• 상하수도학회지
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• 제22권1호
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• pp.121-129
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• 2008

하천의 수질은 하천 흐름, 오염원 유입 그리고 하천내부의 수질변화 기작에 따라 변화한다. 일반적으로 하천의 수질모의는 시간의 흐름에 영향을 받지 않는 정상상태에 대하여 실시하나, 실제로 이러한 상황은 존재하지 않는 것이 현실이다. 따라서 하천의 수질상태에 대한 각종 정보가 정확하다고 하여도 수질모델에서 가정하는 근본적인 조건이 다른 경우 오차의 발생은 필연적인 사실이 된다. 본 연구는 하천의 수질모델링에 자주 사용되는 QUAL2E와 미국환경부에서 새로 개발하고 있는 QUAL2K 그리고 저자들이 개발한 CAP 수질모델을 금강의 대청댐 하류 약 30 km 구간에 대한 집중적인 현장 실측을 통해 확보한 자료를 이용하여 적용하여 모델링 결과를 비교하고 해당 지역의 수질모델링에 나타나는 오차의 원인을 밝혀내고자 수행되었다. 전체적으로 BOD5 및 COD의 경우 실측치보다 약간씩 낮게 모의되는 경향을 나타내었으며 TN과 TP의 경우 상대적으로 양호한 모의결과를 보이고 있다. 모델별로는 $BOD_5$와 TP의 경우 QUAL2E모델이, TN의 경우 QUAL2K모델이 가장 작은 오차를 나타내었으나 모델별로 오차정도의 차이가 유의성이 있다고 판단하기는 어렵다고 본다. 본 연구에서 모델링 오차의 가장 큰 원인에는 첫째, 정상상태 수질 모형이 하천의 수리동역학적 유동특성을 잘 반영하기 어렵다는 것과, 둘째, 현장에는 육안으로는 발견되지 않는 수많은 오염원이 존재하며 아직까지는 이를 체계적으로 추적하지 못하고 있다는 것, 셋째, 수질분석을 위해 하안에서 시료채취를 유입지천 또는 오염원이 완전하게 혼합되지 못한 상태에서 시행할 수 있는데 이에 대한 고려가 충분하지 못한 것을 들 수 있다.

• 물과 미래
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• 제29권5호
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• pp.185-202
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• 1996

개발된 하천유지유량 결정 방법을 금강유역 본류 구간(대청댐 조정지에서 강경까지)에 적용하여 항목별 필요유량, 그리고 5개구간 및 대표지점에 대한 하천유지유량과 하천관리유량을 산정하였다. 갈수량은 평균갈수량을 대상으로, QUAL2E 모형을 사용하여 환경기초사설 완비여부에 따라 수질을 예측하고, 어류는 금강유역의 9개 대표어종에 대해 필요유량을 산정 하였다. 그리고 하천경관은 공주와 부여 지점에 대해, 수운은 자연 하도 방식, 물놀이는 현재와 장래에 이루어질 여가활동을 대상으로 평가하였으나, 기타 항목은 평가하지 않았다. 대체적으로 자연상태를 유지하고 있는 상류 구간은 생태계 보전 등과 같은 하천의 자연적 기능에 필요한 유량이 지배적이고, 하류는 수질 악화에 따른 수질 보전과 수상이용 등과 같은 인위적 기능에 필요한 유량이 지배적인 것으로 나타났다. 특히 목표 년도에 따라 수질보전에 대한 필요유량은 환경기초시설 완비 여부에 따라 하천유지유량과 하천관리유량이 큰 차이를 보여 하수처리에 의한 수질보전이 시급한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권1호
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• pp.59-71
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• 2013

신뢰성 있는 홍수빈도해석을 수행하기 위해서는 충분한 홍수량 및 강우자료가 필요하다. 강우자료의 경우 우리나라 대부분 지역에서 30년 이상의 극치자료가 활용이 가능한 반면 홍수량 자료는 상대적으로 충분한 자료가 확보되지 않아 신뢰성 있는 빈도해석이 어려운 실정이다. 이에 따라 강우모의 기법에 근거한 홍수빈도곡선 유도방안연구가 몇몇 연구에서 제안된 바 있으나, 기본적으로 입력된 강우의 빈도와 홍수의 빈도가 동일하다고 가정함으로 인하여 발생하는 불확실성이 상당부분 내포되어 있다. 이러한 점에서 본 연구의 목적은 강우모의기법과 불확실성 분석이 고려된 홍수빈도곡선 유도방법을 개발하는 것으로 홍수빈도곡선을 유도하는데 있어서의 핵심은 미래에 발생 가능한 극치강수량을 효과적으로 재현할 수 있는 강수량 모의발생 기법과 강우-유출관계의 불확실성 분석에 있다. 본 연구에서는 극치강수량 모의를 위해 불연속 Kernel Pareto 분포를이용한 다지점 강수모의기법과 Bayesian HEC-1 (BHEC-1) 모형을 연계하여 본연구의 대상유역인 대청댐 유역의 강우-유출 관계의 불확실성을 고려한 홍수빈도곡선을 개발하고 모형의 적합성을 평가하였다. 최종적으로 기존 홍수빈도결정방법과 비교를 통해서 모형의 적합성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.308-308
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• 2011

하천에서 유량을 산정하기 위해서 전자파표면유속계를 이용하여 표면유속을 측정하고 수심평균유속환산계수 0.85를 일률적으로 적용하여 수심평균유속을 산정하고 있다. 이 수심평균유속환산계수 0.85의 적절성에 대한 논의가 지속되어져 왔으나 그 동안에는 이에 대한 현장검증을 할 수 있는 방법이 없었던 실정이다. 하지만 최근 들어서는 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)의 하천용 Application인 StreamPro ADCP가 개발되어 이를 이용하면 홍수기에 수심별 유속을 측정할 수 있다. 다만 홍수기에 StreamPro ADCP의 적용시에는 여러 가지 높은 위험성이 상존하는 것은 인지의 사실이지만, 그 외의 별다른 방법이 없는 실정이다. 따라서 홍수기에 StreamPro ADCP를 이용하여 수심별 유속을 측정하고 이와 동시에 측정한 표면유속을 이용하여 수심평균유속환산계수를 산정하여 기존에 환산계수로 적용하고 있는 0.85의 적절성을 파악하고자 하였다. 흐름조건별 수심평균유속환산계수 산정을 위하여 평수기 용담 수자원시험유역의 동향지점에서 수심평균유속환산계수를 산정한 결과 0.632~1.352로 넓게 분포하고 있음을 파악하였다. 이렇게 계수가 실제 적용하는 0.85와는 크게 차이가 나는 이유로는 수심이 얕아서 바닥마찰의 영향이 크기 때문인 것으로 판단되었다. 이에 본 연구에서는 여러 지점에서 홍수기 수심별 유속의 실측을 통하여 수심평균유속환산계수 분포정도를 산정하고자 하였다. 대청댐 상류의 수통수위표가 위치해 있는 적벽대교지점에서 StreamPro ADCP를 이용하여 수심평균유속환산계수를 산정한 결과 0.735~0.986 사이에 분포하고 있다. 측정한 결과의 수심평균유속환산계수의 평균값은 0.853으로 기존에 수심평균유속의 산정을 위하여 적용하고 있는 0.85와 거의 일치함을 보이고 있다. 측정당시 수심이 3.6 m에 이르고 있고 유속 또한 1.55 m/s에 이르고 있어 홍수시 일반하천에서 발생하는 수위와 유속임을 감안할 때, 0.735~0.986의 수심평균유속환산계수는 홍수시 순간적인 변화의 폭이 큼을 알 수 있다. 이렇게 순간적인 변화가 큰 이유로는 난류의 성분이 강해서 나타나는 것으로 이를 평균하면 0.853으로 나타나고 있어 홍수시에 수심평균유속환산계수를 0.85를 사용하여도 무방함을 알 수 있다. 동향지점에서 홍수기에 수심별 유속의 실측을 통하여 수심평균유속환산계수를 산정하고자 하였다. 그러나 이 지점은 강한 와류로 인하여 ADCP가 심하게 흔들림으로 인하여 순간적인 유속의 차이가 최대 4배까지 보임을 알 수 있다. 이로 인하여 수심평균유속환산계수의 범위는 0.233~0.983에 이른다. 측정당시 표면유속이 2.07 m/s 인 것을 감안하여 이 표면유속에 상응하는 수심별 유속 자료만을 이용하여 산정시, 수심평균유속환산계수는 0.876이다. 하천의 하류지점에서 수심별 유속을 측정하여 수심평균유속환산계수를 산정하고자 한강하류로 유입하는 굴포천의 구교 및 박촌1교 지점에서 유속측정을 실시하였다. 이들 두 지점은 홍수기에 조차도 유속이 1 m/s 에 이르지 못하는 지점으로, 수심평균유속환산계수를 산정한 결과 각각 0.826, 0.833을 나타내고 있어, 수심평균유속환산계수 0.85가 홍수기뿐만 아니라 평 갈수기에도 적용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제35권6_4호
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• pp.1351-1361
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• 2019

본 연구에서는 금강 유역(대청댐~금강하구둑)을 대상으로 RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation)를 활용하여 하천정비사업 전(2007년)과 후(2015년)의 연간 표토 침식량을 계산하였고, 이를 5단계의 class를 구분하여 해당 구간 별 표토침식면적을 산출하고 그 결과를 환경부의 토지피복 변화와 비교·분석하였다. RUSLE을 구성하는 각 인자를 생성하기 위하여 2007년과 2015년의 토지피복도, 국가기본 공간정보, 정밀 토양도, 연평균 강수량 자료 등의 다양한 공간정보자료를 활용하였다. 연구 결과, 연구지역에서의 연간 표토 침식량은 2007년과 대비하여 2015년에 class 1의 면적은 증가하였고, class 2, 3, 5의 면적은 감소하였으며, class 4의 면적은 증가하였다. 이러한 원인으로는 연구지역의 연평균 강수량의 감소, 생태공원조성과 이로 인한 인공시설물 확대, 농경지 감소 등으로 인하여 대부분의 지역에서 연평균 표토 침식량이 감소된 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.347-355
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• 1997

본 연구에서는 자연계의 적응 및 도태에 의한 Darwin의 진화과정을 수학적으로 체계화시킨 유전자 알고리듬(genetic algorithm)을 다목적댐의 홍수추적모형으로 사용되고 있는 저류함수법의 매개변수 추정에 적용하였다. 유전자 알고리듬은 생명체의 자연도태 원리를 수학적인 학습영역으로 적용한 탐색 알고리듬의 일종으로 매개변수의 추정은 개체유전과 적자생존법칙을 통해 설정된 모형의 성능을 개선시켜 나감으로써 최적값에 도달하게 된다. 수문순환계의 복잡한 과정을 개념적으로 모형화한 저류함수모형에 대한 유전자 알고리듬의 적용성을 평가하기 위하여 대청댐의 홍수기록을 선정하여 매개변수를 조정하고 검증을 위하여 사용하였다. 여기서, 각 홍수사상은 기존의 경험공식에 의해 산정된 매개변수값으로 모의하였고 유전자 알고리듬에 의한 매개변수의 보정은 50세대로 한정하여 3회씩 실시하여 비교·분석하였다. 그 결과 유전자알고리듬을 적용했을 때에 보정전과 비교하여 첨두홍수량 및 첨두홍수량의 도달시간 등 모든 면에서 향상되었으며 민감도 분석결과에서는 매개변수 Rsa, f1의 민감도가 가장 큰 것으로 나타났다. 이를 토대로 수문계에서 강우-유출모형인 저류함수법의 매개변수 산정에 대한 유전자 알고리듬의 적용성을 입증하였으며, 저류함수모형의 적용시 매개변수 산정을 위하여 사용되고 있는 경험공식과 비교·검토함으로써 홍수조절업무에 개선에 활용하고자 하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권8호
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• pp.577-588
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• 2022

본 연구는 금강의 조류 성장에 대한 제한영양소와 수질에 영향을 미치는 주요 지류를 파악하고 수질개선을 위한 관리대안을 제시하는 것을 목적으로 수행되었다. 금강 대청댐 하류에 위치한 5개 수질측정소에서 약 8년간(2013~202) 환경부의 물환경정보시스템(water.nier.go.kr)과 수자원관리정보시스템(wamis.go.kr)에서 14개의 수질항목의 자료를 분석하였다. 금강의 4대강 수중보 수문 개방 시 TP(총인)와 수온은 하천 하류의 조류 성장에 큰 영향을 미친다. 본 연구에는 수질변수간의 상관관계를 규명하고 금강의 조류 성장에 영향을 미치는 중요인자를 파악하고자 하였다. 최하류에 위치한 백제보수질측정소(WQ5)에서 TP와 수온은 Chl-a와 특별히 높은 상관관계를 보여 조류 번식에 상당한 영향을 미친다는 것을 나타냈다. 또한 본 연구에서는 금강의 양대 지류인 갑천과 미호천의 주요 오염원을 식별하고 우선순위를 지정하기 위해 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA) 방법을 이 적용하였다. PCA방법을 이용하여 갑천과 미호천의 수질에 영얗ㅇ을 미치는 3대 오염원을 각각 파악하였다. 갑천의 경우 폐수처리장과 도시·농업 오염이 주요 오염원으로, 미호천의 경우 농지, 도시, 산림이 주요 오염원으로 각각 확인되었다. PCA는 금강 및 그 지류의 수질오염원을 구체적으로 파악하는 데 효과적인 것으로 판단되어 수질관리 전략의 효율을 제고하는 데에, 활용될 수 있을 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.148-148
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• 2023

산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 한편, 우리나라와 같이 몬순 기후대에 속한 댐 저수지의 경우 강우시 유입하는 탁수에 의해 다량의 유기물과 인이 유입되기도 하지만 식물플랑크톤의 제한요인 중 광량에 많은 영향을 미친다. 식물플랑크톤의 광합성은 수체 내 유기탄소 내부생성에 매우 중요한 요소이나 점 단위의 실험적 방법을 활용한 유기탄소 순환 해석은 저수지의 시·공간적인 변동성을 고려하기에 한계가 있다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 탁수가 저수지에서의 유기탄소 순환에 미치는 영향을 분석하는데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2018년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정 및 검정을 수행하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였으며 유기탄소순환 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였으며 탁수의 영향을 분석하기 위해 탁수 포함여부 시나리오를 구성하고 유기탄소 생성 및 소멸기작별 변동성을 비교 분석하였다. 모델은 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 수온 및 탁도 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수질을 적절하게 모의하였다. 탁수를 고려하였을 시 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 56% 수준이였으나 탁수를 배제한 경우 내부기원 부하량은 82%로 나타났다. 특히, 연평균 Chl-a 농도가 44~48% 차이가 발생하면서 1차생산량이 약 4배가량 증가하였다. 몬순지역에서의 탁수는 체류시간이 긴 성층 저수지에서 식물플랑크톤 성장제어에 큰 영향을 미쳤으며 전반적인 유기탄소 순환을 해석하는데 있어 매우 중요한 인자로 작용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2021

산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 특히, 국내 하천에서 나타나고 있는 난분해성 유기물 오염도의 증가 추세에 대응한 실효성 있는 유기물 오염관리 정책을 수립하기 위해서는 다양한 유기물의 근원을 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 저수지시스템에서의 유기탄소 물질수지를 해석하는 데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2017년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정을 수행하였고 2018년을 대상으로 모델을 검정하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였다. 모델은 2017년과 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수온, 수질을 적절하게 모의하였다. 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 2017년 68.4 %, 2018년은 높은 강우량의 영향으로 55.0%로 산정되었다. 내부 소멸 기작 중 침전으로 인한 손실이 가장 높은 것으로 나타났으며, 2017년과 2018년 각각 31.3%, 29.0%로 나타났다. TOC의 공간분포는 Chl-a 농도 분포와 유사하게 나타났으며, 댐 설치로 형성된 정체수역은 유역의 유기물 순환에 많은 영향을 미치는 것으로 평가되었다. TOC 관리 정책 기초자료 확보를 위해서는 향후 유역-저수지 시스템을 연계한 유기물 물질순환 심층 연구가 필요하다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3B호
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• pp.257-267
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• 2010

홍수사상은 크게 첨두홍수량, 홍수용적, 지속기간 등과 같은 서로 상관된 세 가지의 요소에 의해 특성화되어진다. 그러나 그동안 수공학적 계획이나 설계 등을 위한 홍수빈도 해석에서는 주로 첨두홍수량 한가지 요소에 초점을 맞추어 홍수빈도 해석을 수행해 왔다. 이러한 단변량 홍수빈도 해석은 서로 상관된 홍수사상 요소 사이의 복잡한 확률적 거동을 분석하는 데 있어 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 Gumbel 혼합모형, 이변량 감마분포, 이변량 핵밀도 함수 등 세 가지의 이변량 빈도해석 방법을 적용하여 이변량 빈도해석을 수행하고 그 결과를 단변량 빈도해석 방법의 결과와 비교 분석하였다. 소양강댐의 35개년 일 유입량 자료와 대청댐의 28개년 일 유입량 자료에 대해 각각의 홍수사상을 분리하고, 홍수사상 자료의 통계량과 매개변수, 최적 광역폭 등을 산정한 후 자료의 적합도 검정과 결합분포의 적합도 검정 등의 과정을 거쳐 첨두홍수량과 홍수용적의 조합을 고려하여 결합분포와 결합 재현기간 등을 추정하였다. 이처럼 세 가지 방법의 이변량 빈도해석을 통해 추정된 결과를 단변량 홍수빈도 해석의 결과와 비교 분석함으로써 각 방법의 상관성을 파악할 수 있었고, 이변량 홍수빈도 해석의 특성에 의해 도출된 결과를 토대로 이변량 홍수빈도 해석의 적용성에 대하여 검토하였다.