• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.467-471
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• 2010

유속지수법(index velocity method)은 수위-유량관계에 유속을 추가적인 지수로 이용하는 방법이며 현재 자동유량측정 방법으로 널리 사용되고 있는 기법이다. 유속지수법에 많이 사용되는 측정 장비는 초음파유량계와 Acoustic Doppler Velocity Meter(ADVM) 등으로 모두 연속적인 수위와 유속을 측정하여 시계열 유량 자료를 생산하기 때문에 고리형 수위-유량관계의 재현이 가능하다. 기존의 연구에서 유속지수법은 괴산댐 하류에 적용되어 댐 방류량대비 평균 7%의 상대오차를 보였고, 시간에 따른 오차 발생이 적어 수위-유량관계에 비해 효율적으로 나타났다. 하지만 댐방류량에 의해 영향받는 구간에서는 고리형 수위-유량관계 재현에 한계를 나타냈다. 따라서 본 연구에서는 일반 자연하천인 임진강 적성지점에 ADVM을 설치하였고, 수위-단면적 관계와 평균유속($V_m$)-지표유속($V_i$) 관계를 수립하여 유속지수법에 의한 시계열 유량자료를 산정하였다. 산정된 유량자료는 측정 유량과 비교하여 정확도를 분석하였고, 시계열 유량 자료로부터 고리형 수위-유량관계를 재현하였다. 2009년 6월부터 9월까지 운영된 ADVM 자료로부터 산정된 유속지수법 최대 유량은 $10,491m^3/s$였으며, 총 18회의 실측 유량과 비교한 유속지수법 유량은 평균 7%의 상대오차를 나타냈다. 시계열 자료로부터 재현된 고리형 수위-유량관계는 임진강 적성지점의 경우 수위관측소 수위 10m, 유량 $2,000m^3/s$부터 발생하였다. 2009년 8월 11일 첨두유량 $8,000m^3/s$홍수 사상에서 발생한 고리형 수위-유량관계의 경우 수위 14m에서 $1,230m^3/s$의 유량차이를 보였고, 동일한 유량 $6,000m^3/s$에서 1.2m의 수위차이를 보였다. 2009년 8월 26일 첨두유량 $10,000m^3/s$에서 발생한 고리형 수위-유량관계에서도 마찬가지로 수위 16m에서 $1,670m^3/s$의 유량차, 유량 $8,000m^3/s$에서 수위 1.3m의 차이를 나타냈다. 이와 같이 유속지수법은 기존의 수위-유량관계가 가지는 한계점을 보완하여 고리형 수위-유량관계 재현이 가능하기 때문에 보다 정확한 유량 산정이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.129-129
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• 2017

홍수파, 댐 및 보 등 하천구조물, 지류와 합류로 발생하는 배수영향 등으로 인해 고리형 수위-유량관계가 나타나 수위-유량관계식의 신뢰도가 저하된다고 판단되는 대하천 본류와 합류부 인근지류에서 초음파를 지표로 활용하는 자동유량장치가 현재 58개소에 도입되어 운용되고 있다. 그러나, 최근 다기능보 설치 등 하천의 수리적 특성이 변동하였고, 지류에서 주로 운용되는 수위-유량관계 기반 유량측정소에 본류-지류 합류로 인한 배수영향으로 고리형 관계가 형성될 경우, 지류수위관측소를 자동유량관측소로 대체할 필요성이 제기되고 있다. 또한, 기존 자동유량관측소의 경우도 홍수량이 기준이하로 나타날 경우 수위-유량 관계식으로 대체하는 경우도 발생하는데 적용기준이 명확하지 않은 경우가 많다. 본 연구에서는 신규 자동유량장치 설치, 기존 수위관측소 대체, 그리고 자동유량관측소에서 수위-유량 관계 활용 기준 설정 등을 판단하기 위해 고리형 수위-유량 관계의 패턴을 분석하여 지류의 수위관측소 존속여부 등을 결정할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 이를 위해 다기능보 설치 및 지류-본류 합류로 인한 지류로의 배수영향과 홍수파에 의한 고리형 수위-유량관계의 양상을 다양한 수문사상에 대해 분석하였다. 시범구역으로 하류에 창녕함안보가 위치한 낙동강과 합류하는 남강을 대상하천으로 하였고 자동유량장치가 설치된 낙동강의 적포교, 남강의 정암관측소의 관측자료를 활용하여 HEC-RAS 부정류 모형을 구축하였다. 구축 후 다양한 본류와 지류의 유량을 가정하여 고리형 수위-유량 발생 패턴을 분석하였다. 지류-본류 합류 영향의 경우, 낙동강의 영향을 유무를 고려하여 상승된 수위의 비율로부터 일정 유의수준을 두어 배수영향 구간을 산정하였다. 다기능보 영향은 다기능보 설치 전후를 가정하여 영향을 분석하였다. 그 결과, 남강의 경우 지류 유량이 작은 경우에도 본류 유량이 상대적으로 큰 경우 배수영향에 의한 고리형이 나타났다. 그리고, 다기능보에의한 배수영향은 매우 작은 것으로 나타났고, 지류의 유량이 큰 경우 홍수파에 의한 고리형도 발생함을 알 수 있었으나, 지류-본류 합류로 인한 고리형 발생이 지배적이었다. 이러한 결과를 바탕으로 95%의 유의수준을 기반으로 고리형 발생 여부를 확인할 수 있는 모노그래프를 작성하여 수위-유량관계 기반 유량 산정의 적절성을 판단하는 기준으로 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.96-97
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• 2019

최근 홍수파 또는 댐 및 보 등의 하천구조물과, 본류와 지류의 합류로 인해 발생하는 배수영향 등으로 하천에 고리형 수위-유량관계가 나타나 수위-유량관계식의 신뢰도가 저하된다고 판단되는 대하천 본류와 합류부 인근 지류에서 초음파유속계 측정결과를 지표로 활용하는 자동유량장치가 현재 58개소에 도입되어 운용되고 있다. 그러나, 최근 4대강 사업으로 다기능보 설치 등 하천의 수리적 특성이 변동하였고, 지류에서 주로 운용되는 수위-유량관계 기반 유량관측소에 본류-지류합류로 인한 배수영향으로 고리형 수위-유량관계가 형성될 경우, 지류 수위관측소를 자동유량관측소로 대체할 필요성이 제기되고 있다. 또한, 기존 자동유량관측소의 경우 홍수량이 기준이하로 나타날 경우 수위-유량 관계식으로 대체하는 경우도 있는데 적용기준이 명확하지 않다. 본 연구에서는 신규 자동유량장치 설치, 기존 수위관측소의 자동유량관측소대체, 자동유량관측소에서 수위-유량관계곡선의 활용 기준 마련 등을 명확하게 판단하기 위해 고리형 수위-유량관계 패턴을 분석하고 배수영향구간을 산정하여 제시하고 지류 수위관측소의 존속여부, 유량자료의 적절성을 판단할 수 있는 방법론을 제시 하고자한다. 이를 위해, 다기능보 설치 및 지류-본류로 인한 지류하천의 배수영향과 홍수파에 의한 고리형 수위-유량관계의 양상을 다양한 수문사상에 대해 분석하였다. 분석방법으로는 대상유역을 선정하고, 대상유역에 대한 부정류 모형을 구축하기 위해 HEC-RAS 모형을 사용하고, 대상유역에 대한 HEC-RAS 지형자료와 유량입력자료를 구축한다. HEC-RAS 부정류 모형 구축 후 다양한 본류와 지류의 유량을 가정하여 고리형 수위-유량 발생 패턴을 분석한다. 지류-본류 합류 영향의 경우, 본류영향의 유무를 고려하여 상승된 수위의 비율로부터 일정 유의수준을 두어 배수영향구간을 산정한다. 다기능보의 영향은 다기능보 설치 전후를 가정하여 영향을 분석한다. 본 연구에서는 시범구역으로 하류에 창녕함안보가 위치한 낙동강과 합류하는 남강과 하류에 달성보가 위치한 낙동강과 합류하는 금호강을 대상하천으로 하여 위 분석방법을 적용하였다. 분석결과 남강의 경우 지류 유량이 작은 경우에도 본류 유량이 상대적으로 큰 경우 배수영향에 의한 고리형이 나타났고, 다기능보에 의한 배수영향은 매우 적은 것으로 나타났다. 또한, 지류의 유량이 큰 경우 홍수파에 의한 고리형 관계도 발생함을 알 수 있었다. 금호강의 경우 또한 마찬가지로 본류의 유량에 의해 발생하는 고려형 관계가 지배적임을 알 수 있었다. 따라서 이러한 결과를 바탕으로 95%의 유의 수준을 기반으로 고리형 발생 여부를 확일할 수 있는 모노그래프를 남강, 금호강에 대해 작성하여 수위-유량관계 기반 유량 산정의 적절성을 판단하는 기준으로 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.516-520
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• 2012

홍수시 유속 및 유량을 직접 측정하기 어려우므로 수위-유량 관계식을 이용하면 편리하다. 그러나 수위-유량 관계는 유량 및 하도조건에 따라 변화하므로 매년 갱신하여 사용하는 것을 권장하고 있다. 본 연구에서는 초음파유속계 (Ultrasonic Velocity Meter: UVM)에 의한 연속적인 수위 및 유량 측정자료를 이용하여 수위-유량 관계를 구축하고 제시된 수위-유량 관계식을 적용하여 정확도를 분석하였다. 측정자료는 임진강 적성지점으로 2008년부터 2010년까지 7월 및 8월 자료를 대상으로 하였다. 초음파유속계는 홍수기 연속적인 수위와 유량의 측정이 가능하므로 측정자료에 의한 수위-유량 관계는 일반적으로 단일 홍수사상에 대해 고리 (loop) 모양을 보였다. 또한, 초음파유속계에 의한 수위 및 유량 측정이 안정된 경우 수위-유량 관계식은 고리 형태의 수위-유량 관계의 중앙을 관통하는 것으로 나타났다. 수위유량 관계식의 정확도는 당해 연도 측정자료에 대한 오차가 가장 작았으며, 오차의 크기가 차년도 자료 그리고 전년도 자료 순으로 나타났다. 이는 하천에 홍수 유과 이후 수위-유량 관계식을 개선해 주어야 하는 필요성을 제시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.326-326
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• 2020

하천의 본류와 지류가 만나는 합류부 흐름특성은 단일 하천에 비하여 수위, 유속, 경사, 유량 등 복잡한 수리학적 특성이 나타나게 된다. 특히, 홍수기 큰 호우사상이 발생하는 경우 본류와 지류에서 유입되는 각 유량의 크기에 따라 수위에 영향을 미치고 지류와 본류에 배수(back water)가 발생한다. 이러한 배수영향은 합류부 유량 산정에 있어서 매우 복잡한 요소로 작용한다. 일반적인 단일 하천에서는 수위가 증가하면 유량이 증가하여 수위관측소 수위 자료를 기반한 수위-유량관계곡선식을 이용하여 유량을 산정한다. 그러나 합류부에서는 배수영향으로 인하여 수위가 증가하더라도 수면경사가 완만해져 수위-유량관계곡선식 변수인 수위를 이용한 방법으로는 유량산정에 어려움이 있다. 따라서 조석 및 배수 영향 등 고리형 수위-유량관계가 발생하는 하천에서는 ADCP를 이용한 자동유량계측 방법을 채택하고 있다. 그러나 자동유량계측 시설을 설치하기 위해서는 고가의 비용이 발생하기 때문에 경제적 측면만 본다면 주요 지점이 아닌 모든 합류부에 설치하는 것은 어려움이 많다. 금강에 위치한 영동군(양강교) 관측소의 경우 하류 약 400m 우안측에서 유입되는 영동천의 영향으로 호우사상이 발생 할 경우 배수영향으로 고수위에서 상류 금산군(제원대교) 관측소와 첨두유량의 도달시간 및 유량 크기에서 역전이 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 초기 단계로서 영동군(양강교) 관측소가 위치한 금강과 영동군(초강교) 관측소가 위치한 영동천이 만나는 합류부에 수위계를 설치하였다. 호우사상별 유출에 따른 본류와 지류의 수면경사를 분석하여 배수영향이 시작되는 수위와 수위 상승으로 배수영향이 미미해지는 수위를 분석하여 배수영향 특성을 검토하였다. 이러한 분석은 기존 배수조건에서 왜곡된 유량 자료를 생산하는 수위-유량관계곡선식의 문제점을 개선하여 앞으로 정확한 유량산정 방법을 제시할 것으로 판단된다. 이러한 분석을 통하여 추후 합류부에서 배수영향 조건의 고리형 수위-유량관계곡선식 매개변수로 수위 외에도 수면경사를 고려한 수위-유량관계곡선식을 개발하는데 목적이 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.1-9
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• 2009

본 연구에서는 일반적으로 유량 자료의 생산을 위해 널리 사용되는 수위-유량관계의 고리형 특성 분석과 수치모형에 의해 이를 재현하는 것을 목적으로 하고 있다. 팔당대교 등 3개 지점의 연속적인 수위와 유량자료를 분석한 결과 여러 사상에서 매우 강한 고리형 특성이 발생하는 것을 확인하였다. 이는 기존 단일 수위-유량관계가 많은 오차를 포함할 수 있다는 것을 나타낸다고 할 수 있다. 한강 본류부에 일차원 수치모형을 이용하여 다양한 홍수사상에 적용하고, 그 결과를 실측 수위와 비교하여 검증하였다. 특히 2007년 홍수사상의 경우, 한강대교에 설치된 ADVM을 이용한 연속적인 유량측정 자료와 비교하여 수치모형에 의한 간접유량 산정의 적용성을 검증하였다. 검증된 수치해석 결과로부터 주요지점의 수위-유량관계를 작성한 결과 실측치와 유사한 형태를 구할 수 있었는데, 적절히 보정되고 검증된 수치모형을 이용하면 고리형 특성이 매우 강한 수위-유량관계의 재현이 가능함을 분석하였다. 본 연구 결과는 기존 단일 수위-유량관계의 오차 분석과 수치모형을 이용한 고리형 수위-유량관계 개발에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권9호
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• pp.853-860
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• 2012

홍수 발생 시 모래하천의 수위-유량 관계가 고리형을 이룬다는 것은 많은 현장 계측을 통해 보고되어 왔다. 또한, 홍수파 해석이나 사련에서 사구로 변동되는 하상해석을 통해 고리형 수위-유량 관계의 원인이 규명되어서 고리의 형태나 진행방향 등에 대해서는 이론적으로도 상당부분 입증되어 있다. 그러나 경사가 급한 자갈 및 암반으로 구성된 산지하천의 경우, 현장유량계측의 어려움과 관측 정확도의 문제로 고리형 수위-유량 관계에 대한 연구가 매우 드물었다. 본 논문은 자갈 및 암반지형의 산지하천인 제주도 한천에서 2011년 태풍 무이파 때 계측한 홍수 유량을 바탕으로 수위-유량 관계를 구축하고, 자갈하천에서 형성되는 고리형 수위-유량곡선을 분석하고자 한다. 유량계측 방식으로는 홍수기에 적합한 비접촉식인 전자파 표면유속계를 사용하여, 홍수의 상승기와 하강기의 유량을 시간 단위로 계측하는 데 성공했다. 계측결과 수위-유량관계에서 뚜렷한 고리 형상을 확인할 수 있었다. 그리고 고리의 이력이 모래하천과 정반대로 동일수위에서 상승기의 유량이 하강기의 유량보다 작은, 고리 경로의 역전 현상을 발견하였다. 이러한 역전현상은 자갈하천의 조도의 변화가 모래하천의 경우와 반대로 발생하는 데 기인하는 것으로 추정한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.54-54
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• 2021

최근 홍수파 또는 댐 및 보 등의 하천 구조물과, 본류와 지류의 합류로 인해 발생하는 배수영향 등으로 하천에 고리형 수위-유량관계의 이력현상이 발생하여, 수위-유량관계식으 신뢰도가 저하된다고 판단하여, 대하천 본류와 합류부 인근 지류에 초음파기반유속계(ADCP)의 측정결과를 지표로 활용하는 자동유량관측소가 현재 58개소가 구축되어 운용되고 있다. 그러나, 4대강 사업으로 다기능보의 설치 등으로 인해 하천의 수리학적 특성이 변동되었고, 지류에서 주로 운용하는 수위-유량관계 기반 유량관측소에 수문사상으로 인해 발생한 홍수파 또는 배수영향으로 인한 하천에 수위-유량관계의 이력현상이 발생할 경우, 지류 수위관측소를 자동유량관측소로 대체할 필요성이 제기되고 있다. 기존의 자동유량관측소의 경우 홍수량이 기준이하로 발생할 경우 수위-유량 관계식으로 대체하는 경우도 있지만, 적용기준이 명확하지 않다. 또한, 하천의 수위-유량관계의 이력현상이 발생했을 경우 수위-수면경사의 이력현상도 같이 발생하게 된다. 수면경사의 경우 기존 수위관측소로부터 수위 측정결과로부터 산정할 수 있기에, 수면경사로부터 하천의 이력현상 현저성을 산정할 경우 자동유량 장치를 활용하지 않고 이력현상 현저성 진단을 할 수있다. 따라서, 본 연구에서는 신규 자동유량장치 설치, 기존 수위관측소의 자동유량관측소대체, 자동유량관측소에서 수위-유량관계의 활용 기준 마련 등을 명확하게 판단하기 위해 상류에 위치한 수위관측소의 수위 측정으로부터 하천의 수면경사를 산정하고 수면경사를 활용하여 수위-유량관계 이력현상의 패턴을 분석하여 현저성을 진단하는 기법을 개발하고자 한다. 이를 위해, 다기능보 설치 및 지류-본류로 인한 지류하천의 배수영향과 홍수파에 의해 발생한 수위-유량관계의 이력현상를 다양한 수문사상에 대하여 분석 하였다. 분석방법으로는 대상유역으로 수위-유량관계의 이력현상이 발생하는 영산강유역에 위치한 남평교, 나주대교 두 지점을 선정하고 자동유량관측소 상류에 위치한 기존 수위관측소의 수위 측정값으로부터 하천의 수면경사를 산정하고 수위-유량관계와 수위-수면경사관계의 패턴을 분석하고, 수위-수면경사의 이력현상으로 부터 수위-유량관계 이력현상의 현저성을 진단하였다. 분석결과 각 수문사상마다 수위-유량관계의 최대이력범위와, 수위-수면경사의 최대이력범위를 각각 무차원화시켜 관계그래프를 산정하였다. 남평교의 경우 수위-유량관계의 이력현상이 현저히 나타남에도 불구하고 수위-수면경사의 이력범위는 거의 없었다. 나주대교의 경우 수위-유량관계와, 수위-수면경사관계 각각의 이력범위가 현저히 나타나 관계를 분석하기 용이하였다. 또한, 나주대교관측소지점의 분석을 통하여 수위-수면경사 이력범위의 유의 수준을 두어 일정 이력범위(20%)가 발생한 경우, 수위-유량관계의 이력현상이 현저함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 20%이상의 이력범위를 수위-수면경사의 이력범위로부터 수위-유량관계의 현저성을 판단하는 기준으로 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권12호
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• pp.6159-6166
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• 2012

수자원에서 특히 중요한 홍수기에 대한 유량 측정은 어려움이 있고 모든 하천에 대한 지속적인 유량측정은 현재 시스템상에서는 불가능하다. 그래서 유량의 생산을 위해서 그동안 수위유량 관계 곡선이 사용되어 왔다. 하지만 수위-유량 관계 곡선은 그 편리성에도 불구하고 수위와 유량만의 관계를 사용하므로 정확성 면에서 항상 문제가 있어왔다. 따라서 본 연구에서는 Chiu의 엔트로피 개념의 2차원 유속공식을 사용하여 새로운 평균유속공식을 유도하였다. 본 공식은 수심, 중력가속도, 동수경사, 에너지경사, 동점성 계수 등 하천의 수리적 특성을 잘 반영하고 최대유속도 산정할 수 있다. 또한 최대유속과 평균유속사이의 선형관계를 검증할 수 있었고 그 결과로써 하천단면의 특성을 잘 나타내는 평형상태의 ${\phi}(M)$을 산정하였다. 평형상태의 ${\phi}(M)$을 사용하여 평균유속을 산정하였고 이를 바탕으로 유량을 산정하였다. 본 공식의 검증을 위해서 고리형 특성을 보이는 부정류 상황에서의 실험실 측정 데이터를 사용하여 계산된 유량과 실측된 유량을 비교하였고 그 결과는 매우 잘 일치함을 알 수 있었다. 향후 다양한 실험실 데이터 및 하천 데이터를 이용하여 연구가 지속되어 진다면 수자원 분야에 널리 이용될 것으로 판단된다.