• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.253-253
• /
• 2022

수문조사 방법 및 기준은 각 국가별 기후, 유역 및 하천특성에 따라 다르게 제시되고 있으며, 세계기상기구(WMO)나 국제표준화기구(ISO)에서는 국제적으로 통용될 수 있는 기준을 제시하고 있다. 대부분의 국가에서는 국제기구 또는 수문조사 선진국(미국, 일본, 영국 등)에서 제시한 기준 및 방법을 도입하여 적용하고 있으며, 국내의 경우도 국제기준과 더불어 미국의 기준과 우리나라와 기후, 지형 및 하천특성이 비슷한 일본의 기준을 많은 부분에서 도입하였다. 유속계에 의한 유량측정 시 측선수를 늘리면 정확도를 높일 수 있지만 대하천 또는 수위(유속)가 급변하는 경우에는 측선수를 많이 해서 측정시간이 길어지면 오히려 정확도를 떨어뜨릴 수 있다. 특히, 국내에서 홍수시 신속한 측정에 사용되는 부자와 전자파표면유속계는 기존의 회전식유속계 측선수 기준을 적용하는 것은 적합하지 않다. 이에 따라, 우리나라 수문조사 전담기관인 한국수자원조사기술원에서는 전자파표면유속계 측선수 기준을 실무적으로 제시하고 있으나 이에 대한 기술적인 검토가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 2016년~2020년까지 한국수자원조사기술원에서 측정된 58개 지점의 총 739개의 전자파표면유속계 측정성과에 대하여 수면폭 및 측선수 현황을 살펴보았다. 한국수자원조사기술원 일반기준 이상 측선수 비율은 646개(87.4%), 긴급기준 이상 측선수 비율은 739개(100.0%) 그리고 전체 평균값 이상 측선수 비율은 404개(54.7%)로 나타났다. 일반기준 이상 측선수가 많은 원인을 파악해보기 위하여 측선수를 최대구간유량비 20% 이상일 때까지 측선수를 10%씩 감소하여 산정된 유량의 변화를 검토하였다. 유량 변화 검토 결과 현장에서 유량측정 시 측선수의 등유량 배치, 최대구간유량비(20%) 및 불확도(±10%) 기준을 준수하기 위해서 기준 이상의 측선수를 확보하는 경향으로 판단되었다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 측선수 감소에 따른 유량 편차율 ±10%와 불확도 ±10% 조건을 만족하는 수면폭 구간별 최소 기준을 제시하였으며, 이 기준을 적용할 경우 전자파표면유속계로 현장에서 보다 신속하고 정확한 유량측정을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.259-259
• /
• 2022

하천에서 측정된 표면유속을 이용하여 유량을 산정하는 방법은 전통적으로는 여러 개의 측선에서 표면유속을 측정하고 해당 단면적을 적용하여 전체의 유량을 산정한다. 이러한 방법은 조사자가 직접 표면유속계를 이용하여 이동하면서 측정해야 하며, 측정에 상당한 시간이 소요된다. 또한 사람이 직접 교량 위, 케이블 등을 통해 측정해야 하므로 위험에 노출될 수 있다. 따라서 실시간 표면유속을 측정하여 무인으로 유량을 산정할 수 있는 방안이 필요하다. 본 연구에서는 최대유속이 발생하는 하나의 지점에서 측정된 표면유속을 이용하여 전체의 유량을 산정할 수 있도록 지표유속법(index velocity method)과 유속분포법(velocity distribution method)을 적용하여 비교하고자 한다. 지표유속법은 최대유속과 평균유속과의 관계식을 작성하여 유량을 산정하는 방식이며, 유속분포법은 Chiu(1987, 1988)의 엔트로피 개념의 유속분포법(개수로 단면에서의 2차원적 유속분포)을 적용하고자 한다. 연구를 위해 사용되는 자료는 8개 지점에서 전자파표면유속계로 측정된 유속 및 유량자료를 이용하였다. 본 연구결과를 활용하여 표면유속을 이용한 자동유량측정시스템을 도입한다면 자동유량측정시설의 설치 및 운영에 있어 기존 수중에 센서를 설치하여 운영하는 것보다 효율적일 것으로 판단된다. 또한 단면형상 및 흐름이 복잡하지 않는 하천에서 활용도가 높을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.381-381
• /
• 2015

표면영상유속계측법(Surface Image Velocimeter; SIV)은 영상분석기법의 일종으로 하천 표면의 유동을 영상저장장치로 기록하고 연속되는 이미지상의 입자이동을 계산하여 유속을 산정하는 방법이다. 그러나 표면영상유속계를 활용한 유속분석과정에서 현장 상황에 따라 많은 오차 요인들이 있을 수 있기 때문에 계산한 유속 산정 결과를 그대로 사용하면 정확도가 낮아질 수 있다. 특히 야간 영상과 같은 영상의 화질이 떨어지는 경우에는 유속 산정 결과를 필터링해서 사용해야 한다. 이는 순간 유속장을 분석하는 과정에서 획득된 이미지에 따라 분석된 유속벡터가 평균 유속보다 과다하게 크거나 상관계수 값이 너무 작은 경우가 포함되기 때문이다. 이 연구에서는 제주도 외도천 외도정수장에서 2013년 5월 27일 집중호우에 의한 유출 발생 주 야간 유출영상자료를 획득하여 표면영상유속계(SIV)와 ADCP를 활용하여 유량을 분석하고, 동시에 고정식 전자파 표면유속계인 Kalesto 관측 유량과 비교 분석하였다. 비교과정에서 제주도는 댐방류량과 같은 유량의 참값이 없으므로 각각 관측기기의 상대적인 비교를 하여 경향성을 분석하였다. 분석결과 주간유출영상은 상관계수가 0.6~0.7범위에 해당하는 유속이 전체 59개의 유속벡터 중 6.8%로 나타났으며, 0.7~0.8범위가 13.6%, 0.8~0.9범위가 18.6%, 0.9~1.0범위가 61.0%의 퍼센트를 나타났다. 야간유출영상을 주간유출영상과 비교해보면 0.6~0.7범위에 해당하는 상관계수가 6.8% 높게 분석되었으며, 반대로 0.9~1.0범위에 해당하는 상관계수는 17% 낮게 분석되었다. 이와 같은 결과는 야간유출영상이 주간유출영상에 비해 영상의 질이 떨어짐을 나타내며 표면영상유속계를 적용하여 유량을 산정하는 과정에서 획득되는 영상에 따라 상관계수에 대한 합리적인 필터링 과정이 필요하다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.48 no.8
• /
• pp.613-623
• /
• 2015

To overcome the difficulties of discharge measurements during flood season, MWSCM(micowave water surface current meter) which measures river surface velocities without contacting water has been applied in field work since its development. The existing version of MWSCM is for floods so that its applicability is low due to the short periods of floods. Therefore the renovative redesign of MWSCM to increase the applicability was conducted so that it can be applied to the discharge measurements during normal flows as well as flood ones by extending the measurable range of velocity. A newly developed high-performance MWSCM for general use can measure the velocity range of 0.03-20.0 m/s from flood flows to normal flows, whereas MWSCM for floods can measure the velocity range of 0.5-10.0 m/s. The improvement of antenna isolation between transmitter and receiver to block the inflow of transmitted singals to receiver and the improvement of phase noise of oscillator are necessary for detecting low velocity with MWSCM technology. Separate type antenna of transmitting and receiving signals is developed for isolation enhancement and phase locked loop synthesizer as an oscillator is applied to high-performance MWSCM for general use. Microwave frequency of 24 GHz is applied to the new MWSCM rather than 10 GHz to make the new MWSCM small and light for convenient use of it at fields. Improvement requests on MWSCM for floods-stable velocity measurement, self test, low power consumtion, and waterproof and dampproof-from the users of it has been reflected on the development of the new version of MWSCM.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.1897-1901
• /
• 2010

이동식 전자파표면유속계를 이용한 홍수유량의 산정을 위해서 임의의 유량측정지점에서 측정한 표면유속 값에 수심평균유속환산계수 0.85를 적용하여 그 지점의 평균유속을 계산하고 있다. 이로 인해 각 지점에서 흐름조건 및 기상학적으로 요인으로 인한 이 계수의 변동성을 고려하지 않은 상태로 유량을 산정하게 되어 각 흐름조건을 고려한 유량산정을 할 수 없는 실정이다. 이에 하천 현장에서 표면유속과 수심별유속의 실측 자료를 이용하여 흐름조건에 따른 표면유속과 평균유속의 관계를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 용담 수자원시험유역의 동향지점에서 하천을 횡단하며 바닥에서 수표면까지 수심방향으로 0.05~0.10 m의 간격으로 프로펠러 유속계를 이용하여 정밀법으로 각 수심에서의 유속을 측정하였다. 정밀측정된 수심별 유속을 이용하여 평균유속을 산정하고 이를 수체 (water column)의 가장 최상층에서 측정한 유속을 표면유속으로 가정한후 이로부터 수심평균유속환산계수를 산정하여 흐름조건에 따른 계수의 변화를 조사하였다. 하천 현장에서 흐름조건의 변화에 따른 표면유속과 수심별유속의 정밀측정을 통한 이들 깊이별 유속의 변화여부를 용담수자원시험유역의 동향지점에서 현장조사를 실시하였다. 측정당시 풍속이 느려서 (1.5~3.1 m/s) 바람으로 인한 유속에 미치는 영향이 수심별 유속분포상으로는 거의 나타나지 않았다. 다만 양안에서 평균유속과 표면유속이 역전되는 현상이 발생되었는데 이는 벽면 마찰에 바닥마찰의 영향이 추가됨에 따른 것으로 판단된다. 수심별 유속측정 결과를 전체적으로 분석한 결과 환산계수가 0.632~1.352로 넓게 분포하고 있다. 환산계수가 1.0 이상인 경우는 양안에 인접한 두 지점인데, 이들 두 경우는 유속분포가 이론적인 유속분포와는 상반된 유속이 측정 - 표면유속이 수심평균유속보다 느림 - 되었다. 환산계수가 0.6~0.8 사이에서 형성된 경우는 표면유속이 평균유속보다 25~55% 정도 빠르게 나타나고 있다. 전제 측정결과를 검토해보면, 전반적으로 양안에 인접한 측선에서 표면유속이 평균유속보다 느려지는 현상이 나타나고 있다. 또한 유속이 1.0 m/s 이상인 경우에 0.677~0.790의 환산계수 값을 보이는데 이 경우 수심이 50 cm 이하여서 바닥마찰의 영향이 큰 것으로 판단된다. 다양한 흐름조건별 표면유속과 수심별유속의 측정을 할 수 있는 현장여건 - 유속, 수위 등의 동일흐름 조건에 대해서 -에 많은 부분이 제약되어 이의 정밀분석이 힘든 실정이다. 따라서 이러한 현장측정시의 제약성을 극복하기 위해서 여러 가지 흐름조건을 구현할 수 있는 정밀제어가 가능한 실내실험장치를 이용한 면밀한 분석이 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.503-503
• /
• 2017

대부분의 자연하천에서 유량조사는 하천 횡단면의 유속을 측정하여 수위-유량관계로부터 유량을 산정하고 있다. 유속의 측정은 통상적으로 횡단면을 일정 구간으로 구분하여 회전식, 전자식 유속계, 부자 등과 같은 접촉식 장비를 이용하여 일차원 유속으로부터 구간을 대표하는 평균유속을 기반으로 유량을 산정하고 있다. 그러나 이런 접촉식 장비를 통한 유속 측정은 인력, 장비, 비용 및 돌발 호우사상의 측정자의 안전 등 현장 조건의 한계로 관측자료를 확보하지 못 하는 미측정 영역이 발생한다. 이에 따라 수위와 유량측정성과로 개발된 수위-유량관계곡선식은 미측정 구간인 외삽구간에서 정확도가 낮은 유량자료가 산정될 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 하천 횡단면의 일부 고정된 지점에서 측정된 표면유속을 이용하여 유량규모에 따른 평균유속의 상관관계를 분석하고 수위-유량관계곡선으로 산정된 유량과 비교함으로써 비접촉식 유속 측정방식을 통한 유량산정의 활용성과 적용성을 검토하였다. 이를 통해 표면유속을 활용한 유량산정의 실무적인 방법론을 제시하고 고수위 외삽구간의 유량을 비교 및 검증하였으며 수위 1.23m 이상에서 표면유속(0.62m/s ~ 2.69m/s)과 평균유속의 관계는 구간별로 일정한 선형관계가 나타났으며 각 구간에 대한 상관계수는 $R^2=0.97$ 이상으로 높게 나타났다. 이상의 결과는 비접촉식 표면유속측정으로 홍수기 중고수위 이상에서 접촉식 유속계가 갖는 한계를 보완하여 연속적인 유량생산이 가능하고 개발된 수위-유량관계곡선식의 외삽구간을 검토할 수 있는 참고자료를 획득하여 고수위 유량자료의 신뢰성을 높일 수 있는 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.37 no.2
• /
• pp.155-161
• /
• 2004

The purpose of this study is to verify LSPIV technique. Verification was made using moving cart with known velocity. The difference of velocity values obtained using these methods are within 5％, which means that LSPIV can be used in the field with reasonable accuracy After verification, LSPIV was applied to the river. The Neungwon stream and the Gonjiam stream, tributaries of the Kyungan stream, were selected as the test sites for application. The results of the test application were compared with those obtained by 3-D electromagnetic current meter and electron-wave surface velocity meter. Results show that the velocity values obtained using LSPIV coincide well with those obtained using conventional devices with maximum difference of 8％.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.366-366
• /
• 2017

하천의 유량관측 자료는 지표수자원의 확보와 수공구조물의 설계를 위해 가장 기초적인 수문자료로써 정밀하고 지속적인 관측을 요구한다. 최근 유량 관측법은 접촉식 유속측정 방법의 단점을 보완한 전자파 표면유속계나 영상분석기법을 적용한 표면영상유속계(SIV)가 활용되고 있다. 이들 관측장비는 표면유속 관측법에 의해 유량을 측정하므로 보다 정밀한 유량자료를 확보하기 위해서는 측정 영역의 표면유속과 단면의 평균유속에 대한 해석이 필요하다. 이 연구에서는 제주도 남부지역에 위치한 강정천을 대상으로 2011년 7월부터 2015년 6월 까지 월 1~2회 현장관측한 ADCP 자료를 활용하여 Chiu(1987)가 제안한 2차원 유속분포식의 매개변수를 추정하여 정밀한 유량을 산정하였다. 또한 표면영상유속계(SIV)로 산정된 표면유속을 Chiu-2 차원 유속분포식에서 평균유속으로 환산하여 기존의 표면유속을 일률적으로 적용한 수심평균유속 환산계수인 0.85의 적용 값과 비교 분석하였다. 대상하천의 현장에서 72회 관측된 ADCP 자료를 활용하여 각각의 최대유속과 평균유속을 분석하고 엔트로피 계수(M)를 산정한 결과와 유속의 공간적 분포를 모델링하기 위해 제시되는 $_{urf}$를 산정하였으며, 산정된 계수 값을 이용하여 표면유속을 계산한 결과와 ADCP의 관측된 표면유속의 $^2$는 0.874로 나타났다. 이러한 결과는 Chiu-2차원 유속분포식을 연구대상하천에 적용하는 과정에서 추정되는 매개변수의 평균값 사용에 대한 타당성을 보여준다. 이 후 추정된 하천매개변수를 하천현장에 적용성 확인을 위해 강정천의 동일 관측지점에서 표면영상유속계(SIV)를 사용한 표면유속과 유량을 산정함과 동시에 ADCP에 의한 유속 및 유량과 비교 분석하였다. 표면영상유속계(SIV)로 분석된 유속 벡터를 Chiu-2차원 유속분포식에 적용하여 산정된 유량과 기존의 수심평균유속환산계수 0.85를 적용한 유량은 각각 $0.7171m^3/s$과 0$0.5758m^3/s$였다. ADCP 평균유량 $0.6664m^3/s$과의 오차율은 각각 7.63%, 13.64%로 나타나 Chiu-2차원 유속분포식을 적용한 유량이 수심평균유속환산계수 0.85를 적용한 유량에 비해 작은 오차율을 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.1921-1925
• /
• 2010

개수로의 흐름을 측정하는 유속계는 유체역학 및 수리학적 연구와 유량 측정 등의 업무에 필수적인 장비이다. 그동안 국내에서는 일부 전자파표면유속계(이상호 등, 1997)와 영상처리 기반의 LSPIV(김영근 등, 2004)와 같은 비접촉식 유속측정 장치가 개발되어 활용되고 있지만, 유속 및 유량 측정에 보다 널리 사용되고 있는 수중 투입식 유속계의 경우 거의 개발되지 않았다. 특히 유속 분포를 측정하는데 활용될 수 있는 초음파 방식 유속 프로파일러는 거의 전적으로 외국제품에 의존하고 있다. 일반 유속계가 점유속을 측정하는데 비해 유속 프로파일러는 센서가 지향하는 방향선을 따라 공간적인 유속분포를 동시에 획득할 수 있으므로 측정 효율성이 높다는 장점을 지닌다. 본 연구에서는 국내 기술로 개수로 흐름 측정에 활용할 수 있는 초음파 유속 프로파일러를 개발하였다. 이 유속 프로파일러는 초음파 펄스를 반복적으로 송수신하는 PRF 기법을 이용하여 개발하였다. 개발된 유속 프로파일러는 직사각형 수로에서 유속 분포를 측정하기 위해 적용하였으며, 기존의 2차원 유속계와 그 결과를 비교하였다. 본 연구에서 개발한 유속 프로파일러는 실제 하천에 활용하기에는 측정 가능한 유속 및 수심 범위의 한계가 있으나 PRF 기법의 한계 범위에서는 실측 유속분포를 비교적 잘 재현하는 것으로 나타났다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.54 no.11
• /
• pp.903-913
• /
• 2021

In the flood season, the measurement of the river discharge has many restrictions due to reasons such as budget, manpower, safety, convenience in measurement and so on. In particular, when heavy rain events occur due to typhoons, etc., it is difficult to measure the amount of flood due to the above problems. In order to improve this problem, in this study, a method was developed that can measure the river discharge in a flood season simply and safely in a short time with minimal manpower by combining the functions of a drone and a surface velocity doppler radar. To overcome the mechanical limitations of drones caused by weather issues such as wind and rainfall derived from the measurement of the river discharge using the conventional drone, we developed a drone with P56 grade dustproof and waterproof performance, stable flight capability at a wind speed of up to 36 km/h, and a payload weight of up to 10 kg. Further, to eliminate vibration which is the most important constraint factor in the measurement with a surface velocity doppler radar, a damper plate was developed as a device that combines a drone and a surface velocity Doppler radar. The velocity meter DSVM (Dron and Surface Veloctity Meter using doppler radar) that combines the flight equipment with the velocity meter was produced. The error of ±3.5% occurred as a result of measuring the river discharge using DSVM at the point of Geumsan-gun (Hwangpunggyo) located at Bonghwang stream (the first tributary stream of the Geum River). In addition, when calculating the mean velocity from the measured surface velocity, the measurement was performed using ADCP simultaneously to improve accuracy, and the mean velocity conversion factor (0.92) was calculated by comparing the mean velocity. In this study, the discharge measured by combining a drone and a surface velocity meter was compared with the discharge measured using ADCP and floats, so that the application and utility of DSVM was confirmed.