• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.65 no.3
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• pp.29-42
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• 2023

Universal Soil Loss Equation (USLE) is suggested and employed in the policy to conserve soil resources and to manage the impact of development, since soil loss is very essential to nonpoint source pollution management. The equation requires only five factors to estimate average annual potential soil loss, USLE is simplicity provides benefits in use of the equation. However, it is also limitation of the model, since the estimated results are very sensitive to the five factors. There is a need to examine the application procedures. Three approaches to estimate potential soil loss were examined, In the first approach, all factors were prepared with raster data, soil loss were computed for each cell, and sum of all cell values was determined as soil loss for the watersheds. In the second approach, the mean values for each factor were defined as representing USLE factors, and then the five factors were multiplied to determine soil loss for the watersheds. The third approach was same as the second approach, except that the Vegetative and Mechanical measure was used instead of the Cover and management factor and Support practice factor. The approaches were applied in 38 watersheds, they displayed significant difference, moreover no trends were detected for the soil loss at watersheds with the approaches. Therefore, it was concluded that there is a need to be developed and provided a typical guideline or public systems so that soil loss estimations have consistency with the users.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.411-411
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• 2022

보는 수로나 하천의 수위를 조절하고 취수 등의 편의를 제공하기 위해 건설되는 하천 구조물이다. 일반적인 보(고정보)는 상시 담수 되어 농업용수, 생활용수, 공업용수 등의 취수원으로 활용되지만, 최근에 설치되는 보(가동보)들은 수문을 설치하여 필요에 따라 수위를 조절할 수 있게 되어 있다. 이와 같은 보의 운영은 보 상류의 유속, 수심, 흐름 특성, 하천 형상 등의 변화를 발생시킨다. 특히 하류 보는 운영현황에 따라 하천 흐름에 직접적인 영향을 주기 때문에 하천 흐름 특성에 핵심적인 요소로 볼 수 있다. 따라서 이에 대한 모니터링이 필요하며 이에 따른 수위-유량관계를 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 함평천 유역에 위치한 함평군(영수교)관측소를 대상으로 하류 약 1.3km에 위치한 개량형 공압식 가동보의 2021년 기립각도 변화에 대한 보 모니터링을 실시하여 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 2021년에는 가동보의 기립각도 변화 및 취수조건에 따라 총 37회의 수위관측 및 유량측정을 하였으며 총 29회의 가동보의 기립각도를 계측하였다. 2021년 전반기에는 부분개방1, 부분개방2, 부분개방3, 완전개방, 취수조건으로 기간 분리되었고 후반기에는 완전개방, 부분개방3, 부분개방4, 부분개방5 조건으로 가동보의 기립각도에 따라 총 6개의 기간분리가 발생하였다. 결과적으로 본 연구에서는 하류 가동보 운영현황에 대한 보 모니터링과 흐름 특성이 변화하는 기간의 유량측정성과 확보를 통해 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.319-319
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• 2021

유량측정은 측정방법에 따라 측정위치가 변동된다. 도섭법은 관측자가 직접 하천을 횡단하며 측정하는 방법이며 수심이 얕은 경우 가능하다. 보트법의 경우 상대적으로 공간적 제약을 덜 받으며 교량법의 경우 이용 가능한 교량이 있어야 한다. 따라서 교량법은 현장여건에 따라 관측소와 멀리 떨어져 있는 경우가 있으며 이 경우 측정된 유량을 이용하여 수위-유량관계곡선식을 개발한다면 그 정확도가 떨어질 수 있다. 미국지질조사국(USGS)에서는 관측소와 측정위치가 멀리 떨어진 경우 측정된 유량을 보정하도록 규정하고 있다. 우리나라의 경우 유량 보정을 실시하지 않는 것으로 파악되었다. 하지만 이는 수위-유량관계곡선식, 특히 외삽부분에서 큰 오류를 유발할 수도 있어 신중할 필요가 있다. 본 연구에서는 수위관측소와 측정위치가 현저하게 먼 경우 유량 보정방법을 살펴보고 실측유량과 보정유량의 차이를 확인하였다. 대상지점인 낙동강 유역의 안동시(운산리) 지점은 홍수측정위치와 수위관측소 위치가 약 1.7km 이격되어 있으며, 2020년 측정성과(부자)를 이용하여 이를 보정하고 그 차이를 확인하였다. 보정결과 실측유량과 보정유량이 최고 5.0%, 평균 3.7% 차이를 보이는 것으로 확인되었다. 안동시(운산리)지점은 2020년 측정 최고수위가 3.35m이며, 이는 평수위에서 약 2.00m 가량 상승한 것으로 최고 홍수위로 보기는 어렵다. 즉 이보다 더 큰 홍수 사상이 발생하여 수위가 더 상승한다면 실측유량과 보정유량의 차이는 더 커질 것으로 예상된다. 또한 수위관측소와 측정위치가 이격된 경우 측정된 성과가 루프(Loop) 형태를 보일 수 있어 보정이 필요한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.472-472
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• 2021

우리나라는 하천법 제10조, 소하천정비법 제3조에 하천기본계획 수립 또는 하천의 지정 및 변경고시 시 하천구역을 결정하도록 정의되어 있다. 하천구역 설정 시 일반적으로 하천의 제방이 위치하는 부지 및 제방하심측 토지경계를 하천구역으로 지정하고 있으나, 제방계획이 없거나 무제부 구간으로 활용되고 있는 구간의 경우 하천법 제10조 3항에서 5항까지 3가지 항목을 기준으로 계획하폭에 해당하는 토지, 댐·하구둑·홍수조절지·저류지의 계획홍수위 아래에 해당하는 토지경계, 철도·도로 등 제방의 역할을 하는 선형공작물 하심측 토지경계로 구분하고 있다. 하천구역의 경계설정의 경우 불연속적인 특징을 갖는 하천의 횡단측점 자료의 특성상 정확한 평면상의 경계를 파악하기 어렵고, 철도·도로 등 선형공작물 경계를 하천구역으로 설정 시 편입용지의 보상이 상이하고 모호한 기준으로 인해 다량의 민원이 발생하는 실정이다. 본 연구에서는 부산시에 위치한 지방하천 대천천을 대상지로 설정하였으며, 계획홍수위를 기반으로 홍수범람예상도를 작성하여 정밀계획홍수위선을 산출하고 이를 지형자료와 중첩하여 계획홍수위 경계를 추출하였다. 또한 무제부 구간 내 드론촬영을 실시하여 대상지 드론영상 기반 3차원 정밀 지형자료를 구축하고 이를 앞서 산정한 계획홍수위 경계자료와 중첩하여 정밀 하천구역을 설정하였다. 대상지 정밀 하천구역 산정 결과를 기반으로 도심지내 하천과 도시외곽 하천으로 구분하고 다시 도심지내하천은 암거(복개)구간과 개거구간, 도시외곽하천은 유제부와 무제부 구간으로 구분하여 정밀 하천구역 결정기준을 수립하였다. 본 연구를 통해 대천천유역을 대상으로 실시한 무제부 구간 하천구역 결정과정을 기반으로 하천유형별 3차원 하천구역 산정기법을 정립하였다. 향후 해당기법을 실무에 적용하여 하천구역 산정 시 모호한 하천경계부분 또는 토지소유주와 담당부처 간 하천구역 논의 시 기반자료로 활용될 수 있을 것으로 사료되며, 기본계획 수립 시 해당 기법 적용을 통해 보다 정확한 하천구역 경계 수립이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.3-3
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• 2021

하천의 식생은 생태서식처 제공, 강턱이나 하안 경사의 안정, 영양염류나 오염물 차단에 의한 수질 개선 등의 다양한 생태서비스를 제공하는 반면, 과도하고 편중된 식생 분포로 인해 흐름저항이 증가하고 이로 인한 홍수위 상승과 홍수피해 위험이 가중될 수 있다. 기후변화 영향과 토지이용 변화에 따른 수리수문 특성 변화와 유역으로부터 영양염류의 유입은 하천내 식생이 과도하게 퍼지는 직접적인 원인이 될 수 있다. 과도한 식생분포로 인한 흐름저항과 홍수위 상승을 평가하기 위해 식생하도의 흐름저항과 관련된 매개변수의 다양성과 복잡성에 따른 해석상의 한계에도 불구하고 이에 대한 이론적 해석과 수학모형의 개발, 실험실 수로와 하천현장조사, 수치모형을 이용한 예측 등의 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 소규모 실험실 수로에서 단순화된 식생 구조와 배열이 적용되는 한계성과 상류에서 유입되는 유량과 유속 등의 수리조건을 통제할 수 없는 현장실험의 한계성을 보완하고자 목본류 형태의 식생패치를 실규모 하천실험 수로에 조성하여 통제된 수리조건에서의 식생하도의 구간 흐름저항을 추정하기 위한 계측 실험을 수행하였다. 실규모 실험에서는 피에조미터 형식의 정밀 압력식 센서를 이용하여 수위와 수면경사를 계측하였으며, 실험구간의 접근 수로에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 유입 유량에 대한 정보를 수집하였다. 전체 수로 길이 약 600 m, 하폭 11 m, 깊이 2 m 규모의 실규모 하도 일부 80 m 완경사 구간에 식생패치를 설치하고 구간 수면경사를 실측함으로써 식생하도의 흐름저항을 직접 산정하였다. 이러한 실규모 식생하도의 실험을 통해 식생패치의 밀도, 횡적 차단면적, 구간 차단부피, 목본 식생의 물리적 특성, 식생패치의 배열 등의 다양한 식생분포 조건에 따른 수리조건별 흐름저항 값의 변화를 분석할 수 있다. 식생하도에 대한 정확한 흐름저항 추정과 홍수위 변화에 대한 해석은 하천 식생의 생태서비스와 홍수방어의 하천 치수효과의 최적 솔루션을 제시하기 위한 하도관리의 다양한 방안을 제시하는데 필수적인 정보로 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.394-394
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• 2020

최근 빈번히 발생하고 있는 슈퍼 태풍과 집중호우로 인해 크고 작은 침수피해가 발생하고 있다. 우리나라는 4대강 사업을 통해 주요 국가하천에 대한 정비를 마친 바 있으나 이후 지속적으로 변화하는 하천 환경에 대한 홍수예측 모형의 반영은 미비한 실정이었다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류 및 지류의 최신 단면자료를 수집하여 수리학적 홍수예측모형에 반영하고자 하였다. 또한, 기존의 모형에 비해 정확도를 개선할 수 있는 방안을 모색하여 적용성을 검증하고 이를 반영한 수리학적 홍수예측 모형을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 낙동강 본류 및 주요 지류에 대한 최신 횡단면 측량자료를 활용하여 1차원 수리학적 홍수예측 모형을 구축하고 2012년 태풍 산바 사상에 대한 검보정을 실시하였다. 대상구간은 안동조정지댐으로부터 낙동강 하구둑 하류 8km지점이며, 상류단 경계조건은 안동조정지댐 방류량을 입력하고 하류단 경계조건은 가덕도 조위관측소의 조위를 활용하였다. 또한, 반변천, 내성천, 위천, 감천, 금호강, 황강, 남강 등 7개 지류에 대한 하도를 하도추적이 가능한 네트워크 모형으로 구축함으로써 지류에 대한 홍수예보에 활용할 수 있도록 하였다. 낙동강 본류의 하도 길이는 340km, 824개의 단면으로 구성하였으며, 지류를 포함한 전체 하도 길이는 572km, 1,570개의 단면으로 구성하였다. 또한, 낙동강 본류에 위치한 8개의 다기능보와 지류에 위치한 횡단구조물의 반영을 위해 다기능보의 제원 및 하천기본계획을 참고하여 내부경계조건으로 활용하였다. 본 연구에서 구축된 낙동강 본류 및 지류의 수리학적 홍수예측 모형을 낙동강 유역에 대한 홍수주의보 및 홍수경보 등 홍수특보 발령 업무에 활용함으로써 정확한 홍수예보가 가능하도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.356-356
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• 2020

주거시설 확장 및 도심 내 인프라 구축을 위한 지속적인 산지 개발과 기후변동성 확대로 발생하는 게릴라 국지성 집중호우 등으로 인해 토석류의 발생가능성은 지속적으로 확대되고 있다.(kim et al., 2008) 그러나, 현재 국내의 토석류 방재시설에 대한 설치는 아직 미흡한 실정이며 아직 경사지 재해 발생 위험지역에는 방재시설 설치가 필요하다. 지자체의 제한된 예산으로는 필요한 모든 지역에 설치가 불가하기 때문에 순차적으로 효율적인 설치가 이루어질 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 도심지 내 소규모 산지에 대한 효율적인 설치방안을 모색하기 위해서 방재시설 설치 이후 토석류의 거동을 수치모의를 통해 방재시설 설치의 효율성을 분석하였다. 도심지 내 위치한 토석류 발생이력이 있는 소규모 산지의 토석류의 특성을 조사한 결과, 주요 발생원인은 국지성 집중호우로 인한 지반 약화로 인해 급경사를 이루고 있는 암반층 상단에 분포한 퇴적층의 붕괴가 주요 원인으로 나타났다(Kang et al, 2014) 조사결과에 근거하여 해당 유역에 대한 토석류 발생의 유입조건을 산정하였으며 유입조건에 대해 토석류 거동 예측 2차원 해석 소프트웨어인 FLO-2D를 사용하였다. 수치모의를 수행하여 방재시설이 미설치된 상태에서 발생한 토석류의 거동을 실제 발생한 토석류와 비교하였다. 또한, 수치모의에서 방재시설의 구현이 제한되므로 4가지 방재시설(교란사면용 토석류 방지시설, 울타리형 토석류 방지시설, 토사유출 저감용 지오셀, 토석류 방재장치)에 대해 경계조건의 변경을 통해 간접적으로 구현해 결과를 분석하였다. 방재시설은 종류 및 설치위치에 따라 토석류에 대한 피해저감효과가 상이하게 나타났다. 토석류 방재장치를 토석류 발생위치 전방 50 m 지점에 토석류 방재장치를 설치한 경우, 토석류의 유속이 20% 감소하여 피해범위는 36% 감소하였으며, 전방 200 m 지점에 설치한 경우, 피해범위가 14% 감소하였다. 검토한 4가지의 토석류 방재시설 중 토석류 방재장치가 가장 효율적인 결과를 나타냈다. 향후에는 피해범위에 대한 조건 외에 시공 및 유지관리 등에 대한 경제성검토를 한다면 종합적으로 방재시설 효율성을 검토할 수 있을 것으로 본다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.221-221
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• 2020

최근 기후 변화에 따라 국내 하천은 급격한 유량 증가로 인해 하상의 변화에 많은 영향을 미치고 있다. 특히, 홍수시 하상의 변화에 영향을 미치는 유량 및 유속, 하상재료의 종류 및 대표입경, 입자의 특성 등이 있으며, 이런 요인들은 하상재료의 유실에 영향력을 미치고 있다. 또한, 하상재료의 유실에 영향을 미치는 하상재료의 단위중량, 대표입경, 재료의 특성과 관련이 있으나, 현재 까지 다양한 연구가 진행되고 있지만, 하상재료의 한계조건에 영향을 미치는 관련된 연구는 국내에서 미비한 실정이다. 본 연구에서는 하상의 재료의 종류, 입자의 특성, 입자의 크기에 따라 재료가 가지는 한계 유속과 한계 소류력의 영향력을 파악하고자 진행하였다. 본 연구에서 사용된 실험 수로는 인제대학교에서 개발한 무경사형 고속수로(Jung. 2019)는 수조 제원 가로 1.5 m, 세로 0.95 m, 높이 2.4 m, 수로는 개수로의 형태로 총 길이 10 m, 폭과 높이는 각각 0.3 m인 무경사 고속수로에서 진행되었으며, 사용된 재료는 일반 하천에서 사용되고 있는 모래, 황토를 이용하여 적정 비율을 섞어 시료를 제작하였다. 제작된 시료는 하천설계기준에 제시되어 있는 재료에 대한 등급을 비교했을시, 2-3등급 사이의 재료로 판단되며, 모래와 황토의 비율이 50:50 일때 입도 분포가 가장 좋은 재료로 나타났으며, 제작된 시료를 수로에 삽입하여 유하 전후를 수위센서를 통해 세굴율을 측정하였다. 세굴 측정시 모래 100%로 제작된 시료가 가장 많은 세굴이 일어났으며, 모래 25%, 황토 75%로 이루어진 시료가 가장 적은 세굴이 일어났다. 바이오폴리머의 강도 증진을 보기 위해 세굴이 가장 심하거나, 세굴이 적은 재료에 바이오 폴리머를 섞어 추가 실험을 진행 하였다. 본 연구를 통해 친환경적인 하상재료의 한계유속, 한계소류력에 대한 안정성평가를 진행하여 재료의 안전성에 대해 평가하고 기초자료로 기여하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.70-70
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• 2020

기후변화 대응을 위해 파리기후협약에서는 온실가스 배출량 감축을 위한 구체적인 목표를 제시하였다. 에너지 분야는 온실가스가 가장 많이 배출되는 분야 중 하나이며, 온실가스 감축 방안으로 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 수력에너지는 신재생 에너지 중 가장 현실적이고 많이 활용되는 에너지원으로 각광받고 있다. 아시아 지역은 개발도상국이 다수 위치하고 있고 미개발된 잠재 수력에너지가 풍부한 지역으로 국내 기업의 진출 가능성이 높은 지역이다. 수력에너지 개발을 위해서는 수력 발전 가능량 평가가 필수적이며, 수력 발전 가능량은 기후, 수문조건에 민감하게 반응하기 때문에 기후변화에 따른 수력 발전 가능량의 변동 가능성이 있다. 본 연구에서는 아시아 지역에 대한 AR5 기후변화 시나리오 기반 수력 발전 가능량을 전망하고 분석하고자 하였다. 수력 발전 가능량 산정을 위한 수문 자료 생성은 지표수문해석 모형 VIC (Variable Infiltration Capacity)를 이용하였으며, 모형 입력 자료로 APHRODITE (Asian Precipitation -Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of water resources) 기상 자료, USGS (U.S. Geological Survey) 수치지형도, FAO (Food and Agriculture Organization) 토양도, NCC (Norwegian Climate Centre) NorESM 기후변화 시나리오를 활용하였다. 분석결과 수력 발전 가능량은 과거 및 미래 기간에 동남아시아, 남아시아 지역에 풍부한 것으로 나타났다. 동남아시아는 유출량이 풍부하며, 남아시아는 유역별 낙차가 크기 때문에 수력 발전 가능량이 풍부한 것으로 나타났다. 따라서 동남아시아 지역의 수력 발전 가능량이 남아시아에 비해 기후변화의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한 미래 기후변화로 인해 유출량의 변동 폭이 더욱 넓어져 발전 효율이 감소하는 것으로 나타나 수력발전의 안정성이 감소하였다. 본 연구는 아시아 지역의 수력 발전 가능량을 산정하고 특징을 분석하였다는 점에서 의미가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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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.