• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.357-357
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• 2018

기후변화의 영향으로 기온과 강수량의 증가가 나타나고 있으며, 이러한 변화는 수문 순환 및 강우-유출의 변화로 인해 하천의 수질에도 영향을 미치게 된다. 수질 오염원 중 배출원의 형태가 명확하지 않은 비점오염원은 강우의 유출과 함께 발생하는 특징을 띤다. 비점오염원은 지표면에 존재하던 오염 물질이 지표면에서 유출이 발생함에 따라 하천으로 유입되는 오염물이다. 이에 따라 강우량에 비례하는 특성을 띠며 점 오염원과 달리 변동 폭이 크다. 대표적인 비점오염물로 알려진 질소, 인과 같은 영양물질은 하천으로 유입 시 부영양화를 야기하는 물질로 우리나라와 같이 계절별 강수량의 차이가 큰 환경에서 비점오염물의 지속적인 관리는 필수적이라 할 수 있다. 비점오염원은 오염원을 특정할 수 없기 때문에 하천으로의 유입을 최소화하는 최적관리기법(Best Management Practices)을 통해 관리한다. 국내외에서 가장 널리 이용되는 비점오염원 최적관리기법은 식생형 시설로, 나지에 식물체를 파종함으로써 토양의 유실을 방지하여 비점오염물의 하천 유입을 저감시키고, 자연경관으로써 기능한다. 미래 수자원의 효과적인 이용을 위해서는 기후변화에 따른 수문 변화, 그로 인한 수질 변화 특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 기후변화 시나리오를 통해 기온, 강수, 습도와 같은 기후 조건의 변화를 고려하여 예측되는 비점오염물의 유출 저감 대책의 영향을 분석하고자 한다. 이 때, 기후변화 시나리오는 그 자체로 불확실성을 포함하는 자료이기 때문에 특정 시나리오를 분석하기 보다는 기후변화 진행 정도에 따른 비점오염물 유출을 산정하고 저감 대책의 영향을 분석한다. 연구를 수행하기 위해 장기간의 강우-유출 특성의 모의가 가능하고 저감 대책을 제공하는 SWAT 모형을 이용한다. SWAT 모형에서는 여러 최적관리기법을 제공하는데, 가장 널리 이용되는 것이 식생형 시설인 것에 기초하여 적용할 저감 대책으로 계단식 산비탈(Terracing)을 선정하였다. 저감 대책의 적용으로 비점오염물질이 적게는 약 30%에서 많게는 60%까지 변화하며 매우 효율적으로 저감되는 것이 확인되었다. 저감 시설의 적용을 통해 총 량 뿐만 아니라 시간에 따른 비점오염물 유출의 변동성 또한 감소시킬 수 있음이 확인되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.1009-1018
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• 2004

하천을 따라 분포된 비점 오염원을 하천 수질모형의 매개변수들과 동시에 추정하는 체계적인 방법을 제안하였다. 수립된 방법을 QUAL2E 모형과 함께 충주댐 하류의 남한강 구간에 적용하여 모형의 반응계수와 비점 오염 부하량에 대한 최적 추정을 수행하였다. 민감도 분석 결과로부터 선정된 반응계수들에 대한 초기 추정 결과에 따르면 하천 시스템에 대한 질량수지가 만족되기 위해서는 질소와 인의 비점 오염 부하량의 입력이 필요한 것으로 나타났다. 이에 따라 총질소와 총인에 대한 비점 오염 부하를 포함하여 확장된 추정 문제의 해로써 비점 오염 부하량을 추정하였다. 비점 오염 부하량과 동시에 추정된 반응계수들과 비점 오염원을 고려하지 않고 추정된 반응계수의 비친 결과, 그 자체에 대한 추정을 위해서 뿐만 아니라 수질모형의 적절한 보정을 위하여 비점 오염 부하량이 최적 추정 과정에 포함될 필요가 있음을 알 수 있었다. 하천수질 의형에 대한 최적추정 방법의 적용성을 민감도계수 행렬 구조의 관점에서 논하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.449-449
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• 2021

하천 내 오염물질 유입원은 하수처리장과 같이 농도를 예측 가능한 점오염원이 일반적이지만, 수질오염사고와 같이 다량의 유해물질이 일시에 하천에 유입되는 경우도 발생하곤 한다. 특히 오염물질 유입지점과 취수장이 인접한 경우, 오염물질 혼합해석에 대한 이해가 오염사고 대응 및 수질 관리 측면에서 매우 중요하다. 자연하천에서는 사행에 따른 유속 구조의 불균일성 등으로 인하여 오염물질의 이송 및 분산 과정은 매우 복잡하게 나타난다. 이러한 하천의 지형적, 수리학적 특성이 오염물질의 혼합 거동에 미치는 영향을 정확하게 모의하기 위해서는 3차원 수치모형을 적용해야 한다. 그러나 대부분의 하천은 하폭 대 수심비가 매우 크기 때문에 2차원 이송-분산 방정식을 지배방정식으로 채택하는 2차원 수치 모형이 널리 사용되어왔다. 2차원 이송-분산 방정식의 해석결과는 입력된 종, 횡 분산계수의 값에 따라 변화하기 때문에 정확한 혼합해석을 위해 분산계수의 결정이 매우 중요하다. 과거 연구에서는 횡 분산계수의 결정을 위해 기본 수리량을 이용한 경험식을 활용하여 계산한 바 있다. 종 분산계수의 경우에는 경험식의 산정에 필요한 충분한 실험 자료가 축적되어 있지 않아 이상적 흐름 상태를 가정하여 유도된 Elder의 이론식(Elder, 1959)을 사용해왔다. 하지만 많은 연구에서 이러한 Elder의 이론식이 종 분산계수를 과소산정 할 우려가 있다고 제시했다. 따라서 하천의 전단류 분산특성을 나타낼 수 있는 데이터 확보를 통해 종 분산계수의 경험식 산정 및 횡 분산계수의 정확도 향상이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 기존 선행 연구에서 수행된 2차원 추적자실험 데이터의 확장을 위해 오버샘플링 기법을 적용하였으며, 이를 통한 머신러닝을 통한 분산계수 산정 가능성을 분석하고자 한다. 부족한 추적자 실험 데이터를 확장하기 위해 오버샘플링 기법 중 SMOTE 기법을 활용했다. 오버샘플링 기법을 이용하여 생산된 데이터의 신뢰성을 검증하였으며, 추후 머신러닝을 이용한 2차원 종, 횡 분산계수 산정에 대한 활용 가능성을 분석했다.

• 발명특허
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• 제31권8호통권362호
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• pp.64-67
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• 2006

'한강의 기적'이라는 말이 있듯 우리나라의 근대화, 산업화는 그 어느 나라에서도 유래를 찾아볼 수 없을 만큼 눈부신 성장속도를 자랑한다. 그러나 근대화, 산업화라는 명분 아래 우리에게 너무나도 고마운 존재인 자연환경에 대한 외면은 이미 수많은 부작용을 낳고 있다. 그 예로 우리 생활환경에 아주가까운 물인 하천은 심각하게 오염되고 더 이상 오염되어 가는 하천을 그냥 두고 볼 수 만은 없는 일이 되어 버렸다. 이러한 필요에 의해 몇 년 전부터 활발하게 이루어지고 있는 하천의 개보수공사는 석축 쌓기, L형 옹벽 및 돌망태, 견치석 등을 사용하고 있는데, 이는 하천의 생태계를 단절시키는 또 하나의 문제를 야기하고 있다. 또한 이런 과정을 통해 하천이 직선화되면서 홍수가 났을 경우 피해를 가중시키고, 자연석을 고갈시키는 등의 문제점이 대두되고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.908-908
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• 2012

국내 기후 특성상 하절기에 집중되는 강우로 인해 댐의 건설을 홍수조절, 용수확보 및 전력생산 등의 목적에 있어서 불가피하다. 이와 같은 저수지와 하류하천은 댐 수문 개폐에 따라 흐름변화로 인하여 수체의 거동 및 수질 변화가 발생하며, 일반적인 하천과는 다른 특성을 지니게 된다. 또한 수심이 깊은 저수지의 경우에는 흐름방향과 더불어 수심 방향의 특성도 중요하며, 수리 및 수질 모형의 연계를 통한 3차원적인 해석을 필요로 한다. 유역 내 지상 또는 대기에서 발생한 모든 오염물질은 강우에 의해 하천과 호수와 같은 수체로 유입되며, 강우가 발생했을 때 유역의 토지피복 상태와 수리, 지형, 강우강도, 토양의 특성에 의해 하천으로 유입되는 오염물질의 농도와 부하특성이 달라진다. 비점오염물질의 축적이 가능한 호수나 저수지에서는 비점오염원의 유입이 더 큰 문제가 되며, 유량이 극히 미미한 하천의 경우에는 강우초기에 일시에 집중적으로 유입되는 초기 오염 부하량이 문제가 된다. 강우유출수의 하천 유입은 강우 현상과 밀접한 관계를 맺고 있으므로 그 제어가 쉽지 않다. 이러므로 이를 총괄하는 유역통합관리기술이 필요로 하며, 기존의 유역통합관리기술은 댐 상류유역을 중심으로 개발되고 있으며, 댐 상류유역과 저수지, 하류하천으로 구분되어 연구되어 왔다. 또한 각각의 모형이 개별적으로 적용되어 통합적인 평가시스템이 표준화되지 않은 관계로 댐 상하류 모니터링 자료가 연계된 실무 적용이 이루어지지 않고 있다. 따라서 하천 수리 수문학적 역학구조를 이해하고 그 특성에 적합하게 평가할 수 있는 표준화된 시스템이 구축되어야 한다. 또한 효과적인 유역통합관리를 위해서는 하천의 현재 뿐만 아니라 장래에 대한 예측부분도 포함되어야 한다. 본 연구에서는 댐 유역에서의 유출과 수질 변화를 모의하고 이를 이용하여 저수지 내에서의 오염물질 거동에 대해서 해석하였다. 또한 기후변화에 따른 유역, 저수지 및 하천에 미치는 영향을 고려하기 위하여 고해상도 지역기후전망 모의자료를 이용하여 수문학적 스케일로 통계적 상세화한 후 지역별 상세수문시나리오를 생산하여 미래 예측에 활용하였다. 기후변화 시나리오의 상세화를 통한 상세지역의 기후를 예측하고, 예측된 기상자료를 이용하여 유역모델을 모의하여 미래의 유출 및 수질 변화를 파악할 수 있는 기술 개발로 인해 저수지의 운영에 도움을 주고, 주수지의 치수증대 사업 등 유출의 변화에 따른 하류하천 변화를 파악할 수 있고, 기후변화에 따른 하류하천에 대한 홍수기 때 치수, 이수 및 방재에 대하여 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.92-96
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• 2008

최근에 이상기후로 인한 집중호우는 단시간의 높은 강우 강도의 발생을 증가시켜 재해 유발의 측면에서 뿐만 아니라 유역 내 비점오염원이 합류식 관거의 월류수인 CSOs(Combined Sewer Overflows)의 형태로 강우와 함께 유입되어 수질 및 환경을 오염시키는 문제점이 발생한다. 이에 따라 월류수의 유출특성에 대한 정량적인 분석을 통하여 유량 및 수질 등의 오염부하량에 대한 적절한 저감 방안이 요구되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 비점오염원의 농도가 상대적으로 높은 도시유역에 강우로 인한 월류수의 유출 특성 변화를 분석함과 동시에 월류수가 하천에 방류되었을 때의 하천에 미치는 영향 분석을 통하여 하천의 효율적인 수질 관리 방안을 제시하고자 한다. 경기도 구리시를 대상유역으로 선정하였으며, 도시 강우-유출 모델인 SWMM을 사용하여 유역의 유출량 및 월류수의 수질 모의를 수행하였으며, 유역의 최종 방류구에 비점오염 저감을 위해 설치된 저류지를 통해 하천으로 배출되는 유출수와의 연계는 미국 환경청에서 개발된 WASP 모델을 적용하여 왕숙천 본류에 대한 월류수 변화가 하천에 미치는 영향을 분석하였다. 저류지 설치 전 후의 하천에 월류수가 미치는 영향을 BOD 농도를 중심으로 비교 분석하였다. 분석 결과 저류지 설치 후 BOD 농도의 저감율은 설치 전 보다 최소 1.9%, 최대 81.2%의 저감 효과가 있는 것으로 분석되었다. 향후 신뢰도 높은 수질모의를 위해서는 월류수 발생시 월류수와 하천의 지속적인 모니터링을 통해 현장 여건을 반영할 수 있는 입력변수의 도출이 매우 중요한 것으로 나타났다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 1998년도 총회 및 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.99-107
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• 1998

전 세계에서 다양한 환경 매체를 통해 광범위하게 검출되고 있는 대표적 환경오염물질 (environmental pollutants)인 polychlorinated biphenyls(PCBs)의 국내 4대강 주요 하천 저니토양과 모공단 하천수 및 저니토중 오염도를 각 congener별로 또는 총량으로서 GC/MS 를 사용하여 정량하였다. 그 결과 4대강의 주요 지천중 낙동강의 사상공단근처의 저니토에서 총 PCBs가 가장 높은 290.87$\mu\textrm{g}$/kg이었고 한강의 왕숙천도 비교적 높은 221.l1$\mu\textrm{g}$/kg이었다. 모공단 하천수 및 저니토 중 PCBs를 분석한 결과 전 시료에서 검출되었으며 하천수 및저니토에서의 총 PCBs 농도(mean$\pm$S.D.)는 0.1069$\pm$0.0179$\mu\textrm{g}$/L 및 908.80$\pm$462.30$\mu\textrm{g}$/kg였으며, 이때 저니토에서의 농축계수는 0.85$\times$$10^4$였다. 저니토중 총 유기물함량과 저니토중 PCBs 잔류량의 조사에서 서로간 상관관계 (상관계수=0.7084)가 있음을 알 수 있었으나 PCBs 배출원에 의한 영향이 커서 정확한 상관관계를 얻기가 어려웠다. Congener-specific analysis에 의해 하천수 및 저니토 시료에서 공통적으로 검출된 대표적 congener는 52, 95, 101, 99,87, 110, 118, 149, 153, 138, 180 였다. 본 연구결과 하천수에서는 triCBs와 tetraCBs 가 비교적 높은 농도로 검출되었던 반면 저니토에서는 hexaCBs 및 heptaCBs가 다른 poylCBs에 비해 비교적 높은 농도로 검출되었다. 이상의 연구결과를 통해 모공단 하천수 및 저니토가 PCBs에 의해 심하게 오염되어 있음을 알 수 있고 국내의 주요 하천의 경우도 계속적인 모니터링이 필요함을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.170-170
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• 2022

최근 기후변화 및 환경변화로 인해 하천으로 유입되는 오염물질의 변화로 하천 오염원의 다양화가 발생되고 있다. 국내에서는 BOD, T-P 항목으로 수질을 관리하고 있으나, 중·소하천에서는 다양한 오염원의 영향이 나타나 BOD, T-P 항목의 관리는 한계가 발생한다. 따라서 수질오염 영향인자들을 고려한 하천의 종합적인 수질 평가 기법의 도입이 필요한 실정이다. 특히, 한강 유역의 경기도 지역은 인구밀도 및 불투수면적이 높고 중소하천의 분포가 넓은 유역으로 다항목 수질의 종합적인 평가가 필요하다. 국내·외에서는 하천의 종합적인 수질을 평가하고자 수질지수(Water Quality Index, WQI)를 점수 및 등급으로 산정하여 하천의 수질을 평가하였다. 수질지수는 평가 목적 및 계산 방법, 평가되는 수질 항목, 등급 체계의 차이로 다양한 종류의 수질지수가 개발되었다. 국내에서는 통계분석과 수질지수를 활용하여 하천의 시공간적 변화를 파악하고 하천 생활환경기준과 비교를 통해 수질지수의 적용성을 검토하는 효율적인 수질관리에 대해 연구 되고 있다. 국외에서는 주요 오염원 및 영향인자를 식별하기 위해 수질지수를 활용하여 하천의 수질 변화를 평가하였다. 하천의 주요 영향인자는 유역특성에 따른 차이가 발생하여 유역 특성에 적합한 수질지수를 활용한 맞춤형 수질관리가 필요하다. 본 연구에서는 도시하천의 효율적인 수질관리에 기여하고자 유역 특성을 반영한 수질지수를 활용하여 도시하천의 종합적인 수질을 평가하고자 한다. 군집분석을 활용하여 도시 유형을 분류하고 요인분석으로 도시하천의 수질 인자별 관계성을 도출하여 유역의 도시 현황별 영향인자를 파악하고자 한다. CCME WQI, NSFWQI 등 기존 국내·외에서 개발된 수질지수를 도시하천의 주요 영향인자로 산정하여 도시하천의 종합적인 수질을 평가하고자 한다. 산정된 수질지수의 점수 및 등급과 하천 생활환경기준의 적용성을 검증하여 도시하천에서 발생되는 수질오염 관리 및 대응의 의사결정 도구로서 활용될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.336-336
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• 2017

우리나라 자연수역의 수질이 인간생활 및 산업활동으로 배출된 오 폐수에 의하여 하천오염의 심각성 및 보존에 대한 문제가 크게 대두 됨에 따라, 하천의 수질모형의 개발 및 적용에 관한 연구가 국내외적으로 활발히 진행되고 있다. 황강유역은 합천댐하류에서 낙동강본류로 합류될 때까지에 해당한다. 황강유역은 황강유역 내에서 유입되는 각 소하천에서의 유입 오염원 관리가 필요하며, 도로 및 불투수층, 임야 및 농촌지역으로서 각 시기에 발생하는 비점오염의 관리가 필요하다. 본 연구에서는 황강 유역의 오염원 변화가 본류수질에 미치는 영향을 수질모델을 통해 알아보고자 한다. 하천의 수질 모델링은 예측하고자 하는 해당 수계의 오염부하량, 유출량 등 환경요인의 변화와 이에 따른 목표수질 설정지점의 수질변화를 모의함으로써 오염 총량관리 기본계획 또는 시행계획에서 합리적 접근방법으로 효과적인 수질관리가 가능하도록 만들어준다. QUAL 계열 모델들은 각기 대상 수역에의 모델 적용에 요구되는 사용 목적, 관심되는 수질항목, 수역 특성, 기타 기초 자료의 제공여건 등을 고려하고 있다. 본 연구에서는 이러한 변화 요소와 기여 특성을 반영한 모의와 해석이 최적화된 QUAL-MEV를 이용하여 낙동강 수계 특성을 적절하게 반영하여 모의할 수 있도록 하였다. 본 연구로 황강유역이 본류수질에 미치는 영향을 알아보고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.265-265
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• 2023

유역모형을 통해 우심하천을 제시하는 방법은 많은 노력과 시간이 요구되는 경우가 많다. 본 연구에서는 국가배출부하량 자료를 사용하여 간단하게 오염원별/오염물질별 수질 관리가 요구되는 하천을 선정하는 방법을 제시하고, 우심하천을 선정하였다. 적용 유역은 한강 수계에서 가장 복합한 댐 유역인 충주댐 유역으로 결정하였다. 충주댐 유역의 소유역별 배출부하량을 활용해 하천 관점의 배출부하량을 산정하였다. 하천 관점의 배출부하량 (Stream Total Loads, STL로 명명)은 임의의 하천으로 유입되는 모든 소유역의 배출부하량 합계를 면적 합계로 나누어 산정하는 방법이며, 임의의 하천 지점에서 상류의 모든 소유역이 포함된 단위면적당 배출부하를 의미한다. 따라서 댐 유역 말단의 STL은 유역 전체의 단위면적당 배출부하로 표현되며, 유역 전체의 STL보다 높은 소유역이 연결된 하천을 댐 호소 관점에서 볼 때 관리가 필요한 하천이라 할 수 있다. 댐 유역 말단의 STL은 점오염원-BOD 0.617 kg/km²/day, 점오염원-TP 0.038 kg/km²/day, 비점오염원-BOD 2.909 kg/km²/day, 비점오염원-TP 0.237 kg/km²/day로 산정되었다. 점오염원에 대한 BOD 관리하천은 창리천, 장평천, 지장천하류 등 15개 소유역, TP 관리하천은 주천강시점, 창리천, 주천강상류 등 20개 소유역으로 나타났다. 비점오염에 대한 BOD 관리하천은 주천강시점, 장평천, 제천천하류 등 13개 소유역, TP 관리하천은 주천강시점, 장평천, 주천강상류 등 16개 소유역으로 나타났다. 또한 전체 배출부하에 대한 비점오염원의 배출부하비는 BOD 82.5%, TP 86.2%로 점오염원보다 높았다. 따라서 우선 관리 대상 하천은 TP 비점오염원, BOD 비점오염원, TP 점오염원, BOD 점오염원 순으로 계획될 필요가 있다. 향후 유역 모델링을 수행하고, STL 산정 결과와 비교하여 우심 하천 선정에 대한 적합성을 평가할 예정이다.