• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.355-355
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• 2022

기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가하는 추세에 따라 기저유량 확보 및 수질 개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용·관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 지하수 및 기저유량 확보 및 수질 개선을 위해서는 지표-지하수 통합 관리가 필요하며 이를 기반으로 지하수 및 기저유량 변동에 대한 인과관계 파악 및 구체적인 조사가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 지표-지하수에 대한 계절적·시공간적 변동성을 잘 모의할 수 있는 통합 모델을 기반으로 지하수위 변동을 포함한 물수지 분석과 장·단기 유출해석이 정량적으로 분석하고자 하였으며, 평창군 대화면, 만대지구, 신둔천 유역을 대상으로 간벌, BMP, LID를 비롯한 다양한 시나리오에 따른 기저유량 및 수질변화 그리고 오염특성 파악을 수행하였다. 본 연구에서는 지표-지하수 통합 모델링을 위하여 SWAT-MODFLOW 모형을 활용하였으며, 간벌 시나리오의 경우 모형 Source code를 수정하여 간벌의 효과를 모의할 수 있도록 수정하였다. 또한 BMP와 LID의 경우 각 HRU별로 저감시설에 대한 효율 및 매개변수 조정을 통해 효율을 모의하였다. 모형의 입력자료 구축을 위하여 지표 모형의 경우 DEM, 토지이용도, 토양도를 활용하였으며, 지하수 모형의 경우 지하수기초조사자료에 수록된 수리전도도, 비산출율, 비보유율 조사결과를 활용하여 입력자료를 구축하였다. 그 결과 간벌시나리오의 경우 건기시 최소 6.7% 이상의 하천유량, 22.56% 이상의 기저유량, 그리고 0.3 m 이상의 지하수위 확보가 가능한 것으로 나타났다. BMP의 경우 유역면적의 약 7%에 BMP가 설치된 것으로 나타났으며, 이에 따른 하천 말단 SS저감효율은 6.7%로 나타났으나 유량에서는 큰 차이를 나타내지 못하였다. 마지막으로 LID시나리오의 경우 적용 소유역의 강우시 평균유량이 약 29% 감소하였으며 건기시 평균 기저유량이 약 44%이상, 평균 BFI는 약 0.13 증가한 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.977-985
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• 2012

본 연구에서는 유동해석과 실험을 통하여 소형엔진 흡기포트의 성능 최적화를 수행하였다. 포트각, 플랜지면적 및 포트형상은 흡기포트의 성능을 결정하는 중요한 설계인자이다. 특히 가공곡률이 공기유량계수에 매우 중요한 영향을 미치는 핵심인자임을 확인하였다. 포트각과 플랜지면적이 증가하면, 흡기포트내의 압력분포와 압력기울기가 개선되어 공기유량계수가 개선되었다. 유동해석 결과는 플로우박스 실험결과 대비 최대 8% 오차를 보였으나, 설계변수에 따른 공기유량계수 경향을 우수하게 반영하였다. 최적의 설계변수를 적용한 흡기포트 모델은 양산모델 대비 약 4.5% 개선된 공기유량계수 성능을 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.528-528
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• 2015

수문 순환 및 물 수지에 관한 연구는 강수량, 지표유출량, 지하수, 토양수분 및 증발산량에 대한 정량화가 이루어질 때 실제적으로 규명될 수 있다. 그러나, 수문 순환 및 물수지 평가에 중요한 부분을 차지하는 증발산량의 경우 관측값보다 단순한 가정이나 경험식에 의한 추정값을 사용하고 있어 그 자료의 신뢰성에 대해서도 꾸준히 문제가 제기되어 왔다. 따라서, 수문 순환 및 물수지의 정량적인 분석을 위해서는 수문 순환 과정에서 상당부분을 차지하는 증발산량의 측정(실측)이 필요한 실정이다. 본 연구는 국토교통부의 기초수문자료 구축사업의 일환으로 수행되고 있으며, 에디공분산 기술을 사용하여 증발산량을 직접 관측하고 있다. 관측지점은 한반도의 약 70%를 차지하는 산림지 중 대표적 식생 기능 형태인 혼효림으로 구성된 지점(설마천 관측지, 2007년 8월부터)과, 인위적인 관개가 이루어지는 논경지(청미천 관측지, 2008년 8월부터)에서의 증발산량 측정을 수행하였다. 그 결과 두 지점에서 증발산량의 계절 및 경년 변동 특성을 파악 할 수 있었다. 혼효림(설마천 관측지)에서 산정된 증발산량은 2008년 471.7mm, 2009년 408.4mm, 2010년 489.4mm, 2011년 387.0mm, 2012년 323.3mm, 2013년 293.3mm, 2014년 360.9mm이고, 강수량 대비 증발산량은 18.9%~56.2%를 보였다. 논경지(청미천 관측지)에서 산정된 증발산량은 2009년 571.8mm, 2010년 608.5mm, 2011년 523.9mm, 2012년 509.8mm, 2013년 467.9mm 2014년 533.9mm이고, 강수량 대비 증발산량은 34.7%~59.3%를 보였다. 비율의 최대값은 모두 2014년에 발생한 것으로 적은 강수량에 의한 것이고, 평균 증발산량 비율은 산림지인 설마천 관측소보다 논경지인 청미천 관측소가 평균 약 14%정도 높게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.128-128
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• 2011

본 연구에서는 자동유량측정시설에 의하여 실시간으로 생산되는 자동유량측정 자료의 정상성 여부를 판단하는데 중요한 적정 측정 신뢰구간을 실시간으로 예측할 수 있는 기술을 개발하였다. 전세계적으로, 현대적인 유량측정이 시작된 이래 연속유량 산정을 위한 방법은 수위-유량관계곡선을 이용하는 방법 외에 실무적으로 활용 가능한 방법은 거의 전무한 실정이다. 수위-유량관계곡선을 이용하는 방법은 연속수위를 계측하여 이에 해당하는 연속유량을 산정하는 방법으로 수위와 유량간에 일정한 관계를 가지는 정상적인 흐름을 보이는 자연하천의 경우에 정확도가 매우 높다. 그러나 감조나 구조물 등에 의해 유량이 조절되는 경우에 유량산정의 정확도는 현저히 떨어지게 된다. 따라서 수위에서 유량을 환산하는 방법이 아닌 유량을 직접 연속으로 측정하는 방법이 꾸준히 연구되어 왔고, 이 중 가장 대표적인 방법이 자동유량측정 방법이다. 그러나 자동유량측정 방법은 유량을 연속으로 측정할 수 있다는 장점에 반해 측정된 유량의 정확도를 높이기가 매우 어렵다는 단점도 가지고 있다. 계측 자체의 기술적 한계는 주로 계측기기적인 문제로 이는 전자기, 통신 기술 등 첨단 기술의 발전과 함께 다양한 현장 시험을 통해 폭넓은 개선이 이루어지고 있다. 그러나 아직 기술적 완성도가 완전하지 못한 현실에서, 현재 설치되어 있는 자동유량측정 유량자료의 신뢰도를 높이기 위해서는 각각의 계측 시점에서 자료가 정상적으로 산정되고 있는지에 대한 검정이 필요하고, 이는 자동유량측정 자료의 정확도 확보에 매우 중요한 관건으로 작용할 수밖에 없다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 조석성분과 유출성분을 분리하여 예측하는 방법을 새롭게 개발 적용하였다. 자료는 자료의 시간해상도 증감에 따른 실제 예측의 정확도 증감을 고려하여 가장 적절하다고 판단되는 시자료를 사용하였으며, 자료간 상관을 분석하여 주 입력 자료로 팔당댐 방류량, 한강대교 지점 수위, 전류 수위를 이용하였다. 모형의 예측 능력을 극대화하기 위하여 조석 영향을 받는 자료의 경우는 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 이용하여 순수 유출성분과 조위성분을 분리하여 별도로 적용하였다. 그리고 예측을 위한 모형은 실시간 자료기반 모형으로 그 안정성이 인정된 서포트벡터머신(support vector machine)을 이용하였다. 이러한 과정을 통해 한강대교 지점의 순수 유출성분과 조위성분의 유량을 각각 예측한 후 두 결과를 합성하여 최종 한강 대교 지점의 유량을 산정하였다. 조석성분을 분리하여 한강대교 지점의 유량을 예측한 결과 대부분의 예측치가 95% 예측구간에 포함되었다. 그리고 조석성분을 분리하지 않은 모형과 조석성분을 분리한 모형의 예측 능력을 비교한 결과, 조석성분을 분리한 모형이 예측이 정확도가 높았다. RMSE의 경우 분리하지 않은 모형대비 23%의 예측오차가 감소하였고, NSC의 경우 0.92에서 0.95로 예측의 정확도가 증가하였다.

• 에너지공학
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• 제24권3호
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• pp.48-54
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• 2015

중앙집중식 냉방 시스템을 적용하고 있는 대형 빌딩이나 플랜트 설비들의 경우 부하 증설 및 피크부하에 대응하기 위한 여유율을 반영한 설비 설계 및 시공이 이루어지고 있다. 이는 부분부하가 걸리는 기간 동안에는 설비의 저부하 운전으로 인한 장비의 효율 저하와 에너지 과소비의 원인이 된다. 본 연구는 부분부하에 효율적으로 대응할 수 있도록 냉방플랜트 최적 유량제어를 통한 에너지 절감 방안에 대한 연구로서 냉방플랜트 에너지 성능 분석 프로그램을 이용하여 냉방 부하를 분석하고, 최적 유량제어 시스템을 제안하여 그 에너지 성능을 비교 평가하는 것을 목적으로 한다. 성능 분석 결과 냉방플랜트 최적 유량제어 시스템 적용 시 기존 에너지 사용량 대비 약 17%의 전기에너지 절감이 가능하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2015

지하수 양수정 위치에 따라 대수층 및 하천바닥층의 수리지질학적 특성이 상이하여 양수로 인한 지하수위 저하 및 하천으로의 지하수 유출 감소의 시간적 반응과 그 크기가 공간적으로 다르게 나타난다. 따라서 본 연구에서는 지표수-지하수 통합모형 SWAT-MODFLOW를 죽산천 유역에 적용하여 지하수 양수정 위치에 따른 하천수 감소량을 모의 분석하였다. 대상 유역내에 위치한 전체 지하수 양수정을 고려하여 현재 이용 상태의 하천유량을 모의한 후, 다시 지하수 관정을 모두 제거하여 자연 상태일 때의 하천유량을 산정하여 하천수 감소의 정도를 평가하기 위한 기준유량으로 삼았다. 이어서 하천변 양안 500m 이내 임의 위치에 지하수 양수정을 개별적으로 입력하여 반복 모의를 통해 하천유량을 산정하고 자연 상태의 하천유량과의 차이로부터 하천수 감소량을 산정하였다. 임의 위치 각각에 대해 산정한 하천수 감소량을 크리깅 기법을 통해 공간 보간하여 표출한 결과 양수정 위치에 따라 하천에 미치는 영향의 공간적 편차가 크게 나타났고, 특히 양수 5년후에는 양수량 대비 하천수감소량이 60%를 초과하는 지역이 대부분인 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.359-359
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• 2016

본 연구에서는 최근 기후변화에 따른 가뭄으로 어려움을 겪고 있는 충청남도 서부권의 물 부족을 해결하기 위하여 금강 본류로부터 보령댐으로 일정 유량을 도수(diversion)하는 계획이 금강 본류에 미치는 수리적 영향을 검토하였으며 특히 금강 본류의 농공용수 취수에 제한을 초래할 수 도 있는 수위에 미치는 영향을 중심으로 분석하였다. 본 연구의 공간적 범위는 금강 하굿둑으로부터 하류 외해 방향으로 약 9km 지점에 위치한 금강 하구로부터 상류 방향으로는 금강 하굿둑으로부터 약 76km 지점에 위치한 공주시 반포면 검상동의 검상천 합류지점까지 총 85km에 이르는 구간에 대한 1차원 수리 모형을 구축하였으며, 시간적 범위는 보령댐으로의 도수가 갈수기에 이루어지는 것으로 가정하여 2015년 2월 1일부터 5월 31일까지 진두수위표의 시간별 유량과 8개 지천의 유입 유량, 장항검조소의 시간별 조위, 농공용수 취수시설 취수량 및 회귀수, 금강 배수갑문 운영 등을 고려하여 모형의 보정을 실시하였고, 유황분석에 따른 2016년 갈수기 예측 유량을 추정하여 보령댐으로의 도수에 따라 금강 본류 내 주요 구간의 수위에 미치는 영향을 분석하고자 하였으며, 서해안 조위에 따른 금강하굿둑 배수갑문의 운영에 직접적인 영향을 받는 배수위 구간임을 감안하여 비정상류 해석(unsteady flow analysis)을 수행하였다. 갈수기 예측 유량 추정 결과 2015년과 같은 가뭄이 지속될 경우, 2016년의 유황은 2015년 대비 21%로 분석되었으며 이는 보령댐 도수 여부에 관계없이 물 부족이 발생할 수 있는 상태인 것으로 분석되었고, 하천유지유량 정도의 유황이 유지되는 상태에서 보령댐으로 도수를 실시할 경우, 도수시 금강호 최저 수위는 각각 EL(+)0.94m와 EL(+)0.72m로 모의되어 농업용수를 비롯한 기존 취수시설 뿐만 아니라 보령댐 도수시설의 운영에도 어려움이 생길 것으로 예상되었다. 2016년 갈수기 동안 과업 대상 구간인 금강 하류부의 유황은 농업용수 취수가 본격화되기 이전인 2월에는 하천유지유량 정도의 유황을 유지하는데 별 어려움이 없지만 3월 이후농업용수 취수가 본격화되면 농업용수 취수시설이 집중된 입포수위표 ~ 금강 하굿둑 사이 구간은 하천유지유량 이하로 유량이 크게 감소할 것으로 예상되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.331-331
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• 2021

수문학적 가뭄의 판단은 유출량과 저수지 수위 등을 비롯한 다양한 수문자료를 활용하여 가능하다. 가뭄판단을 위한 유량 자료로는 수위관측소 관측 유량, 유출모형을 통한 모의 유량 자료가 주로 활용된다. 최근에는 관측 유량 기반의 수문학적 가뭄 판단은 인위적인 용수 배분이 고려된 것이기 때문에 인간이 만든 수문학적 가뭄(Human-modified hydrological drought, 인위적 수문학적 가뭄)으로, 모의 유량 기반의 수문학적 가뭄 판단은 자연적인 수문과정이 반영된 자연유량을 활용한 것이기 때문에 기후영향 수문학적 가뭄(Climate-induced hydrological drought)이란 정의된다. 우리나라의 경우, 홍수기에 저류된 저수량을 비홍수기 동안, 특히 용수사용량이 많은 봄철 농번기에 활용하는 것이 수자원 관리의 기본방향이다. 따라서 우리가 직면하는 수문학적 가뭄은 대부분 댐 및 저류지에서의 용수 사용량 조절에 따라 영향을 받기 때문에, 기상인자가 직접적인 원인으로 작용되는 가뭄과는 다르다. 본 연구에서는 관측 유량과 자연유량 자료를 활용하여 위에서 정의된 두 종류의 수문학적 가뭄에 대하여 비교하고, 실제 발생되었던 가뭄 피해 정보와의 일치정도를 검토하였다. 가뭄의 판단은 각각의 가뭄지수를 표준유출량지수(Standardized Runoff Index, SRI)에 적용하며, 수정 Mann-Kendall 검증으로 두 지수들의 경향성을 비교하였다. 장기간의 관측 자료를 보유하고 있는 한강유역 일부지역에 적용한 결과 두 종류의 가뭄지수 모두 뚜렷한 경향성은 없으며, 댐 상류지역에서의 두 종류의 가뭄특성은 유사하게 나왔다. 하지만, 댐 하류지역에서는 인위적 수문학적 가뭄이 기후영향 수문학적 가뭄보다 발생빈도는 적으나, 지속기간은 약 한달 정도 짧고, 가뭄심도는 약 5~20 % 정도 증가하는 강도가 센가뭄이 발생되는 경향이 있음이 확인되었다. 이는 인위적인 용수 관리로, 약한 규모의 가뭄은 감소되고 있으나 큰 규모의 가뭄은 그 영향이 더 큰 것으로 예상할 수 있다. 해당 결과를 바탕으로 효율적인 용수 관리에 통하여 약한 가뭄 뿐만 아니라 대형 가뭄을 대비하기 위한 지속적인 노력이 필요함을 확인 할 수 있었다. 장기간의 관측 유량의 자료의 한계로 많은 지역에는 적용이 어려우나 해당 연구를 통하여 국내에서도 수문학적 가뭄의 개념을 재정립하고, 용수 공급 개념을 기반으로 하는 수문학적 가뭄 지수의 개발에 활용 가능할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.113-113
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• 2022

기후 변화에 따른 집중호우의 증가로 유례없는 홍수가 발생하기도 한다. 홍수 대비를 위한 수리구조물 설계 및 홍수 예측을 위해서는 기초자료인 유량 자료가 중요하며, 이는 Rating-curve를이용하여 산정하는 것이 일반적이다. 하지만, 이를 기왕의 데이터가 부족한 지역과 적용수위 이상에 대해 적용하는 것에 한계가 있다. 2020년 8월 섬진강에 발생한 홍수는 홍수량의 추정이 어려울 뿐 아니라 기존의 Rating curve를 활용하여 홍수량을 추정하는데 한계가 있다. 섬진강 하천정비기본계획(2021)에 따르면 섬진강 남원(신덕리) 관측소는 100년 빈도 홍수량이 7,470m³/s인 반면, 선형 보간을 통한 Rating curve 외삽 결과 약 23,000m³/s로 많은 차이 나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 외삽의 불확실성과 직접 측량에 어려움이 있는 홍수기 유량 추정을 위해 수리학적 해석 방법을 이용한 간접유량 산정기법을 제시하였다. 수치해석모형을 이용하여 홍수사상을 재현하고, 이를 역으로 이용하여 관측 수위와 근접한 계산 결과를 보인 입력 자료로부터 대상 지역의 유량을 간접적으로 산정하였다. 상류단 유량자료의 생성을 위하여 Rating curve의 변수에 대하여 무작위 조합을 생성하였고, K-River(1차원 수리해석 모형)를 이용하여 MCS(Monte Carlo Simulation)를 수행하였다. 계산된 수위와 관측 수위간 수위 재현성 평가(NSE, RSR)를 통해 최적 결과를 나타낸 Rating Curve의 변수들로부터 경계조건의 Rating Curve를 산정하였다. 방법론의 검증을 위해 요천 합류부에 적용하였으며, 그 결과 기존 곡선식의 외삽에 따른 유량 자료의 수위 재현성과 비교하여 개선된 것을 확인하였다. 이를 활용하여 수자원 유량 자료의 신뢰도 개선에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.322-322
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• 2023

유역의 증발산량 자료는 물순환 과정을 규명하는 매우 중요한 자료 중의 하나이며, 물순환 성분별 명확한 산정 결과는 수자원 개발과 물환경 보전에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 설마천 유역(전적비교 수위관측소 기준, 유역면적 8.48km²)의 5개년(2018~2022) 기상관측자료를 이용하여 증발산량을 산정하였으며, 그 외 강우량, 하천유출량, 지하수함양량 자료를 이용하여 물수지 분석도 수행하였다. 증발산량 산정은 세계식량기구(FAO)에서 제시한 Penman-Monteith equation을 적용하여 일별 증발산량을 산정하였으며, 작물의 종류에 따른 계수는 잔디의 경우를 채택하였다. 본 방법을 통해 산정된 증발산량(ET₀)은 기준작물에 수분의 공급에 제한이 없는 상황에서 산정된 기준 증발산량(reference evapotranspiration)을 의미하며, 기준 증발산량을 실제 증발산량으로 변환하기 위해서는 작물계수를 고려해야 한다. 작물계수는 식생의 높이, 알베도, 식생의 저항, 토양으로부터의 증발 등의 영향을 받게 되나, 더욱더 명확하게는 식물에서의 증산을 설명하는 기본 작물계수와 토양에서의 증발을 설명하는 토양계수의 합을 통해 계수를 산정하게 된다. 설마천 유역에 공간적으로 분포된 작물계수를 정확히 산정하기에는 한계가 있으므로 잔디의 경우로 한정하여 산정된 기준증발량은 885.9mm(5개년 평균값)이다. 각 물순환 성분별로 생성된 설마천 유역의 5개년 평균값인 유역평균강우량은 1,307.3mm이며, 하천유출량은 799.7mm(유역평균강우량 대비 61.2%), 실제 증발산량은 469.5mm(유역평균강우량 대비 35.9%, 기준 증발산량 대비 약 53.0%), 유역저류량은 38.1mm(유역평균강우량 대비 2.9%)이다. 유역평균강우량은 3개 관측소(감악산, 설마리, 전적비교) 강우량의 유역평균값이며, 하천유출량은 유역출구의 수위-유량관계곡선식 환산유량, 유역저류량은 과거년(2012~2018)의 지하수 관측자료를 통해 산정된 지하수함양량을 기초로 하였다. 그리고 실제 증발산량은 기준 증발산량 산정값과 전체적인 물수지 분석을 통해 얻어진 값이다. 이와 같이 산정된 물순환 성분별 자료는 유역의 물순환 과정 규명을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 유역 물관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.