• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1107-1112
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• 2009

수위-유량관계곡선이 있는 위어는 월류수심을 측정하여 개수로 유량을 산정할 수 있는 매우 유용한 유량 측정 도구이다. 본 연구는 폭 1m인 사다리꼴 단면 상업용 개수로에 설치된 높이 26cm인 삼각형 위어의 수위-유량관계곡선을 도출하기 위하여 수리모형실험을 실시한 것이다. 위어 수리모형은 크기를 1/5 축척으로 제작하고 유량과 수로경사를 변화시키면서 수리실험을 하였다. 기존 위어 유량산정 공식들을 이용하기 곤란하기 때문에 본 연구에서는 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어의 유량산정 공식을 정립하였다. 이 공식은 월류수심을 $h_1$과 $h_2$로 구분하였다. 월류수심이 $h_1$보다 작으면 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용하고, 이보다 크면 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용한다. 삼각형 위어에서는 유량이 증가함에 따라 유량계수 $C_1$이 작아지는 반면에 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어의 유량계수 $C_2$는 균일한 것으로 나타났다. 이는 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어에서는 삼각형 위어에서 유량계수 $C_1$이 사용되었기 때문으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 위어가 설치된 수로의 접근유속을 구하여 위어에 미치는 영향을 조사하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.221-221
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• 2017

본 연구에서는 국내는 물론 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 SWAT 모형을 대상으로 하천 단면 관련 입력변수가 유량 및 수질 모의에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서는 남한강 상류 충주댐 유역을 연구대상지역으로 연구를 진행하였으며, 충주댐 유역 내 소유역 중에서 국립환경과학원에서 국내 하천을 대상으로 구축한 한국형 Reach File(KRF) 내 실측 하천단면 정보가 존재하는 소유역에 대하여 실측 하천단면 정보를 적용하였다. 또한 본 연구를 위해 사용자가 구축한 소유역별 하천단면 정보 입력 자료를 통해 수문 및 수질 모의가 가능하도록 기존 SWAT 모형의 엔진 소스코드를 개선하였다. 유역 최종 유출구와 KRF의 실측 하천단면 정보를 적용한 소유역의 유량과 수질(유사량)에 대해서 실측 하천단면 정보 적용 전과 후의 모의 결과를 비교한 결과 유역 최종 유출구에서는 유량 및 유사량 모두 큰 변화는 나타나지 않았다. 이는 전체 유역 중 실제 하천단면 정보를 적용한 소유역의 비중이 작기 때문으로 판단되었다. 하지만 하천단면 정보를 적용한 소유역에서는 유량 및 유사량 모두 적용 전/후 차이가 나타났다. 특히 저유량 부분에서의 유사량이 큰 변화를 나타냈다. 하지만 본 연구에서 실측 하천단면 정보를 적용한 소유역은 유량 및 수질관측소가 위치하지 않는 미계측 유역으로써 실제 유량 및 수질 모의 정확도 향상 여부에 대한 평가가 불가능하였다. 따라서 향후 유량 또는 수질 관측이 이뤄지고 있는 계측 유역을 대상으로 실제 모형 모의 정확도 향상 여부에 대한 분석이 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2212-2216
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• 2008

본 연구는 하도특성의 불규칙으로 인해 수위와 유량이 단일 관계가 형성되지 않은 경우와 유수의 흐름이 지속되어 GZF 측정이 어려운 경우에 구간분리와 GZF를 결정하는 곡선식 개발 방법론이라 할 수 있다. 첫번째 연구과제는 저수위 구간 수위-유량관계곡선식의 GZF 추정방법의 개선에 관한 연구이다. 다음과 같은 연구를 수행하기 위해서 GZF의 변화에 따라 곡선식의 신뢰도를 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 프로그램은 사용자들이 쉽게 이용할 수 있는 엑셀 VBA(Visual Basic for Applications)로 작성되었으며, 입력자료 구축 모듈, 하도단면 입력 모듈, GZF 설정 모듈, GZF 평가 등의 4개 모듈로 구성되어 있다. 두 번째 연구과제는 구간분리 유무의 기준에 관한 연구로서 수위-유량관계곡선의 신뢰도에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 일차적으로 단면의 특성이 상이한 4개의 수위관측소를 선정하여 수위-면적 곡선과 수위-면적변화량곡선을 생성하였으며 이로부터 단면변화와 구간분리의 특성을 분석하였다. 구간분리의 기준에 영향을 미치는 변수로는 단면특성인자, 유속, 하상경사, 수면경사, 단면통제, 하도통제 등을 들 수 있으며, 또한 다음과 같은 주요변수들이 서로 복합적으로 작용되기 때문에 일정한 기준을 제시하기란 어려운 부분이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 구간분리에 영향을 미치는 주요 변수 중에서도 가장 크게 영향을 주는 변수인 하도 단면의 특성 등을 중심으로 연구를 진행하였다. 먼저 단면의 특성이 서로 상이한 수위 관측소 단면을 선정하여 수위관측소별로 저수부에서 고수위 구간까지 10cm의 등간격으로 수위별 면적을 산정하여 구간분리의 가능성을 판단하였다. 구간분리의 유무에 관한 연구는 현재 진행 중에 있으며, 향후에는 1단면, 2단면, 3단면까지 파악하여 단면 특성이 구간분리에 미치는 영향 등을 파악할 계획에 있다. 또한 하도 단면의 다양성을 고려하여 단면형상이 상이한 여러 수위관측소 지점에서 구간분리의 기준을 연구할 계획이며, 단면의 특성을 파악한 후에는 유량, 유속, 하상경사, 하도통제 등을 고려할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.184-188
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• 2010

식재된 하도의 흐름 해석을 위하여 많은 연구자들이 모형을 제시하였지만 이들 연구는 주로 균일한 형태를 갖는 수로의 실험자료를 활용하여 검증되었다. 자연하천의 경우 하도는 복잡한 형태를 보이고 동시에 식생위치, 밀도 등이 다양하여 흐름 또한 매우 복잡하다. 이러한 자연하도에서 유량을 정확히 예측하는 것은 매우 어려우며 이러한 이유로 식생이 존재하는 자연하도의 실측자료에 대하여 검증이 필요하다. 본 연구에서는 Mertens와 Nuding의 방법을 활용하여 주수로와 홍수터 그리고 식생구역과 비식생구역 사이의 운동량 교환에 의한 흐름저항을 산정하고, Darcy-Weisbach식을 이용하여 분할단면 별 유속을 계산하였다. 계산된 유속으로부터 분할단면의 유량을 계산하고 이들의 총합으로 전단면의 유량을 산정하였다. 독일의 도시하천인 Enz강 4개 단면에 대하여 두가지 방법에 의해 수위에 따른 유량을 계산하고 실측 유량과 비교하였다. 비교결과 모든 단면에서 Nuding 방법이 Mertens의 방법보다 유량을 크게 산정하고 있음을 확인하였다. 이는 식생구역과 비식생구역 사이에서 운동량 교환이 발생하는 폭이 크면 클수록 경계면에서의 마찰은 증가하게 되는데 Nuding 방법이 Mertens방법보다 운동량 교환 폭을 상대적으로 작게 산정하여 경계면의 마찰 또한 작게 산정한 결과로 판단된다. 복단면의 홍수터에 식생이 존재하는 경우에는 Nuding방법이, 복단면 형태이더라도 식생이 호안에 존재하거나 단단면의 제방에 식생이 존재하는 경우에는 Mertens방법에 의해 계산된 유량이 실측유량과 비교적 일치하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.238-238
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• 2011

복단면 하도는 홍수소통을 위한 상부 하도와 생태계 서식처 강화와 유사이송능력 개선, 경제적인 유지유량의 확보 등을 도모하는 자연적인 저수로 하도로 구성된다. 그러므로 갈수기와 홍수기의 유량차가 큰 하천에서, 복단면 하도는 하천 공학, 환경 생태 관점에서 다양한 이점을 제공한다. 그러나 복단면 하도에서의 흐름저항, 조도계수, 통수능, 수위-유량관계, 횡방향 유속분포, 그리고 하상전단응력 분포는 단단면 하도와 상이하며, 중요한 차이점은 주수로부와 홍수터부 사이의 유속차로 인하여 발생하는 활발한 운동량 교환에 의해 추가적인 전단층이 생성되는 점이다. 주수로와 홍수터 사이에서 발생된 경계전단력(Apparent Shear Force, ASF)은 하천의 전반적인 통수능을 감소시켜 홍수의 하도내 저류효과를 증가시킬 수도 있다. 또한 주수로 및 홍수터가 분담할 수 있는 유량은 경계전단력에 민감하기 때문에, 홍수터에 수목 식재, 구조물 설치 등을 계획할 경우 정량적인 항력저항의 산정을 위하여 매우 중요하다. 현재까지 복단면에서 발생하는 경계전단응력을 추정하는 다양한 방법들이 개발되었으며, 각각의 방법으로 부터 경계전단력을 정량적으로 예측할 수 있다. 그러나 대부분의 방법이 실험에 근거한 경험적 방법이므로 각 식의 개발에 사용된 자료에만 적합할 수 있는 한계가 있으며, 균일한 수로의 기하학적 변수(전단면과 주수로의 하폭비, 홍수터와 주수로의 수심비, 홍수터와 주수로의 조도비, 주수로의 하폭대 수심비 등)에 의한 식으로 구성되어 수치모형에서 직접 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 복단면 경계전단력 산정을 위하여 개발된 다양한 연구결과들을 비교 검토하고, 기존문헌 또는 웹상에서 가용한 수리실험 자료들을 이용하여 각 방법에서 계산된 유량과 실측 유량을 비교함으로써 각 방법이 지닌 한계를 분석하였다. 본 연구에서 검토된 5가지 방법은 Knight and Demetriou (1983)(이하 KD), Wormleaton and Merret (1990)(이하 WM), Cristodoulou (1992), Bousmar and Zech(1999) (이하 BZ) 그리고 Moreta and Martin-Vide (2010)(이하 MM)이다. BZ 방법을 제외하고 나머지 방법들은 전체 유량의 비교에서 5% 이내의 오차를 나타내었다. 그러나 나머지 4가지 방법 중 주수로부 유속의 비교에 있어서는 소규모 수로 실험자료만 이용한 KD 방법이 5% 이상의 오차를 나타내어 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 비교적 단순한 형태의 Cristodoulou (1992) 방법이 적용하고자 하는 수로의 규모와 무관하게 복단면 유량예측에 적합할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.325-325
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• 2019

본 연구에서는 안동댐 유역을 대상으로 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모형을 이용해 하천단면 특성을 고려하여 유량 및 수질(SS, TN, DO)을 모의하였다. 안동댐 유역 내 위치한 도산 및 안동댐 관측소의 실측 유량 자료를 이용하였으며, 낙본B 관측소의 수질 측정 자료를 이용하였다. 본 연구에서는 항공사진을 통해서 안동댐 유역 내 각각의 소유역에 대하여 평균 하천폭과 홍수터폭 자료를 구축하였으며, 이를 실측 자료로 가정하였다. 또한 하천단면 실측 자료를 기반으로 상류 유역 면적에 대한 하천폭 및 홍수터폭 회귀식을 개발하였다. 이렇게 개발된 회귀식을 통해 산정된 하천폭과 홍수터폭을 SWAT 모형에 적용하여 유량 및 수질 모의를 모의하였으며, 하천단면 특성을 고려하기 이전(Scenario 1, S1)과 이후(Scenario 2, S2)의 모의 결과를 비교하여 하천단면 특성 고려에 따른 모의 결과의 차이에 대하여 분석하였다. S1와 S2의 하천폭과 홍수터폭을 비교한 결과 S1이 하천폭과 홍수터폭을 과대 산정하는 것으로 나타났으며, S1의 유속은 S2보다 작게 나타났다. 유량 모의 결과와 실측 자료에 대한 $R^2$와 NSE를 산정한 결과 S1과 S2의 결과는 큰 차이를 나타내지 않았으나, S2가 S1에 비해 상대적으로 첨두유량을 높게 모의하는 경향이 나타났다. 유량 모의 결과와 달리 수질 모의 결과에서는 S1과 S2의 차이가 뚜렷하게 나타났다. SS, TN, DO 모의 결과 모두에서 S2가 S1보다 높은 모의 정확도를 나타내었다. 결론적으로 하천단면 특성이 유량 및 수질 모의 정확도에 영향을 주는 것으로 나타났으며, 특히 하천단면과 관련한 변수들은 수질 모의에 있어서 민감하게 영향을 주는 것으로 판단되었다. 하지만 본 연구는 단일 유역에 대해서만 진행되었기 때문에 연구 결과의 신뢰성을 확보하기 위해서는 본 연구의 연구대상 유역과 다른 유역 특성을 가진 유역들을 대상으로 본 연구의 결과에 대한 재검토가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1-5
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• 2009

하천의 수위와 유량에 대한 정확한 정보는 이수, 치수와 같은 수자원 관리에 있어서 가장 기본 물리량이며, 각종 물이용 분쟁 해결, 수공구조물의 설계, 하천의 유사량 산정 및 수리 수문모형의 개발, 검증을 위한 기초자료로 이용된다. 그러나 유량의 직접 계측은 많은 비용이 소요되며, 홍수시에는 계측이 불가능하다. 지속적인 유량자료의 실측은 얻는 것은 매우 어렵다. 따라서 최근 수치 모형을 이용하여 수위-유량 곡선을 예측하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 복단면 및 불규칙한 하상을 갖는 개수로의 수위-유량 곡선 및 단위유량 예측모형을 개발하고자 한다. 수심 적분된 2차원 운동량 방정식으로부터 정상류와 등류 조건을 가정하여 지배방정식을 구성하였으며, Manning 조도계수를 사용하여 자갈 및 모래와 같은 하상재료에 의한 전단력을 산정한다. 또한 식생항력을 이용하여 홍수터 및 제방의 식생이 수위-유량에 미치는 영향을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.342-342
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• 2012

이론적으로 하천의 흐름은 시간과 위치에 따라 수위와 유량의 관계가 일대일로 대응한다는 가정을 두지만, 실제 하천은 여러 가지 통제요인에 의해 다양하게 변화한다. 특히 하천 상 하류 일부구간에서 인공적인 골재채취나 준설작업과 같은 하도공사가 이루어진다면 하천의 흐름은 일시적인 수위변화가 아닌 단면의 변화 나아가 수위에 따른 유량의 증가 및 감소를 일으키게 된다. 또한 모래하상이나 식생의 영향을 받는 하천의 경우에도 빈번한 단면 및 유속의 변화를 볼 수 있다. 본 연구에서는 2007년부터 2011년까지 유량조사사업단에서 측정이 이루어진 4개 수계 577개 지점을 대상지점으로 선정하고, 이들 중 2개년 이상 측정이 이루어져 단면변화 및 지점의 수리특성 여부를 비교할 수 있는 한강 55개, 낙동강 49개, 금강 43개, 영산강 55개 지점의 수위-유량관계 변화여부를 검토하였다. 본 연구는 경년변화 없이 일정한 수위-유량관계를 보이거나 보와 같은 단면 통제에 의해 단순한 기간분리가 발생되는 지점, 4대강 공사가 진행 중인 지점, 미미한 단면변화에 의해 저수위의 수위-유량관계가 변화된 지점들은 분석 대상에서 제외하고, 중수위 이상에서 수위와 유량의 관계가 변화하는 지점들을 찾아 그 원인을 파악하고 사례를 분석하는데 중점을 두었다. 검토 결과 중수위 이상에서 수위-유량관계가 변화되는 요인으로 크게 상류와 하류에서 하천준설을 실시하여 수위에 따른 에너지선의 증가 및 감소를 일으킨 경우와, 제방공사에 의해 고수위가 변화가 발생되었거나 그 해에 배수영향을 받았는지 여부 또는 하도에 자생하는 식생의 영향 그리고 모래 및 자갈하천에서 발생되는 큰 단면변화 등으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.330-334
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• 2011

자연하천의 유량값은 일반적으로 횡단면의 면적과 이를 통과하는 유속의 곱으로 산정된다. 유량측정 방법은 하천의 형태와 저 평수기 및 홍수기의 수위에 따라 도섭법, 교량법, 부자법 및 보트를 이용한 ADVM 측정법 등 다양한 방법으로 실시된다. 그러나 현장 여건에 따라 흐름에 직각이 아닌 사교에서 측정이 이루어지는 경우에는 단면적의 오차를 포함할 가능성이 크기 때문에 횡단면의 측선 각도에 따라 각보정을 실시해야 한다. 현재 사교에서 유량 측정을 실시하는 경우, 흐름의 직각을 기준으로 처짐각을 측량하여 각 측선에 $cos{\theta}$를 적용하여 단면적을 보정하고 있는데, 이 처짐의 정도가 유량의 참값에서 어느 정도의 영향을 미치는지에 대한 검토가 요구된다. 본 연구에서는 한강수계 왕숙천에 위치한 퇴계원 지점에서 실시간 수위에 따른 유속을 측정하였으며, 횡단면에 직각인 측선을 기준값으로 제시하고, 처짐각의 정도를 $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$, $40^{\circ}$, $50^{\circ}$까지 늘려 산정된 유량값을 기준값과 비교 분석하였다. 본 연구에 쓰인 측정기기는 Price AA 유속계이고, 측정방법으로는 유량의 흐름 방향을 기준하여 직각으로 수면에서 0.6d 지점의 유량측정방법(1점법)을 적용하였다. 그 결과 유량의 흐름 방향을 기준하여 직각인 경우 $1.39m^3/s$의 유량에서 보정 전 각 $10^{\circ}$의 유량 $1.36m^3/s$, $30^{\circ}$의 유량 $1.49m^3/s$, $50^{\circ}$의 유량 $2.25m^3/s$로 각이 클수록 단면적이 크게 나타나며 유량 역시도 과대 산정됨을 알 수 있었다. 따라서 도섭법을 이용한 유량측정이나 사교에서의 교량법 등을 적용하여 유량측정을 실시할 경우 유량의 흐름방향을 기준으로 직각으로 유량측정을 실시하여 유량을 산정하되 부득이한 경우로 사교에서의 측정이 이루어 졌을 시 흐름 방향을 기준으로 각도를 측정하여 크게 나타나는 단면적에 처짐각을 보정하여 유량을 산정함이 오차를 줄일 수 있으며, 신뢰성 있는 유량자료 생산의 방법이 라 할 수 있겠다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.410-414
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• 2009

홍수 유량 측정에 주로 활용되는 봉부자법은 신속하고 간편하게 유량을 측정할 수 있지만, 부자의 유하 경로를 정확하게 알 수 없으므로 가정된 직선을 따라 유하하지 않을 경우 유속과 단면적 계산에 불확실성이 다소 크게 발생하는 단점이 있다. 또한 측정에 소요되는 시간이 짧지만, 대개 현장에서 유량 계산이 바로 이루어지지 못하므로 측정 유량의 적절성을 충분히 평가하지 못한다. 본 연구에서는 봉부자법의 장점은 살리고 단점을 개선할 수 있는 전자부자 시스템을 개발하고 이를 이용하여 유량을 산정하였다. 개발된 전자부자 시스템은 GPS에 의해 유하경로를 획득하여 RF 통신을 통해 실시간으로 기지국에 정보를 전송한다. 기지국은 3개 RF 채널을 통해 최대 15개의 전자부자의 위치 정보를 동시에 수집하며, 각 전자부자의 유하경로와 미리 측량한 단면 자료를 결합하여 측정과 동시에 자동으로 유속을 계산한다. 이렇게 계산된 유속은 지리정보와 결합되어 있으므로 하천의 평면 2차원적 흐름 특성을 나타내는데 활용될 수 있으며, 나아가 미리 측량된 단면 자료와 결합하여 측정과 동시에 즉각 유량이 얻어질 수 있다. 이러한 점에서 본 연구는 전자부자를 이용하여 현장에서 유속과 유량을 실측한 사례를 제시하고자 한다.