• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.475-475
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• 2017

본 연구는 급변하는 기후변화에 대응하기 위한 이동식 전처리 여과취수장치 및 이를 이용한 물 생산용 취수시스템에 관한 것으로 홍수시나 가뭄시 이물질과 부유물질의 제거를 통해 후속 여과 장치의 부하 경감과 여과 효율의 극대화를 꾀할 수 있고, 필요시 비상용수 및 생활용수로 신속히 활용할 수 있는 시설에 관한 것이다. 기존 이동식 물생산장치의 수처리 공정은 1NTU 내외의 깨끗한 물이 유입되지 않으면 여과기(RO SYSTEM) 막이 폐색되어 생산된 물의 수질이 일정치 않아 재난 시 활용하는데 어려움이 있었다. 반면에 본 연구의 물 생산용 취수시스템은 전처리 여과취수를 통해 이물질과 부유물질의 제거가 가능하여 후속 여과 장치의 부하 경감을 통해 유지관리비용 최소화와 여과 효율의 극대화를 꾀할 수 있고, 필요시 신속히 생활용수로 활용할 수 있으며, 다양한 급수원(하천, 저수지, 댐, 지하수 등)을 통한 수량 확보가 가능하고, 평상시 다용도(하천정화, 녹조제거, 도로 청소, 조경수 등)로 사용이 가능한 물생산시스템이다. 또한, 비상시 이동식 차량에 탑재하여 이동 및 운반이 가능할뿐만 아니라 저수지나 댐 또는 하천 등의 원수를 취수하여 이중 관 구조의 여과기를 통한 전처리로 지속적인 여과력을 발휘하여 이물질이나 부유물질을 신속히 제거하고, 역세척수 공급으로 여과재를 쉽게 역세척할 수 있어 여과 성능의 저하를 방지할 수 있다. 본 연구에서의 이동식 전처리 여과취수장치는 다양한 조건에서의 수치모의를 수행하여 평상시나 비상시 다용도의 필요수량을 확보할 수 있도록 장치의 최적화를 수행하였으며, 이를 통해 안정적인 수자원 확보와 활용이 가능하고, 국내 물 시장에서 물생산시스템의 다양성을 확보하여 국민경제에 기여할 수 있고, 향후 물 부족 국가의 ODA 사업에 진출하여 수출증대 효과를 얻을 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권12호
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• pp.1169-1180
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• 2013

본 연구에서는 복하천 중상류 유역에 대해 준분포형 유역수문모형 SWAT-K를 적용하여 자연유량을 산정하고, 하천유량 변화를 야기하는 지하수 양수량, 하천수 취수량, 하수처리수 방류량 등의 인위적인 요인으로 인한 영향을 평가하였다. 2006년부터 2013년까지의 자연상태의 하천유량을 모의한 결과 최저유량은 $1.7m^3/s$, 평균유량은 $26.2m^3/s$, 갈수량은 약 $2.0m^3/s$로 산정되었다. 지하수 이용, 하천수 취수, 하수처리수 방류 등 각각의 인위적 요인에 의한 하천유황의 상대적 변화를 분석한 결과, 갈수량은 지하수 양수로 인해 자연상태에 비해 약 34% 감소, 하수처리수 방류와 하천수 취수의 복합 영향으로 인해 약 15% 증가, 지하수 양수, 하수처리수 방류와 하천수 취수의 복합 영향으로 약 19% 만큼 감소하는 것으로 분석되었다. 복하천 본류를 따라 모의된 자연유량 자료를 이용하여 비유량의 거동 특성을 분석한 결과, 중상류 유역에서는 지배면적이 증가할수록 비풍수량, 비평수량, 비저수량, 비갈수량 등의 값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 하류부로 내려오면서 지배면적이 약 180 $km^2$ 이상에서부터는 면적과 상관없이 거의 일정한 비유량 값을 나타내는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.368-372
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• 2018

하천수의 실시간 자료수집 목적으로 전력량계의 전력사용량 변화를 계측하여 양수량을 산정하는 것이 경제적인 자료수집방안이 될 것으로 판단되어 전력사용량의 실시간 계측 및 전송이 가능한 '전력량 전송시스템'을 개발하여 여주시(여주대교)~여주시(이포대교) 관측소 구간 내 농업용수 취수시설인 상백리 양수장에서 적용성을 평가하였다. '전력량 전송시스템'의 정상적인 자료수집을 판단하기 위해 실내실험을 수행한 결과 전송자료 648,000개 중 수집된 자료는 647,964개로 평균 오차율 0.01%를 나타내며 현장적용이 가능함을 입증하였다. 개발된 '전력량 전송시스템'을 상백리 양수장에 설치하여 6개월간 젼력량 사용자료를 취득하였으며, CCTV를 이용하여 현장자료를 모니터링하였다. 서버전송자료와 현장전력량자료를 비교한 결과 누적전력량은 일치하였으며, '전력량 전송장치'를 이용한 전력사용량의 실시간 계측이 가능함을 확인하였다. 능서1 양수장에서 수집된 전력량 자료와 초음파유속계로 계측된 양수량 자료를 활용하여 전력량-양수량관계식을 개발하였다. 개발된 전력량-양수량관계식으로 환산된 유량을 초음파유속계 유량과 비교한 결과, 월별 오차는 최대 8.0%, 평균 4.0%로, 하천수 사용실적 보고량의 최대 24.4%, 평균 7.4%보다 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 초음파유속계를 이용한 양수량 산정방법은 수로내 유속과 수위변화를 직접 계측하여 정도 높은 유량산정이 가능하지만 초기설치비용 및 유지관리 비용이 소요되므로 모든 취수시설에 적용하는 것은 불가능하다. '전력량 전송시스템'은 기 설치된 전자식 전력량계를 활용하기 때문에 초기 설치비용이 저렴하며 실시간 자료수집이 가능한 장점이 있다. 따라서, '전력량 전송시스템'을 이용한 전력량자료의 수집과, 전력량-양수량관계식의 개발이 실시간 하천수 사용량 수집에 적용할 수 있는 가장 경제적인 대안으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.26-26
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• 2020

하천수의 수심을 유지하기 위하여 설치된 콘크리트 취수보 대신 강자갈이나 쇄석을 채움재로 하는 돌망태를 사용하게 되면 토사퇴적으로 인한 건천화나 상, 하류 수생태계 단절과 같은 문제를 어느 정도 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자갈접촉산화작용에 의한 수질개선과 공사비 절감 효과 등의 장점이 있다. 그러나 돌망태는 투수성이므로 불투수성인 콘크리트 보다 저류측면에서 불리하다. 콘크리트 취수보에서의 흐름은 보 정점의 형상, 보의 폭, 높이, 그리고 월류수심에 좌우되며, 베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 방류량 산정식을 유도하고, 유량계수와 같은 실험상수를 결정하여 방류량을 계산한다. 돌망태 취수보의 흐름은 보의 높이, 보의 길이, 보의 상류수심 외에 채움재의 형상, 입경, 배치상태가 흐름에 영향을 미친다. 따라서 콘크리트 취수보에 적용되었던 기존의 방류량 산정식을 그대로 적용할 수 없다. 돌망태 보의 통과류는 실험상수가 포함된 비선형 수두손실방정식으로 표현할 수 있다. 실험상수는 비표면적의 크기를 의미하는 채움재의 평균동수반경와 관계되며, 평균동수반경은 채움재 입자의 형상으로 부터 구할 수 있다. 따라서 실험을 통하여 채움재 입자의 형상과 크기에 따른 실험상수와 평균동수반경의 관계를 구하면 비선형 수두손실방정식으로부터 통과류의 방류량을 계산할 수 있게 된다. 본 연구는 돌망태 취수보가 대수층함양 원수 공급시설물로서 타당한가를 평가하기 위하여 수행되었다. 콘크리트 취수보의 월류량 계산은 기존의 방류량 산정식을 이용하였으며, 돌망태 취수보는 실험상수와 평균동수반경의 기존관계식을 이용하여 통과류의 방류량을 계산하였다. 이와 같이 계산된 각각의 수심-방류량 관계로 부터 수심을 비교하였다. 동일한 유량조건에서 돌망태 취수보의 상류수심은 콘크리트 취수보보다 작게 계산되었다. 상류수심은 돌망태 채움재 입자의 크기가 작을수록 증가하여, 돌망태 취수보는 채움재의 입자크기가 작을수록 저류성능이 개선됨을 알 수 있었다. 따라서 돌망태 취수보는 채움재의 입경이 작을수록 콘크리트 취수보의 저류수준에 접근할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.46-46
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• 2018

남강은 낙동강 유역의 중하류에 위치하고 있으며, 낙동강에 우안으로 합류되는 제 1지류이다. 낙동강 본류 하천의 지류하천이지만 국가하천이며, 비교적 큰 유량을 가지고 있다. 낙동강은 본류를 취수원을 이용하고 있어, 남강과 같이 지류 하천유입 이후의 낙동강 본류에 거동이 중요하다. 취수 원수는 정수처리과정에서도 우선적으로 고려해야 하는 인자이다. 따라서 남강이 합류되는 합류에서의 혼합거동은 중요하다. 혼합거동을 보고자 추적자 실험을 수행하였다. 추적자 실험은 공간적으로는 남강과 낙동강의 합류점 부근을 선택하였고, 시간적으로는 계절별, 보 운영 시기별로 실험하였다. 또한 합류부 주변에서의 유량측정과 자연추적자의 농도 측정으로 수행하였다. 낙동강과 남강은 대하천이므로 유량측정을 ADCP(Acoustic Doppler current profiler)을 활용하였으며, 추적자의 농도 추적은 센서를 통해 현장 측정하였다. 또한 영상분석을 하고자 드론도 활용하였다. 추적자 실험 분석을 유량과 추적자 농도 분산 정도를 분석하였다. 이를 활용하여 지류하천인 남강의 합류이후 낙동강 본류의 거동을 분석하였다. 분석한 결과를 바탕으로 남강의 유량시기별 혼합거동은 달라지는 것으로 나타났다. 또한 드론을 활용한 분석도 혼합거동에서 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 추적자 실험을 통해 취수 원수의 특성을 분석할 수 있었다. 향후 유량 변화의 따른 남강합류후 낙동강의 혼합거동의 기초자료 자료 활용 될 것으로 판단된다. 또한 취수원수의 특성을 위한 유량별 다기능보 운영 시기별 혼합거동 분석을 위한 추가 실험이 필요할 것 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.148-148
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• 2020

산업의 고도화가 진행됨에 따라 화학원료의 사용이 증가하고 있고 독성을 가진 화학물질이 하천으로 유입되는 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 수환경으로 유입되는 유해화학물질은 주로 무색무취의 물질들로 사고가 발생하더라도 초기 발견이 어려워 어류폐사를 유발하거나 취수시설에서 용수로 취수되는 경우가 발생하기 때문에 이에 대한 대응책 마련이 필수적이다. 하천에 유입된 오염물질의 거동을 신속하게 예측하기 위해 1차원 오염물질 추적 모형이 활용되는데, Fickian 이송-분산 모형(Fickian Advection-dispersion equation model; FADE)이 주로 사용되고 있다. 하지만 FADE는 오염물질이 하천 저장대에서 지체되는 현상을 반영하지 못하기 때문에 농도곡선의 왜곡도를 구현하지 못하는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천저장대모형(River Storage Model; RSM)을 개발하고 이를 국가하천인 감천에 적용하였다. 본 연구에서 개발한 RSM은 분산계수, 본류대 면적, 저장대 면적, 저장대 교환계수의 네 가지 매개변수를 통해서 하천의 물질 저장 및 교환 특성를 구현한 non-Fickian 모형으로서, 생화학반응, 휘발, 흡·탈착항을 추가하여 유해화학물질의 혼합 거동을 정확하게 모의할 수 있도록 개발하였다. 저장대 모형의 매개변수를 산정하기 위해서 하천 유량과 지형자료를 기반으로 HEC-RAS를 모의하여 계산된 수리특성을 입력변수로 사용하였다. 저수기, 평수기, 풍수기 유량을 기준으로 세 경우의 시나리오 모의를 수행하였는데, 5ton의 톨루엔이 김천산업단지에서 감천으로 유입된 경우 약 20km 하류에 위치한 취수장에서 톨루엔의 농도변화를 예측했다. 보존성 물질에 대한 모의 결과, 풍수기의 경우 저수기에 비해 유속이 크기 때문에 취수장에서 20.56시간 먼저 기준농도에 도달하고, 7.21시간 더 짧게 머무는 것으로 나타났다. 유해화학물질의 반응특성에 대한 민감도 분석을 시행한 결과, 생화학적 반감기가 18.98시간보다 길고, 옥탄올-물 분배계수가 2.267 이하인 물질은 생분해 및 흡·탈착 반응에 둔감한 것으로 나타났다. 1m 수심 기준 0.114m/s 이하 유속에서의 하천 수리조건에서는 화학물질의 휘발성을 무시할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.18-18
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• 2023

하천법에 근거하여 산정하고 고시하는 하천유지유량은 하천 고유의 기능을 보호하고 보전하기 위해 하천에 남아 흘러야 하는 물로 정의할 수 있다. 하천 환경과 유량과의 관계를 완전히 이해하여 해석하는 것은 불가능하므로 몇몇 중요한 기능을 선정하여 갈수시에도 유지되도록 관리하는 것이 하천유지유량 관리의 목적이다. 대표적인 핵심 기능은 적정 수질의 보전과 수생태계의 지속가능성이며 이를 고려한 필요유량을 산정하고 모두를 만족하는 유량으로 하천유지유량을 결정하는 것이 하천유지유량 산정의 요체이다. 하천유지유량을 고시하는 것에는 사람이 하천에서 물을 취수하여 사용할 수 있는 범위를 설정한다는 핵심적인 목적이 하나 더 뒤따른다. 하천수 사용은 정해진 가용수량에서 하천유지유량을 제외한 값으로 결정되며 지금까지 하천유지유량의 정책적 방향성은 가용한 수량을 모두 취수하는 것을 방지하기 위하여 하천유지유량의 산정 대상 하천과 지점을 늘리는 양적 확대에 있었다. 이 과정에서 산정 결과가 하천에서 어떤 기능을 하고 있는지에 대한 평가가 이루어진 경우는 극히 드물었다. 본 연구에서는 우리나라 하천유지유량의 현황에 대해 살펴보고 방향성과 방법론에 대한 전망을 제시하였다. 이 과정에는 하천유지유량의 핵심 기능에 대한 실제 조사와 재평가를 통해 하천유지유량에 대한 적응관리 실행의 사례를 포함하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.454-458
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• 2005

여름철 집중강우시 유입되는 고탁수층은 저수지의 밀도성층으로 인하여 표수층 하부에 위치하며, 이를 적기에 배제하지 않을 경우에는 수평방향의 확산현상과 연직방향의 전도현상으로 인해 저수지 전역에 분포하게 되어, 탁수현상의 장기화를 유발한다. 일본 사메우라댐의 경우에는 1977년 9월 태풍 17호에 의한 집중호우로 대량의 고탁수가 유입되어 하류하천으로의 댐 방류수의 고탁도현상이 장기간 지속된 바 있다. 이와 같은 탁수장기화에 대한 저수지내 대책의 하나로서 홍수유입후 탁도가 높은 물을 단기간동안 방류하고, 갈수기에는 탁도가 낮은 물을 방류하는 선택취수 개념이 제안된 바 있다. 국내의 임하댐의 경우에도 2002년 태풍 '루사'와 2003년 태풍 '매미'로 인해 발생한 탁수가 전도현상을 거치며 저수지내 전수층에 확산됨으로써 댐방류수의 고탁도현상이 장기화된바 있다. 이로 인하여 댐하류에 위치한 안동시 용상정수장의 동절기 정수처리 장애로 2003년 11월이후 약 160여일동안 댐방류가 중단된 바 있다. 임하댐의 경우에도 탁수장기화에 대한 대책으로서 홍수기 고탁수층을 우선배제한 후, 저수지내에 유입되는 청수을 담수함으로써 이를 방지할 수 있다. 이러한 선택취수 기법은 동일한 수리동역학적 개념을 적용하여 하류하천의 냉해문제를 대비하기 위한 방법으로 표층의 온수를 선택방류하는 데에도 이용될 수 있다. 이와 같은 선택취수를 효율적으로 수행하기 위해서는 취수시설에 접근하는 밀도흐름을 정확하게 이해하고 있어야 한다. 또한 취수탑 인근에서의 온도 및 탁도 등의 연직분포를 실시간으로 파악할 수 있는 자동수질측정시스템이 구축되어 있어야 한다. 현재 임하댐의 경우, 하류하천의 수질을 고려한 효율적인 탁수배제를 위하여 상류 유입부 2개소, 발전취수탑 전면 1개소, 조정지댐 1개소 등 총 4개의 자동수질측정시스템이 설치되어 탁도와 온도가 실시간으로 모니터링되고 있으며, 향후 강우시 저수지에서의 밀도흐름을 보다 정밀하게 모니터링하기 위하여 저수지내 4개의 주요지점에 추가적으로 설치될 예정이다. 이와 같은 자동측정시스템과 더불어 주기적인 세부 수질조사를 실시하면 저수지내의 온도성층 변화와 탁수층 분포를 매우 정확하게 파악할 수 있으며, 호소의 수질모형과 연계하여 강우시 탁수 도달시간과 탁수량을 사전에 예측할 수도 있다. 또한 이와 같은 기초적인 정보를 바탕으로 하류하천의 탁수 피해를 최소화할 수 있는 선택취수탑의 운영방안을 수립할 수 있다 본 연구에서는 이를 위해 선택취수탑 주위의 성층흐름을 기존의 실험자료와 수치해석을 통하여 분석하였고, 온도성층구조나 취수구의 위치변화에 따른 방류수 수질특성을 조사하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1664-1668
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• 2008

팔당호는 수도권의 상수원수로서 매우 중요한 역할을 맡고 있다. 팔당호의 수도권 상수도 공급량은 전체 공급량에 32%를 차지하고 있으며, 현재 4개의 취수구에서 상수원수가 취수되고 있다. 취수장의 총 취수시설 용량은 $9.02{\times}10^6\;m^3/day$ 규모이고, 실제 취수되는 양은 약 $4{\times}10^6\;m^3/day$이다. 따라서 팔당호의 지속적인 수질관리 및 수질예측이 중요하다고 할 수 있다. 실제로 팔당호는 여러 가지 수질 문제를 안고 있다. 팔당호 상류의 인구가 증가하고 도시화되면서 유입되는 오염물질의 양이 증가하고 있으며 이런 상황에서 상수원수로서 필요한 수질을 확보하는 데에 어려움을 겪고 있다. 특히 집중호우 시 호수 및 하천에 발생하는 부유사 문제가 심각한 수준이다. 하천에서 부유사 문제는 수자원 이용뿐만 아니라 하천 생태계까지 피해를 미치게 된다. 따라서 부유사 거동에 대해 해석하는 모형개발에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 이렇듯 중요성과 문제성을 동시에 지니고 있는 팔당호의 수질을 예측, 관리를 위해 2차원 수질모델을 이용하여 부유물질 확산거동을 예측하고자 한다. 수로연장이 길고 수심이 깊은 댐이나 호수에서는 x-z방향으로 구획을 나누고 하천, 하구나 만에서는 수심보다 수평방향 면적이 넓기 때문에 x-y방향으로 구획을 나누는 것이 일반적이며, 팔당호의 경우 수리학적으로 큰 규모의 호수이기 때문에 이러한 2차원 모형을 이용하는 것이 적합하다. 본 연구에서는 2차원 수질 해석모델인 SED-2D를 이용하여 부유사 확산 거동에 대한 해석모델 개발을 연구하였다.

• 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.