• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.246-246
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• 2018

일반적으로 감조하천의 홍수위는 홍수량과 조위에 의해 결정된다. 그러나 하류에 하구둑이 있는 경우, 홍수위는 하구둑의 운영에 더 많은 영향을 받게 된다. 이러한 감조하천구간의 설계홍수위를 산정할 때는 하구둑의 운영과 조위 조건을 모두 고려해야한다. 본 연구에서는 하구둑의 운영을 모의할 수 있는 부정류 계산모형을 개발하고 이를 낙동강에 적용하여 하구둑과 창녕함안보 구간에 대해 100년 빈도 계획홍수위를 산정하였다. 하구둑의 수문 운영 전략은 하구둑 직상류 수위가 외조위보다 낮거나 같을 경우 수문이 폐쇄되도록, 그 외의 경우에는 수위가 상승할수록 개도를 증가시키도록 수립되었다. 조위 시나리오로 가상조위를 부산 검조수위표의 4대 분조 조화분석 자료를 활용하여 생성하였다. 대조기와 소조기를 포함한 다양한 조위 조건과 매개변수를 달리한 여러 운영방안에 대해 100년 빈도 홍수사상을 모의하였다. 수문 운영 방안에 포함된 매개변수들과 조위 조건에 대한 민감도 분석을 수행하여 매개변수들의 변화에 따른 계산결과들의 분석을 수행하고 모의 계산된 홍수위들로부터 100년 빈도 계획홍수위를 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.272-272
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• 2019

보는 수로나 하천의 수위를 조절하고 취수 등의 편의를 제공하기 위해 건설되는 하천 구조물이다. 일반적인 보(고정보)는 상시 담수 되어 농업용수, 생활용수, 공업용수 등의 취수원으로 활용되지만, 최근에 설치되는 보(가동보)들은 수문을 설치하여 필요에 따라 수위를 조절할 수 있게 되어 있다. 이와 같은 보의 운영은 보 상류의 유속, 수심, 흐름 특성, 하천 형상 등의 변화를 발생시킨다. 이에 따라 보 상류에 위치한 수위관측소의 수리학적 영향에 대하여 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 광주천 유역에 위치한 광주광역시(유촌교)관측소를 대상으로 하류 900m에 위치한 가동보 수문 운영 조건에 따른 보 상류부의 수위, 유속, 수심, 흐름 특성을 조사하고 가동보의 수문 개방과 폐쇄에 따른 영향을 분석하였다. 가동보는 상시 폐쇄되어 있으며, 강우 발생 시에만 일정 수위 이상에서 자동으로 개방되는 형태로 운영되고 있다. 본 연구에서는 총 30회의 수위관측 및 유량측정을 하였다. 가동보 운영에 따른 수위, 유속, 흐름 특성 변화와 유량 자료를 확보하기 위해 광주시청 및 광주환경공단의 협조 요청을 통해 광주광역시(유촌교)관측소를 기준으로 상류 약 50m와 하류 약 420m에 측정 위치를 선정하여 동시 유량측정을 하였다. 또한 가동보 운영에 따른 수면경사의 정도를 파악하기 위해 광주광역시(유촌교)관측소를 기준으로 상류 약 50m, 10m, 5m, 하류 약 420m, 500m, 900m에 각각 수위표를 설치하여 총 6회 수면경사를 계측하였다. 그 결과 광주광역시(유촌교)관측소에서는 보 수문 운영에 따라 수리학적 영향을 받는 것으로 분석되었고 이를 이용하여 흐름 특성 변화를 반영한 수위-유량관계곡선식을 개발하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.483-483
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• 2022

댐과 저수지의 운영 최적화를 위한 수문학적 예보는 현재 수동적인 댐 운영이 주를 이루면서 활용도가 높지 않다. 불확실한 기후변화나 기후재난 상황에서 우리 사회에 악영향을 최소화하기 위해 선제적으로 대응/대비할 수 있는 댐 운영 방안이 불가피하다. 강우량 예측 기술은 기후변화로 인해 제한적인 상황이다. 실례로, 2020년 8월에 섬진강의 댐이 극심한 집중 강우로 인해 무너지는 사태가 발생하였고 이로 인해 지역사회에 막대한 경제적 피해가 발생하였다. 선제적 댐 방류량 운영 기술은 또한 환경적인 변화로 인한 영향을 완화하기 위해 필요한 것이다. 제한적인 기상 예보 기술을 극복하고자 심화학습이나 강화학습 같은 인공지능 모델들의 활용성에 대한 연구가 시도되고 있다. 따라서 본 연구는 섬진강 댐의 시간당 수문 데이터를 이용하여 댐 운영을 위한 심화학습 모델을 개발하고 그 활용도를 평가하였다. 댐 운영을 위한 심화학습 모델로서 시계열 데이터 예측에 적합한 Long Sort Term Memory(LSTM)과 Gated Recurrent Unit(GRU) 알고리즘을 구축하고 댐 수위를 예측하였다. 분석 자료는 WAMIS에서 제공하는 2000년부터 2021년까지의 시간당 데이터를 사용하였다. 입력 데이터로서 시간당 유입량, 강우량과 방류량을, 출력 데이터로서 시간당 수위 자료를 각각 사용하였으며. 결정계수(R2 Score)를 통해 모델의 예측 성능을 평가하였다. 댐 수위 예측값 개선을 위해 하이퍼파라미터의 '최적값'이 존재하는 범위를 줄여나가는 하이퍼파라미터 최적화를 두 가지 방법으로 진행하였다. 첫 번째 방법은 수동적 탐색(Manual Search) 방법으로 Sequence Length를 24, 48, 72시간, Hidden Layer를 1, 3, 5개로 설정하여 하이퍼파라미터의 조합에 따른 LSTM와 GRU의 민감도를 평가하였다. 두 번째 방법은 Grid Search로 최적의 하이퍼파라미터를 찾았다. 이 두가지 방법에서는 같은 하이퍼파라미터 안에서 GRU가 LSTM에 비해 더 높은 예측 정확도를 보였고 Sequence Length가 높을수록 정확도가 높아지는 경향을 보였다. Manual Search 방법의 경우 R2가 최대 0.72의 정확도를 보였고 Grid Search 방법의 경우 R2가 0.79의 정확도를 보였다. 본 연구 결과는 가뭄과 홍수와 같은 물 재해에 사전 대응하고 기후변화에 적응할 수 있는 댐 운영 개선에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.578-583
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• 2004

수자원 계획 및 관리에서 가장 중요한 요소는 우량, 하천 수위, 유량 등과 같은 기포 수문자료이다. 이들 자료는 신뢰성을 바탕으로 지속적인 관측에 의한 장기적인 수문자료로 축적되어야 한다. 본 연구에서는 강원도 횡성군의 남한강 제1지류인 섬강의 상류에 위치한 계천 유역과 같은 산지지형에 대한 시험유역의 운영을 통하여 신뢰성 있는 고품질의 산간유역 수문자료를 지속적으로 확보하고자 한다 이를 위해 우량자료는 지점별로 10분 및 1시간 간격으로, 수위자료는 10분 간격으로 관측을 실시하고 있다. 또한 수위관측소에 대한 정기적인 유량측정을 실시하였으며, 이에 대한 불확실도 분석을 실시하여 자료에 대한 신뢰도를 검증하였다. 이를 토대로 각 지점별 수위-유량관계곡선을 개발하였으며, 이때 홍수로 인한 하상변화를 고려하여 자료에 대한 기간분리와 저수위 및 고수위에 대한 구간분리를 실시하였다. 이와 같이 축적된 수문자료들은 산간유역의 물 순환 해석을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.184-188
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• 2008

추계학적 시계열 분석은 크게 수문자료의 장기간 합성과 실시간 예측으로 구분해 볼 수 있다. 장기간 합성은 주로 수문자료의 추계적 특성을 반영한 수자원 시스템의 운영율 개발에 이용되어 왔다. 반면에 실시간 예측은 수자원 시스템의 순응적(adaptive) 관리에 적용되고 있다. 두 개념의 차이로 전자는 시계열 자료를 합성하여 발생 가능한 모든 수문조합을 얻고자 하는 것이라면 후자는 전 시간의 수문량을 조건으로 하는 다음 시간의 값을 순응적으로 예측하는 것이라 할 수 있다. 수문자료의 합성과 예측에는 크게 결정론적, 확률론적 방법의 두 가지 대별될 수 있다. 결정론적 모델링 방법에는 인공신경망이나 Fuzzy 기법 등을 이용할 수 있으며, 확률론적 방법에는 ARMAX 등의 모수적 기법과 k-NN(k-nearest neighbor bootstrap resampling), KDE(kernel density estimates), 추계학적 인공신경망 등의 비모수적 기법으로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 대표적 비모수적 기법인 k-NN를 이용하여 충주댐을 대상으로 월 및 일 유입량 자료의 예측 정도를 살펴보았다. 전 시간 관측치를 조건으로 하는 다음 시간의 조건부 확률분포를 구하여 평균값을 계산한 후 관측치와 비교함으로써 모형의 정도를 살펴보았다. 그리고 실시간 저수지 운영에 이 기법의 활용성과 장단점도 살펴보았다. 모형개발 절차로 모형의 보정을 거쳐 검증을 실시하였다. 결론적으로 월 및 일 유입량 예측에 k-NN 기법이 실무적으로 적용될 수 있었으며, 장점으로는 k-NN 기법이 다른 기법보다 모델링 절차가 비교적 쉬워 저수지 운영 최적화 등 타 시스템과의 연계에 수월함이 인식되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.10-15
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• 2019

국내 수자원 관리의 중요성이 대두되면서 선진화된 하천의 수위, 유량 및 유사량 자료들을 취득할 수 있게 되었으나 제약이 많은 수문 인자로서 인식된 토양수분량과 증발산량에 관한 연구는 비교적 더디게 진행되고 있는 실정이었다. 하지만 최근 토양수분 증발산량 같은 인자들은 대기와 지표 사이의 상호작용에 직접적으로 관여하여 가장 중요한 수문기상학적 인자로 인식되어오면서 많은 프로젝트와 연구들이 진행되고 있다. 2002년 이전 토양수분 증발산량은 학술연구 목적으로 측정하였으며, 그 후 2005년도까지 기관별로 특정 목적을 위해 제한적 측정을 수행하였다. 또한, 한국수자원조사기술원에서도 2007년 하천법에 따라 국가 물 관리에 활용되는 기초 수문 자료생산의 목적으로 증발산량 관측소 2개소, 토양수분량 관측소 2개소를 우선적으로 설치 및 운영을 하고 있었으며, 2015년 이후로 홍수통제소에서도 증발산량관측소를 지속적으로 추가 설치하여 관측망을 구축 운영하고 있다. 이러한 관측소들에서 정기적으로 산출된 데이터들을 축적 및 분석하는 연구들은 장기적인 수문학적 연구로서 중요한 가치이다. 본 연구에서는 2018년 청미천과 설마천 유역에 설치된 증발산량 관측소(Eddy covariance method)와 토양수분량관측소(Time Domain Reflectometer method)에서 관측된 데이터의 특성을 분석하였다. 분석 결과는 유역의 물 순환을 규명하는데 가장 중요한 연구로써 활용될 것으로 기대 된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.194-194
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• 2011

보는 일반적으로 흐르는 하천을 막아 수위를 높여서 취수 용도로 사용되는 저수 시설의 역할을 한다. 그러나 홍수 시 보 구조물은 홍수류 소통의 장애물 역할을 하여 보 상류의 수위를 상승시키고, 이는 곧 보의 상류에서는 침수피해를 발생시키기도 한다. 따라서 홍수 시 보 구조물이 하천흐름을 방해하지 않도록 설계하여 보의 통수능과 안정성을 확보시키는 것은 보 설계 시에 매우 중요한 요인으로 작용한다. 본 연구에서는 낙동강 구미보를 대상으로 보 구조물에 의한 보 상류부의 통수능 및 치수안정성에 대해 분석하기 위하여 수리모형실험을 수행하였다. 가동보의 수문 운영 조건에 따른 보 상류부의 수위 변화, 빈도 홍수량에 의한 구미보 상류의 흐름특성을 유속 및 수위측정을 통하여 비교 분석하였다. 구미보의 수문 2개를 이용하여 수문 2개 개방 조건, 수문 1 개 개방, 수문 1개 폐쇄 조건, 수문 2개 폐쇄 조건으로 구분하여 실험을 진행하여 분석하였다. 연구 결과 수문폐쇄조건에서 수위가 가장 크게 나타났으며 급격히 상승하였다. 수문이 폐쇄된 2년 빈도의 홍수량조건이, 수문이 개방된 100년 빈도 홍수량조건보다 상류수심이 높게 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 실제 계획홍수량보다 작은 유량조건일지라도 수문이 폐쇄됐을 경우에 보 상류부는 홍수범람의 위험이 더욱 커진다고 판단되었다. 가동보 수문을 개방하여 통수하는 경우에 보 상류의 수위저하 영역을 검토한 결과, 유량이 클수록 가동보에 의해 수심저하 영향을 받는 보 상류의 영역이 늘어나며, 보 상류 방향으로 거리에 따른 보 상류의 수심저하가 발생하는 거리의 관계는 유량 크기에 비례하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.459-459
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• 2018

서낙동강은 당초 낙동강 본류였으나 1934년 김해평야 일원의 농업용수 공급을 위하여 건설된 대저수문과 녹산수문의 완공 이후 현재의 상태로 유지되고 있다. 서낙동강은 대저수문을 통한 유입과 녹산수문, 녹산배수펌프장을 통한 방류가 시행되고 있으며, 이러한 운영은 외해 조위조건에 따라 간헐적으로 운영되고 있어서, 수체의 정체로 인한 오염도가 높은 실정이다. 또한, 서낙동강 유역은 에코델타시티 등 다양한 개발계획이 수립됨에 따라 수질관리를 위한 여건도 변화할 것으로 예상되며, 이러한 개발에 따른 다양한 수질개선에 대한 사회적 요구가 증대됨에 따라 이를 위한 물순환 개선과 유역에서의 오염부하 저감 등 다양한 수질개선 대책이 필요하다. 본 연구에서는 그간 서낙동강을 대상으로 시행되었던 연구결과와 현재 시행중인 물순환에 대한 효과를 검토하고, 이를 정량화하기 위한 2차원 수리 수질모형(CE-QUAL-W2)을 구축 활용하여 현행 물순환 방안의 운영 효과를 분석하고자 하였다. 당초 환경영향평가시 제시되었던 대저수문과 맥도수문을 통한 유입과 맥도배수펌프장을 통한 유출로 서낙동강, 평강천, 맥도강의 수질을 개선하고자 했던 물순환 계획은 여러 가지 여건으로 인해 시행되지 못하고 있으며, 현재는 매주 강서구청에서 맥도배수펌프장을 이용하여 평강천과 맥도강의 수위를 저하시킨 이후 서낙동강의 하천수를 유입시키는 형태로 물순환을 시행하고 있다. 이러한 현행 물순환 방안에 대한 분석을 위하여 서낙동강, 평강천, 맥도강 구간에 대하여 2차원 수리 수질모형(CE-QUAL-W2)을 이용하여 모의한 결과 현재의 물순환 방법으로는 물순환 유량이 증가하더라도 수질개선에 한계가 있는 것으로 나타났다. 이는 서낙동강에 낙동강 하천수가 대저수문을 통하여 유입된 이후 장기간 체류함에 따라 유역에서의 오염물질 유입의 영향이 크게 나타나며, 이에 따라 평강천과 맥도강에 유입되는 경우 수질개선이 제한적인 것으로 판단된다. 추가적으로 현재 서낙동강 대비 상대적으로 수질이 양호한 낙동강 본류의 하천수를 신규 수문 등의 시설물을 통하여 유입시키는 조건에 대한 분석 결과 현행 물순환 대비 효과가 크며 당초 예상했던 환경영향평가시 목표수질을 달성할 수 있을 것으로 판단보다 상세한 분석과 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.305-309
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• 2012

한국건설기술연구원의 주요사업인 "산지하천 유역의 홍수예측을 위한 수문조사(2011~2015년)"의 Test-bed 유역중의 하나인 설마천 유역(경기도 파주시 적성면)의 중류부에 위치한 사방교 수위관측소는 2011년 7월 중부지방의 집중호우에 의해 수위관측소가 유실되는 초유의 사태가 발생한 바 있다. 이에 따라 수위관측기기와 부대시설물이 모두 피해를 입었으며, 그 이후 수위관측소 운영이 중단되었다. 다만 유역출구인 전적비교 수위관측소는 일부분 피해가 있었으나, 정상적인 기능을 유지하여 결측이 없는 운영이 이루어졌다. 2011년 사방교 수위관측소의 수위관측 자료는 호우피해 발생 이전 관측자료 수집이 이루어진 2011년 7월 8일 13:30분까지 자료가 있으며, 그 이후는 호우피해에 의한 관측기기의 유실로 모두 결측이다. 따라서 본 연구는 2011년 7월 8일 13:30분 이후 관측이 이루어지지 못한 사방교 수위관측소의 유량자료를 모의 생성한 후 유역출구인 전적비교 수위관측소의 유량자료와 상 하류 유량 및 유출률 검토를 통하여 미관측기간의 결측자료를 최종 생성하였다. 최종 모의 생성된 유량자료는 2011년 이전의 유역의 수문학적 특성과 매우 유사한 경향을 보이므로 모의 생성된 결과는 매우 양호한 것으로 판단된다. 이러한 결과는 설마천 유역의 지속적인 운영과 아울러 6개 우량관측소의 우량자료와(2011년 7월 집중호우에 의해 1개 우량관측소 유실 발생), 유역출구인 전적비교 수위관측소의 신뢰성 높은 수위, 유량자료가 있었기에 가능한 일이다. 설마천 유역 수문자료는 홈페이지(http://seolmacheon.kict.re.kr)와 동시에 운영되는 '설마천-차탄천 수문정보시스템'을 통해 유역정보 및 자료를 저장하고 있으며, 제공을 통해 자료를 공유하고 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.346-350
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• 2018

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화로 인하여 극심한 홍수, 가뭄 등 재해의 발생빈도가 증가하는 추세로 기후변화의 영향을 최소화할 수 있는 수재해 방재관리가 필요한 상황이다. 중 대하천의 경우에는 비교적 수재해 방재관리가 잘 이루어지고 있으나, 소하천(일부 중하천 포함)의 경우에는 취약한 구조를 보이고 있다. 특히 홍수기간(7월~9월)의 인명과 재산의 피해는 주로 소하천 위주로 발생하고 있으며, 사전 사후의 체계적인 대응이 이루어지지 못하고 있다. 수재해 방재관리를 위해서는 일차적으로 수문자료의 획득에 있으며, 그 이후 해당 유역에 적합한 수재해 대응을 위한 체계적인 방법론과 방재시스템 개발 운영이 수반되어야 안전한 방재관리를 할 수 있다. 따라서 수재해 방재관리 체계를 구축하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 설마천 유역(유역면적 $8.48km^2$, 유로경사 2.15%, 경기도 파주시 적성면 소재)의 신뢰성 높은 2017년 관측자료를 이용하여 강우특성, 유출특성, 증발산량과 지하수 함양량 산정 등 수문특성을 분석하였으며, 과거 관측결과와 비교하였다. 강우특성분석으로는 호우사상 분리, 주요 호우사상 분석, 지속기간별 최대강우량, 시간분포 등이 있다. 2017년은 2016년보다 최대 강우지속기간은 크게, 평균 강우지속기간은 다소 작게 나타나며, 최대 강우강도와 평균 강우강도는 크게 나타나는 호우의 특징을 보인다. 이러한 호우특징은 연 유출률을 증가시킨 원인으로 보인다. 2017년의 하천유출률은 64.8%로 과거 2010년~2016년의 평균 유출률 68.4%와 차이를 보이지 않으나, 2016년의 57.4% 보다는 많이 증가된 유출률을 보인다. 2017년의 증발산량(328.8mm)과 지하수 함양량(24.8mm)은 2016년의 증발산량(458.5mm)과 지하수 함양량(32.8mm)보다 작게 나타나는 것으로 분석되었다. 이와 같이 산정된 수문자료는 수재해 방재를 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 방재관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있으므로 지속적인 시험유역의 운영은 매우 필요하다.