• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.112-112
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• 2018

최근 이상기후로 인한 국부적인 혹은 광역적인 가뭄이 빈번하게 발생하고 있는 추세이며 발생횟수 뿐 아니라 가뭄 심도 및 지속기간이 과거보다 크게 증가하여 그에 따른 피해가 커질 것으로 예측되고 있다. 특히, 2014~2015년도의 유례없는 가뭄으로 인해 저수지 용수공급이 제한되면서 많은 농가들이 피해를 입었다. 본 연구의 목적은 전국 농업용 저수지를 대상으로 기상청 3개월 예보자료를 활용 할 수 있는 농업용 저수지 저수율 다중선형 회귀 모형을 개발하여 저수율 전망정보를 생산하는 것이다. 본 연구에서는 전국에 적용 가능한 저수율 다중선형 회귀 모형개발을 위해 5개의 기상요소(강수량, 최고기온, 최저기온, 평균기온, 평균풍속)와 관측 저수지 저수율을 활용했다. 기상자료는 2002년부터 2017년까지의 기상청 63개 지상관측소로부터 기상관측자료를 수집하였다. 본 연구에서는 저수율 전망 단계를 세 단계로 나누었다. 첫 번째 단계로 농어촌공사에서 전국 511개 용수구역을 대상으로 군집분석 및 의사결정나무 분석을 통해 제시한 65개 대표저수지를 대상으로 기상자료 및 관측 저수율 자료를 이용하여 다중선형 회귀분석을 실시하였다. 수집한 기상요소와 저수율을 독립변수로 하여 월별 회귀식을 산정한 결과 결정계수($R^2$)는 0.51~0.95로 나타났다. 두 번째 단계로 대표저수지의 회귀분석 결과를 전국의 저수지로 확대하기 위해 나이브 베이즈 분류법을 적용하여 전국 3098개의 저수지를 65의 군집으로 분류하고 각각의 군집에 해당되는 월별 회귀식을 산정하였다. 마지막으로 전국 저수지로 산정된 회귀식과 농업 가뭄 예측을 위해 기상청의 GS5(Global Seasonal Forecasting System 5) 3개월 예보자료를 수집하여 회귀식에 적용해 2017년 전국 저수지의 3개월 저수율 전망정보를 생산하였다. 본 연구의 전국 저수지 군집결과 기반의 저수율 전망기술은 2017년도 관측 저수율과 비교한 결과 유의한 상관성을 나타냈으며 이 결과는 추후 농업용 저수지의 물 공급 및 농업가뭄 전망 자료로서 이용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.321-326
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• 2012

장기유출모형을 이용하여 농업용저수지 유입량을 예측하고 농업용수 필요수량 및 홍수기 저수지 홍수조절을 통한 방류량 데이터를 이용하여 장기간에 대한 농업용저수지 저수율을 계산하였다. 계산결과와 실측 저수율 데이터의 비교 검증을 통하여 모형의 적용성을 평가하였다. 대상유역은 담양댐 지점이며 유역면적은 $47.2km^2$ 이며 주 하천 연장은 12.0km 이다. 담양댐은 저수용량에 비하여 유역면적이 작기 때문에 댐 계획 당시 순창군 구림면에 유역면적 $18.4km^2$ 인 2개의 보를 축조하여 유역변경방식으로 간접유역 유출량을 비관개기 및 홍수시에 도수하며 최대 도수량은 $10m^3/s$이다. 장기유출모의는 한국수자원공사(2001)에서 수행한 전역최적화기법인 콤플렉스 혼합진화기법을 통하여 추정된 나주지점의 모형보정 성과를 활용하였으며 모의기간은 1981-2010년(30년)이다. 장기유출모의 결과 담양댐 유역의 평균 유출율은 67% 인 것으로 분석되었다. 농업용수 필요수량은 한국농촌공사에서 산정한 연도별 필요수량 산정결과를 이용하여 실측 농업용수 월별 방류량 자료를 기준으로 관개개간인 4월 21일-9월 20일(163일)동안 월별로 분배하여 적용하였다. 홍수조절은 기존 댐 상시만수위, 홍수기제한수위 데이터를 근거로 운영하였다. 일별저수지 운영모형은 미공병단의 HEC-5 모형을 이용하였으며 한국농어촌공사 농촌용수종합 정보시스템(RAMIS)의 댐 일별 저수율 현황과 기존저수지 일별 저수지 모의운영결과를 비교 검증하였다. 모형수행결과 실측저수율과 모형수행결과의 상관계수는 0.93 인 것으로 분석되었다. 연구결과, 장기유출모의 결과와 연계하여 농업용수, 하천유지용수, 홍수조절을 고려한 저수지 운영을 통하여 비교적 정확하게 농업용저수지 저수율을 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구성과를 바탕으로 농업용저수지의 장기적인 용수수급현황을 예측하여 효율적인 용수공급계획을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.179-179
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• 2021

가뭄은 농작물 수확량 및 농업생산시스템에 영향을 주는 등 농업분야의 주요 문제이며 이는 피해를 야기하므로 농업가뭄의 대안 마련 및 모니터링이 필요한 실정이다. 농업현장에서의 용수공급의 경우 기상학적 가뭄이 발생하더라도 농업용 수리시설물에 의한 농업용수 공급이 가능하여 기상학적 가뭄과 농업현장에서 체감하는 가뭄은 상이하다. 따라서 농업가뭄 피해를 최소화하기 위해서는 농업현장에 직접적인 영향을 주는 농업용 수리시설물의 관리는 매우 중요하다. 본 연구에서는 국내 100만톤 이상의 농업용 저수지 중 시범지역을 선정하여 2017년의 일별 저수율을 정규화한 후 미국국립가뭄경감센터 (National Drought Mitigation Center, NDMC)에서 가뭄을 모니터링하는데 사용하는 Percentile을 활용하여 농업용 저수지의 관리기준을 제시하고자 한다. Percentile을 활용하여 저수율 기준을 관심, 주의, 경계, 심각 수준으로 분류하고 당해 저수율의 단계별 빈도를 파악하고자 한다. 그 후 표준강수지수(Standrad Precipitation Index, SPI)를 활용한 2017년 가뭄의 공간분포와 2017년 저수율 관리기준 빈도에 따른 공간분포를 구축하여 비교 분석 해보고자 한다. 본 연구는 농업가뭄 모니터링을 위한 정책 마련에 활용될 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.396-396
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• 2020

기후변화는 여러 수자원 문제를 야기하며, 특히 가뭄으로 인해 농업용 저수지의 물관리는 점점 중요해지고 있다. 여러 둑높이기 농업용 저수지 중 나주호는 수혜면적에 비해 유역면적이 작아 저수율관리에 어려움을 겪고 있다. 실제로 2017년과 2018년 가뭄이 발생함에 따라 저수율이 20 %까지 저하되었으며, 수혜구역내 간이 양수장, 양수 저류 등 가뭄대책이 시행되었다. 그럼에도 불구하고 나주호의 저수율이 회복되지 않아 단수를 실시하는 등 물관리에 어려움을 겪었다. 이 연구에서는 저수지인 나주호를 대상으로 기상자료, 나주호의 저수율, 공급량 자료를 바탕으로 CAT 모형을 적용 가뭄년도의 유입량 변화를 추정하였다. 검보정의 경우 CAT 3.0 버전에 포함된 SCE-UA 최적화기법을 이용하였다. 그 결과, 2008년부터 2019년까지의 평균 연간 유입량은 6,549 만㎥으로 분석되었으며, 평균 연간 유출율은 48 %로 조사되었다. 하지만, 가뭄이 발생하였던 2017년도의 경우 평균 연간 유입량이 2,070 만㎥, 유출율은 27 %로 조사되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.118-118
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• 2011

농림수산식품부에서 추진중인 "농업용저수지 둑높이기사업"의 기본 목표는 이 치수측면에서 농업지역 관개용수의 공급과 함께 하류하천 지역용수의 공급이고, 더불어 재해측면에서 취약한 농업용저수지를 보강하는 것이다. 하드웨어적으로는 수자원의 확보를 위해 저수지의 둑을 높이는 방법을 선택한 반면에 소프트웨워적인 물관리 운영의 측면은 운영기법이 정립되어 있지 못하다. 특히, 사업후 용수공급대상이 달라지는 만큼 기존 공급시스템 및 관리방식으로는 효과적인 공급이 될 수 없기 때문에 새로운 체계의 시스템이 필요하고, 확보된 수자원의 배분 관리에 따른 각종 민원 및 사회적 갈등 방지를 위한 기준 검토 및 대책 마련이 시급하다. 또한, 최근 부각된 기후변화에 대비할 수 있는 이 치수측면의 운영기준의 마련이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 농업용 저수지 둑높이기사업을 통해 재개발되고 있는 농업용저수지에 대한 물관리 운영 표준안을 개발하고자 한다. 농업용저수지의 수문학적 특성은 비교적 소규모이고, 하천의 최상류에 위치해 있으며, 유역의 형태별로 유출특성이 지역에 따라 매우상이하다는 것이다. 또한 농업용저수지의 용수공급은 기존에는 관개용 목적의 농업용수공급만을 목적으로 건설되었기 때문에 홍수조절능력이 없으며 지역의 기상에 따라 관개기와 비관개기 그리고 갈수기와 홍수기로 구분하여 저수지를 관리하고 있는 특징이 있다. 농업용저수지의 저수율관리와 방류량 결정이 운영방안의 핵심사항으로 지금까지는 논농업 기간의 용수공급과 홍수기 재해대비를 위한 저수율 조정에 초점이 맞추어져 왔다. 또한 기존 물관리는 특정기간에 집중적으로 방류하고 이앙기가 끝나면 대부분 장마가 시작되어 크게 한발의 영향을 받지 않았으며, 농업용저수지의 공급량 결정도 논농업의 작부체계와 기상조건을 고려한 필요수량 계산으로 이루어졌기 때문에 물관리가 비교적 간단하였다. 하지만 둑높이기사업 후 기존 농업용수를 공급함과 동시에 하천유지용수를 연중 공급해야 하기 때문에 경험적 물관리로는 갈수기간 동안의 물관리 및 홍수기 동안의 저수율 조정 문제를 해결할 수 없다. 따라서 기왕의 경험적 용수공급에서 탈피하고 가이드라인에 의한 방류가 이루어져야 용수목적별 공급이 원활하게 이루어질 수 있으며, 이를 위해서는 물수지 분석 등 기술적으로 분석해야하는 과정을 종합하여 관리자가 쉽게 운영할 수 있도록 의사지원체계가 구축되어야 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.704-704
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• 2012

우리나라에 16,000개 이상의 농업용 저수지가 존재하고 있으나, 대부분의 농업용 저수지는 홍수조절량을 갖고 있지 않다. 하지만, 농업용 저수지는 관개용수의 공급으로 홍수기 (6-8월)에 빈 공간이 생겨 실제로 홍수조절량을 갖게 되나, 지금까지 이에 대한 평가는 전반적으로 이루어지지 않은 실정이다. 농업용 저수지의 저수율은 일반적으로 관개기 직전인 4월말에 100%가 되고 관개기 동안 서서히 감소하며 홍수기에는 홍수의 유입으로 증가하다가 이후 용수공급으로 인해 감소하여 관개기의 끝인 9월 중순에는 최소가 된다. 홍수조절량은 일반적으로 [유효저수량 ${\times}$ (1-저수율)]로 산정된다. 본 연구에서는 유효저수능력 100만 $m^3$ 이상의 농업용 저수지를 대상으로 홍수조절능력을 평가하고자 하였다. 1,000만 $m^3$ 이하의 저수지 16개, 1,000만 $m^3$ 이상의 저수지 15개로 대상으로 각각의 저수지에 대한 21년 (1991-2011년)동안의 저수율 자료를 이용하여 10년 빈도 강수량의 해를 대상으로 유효저수량과 월별 홍수조절량의 회귀식을 유도하였다. 또한, 이 회귀식을 이용하여 유효저수량 1,000만 $m^3$ 이하 397개, 1,000만 $m^3$ 이상 34개의 농업용 저수지의 유효저수량으로부터 홍수조 절량을 추정하였다. 월별 홍수조절량은 1000만 $m^3$ 이하 소규모 저수지에서 6월 1.9억 $m^3$, 7월 0.4 억 $m^3$, 8월 0.9억 $m^3$ 이며, 1000만 $m^3$ 이상 중규모 저수지에서 6월 2.0억 $m^3$, 7월 1.1억 $m^3$, 8월 1.2억 $m^3$으로 나타났다. 총 저수지에 대한 각각 홍수조절량의 비율은 유효저수량 1000만 $m^3$ 이하 소규모 저수지에서 6월 (49 %) > 8월 (41 %) > 7월 (26 %) 순으로 나타났으며, 1000만 $m^3$ 이상 중규모 저수지에서 6월 (51 %) > 8월 (59 %) > 7월 (74 %) 순으로 나타났다. 두 종류의 저수지의 유효저수량은 비슷하나, 홍수조절량은 소규모보다 중규모 저수지가 더 크다고 판단된다. 여기서 얻은 결과는 우리나라의 농업용 저수지의 홍수조절용량을 설정하는 지표를 제시하는 데 사용할 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.508-508
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• 2022

1973년 기상관측 이후 5년에서 7년 주기로 전국적 및 국지적 가뭄이 반복되고 있으며, 2010년을 기점으로 매년 가뭄이 발생하는 등 지역적 가뭄의 발생빈도도 증가하고 있다. 이러한 가뭄은 특히 농작물 생육 및 수확과 같은 농업 부분에서 가장 큰 영향을 미치고 있으며, 가뭄의 선제적인 대응을 위해서는 시공간적인 진행 상황이나 강도를 객관적인 기준을 통해 파악해야 한다. 가뭄의 경우 2016년 범부처 가뭄예·경보제를 시범 운영하여 2017년부터 본격적으로 시행하고 있으며, 매월 시군별 지역에 대한 농업용수의 가뭄 상황을 4단계 (관심, 주의, 경계, 심각)로 구분하여 발표하고 있다. 농업가뭄의 경우 저수지, 양수장과 같은 농업수리시설의 능력에 대한 의존도가 높아 가뭄이 발생했을 경우, 용수공급시설에서 용수공급이 가능한 물의 양을 파악하여 가용용수 능력을 평가함으로써 농업가뭄에 대응할 수 있는 정도를 파악해야 한다. 현행 농업용 저수지 물 관리 운영의 경우 과거 경험에 의존하는 실정으로 용수관리 및 물 관리자의 개인 역량에 따른 편차가 발생하고 있다. 또한, 전국 모든 농업용 저수지에 평년 저수율을 적용하여 가뭄단계를 산정하기 때문에 개별저수지의 특성을 반영하지 못하는 한계를 갖고 있다. 본 연구에서는 가뭄예·경보를 위한 농업용 저수지 저수율의 가뭄단계별 기준을 개선하고자 한국농어촌공사 관할 농업용 저수지 3,400개를 대상으로 백분위수 (Percentile)를 적용한 저수지 이수관리 기준을 제시하고자 한다. 또한, 빈도분석 및 연속이론 (Run theory)을 적용하여 과거 및 현행 가뭄 판단 및 이수관리 기준들의 가뭄에 대한 선제적 대비능력 및 민감성을 비교·분석하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2020

최근 기후변화의 기온 상승 및 강수량 증가의 영향으로 농업용수 수요량이 증가하고 있다. 이에 따라 농업용수의 약 60%를 공급하는 농업용 저수지의 용수 수요의 변화와 그에 따른 공급능력에 대한 평가가 필수적이다(한국농어촌공사, 2019). 본 연구에서는 기후변화 시나리오를 기반으로 농업용저수지 물수지 모의 프로그램인 DIROM(Daily Irrigation Reservoir Operation Model) 모형을 활용하여 우리나라 미래 필요수량 변화에 따른 농어촌용수 수요 변화를 분석하고, 가뭄대책단계별 관리수위를 활용해 공급능력을 평가하고자 한다. 필요수량 분석을 위해 2018년 농업생산 기반시설 통계연보의 논면적 자료 및 농어촌용수 이용 합리화계획(2015~2024)의 수로손실, 삼투량 자료를 구축하였고, 공급능력 평가를 위해 한국농어촌공사 관할 3,666개 저수지 중 저수지 시설규모, 수혜면적 등을 고려하여 선정한 426개 저수지를 대상으로 농업기반시설관리시스템(RIMS)의 저수지 제원, 내용적 곡선 및 평년저수율 자료를 수집하였다. 기후변화 시나리오는 기상청으로부터 제공받은 HadGEM3-RA RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 시나리오를 이용하였으며 기후변화 시나리오 기간을 S1(2021-2040), S2(2041-2070), S3(2071-2099)로 구분하여 분석하였다. 전국 필요수량을 산정한 결과 평년(1981-2005) 대비 S1, S2, S3에서 각각 12.0%, 9.1% 16.4 % 증가하여 미래로 갈수록 증가하는 경향이 나타났다. 426개 저수지에 대한 물수지 분석을 통해 저수율을 산정하고 평년저수율을 통해 산정한 가뭄대책단계별 관리수위를 기준으로 용수공급능력을 파악한 결과 저수율이 40% 미만 일이 평년대비 S1, S2, S3에서 15.9일, 11.8일, 18.1일로 증가하였다. 본 연구의 결과는 미래 기후변화에 따른 농업용 저수지 용수관리계획 및 의사결정 자료로 활용 될 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.214-220
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• 2006

본 연구의 목적은 지역별 농업가뭄의 평가를 위하여 농업가뭄지표의 적용성을 분석하는 것이다. 가뭄발생 상황에 분석은 SPI, PDSI, SWSI, CMI, Decile 및 Percent of Normal에 대하여 농업가뭄에 대한 적용성을 검토하였다. 기존 가뭄지수에 대한 가뭄발생시기 및 심도에 대한 분석을 통하여 농업가뭄을 잘 나타낼 수 있는 농업용 저수지 저수율과 3개월 지체된 표준강수지수, 평년강우비율, 무강우일수 등 4가지를 농업가뭄지표로 선정하였으며, 이들 지수를 통하여 가뭄평가에 적용하였다. 농업가뭄 평가를 위하여 평시대비단계, 가뭄우려단계, 가뭄확산단계의 3단계로 구성된 기존의 가뭄단계를 가뭄진행상황의 판단을 위해 6단계로 세분하여 이에 대한 기준을 정립하였다. 농업용 저수지의 저수율에 따른 농업가뭄의 판단은 영농시기에 대한 농업용수의 공급에는 적당하지만, 겨울에서 봄으로 이어지는 영농준비시기 및 논에서의 영농이 끝난 후의 가을철 이후의 가뭄에 대해서는 대표적인 기준으로서는 미흡한 것으로 나타났다. 농업용 저수지의 저수율에 따른 농업가뭄의 표현은 저수율의 지연효과, 저수율과 가뭄심도의 일반화된 상관성을 수립하기 어려운 단점이 있으므로, 영농상황에 따른 시기별 저수율의 고려할 수 있도록 구성하고, 표준강수지수, 평년강우비율 및 무강우일수 등의 지수를 이용하여 보완하도록 하였다. 이를 통해 제시된 농업가뭄지표 및 가뭄단계에 의한 농업가뭄 평가 결과 농업가뭄 발생시기, 지속기간 및 심도에 대한 적용성이 우수한 것으로 분석되었다. 농업가뭄지표 및 농업가뭄단계는 농업가뭄 평가 및 웹기반 정보제공시스템의 구축을 통하여 농업가뭄 분석 및 판단에 이용하고 있다. 농업가뭄의 분석 및 평가를 위한 농업가뭄 평가시스템은 가뭄분석을 위한 자료의 수집 및 분석, 농업가뭄심도의 분류, 지역별 농업가뭄 상황의 도식화 등을 수행하도록 구성되어 있다. 농업가뭄 평가시스템을 통해 구축된 시기별, 지역별 분석결과는 DB를 통하여 관리되며, 홈페이지를 통하여 실시간 분석결과를 제공할 수 있도록 웹기반 정보제공시스템을 구축하였다. 이상과 같은 농업가뭄 평가 및 웹기반 정보제공시스템은 현재 한국농촌공사 농어촌연구원에서 시범운영중에 있으며 농업가뭄의 평가 및 대책수립을 위한 지원수단으로 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권5_4호
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• pp.1125-1134
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• 2023

우리나라의 17,000여개의 저수지 중 13,600개소의 소규모 농업용 저수지에는 수문 계측 시설이 설치되지 않아서, 저수율 예측과 합리적인 저수지 운영이 쉽지 않다. 본 연구는 인공지능 기술을 이용하여 농업용 저수지의 저수율을 예측하는 것을 목적으로 하며, 단변량 long short-term memory (LSTM)에서 저수율 그 자체를 사용하는 것뿐만 아니라, 다변량 LSTM에서 강수 등의 기상변수와 시기 등의 계절변수를 추가하여 예측에 활용하였다. 이동저수지의 2013년부터 2020년까지 8년간 데이터로 모델을 학습시키고, 모델의 예측 결과를 2021년의 일일 저수율 데이터로 검증하였다. 단변량 LSTM은 1일 후 저수율을 root-mean square error (RMSE) 1.04%, 3일 후 2.52% 이내, 5일 후 4.18%의 오차로 예측하였으며, 다변량 LSTM은 1일 후 저수율을 RMSE 0.98%, 3일 후 1.95%, 5일 후 2.76%의 오차로 예측하여 더 좋은 성능을 보였다. 1일 후 저수율을 예측하는 다변량 모델의 경우, 시계열 저수율 이외에도 date of year (DOY)와 1일 및 5일 누적 강수량이 중요한 변수인 것으로 나타났는데, 이를 통해 볼 때 당일 저수율에 영향을 미치는 강수의 시간적 범위는 5일 정도인 것으로 사료된다.