• 한국수자원학회논문집
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• 제53권12호
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• pp.1071-1079
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• 2020

하천수의 통합적인 물관리를 위해서는 농업용수의 목적으로 취수되는 하천수량과 같은 기초자료의 확보가 필수적이다. 취입보를 통해 취수되는 하천수는 농업용수로를 통해 도수되는데, 계측지점의 특성에 맞는 취수량 계측방법이 필요하다. 본 연구에서는 만경강 유역 어우보의 농업용수로 도플러 효과를 이용해 표면유속을 산정하는 전자파 표면유속계를 적용하였는데, 주로 홍수기와 같이 고유량 상황에서 사용되고 있다. 저유량이나 고풍속에서는 표면유속이 단면 전체의 평균유속을 대변하기 어렵기 때문에 연중 지속적인 활용도가 낮다고 평가받고 있어, 농업용수로에서 전자파 표면유속계를 이용한 계측이 적합한지에 대한 검증이 필요한 상황이다. 전자파 표면유속계로 계측한 자료를 실측 유량자료와의 비교를 통해 농업용수로에서의 취수량 자료를 산정하였다. 농업용수로에서 최저유속 약 0.3 m/s, 최저유량 약 1.0 m3/s 이상시 전자파 표면유속계를 이용해 산정되는 일단위 유량은 기준유량 대비 경향성과 정확도가 높은 편인 것으로 확인되었고, 특히, 고유량일때 정확도가 높은 것으로 나타났다. 저유량에서는 양적인 측면에서는 유효한 결과를 얻을 수 있으나, 자료의 경향성이 불안정한 것으로 미루어 저유량시 표면유속으로 단면의 평균유속으로 산정하는 것에는 후속적인 연구가 필요할 것으로 판단한다. 본 연구를 통해 일정 유속 이상의 인공수로에서는 전자파 표면유속계를 통해 취수량을 산정하는 것이 적정한 것으로 사료되어 하천수 사용량 계측의 방안으로서 널리 보급되길 기대한다.

• 생태와환경
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• 제47권3호
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• pp.225-231
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• 2014

본 연구는 홍수기 유량측정의 어려움을 극복하고자 물과 비접촉식으로 유속을 측정하여 유량을 산정하는 전자파표면유속계(microwave water surface current meter, MWSCM)의 성능개선 제품인 범용 MWSCM에 대하여 소개하고자 하였다. 기존에 사용 중인 MWSCM은 홍수용으로써 연중 활용도가 낮아 이것의 이용성을 높이고자 성능을 개선하였다. 유속측정 범위를 확장하여 평 갈수기에도 하천 유량측정이 가능하게 하였다. 즉 기존 홍수용 MWSCM의 유속측정 범위가 $0.5{\sim}10.0ms^{-1}$이었던 반면, 금번에 개발된 범용 MWSCM은 $0.03{\sim}20.0ms^{-1}$로 홍수기 및 평수기 측정이 가능하도록 성능을 개선하였다. 이를 위해서 사용주파수의 변경($10GHz{\rightarrow}24GHz$), 안테나 및 송수신부 회로가 새롭게 설계 제작되었다. 이와 더불어 기존 홍수용 MWSCM 사용자들의 개선요구사항-기기 경량화, 유속 안정화, 자체점검기능, 저전력, 방수 및 방습-을 파악하여 반영함으로써 현장에서 유량을 측정하기에 용이한 기기로 개발하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권1호
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• pp.15-27
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• 2020

하천 유량관측은 수자원의 관리를 위해 활용되는 기초적이고 대표적인 자료로 하천에서 정확한 유량을 관측하는 것은 중요하다. 따라서 최근에는 다양한 첨단 장비들이 개발되어 전통적인 하천의 유량관측을 대체하거나 보완하고 있다. 여러 최신 장비들 중 전자파표면유속계는 홍수기와 같이 하천에 접근하여 직접유량계측이 위험하고 정확도 확보가 어려울 경우전자파를 이용하여 비접촉식으로 유량을 계측하는 장비로 홍수기 및 평갈수기에도 하천 유량계측에 활용되기 시작하였다. 전자파표면유속계는 사용법이 간단하고 간접적으로 유속을 측정하기 때문에 기존의 직접측정 방법에 비해 안전한 장점이 있어 현재 국내에서는 홍수기 또는 접근이 어려운 하천의 유속 측정을 위해 사용되고 있다. 국내에서는 1993년 유량측정 장치 개발을 위해 전자파표면유속계(MWSCM; Microwave Water Surface Current Meter)를 개발을 연구를 수행하였고, 최근에는 국내에서 개발된 전자파표면유속계을 활용하여 유량측정을 위해 사용되고 있다. 하지만 국내에서 개발된 전자파표면유속계가 실제 하천에서 유속측정의 정확도에 대한 연구는 부족한 실정이다. 전자파표면유속계는 기기로부터 전자파를 이용해 유속을 측정하기 때문에 수직각과 편각과 같은 각도 변화에 따라 측정정확도가 바뀔 수 있고, 전자파표면유속계 본체에서 발사되는 전자파의 측정영역에 따라 유속측정에 오차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내에서 개발 전자파표면유속계의 측정정확도를 분석하기 위해서 실제하천과 유사한 실규모 하천수로에서 수직각과 편각을 변화시키며 측정을 수행하여 수직각과 편각에 변화에 따른 유속측정 정확도를 분석하였다. 그리고 전자파표면유속계의 측정영역의 고려를 통해서 측정영역에 따른 유속측정결과를 분석하였다. 유속측정 결과를 통해서 수직각 15° 이하에서는 유속측정의 오차가 커지게 되는 것으로 나타났고, 편각이 커질수록 유속측정의 결과의 변동계수가 커지는 것으로 나타났다. 그리고 편각에 따른 오차의 영향은 전자파표면유속계의 측정영역에 따라 결과가 달라지는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1512-1517
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• 2005

과학기술의 발달과 함께 컴퓨터의 성능 개선 및 통신기술의 급진전으로 인하여 관측된 수문자료의 안정적 전송과 다양한 표출 및 무한한 저장 등에 관한 관심과 투자 등의 노력에 비하여 상대적으로 모든 수자원 업무의 기초가 되는 수문관측 및 자료관리에 대한 노력은 심히 부족한 것이 우리나라의 실정이다. 특히 수자원 관련 기술의 발달은 매년 놀라울 만큼 빠르게 선진국을 따라 잡고 있는 것이 사실이나, 유독 이를 뒷받침하는 수자원 기초자료 중 가장 중요한 유량자료를 산정하기 위한 하천의 유속측정 방법에 대한 연구는 거의 전무한 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 1999년도에 수자원연구원에서 홍수시 유속측정을 위하여 개발한 전자파표면유속계를 선진국의 최신 유량측정기법과 정확도를 비교하여 전자파표면유속계의 활용성을 검증하였다. 이를 위해 현장에서 유량측정을 위하여 LSPIV unit을 설계 및 구축하였으며, 동일지점에서 전자파표면유속계로 기록된 결과와 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2016

전자파표면유속계는 대표적인 비접촉식 계측기기로 최근 유량조사를 위해 활발하게 활용되고 있다. 국내에서 사용되고 있는 전자파표면유속계는 평수기 저유속에서도 측정이 가능하고 편각 측정이 가능하도록 개발되어 한 측정 지점에서 다 지점의 유속이 측정이 가능해 평수기 홍수기에 비교적 적은 인원으로 빠른 시간에 유량측정이 가능하다. 하지만 국내의 경우 전자파표면유속계가 과연 얼마만큼의 정확한 유속을 측정하는지에 대한 분석이 다소 부족한 실정으로 특히, 실제 하천에서 정확한 분석은 수행되지 않은 상태에서 유량 측정에 사용되고 있다. 전자파표면유속계를 실제 하천에서 사용할 경우 발생 할 수 있는 오차의 요인으로는 교량과 같이 높은 지점에서 측정을 수행할 경우 측정영역(Footprint or Illuminated area)에 따른 오차가 발생할 수 있는 가능성이 있고, 동일 측정 지점에 대해 수직각과 편각에 변화에 따른 유속 측정 오차가 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 개발된 Mutronics사의 전자파표면유속계(MWSCM; Microwave Water Surface Current Meter)에 레이저포인터를 부착하여 표면유속 약 0.5m/s ~ 1m/s의 자연 하천과 매우 유사한 실제 소하천 규모의 한국건설기술연구원 안동실험센터 직선하천에서 수직각(Tilt angle) 및 편각(Yaw angle)을 변화시켜가며 유속를 측정하였다. 그리고 측정된 결과를 활용하여 수직각과 편각의 변화에 따른 전자파표면유속계의 측정영역을 검토하였고, 동일한 측정 지점에 micro-ADV를 이용해 측정된 연직유속분포를 외삽하여 산정된 표면유속과 비교하여 전자파표면유속계의 측정 정확도를 분석하였다. 분석결과, 수직각(Tilt angle) 15도 이하에서는 유속 측정의 정확도가 떨어지는 것으로 나타났고, 편각(Yaw angle)이 커질수록 측정영역이 커지게 되어 변동 계수가 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 전자파표면유속계의 측정 오차는 측정영역에 민감하게 반응하는 것으로 나타나 실제 전자파표면유속계를 이용한 유량측정 시 측정영역을 고려한 측정이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.16-16
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• 2021

전자파표면유속계(Microwave Water Surface Current Meter)를 이용한 홍수기 유량측정은 교량과 같은 구조물을 이용하여 안전 및 측정위치의 흐름조건 등의 이유로 측정의 한계가 발생한다. 이런 문제점을 개선하기 위해 전자파표면유속계를 드론(Drone)과 결합하여 하천에서의 유량측정에 이용하였다. 전자파표면유속계는 비접촉식 유속측정 장비로 하천의 표면유속을 측정하고 유량산정을 위해 환산계수 0.85를 적용하여 평균유속을 산정하고 있다. 환산계수 0.85는 하천의 각 횡측선 수심-유속분포를 일반적인 분포로 가정하고 표면유속에 0.85를 곱하여 평균유속을 산정한다(Rantz, 1982). 그러나 하천의 측정위치 및 흐름특성에 따라 유속분포가 변화하기 때문에 국외 많은 연구에서 환산계수의 범위를 0.72에서 1.72까지 제시한 바 있다(Johnson and Cowen, 2017). 따라서 환산계수 0.85의 일률적인 적용은 부정확한 유량산정을 초래할 수 있어 측정위치에 적절한 환산계수 산정이 필요하다. 본 연구에서는 2020년 금강의 지류인 봉황천에 위치한 금산군(황풍교) 관측소에서 드론과 전자파표면유속계를 이용해 측정한 표면유속과 ADCP를 이용하여 동시 측정한 평균유속의 비교를 통해 환산계수를 산정하여 평균유속 산정의 정확도를 높이고자 하였다. 전자파표면유속계로 측정한 6개 성과 중 ADCP와 동시 측정한 4개의 성과를 분석하여 환산계수를 산정하였다. 측정성과별 측선수는 16~17개로 홍수터로 월류하여 비정상흐름이 발생한 측선은 제외하고 측선별 환산계수는 0.66에서 1.09의 범위로 나타났고, 성과별 환산계수의 평균치는 0.90에서 0.93 범위로 산정되었다. 환산계수가 일반적인 수치보다 높게 산정된 것은 측정위치 하류 약 600m에 위치한 콘크리트 고정보의 영향이 홍수 시 흐름의 수위-유속분포에 영향을 미쳐 높게 산정된 것으로 판단된다. 따라서 유량산정에 있어 환산계수는 4개 성과에서 산정된 환산계수의 평균치인 0.92를 적용하여 산정하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권8호
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• pp.613-623
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• 2015

홍수기 유량측정의 어려움을 극복하고자 물과 비접촉식으로 유속을 측정하여 유량을 산정하는 전자파표면유속계를 개발하여 실무에 적용하고 있다. 기존에 사용 중인 전자파표면유속계는 홍수용으로 연중 활용도가 낮아 이의 활용도를 높이고자 전자파표면유속계의 성능개선을 통하여 유속측정범위를 확장하여 평 갈수기에도 하천 유량측정이 적용할 수 있게 하였다. 즉 기존 홍수용 전자파표면유속계의 유속측정범위가 0.5~10.0m/s이었던 반면, 금번 개발된 고성능 범용 전자파표면유속계는 0.03~20.0m/s로 홍수기뿐만 아니라 평수기에 유속측정이 가능하도록 성능을 개선하였다. 전자파표면유속계를 이용한 저유속의 측정을 위해서 필요한 요소를 조사한 결과, 송신신호의 수신단 유입을 차단하여 저유속의 미세한 수신신호에 대한 검출능력을 향상할 수 있도록 송수신 격리도의 개선, 이와 함께 공진기의 위상잡음 특성개선이 저유속의 검출에 필수사항임을 파악하였다. 따라서 이를 감안하여 안테나의 송신부와 수신부가 분리된 안테나를 개발함으로써 송수신 격리도를 개선하였고, 기존 공진기의 위상잡음 특성을 개선하기 위하여 위상고정주파수합성기를 공진기로 적용함으로써 저유속 검출 성능을 개선하였다. 또한 고성능 범용 전자파표면 유속계의 사용편의성 증진을 위하여 안테나의 소형, 경량화 제작을 가능토록 하고자 사용주파수(10 GHz$\rightarrow$24GHz)를 변경하였다. 이와 더불어 기존 전자파표면유속계 사용자들의 개선요구사항-측정유속 안정화, 자체점검기능, 저전력, 방수 방습-을 반영함으로써 현장에서 유량측정하기에 간편한 기기로 개발하였다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.15-32
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• 2023

홍수 유량측정은 직접 하천에 접촉하는 방식의 경우 측정인력의 안전 문제와 다수의 인력이 필요한 점 등 어려운 점이 많다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 현장에서 측정이 간편하고, 수면에 접촉하지 않는 비접촉방식의 전자파표면유속계 활용이 증가하고 있으나 돌발적이고 급변하는 현장 여건의 적용에 있어 어려움이 있다. 따라서, 홍수 상황에서 표면유속을 이용한 유량산정방법은 이론적이고, 경제적인 접근이 필요하다. 본 연구에서는 전자파표면유속계 측정자료와 수위-유량관계곡선식 자료를 수집하여 표면유속을 이용한 지표유속법과 유속분포법을 적용 및 분석하였다. 전반적으로 동수반경 3 m 이상 또는 평균유속 2 ㎧ 이상에서는 모든 방법이 측정유량 및 환산유량과 유사한 결과로 분석되었다. 그리고 대상지점 중 수위-유량관계곡선식 고수위 범위에서 최대유속 발생 위치 구간의 최대 표면유속을 이용하여 지표유속법과 유속분포법으로 유량을 산정하였고, 환산유량과의 평균 상대오차가 모두 10% 이내로 비교적 일치하였다. 홍수시 한 개의 최대 표면유속 측정과 지표유속법 및 유속분포법을 이용한 유량산정방법은 고수위 외삽 개발에 적용할 경우 외삽추정 구간에 대한 신뢰도를 제고할 수 있을 것으로 판단되었다. 따라서, 본 연구결과를 토대로 한 표면유속을 이용한 유량산정방법은 신속하고 효율적인 홍수 유량측정 방안이 될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.347-347
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• 2020

하천수의 통합적인 물관리를 위해서는 농업용수의 목적으로 취수되는 하천수량과 같은 기초자료의 확보가 필수적이다. 취입보를 통해 취수되는 하천수량은 취수문에 근접한 농업용수로에서 유량을 계측할 수 있는데, 계측지점의 특성에 맞는 최적의 계측방법 선정 및 검증이 필요하다. 대부분의 농업용수로는 단면이 일정하여 수위-유량 관계 곡선식, 초음파 측정법, 수면경사법, 구조물법 등 대부분의 계측방법 적용이 가능한데, 본 연구에서는 전자파 표면 유속계를 이용해 산정한 유량자료와 실측 유량자료와의 적합성을 비교하여 전자파로 측정한 유량자료의 정확도를 확인하였다. 전자파 표면 유속계는 도플러 효과를 이용해 표면 유속을 산정하는 방식으로, 주로 홍수기와 같이 고유량 상황에서 사용되고 있고, 저유량이나 바람이 센 상황에서는 표면유속이 단면 전체의 평균유속을 대변하기 어려워 연중 지속적인 활용도가 낮은 상황이다. 농업용수로는 다양한 규모로 설계되어 있어 저유량에서부터 고유량까지 넓은 범위의 계측방안이 필요한데, 전자파 표면 유속계를 이용한 계측으로는 연속적인 자료 확보에 한계가 있다. 본 연구에서는 일정한 단면에서 전자파 표면 유속계와 실측 유속과의 비교를 통해 적정 수준의 정확도를 가질 수 있는 전자파 표면 유속계 측정범위를 특정하고, 저유량 구간에서 취약한 표면 유속 측정 자료를 보정할 수 있는 개선 방법을 적용하여 농업용수를 취수하는 지점에서 전자파 표면 유속계의 연중 상시 계측 가능 방안에 대한 연구를 수행하였다. 전자파 표면 유속계의 측정 범위 특정과 저유량 계측 개선 방안 등을 통해 추후 농업용수로의 하천수 취수량 계측 방법 선정에 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.942-947
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• 2006

수자원공사에서는 유량측정 이래 크게 개선되지 않고 있는 유량자료의 신뢰도를 획기적이면서 가시적으로 향상시킬 수 있는 방법을 고안하여 '04년 'PDA를 이용한 유량측정시스템'을 개발하여 시스템을 운영하고 있다. 그러나 기존 시스템은 모든 연산이 모바일 인터넷 기반으로 운영됨으로써 DB 전송 상 통신장애가 빈번하게 발생하여 측정자에게 많은 불편함이 초래하고 있으며, 유량측정 지점에 대한 유동적인 대처 방안 등이 미비한 실정이다. 이에 따라, 본 연구에서는 기존 시스템의 운영상 발생되는 통신장애 문제점을 극복하고, 유량측정 결과의 신뢰도를 향상시키기 위하여 개선방안을 마련하고 현장에 적용할 수 있는 시스템을 개발하고자 하였다. 이를 위해, 기존 시스템 상세 분석을 통한 시스템 구성상의 문제점 및 적용 알고리즘 상의 문제점을 도출하여 개선 시스템에 반영할 수 있는 방안을 제시하였으며, 자료 전송시 통신장애 극복방안을 제시할 수 있는 시스템 개발 방법을 도입하였다. 또한, 유량변화율 및 불확실도의 개선과 최신 IT기술 도입을 통한 기존 유속측정 장비의 개선 방안을 제시하였다. 이를 통해 보다 개선된 유량측정방법을 제공함으로써 유량측정업무 체계를 개선시켜주고, 신뢰성 높은 유량측정 결과 취득이 가능할 것으로 사료된다.