• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.225-225
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• 2020

최근 국내·외에서는 재래식 소류사량 채집기를 이용한 직접계측방법의 한계를 보완하기 위해 음향센서(하이드로폰)를 활용하여 소류사가 이동할 때 발생하는 충돌음 신호로부터 소류사량을 간접적으로 추정하는 방법이 개발 검토되고 있다. 이러한 방법은 하이드로폰에 계측된 음향신호의 특성 중 음향 펄스 수와 소류사량의 상관성을 해명하는 연구가 주를 이루고 있다. 그러나 기존의 펄스 카운트 알고리즘은 원시신호에 대한 불충분한 노이즈 필터링 작업과 음향특성 중 진폭만을 고려하여 임계치를 설정하였기 때문에 운송되는 소류사량이 많을 경우 신호 파형의 중첩으로 인한 펄스 수의 과소평가, 감지 가능한 상한 입자 크기가 제한되는 등의 결점을 가지고 있다. 또한 대다수의 연구가 소류사량의 총량과 시계열적인 변화를 추정하는데 주안점을 두고 있어 소류사량의 입도분포를 추정하기 위한 연구사례는 매우 부족한 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 한계를 극복하기 위해 다양한 입경과 유속 조건을 고려한 단독입자 공급 실험을 통해 하이드로폰에서 계측되는 소류사 입경별 충돌음의 진폭과 특정 주파수대역을 기준으로 음향특성치를 효과적으로 필터링 할 수 있는 개선된 Band-Passs Method 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 검증을 위해 기존의 음향신호 필터링 방법(증폭 채널 방법, 임계치 설정 방법)과 비교·분석을 수행한 결과 제안한 방법이 기존의 필터링 방법보다 높은 소류사량 추정률을 보이는 것으로 나타났다. 아울러 단일입경 연속공급 실험을 수행하여 입경별 소류사량 추정관계식을 산출하고 혼합입경의 입도분포 추정 가능성을 확인하였다. 연구수행의 최종단계로 혼합입경 소류사량 추정이 가능한 입경별 통합 소류사량 추정 알고리즘을 개발하고 실측 소류사량과의 비교·분석을 통해 알고리즘의 소류사량 추정 정밀도를 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.202-202
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• 2021

최근 국내·외에서는 산지에서 발생하는 토사재해를 관리하기 위하여 유사이송해석에 필수적인 요소인 소류사량 추정 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 음향센서가 내장되어 있는 파이프 하이드로폰은 소류사 입자가 충돌 또는 통과하면서 발생하는 음향을 계측하여 소류사량을 간접적으로 계측하는 방법이다. 하이드로폰에 계측된 음향신호는 신호의 정점을 연결한 포락선 신호로 변환되며, 증폭기에 의해 다양한 배율의 신호로 증폭된다. 이렇게 증폭되어진 여러 배율의 신호와 원시신호는 데이터로거에 의해 지속적으로 기록되고, 가공처리하며 검출된 음향 펄스 수와 특정 시간간격의 음압적분치를 이용하여 소류사량을 추정하게 된다. 본 연구에서는 하이드로폰에 계측되는 소류사의 충돌음으로부터 정량적인 소류사량을 추정하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 단일 입경 6종류와 유속 3종류 및 소류사량 5단계로 변화를 주었으며 디노이징 필터를 통해 원시신호의 노이즈를 제거함으로써, 소류사량 추정률의 성능을 높이고자 하였다. 원시신호와 디노이징 음향신호를 비교·분석한 결과 제안된 방법이 기존 원시신호 보다 높은 소류사량 추정률을 보이는 것으로 나타났으며, 단일 입경 연속공급실험을 수행하여 소류사량 추정 가능성을 확인하였다. 향후 혼합 입경 소류사량 추정 실험 및 다양한 입경을 활용한다면 높은 소류사량 추정률을 얻을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.146-146
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• 2020

최근 하천의 유사 중 소류사량을 계측하기 위해 사용된 기존의 물리적 소류사 샘플러를 이용한 직접계측방법은 홍수 시에 깊은 수위와 빠른 유속, 계측 절차상의 위험성 때문에 현장관측이 매우 어려운 한계를 극복하기 위해 현업에서는 소류사량을 간접적으로 추정하는 이론식에 의한 방법이 광범위하게 활용되고 있으나 이 방법 또한 추정이론식의 적용지역, 적용방법에 따라 결과가 수십배 이상 큰 차이를 나타나 실제 활용성에 대한 문제점이 있다. 이러한 기존의 소류사량 측정 방법의 문제점을 보완하기 위해 소류사량을 간접계측하는 방법이 활발히 제안되고 있다. 대표적인 방법으로 하상 이동 시 소류사의 충돌음을 음향센서로 계측하여 신호처리를 통해 소류사량을 추정하는 계측기기인 하이드로폰이 있다. 그러나 국외의 소류사량 간접계측 장치는 소류사량의 운송량이 많을 경우 음향신호 중접으로 인해 펄스 수의 감소, 감지 가능한 입경크기의 제한 등의 문제가 있다. 또한 국내의 백무평(2018)이 제안한 소류사 분석 방법인 대역통과방법(B-P Method)는 소류사량 추정에 있어서 기존의 방법과는 달리 주파수 특성을 반영하여 이전 연구들에 비하여 펄스 검출률을 향상시겼지만 이 방법은 극히 낮은 저유속과 작은 입경이라는 실험조건에서 이루어졌다는 제한사항이 있다. 따라서 본 연구는 다양한 입경과 고유속에 대하여 소류사량을 정량화할 수 있는 방법을 제시하기 위해 소류사 입경이 하이드로폰에 충돌할 때 발생하는 단독입자의 충돌음을 계측하기 위한 실외 수로실험장치를 구축하여 계측을 수행하였다. 실험은 현장에서 대표 시료로 분류된 몇 가지 입경에 대해서 유량 변화에 따른 충돌음향과 소류사량 그리고 소류사 입경크기에 따른 하이드로폰에서 인지되는 음향 특성을 계측 및 분석하였다. 연구결과 입경 크기 및 수리조건 변화에 따른 하이드로폰의 충돌음향 특성을 파악하여 단일 입경별 소류사량 추정관계식을 산출하였다. 또한 산출된 추정 관계식의 특성치와 공급 소류사량 간의 관계를 유도해 보았다. 향후 혼합입경에 대한 실험과 추정 관계식 신뢰성 검토 후 추가적으로 다양한 실험조건을 고려하여 실제 하천에 운송되는 소류사량과의 교정관계 확립을 진행한다면 국내 소류사량 데이터 수집을 위한 현장 설치까지 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.64-64
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• 2015

하천에서 토사유출, 하상변동, 제방유실 등과 같은 현상은 유사 이송과정에 관련되어 있다. 하천에 대한 다양한 공학적 문제들을 해결하기 위한 첫 단계로서 유사이송의 특성을 파악하는 것은 중요하다. 유수에 의한 하상재료 이송과정은 핵심 기작에 따라 부유사와 소류사로 구분할 수 있으며 이들의 합이 총유사량이다. 하천에서 유사이송을 정량적으로 이해하기 위해서는 부유사량과 소류사량을 측정할 필요가 있다. 소류사가 부유사에 비하여 측정이 어렵고 많은 시간이 소요되기 때문에 소류사량은 현장실측 자료의 수가 매우 부족하나 부유사량 자료의 수는 상대적으로 많은 실정이다. 홍수 시 하천에서 부유사량은 측정하고 소류사량은 기존 유사량 공식을 이용해 산정하여 총유사량을 추정하기도 한다. 이 같은 총유사량의 신뢰한계는 소류사량 추정 공식에 의존될 수밖에 없다. 본 연구에서는 자갈하상 하천에서 측정한 총유사량 중에 소류사량이 차지하는 정도를 조사하였다. 일반적으로 자갈하천은 모래하천에 비하여 경사가 급하고 유속이 빠르며 산지하천이 이 경우에 속한다. 산지하천에서 부유사량의 변동은 하상조건보다는 유역에서 공급되는 토사유출량의 크기에 좌우되나 소류사량은 주로 하상조건에 영향을 받는다. 양양남대천의 실측 유사량에 대한 유사량-유량의 관계곡선 기울기를 보면 부유사보다 소류사의 경우가 더 크며 서로 교차하는 유량조건, 즉 유사량비(=소류사량/부유사량)가 1인 한계유량이 존재한다. 유량이 적을 때는 소류사가 이동하지 않더라도 부유사량이 존재하였으나 유량이 한계유량보다 크면 소류사량이 더 많았다. 소규모 자갈하천인 Oak Creek (Milhous, 1973)에서 조사한 총유사량에서도 한계유량이 확인되고 있다. 모래로 된 대하천에서 유사량비는 현저히 작으며 한계유량도 확인되지 않고 있으나 경사가 급한 자갈하천에서는 한계유량이 존재한다. 이는 하천에서 유량이 증가하고 하상재료가 커지면 총유사량에서 소류사량의 중요성이 증가한다는 것을 의미한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.250-250
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• 2019

현재 우리나라에서 이용하고 있는 소류사량 직접계측방법에는 Arnhem 소류사 채취기와 Helley-Smith 소류사 채취기 등이 있다. 하지만 이러한 방법은 현장에서 계측하기가 매우 어렵고 많은 비용과 인력, 시간이 소모되며 특히 연속적인 계측이 어려워 소류사량의 직접계측자료를 기초로 하는 연구는 거의 전무한 상태이다. 이에 대한 대안으로 최근 국내외에서는 마이크로폰을 내장한 금속관에 토사가 충돌 시 발생하는 음향데이터를 수집 및 분석하여 소류사량을 계측하는 간접계측방법 하이드로폰을 사용하고 있다. 하이드로폰 시스템의 대부분이 증폭채널방법을 사용하고 있는데 이러한 방법은 개별입자에 대한 음향특성을 반영하기에는 다양한 크기를 가지는 소류사 입자에 대한 음향신호를 하나의 임계치 기준으로 필터링 하기 때문에 한계가 있다. 즉 기존의 방법은 소류사량의 상대적인 크기만 추정할 수 있을 뿐 소류사량을 정량화할 수 없다. 따라서 본 연구는 소류사가 이동할 때 발생하는 충돌음향을 신호 처리하여 소류사량을 추정하는 계측기기인 하이드로폰을 이용하여 기존 소류사량의 계측 방법을 개선하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 하이드로폰을 적용한 수리모형 실험 장치를 구축하고 현장에서 취득한 시료 중 대표시료로 분류된 두 가지 입자에 대해서 수리 조건 변화에 따른 충돌음향을 계측 및 분석하였다. 연구결과 입자크기 및 수리조건 변화에 따른 하이드로폰의 인지특성을 파악할 수 있었고 소류사 충돌음과 연관성 높은 주파수 대역을 분리하여 소류사 충돌음을 판독할 수 있는 계측알고리즘을 제시하였다. 특히 본 연구에서 제안하는 하이드로폰 충돌음향 분석법 B-P Method는 낮은 유속과 작은 입경의 소류사의 조건일 때 타 방법에 비해 제안된 B-P Method가 높은 판독률을 보여주었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.135-135
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• 2023

우리나라의 전 국토면적 중 약 63% 이상이 산지로 이루어져 있으며 이는 OECD국가 중 4위에 해당할 정도로 매우 높은 비율이다. 광활한 산지 면적의 효율적 이용을 위해 사면개발, 태양광 시설, 관광자원으로써의 활용 등이 이루어져 토양침식에 매우 취약해졌으며, 하천으로의 토사유입량이 증가하고 있다. 따라서 하천으로 유입된 유사량의 조사가 매우 중요하며, 유사량 중 입경이 큰 소류사량을 추정하기 위한 조사 장비 중 간접적 방법인 하이드로폰에 관한 국내·외 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 소류사량 추정 방법 중 추정식을 활용한 방법의 추정량이 많아질수록 정확도가 낮아지는 문제를 개선하기 위한 노력으로 인공신경망의 한 종류인 Convolutional Neural Networks(CNN)를 소류사량의 계측에 적용하기 위한 연구를 시도하였으며, 그 결과와 실제 소류사량의 정확도를 비교 및 분석하였다. 실험데이터를 획득하기 위하여 실내수로를 구축하였으며, Labview를 이용하여 소류사량에 대한 충돌음 이미지데이터를 취득한 후 학습을 진행한 결과, 검증데이터에 대한 정확도는 60%이상의 값으로 나타났다. 향후 추가적인 데이터 확보를 통해 정확도 향상을 위한 연구를 진행하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.249-249
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• 2022

국외에서 산지재해를 예방하기 위해 하천 유사량을 계측하는 기존의 재래식 채집기의 문제점을 보완한 간접계측장치인 하이드로폰의 개발 및 실용화를 위한 연구를 수행하고 있다. 하지만 국내의 경우 유사량을 계측하는 기술 수준은 선진국에 비해 기초단계에 머물러 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내에서 사용하기 적합한 간접계측장치를 개발하고자 한다. 간접계측장치인 하이드로폰은 횡단구조물의 끝단에 부착하여 설치하는 형태로 개발하였다. 충돌음향 계측을 위한 센서부는 파이프와 마이크로폰으로 구성하였으며, 구조물에 부착하기 위한 고정프레임과 연결장치로 제작되었다. 설치된 계측장치는 하상에서 이동중인 토사가 파이프에 충돌할 때 발생하는 소음을 계측하며 충돌음은 데이터로거로 취득된다. 계측된 음향 데이터는 정확한 소류사량 추정을 위해 충돌 횟수에 착안한 펄스 분석 방법과 진폭의 시간 적분치에 착안한 음압적분치 방법으로 비교·검토를 수행하였다. 소류사량 추정 관계식의 유의성 분석을 수행한 후 펄스 수 기반 추정 관계식과 음압적분치 기반 추정 관계식을 공급 소류사량과 비교시 각각 29%와 33%의 오차율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 앞서 선정된 소류사량 추정 관계식의 신뢰성을 확보하기 위해 관계식으로 추정할 수 있는 예측구간 및 95% 신뢰구간을 분석하였으며, 분석 결과 펄스 수 기반 추정 관계식은 92.5%, 음압적분치 기반 추정 관계식은 90.9%로 두 관계식 모두 소류사량을 추정하기에 양호한 수준으로 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 향후 추가적인 연구를 수행한다면 수문조사 시 부족했던 유사량 측정분야의 확대에 기여할 수 있을 것으로 예상되며, 이와 관련된 사업 및 기술발전에도 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.141-141
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• 2023

본 연구에서는 음향센싱 기법을 활용하여 소류사량 계측이 가능한 센서인 파이프 하이드로폰을 2가지 형태로 개발하여 설치 형태에 따른 소류사량 계측 성능을 비교·분석하였다. 파이프 하이드로폰은 수리구조물 끝단에 설치하는 부착식 하이드로폰과 하천 하상에 설치 가능한 형태로 제작하였으며, 파이프 하이드로폰의 실내 실험을 위한 수리실험장치를 구축하였다. 소류사 음향 데이터를 수집 및 저장하기 위해 National Instrument사에서 개발된 LabVIEW 언어를 이용하여 데이터 분석 프로그램을 개발하였으며, 데이터를 시계열 그래프로 표출하여 센서를 통해 계측되는 소류사의 특성을 분석하였다. 분석 결과 하천 하상 설치 형태의 파이프 하이드로폰은 후류가 발생하여 센서 후면으로 소류사가 재충돌되는 현상이 발생하였으며, 이에 6~9% 정도의 과다 산출되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 소류사가 센서에 퇴적되어 지속적인 데이터를 취득하기에는 적합하지 못할 것으로 판단되었다. 동일한 조건으로 실험한 부착식 하이드로폰은 후류로 인한 재충돌 현상 및 퇴적현상 또한 발생하지 않았으며, 소류사량 추정 결과 90.9%로 양호한 수준의 성능이 확인되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.972-976
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• 2008

본 연구는 유량과 하천유사를 현장에서 직접 관측하여 분석한 연구로서 그 동안 하천에서 유사량을 산정할 때 부유사만을 측정하던 방법과 달리 미호천 석화수위표는 유역특성상 소류사량의 이송이 상당할 것으로 판단되어 미호천유역의 소류사를 부유사와 동시에 관측하는 연구를 수행하였다. 유량의 측정 방법은 간략법인 삼선법을 이용하였고 부유사 관측에는 수심적분 채취법을 적용, 채취기의 이동속도를 모든 채취선에서 일정하게 유지하는 등이동속도법을 이용하고 소류사 관측은 부유사 관측과 동일한 채취선에서 이루어졌다. 각각 부유사량과 소류사량을 15회 측정하여 더한 값을 유사량으로 산출하였고 이를 그 동안 많은 연구에 이용되었던 수정아인슈타인 방법으로 추정한 값과 실측된 유사량의 값을 비교하였다. 본 연구는 소류사량과 부유사량의 관계를 비교할 수 있는 연구로서 연구결과는 다음과 같다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.8 no.1
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• pp.52-60
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• 1996

Existing equations of bed load transport are reviewed mainly considering the meaning and. role of variables used in the equations. The development of several equations and the problems of each equation are investigated by comparing their computed results against field or laboratory data. On the basis of the review remedies of each equation are suggested, and modified forms of existing equations are developed for wider application and improvement in the accuracy. Empirical parameters introduced in each equation are determined by testing them against Brownlie(1985)'s collected data, and discrepancy ranges of the refined equations are shown to see their degrees of accuracy.