로 인해 도시의 홍수 및 가뭄이 극심해지고 시민의 삶의 질도 위협받고 있다. 우리나라의 경우 지속적으로 도시화 및 불투수면적이 증가하고 있으며, 집중호우의 발생빈도 또한 높아 심각한 수자원 물재와 홍수피해위험이 높다. 이에 도시의 물환경 변화 및 왜곡된 물순환 체계를 지속가능하도록 개선해야 할 필요성이 제기되었다. 환경부 및 국토부 등 정부기관에서는 물환경지속가능성을 위하여 저영향개발 기술요소를 도입하고 적용하고 있다. 본 연구에서는 침수위험지역의 저영향개발기법을 도입하여 유출저감 효과를 모의하고, 경제성 분석을 하였다. 본 연구의 대상지역은 경상남도 김해시 안동지구이며, 면적 364.2ha, 투수층면적 160.7ha, 불투수층면적 203.5ha로 불투수율은 55.90%로 산정되었다. 대상지역인 안동지구 우수관로현황 조사결과 (30년빈도 강우강도 적용) 관로의 통수능 검토시 전체관로 26.97km 중 통수능 부족관로는 15.60km로 전체대비 약 57.8%로 나타났다. 안동지구 내 우수관거는 간선관로의 경우 10년빈도, 지선관로의 경우 5년빈도로 설계, 시공되어 있으므로 각종 공단이 입지한 시가지인 안동지구는 도로포장등으로 인해 불투수층이 대부분을 차지해, 강우시 도로표면 유출수의 증대로 침수피해가 가중되는 것으로 판단되었다. 이에 저영향개발기법을 적용하여 맨홀로 유입되는 직접유출(DCIA, Directly Connected Impervious Area)를 줄이고, 유지관리 등을 고려하여 경제성을 평가하여 향후 침수위험지구 관거개량시 저영향개발기법을 활용할 수 있도록 하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.517-517
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• 2016

최근 기후변화로 인해 하천 건천화가 빈번히 발생함에 따라 농업용 저수지로부터 하류 하천유량을 얼마나 공급할 수 있으며, 어느 시기에 공급하는 것이 적당한가에 대한 의문이 발생하고 있다. 본 연구에서는 농업용 저수지의 하천유지용수 공급에 대한 관점에서 용수배분을 자유롭게 모의조작 할 수 있는 모듈을 개발하였고, 이를 미호천 중류의 북일 수위관측소 유역 내 위치한 저수량이 100만 $m^3$인 농업용 저수지 9개소를 대상으로 적용하였다. 관개용수량은 작물증발산량, 담수심, 침투량, 손실율 등을 고려하여 산정할 수 있도록 하였으며, 하천유지용수 공급량은 기준갈수량을 기본값으로 하였다. 또한 하천유지용수의 공급방식은 무공급, 비관개기 공급, 연중 공급, 운영률에 의한 공급의 4가지로 구분하여 일괄적인 모의가 가능하도록 구성하였다. 기상청 RCP 8.5 기후변화 시나리오를 이용하여 미래 모의기간에 대한 유역 말단부의 갈수기 하천수량 변화와 유황패턴을 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 하천유지용수을 비관개기에 공급하는 저수지 운영으로 하천수량은 하천유지용수를 공급하지 않는 저수지 운영보다 연평균 1.8백만(2.0%) $m^3$ 증가, 연중 공급하는 저수지 운영보다 4.3백만$m^3$(4.7%) 증가, 운영률에 의해 하천유지용수를 공급하는 운영은 연평균 13.1백만(14.6%) $m^3$ 증가하였다. 둘째, 하천유지용수를 비관개기에 공급하는 저수지 운영은 갈수기로 갈수록 유량이 증가하였다 감소하는 것으로 나타났다. 하천유지용수를 연중으로 공급하는 저수지 운영은 비관개기에 공급하는 저수지 운영보다 갈수량(Q355) 이하의 유량을 더 증가시킬 수 있는 것으로 분석되었고 풍수량(Q95)과 평수량(Q185) 사이의 하천유량이 상대적으로 크게 증가하였다. 운영률에 의해 하천유지용수를 공급하는 저수지 운영은 하천유지유량을 공급하지 않는 저수지 운영방식보다 하천유량의 증가와 갈수기 전반에 걸쳐 유황이 안정되는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.254-254
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• 2021

기후변화로 인한 자연재해는 해마다 크게 증가하고있으며, 홍수 및 가뭄의 강도와 빈도 증가, 지구온난화로 인한 하천 건천화 등 많은 문제들이 대두되고 있다. 특히, 물 순환과정의 핵심요소로 설명되는 유출량의 변동은 용수 공급과 홍수 대응 및 관리, 하천생태계 유지를 위한 환경에 영향을 미치고 있다. 따라서, 갈수량, 풍수량 등을 산정하여 하천별 유황특성을 결정하는 방법을 사용하고 있으나, 이와같은 지표는 계측자료가 과소한 경우 하천의 유황특성을 세부적으로 이해하고 정량적으로 제시하는데에 한계가있다. 따라서, 미계측 유역에서 Soil and Water Assessment Tool (SWAT)과 같은 수리해석모델이 광범위하게 이용되고있으며, SWAT 모델은 유역의 수치표고모형, 토양 특성, 토지이용 현황, 기상 현황, 유역의 매개변수 등을 반영하여 모델이 구동되고 있다. 하지만, 광범위하게 이용되고 적용성이 입증된 모델임에도 불구하고 입력자료의 불확실성 및 조사되지 않은 영농활동 등으로 인해 결과에 불확실성이 내포되어있으며, 불확실성을 줄이기 위해 실측된 하천의 유량 자료를 이용하여 검정 및 보정작업을 거치고 있다. 모델의 보정 방법으로는 SWAT-CUP과 같은 프로그램 이용되고 있지만, 모델에서 이용되는 매개변수로는 보정할수 있는 범위가 한정적이기 때문에 모델의 정확성을 높이는데에 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 선암천 유역을 대상으로 모델의 매개변수를 보정하지 않고도 머신러닝 기법을 이용하여 모델의 결과를 향상시켰다. 보정 결과, 유량의 경우 R²가 0.42에서 0.91으로 향상되었으며, 특히 고유량 구간에서의 정확성이 매우 향상되었다. 본 연구에서 평가된 SWAT+머신러닝 결합 모형은 향후 모델 구동에 필요한 입력자료가 부족한 경우와 빠른 검정 및 보정 작업이 필요할 경우 활용될수 있을것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.462-462
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• 2021

최근 도시화 및 불투수면의 증가와 지하수의 과다한 사용으로 직접유출이 증가하고, 침투량이 감소하며, 하천의 건천화가 발생하고 있다. 이에 환경부에서는 이러한 물순환의 왜곡을 막기위해 물환경보전법상의 물순환율을 정의하고 물순환 관리목표를 설정하였다. 하지만 지역 별 물순환 특성을 반영한 관리계획이 부족하고, 현재 제한된 재원의 효율적 활용을 위해서는 물순환 관리지역에 대한 우선순위 결정도 필요하다. 본 연구에서는 PSR framework를 통해 유역 물순환 평가방법론을 만들고 이를 활용한 지역별 관리계획 및 우선순위를 결정하고자하였다. PSR framework는 지속가능성을 위해 OECD가 개발한 개념 모형이며, Pressure, State, Response 세 가지 요소로 구분해 평가하게된다. PSR framework의 기본 개념은 인간의 활동들이 환경에 압력 (P)를 주고, 이로 인해 자연의 질과 영향 (S)을 미치며, 이에대한 회복을 위해 인식과 행동을 통해 정책과 제도 등을 통해 반응 (R)한다는 것이다. 유역 물순환을 4가지 그룹 (기후, 수문학적, 사회경제학적, 환경적)으로 구분하고 각 그룹 별 평가요소에 대하여 도출하였다. 기후그룹은 강우, 수문학적 그룹은 증발산, 토지이용, 유출특성을, 사회경제학적 그룹은 재정, 사회구조, 기반시설, 정책을, 환경적 그룹은 수질, 수생태계를 선정하였다. 이후 각 요소 별 평가를 위해 다양한 지표를 고려하여 선정하였으며, 각 지표를 PSR framework에 맞춰 재분류하였다. 각 지표를 하나의 점수로 통합하기 위해 지표 별 가중치를 산정하였으며, 이때 연구자의 주관이 반영되지않는 엔트로피 기법을 이용하여 산정하였다. 구한 식을 통해 우리나라 소유역구분을 기준으로 모든 지표를 계산하였으며, 각 지표에 가중치를 적용해 유역 종합점수를 산정하고 유역 별 취약지역 및 취약요소를 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.26-26
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• 2020

하천수의 수심을 유지하기 위하여 설치된 콘크리트 취수보 대신 강자갈이나 쇄석을 채움재로 하는 돌망태를 사용하게 되면 토사퇴적으로 인한 건천화나 상, 하류 수생태계 단절과 같은 문제를 어느 정도 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자갈접촉산화작용에 의한 수질개선과 공사비 절감 효과 등의 장점이 있다. 그러나 돌망태는 투수성이므로 불투수성인 콘크리트 보다 저류측면에서 불리하다. 콘크리트 취수보에서의 흐름은 보 정점의 형상, 보의 폭, 높이, 그리고 월류수심에 좌우되며, 베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 방류량 산정식을 유도하고, 유량계수와 같은 실험상수를 결정하여 방류량을 계산한다. 돌망태 취수보의 흐름은 보의 높이, 보의 길이, 보의 상류수심 외에 채움재의 형상, 입경, 배치상태가 흐름에 영향을 미친다. 따라서 콘크리트 취수보에 적용되었던 기존의 방류량 산정식을 그대로 적용할 수 없다. 돌망태 보의 통과류는 실험상수가 포함된 비선형 수두손실방정식으로 표현할 수 있다. 실험상수는 비표면적의 크기를 의미하는 채움재의 평균동수반경와 관계되며, 평균동수반경은 채움재 입자의 형상으로 부터 구할 수 있다. 따라서 실험을 통하여 채움재 입자의 형상과 크기에 따른 실험상수와 평균동수반경의 관계를 구하면 비선형 수두손실방정식으로부터 통과류의 방류량을 계산할 수 있게 된다. 본 연구는 돌망태 취수보가 대수층함양 원수 공급시설물로서 타당한가를 평가하기 위하여 수행되었다. 콘크리트 취수보의 월류량 계산은 기존의 방류량 산정식을 이용하였으며, 돌망태 취수보는 실험상수와 평균동수반경의 기존관계식을 이용하여 통과류의 방류량을 계산하였다. 이와 같이 계산된 각각의 수심-방류량 관계로 부터 수심을 비교하였다. 동일한 유량조건에서 돌망태 취수보의 상류수심은 콘크리트 취수보보다 작게 계산되었다. 상류수심은 돌망태 채움재 입자의 크기가 작을수록 증가하여, 돌망태 취수보는 채움재의 입자크기가 작을수록 저류성능이 개선됨을 알 수 있었다. 따라서 돌망태 취수보는 채움재의 입경이 작을수록 콘크리트 취수보의 저류수준에 접근할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.267-267
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• 2020

농업유역은 농업 활동이 이루어지는 농경지와 산림지, 주거지 등으로 구성되어 있으며, 농경지에서 필요한 물을 확보, 공급하기 위한 수원공시설이 위치하고 있다. 수원공은 하천수 및 지하수를 저류, 취수하여 관개 지구에 공급하게 되는데 이로 인하여, 상, 하류 하천유황이 증가하거나 감소하게 된다. 물순환이란 비나 눈이 내려 침투, 유출, 증발산 등의 과정을 통해 공간적, 시간적으로 변화하며 이동하는 자연적인 현상을 말하며, 상하수도 등 배수시설의 영향에 따라 발생하는 인공계 물순환도 광범위한 물순환에 포함된다. 최근 불투수면의 증가, 과도한 지하수 사용 등으로 인해 하천의 건천화, 지표유출량 증가 등 물순환 구조가 왜곡되고 있으며 왜곡된 물순환 회복을 위해 물순환 선도도시 조성, 물순환 회복조례가 신설되는 등의 노력이 있었다. 물순환 선도도시 조성 및 회복조례는 불투수면의 저감, LID 기법 적용 등을 통한 물순환 개선에 초점을 맞추고 있으나, 농업유역의 물순환은 농경지와 농업용수 공급을 위한 수원공에 큰 영향을 받아 이를 통한 물순환 개선에 초점을 맞춰야 한다. 본 연구에서는 농업유역의 농경지 및 수원공 관리방안에 따른 유역 단위 물순환 변화를 평가하고자 하였다. 이를 위해 모듈 기반 농업유역 수문모형을 통해 농업유역 물순환을 모의하였으며, 물순환율 개념을 통해 유역 단위 물순환 변화를 평가하였다. 물순환율은 환경부에서 제시한 (1-직접유출률) (%)의 식과 농업유역 특성을 반영한 농업유역 물순환율 두 가지를 통해 평가하였다. 농업유역 수자원 관리방안은 수원공인 농업용 저수지의 제한 수위운영에 따른 효과와 농경지는 관개 지구에 물꼬 및 담수심 관리방안을 적용하였으며 각 관리방안에 따른 물순환율을 도출하였다. 농업용 저수지는 제한 수위운영을 통한 유역 물순환 개선 효과를 확인하였으나 관개 지구에 적용한 물꼬 및 담수심 관리방안의 효과는 미비한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.256-256
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• 2020

하천의 유출률은 하천의 경사, 연장, 강우특성 및 규모 등에 따라 크게 영향을 받으므로, 제주도의 지역별 고도별 토양 및 강우 특성과 독특한 지형에 따른 간헐하천의 유출특성을 고려할 때 관측에 의해 유출특성을 파악하는 것은 현실적으로 어렵다. 특히나 홍수시 관측되는 유량의 불확실성과 지역별·고도별 강우량의 편차를 고려한다면 강수대비 정확한 관측유출률의 산정 자체가 쉽지 않다. 이는 기존 관측된 유출률이 하천유역별로 대상기간별로 차이가 크게 나타나는 것을 통해서도 알 수 있다. 따라서 특정 지점에서의 몇 개의 강우사상에 대한 유출률이 아닌 다양한 사상과 지역적 특성을 고려한 유출특성을 파악하기 위해서는 모델링에 의한 접근법이 필요하다. 본 연구에서는 제주도 하천유역에서의 건천화 현상과 간헐적 유출특성을 모의하는데 최적화된 제주형 SWAT-K 모형을 기반으로 제주도 11개 하천유역(유역면적 30 ㎢ 이상)에 대한 유출특성을 분석하였다. 유출률을 중심으로 계절별, 지역별, 하천유역별 차이를 비교 분석함으로써 강우규모에 따른 유출 특성과 시·공간적 유출률 변화를 평가하였다. 1992~2013년 기간에 대해 분석한 결과 제주도 전역에 대한 연간 유출률은 13.3%~30.5% (평균 21.8%)로 나타났다. 하천유역별로는 천미천(31.6%), 가시천(31.1%), 화북천(29.3%), 창고천(27.4%), 의귀천(27.1%)의 유출률이 상대적으로 크게 나타났으며, 효돈천(18.9%)와 도순천(19.0%)은 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다. 11개 하천유역에 대한 월별 평균 유출률은 강수량이 많은 8월에 가장 높은 유출률(26.1%)을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.471-471
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• 2022

도시화로 인한 하천 건천화가 심각해짐에 따라 생태계 종 다양성 감소와 서식처 파괴 등 다양한 생태학적 문제가 발생한다. 건강한 하천 생태계를 유지하기 위해서는 유량 감소로 인한 수생태계 건강성 회복을 위해서는 어류 종에 따른 적합한 생태 유량을 산정해야 한다. 특히 발전방류로 인한 유량 변화는 하류에 서식하는 어류에 직접적인 영향을 미치므로 댐 방류량에 의한 서식처 면적 변화에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 1) 낙동강 상류 구담교 유역을 대상으로 안동댐과 임하댐 유입량을 활용한 BBM (Building Block Methodology)을 구축하고, 2) 대상 하천의 River2D 모형을 구축하여, 3) 대표·대리 어종에 대한 자연유황과 BBM에 따른 가중가용면적(Weighted Usable Area, WUA)을 산정하였다. 2006년 ~ 2020년 자료를 기반으로, 시나리오1은 실측 유량을 활용하였으며, 시나리오2는 전체기간, 홍수년, 갈수년 그리고 평수년으로 구분하여 댐 유입량을 기반으로 산정한 BBM을 활용하였다. 시나리오 분석 결과, 가중가용면적이 감소하는 일부 기간도 존재하였으나, 전반적으로 BBM을 반영한 시나리오 2에서 서식처 면적이 증가하는 것으로 나타났다. 대표 어종 피라미의 경우 최대 약 18% 가중가용면적이 감소하는 기간이 존재하였으나, 최대 79%의 서식처 향상 효과가 나타났다. 대리어종 모래무지의 경우 마찬가지로 최대 약 18%의 서식처 감소 효과가 나타나는 기간이 존재하였으나, 최대 78%의 서식처 향상 효과가 나타나는 것으로 나타났다. 따라서 자연유황을 모방하여 댐 방류 패턴을 변경하는 것이 하류에 서식하는 어류의 서식처 개선에 더 효과적인 것으로 판단된다. 다만 서식처에 영향을 주는 물리적 요인(댐 방류량 등) 외에도 생물·화학적 요인이 존재하므로, 향후 다양한 요인을 고려한 연구를 통해 효과적인 서식처 개선 방안을 모색할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국어류학회지
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• 제32권1호
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• pp.1-7
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• 2020

우리나라 고유종 동방종개 Iksookimia yongdokensis의 분포현황 및 멸종위협을 평가하기 위하여 처음으로 정밀분포조사를 2017년부터 2018년까지 2회 실시하였다. 동방종개는 조사기간 중 22개 하천, 97개 지점을 조사하여 9개 하천, 37개 지점 (경주시 대종천~영덕군 축산천)에서 서식을 확인하였다. 서식 지점 수는 형산강(15개 지점), 영덕오십천(4개), 곡강천(4개), 축산천 (3개), 대종천 (3개) 등의 순으로 많았으며, 주로 평지형 하천의 물이 맑고 유속이 느리며 자갈과 잔자갈, 돌, 모래가 쌓여 있는 소(pool)에 서식하고 있었다. 본 결과를 과거 출현기록과 비교하면, 처음으로 장사천에서 서식을 확인하였고 7개의 신규 서식지를 발굴하였으나, 과거 서식지인 송천에서는 서식을 확인하지 못하였다. 동방종개의 멸종위협 등급을 IUCN 평가기준에 따라 평가했을 때 서식지 (점유면적)가 3세대(10.5년) 동안 38.9%가 감소하고, 서식지의 질이 하락하였기 때문에 취약(VU A2ace)으로 평가되었다. 주된 감소요인은 가뭄으로 인한 하천 건천화, 외래종 배스 Micropterus salmoides의 도입 및 확산, 하천의 개보수 사업 등이었다.

• 지질공학
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• 제29권4호
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• pp.439-449
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• 2019

하천 건천화 예방 및 하천수와 지하수의 효율적 연계 이용을 위해서는 지하수 이용이 하천의 수량에 미치는 영향 평가가 수반되어야 한다. 이를 위해서는 대수층과 하천의 다양한 수리특성 조건에 대해 지하수 양수에 따른 하천수량의 변화 분석이 필요하다. 본 연구에서는 하천수위 변동을 반영할 수 있고 지하수 양수에 따른 하천수 감소량을 산정할 수 있는 Baalousha 해석해를 이용하여 하천수위가 지수함수적으로 감소하는 경우와, 감소 후 다시 회복되는 경우에 대해 지하수 양수로 인한 하천수 감소량의 변화 특성을 분석하였다. 대수층의 수리특성으로 투수량계수 10~100 ㎡/d 및 저류계수 0.05~0.3, 하천의 수리특성으로 하상수리전도성 0.01~20 m/d, 하천수위 감수상수 0.1~1.0 1/d, 그리고 하천과 관정의 이격거리 100~500 m 조건에 대해 지하수 양수량 대비 하천수 감소량인 하천수 기여도를 산정하고 그 거동 특성을 하천수위 변동 유무에 따라 종합적으로 분석, 제시하였다. 하천수위 감소 영향을 고려하였을 경우 하천수 기여도가 크게 감소하고 하천-관정 이격거리와 수리확산도의 함수인 하천고갈인자 값에 영향을 작게 받는 것으로 나타났으며, 반면에 하천수위 감소 후 회복되는 조건에서의 하천수 기여도는 하천수위 변동이 없는 경우와 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 하천수위 조절을 통해 지하수 양수시 하천수 및 대수층 저류량에 미치는 상대적 영향의 통제가 가능함을 의미한다.