• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.371-371
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• 2019

우리나라는 홍수기(6~9월)에 집중되는 기상패턴과 하천 중하류부에 발달된 도시의 개발특성으로 인하여 가장 중요한 자연재해 중 하나로 홍수 및 도시침수가 거론되고 있다. 과거 집중호우로 침수 피해가 발생한 사례를 살펴보면, 피해가 발생하는 지역은 지방하천 및 소하천을 중심으로 형성된 도시지역이다. 중앙 지방 정부는 수차례 침수 피해를 겪으며 사후관리가 아닌 재난예방 및 사전관리 등의 방안 마련을 강조하고 있다. 하지만 기후변화에 의한 기상의 불확실성으로 치수 중심의 물관리 및 중 소하천의 하천 특성으로 여전히 홍수 발생에 대비할 수 있는 골든타임 확보 등에 어려움을 겪고 있다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 사전 예방적 차원에서의 홍수대응 방안으로 중 소하천을 담당하는 지자체 중심의 홍수피해 저감 방안이 필요하다. 본 연구에서는 A 지자체를 대상으로 모니터링 대상 경계를 설정하여 우량 알람 기준을 예비알람, 주요 관측지점에 대해 강우에 따른 수위 상승 정도를 홍수대응 기준인 직접알람과 연계함으로써 예방적 재난대응 체계를 구축하였다. 모니터링 대상 지역은 해당 지자체를 포함하면서 유역 개념을 적용하여 만경강유역 전체로 설정하였다. 만경강 유역 내 유관기관(지자체, 환경부, K-water, 기상청 등)이 관할하는 우량국(41개소) 및 수위국(28개소), 저수용량이 30만톤 이상이 되는 농어촌공사 저수지(7개소)를 고려하여 홍수분석 모형(COSFIM)을 구축하였다. 해당 모형은 2018년 8월 호우사상에 대해 주요 수위관측 지점에서 $R^2$가 0.8 이상의 우수한 검증 결과를 보였다. 구축된 모형을 통해 예상강우량별 하천 내 수위지점별 최고수위, 최대유량, 도달시간 등 예상 조견표를 제시하여 호우 발생시 지자체 담당자가 참고할 수 있도록 제시하였다. 또한 수위지점별 홍수대응 기준은 평시, 관심, 주의, 경계, 심각 단계로 구분하여 담당자가 수위별 위험 정도를 인지할 수 있도록 지점별 도달되는 수위의 위험 정보를 알람기준으로 제시하였다. 홍수분석 모형은 상류에 위치한 주요시설물의 운영현황을 연계하고 있어 실제 강우 발생 시 기상예보를 고려하여 하천 내 수위관측 지점별 수위 상승 정도를 예상함으로써 사전에 홍수에 대비할 수 있는 단계별 시간 확보에 활용 가능하다. 향후 홍수대응기준은 하천 환경 변화를 반영하여 지속적인 보완이 필요하며 유관기관과의 수문자료 공유체계 확대로 예방적 차원의 홍수 대응 체계가 구축되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2018

무선영상취득시스템(WIA 시스템, Wireless Image Acquisition System)은 라즈베리 파이에 전용 카메라와 WiFi 모듈을 장착하여, 하천의 영상을 실시간으로 촬영하여 무선으로 서버로 전송하는 시스템이다. 이 시스템이 갖는 가장 큰 이점은 시스템을 구성하는 비용이 매우 저렴하다는 점이다. 라즈베리 본체와 카메라 모듈, WiFi 모듈 모두 매우 저렴하고, 또 사용하는 전력이 작아서 상용 전원이 아닌 태양광 발전이나 배터리 등을 이용할 수 있다. 따라서 비용과 장소에 구애받지 않고 손쉽게 어디든지 설치하여 하천의 상시 감시나 계측에 활용할 수 있다. 또한, 상용 전원을 이용하지 않아도 되기 때문에, 산간벽지나 오지 등의 소하천 관리에도 적합하다. 본 연구에서는 이 WIA 시스템을 경상남도 김해시의 대청천에 적용하여 홍수 시 하천의 수표면을 촬영하고, 촬영된 동영상을 분석하여 수위와 유속을 동시에 계측하여 유량을 산정하였다. 라즈베리 파이에 $640{\times}480$ 화소의 카메라를 장착하여 10분 간격으로 10초간의 동영상을 촬영하고, 이를 WiFi 모듈을 이용하여 무선으로 서버로 전송한다. 전송된 동영상을 분석하기 전에 설치 지점의 3차원 좌표 변환 자료와 횡단면 좌표를 입력하여 대상 지점의 측정 매개변수를 설정한다. 즉, 이들 자료에서 영상 내의 표정점과 측정선을 설정해 둔다. 그 다음, 전송된 동영상을 시공간 영상으로 만들어 수위를 분석한다. 비슷한 방법으로 동영상에서 유속을 분석하고, 분석된 수위와 유속, 그리고 미리 설정된 횡단면 좌표를 이용하여 유량을 산정해 낸다. 설치된 WIA 시스템을 실제로 운용하여, 2017년 9월 11일의 06:10~19:00의 호우 사상 전체를 분석하였다. 10분 간격으로 촬영된 10초간 동영상 중에서 적절한 분석이 가능한 영상 77개에서 수위와 유속을 분석한 결과, 최대 수위는 0.746 m(간이수위표 기준), 최대 유속은 0.962 m/s, 최대 유량은 $12.977m^3/s$에 이르렀다. 지점 특성상 다른 유속계를 이용한 검증은 사실상 불가능하였다. 또, 하폭이 넓어서 일출 전과 일몰 후의 촬영 자료는 분석이 어려운 점이 있다. 이러한 기술적 문제들을 보완하면, WIA 시스템을 이용한 소하천의 수위와 유속 측정 시스템은 경제성이고 효율이 높은 관측시스템으로 유망할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1031-1034
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• 2010

지난 2008년 11월 중앙정부와 팔당수계 7개 시 군은 수질보전과 더불어 지역사회의 개발을 위해 2008년 '수질오염총량관리제도'(이하 오총제)의 의무제 도입을 합의하였다. 오총제의 의무제 도입에 따라 수행되어야 할 각 유역별 토지이용 특성 분석 및 배출되는 오염물질의 정도의 명확한 규명이 이루어지지 않고 있기 때문에 유역관리의 방향 설정이 어려운 상황에 놓여있다. 이에 본 연구는 기존의 농도규제에서 좀 더 과학적 수질관리 기법인 총량관리 개념의 '수질오염 총량관리제도'의 도입에 따라 효율적이며 과학적인 소유역 관리를 위해, 토지이용과 오염물질 유출 간의 관계를 파악하고자 하였다. 대상유역은 앞서 언급한 7개 시 군의 각각 주요 하천 3개소를 선정하여 총 21개소를 2009년 6월부터 12월까지 7개월 동안 월 3회씩 BOD 및 COD를 모니터링하였다. 또한 그 유역을 전수조사를 통해 토지이용도를 조사하였다. 연구결과를 요약하면, 토지이용에 따른 산림지역이 가장 많은 지역은 가평군 남양주시로 나타났고, 도시 및 주거지가 많은 지역은 여주군, 용인시 및 이천시이며, 농지가 많은 지역은 양평군 여주군으로 나타났다. COD 및 BOD의 배출 정도는 농지와 도시 및 주거지가 많은 지역에서 높은 수준(p<$0.05^*$)으로 나타났으며, 특히 도시 및 주거지가 많은 유역에서 그 정도가 더욱 심각한 것으로 나타났다. 이에 반하여 임지의 토지 이용률이 증가할수록 BOD 및 COD 평균농도는 감소하는 것으로 나타났다(p<0.001).

• 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.

• 대한환경공학회지
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• 제35권3호
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• pp.192-199
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• 2013

도시의 하천은 주민의 생활공간의 일부로서 환경적인 지속성을 위해 자연 친환경적으로 관리함이 바람직하나 현재 홍수예방, 또는 조경공사에 가까운 하천정비만 되어 왔으며 하천의 수질보전 및 관리를 위한 지속가능한 수질관리 방안의 수립이 필요한 상황이다. 탄동천은 대전시 유성구 추목동을 기점으로 갑천으로 유입되는 지방 2급 하천이다. 상류에는 군부대, 중류는 주거단지, 하류는 국가주요 연구단지, 그리고 국가적인 규모의 문화시설이 공존하는 지역으로 소규모하천의 자연 친화적 관리에 매우 좋은 예가 될 수 있을 것으로 전망된다. 본 연구는 탄동천에 대한 수질조사를 진행하고 전면적인 진단을 해보았다. 그 결과 상류의 하수처리장 방류수와 신성교 부근의 관거유출수가 주오염원으로 발견되었다. 탄동천 수질개선을 위해서는 이러한 오염원들에 대한 관리가 필수이며 그 대책으로 하수처리장 고도처리시설 도입과 하수처리장과 신성교 부근의 하천둔치에 인공습지를 설계하여 수질개선을 제안하였으며 1차원 수질모델인 QUAL2K를 이용하여 상술한 방안에 대한 수질개선 효과를 예측해 보았다. 모의결과 특히 T-P의 경우 0.05 mg/L 이하로 개선되는 것으로 모의되어 하천의 부영양화 방지에도 뚜렷한 효과가 있을 것으로 판단된다. 개선된 탄동천 수변공간은 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며 성공적인 수질관리 사례는 여타 하천관리의 설계, 시공에 큰 도움이 될 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권6호
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• pp.373-381
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• 2012

대전의 도시 소하천, 관평천 유역을 연구대상지역으로 강우시의 유량 및 수질 변화 특성을 파악하기 위한 원격 제어실시간 자동 모니터링 시스템을 설치하여 자료를 확보하고 이 시스템을 이용하여 확보된 강우시 연속측정 자료를 이용하여 도시유역 모델인 SWMM (Storm Water Management Model) 모델을 보정하는 데 사용하였다. 실시간 자동 모니터링 시스템은 강우량계, 초음파 수위계, 자동수질측정장치, 자동취수장치, 데이터 로거 및 전송장치 등으로 구성되었으며 원격으로 제어할 수 있도록 설계되었다. 강우시 유량은 초음파 수위계와 사각 위어 공식을 이용하여 지속적으로 측정이 가능하도록 설계되었으며 정확도는 수동측정을 병행하여 확인하였다. 수질센서로 측정할 수 없는 항목은 자동채수기에 의해 일정시간 간격으로 시료를 채취한 후 실험실로 이송하여 분석하여 자료를 확보하였다. 위에서 실측된 유량 및 수질 연속 자료를 이용하여 연구대상지역에 대해 SWMM 모델을 구축하였다. SWMM 모델의 보정과 검증 결과 유량은 매우 양호한 수준으로 예측하고 있으나 BOD, COD, SS, TN, TP 등의 예측은 강우 특성에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 SWMM에 나타난 바와 같은 특정 유역에 고정된 형태의 오염물질 축적과 유출현상을 나타내는 경험식이 강우 및 선행강우 특성을 반영하여 수정될 필요가 있다는 것을 시사하고 있다. 본 연구에서 제안된 빗물 자동모니터링 및 모델링 시스템은 향후 강우에 따른 하천 수질관리를 위한 유역단위의 빗물 수량 수질 관리시설의 설계 및 운영에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.2005-2009
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• 2008

하천수변조사는 하천수변의 물리 화학 생물학적 특성 파악과 이들의 상호 연관성 및 변화양상을 분석하기 위한 기초자료 수집과정이다. 하천수변조사는 치수 및 이수기능뿐아니라 하천환경 기능을 보전, 재생 및 복원시키고자 하는 하천정비사업에 이용되고 있으며, 이에 따라 하천정비기본계획, 하천환경정비사업 등에서 많은 조사가 이루어지고 있다. 그러나 수집된 자료의 형태가 대부분 도면이나 이미지 형태로 관리되고 있어 향후에 수변의 변화 상태를 갱신하기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 행정중심복합도시 권역내의 국가하천, 지방하천, 소하천을 대상으로 하천수변조사를 실시하였으며 조사결과의 체계적 관리를 도모하기 위하여 하천수변조사지도 DB 구축과 이를 관리할 수 있는 시스템을 개발하였다. 본 연구의 성과는 단기적으로는 하천환경정비시 보전 및 복원 방향의 설정, 하천의 현재 상황을 파악하고 이를 공사 진행에 반영, 공사 과정 중에서 하천의 반응상태를 파악하여 사업진행이나 방식을 개선하는데 활용될 수 있다. 장기적으로는 행정중심복합도시 조성 전후의 하천환경 및 생태변화상을 제공할 수 있고 자연친화적인 하천환경 관리를 위한 하천환경정보를 제공할 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권10호
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• pp.691-697
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• 2014

도시 하천의 지속가능한 관리를 위해서는 적절한 유역 관리가 필수적이다. 현재 대전 관평천의 상류 유역은 그린벨트지역으로 보호되어 있으나 해당 유역의 농경활동이나 도로공사 등 인위적인 요인으로 인해 관평천은 지속적인 환경문제를 나타내고 있다. 관평천의 적절한 종합 수자원 관리 계획을 수립하기 위해서는 하천의 수질문제 뿐만 아니라 유량 문제도 의미있게 고려되는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 관평천 유역에 대해 대표적인 도시형 강우 유출 모형인 storm water management model (SWMM)을 구축하고 실측자료를 활용하여 보정 및 검증을 실시하고 향후 임의의 강우 조건에 대해 하천 주요지점의 유량 및 수질을 예측할 수 있도록 하였다. 유량 보정은 상관계수($R^2$)가 0.9 이상의 양호한 수준으로 수행되었으나 수질 보정은 상대적으로 오차가 큰($0.67{\leq}R^2{\leq}0.87$) 것으로 나타났다. SWMM 모델을 이용하여 상류 유역이 개발되었을 경우 환경에 영향을 적게 미치는 LID (low impact development) 기법을 적용하는 가상의 시나리오를 구성하여 비교할 수 있는 방법을 구축하였다. 본 연구결과는 향후 관평천 상류지역을 개발하거나 환경관련 관리 계획을 수립할 경우, LID기법을 포함한 합리적인 수자원 기법 선택에 많은 도움을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.212-216
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• 2011

현재 하천 건천화에 따른 수생태계 교란 및 수질악화 등의 근본적인 문제가 발생하고 있으며, 최근 정부의 저탄소 녹색성장기조에 따라 조성되고 있는 신도시, 소규모 및 대규모 택지개발사업의 경우는 환경 친화적인 단지조성 요구에 부응하기 위해 기존 도심하천의 복원 및 인공하천의 녹색성장을 고려한 친환경적 생태하천으로 조성하고자 하는 다양한 노력이 시도되고 있으나 안정적인 생태복원의 수원확보 방안을 마련하지 못해 실제 설계가 반영되지 못하고 있다. 또한, 조성하고자 하는 소하천 혹은 실개울 등의 수질보전 및 생태계 보호 등 하천이 본래의 기능을 유지할 수 있도록 생태하천유량을 확보하는 다양한 기술들이 개발되어 있지만, 공사 유형과 주변 환경에 적합한 생태하천유량 확보 방안을 선정할 수 있는 비구조적 대책마련이 부족한 실정이다. 이러한 실정과 문제점을 고려해 볼 때, 조성하고자 하는 도시 내 자연하천 및 인공하천 조성 등 수변환경을 고려한 단지조성에 맞는 생태하천유량 확보 방안 및 평가에 대한 연구가 단계적으로 이루어져야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 생태하천유량 확보와 하천수질 개선이 필요한 특정 지역 또는 다양한 유형의 공사 지구 내 하천이 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 적용 가능한 생태하천유량 확보 방안들과 수리해석 모델인 HEC-RAS(River Analysis System), 생태하천유량 산정 모델인 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation)을 연계한 물리서식처 평가 모듈을 개발하고, 이를 기초로 가중치부여매트릭스 평가(국토해양부, 2006) 기법을 적용한 최적의 생태하천유량 확보 방안과 수질개선 방안을 제시해 줄 수 있는 의사결정지원 시스템을 구축 하고자 한다. 본 연구에서 개발된 최적의 생태하천유량 확보 방안 도출을 위한 의사결정지원 시스템의 활용으로 필요유량은 물론, 기준을 만족하는 수질의 확보가 절실히 요구되는 중 소규모 하천에 실질적으로 적정수질의 생태하천유량을 확보함으로서 하천으로서의 역할을 위한 본 기능의 회복과 동시에 소하천, 도심하천 및 인공하천 등 중 소규모 수계의 수문순환을 정상화하여 하천의 지속 가능한 개발과 관리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 이용될 수 있을 것으로 예상되어진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.366-366
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• 2023

우리나라 농촌 지역의 농업용저수지는 유역면적이 작고 홍수 도달시간이 짧아 홍수 대응에 어려움이 있으며, 대부분의 농업용저수지는 용수공급 목적으로 건설되어 홍수 대응능력이 부족한 실정이다. 한국농어촌공사는 수자원, 재난재해 등 농촌용수 관련된 다양한 정보의 통합관리를 위한RAWRIS(Rural Agricultural Water Resource Information System)을 운영하고 있으나, 소하천 및 농촌 지역의 홍수 피해 저감에 대한 관리와 노력은 도시 지역의 대하천 유역과 비교하여 여전히 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 농촌지역의 과학적 재해관리를 위해 RAWRIS의 홍수량 산정기술을 개선하고, 저수지 홍수예경보에 필요한 기상청 초단기 강우예측자료의 활용성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 농어촌공사에서 관리하는 농업용저수지 중 홍수배제시설인 레디얼게이트가 설치된 농업용저수지 30개소를 대상으로 해당 저수지의 수위계측 정보, 수문 방류 정보 등 저수지 홍수관리 현황을 조사하였다. 다음으로 농어촌공사가 운영 중인 RAWRIS의 홍수량 산정과정을 검토하여, 기존 RAWRIS에 CN값이 미설정된 저수지 유역의 CN값을 설정하였으며, 유역의 강우량 및 유효우량 산정 알고리즘 개선하고 저수지 유역별 강우-유출모형의 대표 매개변수를 제시하였다. 마지막으로 기상청에서 제공하고 있는 초단기 강우예측자료의 활용성 평가를 위해 기상청 강우예측자료와 저수지 유역의 면적평균강우를 비교하였으며, 예측 및 관측강우에 의한 홍수유입량을 산정하여 그 결과를 비교하였다. RAWRIS 홍수량 산정기술의 개선 효과를 검토한 결과, 예당저수지의 경우에는 첨두유량백분율 오차가 최대 50 % 이상, 결정계수(R2)가 최대 0.6 이상 개선된 것으로 나타났다. 다음으로 초단기 강우예측자료의 활용성을 평가하기 위해 RAWRIS에 제공되는 기상청 강우예측자료와 관측강우자료을 비교한 결과, 초단기 예측강우자료는 정량적, 정성적 신뢰도의 문제가 있어, 농업용저수지 홍수예측시스템에 그대로 적용하는데에는 무리가 있는 것으로 나타났다.