• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.852-857
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• 2006

하천유량자료는 이수, 치수, 수질관리 등의 목적으로 널리 사용되기 때문에 여러 가지 수문관측 자료 중 가장 중요하다고 할 수 있다. 그러나 우리나라의 유량자료는 여러 가지 한계를 가지고 있어서 수문자료로서 제대로 사용되지 못하고 있는 실정이다. 특히 홍수기 부자측정 방법에 의해 산정된 유량자료는 측정 여건, 방법, 기기 등의 한계로 인해 그 정확도가 더욱 낮다. 홍수기 부자측정 방법에 의한 유량자료의 정확도 향상을 위해서는 현장 유량측정의 정확도를 향상시키는 것이 일차적으로 필요하지만, 측정된 자료를 과학적이고 체계적인 계산과정을 통하여 유량으로 환산하는 것도 매우 중요하다. 국내의 경우 일반적으로 여름에 집중호우가 빈발하고 경사가 급한 산지하천이 많다. 그래서 홍수시 하천의 유속이 매우 빠르고 하천수내에 부유물이 많이 함유되어 있다. 이러한 요인들로 의해 대부분 홍수시 유속계를 이용한 유량측정이 불가하여 대안으로 부자를 이용하여 측정하고 있다. 그 결과 평저수시 유속계 이용시에 비해 측정 및 산정과정에서 매우 큰 오차가 발생하고 있다. 이와 같이 국내의 경우 홍수시 유량측정을 위해 부자에 전적으로 의존하는 현실임에 불구하고 부자를 이용한 유속측정 및 유량산정에 대한 연구는 매우 미흡하였다. 외국의 경우도 부자 측정에 대한 방법론이 ISO 748과 일본수문관측에 간략하게 설명되어 있고 USGS와 WMO에서는 거의 내용을 다루고 있지 않고 있다. 현재 우리나라의 경우는 ISO 748을 일부 참조하고 대부분 일본수문관측 기준에 준해 측정을 하고 있다. 자연하천임을 감안하면, 부자에 의한 유속 측정시 발생할 수 있는 여러 오차들의 경우 적절한 구간의 선택, 충분한 측선수의 확보 등과 같은 측정기준의 개선을 통하여 상당부분 제거가 가능하다. 그러나 부자를 이용해 측정된 성과를 신뢰도 높은 유량으로 산정하기 위해서는 정확한 측정과 더불어 과학적이고 표준화된 유량산정 기준과 절차가 필요하다. 본 연구에서 분석된 결과에 의하면 부자유선 모임, 홍수터 유속 미측정, 기준 흘수 미적용 등과 같은 측정 자체의 문제점을 제외하면, 부자측정 방법에 의한 유량산정시 가장 큰 오차원인은 홍수시 측정된 유속측선의 위치와 홍수 전후로 측정된 횡단면상의 위치가 일치하지 않는 점과, 대부분 두 측정 구간의 평균값을 대푯값으로 사용한다는 점이다. 본 연구는 다년간의 유량 측정 및 검증 경험과 자료를 토대로 현장에서 부자를 이용하여 측정된 측정성과를 정확도 높은 유량자료로 산정하는데 있어서의 문제점을 도출하고, 이로 인해 발생하는 오차를 추정하여 그 개선방안을 제시해 보고자한다. 더불어 보다 정확한 유량 산정을 위한 기준과 범주를 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1774-1778
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• 2008

유량 환산에 이용되는 수위-유량 관계곡선식은 하천의 흐름을 정상 등류상태로 가정하고 유속계를 하천에 투입하여 년간 정해진 횟수의 유량측정을 실시하여 이로부터 갱신하여 작성하고 있다. 평수기에는 이렇게 기기를 이용하여 유량측정이 가능하지만 홍수기나 갈수기에는 접촉식 유속계를 이용한 하천유량 측정이 불가능한 실정이다. 홍수기에는 기기 손상과 관측자의 안전이 위협받는 실정이고, 갈수기에는 유속이 너무 느려서 (0.1 m/s 이하) 프로펠러 유속계의 경우 유속의 정확한 관측이 힘들다. 또한 전지구적 빈번한 이상기후의 현실정에서 가장 중요한 기초 수문자료인 홍수량의 정확한 측정 자료는 많지 않다. 홍수유량을 측정하기 위해서 현재에도 기존의 봉부자를 이용하거나 유비쿼터스 센서를 장착한 봉부자를 이용하는 유량측정 기법이 향해지고 계속적으로 소개되고 있는 실정이지만 봉부자의 특성상 정확한 유량을 계산하기에는 어려움이 많다. 현재 선진국에서는 흐름과 비접촉식 방법을 이용한 하천유량측정 방법이 지난 10 여년간 꾸준이 연구되어 왔다. 그중 대표전인 것이 전자파를 이용한 방법과 영상해석에 의한 방법이다. 전자의 경우 국내에서는 수자원공사에서 10년 이상 연구 개발하여 상품화 시킨바 현업에서 이를 이용하여 홍수유량측정을 실시하고 있다. 후자의 방법은 유체역학 분야에서 흐름해석에 주로 이용되어지던 PIV(particle image velocimetry) 기법을 하천과 같이 대규모의 흐름영역에 적용가능하도록 개발된 기술로 LSPIV (large-casle particle image velocimetry)라 불리우는 기술이다. 본 연구에서는 미국 Iowa 대학에서 개발한 LSPIV를 이용하여 홍수파의 진행시 수위와 유량의 두 변수 사이에 나타나는 Loop rating curve의 이론적인 관계를 하천현장에서 일정시간 간격으로 실측을 통하여 파악하고자 하였다. 현장실험을 위한 대상지점으로 미국 Iowa주 Coralville 시내 Clear Creek의 USGS (US Geologival Survey) 수위관측소 지점을 선택하여 본 연구에서 실시한 유량측정 결과의 비교가 가능토록 하였다. LSPIV는 그 특성상 야간에는 적용하는데 어려움이 있어 아침시간부터 해가 지기 직전까지의 자연채광 조건의 영상취득이 가능한 시간대에서 표면유속을 측정하였고 이에 수심평균유속환산계수를 적용하여 유량을 계산하였다. 강우의 발생으로 인한 홍수파의 진행시 총 43회의 유량을 측정하였는바 이를 이용하여 이 지점의 수위-유량 관계식과 비교한 결과 거의 일치하는 결과를 나타냈다. 특히 홍수파의 진행시 고수위 영역에서의 측정한 결과는 수위의 상승기에는 최고로 7.5% 까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 컸으며, 수위의 하강기에는 반대로 최고 5.4% 정도까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 작게 나타났다. 또한 최대유량의 발생시기는 최고수위 발생직전의 수위라는 것이 파악되었다. 이러한 경향은 수위-유량 관계곡선의 이론과 잘 일치하는 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1343-1347
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• 2006

부정확한 유량자료는 예산 부족, 전담인력의 부재, 전문장비의 미비 등 구조적 측면에 근본적인 원인이 있는 것으로 판단되나, 유량측정 단계의 부정확과 유량자료의 처리절차가 실제적으로 이루어지지 않는 등 기술적 측면에도 중요한 한 원인이 있다. 건설교통부에서는 수문조사 선진화 5개년 계획의 일환으로 구조적.기술적인 문제를 개선하기 위해 2004년도 건설교통부 유량측정사업에서 유량측정 검증시스템을 도입하여 운영한 바 있다. 유량측정 검증시스템은 유량 측정과 분석을 나누어 수행하는 것으로, 강화된 기준과 방법론에 따라 정밀한 유량측정은 용역사에서 담당하였으며, 측정기준 강화, 측정방법 개선, 일상 검증과정 도입, 곡선식 개발 방법론 개선 및 유량환산/평가 절차 추가 등 분석과정은 한국건설기술연구원에서 수행하였다. 새로이 적용한 유량측정 검증시스템의 적용을 통해 생성된 2004년도 건설교통부 유량자료는 불확실도가 전국 평균 6.5%로 개선되었으며, 63개 지점 중에서 35개 지점(56%)에서 연유출률이 비교적 정상적인 수치를 보여 과거에 비해 상당히 개선된 품질수준을 보이는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1284-1288
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• 2010

부자의 보정계수를 결정하는 방법은 크게 다음과 같이 현행 방법과 WMO 제안 방법으로 구분할 수 있다. 현재 국내에서 적용하고 있는 방법으로 표면부자부터 4.0m부자까지 사용된 부자의 종류에 따라 사전에 정해진 보정계수를 적용한다. WMO에서 제안하고 있는 방법은 해당 하천의 수심과 사용된 부자 흘수(吃水)의 상대적 비로부터 산정되는 보정계수를 적용하는 방법이다. 본 연구는 국내 유량측정기술의 개선을 위한 선행연구로, '07~'08년의 국토해양부 부자 측정성과(86개 지점 788개 유량측정성과)를 현행 방법 및 WMO 제안 방법을 적용하여 산정된 유량을 비교 분석하였다. 분석 결과, WMO 방법을 이용하여 산정된 유량은 각 측정성과별로 현행 방법을 적용하여 산정한 유량 대비 -7.69~+7.20%의 차이를 보였으며, 평균 1.57% 작게 산정되었다. 각 수계별로 한강은 -5.90~+2.55% 범위에서 평균 -2.11%, 낙동강은 -7.69~+7.20% 범위에서 평균 -2.45%, 금강은 -7.39~+7.03% 범위에서 평균 -0.52%, 영산강은 -6.50~+2.58% 범위에서 평균 -1.59% 로 산정되었다. 또한 각 성과에 대해 각 지점의 주요 인자들과의 상관성을 검토한 결과, 산정된 유량의 차이는 지점의 수심에 매우 큰 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 저수심에서는 WMO 방법이 상대적으로 크게 산정되었으며, 고수심에서는 현행 방법을 적용하여 산정한 유량이 상대적으로 크게 나타났다. 특히 약 8m 이상의 수심에서는 보다 큰 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1908-1912
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• 2009

유량자료는 물의 순환과정을 규명하고 효율적인 수자원 개발 및 이수 치수 계획 등에 매우 귀중하게 이용된다. 그러나 이러한 유량자료를 확보하는 데는 많은 시간과 경비 등이 요구되기 때문에 주요 수위의 유량측정자료로 수위-유량관계 곡선식(Stage-Discharge Curve)을 개발하여 유량자료를 환산하고 있다. 따라서 수위-유량관계 곡선식의 신뢰도는 유량자료의 품질에 절대적인 영향을 미치는 요인으로 작용된다. 수문학을 연구하는 많은 학자들은 고품질의 유량자료를 생산하여 신뢰성 있는 곡선식을 개발하고자 유량측정 방법과 기준, 장비개량 등에 관한 연구를 수행하고 있다. 측정하고자 하는 기기별 측정 성과에 대한 연구 자료가 거의 없이 국내에 보급된 다양한 유속측정기기를 사용하여 유량자료를 생산하여 활용하고 있다. 본 연구에서는 규격화된 콘크리트 수로에 일정한 유량을 흘려보내고 다양한 측정기기를 이용하여 유속을 측정하였다. 그리고 이 측정성과를 이용하여 유량을 산정하고 비교분석하였다. 실험을 위해서 국내에서 일반적으로 사용되고 있는 측정기기로 마그네틱유속계(Electromagnetic Current Meter), 휴대용유량계(Flow Meter), 프라이스유속계(USGS Type AA Current Meter), 갈수기용유속계(USGS Pygmy Meter)등의 장비를 사용하였으며, 동일한 조건에서 유량을 얻음으로 측정 기기가 제시하는 유량을 알 수 있었다. 비교검토에 적용하고자 측정한 수심으로는 0.25m, 0.30m, 0.35m, 0.40m의 4개 Case로 진행이 되었으며, 측정방법으로는 도섭법(Wading Measurement)에 의하거나 케이블웨이(Cableway), 교량법(Bridge Measurement), 보트법(Boat Measurement)등이 있으나, 신뢰성과 정확도를 높이기 위해 도섭법으로 수면에서 0.6d 지점의 유량측정방법(1점법)을 적용하였다. USGS Type AA Current Meter, USGS Pygmy Meter는 유속측정기기의 검교정을 받았으므로 다른 실험유속측정치의 비교를 위한 기준값으로 사용하였다. 따라서 국내에서 널리 사용되는 측정기기(Electromagnetic Current meter, Flow Meter, USGS Type AA Current Meter, USGS Pygmy Meter)별 검토 결과 프라이스유속계를 기준으로 마그네틱유속계는 ${\pm}$10% 이상, 갈수기용 유속계 및 휴대용 유량계는 ${\pm}$5% 미만의 차이가 있음을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.273-273
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• 2018

하천유량을 산정하는 전통적인 방법은 수위-유량관계(stage-discharge relation)를 이용하는 것이며, 최근에는 하천특성에 따라 연속적으로 유속을 직접 측정하고 지표유속법(index velocity method) 또는 유속분포법(velocity profile method)을 이용하는 방법도 적용되고 있다. 연속으로 유속을 측정하는 방법에는 전자파 또는 영상이미지를 이용하여 표면유속을 측정하는 방법과 수중에 초음파 유속계를 설치하여 수중의 유속을 측정하는 방법이 있으며, 국내에서는 초음파 유속계를 이용하는 방법이 주로 활용되고 있다. 본 연구에서는 전자파표면유속계(MU2720)로 측정된 표면유속과 지표유속법을 이용하여 하천유량 산정방법을 검토하였다. 본 연구는 홍천강의 홍천군(반곡교)와 홍천군(홍천교), 한탄강의 철원군(한탄대교) 수위관측소에서 2016년도에 전자파표면유속계로 측정된 43개의 자료(평균유속 0.61~2.56m/s)를 이용하였다. 전자파표면유속계에 의한 유속측정은 한 지점에 고정하여 측정하지 않고 여러 개의 측선을 분할하여 표면유속을 측정하였으며, 단면 평균유속(Vm)과 가장 상관성이 높은 측선(지점)의 유속을 지표유속으로 하여 지표유속(vi)과 평균유속과의 관계식을 작성하고, 이를 통해 유량을 산정하였다. 여기서 평균유속은 전자파표면유속계로 측정한 유속을 이용하여 산정한 값이다. 그 결과 지표유속과 평균유속관계식의 결정계수($R^2$)는 0.9874~0.9976이었으며, 측정 평균유속과 지표유속관계식으로 산정된 평균유속과의 평균 편차율은 2.26~3.80%로 표면유속과 지표유속법을 이용한 유량산정 방법의 적정성을 확인할 수 있었다. 따라서 현재 국내에서 자동유량측정시스템에 초음파유속계만 상용화되고 있으나 향후에는 하천특성에 따라 전자파표면유속계를 이용하는 방법도 고려해 볼 필요가 있을 것으로 판단된다.

• 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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• 2023.05a
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• pp.369-369
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• 2023

표면유속계는 비접촉식으로 하천의 유량을 측정하는 방식이기 때문에 효율적이며, 특히 홍수발생시 안전한 측정이 가능하다. 이러한 비접촉식 방식이 갖는 장점으로 인해 홍수기 측정에 표면유속계가 널리 활용되고 있다. 하지만 포인트 방식의 표면유속계의 경우에도 측점마다 측정장비를이동하는 과정에서 어느 정도의 측정시간이 소요되며, 측정 시마다 기본적으로 최소 2~3인의 인력을 필요로 한다. 최근 발생하는 홍수사상은 돌발강우에 의해 발생할 뿐만 아니라 단시간 내에 급격한 수위 및 유량변화가 발생하기 때문에 대응하기 매우 어려우며 특히, 야간에 발생하는 호우사상은 야간측정에 따른 안전 사고가 발생할 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수 시 유량측정에 효율적으로 대응할 수 있는 방안으로 다회선 표면유속계를 이용한 유량측정방법을 실제 하천에 적용하고 표면유속을 이용한 다양한 유량산정방법을 실측결과와의 비교를 통해 적용성을 검토하였다. 표면유속계는 다회선 구성이 가능한 레이다유속계(RQ-30) 5대를 활용하였으며, 금강 본류에 위치한 세종시(햇무리교) 관측소를 대상으로 홍수기 유량측정을 수행하였다. 표면유속을 이용한 유량산정방법으로는 5개 유속계의 측정구간을 합산하는 중간단면적법과 표면유속을 지표로하는 지표유속법을 적용하였으며, 유량산정 결과는 기존 관측소의 수위-유량관계의 환산유량과 ADCP를 이용한 실측유량을 비교하였다. 다회선 표면유속 측정시스템을 이용하여 유량을 산정한 결과, 중간단면적법 및 지표유속법 모두 실측치와의 상대오차가 5% 이내로 비교적 정확한 유량측정이 가능한 것으로 확인되었다. 따라서, 향후 홍수기 유량측정이 어렵거나 위험한 지점을 대상으로 홍수가 주로 발생하는 기간에 일시적으로 설치하여 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 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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• 2009.05a
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• pp.1342-1345
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• 2009

조위영향을 받는 감조하천에서는 조위변화의 주기적인 특성으로 인해 일반적인 수위와 유량의 관계가 성립하기 어렵기 때문에 최근 ADVM(Acoustic Doppler Velocity Meter) 또는 UVM (Ultrasonic Velocity Meter)과 같은 자동 유량측정 기법을 통한 연속유량측정이 이루어지고 있다. 한강대교 수위관측소는 대표적인 감조구간으로 이러한 문제를 해결하기 위해 ADVM 방식의 자동유량측정시설이 설치되어 운영 중에 있으며, H-ADCP 센서를 통해 측정된 유속을 Chiou의 무차원단면유속분포법을 이용하여 유량을 계산한다. 이는 최대유속을 유량산정의 지표로 하여 유량을 계산하는 방법으로, 본 연구에서는 한강대교 자동유량측정시설의 측정성과를 이용하여 유속지수법과 무차원유속분포법에 의해 산정된 유량을 비교하였고, 앞의 방법들을 검증하기 위하여 2008년 ADVM을 이용한 이동보트법으로 측정된 유량과 비교하였다.