• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.397-397
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• 2011

2004년부터 4대강 물환경연구소는 수질오염총량관리제의 원활한 추진을 위해 총량관리단위유역 말단부에서 8일 간격으로 청천(晴天)시를 중심으로 유량과 수질을 동시에 측정하기 시작하였다. 그 결과 연중 하천유량과 수질의 연동 여부 및 변동 추이를 확인하는 것이 가능하게 되었다. 그러나 8일 간격으로 생산되는 유량은 지침의 정의와 맞물려 기준유량의 산정에 또 다른 어려움을 주고 있다. '한강수계 오염총량관리계획수립 지침'에 따르면 '기준유량은 과거 10년간 평균 저수량으로 한다'고 명시되어 있다. 여기서 저수량이란 유량의 크기를 누가일수로서 표시하여 1년을 통하여 275일은 이보다 더 작지 않은 유량으로 정의된다. 따라서 정확한 저수량을 산정하기 위해서는 1년 365개 매일의 유량자료가 필요하다. 하지만 8일 간격으로 유량을 측정하게 되면 1년 365개 대신 최대 45 여개의 일 유량자료만 취득 가능하므로 유황분석에 어려움이 발생할 수밖에 없다. 본 연구에서는 수질오염총량관리단위유역의 말단부에서 8일 간격으로 계측된 유량자료가 있을 때 이를 연속적인 일유량으로 확대할 수 있는 방법론 중 하나를 소개한다. 미 지질조사국(USGS)에서 주로 사용되는 이 방법은 A지점(부분계측이 이루어지는 지점)의 결측치를 동일 유역 혹은 수문학적으로 유사한 유역의 B지점(연속계측이 이루어지는 지점)의 자료를 이용하여 보완하는 방식이다. 이를 위해 먼저 부분계측이 이루어진 날과 같은 날짜의 유량자료를 연속계측자료에서 추출한 다음 두 자료(A지점에서의 모든 유량과 B지점에서의 추출된 유량)의 상관성을 비교해 본다. 두 자료간에 상관도가 높다면 이를 잘 표현하는 방정식을 통해 A지점의 결측치를 내 외삽한다. 여기서 두 자료간 상관도를 잘 묘사할 수 있는 방법으로 본 연구에서는 최소제곱법(Least Square Estimator, LSE)과 분산확장법(Maintenance of Variance Extension, MOVE)을 비교,분석해 보았다. 한강수계 수질오염총량관리단위유역 중 동일지점에 8일 간격 부분계측 유량자료와 일 연속자료가 동시에 존재하는 곳이 6지점이 있었으며 이 자료들을 바탕으로 LSE와 MOVE의 정확도를 검증해 본 결과 MOVE가 일 연속유량 확장에 더 나은 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.508-508
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• 2023

하천의 수질 측정은 환경 보호, 공공 안전, 생태계 건강 및 기후 변화 대응과 같은 중요한 측면에서 필수적이다. 특히, 유량과 수질 간의 관계를 이해하는 것은 효과적인 하천 관리와 보전에 결정적인 역할을 한다. 본 연구는 총량측정망 중 한국수자원조사기술원에서 유량자료를 제공하는 측정 지점을 대상으로 수질 측정 항목과 유량 측정값을 활용하여 하천 상태를 분석하고자 한다. 이를 통해 수질과 유량 간의 관계를 파악하고, 하천 관리와 보전을 위한 기초자료로 활용되고자 한다. 분석에 사용된 수질 항목은 수온, pH, 전기전도도, 용존산소, BOD, COD, 총질소, 총인 등이며, 통계적 분석 방법으로는 상관분석, 회귀분석, 주성분분석 등이 사용되었다. 분석결과 유량이 높은 지점에서 일부 수질 항목의 오염도가 낮아진 경향이 발견되었으며, 특정 수질 항목 간에는 상관관계가 나타났다. 본 연구의 결과를 바탕으로 하천의 수질 개선과 관리 전략을 수립하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1941-1945
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• 2010

본 연구는 설마천 시험유역을 운영하면서 수문현상을 관측하여 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 획득하고 물순환 과정을 규명하는데 있다. 이를 위하여 2009년에도 지속적인 수문(우량, 유량, 수질, 부유사량) 관측으로 자료의 품질 향상을 위한 관측기기의 유지관리와 수집된 자료의 처리절차를 통하여 수문자료를 생성하고, 이들 자료를 바탕으로 유역의 수문특성을 분석하였다. 시험유역에서 생성되는 자료에는 6개 우량관측소의 우량자료, 2개 수위관측소의 하천수위 및 지하수위, 유량측정성과, 부유사량, 수질 자료, 1개 기상관측소의 기상자료 등이 있으며, 이로부터 산정된 유역평균우량과 유량자료 등이 있다. 실시간 전송장비와 설마천 시험유역 홈페이지로 구성된 수문정보시스템을 통해 관측 자료와 가공자료를 데이터베이스화하였으며, 실시간 자료 제공은 물론 확정된 자료는 신청절차를 통해 일반에게 제공하고 있다. 관측된 강우-유출 자료를 이용하여 강우의 시 공간 분포 특성, 유출률 분석 등 기본적인 강우 및 유출 특성을 분석하였다. 유량측정성과의 불확실도 분석을 통하여 측정한 유량자료의 정확도 제고와 현장의 유량 자료의 정확도를 개선하기 위하여 유량정보시스템을 운영하였다. 또한, 수질, 부유사량의 특성 분석은 본 유역의 물질순환 해석을 위한 기초자료로 충분히 활용될 수 있다. 설마천 시험유역에서 축적된 수문자료는 자료의 공유를 통하여 자료의 검증을 확보함과 동시에 시험유역의 연구성과가 수자원 개발 분야에 활용되기 위해서는 지속적이고 안정적인 자료확보와 수문관측 기술개발을 위한 기반구축이 매우 필요한 상황이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.405-405
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• 2022

본 연구는 주암조절지댐 유역의 강우 빛 비강우시츨 포함한 장기간의 유역유출 및 지하수 이동에 따른 유량분석과 오염물질 부하 유입특성을 분석함으로써 유역의 오염물질을 선제적으로 관리하고 조절지댐내의 수질을 효과적으로 관리하기 위해서 수행되었다. Hydrological Simulation Program - Fortran (HSPF) 모델을 적용하기 위하여 주암조절지댐 유역의 복잡한 지형과 기상조건 및 오염원 자료를 반영하고 수질관리 대책을 수립하는 데 적용하고자 하였다. 주암조절지댐 유역은 환경부의 소유역 구분을 고려하여 28개의 유역으로 세분화하고 티센망도를 고려해 3개의 그룹으로 재차 분류하였다. 기상 자료는 연구대상지역의 직접측정자료의 한계로 여수와 광양 기상청의 자료를 사용하였으며, 강우 자료 또한 소유역 그룹에 맞춰 입력 자료로 사용하였다. HSPF 모델의 보정은 유량 및 수질 (총질소 및 총인)에 대하여 2017 ~ 2021년의 모니터링 실측자료를 대상으로 수행되었다. 보정 결과는 R², RMSE로 평가하였고, 보정된 HSPF 모델을 바탕으로 유역별 유량 및 수질에 영향을 미치는 주요 인자를 분석하였다. 본 연구의 결과는 주암조절지댐의 수질을 예측할 수 있는 3차원 수리-수질 모델의 입력자료로 활용될 예정이며, 추후 기후변화 영향을 고려한 상류 유역의 수질관리 계획 수립에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.162-162
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• 2021

현재 하천의 조사 및 분석에서는 다양한 장비들을 통한 현장계측 및 모니터링을 수행하고 있다. 특히 여러 하천이 만나는 합류부에서는 복잡한 혼합양상이 발생하며 다양한 조사 및 연구들이 진행되고 있다. 현장계측 및 모니터링은 제한된 여건으로 인한 지속적인 조사, 다양한 지점에 대한 조사의 어려움이 있으며 따라서 EFDC 모형을 활용한 모델링을 통하여 하천의 혼합거동을 재현하고자 한다. 이를 위하여 강정고령보~달성보 구간을 대상으로 현장계측 및 모니터링 자료와 환경부, 낙동강홍수통제소 등에서 고시하고 있는 수리, 수질, 기상자료를 활용하여 모델을 구축하고 수리, 수질에 대한 모의 및 분석을 수행하였다. 제한된 현장계측자료만으로는 모형의 구축에 어려움이 존재하기 때문에 대상구간에 존재하는 수위, 수질관측소의 자료를 활용하고 모형의 검·보정 단계에서는 특정지점의 수위, 평균유속, 다양한 수질인자들에 대한 모델링 결과와 실측자료의 비교, 분석을 수행하게 되며 추가적으로 단면에 대한 검·보정을 하고 이후 수리, 수질 결과자료의 비교를 통한 통계지표 산정을 통해 모형의 재현성을 평가하고 대상구간인 합류부에서 나타나는 유황곡선을 통한 다양한 유량규모, 유량비에 대한 시나리오를 구축하여 다양한 수리적, 환경적 현상과 변화를 파악하고 분석하였다. 대상구간에 대한 유황곡선을 통한 재현을 함으로써 다양한 유량규모, 유량비에 따라 나타나는 현상을 파악하고 향후 모델링, 합류부의 분석 및 연구에 있어 본 연구 성과의 활용성이 뛰어나다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.238-238
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• 2023

최근 이상기후현상으로 홍수와 가뭄의 발생 빈도 증가 및 하천유지유량 부족 등 하천에서 유량 변동이 크게 나타나고 하천 환경 변화에 따른 수질오염, 갈수기 수질악화 등 하천에서 다양한 문제들이 발생하고 있다. 수질은 매개변수별 기준 농도와 측정 농도를 비교하여 평가하지만 직독식 측정 항목과 실험실 분석 항목 및 미측정 항목을 포함하기 때문에 수질 상태를 정확하게 나타내기 어렵다. 물리적, 화학적 및 생물학적 특성의 매개변수를 분석하여 수질을 평가하지만, 복잡한 수질 데이터를 단순하고 논리적으로 수질을 요약하기 위해 단일 값으로 매개변수를 통합한 수질지수가 개발되었다. 다양한 국가 및 기관에서 개발된 수질지수는 방법론, 최종산출 방법의 차이로 동일한 지점 및 기간에서 측정되는 자료를 각각의 수질지수 방법론을 적용하였을 때 상이한 점수 및 등급이 발생하여 유역 특성에 적절한 수질지수를 활용하는 것이 필요하며, 유량 변동이 고려되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 수질지수 산정 매개변수를 유역 특성 및 관리기준을 고려하여 매개변수를 수정하고 매개변수별 중요도에 따른 가중치를 재산정하고 유량 인자를 추가하여 복합적인 하천 수질을 종합적으로 평가하고자 한다. 또한, 물리모형과 데이터 모형을 활용하여 기후변화에 따른 수질 변동 평가를 통해 수문학적 변화가 하천 수질에 미치는 영향을 평가하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.505-509
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• 2008

우리나라의 최근에 개발된 신도시나 신시가지를 제외한 대부분이 합류식 하수관망으로 구성되어 있다. 이에 따른 초기강우시 도시 인접하천으로 유입되는 유출수가 수질오염을 가중시키고 있다. 분류식 하수관이 설치된 지역이라도 강우에 의해 도시지역 노면에서 우수관을 통해 하천으로 배출되며 유출수 자체도 오염물질 농도가 높고 유해물질까지 함유하고 있는 경우가 많다. 그러므로 도시하천에 대한 종합적인 수질관리를 위해서는 점오염원뿐만 아니라 초기강우시 도시 유출수의 수질 및 오탁부하량 등 비점오염원에 대한 기초조사 및 해석이 선행되어야 한다고 판단된다. 따라서, 이 연구에서는 도시하천의 초기강우에 의한 유출수의 수질특성을 분석하기 위하여 홍제천, 중랑천, 남가좌배수구역 및 군자배수구역 등 4개 도시유역에서 직접 시료를 채취하여 각 수질항목에 대하여 분석하였다. 수질분석은 환경오염공정시험법이나 표준시험법에 준하였고, 현장에서 실측이 가능한 항목들은 현장에서 측정하였으며, 나머지 항목은 시료를 즉시 실험실로 운반하여 분석하였다. 홍제천은 1996년 8월부터 1997년 9월까지 5개 강우사상의 자료를 분석하였고, 중랑천은 2001년 5월부터 2005년 4월까지 7개 강우사상, 남가좌배수구역은 1995년 7월에서 1997년 9월까지 5개 강우사상, 그리고 군자배수구역은 2005년 4월부터 2007년 9월까지 11개 강우사상에 걸쳐 수질분석을 실시하였다. 분석된 수질자료를 이용하여 도시지역의 초기강우에 의한 초기유출수와 수질의 관계를 분석 비교 하였으며, 또한, 초기유출수에 따른 비점오염원별 상관성을 분석하여 유량 측정을 통하여 보다 손쉽게 총 오염부하량을 산출 할 수 있도록 비유량과 SS, $BOD_5$, COD 등의 수질성분간의 상관계수와 회귀식을 도출하여 이들 상관식으로부터 유량변화에 따른 수질성분의 예측에 활용토록 하였다. 그러나, 외삽구간의 유량에 대한 수질 예측 결과에는 큰 오차가 있을 수 있으므로, 보다 다양한 유량에 대한 수질관측자료로 보완된 상관식의 개발로 극복되어질 수 있을 것으로 판단된다. 이 연구의 성과는 도시유출에서 수질과의 상관성과 도시하천의 유량 수질관리에 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.358-358
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• 2016

본 연구에 앞서 가뭄에 따른 충청남도 서부권의 물 부족을 해결하기 위하여 금강 본류로부터 보령댐으로 일정 유량을 도수(diversion)하는 계획이 금강 본류에 미치는 수리적 영향을 1차원 비정상류 해석(unsteady flow analysis)을 통하여 분석하였으며, 본 연구에서는 수리모형 결과와 연계하여 수질 모형을 구축하여 금강 본류 수질에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 조위 영향에 따른 염도의 역류 모의를 위하여 전자해도와 위성영상자료를 활용하여 금강 하굿둑에서 외해 방향으로 약 9km에 이르는 모의 구간을 확장하였으며, 상류단의 진두수위표를 포함한 8개 지천의 유입유량 및 수질, 하구의 조위와 염도, 농공용수 취수시설의 취수량 및 회귀수 수질, 금강 배수갑문 운영, 대상 구간에 인접한 기상대의 기상자료 등을 고려하고 금강 본류를 따라 9개 수질측정소의 수질자료를 이용하여 모형의 보정을 실시하였다. 또한 대상 구간 내 2015년의 갈수기 유황 분석을 토대로 비선형 회귀분석식을 도출하여 2016년 갈수기 예측 유량과 함께 수질-유량 관계식을 도출하여 대상 구간의 수온, 염도, 용존산소(DO), BOD, 조류 등 영향을 분석하였다. 수온 분석 결과, 지점에 따라 2015년 유황 대비 평균 수온 1.79~3.83도, 최고 수온 1.74~4.30도 상승할 것으로 모의되었으며, 염도는 2016년 갈수기 동안의 금강 하굿둑 외해 염도는 담수 방류량의 감소로 전년 동기 대비 평균 53% 증가하는 것으로 모의되어 기수역 생태계에 상당한 영향을 줄 것으로 분석되었으며, 갈수기 동안의 금강 하굿둑 내수의 염도는 배수갑문 개방 빈도, 개방 시간, 개방 정도의 감소에 따른 해수 역류의 감소로 전년 동기 대비 크게 감소할 것으로 모의되었다. 용존산소는 2016년 갈수기 동안의 용존산소 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 4~11% 감소하는 것으로 모의되었으며, 2016년 갈수기 동안의 BOD 농도는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 30~57% 증가하는 것으로 분석되었다. 조류는 지점에 따라 전년 동기 대비 평균 29~67% 증가하는 것으로 모의되었다. 유량의 감소에 따른 수온 증가 및 수질 악화의 영향이 있을 것으로 분석되나, 도수에 따른 영향은 상대적으로 제한적인 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1088-1092
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• 2006

낙동강은 대표적인 수지상 하천망의 형태로서 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절, 지류 유입량, 비점원 유입량 등 계산영역 경계에서의 비정상상태의 수리조건과 수질관리 계획에 의해 일률적으로 오염이 부하되는 정상상태의 수질조건이 공존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수질해석의 선행연구로 갈수기 및 저수기에서 안정한 해를 제공할 수 있는 부정류 수리모형을 개발하였으며, 낙동강에서 실측된 유량자료를 활용하여 개발된 모형의 적용성를 검증하였다. 또한 기존 범용 부등류 수질모형의 수리해석 결과와 비교하여 부정류 수리해석의 필요성을 확인하였다. 낙동강 물환경연구소에서 2004년, 2005년 환경기초조사사업의 일환으로 실측한 유량자료에 의한 본 모형의 모의결과, 동적 저유량의 낙동강 본류 유량 변동 특성을 정확히 모의하고 있는 것으로 판단되었으나 기존 정적 수질 모형에 의한 해석결과는 실측유량, 유속과 수리수심 등에 있어서 동적 해석 결과와 차이를 보이고 있으며, 이는 오염물의 종방향이송과 종확산계수 및 재포기계수 산정에 큰 영향을 미치는 유속, 수리수심 등의 수리량이 실제값과 상이하게 계산되어 수질해석의 불확실성을 가중시키는 결과를 도출하게 될 것으로 판단된다.