• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.474-474
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• 2023

최근 기후변화로 강우량이 증가하면서 복잡한 수위, 소류력, 유속이 나타나는 하천의 만곡에서 여유고를 초과하여 호안의 유실 및 제방의 파괴가 발생하고 있다. 이러한 현상을 예방하기 위해 1차원 홍수유출 모형을 이용하여 직선하도의 수위와 유속 등을 계산하고 분석할 수 있으나, 주로 만곡부가 나타나는 사행하도의 편수위와 소류력, 유속을 고려하지 못한다. 따라서 만곡부의 수리 특성을 해석하기 위해서는 2차원의 수위, 유속의 급격한 흐름변화를 효과적으로 계산할 수 있는 홍수유출 모형이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 강원도 삼척시에 위치한 오십천을 연구대상 지역으로 하여 2차원의 수리특성 분석이 가능한 Iber 모형을 적용하였다. 연구대상 하천을 5m 간격의 유한요소망으로 구성하고 DEM의 고도 값을 입력 하였으며, 하천정비기본계획에서 제시한 빈도별 홍수량을 적용하여 편수위, 소류력, 유속 등의 수리특성을 분석하였다. 그 결과 만곡부에서 최대 1.7m의 편수위가 발생해 여유고를 초과하는 결과가 나타났다. 유속과 소류력은 비례하는 경향을 나타내면서 만곡의 중앙보다는 외측에 집중되는 특징이 나타났다. 향후 하천의 만곡부에서 범람이 발생하면 하천 인근 지역의 피해를 예방하는 방안으로 2차원 모형이 도입되면 피해를 저감 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.593-601
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• 1999

하천의 유속구조에 관한 지식은 하천 양안의 침식, 사행현상, 유사 및 오염물질의 확산과정을 규명하는데 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 적절한 수리량을 사용하여 자연하천에서 종방향유속의 횡분포를 예측할 수 있는 이론식으로 수치모형을 구성하였다. 그리고 이를 낙동강에서 실측된 유속자료에 적용시켰다. 그 결과 수치모형은 실측된 유속분포의 일반적인 형태를 대체적으로 잘 근사하였다. 특히 모형은 유속의 횡분포에 있어서 왜곡도 및 편평도를 적절하게 재현하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.14-14
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• 2022

홍수시 하천의 유량측정은 매우 어렵고 위험하며 많은 노력과 비용이 드는 작업이다. 이러한 홍수시 유량측정을 위해 영상을 이용하여 하천의 표면유속을 측정하고 여기서 유량을 산정하는 기술은 하천 유량 측정의 자동화와 안전한 유량 측정을 위한 대안으로 크게 주목받고 있다. 그런데, 유속측정을 위해 20~40초 정도의 영상의 평균유속을 구하고자 하면, 방대한 양의 영상처리에 많은 시간이 소요되어 실시간 측정이나 분석이 어렵게 된다. 본 연구는 영상을 이용하여 홍수시 하천의 유량을 실시간으로 측정하기 위해 투영변환과 시공간영상 분석법을 적용하여 실용적인 표면영상유속계를 개발하기 위한 것이다. 이를 위해, 3차원 투영변환(11변수 변환)을 적용하여 측정선과 유속측정점의 위치를 영상내에 특정하고 이 부분만을 추출하여 시공간 영상(spatio-temporal images)으로 구성하고, 이 시공간 영상을 분석하여 유속과 유량을 산출하는 기법을 개발하였다. 즉, 하천의 주흐름 방향의 유속만을 산정하도록 하여 영상의 분석에 소요되는 계산량과 계산시간을 단축하였다. 또한, 시공간 분석과정도 기존의 CASTI (Correlation Analysis of Spatio-Temporal Images)를 훨씬 간단하고 빠르게 계산할 수 있도록 개량하였다. 그 결과 영상의 유속분석 및 유량산정에 소요되는 시간을 획기적으로 줄일 수 있었으며, 실시간으로 유량 측정이 가능하게 되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1841-1844
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• 2009

일반 하천에서의 유량측정 방법은 하천 조건에 따라 다르다. 전통적인 방법으로는 구조물에 의한 방법, 유속계 측정에 의한 유속-면적법, 부자에 의한 방법, 그리고 희석법 등이 있다. 그러나 이러한 방법들은 측정 위험성을 가지고 있다. 홍수시 발생되는 고유속과 심한 난류, 거대한 부유물질들은 하천 접근에 어려움을 가져오고, 측정 기기의 파손 위험성뿐만 아니라 인명피해까지 발생시킬 가능성이 있다. 최근 기존 방법들의 문제점을 해결하기 위하여 음파, 초음파, 레이더 등을 이용한 유량 측정 방법과 장비들이 개발되었다. 본 연구에서 사용한 레이더 유속계는 하천의 표면유속을 측정하는 비접촉식 센서로 홍수기 전 미리 유속 측정 단면 측량을 실시한다면 홍수시에도 비교적 신속하고 안전하게 유속을 측정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 레이더 유속계를 충청북도 괴산군 달천에 위치한 수전교에 설치하여 괴산댐 방류량 및 동시유량 측정 성과와 비교하였다. 2007년 7월부터 2008년 8월까지 $36m^3/s\;\sim\;821m^3/s$의 사상에서 총 10회 측정한 결과, 레이더 유속계를 사용하여 측정한 유량의 상대오차는 댐방류량 대비 -3.3% $\sim$ 27.5%로 나타나 평균11.8%의 상대오차를 보였다. 레이더 유속계 측정과 동시에 실시한 유속-면적법 측정, ADCP법 측정의 상대오차는 각각 평균 5.7%, 6.5%로 나타난 것과 비교한다면 다소 높은 오차를 보였다. 그러나 측정 시간의 경우 수위에 따라 다소 차이는 있지만 레이더 유속계를 이용하면 30분 정도의 시간이 소요되었으며, 유속면적법은 1시간 이상, ADCP법은 40분의 시간이 소요되었다. 이와 같이 레이더 유속계는 다른 방법에 비해 정확성은 다소 떨어지지만 측정 속도와 안정성 면에서는 우수하다고 판단된다. 문제점으로 지적되는 정확도 측면의 경우 레이더 유속계로 측정되는 표면유 속과 평균 유속 사이의 보정계수 문제를 보완한다면 보다 정확한 측정이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.503-503
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• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.340-340
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• 2012

하천의 정밀한 유량관측은 수자원의 확보 및 효율적인 관리에 가장 기본적으로 수행되어야 하며 하천유량측정에 사용되는 기존의 방법으로는 유속계를 이용하여 평수기 때의 유속을 관측하는 방법과 홍수기시에 봉부자를 이용한 관측방법이 널리 이용되어 왔다. 하지만 기존의 관측방법은 경제성 및 효율성면에서 뒤떨어지기 때문에 새로운 측정방법을 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 한국수자원공사에서 개발된 전자파표면유속계를 이용하여 홍수유량을 관측하는 방법과 영상처리기술을 이용하여 관측하는 방법들이 다양하게 이용되고 있으며 본 연구에서는 표면영상유속계(SIV, Surface Image Velocimertry)를 이용하여 유량을 관측하였으며 동시에 전자파표면 유속계를 이용하여 관측된 값과 비교 분석하였다. 표면영상유속계(SIV, Surface Image Velocimertry)는 동영상 카메라를 이용하여 강이나 하천의 표면 유동을 촬영하고, 영상을 초당 30프레임으로 분석하여 변위를 구한다음 영상들의 시간 간격을 이용하여 최종적으로 표면 유속을 구하는 방법이다. 여기에 표면 유속과 평균 유속의 관계(노영신, 2005)를 이용하고, 하천 횡단면을 적용하여 유량을 산정하는 기법이다. SIV 기법을 이용하여 제주도 한천유역에 적용하여 전자파표면유속계의 관측 값과 비교한 결과 2~3m/s의 유속 분포를 보이고 있으며 통상적으로 관측된 홍수 유출시의 유속과 근사한 값을 보이고 있다. 향후 다양한 유출 사상에 대하여 SIV 기법을 적용하여 검증하고 동시에 다양한 유량 관측 기법과 비교 검토한다면 제주도의 체계적인 유량 관측 기술을 확립할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.307-307
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• 2023

하천의 합류부는 물의 흐름에 변화가 생겨 수면 변화가 상류에 미치는 배수현상이 나타난다. 또한 한강과 평창강이 만나는 영월 지역의 경우 각 유역 면적이 비슷하기 때문에 홍수 사상에 따라 상호 배수 영향을 주어 수위에 영향을 준다. 그러므로 배수영향기간에는 하천 유량을 산정하는 기존 방법인 수위-유량관계곡선(stage-discharge relation curve)을 이용한 환산 유량은 실제 측정 유량과 차이가 있고, 연속적으로 유속을 직접 측정하여 얻은 유속과 평균유속 간의 관계를 이용한 지표유속법(index velocity method)의 적용에 대한 적절성을 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 강우 사상에 따른 영월군(영월대교) 지점, 영월군(팔괴교) 지점 간 기간별 상호 배수 영향을 검토하여 수위-유량관계곡선식 및 지표유속법을 비교·적용 하였고, 기간별 상하류 유량관계 및 총 유출량 분석을 실시하여 유량산정에 대한 적절성을 검토하였다. 배수 영향 발생 시 지표유속법을 이용하여 산정된 유량을 적용한 결과 상하류 유량 관계 및 총 유출량이 적절한 것으로 확인되었고, 배수 영향 기간에는 지표유속법을 활용하여 유량을 산정하는 것이 타당한 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.587-587
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• 2012

현재 대부분 하천관리의 흐름해석에서 주가 되었던 1차원 분석은 하천 단면에 따른 횡적인 수면차, 유속분포를 분석할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 특히 유량 및 유속이 급속도로 늘어나는 홍수시에는 그 오차가 더욱 커질 수 있다. 반면에 2차원 모형의 흐름해석은 사행하천의 흐름 특성과 만곡부에서의 종 횡방향 수면경사 및 양안의 수면차와 합류지점의 횡방향 흐름 등의 영향을 고려할 수 있으며 1차원 해석과는 달리 전 단면에 걸쳐 유속 및 수위 분포를 나타낼 수 있어 실제흐름에 가까운 수리량을 얻을 수 있다. 본 연구를 위해 적용된 해석모형인 SMS는 미국 Brigham Young 대학의 환경모형연구실과 미공병단(USACE)의 수로실험국(WES) 등에서 개발한 프로그램으로서 RMA2, RMA4, SED2D 모형 등으로 구성되어 있다. 각각의 모형은 수리 동역학적 해석, 오염물 이송확산 해석, 유사의 이송 및 퇴적 해석이 가능하며 이 중 RMA2를 이용한 2차원 흐름해석을 통하여 보다 적합한 하천관리에 이용가능하도록 하고자 한다. 연구대상 지역은 제주도 한천 하류부로서 제주도 하천 특성상 평상시 건천의 상태를 이루고 있으나 태풍 및 집중호우시 홍수유출이 발생하여 수위가 급격하게 상승하는 양상을 보인다. 대표적인 예로 태풍 '나리'시 최대 일강우량 420mm로 인한 인근 지역에 0.5 ~ 1.5m의 침수흔적을 보이고 있다. 본 연구에서는 2011년 최고수위를 기록한 태풍 '무이파'를 대상으로 하였으며 대상지역의 Kalesto를 이용한 수위-유속 자료를 이용하여 산출된 유량을 경계조건으로 사용하였고 격자망 형성을 위한 지형 데이터는 지형도 및 측량자료를 이용하여 구축하였다. 사용된 대표적인 매개변수는 하상의 조도계수를 나타내는 Manning의 n값과 유체의 밀도, 속도구배, 구조 등 여러 가지의 유체조건에 따라 변하는 성질인 와점성계수(eddy viscosity)로 요약할 수 있으며 Manning의 n값은 하천설계기준에 따른 하천기본계획의 조도계수를 사용하였고 와점성계수는 적합한 흐름 분포를 결정하기 위해 흐름이 안정될 때까지 변화시켜 해석을 시행하였다. 해석결과 만곡부에서는 급한 흐름을 보이고 있으며 최대하폭 구간에서는 완만한 흐름이 나타나 사행하천의 흐름특성과 횡적인 하천단면에 따른 변화, 하상고 차이로 인한 유속분포를 확인할 수 있으며 이는 보다 유용한 하천관리에 이용가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.972-972
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• 2012

일반적으로 자갈하천의 하상에는 여울, 소의 연쇄 구조(Riffle-pool sequences)가 발생한다. 여울은 수심이 얕아 유속이 빠른 부분이고 소는 수심이 깊어 유속이 느린 부분에 해당한다. 여울과 소의 연쇄구조는 모래하천에서는 보이지 않는데, 여울에서는 빠른 유속으로 인하여 하상의 조립화가 진행되며, 반대로 소에서는 하상이 세립토로 구성된다. 그리고 여울은 하도의 경사에 따라 발생하며, 유속의 빠름과 느림에 따라 크게 평여울과 급여울로 구분할 수 있다. 본 연구의 대상하천인 양양 남대천은 국내에서는 보기 드물게 개발이 거의 되어있지 않으며 조사대상 구간인 어성전(법수치) 계곡을 포함한 양양 남대천 상류 약 0.4 km은 산지하천 구간으로 비교적 자연하천의 상태를 유지하고 있다. 본 연구는 자갈하천의 구간에서 연속적으로 발생하는 여울, 소를 대상으로 하상경사, 하상재료, 수심, 유속 등 물리적 특성을 조사하였다. 이 구간에서의 나타난 여울 구간은 11개소로 구분할 수 있으며, 급여울이 시작되는 구간에서부터 여울과 소는 반복적인 형태로 나타났다. 하상경사는 평여울 구간에서 0.0011-0.0057, 급여울 구간에서 0.0143-0.0201로 나타났다. 하상재료는 $D_{50}$의 경우 평여울 구간에서 3.66-4.63 mm, 급여울 구간에서 3.61-4.63 mm로 나타났다. 이와 같은 연구는 자연하천이 갖는 여울, 소 연쇄구조의 물리적 특성을 이해하고, 자연형 여울, 소를 조성하거나 복원 시 설계를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.69-69
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• 2017

최근 여러 분야에서 드론에 대한 관심도가 높아짐에 따라, 하천분야에서도 다양한 연구에 드론이 활용하고 있다. 드론관련 기술의 발전으로 GPS와 같은 첨단 기술이 탑재되어 사용자에게 여러가지 정보를 제공하며, 조작 또한 간단하여 누구나 쉽게 활용할 수 있다. 그리고 무엇보다도 사람이 접근하기 힘든 지역을 쉽게 촬영할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다. 본 연구의 목적은 드론을 기반으로 표면영상유속측정법을 적용시켜 하천의 표면유속을 효율적으로 측정하는 것이다. 표면영상유속측정법은 카메라로 촬영된 영상을 이용하여 표면유속을 도출하기 때문에 촬영된 영상이 무엇보다도 중요하다. 하지만 드론으로 촬영된 영상들은 아무리 정지비행을 잘하더라도 필연적으로 영상에 흔들림이 존재한다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 흔들린 영상에 대하여 형태 정합법에 의해 보정을 하였으며, 이는 가장 핵심적인 기술이라 할 수 있다. 형태 정합법에 의한 영상 보정 과정은 고정된 표정점을 영상에서 추적한 뒤, 기준 영상의 표정점과 보정 영상의 표정점이 일치하도록 보정하였다. 영상 보정 후 영상 처리와 분석프로그램을 통하여 유속을 도출한다. 기존의 표면영상유속측정법에서는 표정점을 설치한 후 각 표정점마다 측량을 실시하여 좌표를 측정하였다. 이는 한국건설기술연구원 안동하천실험센터와 같이 이상적인 실험을 진행할 수 있는 환경에서는 문제가 없다. 하지만 실제 하천에서 표면유속측정 시 하천의 폭, 주변 환경 등의 영향으로 측량작업에 많은 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 Arduino와 GPS센서를 이용하여 표정점을 구성하였다. Arduino와 GPS 센서를 이용하면 각 표정점들의 좌표를 노트북에서 실시간으로 자동으로 확인할 수 있다. GPS 센서의 측정 오차에 따라 관측 오차가 다소 존재하지만, 실제 측량을 할 때와는 비교할 수 없을 정도로 신속하게 표정점의 좌표를 구할 수 있다. 이를 바탕으로 실험 하천에 대해 적용한 결과 기존의 방법에 비하여 간편하고 빠르게 표면유속측정을 수행할 수 있었으며, 표면유속측정값 또한 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.