• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1903-1907
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• 2009

최근 도입 필요성이 계속하여 높아지고 있는 지하방수로 유입구로는 유입구 효율과 성능으로 인하여 와류식 유입구가 많이 적용되고 있다. 그 중 나선식 유입구(spiral intake)는 가장 일반적으로 사용되는 형식으로 초기에 활용되었던 원형 유입구(circular intake)를 대신하여 사용되는 형식이다. 형태적인 복잡성에 도 불구하고 형식상의 특성으로 인하여 와류(vortex)를 안정적으로 형성시키기 때문에 많이 사용되고 있다. 나선식 지하방수로 유입구가 사용되는 가장 큰 이유는 유입구 내부에서도 수위가 안정적으로 유지되며, 유입 유량에 따른 수위의 변화가 다른 유입구 형식에 비하여 비교적 안정적으로 예측 가능하기 때문이며, 만약 지하방수로 유입구 내부에서 수위가 안정적으로 유지되지 못하고 도수 현상 등에 의한 수위 상승 현상 등이 발생하는 경우 지하방수로 내부로 안정적으로 유량을 배제하는 것이 어려워지고, 또한 도수 현상이 발생하는 동안 과도한 유량이 유입될 경우 다시 본류로 흐름이 역류할 가능성도 생각할 수 있다. 따라서 유입구 형상에 따른 수위의 변화를 정확히 예측하는 것이 매우 중요해 진다. 본 연구에서 검토될 나선식 종경사형 유입구(inclined spiral intake)는 일정한 바닥 경사를 도입하여 사류 흐름을 보다 안정적으로 가속시켜 유입구 내부에서의 도수 현상을 방지하는 형식으로 유입구 바닥의 외측 또는 중앙선을 따라서 일정한 경사를 주어 사류 유입 흐름을 안정적으로 유도함으로서 유량 배제 효율을 높인 형태라 할 수 있다. 본 연구에서는 유입구 외측을 기준으로 일정한 경사(5.0 %, 7.5 %, 10.0%, 12.5%)를 가진 나선식 종경사형 유입구 모형을 제작하여 유입 유량 변화에 따른 유입구 내부에서 수위-유량관계를 확인하였다

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.370-370
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• 2023

수자원이란 인간의 생활이나 경제활동 및 자연환경 유지 등을 하는데 이용할 수 있는 자원으로서의 물을 말하며 효율적인 수자원의 활용을 위해서는 수문조사가 필수적이라고 할 수 있다. 수문조사는 강수량, 수위, 유량, 유사량, 증발산량, 토양수분량을 측정, 조사, 분석하는 것이라고 할 수 있으며 이 중 유량은 강우-유출 관계 규명, 이수, 치수 등을 위해 높은 정확도의 관측자료가 필요하다. 그러나 하천유량은 장기간 연속적으로 관측하는 것이 어려우므로 특성 횟수의 유량조사를 통해 수위-유량관계곡선식(Rating curve)을 개발하여 수위로부터 연속적인 유량을 산정하여 활용하고 있어 이를 개선하기 위해 전자파표면유속계를 활용한 자동유량측정장치를 개발하였으며 측정자료 분석 및 알고리즘 고도화를 통해 신뢰도 높은 유량을 산정하고자 하였다. 운동하는 물체에 의하여 산란된 전자파의 주파수가 변하게 되는 현상을 도플러 효과라고 하며 이때의 주파수의 변화량을 도플러 주파수라고 한다. 전자파표면유속계는 하천 수면으로 전자파를 발사한 후 물 표면에서 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하는 것으로 전자파표면유속계를 교량 상류 방향으로 고정시켜 설치하였으며 측정된 자료는 유량관측 시스템에서 저장, 관리되고 물리적, 통계적 방법이 적용된 알고리즘을 통해 유량을 산정한다. 산정된 유량의 정확도 확보를 위해 바람 영향, 최적 환산계수 재산정, 통계분석 등을 통해 시스템의 유량산정 알고리즘 개선 방안을 도출하였으며 개선된 알고리즘이 적용된 유량은 NSE(Nash Sutcliffe Efficiency), PBIAS(Percent Bias), RSR(RMSE-observations standard edviation ratio)을 통해 평가하였다. 바람 영향은 유량 관측 고도화 매뉴얼(일본 토목연구소)의 경험식과 현장에서 관측된 풍향·풍속을 활용하여 분석하였으나 개선효과가 미미한 것으로 나타났으며 자동으로 관측된 유량자료에 포함된 무작위적인 변화량을 감소시키기 위해 경향성 분석을 병행하여 이동평균 방법을 적용하였다. 또한 ADCP 등을 활용한 유량측정성과와 수위-유량관계곡선식과의 비교·분석을 통해 수위별 최적 환산계수를 산정하여 유량산정 알고리즘에 적용한 결과 NSE는 0.980, PBIAS는 1.580, RSR은 0.142로 모두 Very Good(높은 상관성)으로 분석되어 유량자료의 정확도를 확보하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1184-1190
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• 2010

유량조사는 하천의 임의 한 단면에 흐르는 물의 양을 측정하는 것으로서 하천유역의 물순환 구조 파악, 하천시설의 설치, 각종 수공 구조물의 설계, 하천 주변지역의 이용 및 관리 등을 목적으로 실시하고 있다. 이에 따라 유량조사사업단은 전국 수위관측소 지점을 대상으로 유량측정을 실시하고 측정된 성과에 대한 체계적인 품질관리와 연구개발을 통한 유량자료의 안정화를 위하여 매년 100여개 지점에서 유량조사사업을 실시하고 있다. 본 연구에서는 2009년도 유량측정성과에 대한 평가기준으로 각 성과별 구간유량비와 불확실도를 선정하였으며, 이와 같은 항목은 측정 중 배치된 측선수에 절대적인 영향을 받게 된다. 그 결과 2009년 유량측정성과의 측선수 평균은 2003년도 대비 유속계 및 부자의 경우 각각 3.7배, 2.2배 증가한 35.1개, 13.8개로 나타났다. 측선수 증가를 통해 최대구간유량비는 유속계 및 부자 각각 30.0%, 51.2% 감소한 7.1%, 14.6%로 나타났으며, 불확실도의 경우 45.1%, 62.4% 감소하여 4.6%, 8.8%의 개선된 값을 보였다. 이러한 양질의 측정성과를 이용해 개발된 수위-유량관계곡선식과 환산유량에 대한 유출률을 검토한 결과, 조석 및 배수 영향을 받는 지점과 계기수위 자료에 문제가 발생한 지점을 제외한 지점에 대한 유출률 분포는 2003년 최대 300%까지 나타났던 유출률이 일반적인 하천에서 나타날 수 있는 유출률 50~90% 비율도 계속 증가하고 있는 것으로 나타났다. 2009년 강수량은 평년 수준을 보였으나, 지역적 시기적 편차 등으로 인해 낙동강 권역의 경우 50% 미만의 유출률을 보인 지점이 다수 나타났다. 이러한 성과는 전문 인력에 의한 유량측정 및 유량성과에 대한 품질관리시스템의 운영을 통해 비교적 양질의 유량자료를 확보할 수 있었으며 이에 근거하여 개발된 수위-유량관계곡선식과 환산된 유량자료는 과거에 비하여 신뢰성이 개선된 것으로 평가되었다. 일련의 체계적인 운영 및 검증을 통해 2009년 유량조사사업은 성공적인 수준으로 판단되며, 추후 지속적인 연구개발을 통해 유량자료의 품질수준을 한 단계 높일 수 있을 것으로 기대된다.

• 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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• 2008.05a
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• pp.2212-2216
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• 2008

본 연구는 하도특성의 불규칙으로 인해 수위와 유량이 단일 관계가 형성되지 않은 경우와 유수의 흐름이 지속되어 GZF 측정이 어려운 경우에 구간분리와 GZF를 결정하는 곡선식 개발 방법론이라 할 수 있다. 첫번째 연구과제는 저수위 구간 수위-유량관계곡선식의 GZF 추정방법의 개선에 관한 연구이다. 다음과 같은 연구를 수행하기 위해서 GZF의 변화에 따라 곡선식의 신뢰도를 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 프로그램은 사용자들이 쉽게 이용할 수 있는 엑셀 VBA(Visual Basic for Applications)로 작성되었으며, 입력자료 구축 모듈, 하도단면 입력 모듈, GZF 설정 모듈, GZF 평가 등의 4개 모듈로 구성되어 있다. 두 번째 연구과제는 구간분리 유무의 기준에 관한 연구로서 수위-유량관계곡선의 신뢰도에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 일차적으로 단면의 특성이 상이한 4개의 수위관측소를 선정하여 수위-면적 곡선과 수위-면적변화량곡선을 생성하였으며 이로부터 단면변화와 구간분리의 특성을 분석하였다. 구간분리의 기준에 영향을 미치는 변수로는 단면특성인자, 유속, 하상경사, 수면경사, 단면통제, 하도통제 등을 들 수 있으며, 또한 다음과 같은 주요변수들이 서로 복합적으로 작용되기 때문에 일정한 기준을 제시하기란 어려운 부분이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 구간분리에 영향을 미치는 주요 변수 중에서도 가장 크게 영향을 주는 변수인 하도 단면의 특성 등을 중심으로 연구를 진행하였다. 먼저 단면의 특성이 서로 상이한 수위 관측소 단면을 선정하여 수위관측소별로 저수부에서 고수위 구간까지 10cm의 등간격으로 수위별 면적을 산정하여 구간분리의 가능성을 판단하였다. 구간분리의 유무에 관한 연구는 현재 진행 중에 있으며, 향후에는 1단면, 2단면, 3단면까지 파악하여 단면 특성이 구간분리에 미치는 영향 등을 파악할 계획에 있다. 또한 하도 단면의 다양성을 고려하여 단면형상이 상이한 여러 수위관측소 지점에서 구간분리의 기준을 연구할 계획이며, 단면의 특성을 파악한 후에는 유량, 유속, 하상경사, 하도통제 등을 고려할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.489-489
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• 2023

최근 유량 측정을 위해 사용되는 ADCP를 통해 부가적으로 측정되는 초음파산란도 자료를 활용하여 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. 이에 국내에서는 국가하천에 설치되어 있는 자동유량관측소의 초음파산란도를 활용하여 연속적인 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. 이를 통해 10분 단위로 연속적인 유사량 자료를 생산할 수 있을 것으로 기대되며, 현재 유사량 측정결과의 제공을 위해 사용되는 유량-유사량 관계곡선의 산포로 인한 신뢰도 문제를 개선할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나, 이미 설치된 자동유량관측소의 H-ADCP 원시데이터를 활용하여 다지점에서 부유사농도를 측정에 대한 분석을 수행하기 위해서는 초음파산란도의 보정, 관계식 개발, 관계식 적용을 통한 유사량 측정 결과의 분석을 위한 소프트웨어 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 초음파산란도 자료를 이용하여 부유사농도를 분석할 수 있는 소프트웨어 개발하고자 하였다. 개발된 소프트웨어는 Microsoft Visual Studio를 이용하여 C# 언어를 사용하여 개발하였으며, ComponentOne 라이브러리를 활용하여 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 구현하였다. 소프트웨어의 구성은 H-ADCP 원시자료와 실측 부유사농도 자료와의 시간동기화를 통해 동일시간에서 측정된 자료를 획득, 초음파산란도의 보정과 지표로 활용할 초음파산란도의 측정영역 분석, 초음파산란도-부유사농도와의 다중 회귀를 통한 관계식 개발 및 통계 분석결과 도출, 관계식을 활용한 부유사농도 계산을 수행할 수 있도록 구성하였다. 본 연구를 통해 개발된 소프트웨어를 통해 추후에 시범적용 예정인 자동유량관측소의 초음파산란도를 활용 부유사농도 측정 방법에 대한 분석 효율성을 향상시키고, 지속적인 개선을 통해서 실제 실무에서 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.22-22
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• 2021

최근 기후변화로 인한 홍수피해가 증가하고 있어 안전하고 효율적인 물관리의 중요성이 대두되고 있다. 국내 대부분의 하천의 경우 홍수 예·경보를 위해 수위 관측을 하고 있지만 소하천의 경우에는 홍수기와 평수기의 유량차이가 크고, 경사가 급한 경우에는 사류가 발생하여 수위-유량 관계가 일정하지 않아 수위 자료만으로 하천의 유량을 측정하기 어렵다. 이러한 경우에는 직접 유속을 측정하여 유량을 산정해야 하지만 홍수기에는 유속이 빨라 측정자가 직접 유속을 측정하기에는 위험하여 현실적으로 측정하기 어려운 문제가 있다. 따라서 하천의 유속을 측정하기 위해서는 측정자가 직접 하천에 들어가 측정하는 직접 측정방법이 아니라 하천에 접촉하지 않고도 유속을 측정할 수 있는 비접촉식 측정 방법을 사용해야 한다. 비접촉식 하천 유량측정 방법 중에서 영상자동유량계측 기술은 하천의 흐름 영상을 이용하여 넓은 범위의 유속을 쉽게 측정할 수 있는 장비로 미리 설치한 지점의 하천의 영상을 사용하기 때문에 안전하고 지속적으로 홍수기 하천의 유속과 유량 측정이 가능하다. 이에 본 연구에서는 국립재난안전연구원에서 설치한 인수천 지성교의 영상자동유량계측 장비를 이용하여 2020년 8월 2일 집중호우가 발생한 시기의 유속 및 유량 측정을 수행하여 홍수시 영상유속측정 기술의 산지하천 적용 가능성을 검토하였다. 계측 결과 2020년 8월 2일 09시부터 15시 까지 그리고 3일 05시부터 4일 12시까지의 수위, 유속 및 유량을 계측하였다. 계측 결과 홍수기 상승구간과 하강구간에서의 수위-유량 관계가 다르게 나타났으며, 특히 상승기에서는 수위는 일정한 상태에서 유속만 빨라지는 사류 흐름이 발생하여 수위-유량 관계식을 사용하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서 산지하천의 경우 하류지역의 물관리 및 홍수 예·경보를 위해서는 홍수기 수위 계측뿐만 아니라 영상자동유량계측 기술을 활용한 유량측정이 반드시 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.332-332
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• 2011

하천 유사량 특성 분석은 하천유역 내의 수리구조물 설계 및 유지관리, 하천개수 및 하도의 안정, 홍수터 관리, 저수지 설계 및 운영 등 수자원 개발 및 관리를 위한 하천계획의 필요한 요소 중 하나이며 현장 측정에서 분석까지 정밀한 일련의 과정을 통해서 알아낼 수 있다. 본 연구에서는 6개 지점(여주, 왜관, 진동, 공주, 나주, 구례2)에 대해 유사량 특성 분석을 수행하였다. 부유사량은 강우가 집중되는 홍수기(왕복수심적분법; D-74측정장비 / 표면채취법)를 중심으로 측정하였고 하상토의 경우는 Grab Sampler(60L), 선격자법 등을 이용하여 홍수기 전 후로 2회 채취하였다. 채취된 시료는 특성에 따라 여과법(부유사농도), BW관법(부유사입도분포), 체분석법(하상토입도분포)으로 분석하였으며, 이를 통해 산정된 평균 부유사농도, Oden Curve와 입도분포곡선 및 수리량(수위, 유속, 측정수심, 수면폭, 수면경사, 수온)등의 자료를 이용하여 총유사량(Modified Einstein 방법)을 추정하였다. 본 연구 결과는 다음과 같다.: 1) 유량-부유사량 및 총유사량 관계: 유량-부유사량의 관계에 있어 대체적으로 일관된 경향성이 나타났으며 총유사량과의 관계 역시 부유사량과 비슷한 경향성을 보임. 일부 성과의 경우, 총유사량과의 관계에 있어 Modified Einstein 조건의 불충족(자갈하상재료 또는 저유속)으로 부유사량과 동일추정이거나 추정불가 및 이상치가 나타남. 2) 유량-부유사량 특성: 전체적으로 루프현상을 보이며 초기 강우 사상에서는 더 많은 유사량이 발생하는데 이는 초기 강우에 의해 유사 이송이 활발하게 이루어지는 일반적인 특성임. 또한 수위 상승-하강에 따른 부유사량 자료가 더욱더 확보된다면 수위 상승과 하강부로 구분하여 분석하는 것도 의의가 있을 것으로 판단됨. 3) 유량-유사량관계식 개발: 개발된 관계식은 총유사량이 아닌 부유사량으로 개발되었으며, 측정성과들 간의 상관계수가 0.9723(구례2 지점) ~ 0.8490(나주 지점)으로 분석됨. 또한 개발된 관계식에 대한 신뢰도 분석을 실시하지 않았기 때문에 적용 시에는 주의가 요구됨.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.164-168
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• 2009

우리나라 하천의 대부분은 다양한 수리학적, 형태학적 특징을 가지고 있으며 이에 따라 수위-유량관계는 민감하게 변화한다. 그 중 하도구간에 서식하고 있는 식생의 영향은 우리가 쉽게 예측할 수 없는 통제 특성을 발생시킨다. 식생(Vegetation)은 서서히 혹은 빠르게 성장하고, 쉽게 변화하여 기간별로 혹은 주기별로 다른 양상의 수위-유량관계를 발생시키고 이는 레이팅 전이(Rating shift)로 이어진다. 본 연구에서는 식생의 영향에 의해 발생되는 수위-유량관계를 좀 더 명확하게 규명하고자, 영산강 수계 황룡강 중류부에 위치한 임곡 지점을 대상 지점으로 선정하고 주기적으로 유량측정을 실시하여 시기별, 측정성과별로 식생의 정도를 검토하고 그 경향성을 파악하였다. 하도 내에서 수중식물의 성장이 진행되면 흐름 저항의 정도가 변하게 되며, 이의 영향으로 유속 역시 변하게 된다. 식생(Vegetation)의 성장기에는 유속이 감소하여 유량이 작아지는 수위-유량관계의 일차적인 음의 전이가 발생하며, 식생의 성장이 극대화되는 8월에는 좀 더 큰 음의 전이가 발생하게 된다. 하지만 식생에 의한 곡선의 전이(Rating Shift)는 영구적인 것이 아니라 계절별로 순환하는 특성을 지니고 있기에, 식생의 영향이 소멸하기 시작하는 9월 이후에는 수위-유량관계가 식생의 영향이 없는 원래의 수위-유량관계로 다시 접근하는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 본 연구에서는 식생의 영향이 없는 수위-유량관계곡선(Original rating curve)을 개발하고 식생의 성장 및 영향의 정도에 따른 기간분리를 실시하여 전이된 수위-유량관계곡선(Shift curve)을 개발하였다. 아울러 전체적인 유출평가의 과정을 거쳐 개발된 곡선식의 적정성 검토를 실시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.102-102
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• 2016

일반적으로 수자원분야에서 사용되는 기초 자료 중 하나인 유량측정 성과는 설계홍수량 산정, 지점의 수위-유량 관계곡선식 산정 등 유역의 이 치수를 위한 설계나 장 단기 계획을 수립하기 위한 기초자료로서 사용되어지고 있으며, 2차원 및 3차원 수치해석을 위한 입력 자료로 사용되고 있다. 유량측정의 성과는 이렇듯 다양한 방면으로 활용되어지고 있는 반면 현재 국내에서는 측정의 성과에 대한 신뢰성을 나타낼 수 있는 지표가 제시되고 있지 않은 상황이다. ISO(International Organization for Standardization) 및 BIPM, IFCC 등 6개 기구는 공동으로 측정 불확도 산정 지침서(GUM, Guide to the expression of Uncertainty in Measurement, 1993)을 제시하였고, 최근 WMO에서는 GUM 표준안을 하천 유량 측정 불확도 산정방법으로 공인하고 있다(JCGM 100, 2008). 이에 따라 본 연구에서는 최근 유량 측정에 활발하게 사용되고 있는 ADCP의 유량 측정 성과에 대한 불확도를 GUM 표준안 기반으로 평가하고자 한다. ADCP의 측정 방법은 고정측정 방식이고, 유속-면적법으로 계산된 유량에 대한 측정 불확도를 평가하였다. 실험은 실규모에서 유량을 제어할 수 있는 건설기술연구원 하천실험센터에서 수행되었고, 사용된 유속 측정 장비는 SonTek사의 micro-ADV와 ADCP M9을 사용하였으며, ADV로 측정된 결과를 참값으로 가정한 후 실험 및 분석을 수행하였다. GUM 표준안 기반의 불확도 평가를 위해 사용된 관계식 및 불확도 요인들은 선행 연구들을 기반으로 하되, 본 실험을 통해 분석된 수치로 변경하여 최종적인 ADCP 유량 산정 불확도를 평가하였다. 본 연구에서는 고정측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과를 GUM 표준안에 적용하여 불확도를 평가하였으며, 추가적인 연구를 진행하여 일반적으로 사용하고 있는 이동측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과에 대한 불확도를 평가할 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 결과는 설계 홍수량 산정이나 수위-유량 관계 곡선식 산정 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 사료된다.