• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1107-1112
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• 2009

수위-유량관계곡선이 있는 위어는 월류수심을 측정하여 개수로 유량을 산정할 수 있는 매우 유용한 유량 측정 도구이다. 본 연구는 폭 1m인 사다리꼴 단면 상업용 개수로에 설치된 높이 26cm인 삼각형 위어의 수위-유량관계곡선을 도출하기 위하여 수리모형실험을 실시한 것이다. 위어 수리모형은 크기를 1/5 축척으로 제작하고 유량과 수로경사를 변화시키면서 수리실험을 하였다. 기존 위어 유량산정 공식들을 이용하기 곤란하기 때문에 본 연구에서는 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어의 유량산정 공식을 정립하였다. 이 공식은 월류수심을 $h_1$과 $h_2$로 구분하였다. 월류수심이 $h_1$보다 작으면 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용하고, 이보다 크면 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용한다. 삼각형 위어에서는 유량이 증가함에 따라 유량계수 $C_1$이 작아지는 반면에 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어의 유량계수 $C_2$는 균일한 것으로 나타났다. 이는 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어에서는 삼각형 위어에서 유량계수 $C_1$이 사용되었기 때문으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 위어가 설치된 수로의 접근유속을 구하여 위어에 미치는 영향을 조사하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.70-70
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• 2015

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90 m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동 모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.580-580
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• 2015

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성 유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.467-471
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• 2010

유속지수법(index velocity method)은 수위-유량관계에 유속을 추가적인 지수로 이용하는 방법이며 현재 자동유량측정 방법으로 널리 사용되고 있는 기법이다. 유속지수법에 많이 사용되는 측정 장비는 초음파유량계와 Acoustic Doppler Velocity Meter(ADVM) 등으로 모두 연속적인 수위와 유속을 측정하여 시계열 유량 자료를 생산하기 때문에 고리형 수위-유량관계의 재현이 가능하다. 기존의 연구에서 유속지수법은 괴산댐 하류에 적용되어 댐 방류량대비 평균 7%의 상대오차를 보였고, 시간에 따른 오차 발생이 적어 수위-유량관계에 비해 효율적으로 나타났다. 하지만 댐방류량에 의해 영향받는 구간에서는 고리형 수위-유량관계 재현에 한계를 나타냈다. 따라서 본 연구에서는 일반 자연하천인 임진강 적성지점에 ADVM을 설치하였고, 수위-단면적 관계와 평균유속($V_m$)-지표유속($V_i$) 관계를 수립하여 유속지수법에 의한 시계열 유량자료를 산정하였다. 산정된 유량자료는 측정 유량과 비교하여 정확도를 분석하였고, 시계열 유량 자료로부터 고리형 수위-유량관계를 재현하였다. 2009년 6월부터 9월까지 운영된 ADVM 자료로부터 산정된 유속지수법 최대 유량은 $10,491m^3/s$였으며, 총 18회의 실측 유량과 비교한 유속지수법 유량은 평균 7%의 상대오차를 나타냈다. 시계열 자료로부터 재현된 고리형 수위-유량관계는 임진강 적성지점의 경우 수위관측소 수위 10m, 유량 $2,000m^3/s$부터 발생하였다. 2009년 8월 11일 첨두유량 $8,000m^3/s$홍수 사상에서 발생한 고리형 수위-유량관계의 경우 수위 14m에서 $1,230m^3/s$의 유량차이를 보였고, 동일한 유량 $6,000m^3/s$에서 1.2m의 수위차이를 보였다. 2009년 8월 26일 첨두유량 $10,000m^3/s$에서 발생한 고리형 수위-유량관계에서도 마찬가지로 수위 16m에서 $1,670m^3/s$의 유량차, 유량 $8,000m^3/s$에서 수위 1.3m의 차이를 나타냈다. 이와 같이 유속지수법은 기존의 수위-유량관계가 가지는 한계점을 보완하여 고리형 수위-유량관계 재현이 가능하기 때문에 보다 정확한 유량 산정이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.464-468
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• 2009

대전 갑천 상류의 괴곡지와 유등천 상류의 선골 계획댐, 대전천 상류의 소호, 한밭 계획지 등 저수지의 직렬, 병렬 연계 운영을 고려하여 1966년부터 2007년까지 주요 지점의 하천유량을 일별로 모의하였고, 회덕 지점의 목표유량을 2.79 $m^3/s$로 설정하고 계획댐의 유무에 따라 유지유량 증대효과를 분석한 결과 회덕 지점의 하천유지유량을 1.396 $m^3/s$에서 2.928 $m^3/s$ 로 크게 증대시키는 효과를 얻었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1-5
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• 2009

하천의 수위와 유량에 대한 정확한 정보는 이수, 치수와 같은 수자원 관리에 있어서 가장 기본 물리량이며, 각종 물이용 분쟁 해결, 수공구조물의 설계, 하천의 유사량 산정 및 수리 수문모형의 개발, 검증을 위한 기초자료로 이용된다. 그러나 유량의 직접 계측은 많은 비용이 소요되며, 홍수시에는 계측이 불가능하다. 지속적인 유량자료의 실측은 얻는 것은 매우 어렵다. 따라서 최근 수치 모형을 이용하여 수위-유량 곡선을 예측하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 복단면 및 불규칙한 하상을 갖는 개수로의 수위-유량 곡선 및 단위유량 예측모형을 개발하고자 한다. 수심 적분된 2차원 운동량 방정식으로부터 정상류와 등류 조건을 가정하여 지배방정식을 구성하였으며, Manning 조도계수를 사용하여 자갈 및 모래와 같은 하상재료에 의한 전단력을 산정한다. 또한 식생항력을 이용하여 홍수터 및 제방의 식생이 수위-유량에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.366-366
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• 2017

하천의 유량관측 자료는 지표수자원의 확보와 수공구조물의 설계를 위해 가장 기초적인 수문자료로써 정밀하고 지속적인 관측을 요구한다. 최근 유량 관측법은 접촉식 유속측정 방법의 단점을 보완한 전자파 표면유속계나 영상분석기법을 적용한 표면영상유속계(SIV)가 활용되고 있다. 이들 관측장비는 표면유속 관측법에 의해 유량을 측정하므로 보다 정밀한 유량자료를 확보하기 위해서는 측정 영역의 표면유속과 단면의 평균유속에 대한 해석이 필요하다. 이 연구에서는 제주도 남부지역에 위치한 강정천을 대상으로 2011년 7월부터 2015년 6월 까지 월 1~2회 현장관측한 ADCP 자료를 활용하여 Chiu(1987)가 제안한 2차원 유속분포식의 매개변수를 추정하여 정밀한 유량을 산정하였다. 또한 표면영상유속계(SIV)로 산정된 표면유속을 Chiu-2 차원 유속분포식에서 평균유속으로 환산하여 기존의 표면유속을 일률적으로 적용한 수심평균유속 환산계수인 0.85의 적용 값과 비교 분석하였다. 대상하천의 현장에서 72회 관측된 ADCP 자료를 활용하여 각각의 최대유속과 평균유속을 분석하고 엔트로피 계수(M)를 산정한 결과와 유속의 공간적 분포를 모델링하기 위해 제시되는 $_{urf}$를 산정하였으며, 산정된 계수 값을 이용하여 표면유속을 계산한 결과와 ADCP의 관측된 표면유속의 $^2$는 0.874로 나타났다. 이러한 결과는 Chiu-2차원 유속분포식을 연구대상하천에 적용하는 과정에서 추정되는 매개변수의 평균값 사용에 대한 타당성을 보여준다. 이 후 추정된 하천매개변수를 하천현장에 적용성 확인을 위해 강정천의 동일 관측지점에서 표면영상유속계(SIV)를 사용한 표면유속과 유량을 산정함과 동시에 ADCP에 의한 유속 및 유량과 비교 분석하였다. 표면영상유속계(SIV)로 분석된 유속 벡터를 Chiu-2차원 유속분포식에 적용하여 산정된 유량과 기존의 수심평균유속환산계수 0.85를 적용한 유량은 각각 $0.7171m^3/s$과 0$0.5758m^3/s$였다. ADCP 평균유량 $0.6664m^3/s$과의 오차율은 각각 7.63%, 13.64%로 나타나 Chiu-2차원 유속분포식을 적용한 유량이 수심평균유속환산계수 0.85를 적용한 유량에 비해 작은 오차율을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1845-1849
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• 2009

하천 유량자료의 중요성이 커짐에 따라 기존 유량측정 기법의 정확도를 향상시키는 기술개발이 필요하다. 자동유량측정은 기존 유량측정방법의 한계를 극복하기 위해 많은 개발이 이루어 졌다. 최근 초음파 유량계와 더불어 자동 유량 측정 방법으로 널리 사용되고 있는 기법이 유속지수법(index velocity method)이다. 유속지수법은 기존의 수위-유량관계식이 수위만을 변수로 이용하여 발생되는 한계를 극복하기 위해 유속을 추가적인 지수로 이용하여 유량을 산정하는 방법이다. 본 연구에서는 유속지수법의 적용을 위해 연속적인 유속, 수위 측정이 가능한 측방형 (side-looking) Acoustic Doppler Velocity Meter(ADVM)을 괴산댐 하류에 설치·운영하고 그 결과를 이용하여 유량을 산정하는 방법을 개발하였다. 2005년부터 2008년까지 유속지수법에 의해 산정된 유량 자료의 상대오차는 댐방류량에 비해 각각 평균 5.2%, 6.7%, 6.5%, 6.5%로 나타났다. 기존의 수위-유량 관계식에 의해 산정된 유량 자료가 댐 방류량에 비해 각각 평균 9.9%, 28.6%,34.0%, 54.2%로 나타난 것과 비교한다면 상당히 높은 정확도를 보였으며, 시간에 따른 오차 발생이 적어 운영에 효율적인 것으로 판단된다. 이와 같은 유속지수법을 하천 유량 측정에 적용한다면 보다 정확한 유량을 연속적으로 자동화하여 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.238-238
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• 2011

복단면 하도는 홍수소통을 위한 상부 하도와 생태계 서식처 강화와 유사이송능력 개선, 경제적인 유지유량의 확보 등을 도모하는 자연적인 저수로 하도로 구성된다. 그러므로 갈수기와 홍수기의 유량차가 큰 하천에서, 복단면 하도는 하천 공학, 환경 생태 관점에서 다양한 이점을 제공한다. 그러나 복단면 하도에서의 흐름저항, 조도계수, 통수능, 수위-유량관계, 횡방향 유속분포, 그리고 하상전단응력 분포는 단단면 하도와 상이하며, 중요한 차이점은 주수로부와 홍수터부 사이의 유속차로 인하여 발생하는 활발한 운동량 교환에 의해 추가적인 전단층이 생성되는 점이다. 주수로와 홍수터 사이에서 발생된 경계전단력(Apparent Shear Force, ASF)은 하천의 전반적인 통수능을 감소시켜 홍수의 하도내 저류효과를 증가시킬 수도 있다. 또한 주수로 및 홍수터가 분담할 수 있는 유량은 경계전단력에 민감하기 때문에, 홍수터에 수목 식재, 구조물 설치 등을 계획할 경우 정량적인 항력저항의 산정을 위하여 매우 중요하다. 현재까지 복단면에서 발생하는 경계전단응력을 추정하는 다양한 방법들이 개발되었으며, 각각의 방법으로 부터 경계전단력을 정량적으로 예측할 수 있다. 그러나 대부분의 방법이 실험에 근거한 경험적 방법이므로 각 식의 개발에 사용된 자료에만 적합할 수 있는 한계가 있으며, 균일한 수로의 기하학적 변수(전단면과 주수로의 하폭비, 홍수터와 주수로의 수심비, 홍수터와 주수로의 조도비, 주수로의 하폭대 수심비 등)에 의한 식으로 구성되어 수치모형에서 직접 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 복단면 경계전단력 산정을 위하여 개발된 다양한 연구결과들을 비교 검토하고, 기존문헌 또는 웹상에서 가용한 수리실험 자료들을 이용하여 각 방법에서 계산된 유량과 실측 유량을 비교함으로써 각 방법이 지닌 한계를 분석하였다. 본 연구에서 검토된 5가지 방법은 Knight and Demetriou (1983)(이하 KD), Wormleaton and Merret (1990)(이하 WM), Cristodoulou (1992), Bousmar and Zech(1999) (이하 BZ) 그리고 Moreta and Martin-Vide (2010)(이하 MM)이다. BZ 방법을 제외하고 나머지 방법들은 전체 유량의 비교에서 5% 이내의 오차를 나타내었다. 그러나 나머지 4가지 방법 중 주수로부 유속의 비교에 있어서는 소규모 수로 실험자료만 이용한 KD 방법이 5% 이상의 오차를 나타내어 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 비교적 단순한 형태의 Cristodoulou (1992) 방법이 적용하고자 하는 수로의 규모와 무관하게 복단면 유량예측에 적합할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.259-265
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• 2011

유량조사 자료는 하천유역의 물순환 구조 파악, 하천시설의 설치, 각종 수공 구조물의 설계, 하천 주변지역의 이용 및 관리 등 수자원 계획을 위한 기초자료로 다방면에서 활용되고 있다. 국토해양부는 전국 수위관측소를 대상으로 매년 100여개 지점에서 유량조사을 실시하고 있으며, 측정된 성과에 대한 체계적인 품질관리와 연구개발을 통해 유량자료의 품질향상 및 안정화를 위해 노력하고 있다. 본 연구는 2010년도 유량조사사업에서 수행한 4대강 권역 12개 수계 153개 지점에서 수행된 유량 측정성과에 대해서 수리특성 분석, 최대구간유량비 분석, 하천폭에 따른 측선수 비교, 불확실도 분석을 수행하였다. 또한 개발된 수위-유량관계곡선식을 통하여 산정된 유량자료에 대하여 연유출률 평가, 상 하류간 유량 비교, 연유출총량 등을 비교하여 산정된 유량자료의 적절성을 검토하였다. 2010년 조사자료의 측선수 평균은 유속계 36.7개, 부자 14.3개, 최대구간유량비는 유속계 6.7%, 부자 13.9%, 불확실도는 유속계 4.0%, 부자 7.7%로 나타났다. 개발된 수위-유량관계곡선식을 활용해 산정된 유출률의 전체 평균값은 61%로 2009년에 비해 약 10% 크게 나타났다.