• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.51-51
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• 2017

지역빈도해석은 짧은 기간의 자료를 보유하고 있는 계측 지점이나 자료가 없는 미계측 지점에서의 확률수문량을 산정하기 위하여 많이 쓰여 진다. 지역빈도해석을 실시하기 위한 조건으로는 우선 수집된 하천유역들을 대상으로 수문학적 동질 지역을 구분하는 것이 중요하다. 그리고 구분되어진 지역에 포함되는 모든 지점들의 자료를 빈도해석 함으로써 관심 지점의 신뢰할 만한 확률수문량을 산정하는 것이다. 그동안의 지역빈도해석은 주로 비건조지역을 중심으로 홍수와 같은 재난재해 대비 그리고 수자원 관리를 위한 연구들을 실시해왔다. 본 연구의 주 목적은 건조지역의 수자원 관리를 위해 건조지역 하천유역을 중심으로 지역빈도해석을 실시하여 신뢰할만한 확률수문량을 산정하는 것이다. 확률수문량 산정값의 정확도를 향상시키기 위해 지역빈도해석 모델에 쓰여 지는 새로운 지형학적 변수들을 제공하였고 수문학적 동질 지역을 구분 위해 수집된 각 하천유역의 형상들을 확인하여 동질 지역을 정의하였다. 예를 들면, 수지형 유역, 부채형 유역, 격자형 유역과 같은 다른 형상들을 구분하여 각 유역 형상 종류별로 동질 지역을 만들었다. 건조지역의 지역빈도해석을 위해 미국 건조지역의 105개 하천유역 유량자료들을 수집 및 이용하였다. 확률수문량 산정을 위하여 앙상블 인경신경망 (Ensemble Artificial Neural Network)과 정준 상관 계수(Canonical Correlation Analysis)를 이용한 지역빈도해석 모델을 만들었다. 제안된 모델의 수행평가와 정확성 평가를 위해 리샘플링 기법인 10-겹 교차 검증 (10-fold cross-validation), 잭나이프 (Jackknife) 기법들을 이용하였고 모델로부터 산정된 확률수문량값을 편향 (Bias), 상대 편향(rBias), 평균 제곱근 오차 (RMSE), 상대 평균 제곱근 오차 (rRMSE)를 통하여 산정 값과 실제 관측 값의 차이를 분석하였다. 그 결과 건조지역의 지역빈도해석을 위해 새롭게 제시된 지형학적 변수들을 사용하였을 때 모델의 수행능력이 향상되었음을 확인하였다. 또한 하천유역 형상에 따라 동질 지역을 구분하였을 때 향상된 확률수문량이 산정되었다. 향상된 지역빈도해석 모델을 통해 건조지역의 신뢰할만한 확률수문량을 산정함으로써 건조지역의 효과적인 수자원 관리를 위한 수공시설물 설계에 중요한 정보들을 제공할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.411-411
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• 2019

지형학적으로 다양한 형상을 가지고 있는 하천유역은 지역적 조건에 따라 뚜렷한 특징을 나타낸다. 이러한 조건은 하천유역의 발달 및 수문학적 특징에 영향을 미친다. 금회 연구는 여러 가지 유역의 특징 중 유역을 대표할 만한 특징을 이용하여 간단하고 유용한 하천 유역 분류 기법을 제시하였다. 하천유역의 여러 특징 중 지류교차각(Tributary Junction Angle)은 유역을 분석하기 위해 많이 사용되었으며 다른 특징들과 함께 유역 구분을 위해 분석되어 왔다. 하지만, 지류교차각만 이용하여 유역 분류를 제시하는 기법은 연구되지 않았다. 하천유역 분류 기법 제시를 위해 수지형 유역, 평행형 유역, 부채형 유역, 직사각형 유역, 격자형 유역 등 5가지의 형태를 중심으로 50개의 하천유역을 사용하였고, 지류교차각의 Beta Distribution 모델을 적용하여 매개변수 추정치 산정 후 유역 분류를 위한 분석을 실시하였다. 매개변수 추정치는 각 유역 형태 구분을 위해 적용되었고, 이후 Support Vector Machines를 이용하여 하천유역 형태를 분류하도록 하였다. 분석을 통한 결과는 일반적인 통계기법과 다른 유역형태 구분 기법을 이용하여 검증하였다. 제안된 기법은 수지형, 평행형, 부채형 유역 형태들에 대하여 정확하게 분류할 수 있으며, 얻어지는 결과는 중요한 수문학적 정보 제공에 사용 될 것으로 판단된다. 금회 연구를 통해 Beta 분포형의 매개변수 추정치는 하천유역 분류 적용에 유용하게 사용 될 수 있음을 확인하였고, 하나의 주요 유역 인자로 유역 구분이 가능함을 제시하였다. 향후 연구로는 하천유역 분류를 통해 수문학적인 동질 유역을 구분하여 수문모델의 수행능력을 향상 시킬 수 있는 수문모델 분석과 개발에 적용 될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.858-863
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• 2006

본 연구에서는 금강유역을 대상으로 GIS기법에 의해 1:5,000 NGIS자료로부터 DEM과 하천망을 생성하였고, 이를 이용하여 하천차수별 하천수, 하천연장과 평균하천연장의 하천특성인자와 유역면적, 유역평균폭, 최원유로연장, 하천총수, 총하천연장, 수계밀도, 수계빈도, 형상인자, 평균표고, 평균경사, 최대하천차수, 유역내 최고표고, 기복비 등의 유역특성인자들을 추출함으로써 수자원단위지도 기반의 단위유역별 지형학적 특성을 파악하였다. 또한 대상유역을 금강권역상류, 금강권역중류, 금강권역하류유역으로 구분하여 지형학적 인자를 추출하고 그 특성을 분석하였으며, 선형 및 비선형 회귀곡선을 이용하여 인자들 간의 상관관계를 분석함으로써 각 유역을 특징짓는 주요 인자들을 추출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.295-299
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• 2011

자연계에서 토양의 침식 및 퇴적 반복적 과정은 매우 복잡한 형태로 발생하며, 호우로 인한 토사유출은 유역의 지형 및 지질학적 특성과 수문기상학적 특성 등에 의해 매우 민감하게 반응한다. 즉, 토양 침식 및 퇴적은 유역의 형상, 토양종류, 토지 이용 및 피복상태, 강우사상 등에 따라 시 공간적 분포가 다양하게 변화한다. 따라서 유역내 침식 및 퇴적의 시·공간적 변동성을 분석하기 위해서는 지형학적 특성인자와 수문기상학적 특성인자에 따른 유역내 수문학적 응답을 이해해야 한다. 본 연구에서는 분포형 강우-유사-유출 모형을 이용하여 용담댐 상류 천천유역을 대상으로 Strahler 하천차수구분법에 의해 유역을 차수별 소유역으로 구분하고, 지형학적 특성인자(유역면적, 지표흐름 이동거리, 국부경사)와 수문학적 특성인자(총 강우량)에 따른 침식 및 퇴적의 공간분포 변화에 대하여 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권2호
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• pp.237-247
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• 2018

유역 특성은 유역과 하도망의 지형학적인 구성에 대한 특성을 반영하는 것으로 유출 특성에 영향을 준다. 본 연구에서는 유역의 형태학적 특성과 유출의 관계를 분석하기 위해 한강 유역의 19개 하천의 27개 지점을 대상으로 유역 형태학적 특성을 Arc-map을 이용하여 구하였다. 하천 형태학적 특성은 선형, 면적, 기복 측면으로 구분하여 산정하였고, 강우에 의한 유역의 반응인 연평균 유출률은 실측 강수량과 유출량 자료를 이용하여 산정하였다. 각각의 형태학적 매개변수에 대한 상관을 도식화하고, 상관특성을 분석하였다. 길이비, 형상계수, 형상인자, 면적비, 기복비, 함몰도에 의한 연간 유출률에 대한 다중 회귀분석식을 제시하였고, 결정계수는 0.691로 나타났다. 실측과 회귀분석식에 의해 계산된 연간 유출률과의 RMSE와 MAPE는 각각 0.09, 11.61%로 나타나 비교적 정확히 예측하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.166-166
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• 2022

본 연구의 목적은 고전적 순간단위도 모형 중의 하나인 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 체계적으로 분석하여 해당 매개변수의 수문학적 의미를 추론해 보는 것이다. Nash 모형의 경우, GIUH 이론과의 결합을 통하여 Horton 비를 기반으로 한 두 매개변수의 지형학적 추정 방법이 일찍부터 제안되어 왔다 (Rosso, 1984; Bhunya, 2008). 특히 Liu(1992)는 2차원 자유 Euclidean 공간 내에서 percolation cluster 모형의 응집구조와 유역의 배수구조 사이의 비교를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 정적 Fractal 차원과 동적 Fractal 차원으로 구분하고 양자의 수문학적 의미에 대하여 강조한 바 있다. 본 연구에서는 문헌 조사 (Morisawa, 1962; Marani et al., 1991; Rosso et al., 1991)를 통하여 수집한 비교적 신뢰성 있는 국외 하천망들에 관한 정보를 기반으로 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 분석해 보았다. 주요한 결과로서 Nash 모형의 형상 매개변수와 하천망의 Fractal 차원 사이에는 밀접한 상관관계가 존재함을 알 수 있었으며 이를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 이용하여 해당 매개변수를 직접 추정할 수 있는 관계식을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 분광 차원과 Nash 모형의 첨두 좌표 사이의 관계를 통하여 겉보기에서로 다른 유역들 사이에 존재할 수 있는 수문학적 상사성을 평가할 수 있는 기준의 수립 역시 본 연구과정을 통하여 제시할 수 있으로 판단된다. 후속 연구로서 국내외 다수 유역들에 대한 지형분석을 통하여 본 연구에서 얻은 결과의 보편성을 검정하고 수문학적 자료들에 대한 검증을 통하여 Nash 모형을 기반으로 한 다양한 수문학적 모형들의 개선 방안을 제시해 보고자 한다.

• 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 2016년도 학술발표회
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• pp.508-508
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• 2016

하천은 지형학적으로 청?장년기에 상 중 하류부가 구별되고 유량과 하상경사의 곱으로 표현되는 유수력(stream power)에 따른 반응으로서 구간별 수리 및 하도특성이 형성된다. 산지가 국토면적의 약 70%를 차지하고 노년기 지형인 유역을 기반으로 하며, 장마 및 태풍 내습시 집중호우에 따른 홍수발생으로 말미암아 대부분 국내의 하천은 상류는 산지, 중류는 곡저평야, 하류는 충적평야를 유하함으로서 구간별로 수리 및 하도 특성이 뚜렷이 구별된다. 홍수 예방을 위한 제방 축조와 용수공급을 위한 보 등 하천 구조물이 설치되어 있으며, 하천 주변에는 배산임수의 취락형성에 따라 주거지 및 대규모 도시가 발달하면서 많은 하천교란이 유발되고 있다. 우리나라 하도 및 수리적 특성인 여울과 소 등의 미지형과 하상매몰도 등 서식환경의 특성 및 하안에 적용되고 있는 다양한 형태의 하천횡단 형상과 하도개수 등 교란 특성을 중점적으로 고려하여 하천의 물리적 특성을 정량적으로 평가할 수 있는 평가체계를 개발하였다. 하도의 물리적 특성은 유량과 하상경사를 매개변수로 하는 유수력에 의하여 변화하므로 하천 유형을 하상경사에 따라 세그먼트 분류법을 적용하여 세그먼트 M, 세그먼트 1 및 세그먼트 2,3으로 구분하고 세그먼트별 하도 및 수리 특성, 하안 및 하천교란 영역에 대한 총 10개의 정량적 평가지표를 개발하였다. 각 지표는 5등급으로 설정되어 있으며, 평가지표의 근거는 미국(EPA) 및 독일(LAWA)의 평가지표를 바탕으로 우리나라 실정에 맞게 수정하였다. 본 연구에서는 하천분류체계에 의한 하천유형의 차이를 고려할 수 있도록 개발된 하천 물리적 평가체계를 남강, 내성천, 갑천, 유등천에 적용하여 검증하고, 적용성을 평가하였다. 우리나라 하천환경의 고유한 특성을 고려한 물리적 하천환경 평가체계는 하천사업을 위한 현재의 하천환경의 진단 및 하천사업의 효과 및 분석 등에 활용할 수 있으며, 하천관리를 위한 지구지정의 정량적 기준 및 관리목표 설정 등 하천계획 설계의 실무과정에서 매우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.141-141
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• 2012

비점오염물질은 강우 시 유출되기 때문에 일간, 계절 간 유출량 변화가 대단히 크게 나타나며, 기후, 지형, 토지이용, 토양 등과 지역적인 특성과 유역 형상에 따라 변화되므로 비점오염원 유출량에 대한 정량화를 위해서는 강우지속시간동안 정확한 수질과 유량에 대한 측정 자료가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 비점오염물질에 대해 현장 모니터링 및 현장 실측 관련 기존 연구자료 수집을 통해 중분류 토지피복분류별 원단위를 산정하였다. 또한 특정 유역에 중분류 토지피복 분류별 산정된 원단위를 적용하여 유역기반의 비점오염부하량을 산정 하였다. 대상 유역에 해당하는 하천 말단에서의 실측 자료를 활용하여 유역모형을 구축하고, 강우를 입력 자료로 하여 비점오염 물질별 부하량을 모의 산정하였다. 유역모형으로 HSPF(Hydrologic Simulation Program - Fortran)을 실제 대상유역에 적용하였고, 이에 따른 모의 결과를 실측치와 비교하여 부하량을 산정하였다. 이렇게 모의 산정된 부하량은 실측자료를 기반으로 산정된 원단위의 적용에 따른 부하량과 비교 검토하여 유역에 대한 비점오염원 부하량 산정 시 모형의 적용 가능성을 평가하였다. 본 연구에 적용된 대상유역은 동천유역으로 병성천의 주요 지류로서 유역의 상단에 위치하고 있다. 중분류 토지피복 중 공업지역, 교통지역, 과수원재배지, 비닐하우스재배지, 기타재배지에 대해서는 2008년부터 2010년까지 모니터링을 실시하였고, 이외의 중분류 토지피복에 대한 결과는 수계별 현재까지 진행되고 있는 환경기초조사사업 중 '주요 비점오염원 유출 장기 모니터링'사업의 자료를 활용하였다. 동천유역의 비점오염원 발생부하량을 산정한 결과, BOD 부하량은 대지의 경우 391.4 kg/day로서 중분류 군으로 구분한 결과에 비해 높게 산정되었다. T-N, T-P 발생부하량도 토지피복군이 대분류에서 중분류로 변화됨에 따라 부하량의 차이가 발생 하였다. 또한 동천유역에 대해 구축된 HSPF 모형의 적합도를 시기별 4개의 Case로 구분하여 평가해 보았는데 그 결과, 모형 모의치의 실측치에 대한 적합도가 높게 평가 되었다. 현재 특정 지역에 편중되어 조사되고 있는 중분류 토지피복을 조사 기관간의 교차 조사를 통해 지역적 제한성을 낮추고, 중분류에 속하는 세부피복지점을 확대하여 모니터링 지점의 다양성을 확보하여야 할 것으로 판단된다. 이와 동시에 한시적인 조사가 아닌, 장기간에 걸쳐 연구가 진행 될 경우 원단위에 대한 현재의 불확실성 및 제한성을 줄일 수 있을 것으로 판단되므로, 이러한 기초 자료 확보에 대한 장기적인 투자와 노력이 수반될 시 우리나라에 대표적으로 적용할 수 있는 비점오염원 원단위가 산정될 것으로 생각되며, 이러한 기틀이 마련되어야 비점오염원에 대한 적절한 유역관리방안을 수립할 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.409-409
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• 2021

하천 내의 식생은 발달시기에 따라 휴지기, 성장기, 소멸기로 구분되며 각 시기에 따라 수위-유량관계곡선에 많은 전이가 발생한다. 이러한 식생의 성장과 소멸 뿐만 아니라 하도와 하안영역의 식생 군락의 밀도 증감에 따라서도 다양한 형태의 수위-유량관계곡선식의 전이가 발생한다. 식생의 성장기에는 식생의 밀도가 서서히 증가하여 수위-유량관계곡선식의 (-)전이가 발생하며, 식생의 소멸기에는 식생의 밀도가 서서히 감소하여 수위-유량관계곡선식의 (+)전이가 발생한다. 식생에 의한 수위-유량관계곡선식의 변동성은 식생의 성장과 소멸뿐만 아니라 하도와 하안영역의 식생 군락의 식생 밀도 역시 많은 영향을 끼치고 있다. 우리나라의 강우는 특정기간(6월~10월)에 집중되는 경향으로 인하여 식생의 성장과 소멸에 따른 수위-유량관계곡선식의 변동성 확인이 용이하였다. 그러나 최근 과거와 다른 형태의 강우패턴으로 인한 하천의 단면형상 변화로 인하여 하도와 하안영역의 식생영향이 감소하는 경향이 발생하고 있다. 이러한 단면변화로 인하여 하천 내의 하안영역과 식생 밀도 감소에 따른 수위-유량관계곡선식의 변동성이 발생하였다. 본 연구에서는 만경강 유역에 위치한 완주군(소양용연교)관측소를 대상으로 2018년과 2020년의 식생밀도와 식생 및 하도 모니터링을 통한 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 2018년에는 식생의 활착, 성장, 소멸에 따라 다양한 기간분리가 발생하였으며, 2020년에는 식생의 활착, 성장, 소멸 뿐만 아니라 홍수 전후 식생 밀도 감소에 따른 기간분리가 추가로 발생하였다. 2020년은 과거와 달리 집중호우가 장기간(약34일)발생하였으며 그에 따라 홍수 전후 단면변화가 과거에 비해 매우 큰 것으로 확인되었다. 이로 인해 2018년과 2020년 측정성과 검토 결과 유사한 수위에서 약 3배의 유량차가 발생하였다. 결과적으로 본 연구에서는 하천 내의 식생밀도 변화로 흐름 특성이 변화하는 기간의 유량측정성과 확보를 통한 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.