• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.17-17
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• 2022

현재 하천에서 유량을 측정하는 가장 일반적인 장비는 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)이다. ADCP는 일정 수심이 확보되는 곳에서는 보트에 장착하여 효율적으로 정확한 유량을 측정하고 있다고 알려져 있다. ADCP의 활용성이 증가함에 따라 측정결과의 신뢰성을 표현하는 방법에 대한 관심이 증가하고 있으며, 프랑스에서는 해외 전문가들을 초청하여 동일한 현장에서 ADCP의 유량을 측정하고 해당 결과를 비교하여 ADCP의 측정정확도에 대한 분석을 수행하고자 하였고, 국내에서도 이와 동일한 방식으로 홍수통제소가 주관하여 국내 유량조사기관들의ADCP를 이용해 장비에 대한 검정과 측정유량에 대한 정확도를 확인하고자 하였다. 해당 방식은 장비들간의 측정결과를 이용하여 이상치를 나타내는 장비에 대해서는 검토가 가능하나, 측정결과에 어떠한 요인들이 측정정확도에 영향을 발생시키는지에 대한 분석을 하기 에는 한계점이 있다. ISO에서는 일반적으로 이루어지는 측정에 대하여 GUM 표준안을 기반으로 하여 측정불확도를 산정하도록 권장하고 있으며, 유량분야의 위원회인 TC 113에서도 GUM을 이용하도록 권장하고 있다(ISO 25377, 2020). 하지만 ADCP를 이용하여 유량을 계산하는 방식이 매우 복잡하고, 이를 GUM에 적용하여 유량측정의 불확도를 산정하기에는 복잡하고 많은 계산식이 필요하기 때문에 이를 계산할 수 있는 도구가 없다면 일반적인 측정자가 불확도를 산정하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존에 수행되었던 연구성과들을 종합하여 ADCP의 유량 측정불확도를 산정하는 과정을 프로그램화하고 쉽게 계산할 수 있도록 AQUA(ADCP discharge(Q) Uncertainty Assessment)라는 소프트웨어를 개발하였다. AQUA는 C#을 기반으로 국내에서 일반적으로 사용하고 있는 Sontek사와 TRDI사의 ADCP의 측정결과를 불러올 수 있도록 개발되었다. 해당 소프트웨어를 이용하여 다양한 사용자들이 사용하고 이를 통해 현재 개발된 소프트웨어의 사용성을 보완한다면, 실무에서도 쉽게 ADCP의 측정불확도를 산정할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.214-214
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• 2022

감포댐은 2006년 준공하여 각종 시설 및 설비의 노후화가 진행중에 있으며, 최근 감포댐 인근 지역에서 발생한 경주지진(규모 5.8) 및 포항지진(규모 5.4)이 발생하여 지진시 시설물의 안전성에 대해 중요성이 대두되고 있었다. 이에 감포댐 안전성강화 사업을 추진하게 되었고, 주요 사업내용은 취수탑 관리교 내진보강, 댐체 심벽보강을 통한 댐체 안전성확보, 비상방류시설 개선이다. 취수탑 관리교는 교각단면의 변위연성도 및 교량받침에 의한 구조물 안전성 평가를 시행하였고, 단면강도는 모멘트-곡률해석법에서 탄성영역의 단면강도 대비 탄성지진력을 비교하여 안전성을 검토하였다. 검토결과 교량받침의 내진성능은 부족한 것으로 검토되어 유량제어형 멀티펌프와 안전잭을 이용한 변위제어 방식의 교량동시 인상공법이 가능하고 인상정밀도 ±0.5mm이내의 성능을 가진 교량인상공법 적용하여 보강을 하는 것으로 계획하였다. 댐체 심벽보강을 위해 먼저 전기비저항탐사를 수행하여 전기비저항대를 탐사하여 심벽부에서 포화대가 형성된 부위를 조사하였다. 그리고 댐 상·하류에 전극을 설치하고 전류를 발생시켜 측정 지점별 자기장을 측정을 통하여 댐체내 침투에 따른 유로 형성여부 파악을 위한 전자기장탐사를 시행하였다. 마지막으로 심벽 시추조사를 시행하여 공내수를 조사하였다. 조사결과 포화대의 위치 및 이상대가 다양한 것으로 나타났으며, 이는 불특정 지점에 연약대가 존재한다 판단하여 심벽부 보강계획을 전반적으로 적용하는 것으로 결정하였다. 비상방류시설은 최근 15년 실측자료의 홍수기(6~9월) 평균유입량을 적용하여 검토하였으며 검토결과 배제대상 높이 75%까지는 3.7일, 완전배제까지는 11.2일이 걸려 댐설계기준을 충족하는 것으로 검토되다. 다만 감포댐 비상방류시설이 하천제방과 직각방향으로 형성되어 있고, 하천의 폭이 좁아 과거 방류시에도 제방을 월류하는 것으로 조사되어 하천의 세굴을 방지하고 제방 안전성을 확보하기 위하여 비상방류시설에 감세공을 설치하고, 제방에 디플렉터 옹벽을 설치하는 것으로 계획하였다. 감세공은 2번에 걸친 감세효과로 방류시 하류바닥 및 옹벽 보호 효과가 큰 미국 USBR의 TypeVI를 적용하였으며, Flow-3D 모델링을 통하여 제방에 월류가 발생하지 않는 최적의 대안 옹벽규모를 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.232-232
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• 2022

1차원 관망해석모형과 2차원 지표면범람 해석모형을 이용한 도시지역의 실시간 홍수예·경보시스템 구축은 모형의 모의에 많은 시간이 소요되므로 한계가 있다. 또한, 연구유역에서 시나리오 강우에 대해 침수를 유발시키는 한계강우량을 1-2차원 모형의 시행착오법을 적용한 반복적인 수행을 통해 산정하는 것은 비효율적인 방법이다. 따라서, 본 연구에서는 이에 대한 해결책으로 로지스틱 회귀를 이용하여 배수분구별 침수 발생기준 강우량을 산정하고자 한다. 침수 발생 한계강우량 산정을 배수분구 단위로 제시하기 위하여 로지스틱 회귀분석을 이용하였다. 풍수해저감종합계획(2015)과 침수흔적도를 이용하여 배수분구 별 침수이력에 대한 데이터베이스를 구축하고, 이를 1-2차원 수리해석을 통한 침수심과 함께 로지스틱 회귀모형에 학습하였다. 지속시간 1시간, 10mm 강우부터 500년 빈도의 Huff 3분위 시나리오 17개를 사용하여 확률강우량을 산정하였고, 이를 1-2차원 수리해석을 위한 입력자료로 사용하였다. EPA-SWMM을 통한 1차원 도시유출해석과 FLO-2D를 통한 2차원 침수해석에서 20cm 이상의 침수심이 발생하거나 지상관측자료, 침수흔적도 및 풍수해저감종합계획에서 실제 침수가 발생했을 경우를 1, 그렇지 않은 경우를 0으로 하여 데이터베이스를 구축하여 로지스틱 회귀모형에 학습시켜 침수 발생 한계강우량을 산정하였다. 로지스틱 회귀분석을 통해 서울시 지역의 배수분구별 한계강우량을 산정할 수 있으며, 지속적으로 관측되는 강우 및 침수 발생 유무 자료를 추가함으로써 산정된 침수 한계강우량을 상회하는 강우 사상이 나타났을 시에 침수 발생 유무를 확인하여 본 연구에서 제안한 방법에 대해 검증이 가능할 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.309-309
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• 2022

특정 극치사상 자료에 대한 특성 분석 시 수문자료에 대한 빈도해석은 일반적으로 단일 확률 변수를 기준으로 이루어지는 단변량 해석 방법이 활용된다. 그러나 두 가지 이상의 변량이 서로 상관성을 가지는 경우 다변량 빈도해석이 요구되며, 이를 단변량으로 해석하는 경우 재현기간의 과소추정 등의 문제점이 발생할 수 있다. 최근 이러한 점을 개선하기 위하여 다변량 빈도해석에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있다(Kwon and Lall, 2016; Vaziri et al., 2018). 특히, 가뭄의 경우, 강도(intensity)뿐만 아니라 지속기간, 심도도 매우 중요한 인자로 고려되고 있다. 특히, 가뭄지속기간과 심도의 경우 두 인자 간의 상관성이 매우 크기 때문에 단변량(univariate) 가뭄빈도해석 보다 다변량으로(multivariate) 가뭄빈도해석을 수행하는 것이 가뭄위험도 평가 측면에서 유리하다고 알려져 있다(Shiau and Shen, 2001; Kim et al., 2017). 따라서 이 둘을 결합한 빈도 해석을 위해 Copula Function을 이용한 다변량 빈도 해석에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 홍수의 경우 지속시간별 연최대강수량 계열을 이용한 빈도해석 과정이 지침으로 정립되어 수자원 설계 실무에서 활용되고 있으나, 가뭄은 실무에서 활용할 수 있는 지침 및 분석 도구가 없는 실정이다. 이에 환경부와 국가가뭄정보분석센터에서는 '20년도에 단변량 가뭄빈도 해석을 위한 프로그램을 제작·배포하였다. 본 연구에서는 가뭄의 특성을 대변하는 상관도 높은 두 인자인 가뭄 심도(severity)와 가뭄 지속기간(duration)이라는 두 가지 특성을 함께 고려해 이변량(bivariate) 가뭄 빈도를 해석할 수 있는 도구를 개발하는 것을 목표로, 다양한 확률분포형을 이용한 최적 주변 확률분포형 선정과 최신 Copula Function들을 이용한 최적 결합확률분포 추정을 통해 신뢰도 높은 2변량 가뭄빈도 해석을 수행할 수 있는 프로그램을 제작하였으며, 테스트 버전 배포 등을 거쳐 누구나 사용할 수 있도록 공개할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.117-117
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• 2022

범지구적인 기후변화로 인하여 도시유역의 국지성 집중호우가 빈번히 발생하고 기상이변 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인해 도시지역의 침수 등의 자연재해 증가로 인명 및 재산피해가 발생하고 있다. 이에 따라 하수도의 제 기능을 수행하고 있다면 문제가 없지만 이상기후로 인한 기록적인 폭우에 의해 침수가 발생하고 있다. 홍수 및 집중호우와 같은 극치사상의 발생빈도가 증가됨에 따라 강우사상의 변동에 따른 하수관로의 수위를 예측하고 침수에 대해 대처하기 위해 과거 수위에 따른 수위 예측은 중요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 서울 열린데이터 광장에서 제공하는 서울시 하수관로 수위 현황 자료를 활용하여 하수관로 수위 예측을 확인해 보았다. 대상자료는 서울특별시 강동구에 위치한 하수관로 수위 자료로, 서울 열린데이터 광장에서 제공하고 있는 2012년 ~ 2020년 25개 구 데이터 중 가장 누락데이터가 적은 자료를 활용하여 연구를 진행하였다. 하수관로 수위 예측에는 딥러닝 알고리즘RNN-LSTM 알고리즘을 활용하였으며, RNN-LSTM 알고리즘은 하천의 수위 예측에 우수한 성능을 보여준 바 있다. 하수관로 수위 예측에 앞서 1분 단위로 수집된 수위 데이터를 5분 평균, 5분 스킵자료, 10분 평균, 10분 스킵 등 비교를 위해 데이터를 구분하여 학습에 활용하였으며, 데이터 분석을 위해 하수관로 수위값 변동이 심한 1주일을 선정하여 분석을 실시하였다. 연구에는Google에서 개발한 딥러닝 오픈소스 라이브러리인 텐서플로우를 활용하였으며, 하수관로 수위 고유번호 25-0001을 대상으로 예측을 하였다. 학습에는 2012년 ~ 2018년의 하수관로 수위 자료를 활용하였으며, 모형의 검증을 위해 결정계수(R square)를 이용하여 통계분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.415-415
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• 2022

IPCC 제5차 보고서('14) 및 세계위험보고서('15) 등에서 기후변화에 대한 과학적 근거를 제시하였으며, 상위 위험요소로 '수자원 위기'를 꼽았다. 전 세계적으로 기후변화로 인한 이상 기상현상이 발생하고 있으며, 국내에서도 최근 기후변화에 따른 수문사상의 변화로 극한홍수 및 극한가뭄 등으로 인한 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 물 관리에서 기후변화는 가장 큰 리스크 요인이므로 물관리 계획 수립 과정에서 기후변화 영향을 고려한 대책을 수립할 필요가 있다. 기후변화에 대한 댐 취약성 평가 관련 연구가 이루어지고 있으나, 미래 기후변화의 불확실성을 충분히 고려했다고 보기 어렵기 때문에 현업에서 의사결정 도구로 활용하기에는 한계가 있다고 볼 수 있다. 이에 따라 과거 수문자료 및 특정 기후모델에 의존하지 않고 댐 인프라의 취약성을 평가할 수 있는 새로운 방법론이 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구를 통해 기후변화의 불확실성에 대비한 댐 취약성 평가 방법론을 정립하고자 한다. 본 연구에서는 기존에 진행된 IPCC 기후변화 시나리오에 따른 댐 취약성 평가 연구사례 및 한반도의 기후변화 영향 및 수문변화를 조사하였다. 그리고 기후 스트레스 시나리오 기반 취약성 평가 체계 및 방법론을 정립한 뒤, 월 강우량을 4분위로 나누어 각 분위별 강우량과 기온을 변경하여 기후 스트레스 시나리오를 생성하였다. 생성된 기후 스트레스 시나리오와 IPCC 기후변화 시나리오 기반 취약성 평가를 유출 및 저수지 모형을 결합하여 충주댐, 용담댐, 합천댐, 섬진강댐에 실시하였다. 그 결과 기후 스트레스에 따른 유출 취약성 평가는 20분위 수 갈수량을 이용해 연중 보장확률을 나타내는 것이 효율적이며, 온도의 영향보다는 강우의 변동이 댐 이수안전도 취약성 평가에 더 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.364-364
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• 2022

최근 기후변화에 따른 잦은 이상 가뭄으로 물 부족 현상이 심화되고 있어 물 안보가 중요한 사회적 이슈로 부각되고 있다. 물 부족에 대비하기 위해 수자원은 인류가 마음대로 사용할 수 있는 자유재가 아니라 보호·관리하여야 하는 대상으로, 보유한 미사용량을 회수·재배분하여 물 이용의 공정성을 강화 등 물 이용 제도의 전반에 대한 검토·개선이 필요한 실정이다. 하지만 일부 유역에서는 하천수 사용량이 정확하게 계측되지 않아 공정한 하천수 배분 등에 한계가 발생하고 있다. 본 연구에서는 충주댐 하류 유역에 위치한 자동유량측정소 원주시(남한강대교)와 여주시(남한강교) 상·하류 유량자료를 검토·분석하여 하천수 사용허가권에 등재된 하천수 이용량을 검토하고자 한다. 아울러 상·하류 자동유량관측소 내 지류 하천(섬강, 청미천)이 유입되고 있어, 추가 유입량을 고려한 물수지 분석을 위해 원주시(문막교)수위관측소, 여주시(원부교)수위관측소의 유량자료를 이용하였다. 상·하류 유량자료 검토 결과, 지류 유입량 + 하류 여주시(남한강교)) 유량이 상류 원주시(남한강대교) 유량보다 작은 상·하류 유량이 역전('19~'20, 평균 787,753m³/day)되는 흐름이 발생하였다. 구간 내 등재된 취수시설물(11개소) 허가량(39.66×10⁶m³) 보다 실재 사용량은 많을 것으로 추정되며 상·하류 역전 흐름에 직접적인 영향을 준 것으로 판단된다, 또한 현장 조사에서 허가대장에 미등재된 다수의 시설을 발견하였으며 이는 하천수의 효율적인 관리에 장애요인으로 작용된다. 하천수 사용은 복합허가사항으로 홍수통제소에서 사용허가부터 관리까지 실시하고 있는데 하천수 허가 신청량은 계획수요량 산정과 물수지 분석결과를 통하여 적정성 검토가 이루어지고 있다. 그러나 하천수 사용허가량 대비 실제 하천수 취수량이 얼마나 되는지 파악은 불가능한 실정이다. 결국 하천 유량을 관리하기 위해 강수량, 수위, 유량 등 많은 수문요소를 정확하게 측정하는 것도 필요하지만 이처럼 하천수 이용을 위해 취수되는 양을 정확하게 계측하지 않는다면 효율적인 하천수 관리는 어렵다. 하천수를 관리하고 효율적으로 이용하기 위해 하천수 이용에 대한 제도적인 보완이 필요해 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.311-311
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• 2022

전 세계적으로 기후변화 및 산업화로 인해 대규모 홍수, 가뭄, 폭염, 산불 등의 재해가 빈번하게 발생하고 있으며, 이러한 재해 및 재난을 조기에 발견하고 최소화를 위한 대응 체계 및 관리방안의 필요성이 증대되고 있다. 이러한 자연재해들의 특징은 추가 재해를 유발할 수 있다는 것으로 재해의 강도가 증가할 뿐만 아니라 여러 가지 재난 및 재해를 동시에 유발하는 형태로 변화하기 때문에, 단일자연재해 평가 기술을 바탕으로 복합자연재해에 대한 분석 및 감지가 진행되어야 한다. 최근 기후변화로 인한 기상 패턴의 변화 및 가뭄 발생빈도의 증가가 뚜렷하며, 국외에서는 폭염과 가뭄을 고려한 복합자연재해로 'Flash Drought'로 정의된 돌발가뭄에 대한 연구가 이루어지고 있다. 폭염과 가뭄은 단순 강우 부족으로 인한 가뭄, 높은 기온으로 인한 폭염 등이 서로 독립적으로 발생하는 경우와 강우부족과 폭염의 지속으로 인한 상호연관성이 존재하는 복합자연재해 등으로 구분할 수 있다. 돌발가뭄은 강수 부족 또는 폭염이 지속되거나 강도가 높아질 경우, 지면온도가 상승하여 토양수분이 필요 이상으로 증발하여 단기간에 발생하는 초단기 가뭄으로 복합자연재해에 해당하며, 이러한 돌발가뭄은 농업분야에서 작물 생장 및 영농기 활동에 큰 영향을 미치기 때문에 모니터링 및 감지 기술이 필요하다. 본 연구에서는 수문기상학적 요소를 활용하여 폭염 및 가뭄을 고려한 복합자연재해에 대한 상관분석을 수행하였다. 기상청에서 제공하는 기상자료(일최고기온/평균기온/최저기온, 강수량, 상대습도, 일조량 등)에 대한 전국 76개소 대상 기상자료를 구축하였으며, Sentinel, Landsat, MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 등과 같은 위성영상 자료를 구축하여 폭염과 가뭄에 대한 각각의 인자를 선정하고 상관 관계를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 복합자연재해 감지 및 예측 기술 개발에 활용하여 재해 예방 및 대응에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of the Korea Institute of Building Construction
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• v.24 no.2
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• pp.227-238
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• 2024

This study addresses the escalating flood damages prompted by recent climate shifts characterized by extreme weather events and proposes rainwater infiltration blocks as a potential solution. Recognizing the limitations inherent in existing inundation simulation methods, we advocate for the integration of novel functionalities, particularly leveraging drone technology. Our research endeavors encompass experimental assessments of inundation and flooding simulation technologies. These evaluations are conducted within areas where rainwater infiltration storage blocks have been implemented, juxtaposed against existing programs utilizing Digital Elevation Models(DEM) and Digital Surface Models(DSM). Through this comparative analysis and a meticulous scrutiny of the adaptability of inundation and flooding simulation to real-world deployment scenarios, we ascertain the efficacy of the simulation program as a decision-making tool for identifying optimal sites for rainwater infiltration storage block installation.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.36 no.5
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• pp.779-789
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• 2016

The effective rainfall is calculated considering the soil moisture. It utilizes observed data directly in order to incorporate the soil moisture into the rainfall-runoff model, or it calculates indirectly within the model. The rainfall-runoff model, IHACRES, used in this study computes the catchment wetness index (CWI) first varying with temperature and utilize it for estimating precipitation loss. The nonlinear relationship between the CWI and the effective rainfall in the Hapcheondam watershed was derived and utilized for the long-term runoff calculation. The effects of variable and constant CWI during calibration and validation were suggested by flow regime. The results show the variable CWI is generally more effective than the constant CWI. The $R^2$ during high flow period shows relatively higher than the ones during normal or low flow period, but the difference between cases of the variable and constant CWI was insignificant. The results indicates that the high flow is relatively less sensitive to the evaporation and soil moisture associated with temperature. On the other hand, the variable CWI gives more desirable results during normal and low flow periods which means that it is crucial to incorporate evaporation and soil moisture depending on temperature into long-term continuous runoff simulation. The NSE tends to decrease during high flow period with high variability which could be natural because NSE index is largely influenced by outliers of underlying variable. Nevertheless overall NSE shows satisfactory range higher than 0.9. The utilization of variable CWI during normal and low flow period would improve the computation of long-term rainfall-runoff simulation.