• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.345-345
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• 2023

기후변화에 대응하기 위한 가뭄과 홍수 등의 수재해 관리체계 수립의 필요성이 높아지고 있어, 기후예측모형과 연계하여 수문 및 에너지 순환과정에서 하천유출에 대한 기후변화 영향예측이 가능한 지표수문모형(Land Surface Model, LSM)의 개발과 적용이 요구되고 있다. 또한, LSM은 연속적이고 장기적인 유출을 모의할 수 있어 수재해에 관한 예측과 정보 제공에 유용하므로, 최근 수재해 예측시스템 구축을 위한 주요한 도구로 관심을 받고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 기후모형 CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting Model)와 연계되어 물-에너지 순환모의가 가능한 최신 LSM 중 하나인 Common Land Model(CoLM)을 우리나라 유역의 장기하천유출모의에 적용하고자 한다. 대부분의 LSM은 지상의 물과 에너지 순환과정이 각 단일 격자의 수직적인 모의과정으로 제한되고 있었지만, 현재 지속적인 개선을 통해 많은 LSM에서 보다 현실적인 물과 에너지 변화를 모의하고자 노력하고 있다. 그러나, 지속적인 모형의 개선에도 불구하고(또는 그로 인해) 정교한 수학적 프로세스를 통합하여 개선된 최신 LSM은 오히려 복잡한 매개변수 체계, 매개변수 추정, 입력자료, 초기 및 경계조건 등에서 비롯된 불확실성이 존재하고 있다. 따라서, 모형의 주요 매개변수값의 추정은 모의결과의 성능과 안정성을 확보하기 위한 LSM의 모의에서 필수적인 과정 중 하나이다. 유역의 특성에 따라 결정되는 모형 매개변수는 관련자료의 부재 또는 관측의 부정확성으로 인해 검보정 과정을 통해 결정되어야 하므로, 유역의 수문특성을 최대한 반영하고 모형의 성능과 안정성을 확보하기 위해 모의목적에 따라 적절한 검보정 목적함수의 선정도 요구된다. CoLM과 같이 다양한 매개변수가 사용되는 LSM에서는 모의결과에 대한 불확실성을 줄이고, 모의목적에 따른 모형의 예측도 향상을 위해서 모의결과에 민감한 주요 매개변수의 검보정이 과정이 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 격자기반 지표수문모형인 CoLM을 이용하여 우리나라 유역의 장기하천유출을 모의하는 과정에서 CoLM의 주요 매개변수 검보정에 필요한 적절한 목적함수의 적용을 통해 CoLM 장기하천유출 모의결과의 예측성능을 개선하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.401-401
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• 2021

최근 급격한 기후변화로 인한 기온, 강수량 등의 시·공간적 변화는 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도와 규모를 증가시키고 있다. 특히 한강수계 주요 하천에서는 급격한 도시화 및 산업화로 인한 물 수요의 증가와 기후변화로 인한 강수량 감소 그리고 하천변 시설에서의 과다한 지하수 이용으로 인해 지하수위 변동이 발생하고 있다. 2017년 국가 지하수관측연보 및 지하수조사연보에 따르면 한강수계에 위치한 전체 569개 관정 중 암반층 관정과 충적층 관정의 최근 5년간 지하수위 평균 변동폭은 각각 3.91 m, 2.73 m로 조사되었으며, 10년 이상 장기관측 자료를 보유한 430개소 관정 중 228개소 관정에서 지하수위 하강 추세를 보이는 것으로 조사된 바 있다. 이처럼 강우나 하천수위 등 자연적인 원인과 양수, 유출 등 인위적인 원인에 의해 발생하는 지하수위의 하강은 지반 침하의 주요 원인이 되며, 하천 기저유출의 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. 기저유출은 하천으로 단기 유출되는 지하수로 평수기 및 갈수기 하천 유량의 대부분을 차지하고 있기 때문에 건기시 하천 수질과 수생태계 관리에 있어 매우 중요한 요소에 해당된다. 따라서, 기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가하는 추세에 따라 기저유량 확보 및 수질 개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용·관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 현재 활용되는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran) 수문모형의 경우 지표유출 모의에 있어서 다양하게 활용되고 있으나 기저유량의 특성을 고려하기 위해서는 지표하 수문거동 모의가 어렵다는 한계가 있다. 또한 지표하 수문거동 모의가 가능한 MODFLOW의 경우 지표유출을 모의하기 어려운 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 SWAT-MODFLOW 모형이 개발되었으며, 본 연구에서는 SWAT-MODFLOW 모형을 활용하여 신둔천 유역을 대상으로 유량 및 지하수위 모의결과를 검보정하여 기저유량을 산정하고 변동특성을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.299-299
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• 2016

미농무성에서 개발된 유역수문모형 SWAT을 국내유역에 적용할 경우 일반적으로 일단위 유출 수문곡선의 첨두부가 관측치에 비해 과소하게 모의되는 경향이 있다. 본 연구에서는 이러한 원인에 대해서 고찰하고, 첨두부가 작게 모의되는 문제를 해결하기 위해서 지표유출의 지체와 관련된 서브루틴을 개선하였다. SWAT 모형에서는 지표유출의 지체는 운동파 집중시간(kinematic wave time of concentration)을 변수로 하는 지수형 감쇠함수를 사용하고 있다. 그러나 집중시간 계산식에서 지표유출에 기여하는 초과우량을 6.35mm/hr로 작은 고정값으로 가정하고 있어 큰 호우가 발생한 경우에도 집중시간이 길게 계산되는 구조를 가지고 있다. 이로 인해 지표유출의 지체 효과가 커서 첨두유량이 과소하게 산정되는 문제가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 집중시간 계산시 고정값 6.35mm/hr 대신에 일 단위로 모의된 지표유출 발생량이 입력되도록 알고리즘을 수정하였다. 이 방법은 지표유출량의 크기에 따라 집중시간을 가변적으로 산정되게 함으로써 수문곡선의 첨두부를 보다 유연하게 구현할 수 있는 장점이 있다. 모형의 개선 효과를 평가하기 위해서 충주댐 상류유역을 대상으로 개선 전, 후의 일 단위 유출수문곡선의 첨두부를 비교하였으며, 그 결과 큰 홍수가 발생한 기간의 첨두유량이 10 % 이상 증가하는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1834-1838
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• 2007

감조하천을 비롯한 주요 하천에서 수자원량의 정량화는 수위-유량관계곡선식 개발로부터 가능한 일이다. 그러나 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식을 개발하는 것은 수문관측의 불확실성과 현장의 열악한 사정 등으로 발생하는 오차들 때문에 어려운 일이다. 조위의 영향을 받는 감조하천은 무 강우에도 수위의 변동이 심한 특성으로 수위와 유량의 관계를 규정하는 것은 일반 하천의 경우보다 난해하다고 할 수 있다. 본 연구는 감조하천의 유출특성 분석에 관한 기초적인 연구로 향후 감조하천 구간에 설계되는 수공구조물의 설계, 혹은 치수목적으로 설계되는 유수지 등의 설계에 이용될 유량자료를 제공하기 위함이다. 유량자료를 생산하기 위해서는 대상 수위관측소지점의 수위-유량관계곡선식으로부터 수위-수문곡선을 유량-수문곡선으로 환산하여야 한다. 이렇듯 유량자료는 곡선식의 정밀도에 전적으로 좌우되기 때문에 신뢰성 있는 곡선식 개발은 중요한 일이다. 본 연구에서는 감조하천에서의 유량자료 생산과 유출 특성을 분석하고자, 만경강 수계에 위치하는 목천 지점을 대상유역으로 선정하였다. 2006년 저 평수기 및 홍수기에 걸쳐 유량측정을 실시하여 다수의 유량측정성과를 확보하였으나 조위의 영향으로 산만한 수리특성을 보였다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한 영향을 파악하기 위해서 감조의 영향권에서 각각의 유량이 어떻게 변화하는지 검토하고자 국립해양조사원 해양자료실의 조위관측소에서 제공하는 군산외항 지역의 조석예보표를 이용하여 분석하였다. 본 연구의 분석 결과, 유량측정 당시 간조와 만조의 영향권에서 측정이 이루어진 관계로 유량과 유속 등의 수리 특성이 많은 변화가 발생한 것으로 분석되었다. 이와 같은 영향으로 목천과 같은 감조하천의 경우, 저수위 측정성과는 그 분산정도가 심해 일반화된 수위-유량관계 곡선의 개발이 의미 없다고 판단되며, 홍수기에 측정된 성과를 바탕으로 고수위대의 수위-유량관계 곡선식을 개발하여야 할 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 일부 확인된 바와 같이, 일반적인 자연하천이 아닌 감조하천의 경우는, 각각의 수위대별 유량 값의 변화가 발생하는 바 기간별 혹은 간조와 만조부를 포함하여 유량측정을 하여야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.344-344
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• 2022

최근 기후변화에 따른 집중호우, 태풍의 규모 및 빈도가 증가하고 있다. 도시지역은 전통적인 배수체계가 한계에 도달함에 따라 기후변화에 대한 취약성이 다른 지역에 비하여 더욱 크게 나타나 기후변화에 효과적으로 적응하기 위한 방안으로 도심녹지, 빗물정원, 투수포장 등 그린인프라 확충의 중요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 도시하천 유역 내 그린인프라 확충에 따른 강우유출특성의 변화를 살펴보고자 하였다. 그린인프라의 확충은 불투수층을 투수층으로 변화시켜 물순환 건전화에 기여한다. 본 연구에서는 부산의 대표적인 도시하천 유역인 온천천유역을 대상으로 강우유출모형인 HSPF를 적용하여 유역 내 투수층 증가에 따른 유출특성의 변화를 살펴보았다. 온천천 유역을 세 개의 소유역(온천천 상류, 세병교, 온천천 하류)으로 구분하고 현재 상황(불투수면적비 각각 90.98, 92.96, 94.25%)에서 불투수면적을 10%씩 감소시켜가며 유역 내 지표유출량, 침투량의 변화를 살펴보았으며, 온천천 유량(갈수량, 저수량, 평수량, 풍수량, 홍수량)의 변화를 분석하였다. 분석 결과 유역 내 불투수면적 감소에 따라 강수의 침투가 증가하고 이에 따른 지표유출이 감소함을 확인할 수 있었다. 유역 내 불투수층이 감소함에 따라 지표유출량은 최대 32%까지 감소하고 침투량은 최대 71%까지 증가하는 것으로 나타났다. 또한 온천천의 갈수량, 저수량, 평수량, 풍수량은 증가하는 반면, 홍수 시의 유량을 의미하는 홍수량은 최대 15% 이상 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 유역 내 불투수층의 감소를 통해 평상시에는 추가적인 하천유량 확보가 가능하며, 홍수 시에는 반대로 홍수량을 저감시킴으로써 이에 따른 피해를 줄일 수 있음을 의미한다. 본 연구를 통해 그린인프라가 하천유량 확보 및 홍수량 저감을 통해 유역의 물순환 건전화에 긍정적인 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 효과적인 기후변화 적응을 위해 도시하천 유역의 그린인프라 확충을 위한 노력을 기울일 필요가 있다.

• 지질공학
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• 제23권4호
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• pp.375-380
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• 2013

안전채수량 개념은 지하수 양수와 함양과의 균형에 초점을 맞춘 방법으로 자연적으로 배출되는 지하수 유출량에 대해서는 고려하지 못한다. 또한 하천과 연결된 충적대수층은 물공급과 수질면에서 상호 연결되어 있기에 별도로 이해하거나 관리할 수 없다. 따라서 미국 캔자스의 일부 지역에서는 기존의 안전채수량을 재평가하여 자연 지하수 배출량과 하천-대수층 상호작용을 고려한 수정된 안전채수량 개념을 제시하였고, 기저유량의 일정부분을 포함시키기 위해 최소하천유출량(MDS) 개념을 도입하였다. 본 연구에서는 수정된 안전채수량 개념을 우리나라에 맞게 적용하기 위해 하천유출과 연계한 개발가능량 산정방법을 제시하였다. 이를 위해 유출수문곡선으로부터 기저유출량을 분리하여 유황곡선으로 표시한 후, 결정된 최소하천유출량에 해당하는 양을 누적기저유출량에서 배제함으로써 개발가능량을 결정한다. 이 방법을 SWAT-K모형을 이용하여 통합모델링이 수행된 바 있는 무심천 유역에 대해 적용한 바, 연평균 개발가능량은 약 86 mm로 산정되었고, 각 소유역별로도 하천과 연계한 지하수 개발가능량을 구할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1469-1473
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• 2007

일반적으로 자연하천에서의 유량측정은 현장의 접근성 및 측정자의 작업숙련도 등의 문제로 인하여 측정자료의 신뢰도 저하는 물론, 강우관측이나 수위관측과 같이 연속적으로 유량자료를 확보하기에는 기술적, 경제적으로 매우 어려운 실정이다. 현재 실무에서는 연속적인 유량자료를 확보하기위해 하천수위와 관계로부터 수위-유량관계곡선(Rating Curve)을 작성한 후, 연속적으로 관측된 수위로부터 유량을 환산하여 유량자료를 생산하고 있다. 그러나 우리나라는 년강수량의 2/3가 홍수기인 $6{\sim}9$월 사이에 집중되는 반면, 갈수기인 10월에서 그 다음해인 3월까지는 년강수량의 1/5에 불과함에 따라 하천유황의 계절적 변동성이 심하게 발생하며, 이로 인해 홍수기를 전 후로 지속적인 하상변동이 발생하여 수위-유량관계를 크게 왜곡시키고 있다. 특히 본 연구의 대상유역인 금강수계 상 하류 5개 지점에서는 년유출량의 상대오차가 10%이하인 경우가 11%에 불과하여 왜곡된 수위-유량관계로부터 산정된 유량자료의 신뢰도는 매우 낮은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 기 개발된 유역유출예측시스템(RRFS)의 실제 적용성을 평가하고 확장 보완하기 위해, 하천 본류의 제어지점(Control Point) 및 소유역 출구지점의 유량자료에 대한 신뢰도를 평가함은 물론, RRFS 주요제어지점에 대한 유출특성을 파악하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.167-167
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• 2021

2018년 재해연보에 따르면 최근 10년간 자연재해는 태풍과 호우에 의한 평균피해액이(301,680백만원) 전체 재해평균피해액(344,124백만원)의 87.6%로 나타났다. 이처럼 물 관련 재해가 다른 재해에 비해 상대적으로 큰 비중을 차지하는 대표적 원인은 국지성 집중호우의 발달과 개발로 인한 불투수면적의 증가 및 지표면 유출량의 증가등이 있다. 이러한 요인들로 하천범람이 지속적으로 증가하고 있으며 이에 대응할 치수계획수립이 필요한 실정이다. 세종특별자치시의 하천기본계획(2020.01)에 따르면 세종특별자치시의 금남면 도남리의 도남천지구는 제방고 및 여유고 부족과 인명 및 재산피해 우려 지역으로 하천재해 위험지구로 선정되었다. 따라서 본 연구의 목적은 도남천지구에 강우-유출모형을 적용하여 빈도별 월류위치 파악과 하천범람지도를 작성하여 대피범위등 유역치수계획수립시 기초자료에 활용 되고자 한다. 강우분석을 위한 강우관측소 선정은 티센망 확인을 통하여 공주시(반포중) 강우관측소를 선정하였다. 강우분석은 자료기간이 짧은 강우관측소에서도 확률강우량을 산정할 수 있는 지역빈도해석을 하였으며 분석결과 적합한 확률분포형은 GEV인 것으로 나타났다. 빈도별 홍수량 산정을 위해 HEC-HMS모형을 이용하였으며 산정방법은 깅우-유출 관계 분석 방법에 의한 다양한 합성단위도 방법중 일관성과 객관성이 입증되어 온 Clark단위도 법을 사용하였다. 산정한 홍수량을 HEC-RAS모형에 적용하여 월류구간을 파악하였으며 월류위치 및 대피범위를 가시화 하기 위해 HEC-GeoRAS모형을 사용하여 빈도별 하천범람지도를 작성하였다. 본 연구는 도남천지구에 빈도별 하천범람지도를 작성 하였다. 이를 통하여 하천범람시 대피범위등 유역치수계획 수립 시 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.340-344
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• 2008

최근의 급속한 도시화로 인한 불투수면적의 증가는 첨두유량의 증가, 홍수도달시간의 단축을 야기해 도시유역의 홍수 피해를 증가시키고 있다. 특히 하천 홍수위 상승에 의한 외수피해와 순간적인 집중호우에 의해 도로 노면수의 배수불량에서 기인하는 내수피해가 겹치는 경우 도시유역의 홍수피해는 더욱 가중된다. 이러한 도시홍수의 피해를 방지하기 위해서는 구조적 또는 비구조적인 대책수립이 필요하다. 구조적 대책의 경우 효과적이나 예산과 공기 등의 문제가 있으며, 중추적인 해결책이 되지 않으므로 도시홍수예보 시스템의 개발이 필요하다. 일반적으로 홍수예보에는 유출해석모형이 활용되고 있다. 유출해석모형 중 SWMM 모형은 맨홀 및 우수관망의 고려가 가능하여 하천과 우수관로가 연계된 도시 유출특성의 모의가 가능하여 도시홍수예보에 적합한 모형이다. 그러나 SWMM은 소배수유역의 분할 및 계산시간의 제약으로 대체적으로 유역면적이 $100km^2$ 내에 적용되는 한계를 가지고 있다. 따라서 본류 및 지류하천과 우수관로가 연계되는 $100km^2$ 이상인 도시유역의 홍수예보를 위해서는 우수관망 해석 및 하천흐름해석의 연계가 필요하다. 본 연구에서는 중규모 유역의 도시홍수예보를 위해 SWMM과 HEC-RAS 모형을 연계하는 방안을 제시하였다. 중랑천 유역을 대상으로 SWMM 모형을 이용하여 소유역의 지표 및 관망유출과 지류하천의 유출 분석을 수행하였고, 중랑천 본 류구간에 대해서는 HEC-RAS 모형을 구축하여 하천의 부정류 해석을 수행하였다. 또한, SWMM으로 계산된 배수구역별 유출해석 결과를 HEC-RAS의 지류유입량으로 활용하여 본류의 지류유입 영향을 고려하도록 하였으며, 원할한 연계를 위해 SWMM과 HEC-RAS를 연계한 시스템을 구축하였다. 결과적으로 SWMM과 HEC-RAS를 연계시스템 통한 모의유량이 관측유량과 유사한 결과를 보였으며, 도시홍수예보를 위한 SWMM과 HEC-RAS의 연계는 복잡한 도시유역의 홍수관리에 활용성이 클 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.216-216
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• 2017

제주지역의 하천은 일정강우 이상 발생 시 하천 표층이 포화된 후 갑작스러운 유출이 발생되며, 강우에 의해 점진적으로 하천유량이 증가하는 내륙지역 하천과는 다른 유출특성을 보인다. 그러나 제주지역 하천특성에 관한 연구는 최근부터 진행되어 현재까지도 내륙지역의 하천계획의 방법을 적용되고 있다. 이 연구에서는 제주도 한천유역을 대상으로 국내에서 적용되는 설계홍수량 산정방법을 적용하여 문제점을 도출하고, 지형 및 지역특성을 분석하여 설계홍수량 산정 시 매개변수의 적용방안을 개선하였다. 홍수량 검증을 위해 보유하고 있는 현장관측 자료 중 가장 큰 첨두유량이 발생한 3개의 사상을 선정하여 비교하였다. 기존 홍수량 산정방법을 이용하여 한천유역의 유출량을 산정한 결과 78.7 ~ 317.8 cms, 14.3 ~ 37.5%의 오차율로 관측자료 대비 큰 오차를 범하는 것으로 검토되었다. 한천유역의 상류지역은 45%로 매우 급한 경사형태를 보이고, CN산정 시 경사보정을 통해 홍수량을 산정한 결과 기존의 유출특성 대비 1.47 ~ 6.45% 개선되었다. 관측자료 기반 강우-유출의 최적화 기법을 통해 산정된 도달시간을 적용하여 홍수량을 산정한 결과 4.39 ~ 16.67% 개선되었으며, 한천유역을 소유역으로 구분하여 홍수량을 산정한 결과 9.92 ~32.96% 개선된 결과가 도출되었다. 이러한 결과는 지역별 함양특성과 급한 경사 특성, 토지이용에 따른 유역특성이 적용되고, 지역별 초기손실이 반영되어 홍수유출곡선이 실제 관측자료와 유사하게 나타나는 것으로 기존방법의 경우 전체 유역에 평균값이 일괄적으로 적용되기 때문에 실제관측자료와 큰 오차를 나타내는 것으로 분석되었다.