• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.2217-2221
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• 2008

정도 높은 유량자료는 수자원 분야의 연구와 실무에 있어 대단히 중요하다. 이런 유량자료를 연속적으로 측정하는 것은 현실적으로 어려운 문제이므로 하천에서 직접 측정된 수위-유량자료를 통해 수위-유량관계곡선을 작성하고, 이를 이용하여 연속적으로 관측된 수위에 대한 유량을 산출한다. 산정된 유량자료의 신뢰성을 평가하기 위해서 유출평가의 과정을 거치게 되며, 이를 위해 유출률 검토, 상 하류 유량검토, 누가유출량 평가, 첨두홍수량 및 저 평수기 동시유량 검토 등의 다양한 평가를 하게 된다. 정확한 유출평가를 위해서는 대상유역의 수계망도 및 배수계통도를 조사해야 하며, 하천 취수량, 댐 및 하수 방류량 등의 자료를 수집하여 물수지 분석을 실시해야 한다. 하지만 농업 지역의 경우 농업용수 공급을 위해 관개수로가 많이 설치되어 있어 배수계통이 매우 복잡하고, 관개수로를 통해 공급되는 정확한 용수량을 파악하는데 한계가 있어 정확한 유출평가가 어렵다. 국내 유역 중 농업 지역으로 복잡한 배수계통를 가지는 대표적인 유역은 동진강 유역이다. 동진강 유역은 섬진강 유역에 위치한 섬진강 댐에서 발전 및 농업용수 공급을 위해 유역변경식으로 동진강 유역으로 용수가 공급되고 있으며, 방류량은 동진강 본류 및 동진강 도수로, 김제간선, 정읍간선, 기타 간선 공급되는 복잡한 배수계통을 가지고 있다. 그리고 방류량 및 각 간선으로 공급되는 용수량은 인위적인 수문조작에 의해 운영되고 있어 유량자료의 평가를 위한 유출검토가 매우 어렵다. 본 연구에서는 복잡한 배수계통을 갖는 동진강 유역에서 2007년 유량측정을 통해 개발된 수위-유량관계 곡선 및 유량자료의 평가를 위해 유출평가를 실시하였다. 대상지점은 동진강 본류의 옹동과 태인 지점이며, 정확한 유출평가를 위해 수계망도 및 배수계통도를 조사하였고, 댐 방류량 및 각 간선으로 공급되는 용수량을 파악하여 물수지 분석을 하였다. 그 결과 2007년 전 기간 유출률은 옹동 53.4%, 태인 47.2%로 분석되었고, $6{\sim}$9월 주요 홍수기의 유출률이 옹동 60.1%, 태인 64.8%로 두 지점의 유출률 차가 심하지 않았고, 자연하천의 일반적인 유출률과 비슷한 결과를 보였다. 상 하류 유량검토를 통해서는 하류의 태인 지점이 상류의 옹동 지점보다 큰 정상적인 상 하류 관계를 나타내었다. 이러한 결과로서 동진강 유역의 옹동, 태인 지점의 유량자료는 적절하며, 측정된 유량자료를 토대로 개발된 수위-유량관계곡선식도 신뢰성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1727-1731
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• 2008

수자원의 효율적인 관리를 위해서는 신뢰성 있는 유량자료의 획득이 대단히 중요하다. 우리나라는 양질의 유량자료를 획득하기 위해 매년 많은 시간과 돈을 투자하고 있으나 자료의 질적인 면에서 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있다. 현재까지 우리나라의 유량자료는 댐의 수문자료와 수량관리 부처인 건교부에서 운영하는 수위표 지점의 수위-유량곡선에서 산출된 자료에 의존하고 있다. 그러나 수위-유량 관계식을 보정하기 위한 유량측정사업이 지속적이지 못하며, 이 관계식은 유량이 적은 저수기 및 갈수기에는 부정확하다는 한계가 있다. 또한, 국립환경과학원 낙동강물환경연구소에서 오염총량관리를 위한 낙동강수계 유량측정사업을 실시하고 있지만, 목적은 낙동강수계의 오염총량관리 단위유역 말단 47개 지점에서 유량측정을 효율적으로 실시하여 수질정책의 기초자료를 제공하는데 있다. 이 자료 역시 오염총량관리를 위하여 유량측정을 실시하여 수자원의 효율적인 관리를 위한 일 유량을 알 수가 없는 한계점을 가지고 있다. 따라서 저수기 및 갈수기에 수질정책의 기초자료를 제공하기 위해서 하천을 포함한 유역의 정확한 강우-유출특성의 파악이 필요하다. 그러나 강우-유출특성 또한 유역 내 강우의 시 공간적 분포가 다르며 그 자가 비선형성이 강하고 여러 변동성을 포함하므로, 강우로부터 하천의 유출량의 정확한 해석이 불가능하다. 그러나 최근 인공지능 분야에서 신호처리, 지능제어 및 패턴인식 등의 수단으로 사용되고 있는 신경망은 학습이라는 최적화 과정을 통해 입력과 출력으로 구성되는 하나의 시스템을 비선형적으로 구축할 수 있으며 이러한 이점을 활용하여 수자원 분야에서 다양하게 적용되고 있다. 본 연구의 목적은 강우-유출자료 및 댐 방류량 자료의 비선형적인 특정을 가장 잘 반영할 수 있는 신경망모형을 적용하여 수질정책의 기초자료를 제공하기 위하여 신뢰성 있는 유량자료를 산정하는 모형을 개발하는 것이다. 이를 위해서 낙동강물환경연구소에서 오염총량관리를 위한 낙동강수계 유량측정 지점 상류의 댐 방류량의 일 방류량자료와 강우자료를 입력 자료로 하여 유량을 예측할 수 있는 유량예측 신경망 모형 FFBN(Flow Forecasting By Neural)을 개발하였다. 그리고 입력 자료로서 장기유출모형인 SWAT의 모의결과를 입력 자료로 추가한 FFBNS(Flow Forecasting By Neural and SWAT)을 개발하였다. 신경망 모형의 구조는 입력층과 출력층 사이에 하나의 은닉층이 존재하는 다층 신경망으로 구성하였으며, 학습단계에서는 오류 역전파 알고리듬 학습방법 중 모멘텀법을 사용하였다. 예측된 유출량을 실측치와의 비교를 위하여 낙본D지점과 낙본 E지점에 대하여 $2005{\sim}2006$년까지의 모의 결과를 낙동 수위측정지점과 구미 수위측정지점의 실측치 통하여 복잡한 비선형성을 가지는 유출 시계열 자료에 대한 효과적인 최적의 신경망모델을 개발하여 유량을 예측하고 적용 가능성을 검토하고자 한다. 모의 결과는 수질정책의 기초자료 제공에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.1-9
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• 2007

본 연구는 지진하중을 받는 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐(CFRD)의 정상부 변위에 대한 사력재료 주요물성의 민감도를 정량적으로 분석하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 현재 운영 중인 국내 CFRD 형식의 D댐에 대해 2가지 지진파, 각 지진파에 대해 2가지 설계진도, 사력재료에 대해 수행된 대형삼축압축시험 결과로부터 얻어진 물성값을 조합하여 만든 물성값이 다른 해석단면 27개를 작성, 총 108개 해석단면에 대한 동적 수치해석을 수행, 그 결과를 이용한 대역적 민감도분석을 수행하였다. 민감도분석 결과, 지진하중 작용 시 댐 정상부 침하량은 입력지진의 종류와 설계진도 크기에 상관없이 절대적으로 사력재료 전단탄성계수에만 영향을 받았으며 댐 정상부 횡변위의 경우에는, 사력재료 전단탄성계수의 영향이 크나 그 영향의 정도는 침하량에 미치는 정도에 비해 상대적으로 작으며, 침하량과는 달리 지진파의 종류와 크기에 따라 차이를 보였다. 본 연구결과에 한해 사력재료의 마찰각은 지진하중에 의한 CFRD 정상부 변위에는 전혀 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.35-44
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• 1998

본연구의 목적은 강우시 지표수의 흐름을 통해 유출되는 오염부하 산정 시스템을 개발하고 정상류 흐름의 성격을 띠는 점원오염의 월별, 수기별 오염부하를 산정하기 위한 각종 수질 인자별 발생부하와 배출부하 사이의 관계를 규명하여 각 지천 소유역의 울별 및 수기별 오염부하를 산정하는 모형 시스템을 개발하는 것이다. 또한 댐 상류 하천 구간에 대한 수질 모델링을 통하여 댐유입부의 오염부하를 산정하는데 있다. 대상유역의 토지 이용분포와 지표수 유출거동에 관련된 지상인자들의 파악을 위해 인공위성 원격탐사 이미지를 분석하여 토지이용분포 규명하고, 기타 지형공간정보를 구축하여, 이들로부터 모형의 운영에 필수적인 지상인자들을 합성하여, 모형의 입력자료로 사용될 수 있도록 하는 일련의 과정을 체계화하였다. 또한 개발된 개개의 모형을 체계적으로 결합하여 사용을 쉽게하기 위하여, GIS-모형간의 인터페이스 모듈과 그래픽 출력시스템 등 응용소프트웨어를 개발하여, 운격탐사 기법에 의한 저수지 오염 부하량 산정 모형과 전체시스템의 통합을 완료하였다. 개발된 모형시스템을 이용하여 1991년에서 1993년 사이에 관측된 4개 호우사상에 대한 비점오염원의 부하를 시험적으로 산정하였으며, 충추댐의 월별 및 수기에 따른 오염부하도 아울러 산정하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.25-34
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• 2009

댐이나 항만 건설시 재료로 사용되는 조립재는 입자크기가 일반 토사에 비해 매우 크기 때문에 이러한 재료에 대해서 전단시험을 수행할 때에는 가급적 대형 전단시험장치를 사용하는 것이 보다 정확한 결과를 얻기 위해 바람직하다. 대형 전단시험장치로는 일반적으로 대형 직접전단시험장치와 대형 삼축압축시험장치가 있으나 일반 토질시험장치와 비교해 제작과 보급, 운영 등의 어려움 때문에 현재까지 국내에서 두 시험장치를 사용하여 시험을 수행한 실적은 많지 않은 편이다. 본 연구에서는 댐 축조재로 사용되는 입경이 큰 조립재료를 대상으로 시료의 평균 입자크기와 공시체 크기, 연직응력(구속압) 조건 등에 차이가 있는 총 6개 case에 대해서 대형 직접전단시험과 대형 삼축압축시험을 수행하고 두 시험간 전단강도 특성의 차이를 비교하였다. Mohr-Coulomb 강도규준에 의한 전단강도를 기준으로, 대형 직접전단시험을 통해 산정된 전단강도가 대형 삼축압축시험을 통해 산정된 전단강도보다 전체적으로 크게 나타났으며 또한, 1,000kPa 수직응력에 대해 두 시험간 산정된 전단강도를 비교한 결과 대형 직접전단시험에 의한 전단강도가 대형 삼축압축시험에 의한 전단강도보다 약 10~70% 크게 나타나 입경이 작은 일반 토사와 비교해 그 차이가 크고, 대형 직접전단시험결과의 분산도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.53-64
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• 2013

전기비저항 모니터링 탐사법은 공극의 변화는 입자와 함수율의 변화에 기인한다는 사실에 근간을 두고 있다. 모든 댐에서 내부 침식은 시간이 지날수록 발생하며, 시간이 지남에 따라 누수가 집중되고 결국 댐의 파괴에 이르게 한다. 전기비저항은 제체내 공극의 변화에 매우 민감하게 변화하는 것으로 알려져 있어 전기비저항 모니터링 탐사법은 누수탐지에 효과적으로 적용되어 왔다. 그러나 전기비저항은 온도의 계절 변화와 총고용용존물, 운영수위 등의 변화에 큰 영향을 받는다. 본 논문에서 우리는 댐마루 중앙부에 영구적으로 전극을 설치하고 2011년 4월 3일부터 2012년 7월 31일까지 매 6시간 마다 전기비저항 모니터링 탐사 자료를 획득하였다. 모니터링 데이터의 해석을 위해 각 전기비저항 데이터의 2,950여개가 넘는 데이터를 분석하였다. 그 결과 전기비저항은 온도의 영향으로 계절변화에 따라 변화함을 확인할 수 있었으며, 전기비저항 모니터링탐사로부터 제체의 공극률을 산출하고 분석하였다. 댐체에서 전기비저항 모니터링 탐사의 적용성과 안정성을 확인하였으며, 신뢰할 만한 전기비저항 모니터링 데이터의 중요성을 강조할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권2호
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• pp.195-209
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• 2003

본 연구에서는 낙동강 상류유역의 병렬 다목적댐군인 안동 및 임하다목적 댐의 장기간 유입량을 산정하는데 공간추계 신경망모형이 사용되었다. 공간추계 신경망모형은 역전파 알고리즘으로 LMBP와 BFGS-QNBP를 각각 사용하였다. 공간추계 신경망모형의 구조는 입력층, 은닉층 및 출력층의 3개의 층과 차례대로 8-8-2개의 노드로 구성되어 있다. 입력층 노드는 안동 및 임하다목적 댐의 월평균유입량, 월면적강우량, 월별 증발접시 증발량과 월평균기온으로 구성되어 있으며, 자료시계열은 시간적으로 차이가 있다. 공간추계 신경망모형의 훈련을 위하여 추계학적 모형중 하나인 PARMA(1,1)에 의해서 훈련자료를 모의발생시켰으며, 모의발생된 자료는 공간추계 신경망모형의 훈련에 사용되었다. 훈련을 통하여 공간추계 신경망모형의 매개변수인 최적연결강도와 편차를 산정하였다. 산정된 매개변수는 안동 및 임하다목적 댐의 실측자료를 이용하여 공간추계 신경망모형의 검증에 이용되었으며, 통계분석과 수문곡선의 비교를 통하여 우수한 결과를 나타내었다. 따라서 공간추계 신경망모형은 낙동강 상류유역의 병렬저수지군의 장기간 연계운영기법 개발을 위하여 기초적인 자료를 제공하고, 용수분배 및 관리에 도움을 줄 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.519-519
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• 2015

2007년 발간된 IPCC의 4차 평가보고서에서 자연재해, 환경, 해양, 농업, 생태계, 보건 등 다양한 부분에 미치는 기후변화의 영향에 대한 과학적 근거들이 제시되면서 기후변화는 현세기 범지구적인 화두로 대두되고 있다. 또한, 기후변화에 의한 지구 온난화는 대규모의 수문순환 과정에서의 변화들과 연관되어 담수자원은 기후변화에 대단히 취약하며 미래로 갈수록 악영향을 받을 것으로 6차 기술보고서에서 제시하고 있다. 특히 우리나라는 지구온난화가 전 지구적인 평균보다 급속하게 진행될 가능성이 높기 때문에 기후변화에 대한 담수자원 취약성이 더욱 클 것으로 예상된다. 따라서 지표수에 용수의존도가 높은 우리나라의 댐 저수지를 대상으로 기후변화에 따른 수환경 변화의 정확한 분석과 취약성 평가는 필수적이다. 본 연구에서는 SRES A1B 시나리오를 적용하여 기후변화가 주암호 저수지의 수환경 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 지역스케일의 미래 기후시나리오 생산을 위해 인공신경망(Artificial Neural Network.,ANN)기법을 적용하여 예측인자(강우, 상대습도, 최고온도, 최저온도)에 대해 강우-유출모형에 적용이 가능한 지역스케일로 통계적 상세화를 수행하였으며, 이를 유역모델에 적용하여 저수지 유입부의 유출량 및 부하량을 예측하였다. 유역 모델의 결과를 토대로 저수지 운영모델에 저수지 유입부의 유출량을 적용하여 미래 기간의 방류량을 산정하였으며, 최종적으로 저수지 모델에 유입량, 유입부하량 및 방류량을 적용하여 저수지 내 오염 및 영양물질 순환 및 분포 예측을 통해서 기후변화가 저수지 수환경에 미치는 영향을 평가하였다. 기후변화 시나리오에 따른 상세기 후전망을 위해서 기후인자의 미래분석 기간은 (I)단계 구간(2011~2040년), (II)단계 구간(2041~2070년), (III) 단계 구간(2071~2100년)의 3개 구간으로 설정하여 수행하였으며, Baseline인 1991~2010년까지의 실측값과 모의 값을 비교하여 검증하였다. 강우량의 경우 Baseline 대비 미래로 갈수록 증가하는 것으로 전망되었으며, 2011년 대비 2100년에서 연강수량 6.4% 증가한 반면, 일최대강수량이 7.0% 증가하는 것으로 나타나 미래로 갈수록 집중호우의 발생가능성이 커질 것으로 예측되었다. 유역의 수문 수질변화 전망도 강수량 증가의 영향으로 주암댐으로 유입하는 총 유량이 Baseline 대비 증가 하였으며, 유사량 및 오염부하량도 증가하는 것으로 나타났다. 저수지 수환경 변화 예측결과 유입량이 증가함에 따라서 연평균 체류시간이 감소하였으며, 기온 및 유입수온 상승의 영향으로 (I)단계 구간대비 미래로 갈수록 상층 및 심층의 수온이 상승하는 것으로 나타났다. 연중 수온성층기간 역시 증가하는 것으로 나타났으며, 남조류는 (I)단계 구간 대비 (III)단계 구간으로 갈수록 출현시기가 빨라지며 농도 역시 증가하였다. 또한 풍수년, 평수년에 비해 갈수년에 남조류의 연평균농도 상승폭과 최고농도가 크게 나타나 미래로 갈수록 댐 유입량이 적은 해에 남조류로 인한 피해 발생 가능성이 높아질 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.405-419
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• 2022

홍수피해를 최소화하기 위한 수공구조물의 적정 규모 결정을 위해 사용되는 홍수빈도분석에는 통계적 분석절차에 따른 불확실성이 포함된다. 따라서 불확실성이 포함된 범주 내에서 가장 적절한 설계홍수량(design flood)을 결정하는 과정은 수공구조물의 최종단계에서 중요하게 다루어져야 하는 부분이나 이를 제시한 연구는 많지 않다. 비용-편익 분석기법을 홍수빈도분석 절차에 도입하여 구성되는 총 기대비용함수(total expected cost function)는 설계홍수량 중 최적설계홍수량(optimal design flood)을 결정하기 위한 새로운 접근방식이다. 이 절차는 UNCODE (UNcertainty COmpliant DEsign)로 명명되어 사용된 바 있으나, 국내에서는 아직 적용 결과가 소개되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 UNCODE의 수학적 구성 절차를 소개함과 함께 북한강수계에 위치한 수력발전댐(화천댐, 춘천댐, 의암댐, 청평댐)의 연최대유입량을 사용하여 최적설계홍수량을 산정하고 이 결과를 기존 홍수빈도분석 결과와 비교하였다. 불확실성이 고려된 총 기대비용함수로부터 확률분포함수들(Gumbel 및 GEV)의 모수를 추출하는 과정에서 Metropolis-Hastings 알고리즘을 사용하여 불확실성의 범위를 추정하였으며, 비용-편익 분석기법에 사용되는 비용 및 피해함수는 수학적 구성의 편의성을 위하여 1차 선형함수로 가정되었다. 4개의 발전용댐, 2개의 확률분포 및 2개의 재현기간에 대하여 최적설계홍수량의 중앙값이 기존 홍수빈도분석 절차에 의해 산정된 설계홍수량보다 일정 정도 큰 값으로 산정됨을 알 수 있었다. 향후에는 본 연구에서 적용된 절차를 간단한 수식형태로 함수화하여 발전용댐 운영의 실무업무나 하천기본계획의 수립 등에 있어 비용-편익분석 기법의 적용성을 높이기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권10호
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• pp.1045-1058
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• 2008

가뭄은 장시간동안 강수의 부족으로 발생하는 자연현상이며, 지역에 따라 해마다 여러 가지 피해를 발생시키고 있다. 특히 1994$\sim$1995년과 2001년에 발생한 가뭄은 피해가 매우 심각하였으며 중.소규모의 저수지가 바닥을 드러냈을 뿐 아니라 상당한 경제적인 손실도 발생하였다. 하지만 가뭄관리계획에 의해 저수지를 통한 최적의 물 공급방안을 제시함으로써 이러한 피해들을 최소화 시킬 수 있을 것이다. 본 연구에서는 최적의 저수지 운영을 위한 전문가시스템을 개발하여 수문학적 가뭄지수인(Modified Surface Water Supply Index, MSWSI) 값과 저수지 유입량과의 연계를 통한 가상가뭄모의운영(Virtual Drought Exercise, VDE)을 실시한 후 도출된 결과를 바탕으로 가뭄단계에 따른 댐 운영대안을 제시하였다. 가상가뭄모의운영으로 여러 가지 가뭄사상에 대한 효과적인 장 단기 대안을 도출할 수 있었으며 가뭄기간동안 최적의 물 공급방안을 준비하는데 효과적으로 사용될 수 있을 것이라고 판단된다.