• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.298-298
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• 2023

전자파표면유속계는 홍수량 측정을 위해 사용되는 비접촉식 유속계로, 전자파를 발사한 후 수표면에 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하는 기기이다. 국제적으로 1980년대부터 홍수량 측정의 어려움을 극복하기 위해 하천 유량측정 업무에 활용하였다. 전자파표면유속계를 이용하여 정확한 표면유속을 측정하기 위해서는 측정 위치, 방향, 노출시간, 환경 등을 고려해야 한다. 여기서 노출시간은 표면유속 측정을 위해 전자파를 흐름 상태의 수표면에 노출시키는 시간을 의미한다. 특히, 노출시간은 유속에 따라 결정되며, 빠른 유속일수록 측정에 필요한 노출시간이 짧아진다. 그러나 노출시간이 너무 짧으면 측정 유속값이 부정확하거나 불안정해질 수 있으며, 반대로 너무 길면 수위 등 측정조건이 변화하여 측정값이 부정확해질 수 있다. 따라서 홍수량 측정을 위해 전자파표면유속계의 표면유속 측정의 적정한 노출시간을 설정해야 한다. 본 연구에서는 전자파표면유속계의 적정한 노출시간 검토를 위해 안동하천실험센터에서, 표면유속 최대 4.92 m/s에서 최소 0.457 m/s 범위의 19개 유속 조건에서 노출시간을 10초에서 40초까지 5초 간격으로 변화시키며 표면유속을 측정하였다. 현재 국내외 가이드라인에서 권고하고 있는 노출시간 30초에서 측정된 표면유속과 각 노출시간에서 측정된 표면유속의 정확도 검증을 통해 유사한 값을 가지는 표면유속을 검토하여, 수위변화에 대응하여 홍수량 측정을 위한 최소 노출시간을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.305-305
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• 2015

도심지에서의 우수관거시스템의 경우 적정 설계빈도 기준에 따라 유입량에 따른 적정 통수능을 확보할 수 있도록 설계되고 있다. 유입량에 동반되는 토사량의 경우 관내 퇴적 방지를 위한 적정 설계유속 조건 반영을 통해 관내 퇴적이 이루어지지 않도록 고려하고 있다. 그러나 2011년 7월 우면산 토사피해, 2014년 8월 금정산 토사피해와 같이 실제 발생한 주요 침수피해들의 경우 다양한 피해발생 원인들 중 관로 내 토사퇴적에 따른 우수관로의 통수능력의 저하되는 문제점이 지적되었다. 설계 시 적절히 고려하지 못한 토사의 유입은 관내 토사 퇴적으로 이어지고 결과적으로 통수단면 저하에 따른 월류발생 및 도심지 내 침수피해가 발생으로 이어지게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하고 기존 관거의 통수능력을 적절히 확보하기 위해서는 관거 내의 퇴사량에 대한 분석과 이를 고려한 관로 설계가 필수적이다. 도시유역에서 일반적인 우수관거로 유입되는 토사의 경우 산지유역과 달리 비교적 작은 입경을 가진 토사들로 구성된다. 즉, 유입되는 토사량에 있어 입경의 적정 크기 및 분포에 따라서 관거내 토사 퇴적량이 달라지게 되며 이를 해소할 수 있는 유속 범위에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 토사 입경별 관내 유속에 따른 퇴적양상을 검토하기 위하여 특정 제원의 관거 및 우수관거로 유입되는 토사의 입경들을 기준으로 관내 수심의 변동에 따른 우수관거를 지나는 각입자별 부유 퇴적의 기준이 되는 한계유속 조건을 산정하였으며, 이를 고려한 관거의 경사도 조정을 통해 설계유량에 따른 관거 내 토사퇴적량 변화를 살펴보았다. 이때, 관로내에 일정량의 토사가 지속적으로 유입되는 것으로 가정하였으며, 유입되는 토사의 입경을 0.1mm~30.0mm까지 세분화하여, 유입되는 토사 전량에 대한 입경을 하나의 입경으로 고정시킨 조건으로 관내 유속에 따른 퇴적 양상의 변화를 검토하였다. 향후 해당 조건을 반영한 설계방안의 경우 설계강우에 대한 고려를 통하여 신뢰도 측면에서 관거내 토사의 퇴적과 유속 관계에 대한 분석을 바탕으로 이루어져야 하며, 이를 통하여 일반적인 관거의 설계 기준이 수립될 필요가 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.23-23
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• 2021

영상유속계는 영상을 이용한 비접촉식 유속계로 하천과 같은 넓은 범위의 유속 및 유량을 쉽고 간편하게 측정할 수 있다는 장점이 있어 최근 국내외에서 영상유속계의 실용화 연구가 다양하게 수행되고 있다. 특히 영상유속계는 별도의 고가의 장비 없이 카메라만을 이용하기 때문에 비교적 경제적이고 간편하며 비접촉식 유속 측정 방법이기 때문에 안전하게 홍수기 하천 유속 및 유량을 측정할 수 있다. 또한 넓은 범위의 유속을 순간적으로 측정할 수 있기 때문에 시간에 따라 수위가 급변하는 중규모 이하의 하천 유량을 측정하는데 적합하다. 하지만 영상유속계로 측정한 유속은 표면유속이기 때문에 하천 유량을 산정하기 위해서는 표면유속에 환산계수를 곱해 평균유속으로 환산하는 과정이 필요하다. 환산계수는 이전 연구에서 실험을 통해 0.84~0.90의 값을 갖는다고 하였고 일반적으로 0.85를 사용하지만, 하상, 수심 및 단면에서의 측정 위치에 따라 달라지므로 확실하게 결정하기 어렵다(Turnipseed and Sauer, 2010). 특히 국내의 많은 하천은 산책로를 포함한 복잡한 복단면으로 이루어져 있어 환산계수를 일률적으로 0.85로 사용하면 유량 측정 정확도가 낮아질 수 있다. 이에 본 연구에서는 서울시 탄천 대곡교에서 영상유속계를 이용하여 홍수기 유량 측정을 수행하여 흐름 특성에 따른 수위변화에 따라 적정 환산계수를 산정하였다. 탄천 대곡교 지점은 환경부의 자동유량계측 장비가 설치되어 있고 다년간의 검증된 유량 자료를 확보할 수 있기 때문에 환경부 유량측정 결과와 영상유속계로 산정한 유량을 비교하며 환산계수 변화를 분석하였다. 분석 결과 수위에 따라 환산계수는 0.7~1.3의 범위를 갖으며 둔치수위 이하에서는 0.85와 유사한 경향을 보였고, 둔치를 넘는 수위에서는 1 이상으로 환산계수가 증가하였다가 둔치가 완전히 잠기는 수위에서는 다시 0.85 정도로 변화하는 경향을 확인하였다. 향후 영상유속계를 이용한 다양한 홍수기 계측을 통해 복단면에서의 적정 환산계수 검토가 필요할 것으로 생각한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1887-1891
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• 2010

전자파표면유속계를 이용한 홍수유속측정에 있어서 수심평균유속환산계수로 0.85를 표면유속에 일률적으로 적용하도록 제시하고 있다. 그 동안 이의 적절성 여부에 대한 논의가 꾸준히 지속되어져 왔다. 이에 전자파 표면유속계를 개발하고 상품화하여 보급시킨 개발 주체의 입장에서 이에 대한 검증을 시도하였다. 이의 검증을 위해서 가장 중요한 것은 정해진 측정지점의 유량측정시각의 정확한 유량을 파악해야 함은 필수조건이다. 하지만 유량측정지점의 유량의 참값은 알기는 참으로 어려운 일이다. 이에 지금까지는 댐의 방류량을 참값이라고 가정을 하고 여러 가지 기기를 이용한 유량측정을 실시하여 각 기기의 측정오차를 비교하는 기준유량으로 댐방류량을 이용하였다. 따라서 본 연구에서는 방류량의 정확성 파악에 의하여 수심평균유속환산계수의 적정성 여부를 검토하고자 하였다. 또한 이에 대한 이론적인 접근의 방법으로서 유속분포곡선식으로부터 수심평균유속환산계수를 산정하여 이를 기존에 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위해서 적용하였던 계수와 비교를 하였다. 기존의 수심평균유속환산계수로 이용한 0.85에 대한 이론적인 검증을 위해서 Power law형의 유속분포식으로부터 수심평균유속환산계수를 유도한 결과 하상의 재료에 따라 0.833 (거친 하상)~0.875 (부드러운 하상)의 범위에 분포하였다. 이는 환산계수로 이용하고 있는 0.85는 유속분포가 크게 변동하지 않은 경우에 수심 평균유속을 환산하는데 이용함에 무리가 없음을 보여준다. 기존의 대청댐 방류량을 이용한 수심평균유속환산 계수를 산정한 결과를 분석한 결과 환산계수가 0.828~0.868의 범위에 분포하고 있다. 즉 기존의 수심평균유속환산계수로 이용을 하고 있는 0.85와 비교했을때 ${\pm}3%$의 오차를 보이고 있음을 알 수 있다. 대청댐 방류량에 대한 검증을 위해서 여러 가지 기기를 이용한 동시 유량 측정을 실시하였고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속에 기존의 수심평균유속환산계수 0.85를 적용했을때의 유량산정 결과를 다른 방법에 의한 측정 결과 및 방류량과 비교를 실시하였다. ADCP 측정은 유량조사사업단과 한국수자원공사 충청지역본부의 도움을 받아 실시하였는데, 유량조사사업단은 9회 측정하여 평균한 유량이 242.0 cms, 충청지역본부에서는 6회 측정하여 평균한 결과가 234.6 cms이었고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속을 이용하여 산정한 유량이 249.0 cms이었으며, 동시유량 측정당시 방류량은 242 cms이었다. ADCP를 이용한 유량측정에 있어서, 각 측정시의 유량측정 오차가 최대 20% 까지 나타나고 있다. 반면 대청댐의 발전 방류량은 거의 일정한 수준을 유지했던 것을 감안할 경우 유량측정 기간에 하류의 조정지댐으로 인한 배수효과의 영향으로 ADCP를 이용한 유량측정값에 변동이 발생한 것으로 추측된다. 전반적으로 부자를 제외하고는 사용된 유량측정 방법들이 거의 동일한 값을 보임을 알 수 있다. 또한 표면유속에 기존의 환산계수를 적용하여도 유량산정이 다른 방법과 유사하게 산정됨을 알 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.136-144
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• 2009

방조제 시공구간의 사석 및 돌망태의 적정규모를 산정하기 위한 매뉴얼을 개발하였다. 본 매뉴얼은 새만금 방조제 끝막이 구간의 상고공, 바닥보호공, 1차 사석재 구간을 대상으로 한 재료의 이동한계유속을 측정한 수리모형실험 결과와 기존의 경험공식에서 산정되는 규모별 이동한계유속의 비교 및 검증을 통해 개발되었다. 또한 현재까지 수행되지 않았던 사석과 돌망태를 혼용할 경우에 대하여도 이동한계유속을 측정하여 매뉴얼에 추가하였다. 본 매뉴얼은 새만금방조제 끝막이 기간 동안 발생유속에 대한 일별로 시공구간별 적정규모를 제시하였으며, 새만금방조제 끝막이가 끝난 후 그 적용성이 상당히 높게 평가되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.431-436
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• 2009

최근 들어 도심구간의 하천에도 치수에 지장이 없는 범위 내에서는 적극적으로 수생식물의 식재를 장려하고 있다. 그러나 현재 도심구간의 하천에는 무분별하게 수생식물을 식재함으로써 홍수시 흐름의 강한 유속에 의해 수생식물이 훼손, 유실되고 있어 도심구간 하천의 식재 지침이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 도심구간 하천의 식재 지침 수립을 위한 전 단계로서, 도심구간 하천에 서식하는 주요 수생식물을 선정하고 이들의 서식에 적합한 수리 특성을 규명하고자 한다. 이를 위해 서울의 양재천, 성북천, 탄천 및 중랑천을 대상으로 수생식물의 서식현황을 살펴보고, 흐름의 특성에 따른 거동 분석을 조사하여, 적정 서식 영역을 제시하였다. 조사 결과 도심구간 하천에 서식하는 적정 수종으로 달뿌리풀, 갈대, 물억새, 갯버들 등을 선정하였으며, 이들의 흐름에 대한 거동 분석을 위해 흐름의 수심, 유속, Froude수를 각 수종 및 성장도와 관련시켜 검토하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권spc1호
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• pp.1251-1260
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• 2022

최근 상수관망은 노후화 및 관 내 스케일의 박리로 인해 적수 사고등 수질사고가 지속적으로 발생하고 있다. 관내 퇴적되어있는 스케일은 평상시엔 안정화되어 문제를 야기하지 않지만, 상수관망 시스템의 급격한 유속 및 유향 변화 등에 의해 발생하는 수충격에 의해 박리된 후 수용가로 유입되며 수질사고를 야기한다. 이를 사전에 방지하기 위해서는 주기적인 관세척으로 스케일을 제거할 필요가 있다. 관세척공법 중 가장 보편적으로 사용되는 방법은 플러싱으로 현재 국내·외에서 관세척을 위한 유속 및 세척기준 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 플러싱 공법 적용 시 적정유속 기준에 관한 연구가 주로 진행되어, 세척시 관내 적정유속 확보여부를 사전에 검토하기 위한 구체적인 방안에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 관 세척시 용수는 소화전 또는 이토변을 통과하면서 주손실과 미소손실이 발생하며, 이는 관 내 유속에 영향을 미치는 요인으로 세척효과 분석에 직접적인 영향을 준다. 이에 본 연구는 Minorloss Coefficient와 Emitter Coefficient를 적용한 모의를 통해 플러싱 적용 시 관 내 유속을 분석하는 수리해석 방법을 제안하였다. 제안한 방법을 예시관망과 A시 일부구역에 적용하여 적절성을 검토하고, 소화전과 이토변의 세척효과를 비교하였다. 적용 결과 소화전을 통과하는 수리학적 조건을 고려하지 않은 경우, 실제 발생하는 손실을 고려하지 못해 소화전에서 방출 가능한 유량 대비 큰 유량과 유속이 산출되는 결과를 보였고, 이토변의 경우는 긴 세척구간에도 세척유속과 유량의 확보가 용이하여 소화전에 비해 시간적. 효율적으로 큰 세척효과가 있을 것으로 판단하였다. 하지만, 실제 상수관망의 적용 시 이토변은 소화전에 비해 설치 개수가 적어 적용이 제한적이다. 이와같은 특성을 이해하여 실무자의 판단과 대상지역의 특징에 따라서 적절한 세척계획을 수립하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.273-273
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• 2018

하천유량을 산정하는 전통적인 방법은 수위-유량관계(stage-discharge relation)를 이용하는 것이며, 최근에는 하천특성에 따라 연속적으로 유속을 직접 측정하고 지표유속법(index velocity method) 또는 유속분포법(velocity profile method)을 이용하는 방법도 적용되고 있다. 연속으로 유속을 측정하는 방법에는 전자파 또는 영상이미지를 이용하여 표면유속을 측정하는 방법과 수중에 초음파 유속계를 설치하여 수중의 유속을 측정하는 방법이 있으며, 국내에서는 초음파 유속계를 이용하는 방법이 주로 활용되고 있다. 본 연구에서는 전자파표면유속계(MU2720)로 측정된 표면유속과 지표유속법을 이용하여 하천유량 산정방법을 검토하였다. 본 연구는 홍천강의 홍천군(반곡교)와 홍천군(홍천교), 한탄강의 철원군(한탄대교) 수위관측소에서 2016년도에 전자파표면유속계로 측정된 43개의 자료(평균유속 0.61~2.56m/s)를 이용하였다. 전자파표면유속계에 의한 유속측정은 한 지점에 고정하여 측정하지 않고 여러 개의 측선을 분할하여 표면유속을 측정하였으며, 단면 평균유속(Vm)과 가장 상관성이 높은 측선(지점)의 유속을 지표유속으로 하여 지표유속(vi)과 평균유속과의 관계식을 작성하고, 이를 통해 유량을 산정하였다. 여기서 평균유속은 전자파표면유속계로 측정한 유속을 이용하여 산정한 값이다. 그 결과 지표유속과 평균유속관계식의 결정계수($R^2$)는 0.9874~0.9976이었으며, 측정 평균유속과 지표유속관계식으로 산정된 평균유속과의 평균 편차율은 2.26~3.80%로 표면유속과 지표유속법을 이용한 유량산정 방법의 적정성을 확인할 수 있었다. 따라서 현재 국내에서 자동유량측정시스템에 초음파유속계만 상용화되고 있으나 향후에는 하천특성에 따라 전자파표면유속계를 이용하는 방법도 고려해 볼 필요가 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1437-1441
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• 2009

기존의 ADCP는 1m 이하의 저수심 지점에서 측정이 불가능하였으며, 유속계 측정장비는 저유속 지점에서 측정이 불가능한 경우가 많아 유량측정에 어려움을 겪는 경우가 많다. 최근 RDInstruments에서 제작한 StreamPro는 1m 이하의 수심, 0.1m/s 이하의 유속에서 측정이 가능하기 때문에 이를 이용하면 저수심, 저유속 지점에서 유량측정이 가능하다. ADCP를 이용한 측정의 경우 보다 정확한 측정성과를 얻기 위하여 유속의 50% 속도로 이동하며 측정하여야 하며, 4회 측정유량값의 상대오차가 5% 이내일 때 그 평균값을 측정치로 한다. 그러나 0.1m/s 이하의 유속이 나타나는 지점은 0.05m/s 이하의 속도로 이동하며 측정을 실시하여야 하며 이 경우 측정시간이 너무 길어지는 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 StreamPro를 이용한 유량측정의 적용성 평가와 함께 적절한 신뢰도를 얻을 수 있는 실용적인 측정회수 분석을 실시하였다. StreamPro를 이용한 측정성과의 적용성을 평가하기 위하여 StreamPro와 동시에 Price 유속계 측정을 실시하여 이를 비교하였다. 실용적인 적정 측정회수 분석은 측정유량의 상대오차를 Student-t분포에 적용하여 불확실도값을 기준으로 분석하였다. StreamPro와 Price 유속계 측정성과를 비교한 결과, 평균 상대오차가 약 3.5%로 적절한 값을 나타냈으며, 저수심, 저유속 지점에서의 실용적인 측정회수는 약 11회로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.271-271
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• 2011

최근의 유출해석은 지리정보체계(GIS, Geographic Information System) 및 지형자료(DEM, Digital Elevation Model 등) 구축의 발달로 대부분 격자 기반의 분포형 강우-유출 모형을 통해 이루어지고 있으며, Rodriguez-Iturbe and Valdes (1979)에 의해 소개된 통계물리학적 접근방법인 지형학적 순간단위도(GIUH)모형 역시 DEM을 기반으로 한 연구가 꾸준히 진행되어 온 실정이다(Maidment, 1993; D'odorico and Rigon, 2003; Di Lazzaro, 2010). 이러한 격자 기반 모형들은 대부분 8방향 최급경사에 기초한 흐름방향도를 기반으로 물의 유동을 표현한다. 8방향법에 의해 결정된 흐름방향도를 이용할 경우 각 격자 중심에서 유역출구 까지의 배수로경로길이를 비교적 쉽고, 빠르게 계산할 수 있다는 장점을 가지나, 공간해상도(격자 규모)에 따라 상이한 결과를 나타내는 것을 예상할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 DEM의 공간해상도에 따른 배수경로길이의 통계적 변화양상을 살펴보고, 이로부터 실제 수문사상의 통계적 특성과 Di Lazzaro(2010)의 특성유속산정 공식을 이용해 지표면과 하천의 특성유속을 산정하였다. 산정된 특성유속들을 D'odorico and Rigon(2003)이 제시한 값과 비교함으로써 격자 기반의 GIUH 모형의 적용에 있어서 적정 공간해상도를 찾고자 하였다. 대상유역으로는 국제수문개발계획(IHP, International Hydrological Project)의 금강수계 보청천 유역 중 이평수위국을 출구로하는 소유역을 선정하였으며, DEM의 공간해상도는 수치지형도의 축척을 고려하여 1: 5,000의 경우 5, 10, 15, 20m를, 1: 25,000의 경우 20, 30, 50, 100, 150, 200m로 결정하였다. 분석 결과 격자 형태 GIUH의 특성유속을 산정을 위한 적정 공간해상도는 1:5,000의 경우 5m를, 1:25,000의 경우에는 20～50m의 범위를 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.