• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.143-143
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• 2012

최근 우리나라 주요하천에 걸쳐 수행된 '4대강 살리기 사업'에서는 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해의 방지를 위한 다양한 사업이 추진되었다. 특히 안정적인 용수공급과 재해방지를 위한 수위확보를 목적으로 4대강 16 개 구간에 걸쳐서 일반적 형태의 고정보와 함께 다양한 형상과 운영방식이 적용된 가동보로 이루어진 다목적보가 설치되었다. 본 연구에서는 4대강 유역(한강, 낙동강, 영산강, 금강)에 설치된 16 개 가동보의 형식 중 4곳(강정고령보, 강천보, 합천창녕보, 창녕함안보)에 적용된 라이징 섹터 게이트(rising sector gate)의 수리학적 특성을 분석하고자 가동보의 수리실험 모형을 개수로에 설치하여 보 주변에서의 흐름 및 난류 특성을 분석하고자 하였다. 4대강 유역에 설치된 라이징 섹터 게이트의 설치목적은 일반적인 고정보의 문제점으로 대두되고 있는 보 상류부의 퇴적토를 신속하게 배사(sediment flushing)하는 데 있다. 이를 위해서는 우선 배사 시에 보 하단부에서 최대유속을 발생시키면서 동시에 최적의 상하류 수위조건을 만족시키는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 개수로에 설치된 가동보의 수문개방도에 따른 유속분포를 측정하였다. 보 주변에서의 보다 정밀한 유속장의 측정을 위해서 비접촉식 유속측정 방법인 PIV 측정방법을 이용하였다. PIV 측정방법은 일정한 입경과 밀도를 가지며 레이저 반사율이 높은 입자를 흐름에 투입하고 laser 발생장치로 laser sheet를 생성하여 레이저가 반사되어 나타나는 입자 각각의 시간변화에 따른 변위를 CCD 카메라로 가시화한 뒤 유속벡터값을 추출할 수 있게 한다. PIV 측정방법으로 유체의 흐름을 파악하고 시간평균된 유속결과를 바탕으로 난류 특성을 분석하였다. 수로전체 구간에 대하여 3차원 수치해석 프로그램인 FLOW-3D 모의결과와 비교하여 분석하였다. 실험을 통한 유속결과와 수치해석결과는 실험을 통한 유속결과와 비교 분석하였으며, 적용성을 검증한 후 다양한 조건에 대한 설계방안 및 유지관리에 활용하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.129-129
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• 2017

홍수파, 댐 및 보 등 하천구조물, 지류와 합류로 발생하는 배수영향 등으로 인해 고리형 수위-유량관계가 나타나 수위-유량관계식의 신뢰도가 저하된다고 판단되는 대하천 본류와 합류부 인근지류에서 초음파를 지표로 활용하는 자동유량장치가 현재 58개소에 도입되어 운용되고 있다. 그러나, 최근 다기능보 설치 등 하천의 수리적 특성이 변동하였고, 지류에서 주로 운용되는 수위-유량관계 기반 유량측정소에 본류-지류 합류로 인한 배수영향으로 고리형 관계가 형성될 경우, 지류수위관측소를 자동유량관측소로 대체할 필요성이 제기되고 있다. 또한, 기존 자동유량관측소의 경우도 홍수량이 기준이하로 나타날 경우 수위-유량 관계식으로 대체하는 경우도 발생하는데 적용기준이 명확하지 않은 경우가 많다. 본 연구에서는 신규 자동유량장치 설치, 기존 수위관측소 대체, 그리고 자동유량관측소에서 수위-유량 관계 활용 기준 설정 등을 판단하기 위해 고리형 수위-유량 관계의 패턴을 분석하여 지류의 수위관측소 존속여부 등을 결정할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 이를 위해 다기능보 설치 및 지류-본류 합류로 인한 지류로의 배수영향과 홍수파에 의한 고리형 수위-유량관계의 양상을 다양한 수문사상에 대해 분석하였다. 시범구역으로 하류에 창녕함안보가 위치한 낙동강과 합류하는 남강을 대상하천으로 하였고 자동유량장치가 설치된 낙동강의 적포교, 남강의 정암관측소의 관측자료를 활용하여 HEC-RAS 부정류 모형을 구축하였다. 구축 후 다양한 본류와 지류의 유량을 가정하여 고리형 수위-유량 발생 패턴을 분석하였다. 지류-본류 합류 영향의 경우, 낙동강의 영향을 유무를 고려하여 상승된 수위의 비율로부터 일정 유의수준을 두어 배수영향 구간을 산정하였다. 다기능보 영향은 다기능보 설치 전후를 가정하여 영향을 분석하였다. 그 결과, 남강의 경우 지류 유량이 작은 경우에도 본류 유량이 상대적으로 큰 경우 배수영향에 의한 고리형이 나타났다. 그리고, 다기능보에의한 배수영향은 매우 작은 것으로 나타났고, 지류의 유량이 큰 경우 홍수파에 의한 고리형도 발생함을 알 수 있었으나, 지류-본류 합류로 인한 고리형 발생이 지배적이었다. 이러한 결과를 바탕으로 95%의 유의수준을 기반으로 고리형 발생 여부를 확인할 수 있는 모노그래프를 작성하여 수위-유량관계 기반 유량 산정의 적절성을 판단하는 기준으로 제안하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.7 no.4
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• pp.353-365
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• 2020

In this study, the characteristics of bed elevation changes of the Nakdong River when weir gates are opened were analyzed using the Hydrologic Engineering Center-River Analysis System (HEC-RAS). The study area was 292.37 km downstream of the Gudam Bridge to the Nakdong estuary of the Nakdong River. The HEC-RAS program, which is a 1D numerical analysis model, was used to simulate bed elevation changes. Simulations were conducted under two scenarios from 2017 to 2019. Scenarios 1 and 2 were devised under the conditions of a fully opened gate and during gate installation, respectively. Results confirmed that, under the conditions of Scenario 1, deposition occurred in most sections from the Hapcheon-Changnyeong weir to the Changnyeong-Haman weir (a distance of approximately 40 km). In addition, it was predicted that the flow that included sediments in the main stream of the Nakdong River was not interrupted by the weir structure and regularly produced changes in the river bed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.469-469
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• 2021

낙동강을 취수원으로 사용하고 있는 국민들은 과거부터 꾸준히 발생해온 수질사고로 인하여 낙동강 수질에 대한 관심이 매우 높다. 이에 낙동강 본류를 취수원으로 이용하고 있는 중·하류 지방자치단체들은 낙동강 유역 내 댐이나 상류로의 취수원 이전을 요구하고 있다. 이러한 요구들은 지역·지방간의 갈등이 유발되었으며 가장 대표적인 사례가 부산광역시의 취수원 이전 문제이다. 부산광역시는 낙동강 본류 수질 악화와 녹조발생으로 인한 원수에 대한 시민들의 불신, 수질 악화로 인한 정수비용 증가 등의 문제를 제기하였고 이를 해결하고자 남강 상류 또는 낙동강 지류로 취수원 이전하여 시민들에게 상수 공급하기를 원하고 있다. 하지만 타 지방자치단체와의 이해, 경제성 등의 문제로 마찰을 빚고 있다. 지역간의 갈등을 최소화하면서 적정 수량 확보가 가능한 대체 수자원 확보를 위해 강변여과수, 지하수저류지, 인공함양, 인공습지, 해수담수화 같은 방법들이 논의 되었지만 본 연구에서는 낙동강 중·하류에 인공습지 적용이 가능한 지점들을 선정하고 목표 유량 및 수질 확보 가능성을 평가하였다. 기 연구된 경남, 부산권 광역상수도 사업 타당성 조사(2011, 국토교통부)에 의하면 낙동강 하류지역에 안전한 상수원 확보를 위한 원수 대체 필요량은 전체 약 1,330,000 m³/day 이다. 이를 확보하기 위해 강정고령보 상류 ~ 창녕함안보 하류구간 내 21개의 인공습지 후보지를 선정하고 유량확보 가능량, 수질, 오염부하량, 조류, 공간확보 항목에 대하여 평가하였다. 그 결과 21개 후보지에 대해 유량확보, 수질, 조류 항목에 대한 평가 결과 큰 차이가 없었지만 오염부하량과 공간확보 항목에 대한 평가 결과가 인공습지 후보지 선정에 영향을 미치는 것으로 분석 되었다. 향후 낙동강 중·하류에 인공습지를 활용한 취수원 개발을 위해서는 낙동강 본류와 지류에 대한 정확한 수질 조사와 인공습지 후보지에 대한 면적조사, 경제성 평가가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.45 no.4
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• pp.403-411
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• 2012

Acoustic telemetry is used to obtain a relatively continuous record of fish movement. This method has several advantages for studying migrating fish populations that are moving from large rivers. The Nakdong River is the longest river in South Korea and the main stream has faced a change, which consists of the installation of the large weirs. In this study, we applied acoustic telemetry to monitor the movement pattern of Erythroculter erythropterus (family Cyprinidae) and identified home range and movement distance in the Nakdong River. A total of fourteen individuals were released at three different locations and around 80 km section from the estuary barrage was investigated. Eight individuals were tagged and released at estuary barrage (N02) utilized up to 15.9 km (home range) upstream from the release site as home range. Four individuals were tagged and released at Samrangjin (N07), most fish moved and stayed within 9.7 km (home range) downstream area, except E12, which did not show any movement. Two individuals were tagged and released at Changnyeong-Haman weir (N10), and all individuals migrated downstream from the release site. Especially, E14 recorded the longest accumulated detected distance, 36.7 km downstream during 32 days after release. There was no correlation identified between movement (accumulated detected distance and home range) and standard length (Spearman rank correlation, p>0.05). Although, this technique could be an available method to monitor behavior and ecology of freshwater fish effectively, increment of number of receivers and tags are required for more detailed results of fish migration.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.52 no.1
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• pp.50-64
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• 2019

Recently, quantitative analyses of food web structure based on carbon and nitrogen stable isotopes are widely applied to environmental assessments as well as ecological researches of various ecosystems, particularly rivers and streams. In the present study, we analyzed carbon and nitrogen stable isotope ratios of POM (both planktonic and attached forms), zooplankton, benthic macroinvertebrates and fish collected from 6 sites located at Nakdong River. Samples were collected from upstream areas of 5 weirs (Sangju, Gangjeong-Goryeong, Dalseong, Hapcheon-Changnyeong, and Changnyeong-Haman Weirs) and one downstream area of Hapcheon-Changnyeong Weir in dry season (June) and after rainy season (September). We suggested ranges of their carbon and nitrogen stable isotope ratios and calculated their trophic levels in the food web to compare their temporal and spatial variations. Trophic levels of organisms were relatively higher in Sangju Weir located at upper part of Nakdong River, and decreased thereafter. However, the trophic levels were recovered at the Changnyeong-Haman Weir, the lowest weir in the river. The trophic level calculated by nitrogen stable isotope ratios showed more reliable ranges when they were calculated based on zooplankton than POM used as baseline. The suggested quantitative ecological information of the majority of biological communities in Nakdong River would be helpful to understand the response of river food web to environmental disturbances and can be applied to various further researches regarding the quantitative approaches for the understanding food web structure and function of river ecosystems as well as restoration.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.39 no.2
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• pp.89-96
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• 2017

This study analyzed the characteristics of water quality and the correlation between Chl-a and water quality factors among four weirs located in the middle and downstream of Nakdong River for five years. The concentration of nutrients and Chl-a from DS to CH was higher than that of GG, which is considered to be due to the influx of Kumho River located at upstream of DS. There was a significant correlationship between Chl-a and most of the water quality factors for all season data. Based on the comparison results between all season data and summer season data, a negative correlation between Chl-a and nutrients ($PO_4-P$, $NH_3-N$) was increased. Based on analysis on summer in 2015 with relatively low precipitation and high algal blooms, the correlation between Chl-a and $PO_4-P$ at all sites were increased. Therefore phosphorus is an important factor in the river on summer season. And PCA results showed the first factor was classified as T-N, $NO_3-N$ for all seasons, and the first factor was classified as T-P, $PO_4-P$ for summer seasons. Consequently, the middle and downstream of Nakdong River were most affected by nutrients, especially it was affected by phosphorous pollutants rather than nitrogen pollutants during summer seasons.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.96-97
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• 2019

최근 홍수파 또는 댐 및 보 등의 하천구조물과, 본류와 지류의 합류로 인해 발생하는 배수영향 등으로 하천에 고리형 수위-유량관계가 나타나 수위-유량관계식의 신뢰도가 저하된다고 판단되는 대하천 본류와 합류부 인근 지류에서 초음파유속계 측정결과를 지표로 활용하는 자동유량장치가 현재 58개소에 도입되어 운용되고 있다. 그러나, 최근 4대강 사업으로 다기능보 설치 등 하천의 수리적 특성이 변동하였고, 지류에서 주로 운용되는 수위-유량관계 기반 유량관측소에 본류-지류합류로 인한 배수영향으로 고리형 수위-유량관계가 형성될 경우, 지류 수위관측소를 자동유량관측소로 대체할 필요성이 제기되고 있다. 또한, 기존 자동유량관측소의 경우 홍수량이 기준이하로 나타날 경우 수위-유량 관계식으로 대체하는 경우도 있는데 적용기준이 명확하지 않다. 본 연구에서는 신규 자동유량장치 설치, 기존 수위관측소의 자동유량관측소대체, 자동유량관측소에서 수위-유량관계곡선의 활용 기준 마련 등을 명확하게 판단하기 위해 고리형 수위-유량관계 패턴을 분석하고 배수영향구간을 산정하여 제시하고 지류 수위관측소의 존속여부, 유량자료의 적절성을 판단할 수 있는 방법론을 제시 하고자한다. 이를 위해, 다기능보 설치 및 지류-본류로 인한 지류하천의 배수영향과 홍수파에 의한 고리형 수위-유량관계의 양상을 다양한 수문사상에 대해 분석하였다. 분석방법으로는 대상유역을 선정하고, 대상유역에 대한 부정류 모형을 구축하기 위해 HEC-RAS 모형을 사용하고, 대상유역에 대한 HEC-RAS 지형자료와 유량입력자료를 구축한다. HEC-RAS 부정류 모형 구축 후 다양한 본류와 지류의 유량을 가정하여 고리형 수위-유량 발생 패턴을 분석한다. 지류-본류 합류 영향의 경우, 본류영향의 유무를 고려하여 상승된 수위의 비율로부터 일정 유의수준을 두어 배수영향구간을 산정한다. 다기능보의 영향은 다기능보 설치 전후를 가정하여 영향을 분석한다. 본 연구에서는 시범구역으로 하류에 창녕함안보가 위치한 낙동강과 합류하는 남강과 하류에 달성보가 위치한 낙동강과 합류하는 금호강을 대상하천으로 하여 위 분석방법을 적용하였다. 분석결과 남강의 경우 지류 유량이 작은 경우에도 본류 유량이 상대적으로 큰 경우 배수영향에 의한 고리형이 나타났고, 다기능보에 의한 배수영향은 매우 적은 것으로 나타났다. 또한, 지류의 유량이 큰 경우 홍수파에 의한 고리형 관계도 발생함을 알 수 있었다. 금호강의 경우 또한 마찬가지로 본류의 유량에 의해 발생하는 고려형 관계가 지배적임을 알 수 있었다. 따라서 이러한 결과를 바탕으로 95%의 유의 수준을 기반으로 고리형 발생 여부를 확일할 수 있는 모노그래프를 남강, 금호강에 대해 작성하여 수위-유량관계 기반 유량 산정의 적절성을 판단하는 기준으로 제안하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.488-488
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• 2018

본 연구는 보 구간에서 조류와 조류 발생원인 물질의 거동해석 및 조류예측모델의 입력 자료로 활용하기 위하여 부유물질의 침강량과 침강속도를 조사하였다. 낙동강 수계 4개보(달성보, 강정고령보, 합천창녕보, 창녕함안보)를 대상으로 2017년 6월, 7월, 11월, 12월에 조사하였으며, Sediment trap을 이용하여 포집한 침강물질에 대해 seston, POC, PON, POP, Chl-a, Pheo-a의 침강량, 침강속도 및 물질의 함량비를 분석하였다. 조사기간 동안 낙동강수계 4개보 지점에서 seston, POC, PON, POP, Chl-a, Pheo-a 의 침강량은 각각 $322.7{\sim}58,011.5mg/m^2/day$, $33.8{\sim}1,127.2mg/m^2/day$, $4.2{\sim}150.6mg/m^2/day$, $0.667{\sim}10.634mg/m^2/day$, $0.3{\sim}18.7mg/m^2/day$, $0.3{\sim}14.7mg/m^2/day$의 범위로 나타났으며, seston, POC, PN, PP, Chl-a의 침강속도는 각각 0.02~1.46m/day, 0.02~1.36m/day, 0.03~3.18m/day, 0.01~1.18m/day, 0.02~0.60 m/day의 범위로 나타났다. 조사기간 동안 4개보 지점의 평균 침강속도는 seston 0.94m/day, POC 0.44m/day, PON 0.52m/day, POP 0.21m/day, Chl-a 0.22m/day로 보 건설 전인 2004년도 낙동강 본류 지점에서의 침강속도(seston 14.54 m/day, POC 18.32m/day, PON 1.64m/day, POP 5.96m/day, Chl-a 0.29m/day)에 비해 적은 것으로 나타났다. 한편 활성을 잃은 식물플랑크톤을 나타내는 Pheo-a의 농도와 살아있는 식물플랑크톤의 현존량의 지표 Chl-a의 농도 비교결과 죽거나 활성을 잃은 식물플랑크톤의 양이 평균 1.5배 많은 것으로 나타났다. 조사기간 동안 4개 보 지점의 Sediment trap 포집된 침강물 내 C:N비는 2.0~7.4 범위로, N;P비는 14.2~52.5 범위로, C/Chl-a비는 14.4~253.3의 범위로 나타났다. 일반적으로 조류의 C/Chl-a 비가 40으로 볼 때 본 연구에서 조사된 보 지점에서의 침강물은 외부로부터 유입된 유기물이 많은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 조류의 침강속도는 조류의 종을 구분하지 않은 총 조류에 대한 것으로, 향후 보 구간에서 종 조성을 고려한 조류예측 모델을 향상시키기 위해서는 조류 종별에 대한 침강속도에 대한 연구할 필요가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.416-416
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• 2019

육상 담수는 대기중 이산화탄소($CO_2$) 배출의 중요한 발생원으로 주목되고 있다. 하천 및 강에서 대기중으로 배출되는 $CO_2$는 전 세계 탄소순환의 핵심요소이며, 대부분의 하천과 강은 $CO_2$로 과포화 되어있다. 세계적으로 하천 및 강의 $CO_2$ 배출량은 호수 및 저수지의 배출량보다 약 5배 많은 것으로 보고되고 있으나, 국내연구에서는 연구사례가 드물다. 따라서 본 연구의 목적은 낙동강 중하류에 위치해있는 강정고령보(GGW), 달성보(DSW), 합천창녕보(HCW), 창녕함안보(CHW)에서 발생되는 순 대기 배출 플럭스(Net Atmospheric Flux, NAF)의 동적 변동 특성을 분석하고, 데이터마이닝 기법을 적용하여 쉽게 수집할 수 있는 물리적 및 수질 변수로 $CO_2$ NAF를 추정하는데 사용할 수 있는 간략한 예측 모델을 개발하는데 있다. $CO_2$ NAF는 대기-수면 경계면에서의 $CO_2$ 부분압($pCO_2$)의 차에 기체전달속도를 곱하여 산정하였으며, 기체전달속도는 Cole and Caraco(1998)가 제안한 식을 사용하였다. 담수와 해수의 탄산염 시스템에서 열역학적 화학평형을 모두 고려한 $CO_2$SYS 프로그램을 사용하여 수중의 $pCO_2$를 산정하였고, $CO_2$ NAF는 Henry의 법칙과 Fick의 1차 확산법칙을 사용하여 계산하였다. $CO_2$ NAF의 시간적 변동성에 영향을 미치는 환경요인을 평가하기 위해서 상관분석, 주성분분석(Principal Component Analysis; PCA), 단계적다중회귀모델(Step-wise Multiple Linear Regression; SMLR), 랜덤포레스트(Random Forest; RF)방법을 사용하였다. SMLR 모델은 R package인 olsrr, RF 모델은 R package인 caret, randomForest를 이용하여 분석하였다. 연구 결과, 4개 보 상류 하천구간은 조류의 성장이 활발한 일부 기간을 제외한 대부분의 기간에서 $CO_2$를 대기로 배출하는 종속영양시스템(Heterotrophic system)을 보였다. $CO_2$ NAF의 중위값은 HCW에서 최소 $391.5mg-CO_2/m^2day$, DSW에서 최대 $1472.7mg-CO_2/m^2day$였다. 모든 보에서 NAF는 pH와 강한 음의 상관관계를 보였으며, $pCO_2$와 Chl-a도 음의 상관관계를 보였다. 이는 조류가 수중에서 $CO_2$를 소비하고 pH를 증가시키기 때문이다. PCA 분석 결과, NAF와 $pCO_2$가 높은 공분산을 보였으며, pH와 Chl-a는 반대 방향으로 군집되어 상관분석과 동일한 결과를 보였다. 이 연구를 통해 개발된 SMLR 모델과 RF 모델의 Adj. $R^2$ 값은 모든 보에서 0.77 이상으로 나왔으며, $pCO_2$ 측정 데이터가 없더라도 하천의 $CO_2$ NAF를 추정하는 방법으로 사용될 수 있을 것으로 평가된다.