• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.75-75
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• 2015

오염원과 취수장이 동일 구간 내에 공존하는 국내하천의 특성상, 하천 평면 내에서 오염물의 거동 및 혼합 특성을 보다 정확하게 해석하기 위해서는 2차원 이송-분산 모형의 적용이 필요하다. 이를 위해서는 2차원 모형의 주요 매개변수인 종분산계수와 횡분산계수의 적절한 입력이 매우 중요하다. 하지만 국내외적으로 횡분산계수에 대한 연구는 많이 진행된 반면, 현재까지 종분산계수에 대한 연구는 충분히 이루어지지 않은 실정이다. 분산계수를 결정하는 방법에는 실측된 농도 자료의 유무에 따라 크게 두 가지로 분류된다. 실측된 농도 자료가 없는 경우, 이론식이나 경험식을 이용하는 방법이 있다. 반면에 추적자 실험 등을 수행하여 실측된 농도 자료가 있는 경우, 모멘트법 또는 추적법을 적용하여 농도-시간 분포 곡선으로부터 분산계수를 계산하는 것이다. 모멘트법은 임의 지점에서 농도의 횡분포를 통해 얻을 수 있는 2차 모멘트의 종방향 변화율이 횡분산계수와 비례한다는 원리를 이용한 것이며, 추적법은 상류부의 관측된 농도를 입력자료로 하여 하류부의 농도를 계산한 후 계산된 농도와 실측된 하류부 농도의 비교를 통해 분산계수를 산정하는 방법이다. 본 연구에서는 불규칙한 단면 형상을 가지는 자연하천에서의 2차원 종 횡분산계수를 산정하기 위해서 Baek & Seo(2010)가 제안한 2차원 유관추적법(2D Stream-tube Routing Procedure)을 적용하였다. 본 연구에서는 국내 자연하천 중 다양한 사행형태를 갖으며 수질오염 사고의 위험이 높은 구간을 선정하고, 추적자로서 Rhodamine WT를 이용하여 현장실험을 수행하였다. 실험에서 수집된 수리량 및 농도자료로부터 추적자의 2차원적 거동을 분석하였으며, 2차원 유관추적법을 적용하여 종분산계수를 산정하였다. 그 결과 하폭 대 수심비(W/H)와 마찰손실관련 무차원변수(U/U*)의 증가에 따라 종분산계수가 증가됨을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 산출된 종분산계수와 선행 연구에서 수집된 자료를 이용하여 추정식을 개발하였다. 차원해석을 통해 무차원 종분산계수에 영향을 미치는 무차원 인자를 선별하고 회귀분석을 이용하여 종분산계수 추정식을 유도하였다. 추정식을 이용하여 산정한 종분산계수의 범위는 Elder (1959)가 제안한 이론값보다 약 10배 정도로 크게 나타났다. 혼합 특성이 밝혀지지 않은 자연하천에 2차원 확산모형을 적용하고자 할 때 본 연구에서 개발된 추정식으로부터 계산된 종분산계수를 사용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.88-88
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• 2020

수심평균 2차원 혼합모형은 하천환경에서 다양한 용존성 오염물질의 혼합현상을 모의하기 위해 널리 활용되어왔다. 2차원 혼합모형에서 분산계수는 하천의 전단 흐름에 의해 야기되는 오염물질의 퍼짐 현상을 표현하는 중요한 인자로서 작용하기 때문에 정교한 오염물질 혼합거동을 모의하기 위해서는 적합한 분산계수를 산정하는 것이 필수적이다. 분산계수를 실험적으로 산정하는 방법으로는 크게 모멘트법과 추적법으로 나뉘며, 비정상상태의 혼합거동에 대해 종방향 및 횡방향 분산계수를 동시에 산정할 수 있는 방법은 추적법 계열의 2차원 유관추적법(2D STRP)이 유일하다. 본 연구에서는 하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합해석을 위한 수치모형을 개발하였으며, 개발된 모형의 수치해를 바탕으로 다양한 Peclet 수의 범위에 대해 기존연구에서 제시된 2D STRP의 적용범위 및 성능을 정량적으로 분석하였다. 분석된 정보를 바탕으로 기존 2D STRP의 한계를 극복하기 위한 개선된 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하고, 사행하천을 모형화한 실규모 하천실험시설에서 검증하였다. 기존 2D STRP의 성능평가 결과, Peclet 수가 낮은 조건일수록 농도분포의 예측 정확도가 감소하는 경향을 보였으며, 하안 경계에 도달하는 농도가 증가할수록 부정확한 결과를 초래하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존 2D STRP의 한계를 보완하여 더욱 정확한 분산계수를 산정하고자 하안 경계면 조건을 고려한 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하였다. 2D STRP-i는 직교-곡선좌표계 기반의 2차원 이송-분산 방정식을 바탕으로 횡방향 유속분포 및 하안 경계조건을 고려할 수 있도록 개선되었다. 2D STRP-i는 공간적으로 상이한 이송효과 및 하안경계 조건을 적절히 반영함으로써 농도분포의 예측 정확도를 개선 시키는 것으로 평가되었으며, 하안경계면에서 농도가 증가하는 구간에서 기존 2D STRP의 결과와 비교하여 더욱 정확한 농도분포 및 분산계수를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.562-562
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• 2015

하천의 유황특성을 분석하는 것은 하천생태계의 변화를 파악하고 예측하는데 있어 매우 중요하다고 할 수 있다. 최근에는 수문학적인 변화과정을 통계학적 기법을 적용하여 정량적인 지표로 산정하고 분석하는 모델을 개발하여 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 미국 Nature Conservancy에서 개발한 수문변화지표법(IHA)은 일(daily)유출량 자료로부터 수문학적 관점에서의 특성지표와 환경유량 관점에의 변화지표를 분석함으로써 하천 유황변동을 정량화 할 수 있다. 본 연구는 기후변화가 향후 하천유황과 수생태계에 미치는 영향을 분석하기 위해 중규모 하천유역인 만경강을 대상으로 하고 RCP 8.5 기후변화시나리오를 기반으로 준분포형 모형인 SLURP 모형으로부터 일(daily)단위의 유출모의 시나리오를 작성하였다. 그리고 수문변화지표법(IHA)을 이용하여 기후변화에 따른 하천 유황과 수생태계에 미치는 영향을 정량화하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.449-449
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• 2023

유량은 도섭법, 보트법, 횡측선법, 교량법 및 부자법 등 다양한 방법으로 측정되는데, 이들 측정방법 모두 많은 수의 관측자를 필요로 한다. 이들은 하천에 직접 들어가서 측정하거나, 인공구조물인 교량과 재방에서 측정되는데, 도섭법, 보트법, 횡측선법이 전자이며, 고수위 및 고유속으로 하천에 들어가지 못하는 경우에는 교량법 및 부자법을 사용하여 유량을 측정한다. 최근 지구 온난화로 따른 이상 기후가 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인한 많은 피해가 발생하고 있어, 하천 수위, 유속 모니터링에 대한 중요성이 더 커지고 있다. 2022년 1월부터 시행 중인 「중대재해처벌법」으로 집중호우 및 일몰 이후에는 안전상의 문제로 유량측정이 어려운 상황으로 필요한 시기에 유량 데이터를 확보에 제약이 있다. 이에 관측자 없이도 유량을 측정할 수 있는 방법을 이용하여 중대 재해의 위험성을 해소하고자 하였다. 유량측정 방법으로 설치 회수가 용이한 비접촉 방식에서 영상표면유속측정 방식과 레이더(전자파)표면 유속측정 방식 중, 집중호우 및 태풍 발생 중 가시성이 확보되지 않아도 측정이 가능한 레이더(전자파) 표면유속계를 이용한 다측점 유량측정 방법을 개발하였다. 비접촉 다측점 유량측정시스템 Master 1대에 8대의 Slave를 연결할 수 있어 총 9개의 측선을 측정할 수 있게 개발하였다. 특히, 하천 및 수로 등의 표면 유속을 비접촉으로 측정하고 하천 단면을 이용하여 유량측정이 가능한 장비로 별도의 수중 및 수상 주조물 작업이 필요 없고 장비의 손상 및 유실 가능성이 거의 없고 역류 상태에서도 측정이 가능하다. 유속은 24GHz의 레이더 주파수를 송수신하여 도플러 변이를 이용하여 측정하였고, 수위는 80GHz의 레이더 주파수를 사용하여 왕복 시간을 거리로 환산하여 측정하였다. 유량은 각각의 유속계에 단면을 입력해 놓으면 유속분포법, 중간단면적법 및 지표유속법을 적용하여, 각각의 측선에 대한유량과 총 유량을 산출하였다. 그 결과, 기존 방식 대비 상당한 개선 효과를 확인하였고, 향후 환경부 등 중앙부처의 수문조사 사업에서 그 역할이 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.563-567
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• 2015

우리나라 하천관리의 패러다임은 1990년대 이후 기존의 치수 및 이수능력을 고려함과 동시에 하천환경의 보전 및 복원을 새로운 목표로 설정한 자연친화적 방식으로 변화되었다. 하천법령 및 제도적 측면에서도 수자원 장기종합계획 및 유역 종합 치수계획은 하천의 환경보전 및 다목적 이용계획을 포함하도록 규정하고 있으며, 국내 하천법에 따르면 하천기본계획 수립 또한 자연친화적 하천조성 및 이와 관련된 보전지구 지정 등을 포함하도록 규정하고 있다. 하천설계기준, 자연 친화적 하천관리에 관한 통합지침, 또는 수자원 장기종합계획에서 적용하고 있는 하천환경조사 및 평가지표는 서로 다를 뿐만 아니라 과학적인 근거가 명확하지 않는 등 국가차원의 표준화가 이루어지지 못한 상태라 할 수 있다. 1990년대 이후 미국, 독일, 영국, 호주 등 선진국들은 하천환경 복원사업의 추진과정에서 복원사업의 타당성 제고 및 성공적인 사업수행을 위하여 그들 국가의 하천특성에 적합한 하천환경 평가 체계를 구축한 바 있으며, 이들 평가체계는 새로운 과학적 지식과 기술의 축적에 힘입어 지속적으로 발전되고 있다. Fujita의 유형화(Segment 분류)법에 의하면, 하천구간(Segment)은 하상경사, 하상재료, 식생, 생태 등이 통계적으로 동질인 하천 구간으로서, 하도 특성과 하천생태계 공간을 구분하는 단위이다. 자연하천에서 동일한 경사를 갖는 하천구간은 하상재료, 소류력, 저수로 폭, 수심 등이 대체로 동일한 값을 나타내고 있으며, 하도 특성을 지배하는 주요 인자로 각 하천의 평균 연최대유량, 하상재료의 대표입경, 하상경사 등을 설정하고 있다. 본 연구에서는 하천구간을 유형화하는 기준을 하상경사로 적용하여 평가단위를 분류하였으며, 평가체계는 미국의 USEPA를 한국형 하천환경에 맞도록 수정보완 하였다. 특히 미국의 USEPA의 지표 중 하안영역의 식생피복, 하반림 등은 생물분야 식생영역과 상충되어 제외하고 우리나라 특성에 적합한 하천횡단형상, 하천횡단 구조물 등의 평가기준을 재정립하여 내성천에 평가적용 분석하였다. 하천환경의 수리 및 하도 특성 평가기준 개발에 따라 평가체계의 개념적 틀을 토대로 통합적이고 표준화된 한국형 하천평가기준 개발을 위한 방법론을 정립하고, 나아가 하천환경의 지속가능성을 전제로 한 하천복원사업의 장 단기적 성공 여부를 평가할 수 있는 실무지침의 과학적 근거를 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1799-1803
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• 2008

표면영상유속계는 하천 표면의 영상을 분석하여 유속을 산정하는 매우 실용적이며 간편한 장비이다. 그러나, 표면영상유속계를 이용하여 유량을 산정하고자 할 경우, 하천 표면의 평면 측량 자료와 하천의 단면 측량 자료가 반드시 필요하다. 이 때문에 표면영상유속계의 간편성과 유용성에도 불구하고, 이용자들이 쉽게 이용하기 어렵다는 그릇된 인식을 줄 수 있다. 만일 효율적이고 간편하게 하천의 단면을 추정할 수 있다면, 표면영상유속계를 마치 일반적인 프로펠러 유속계처럼 쉽게 이용할 수 있을 것이다. 이 연구는 일반적인 평면 측량없이, 두 대의 비디오 카메라로 이루어진 표면 영상 유속계를 이용하여 하천 평면을 계측하는 방법을 개발하는 것이다. 이를 통하여 표면 영상 분석 과정을 반자동화할 수 있게 된다. 두 대의 카메라를 이용한 평면 측량은 사진 측량 분야이나 컴퓨터 비전 분야에서 오랫 동안 연구되어 왔다. 이 기법을 표면영상유속계에 적용함으로써 간단하게 하천의 평면 좌표를 구할 수 있도록 하였다. 두 대의 카메라에 대해서는 직접 선형 변환법을 이용하여 내부 표정과 외부 표정을 수행하여 변환의 매개 변수들을 추정하였다. 추정된 변수들과 공간 전방 교회법을 이용하여 하천의 고정된 기준점들의 좌표를 측정한다. 측정된 좌표점들은 기울어진 영상을 연직으로 사영된 평면으로 변환하는 데 이용되며, 이 과정을 통하여 번거로운 하천의 평면 측량 과정을 생략할 수 있게 되었다. 온천천에 실제 적용하여 본 결과, 결과는 아직은 만족할 만한 정도는 아니나, 보다 정밀한 카메라의 보정 등을 통하여 보다 나은 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.614-614
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• 2015

하천수는 하천의 지표면에 흐르거나 하천 바닥에 스며들어 흐르는 물 또는 하천에 저장되어 있는 물을 말하며, 인구의 증가나 산업화로 인하여 물 사용이 증대되고 있는 실정이다. 이에 따라 국가에서는 하천법 제50조에 의거하여 생활 공업 농업 환경개선 발전 주운 등의 용도로 하천수를 사용하려는 자는 국토교통부장관(홍수통제소장)의 허가를 받아야 한다. 우리나라 수문특성상 우기에 집중되어 있는 물을 갈수기에 이용할 수 있도록 분배하고 관리하는 것이 어려운 실정이다. 하천법 제51조에 의하면 하천유지유량은 생활, 공업, 농업, 환경개선, 발전, 주운 등의 하천수 사용을 고려하여 하천의 정상적인 기능과 상태를 유지하기 위한 최소한의 유량을 말하며, 2006년 고시된 낙동강 수계의 하천유지유량은 대부분 국가하천을 기준지점으로 산정되었고, 산정방법은 평균갈수량 13개, 기준갈수량 2개, 하천생태계 2개 지점이다. 또한, 하천관리유량은 하천유지유량과 이수유량의 합으로 산정된다. 본 연구에서는 2013년도 말 기준으로 하천수 사용허가 현황을 정리하였으며, 용도별, 수계별, 행정구역별, 하천등급별로 하천수 사용허가 건수와 허가량을 분석하였다. 낙동강본류를 대상으로 하천시설물을 고려하여 하천관리유량을 산정하였으며, 하천유지유량의 적절성을 검토함으로써 향후 낙동강권역의 물관리방안을 모색하였다. 낙동강본류구간은 하천관리유량이 기준갈수량에 비하여 큰 형태로써 하천관리유량 확보를 위한 노력이 필요한 것으로 나타났으며, 향후 하천수 사용허가 시설물의 회귀율에 대한 실제적인 자료 수집과 함께 정확한 분석을 통한 하천의 회귀유량을 산정하고, 하폐수 방류시설을 고려하여 산정한 결과와 비교하여 보다 정확한 물수지 분석 체계를 확립하여야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.472-472
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• 2021

우리나라는 하천법 제10조, 소하천정비법 제3조에 하천기본계획 수립 또는 하천의 지정 및 변경고시 시 하천구역을 결정하도록 정의되어 있다. 하천구역 설정 시 일반적으로 하천의 제방이 위치하는 부지 및 제방하심측 토지경계를 하천구역으로 지정하고 있으나, 제방계획이 없거나 무제부 구간으로 활용되고 있는 구간의 경우 하천법 제10조 3항에서 5항까지 3가지 항목을 기준으로 계획하폭에 해당하는 토지, 댐·하구둑·홍수조절지·저류지의 계획홍수위 아래에 해당하는 토지경계, 철도·도로 등 제방의 역할을 하는 선형공작물 하심측 토지경계로 구분하고 있다. 하천구역의 경계설정의 경우 불연속적인 특징을 갖는 하천의 횡단측점 자료의 특성상 정확한 평면상의 경계를 파악하기 어렵고, 철도·도로 등 선형공작물 경계를 하천구역으로 설정 시 편입용지의 보상이 상이하고 모호한 기준으로 인해 다량의 민원이 발생하는 실정이다. 본 연구에서는 부산시에 위치한 지방하천 대천천을 대상지로 설정하였으며, 계획홍수위를 기반으로 홍수범람예상도를 작성하여 정밀계획홍수위선을 산출하고 이를 지형자료와 중첩하여 계획홍수위 경계를 추출하였다. 또한 무제부 구간 내 드론촬영을 실시하여 대상지 드론영상 기반 3차원 정밀 지형자료를 구축하고 이를 앞서 산정한 계획홍수위 경계자료와 중첩하여 정밀 하천구역을 설정하였다. 대상지 정밀 하천구역 산정 결과를 기반으로 도심지내 하천과 도시외곽 하천으로 구분하고 다시 도심지내하천은 암거(복개)구간과 개거구간, 도시외곽하천은 유제부와 무제부 구간으로 구분하여 정밀 하천구역 결정기준을 수립하였다. 본 연구를 통해 대천천유역을 대상으로 실시한 무제부 구간 하천구역 결정과정을 기반으로 하천유형별 3차원 하천구역 산정기법을 정립하였다. 향후 해당기법을 실무에 적용하여 하천구역 산정 시 모호한 하천경계부분 또는 토지소유주와 담당부처 간 하천구역 논의 시 기반자료로 활용될 수 있을 것으로 사료되며, 기본계획 수립 시 해당 기법 적용을 통해 보다 정확한 하천구역 경계 수립이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.395-399
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• 2008

하천은 물을 활용하기 위한 이수기능과 홍수방어를 위한 치수기능, 그리고 자연생태계를 유지하기 위한 환경기능 등 크게 3대 기능으로 나뉜다. 그러나 이러한 기능을 수행하기 위해서 물이 흐르지 않는다면 불가능 하다. 따라서 이러한 기능을 충분히 수행하기 위해서는 얼마나 많은 물이 흘러야 하는 가에 대하여 조사 분석을 통하여 하천유지유량이라는 것을 제안하고 이를 법으로 고시하고 있다. 이러한 하천유지유량은 각 나라의 기후나 지형학적 특성 때문에 나라별로 다양한 방법을 적용하고 있으며 또한 지형학적, 생태학적, 신미적인 기능 등 각자의 필요하고 중요하게 생각하는 인자들을 기준으로한 유량 계산의 틀을 제안하고 있다. 우리나라에서도 최근 하천법 개정에 따라서 하천유지유량의 개념을 재 정립하고 그 유량을 산정방안 및 지침 등에 대하여 제안하였다. 그러나 이렇게 방안에 의해 제안되는 유량의 경우 근본적으로 상류로부터 흐러 내려오지 않는다면 아무리 좋은 방법에 의해 산정되고 고시되는 하천유지유량은 무용지물이 된다. 따라서, 본 연구에서는 하천유지유량을 충분히 흘려보내 줄 수 있는지를 분석한 하천유지가능유하량의 개념을 제안하고 산정방법을 제안하고자 한다.

• 대한공간정보학회지
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• 제16권3호
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• pp.105-110
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• 2008

하천의 수리/수문 모델링에 활용하는 하천 지형자료는 하천정비기본계획을 위한 횡단측량을 통하여 취득된 하천단면 자료를 활용하고 있으나 취득되는 단면간의 거리가 다소 커 모델링 과정 중 보다 조밀한 간격의 단면형상을 필요로 하는 경우에도 단면자료를 취득할 수 없을 뿐만 아니라 관측점간의 직선거리를 고려하는 보간기법들의 특성에 의하여 현실적인 하천의 형상을 반영하지 못하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 대표적인 수체부 하천 지형자료라 할 수 있는 하천정비기본계획상의 하천단면자료를 이용하여 하천의 형상을 효율적으로 추정하고자 하였으며 관측된 하천단면자료들 사이의 임의 단면을 생성하는 알고리즘을 제시함으로써 GIS 자료를 이용한 수리/수문 모델링에서 쉽게 활용이 가능하도록 하였다.