• 한국수자원학회논문집
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• 제48권10호
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• pp.807-816
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• 2015

일반적으로 수위-유량관계 곡선식은 선형성과 등분산성 가정을 기반으로 구축되지만, 측정단면의 형태, 단면 상 하류의 지형요인 등으로 인하여 영향을 받기 때문에 실질적인 수위 및 유량의 관계는 관계식 구축에 이용되는 가정에 위배된다. 이로 인한 오차를 줄이기 위하여 곡선식을 분할하여 이용하고 있으나, 측정단면의 변화를 고려한 관계자의 주관적인 판단이 구간분할의 주요 근거로 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 주관성을 배제하고 관측데이터를 기반으로 객관화된 분할근거를 제시하고자 한다. 곡선식의 구간 분할을 위하여 변동계수를 이용한 기존의 연구를 바탕으로 변동계수가 정규분포를 따르는 것으로 가정하여, 계산된 변동계수가 전 단계에서 계산된 95% 신뢰구간 이내에 존재하지 않는 경우 구간을 분할하였다. 즉, 변동계수를 이용하여 집단 간의 특성을 비교하였으며, 변동계수의 분포를 이용하여 분할을 위한 기준 값을 제시하였다. 방법론의 추정능력 검토를 위하여 가상의 곡선으로부터 생성된 데이터에 제안된 방법론을 적용하였고, 실제유역에 적용성 검토를 위하여 금강에 위치한 무주 및 산계교 수위관측소 지점에 적용하였다. 결과적으로 자동으로 분할된 관계곡선식을 사용하여 추정의 정확도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 외삽을 하는 경우 역시 그 정확도를 향상할 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 실측값을 활용한 수위-유량관계 곡선식의 구축 시 구간 분할 전 후의 잔차 데이터에 대하여 Shapiro-wilk 정규성 검정을 수행하였으며, 구간분할 후 잔차가 정규성을 갖게 되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.433-433
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• 2011

수자원 계획 및 관리를 위한 지표 자료로서 일유량은 매우 유용하기 때문에 정확한 일유량 산정의 문제는 매우 중요하다. 그러나 우리나라의 경우 조석이나 배수 갑문 혹은 보 등에 의한 배수 영향으로 인해 수위-유량관계곡선식만으로 정상적인 유량산정이 어려운 지점이 다수 존재한다. 특히, 한강대교 지점과 같이 조석영향 구간에서 수위-유량관계곡선식에 의해 산정된 일유량은 자료에 대한 곡선식의 적합도 문제로 그 정확도가 매우 낮았다. 최근 자동유량측정에 의해 시간단위 이하의 실시간 유량이 생산되고 있고 이를 이용하여 일유량을 환산하고 있어 과거에 비해 보다 정확한 일유량 산정이 가능해 졌다. 그러나 신뢰도 있는 일유량을 안정적으로 제공하기 위해서는 보다 다양한 조건을 고려한 비교 검증 연구가 요구되는 실정이다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 한강대교 지점과 같이 조석영향을 받는 지점의 일유량 산정방법 및 산정개념에 따른 유황의 차이와 적정성을 평가하여 보았다. 각 산정방법 및 산정개념 별로 산정된 일유량을 통해 유황을 산정하여 한강대교 지점의 일유량 산정방법에 대한 적정성을 평가하고 적절한 유황산정을 위한 목적별 대안을 제시하였다. 산정방법 별로는 기존의 수위-유량관계 곡선식으로 변환된 자료, 자동유량측정자료, 그리고 자동유량측정자료에서 조석성분을 제거한 순수 유출성분자료를 이용하여 일유량을 산정하였고, 이를 이용하여 산정된 유황에 대한 비교 분석을 실시하였다. 수위-유량관계곡선식에 의한 일유량은 수문조사연보의 자료를 이용하였고 자동유량자료를 이용한 일유량은 시자료를 평균하여 일유량으로 환산하는 방법을 사용하였다. 자동유량 자료에서 조석성분을 제거한 순수 유출성분의 추출은 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하였다. 각 방법별로 산정된 일유량을 비교한 결과 수위-유량관계곡선식에 의해 산정된 일유량이 자동 유량자료로 산정된 일유량에 비해 전반적으로 크게 나타났고, 2009년 한해 동안의 유출용적을 비교해 본 결과 18%정도 더 크게 산정되었다. 산정개념에 따른 비교에서는 조석성분 유량의 유효성 여부에 따른 유황을 비교하였으며, 조석성분 유량도 실효적 유량으로 간주한 경우 이론적 확률 분포형에 적합시켜 산정한 평균 갈수량은 15.7 ��/s(동절기 이상 거동기간인 2009년 11월 17일-12월 12일 기간을 제외하고 산정된 결과이나 불확실성은 잔존)에서 $53.2m^3/s$로 증가하였다. 따라서 유지유량의 목적상 경관용수나 생태용수가 중요한 지점으로 조석성분 유량이 이에 유효하다면, 유황산정을 위한 한강대교 지점의 일유량 산정방법은 다양한 목적에 비추어 추가적인 분석 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2005년도 추계 학술발표회 발표논문집
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• pp.167-170
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• 2005

충주댐 상${\cdot}$하류 하천 주요 지점의 수위-유량 상관관계를 분석하기 위하여 2004년 3월부터 12월까지 266일간 4개 수위국 지점을 대상으로 현지조사 및 하천측량을 실시하고, 홍수기 및 평${\cdot}$갈수기에 유량측정을 실시하여 수위-유량 관계식을 유도하였으며, 이를 바탕으로 유출량산정과 유황분석을 실시하였다. 평${\cdot}$갈수기 신뢰성 있는 수위-유량 관계곡선을 유도하기 위하여 실시간으로 관측되는 수위를 확인(www.wamis.go.kr)하여 측정지점의 수위를 균형있게 분포되도록 하여 신뢰도 향상을 기할 수 있었다. 2004년 홍수기, 평갈수기에 측정한 수위-유량성과를 이용하여 수위-유량관계식을 홍수기, 평갈수기로 나누어 유도하였으며, 표준편차와 상관계수를 검토한 결과 대체로 이차식 형과 지수식 형에 의한 계산치가 실측치에 근접하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 작성한 수위-유랑관계식의 신뢰성 검증을 하기 위하여 2004년 7월 11일에서 7월 20일까지의 홍수시의 시간별 유출량자료와 2003년 11월 1일에서 2004년 10월 31일까지의 일별 유출량자료를 분석한 결과, 각 수위표지점의 첨두유량과 유출율 관계를 댐유입량 자료과 비교 검토하여 또한 HEC-RAS를 이용하여 수면형을 계산하여 수위-유량 관계식의 신뢰도가 높은 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권3호
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• pp.265-273
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• 2010

본 연구에서는 기존의 수위만을 고려하여 작성된 수위-유량관계곡선식을 개선하기 위하여 경심, 하상경사, 수심 등 비교적 쉽게 취득할 수 있는 하천의 수리특성인자를 활용하여 유량을 산정할 수 있는 방법을 제안하였다. 알버타대학에서 제공된 보고서 내용 중 수리실험실 및 자연하천의 수리자료를 활용하여 평균유속 공식인 Manning식과 Chezy식으로부터 하천의 수리학적 특성이 반영된 조도계수 n값과 C값을 산정하고 이를 토대로 유량을 산정하였다. 제안된 유량산정 방법은 실측치에 근사하여 정확도가 개선됨을 확인하였으며 기존의 수위-유량관계곡선식에서 추정된 유량과 비교하고 그 적용성을 검토하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권4호
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• pp.279-289
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• 2022

기후변화로 집중호우의 강도가 증가함에 따라 하천에서 기왕의 관측 자료가 없는 고수위가 관측되고 있다. 수위-유량 관계 곡선식은 기왕 관측 자료를 바탕으로 수위를 유량으로 환산하기 때문에 관측 자료가 부족한 경우, 유량 자료 생산에 있어서 불확실성이 커지고 정확성이 떨어지게 된다. 부족한 자료를 보완하고 유량자료의 정확성을 높이기 위하여 본 연구에서는 1차원 수치해석 모형을 기반으로 한 Monte Carlo 모의를 이용하여 대상 지역의 유량을 수리학적으로 추정하는 방법을 제시하였다. 기존에 작성되어있는 수위-유량 관계곡선식을 바탕으로 경사, 조도계수, 하폭 등의 영향을 받는 계수와 흐름의 조건에 따라 영향을 받는 지수를 난수로 발생시켜 다수의 가상 곡선식을 생성하였다. 가상의 곡선식과 주요지점의 관측수위를 활용한 수치모의 결과를 비교하여 홍수위의 재현성이 좋은 최적 샘플의 곡선식을 상류 경계 지점의 곡선식으로 선정하였다. 제안한 방법론을 섬진강 요천 합류부를 대상으로 적용하였으며, 그 결과 수위 재현성이 큰 폭으로 개선된 것을 확인하였다. 또한, 제안한 방법론의 적용 시 해당 샘플의 수리해석 결과를 바탕으로 모의단면의 수위와 유량을 수리학적으로 추정할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.395-395
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• 2021

우리나라에서는 최근 이상기후로 인해 평균 기온이 높아지고, 여름철에 집중된 강우 특성으로 인하여 하천의 하도와 하도내 식생영향에 따른 수위-유량관계곡선식의 변동성이 높아지고 있다. 하도 내 식생과 하천의 흐름은 서로 영향을 주기 때문에 하도내 식생은 하천 흐름 특성에 핵심적인 요소로 볼 수 있다. 하도의 변동성은 단면 측량 등으로 확인 할 수 있으나, 하도내 식생은 주변 환경에 따라 매년 다르게 나타나기 때문에 이에 대한 모니터링이 필수적이다. 본 연구에서는 만경강 유역에 위치한 전주시(서천교)관측소를 대상으로 2017년~2018년, 2020년의 하도 내 수중식생과 하안 영역의 식생 성장과 소멸 및 식생사주의 모니터링 결과를 바탕으로 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 2017년은 하도 내 식생의 성장과 소멸에 따라 저수위 구간에서 다수의 기간분리가 발생하였으며, 중수위 구간은 기간분리가 발생하지 않은 것으로 분석되었다. 2018년과 2020년은 하도 내 수중식생의 성장과 소멸로 인항 저수위 기간분리 이외의 하안영역의 식생 성장과 소멸에 따른 통수능 변동으로 인하여 중수위 기간분리가 추가로 발생하였고, 식생사주에 대한 지속적인 모니터링을 통하여 중수위 구간분리를 추가 검토하였다. 결과적으로 본 연구에서는 하도 내의 식생영향에 따른 유량측정성과를 확보하였으며 확보한 유량측정성 통한 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.75-75
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• 2019

첨두홍수량 자료는 홍수예경보 및 치수계획수립 등 하천관리에 있어서 매우 중요한 요소이다. 그러나 대규모 홍수가 발생 시 악천후가 동반된 기상상황이나, 현장 접근이 어려운 환경적 조건과 예산 및 인력 부족 등에 의한 불가피한 문제로 첨두홍수량을 측정하는데 어려움 있다. 따라서 일반적으로 수위-유량관계곡선식을 이용하여 첨두홍수량을 산정하지만 단순 고수위 외삽 추정을 통해 개발된 곡선식을 이용한 첨두홍수량 산정에 있어서는 주의가 필요하다. 이러한 경우 홍수가 지나간 후 현장조사를 통해 획득한 위치, 표고, 횡단면적 등 홍수흔적(flood marks)을 가지고 경사면적법(slope-area method)과 같은 간접적인 방법으로 첨두홍수량을 추정할 수 있다. 본 연구에서는 2018년 큰 호우사상이 발생한 내성천의 지류인 서천의 영주시(월호교) 지점과 남강의 산청군(하촌리) 지점에서 홍수흔적 조사를 통해 지점별 두 개의 단면을 선정하였다. 영주시(월호교) 지점의 두 단면 간 거리는 약 90m, 높이차는 약 0.21m로 조사되었고, 산청군(하촌리) 지점의 두 단면 간 거리는 약 330m, 높이차는 약 0.47m로 조사되었다. 경사면적법을 이용한 첨두 홍수량 추정에 적용된 조도계수는 '서천 하천기본계획(2014)', '남강 하천기본계획(2013)'에서 계획 홍수량 산정에 적용된 조도계수 0.029와 0.025를 적용하였다. 영주시(월호교) 지점은 2018년 9월 4일 발생한 호우사상의 첨두수위 5.59m에서 수위-유량관계곡선식을 이용하여 산정된 유량은 $1,127.8m^3/s$이고 경사면적법을 이용하여 추정된 유량은 $1,105.9m^3/s$로 약 -1.98%의 편차율이 발생하였다. 산청군(하촌리) 지점은 2018년 8월 26일 발생한 호우사상의 첨두수위 6.75m에서 수위-유량관계곡선식을 이용하여 산정된 유량은 $3,435.0m^3/s$이고 경사면적법을 이용하여 추정된 유량은 $3,233.3m^3/s$로 약 -6.24%의 편차율이 발생하였다. 경사면적법을 이용하여 추정된 첨두홍수량은 수위-유량관계곡선식을 이용하여 산정된 유량과 편차율이 지점별 ${\pm}10%$ 이내의 근사한 범위로 산정되었다. 따라서 경사면적법을 이용한 첨두홍수량 추정 방법의 적용에 있어서 적절한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.411-411
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• 2022

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. 특히 하류 보는 운영현황에 따라 하천 흐름에 직접적인 영향을 주기 때문에 하천 흐름 특성에 핵심적인 요소로 볼 수 있다. 따라서 이에 대한 모니터링이 필요하며 이에 따른 수위-유량관계를 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 함평천 유역에 위치한 함평군(영수교)관측소를 대상으로 하류 약 1.3km에 위치한 개량형 공압식 가동보의 2021년 기립각도 변화에 대한 보 모니터링을 실시하여 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 2021년에는 가동보의 기립각도 변화 및 취수조건에 따라 총 37회의 수위관측 및 유량측정을 하였으며 총 29회의 가동보의 기립각도를 계측하였다. 2021년 전반기에는 부분개방1, 부분개방2, 부분개방3, 완전개방, 취수조건으로 기간 분리되었고 후반기에는 완전개방, 부분개방3, 부분개방4, 부분개방5 조건으로 가동보의 기립각도에 따라 총 6개의 기간분리가 발생하였다. 결과적으로 본 연구에서는 하류 가동보 운영현황에 대한 보 모니터링과 흐름 특성이 변화하는 기간의 유량측정성과 확보를 통해 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1774-1778
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• 2008

유량 환산에 이용되는 수위-유량 관계곡선식은 하천의 흐름을 정상 등류상태로 가정하고 유속계를 하천에 투입하여 년간 정해진 횟수의 유량측정을 실시하여 이로부터 갱신하여 작성하고 있다. 평수기에는 이렇게 기기를 이용하여 유량측정이 가능하지만 홍수기나 갈수기에는 접촉식 유속계를 이용한 하천유량 측정이 불가능한 실정이다. 홍수기에는 기기 손상과 관측자의 안전이 위협받는 실정이고, 갈수기에는 유속이 너무 느려서 (0.1 m/s 이하) 프로펠러 유속계의 경우 유속의 정확한 관측이 힘들다. 또한 전지구적 빈번한 이상기후의 현실정에서 가장 중요한 기초 수문자료인 홍수량의 정확한 측정 자료는 많지 않다. 홍수유량을 측정하기 위해서 현재에도 기존의 봉부자를 이용하거나 유비쿼터스 센서를 장착한 봉부자를 이용하는 유량측정 기법이 향해지고 계속적으로 소개되고 있는 실정이지만 봉부자의 특성상 정확한 유량을 계산하기에는 어려움이 많다. 현재 선진국에서는 흐름과 비접촉식 방법을 이용한 하천유량측정 방법이 지난 10 여년간 꾸준이 연구되어 왔다. 그중 대표전인 것이 전자파를 이용한 방법과 영상해석에 의한 방법이다. 전자의 경우 국내에서는 수자원공사에서 10년 이상 연구 개발하여 상품화 시킨바 현업에서 이를 이용하여 홍수유량측정을 실시하고 있다. 후자의 방법은 유체역학 분야에서 흐름해석에 주로 이용되어지던 PIV(particle image velocimetry) 기법을 하천과 같이 대규모의 흐름영역에 적용가능하도록 개발된 기술로 LSPIV (large-casle particle image velocimetry)라 불리우는 기술이다. 본 연구에서는 미국 Iowa 대학에서 개발한 LSPIV를 이용하여 홍수파의 진행시 수위와 유량의 두 변수 사이에 나타나는 Loop rating curve의 이론적인 관계를 하천현장에서 일정시간 간격으로 실측을 통하여 파악하고자 하였다. 현장실험을 위한 대상지점으로 미국 Iowa주 Coralville 시내 Clear Creek의 USGS (US Geologival Survey) 수위관측소 지점을 선택하여 본 연구에서 실시한 유량측정 결과의 비교가 가능토록 하였다. LSPIV는 그 특성상 야간에는 적용하는데 어려움이 있어 아침시간부터 해가 지기 직전까지의 자연채광 조건의 영상취득이 가능한 시간대에서 표면유속을 측정하였고 이에 수심평균유속환산계수를 적용하여 유량을 계산하였다. 강우의 발생으로 인한 홍수파의 진행시 총 43회의 유량을 측정하였는바 이를 이용하여 이 지점의 수위-유량 관계식과 비교한 결과 거의 일치하는 결과를 나타냈다. 특히 홍수파의 진행시 고수위 영역에서의 측정한 결과는 수위의 상승기에는 최고로 7.5% 까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 컸으며, 수위의 하강기에는 반대로 최고 5.4% 정도까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 작게 나타났다. 또한 최대유량의 발생시기는 최고수위 발생직전의 수위라는 것이 파악되었다. 이러한 경향은 수위-유량 관계곡선의 이론과 잘 일치하는 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.319-319
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• 2021

유량측정은 측정방법에 따라 측정위치가 변동된다. 도섭법은 관측자가 직접 하천을 횡단하며 측정하는 방법이며 수심이 얕은 경우 가능하다. 보트법의 경우 상대적으로 공간적 제약을 덜 받으며 교량법의 경우 이용 가능한 교량이 있어야 한다. 따라서 교량법은 현장여건에 따라 관측소와 멀리 떨어져 있는 경우가 있으며 이 경우 측정된 유량을 이용하여 수위-유량관계곡선식을 개발한다면 그 정확도가 떨어질 수 있다. 미국지질조사국(USGS)에서는 관측소와 측정위치가 멀리 떨어진 경우 측정된 유량을 보정하도록 규정하고 있다. 우리나라의 경우 유량 보정을 실시하지 않는 것으로 파악되었다. 하지만 이는 수위-유량관계곡선식, 특히 외삽부분에서 큰 오류를 유발할 수도 있어 신중할 필요가 있다. 본 연구에서는 수위관측소와 측정위치가 현저하게 먼 경우 유량 보정방법을 살펴보고 실측유량과 보정유량의 차이를 확인하였다. 대상지점인 낙동강 유역의 안동시(운산리) 지점은 홍수측정위치와 수위관측소 위치가 약 1.7km 이격되어 있으며, 2020년 측정성과(부자)를 이용하여 이를 보정하고 그 차이를 확인하였다. 보정결과 실측유량과 보정유량이 최고 5.0%, 평균 3.7% 차이를 보이는 것으로 확인되었다. 안동시(운산리)지점은 2020년 측정 최고수위가 3.35m이며, 이는 평수위에서 약 2.00m 가량 상승한 것으로 최고 홍수위로 보기는 어렵다. 즉 이보다 더 큰 홍수 사상이 발생하여 수위가 더 상승한다면 실측유량과 보정유량의 차이는 더 커질 것으로 예상된다. 또한 수위관측소와 측정위치가 이격된 경우 측정된 성과가 루프(Loop) 형태를 보일 수 있어 보정이 필요한 것으로 판단된다.