• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.444-444
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• 2022

하천 수심 계측은 수심을 사람이 직접 계측하거나 초음파 기반 유속계 (ADCP) 등 최신 계측기기를 이용하여 간접적으로 계측을 실시하고 있다. 하지만 사람이 직접 하천에서 수심을 측정하는 것은 위험이 동반되고, 수심자료의 측정오차가 크게 발생한다. 따라서 수심측정에서 직접 측정 방식의 한계를 극복하기 위해, 초분광 영상의 반사도와 수심이 높은 상관관계를 보이는 것을 활용하여, 초분광 영상 기반 수심 산정 기법을 개발하였다. 초분광 영상 기반 수심 산정 기법은 복수의 파장이 존재하는 초분광영상으로부터 두 개의 파장대의 밴드를 추출하여 모든 경우의 수에 대해 밴드비를 산정한 후, 실측수심과 밴드비 간의 회귀분석을 실시하여 상관계수가 가장 높은 회귀식을 찾아내는 방식이 최적 밴드비 분석법에 기반한다. 최적 밴드비 분석법을 통해 획득된 높은 상관성의 밴드비-수심 관계식을 이용하여 수심을 추정할 수 있다. 이러한 방법은 직접 수심 측정 방식에 비해, 높은 해상도와 밀도, 양질의 데이터를 수집할 수 있는 장점이 있다. 과거 연구에 따르면 저수심부에서의 높은 정확도의 수심추정 결과를 보였지만, 고수심부에서는 실측수심과의 오차도 높아지는 등 정확성이 떨어지는 경향을 보인다. 따라서 본 연구에서는 보다 효율적인 수심계측을 할 수 있도록 최적 밴드비 분석법을 활용한 수심추정에서 신뢰성 있는 수심의 범위를 파악할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 대상지역으로 낙동강 본류와 황강 지류 합류부로 선정하였고, 초음파 기반 유속계(ADCP)와 드론을 활용하여 실측수심과 초분광 영상을 취득하였다. 민감도 분석을 위한 수심자료를 0.5m 단위로 분할하였으며, 구간별로 최적 밴드비 분석을 실시하였다. 그 결과, 구간별로 산정된 상관계수와 평균제곱근오차 (RMSE)를 통해 정확도가 높은 구간을 구별할 수 있었다. 또한 해당 구간을 초과하는 수심은 초분광 영상을 통해 추정이 어려운 것으로 판단되며, 분석한 구간까지를 최대 추정 가능 수심으로 정의하였다. 마지막으로 검증을 위해 최대추정가능수심으로 판단된 구간까지의 데이터만 활용하여 최적 밴드비 분석법을 적용하여 상관계수나 평균제곱근오차 결과의 개선여부 확인을 통해, 본 연구에서 제시한 방법이 정확한 최대추정가능수심 구간을 산정할 수 있는지 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.326-326
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• 2017

개수로에서 비에너지(specific energy)는 수로바닥을 기준으로 단위무게의 물이 가지는 에너지로 정의되며 흐름의 위치수두와 속도수두의 합으로 표현된다. 비에너지는 수로단면의 변화에 따른 수심의 변화를 해석하기 위하여 사용되는 중요한 개념이다. 사각형 개수로에서의 비에너지 관계식은 3차방정식의 형태이며, 해석적으로 3개의 해(3개의 수심)를 가지나, 물리적인 의미를 가지는 해는 2개이며 나머지 하나의 해는 음수이므로 물리적인 의미를 가지지 않는다. 물리적인 의미를 가지는 2개의 해는 각각 흐름이 상류(subcritical flow)인 경우와 사류(supercritical flow)인 경우에 대한 수심이다. 즉, 일정한 유량이 흐르는 조건에서 동일한 비에너지를 가지는 수심이 상류와 사류에 각각 존재하는데, 이 2개의 수심을 대응수심(alternate depths)이라 정의한다. 이러한 사각형 개수로에 대한 비에너지 관계식은 3차방정식이므로 그 해석해를 구할 수 있어, 수로단면의 변화에 따른 흐름의 변화를 비교적 쉽게 해석할 수 있다. 사각형 개수로가 아닌 경우의 비에너지 관계식을 이론적으로 고찰하는 연구는 찾아보기 힘들다. 이에 본 연구에서는 포물선형 개수로에 대해서 비에너지 관계식을 유도하였다. 유도된 비에너지 관계식은 비선형 음함수의 형태로 해석적으로 해를 구할 수 없다. 유도된 관계식의 해법으로 2차의 정밀도를 가지는 Newton-Raphson방법을 이용하였으며, 계산의 초기치는 상용화된 Excel에서 쉽게 구할 수 있는 회귀식을 이용하여 구하였다. 적용 예를 통해, 단순 회귀식을 이용하는 경우에는 정해와의 상대오차가 2 - 8% 내외였는데, 본 연구에서 제안하는 방법을 사용하는 경우에는 동일한 조건에서 상대오차가 0.25% 내외를 보였다. 즉 본 연구에서 제시하고 있는 양해법을 이용하면, 포물선형 개수로 흐름의 대응수심을 용이하게 그리고 정확도가 매우 높게 산정할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 2003.08a
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• pp.53-57
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• 2003

불규칙파를 사용하여 설계 자료로 이용하기 위해서는 설계해역에서 불규칙파의 파랑변형을 예측할 수 있는 수치모형의 개발이 선행되어야 한다. 비선형 불규칙파의 거동을 해석할 수 있는 Boussinesq 방정식은 상대파고인 $\alpha$/h($\alpha$는 수면의 진폭, h는 수심임)를 비선형의 매개변수로 하고 상대수심인 kh(k는 파수임)를 분산성의 매개변수로 하여 섭동법을 사용하여 유도된다. Boussinesq 식은 수심이 일정한 경우에 Boussinesq(1872)가 비선형 항을 O($\alpha$/h,(kh)$^2$)까지 포함하여 처음으로 개발하였고 수심의 변화가 완만한 경우에 Peregrine(1967)이 개발하였다. (중략)

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.225-225
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• 2023

하상 측정은 하천 유지관리, 수공구조물 설계 및 보수, 수생태 조사의 필수적인 자료이다. 최근 4대강 대규모 사업 이후 자연적 안정화로 인해 침식 및 재퇴적이 진행되어 정밀 하상 모니터링이 요구되고 있다. 통상적인 하상 조사 기법은 레벨측량 및 RTK-GPS 등을 활용하여 점단위로 직접 계측하는 기법과 수심이 깊을 경우 ADCP와 같은 음향측심기법을 통해 하상변동을 계측하고 있다. 하지만 점단위 직접 측정은 사구와 사련과 같은 하상 구조 교란 및 계측 시 위험을 동반하고 수심자료의 측정오차가 크게 발생하는 한계점이 존재한다. 또한 초음파 방식의 경우 막음길이와 바닥면 노이즈 등의 한계점으로 50 cm 미만의 저수심부 하상 측정이 불가능한 실정이다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 드론의 보급으로 수심라이다(Bathymetry LiDAR), SFM, 드론 탑재 초분광 영상을 활용한 초분광수심법과 같은 저고도, 고해상도의 비접촉식 면단위 하상 측정 기법이 대안으로 각광받고 있고 최근 관심은 해당 최신 기술의 성능 점검 및 적용성 평가에 있다. 따라서 본 연구에서는 초분광수심법 중 보편적으로 적용할 수 있는 최적밴드비분석(OBRA)의 성능 점검과 실무 적용성을 국내 하천을 대상으로 검토하였다. 해당 기술의 실무 적용성 평가항목 중 수심 적용 범위가 경제적이고 효율적인 성능 평가의 주된 항목이다. 선행 연구에 따르면 감천을 대상으로 저수심부의 성능 평가를 진행한 결과 상세한 하상계측이 가능하다고 제시하였다. 따라서 본 연구는 낙동강-황강 합류부를 대상으로 전형적인 평수기 탁도 조건에서 초분광수심법을 적용할 경우 최대측정가능수심의 범위를 결정하는 방법 및 결과를 제시하려고 한다. 또한 현장실험 당시 합천댐 방류로 인하여 황강의 탁도가 높아진 상태에 기인하여 고탁도 조건에서 초분광수심법의 적용성 평가도 추가 검토하였다. 해당 연구는 수심과 밴드비의 비선형성을 통해 최적 밴드비 분석의 결과로 도출될 수 있는 상관계수와 평균 제곱근 오차(RMSE)의 동향을 보아 다양한 시나리오의 배제수심을 통해 최대측정가능수심을 산정하였으며 그 이상의 범위는 수심맵 산정에서 제외하였다. 그 결과로 낙동강 본류에서 2.5 m 이하, 황강 지류에서 1.25 m 이하의 최대측정가능수심이 나타났고 해당 범위 이하에서는 상세한 하상이 나타났다. 또한 고탁도 조건인 황강에서는 낙동강에 비해 절반 수준의 최대측정가능수심 범위가 나타나 탁도 조건에 따른 초분광수심법의 한계가 있는 것을 확인하였다.

• Water for future
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• v.28 no.3
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• pp.197-204
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• 1995

The runoff from an urban catchment is increased because of the gravitation of the population towards cities. For this reason, water level increment in confluence area makes it impossible to drain internal water and thus produces flood out in upstream areas. In this study, flow variations of main channel are measured which is caused by combining storm sewer into main channel in small watershed. Depth increment in main stream is analyzed due to flowrate and slope in main channel and flowrate, slope is getting steeper, and also due to low flowrate in main stream and high flowrate in tributrary channel. For the degree of confluence, depth ratio decreases when the degree is getting small. As mentioned above, main factors influencing the depth ratio increment of confluence channel are in the order of the degree of confluence, and the flowrate of tributary channel and main channel.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.3
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• pp.195-210
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• 2023

Additional deposition and erosion in large rivers in South Korea have continued to occur toward morphological stabilization after massive dredging through the four major river restoration project, subsequently requiring precise bathymetry monitoring. Hyperspectral bathymetry method has increasingly been highlighted as an alternative way to estimate bathymetry with high spatial resolution in shallow depth for replacing classical intrusive direct measurement techniques. This study introduced the conventional Optimal Band Ratio Analysis (OBRA) of hyperspectral bathymetry method, and evaluated the performance in a domestic large river in normal turbid and flow condition. Maximum measurable depth was estimated by applying correlation coefficient and root mean square error (RMSE) produced during OBRA with cascadedly applying cut-off depth, where the consequent hyperspectral bathymetry map excluded the region over the derived maximum measurable depth. Also non-linearity was considered in building relation between optimal band and depth. We applied the method to the Nakdong and Hwang River confluence as a large river case and obtained the following features. First, the hyperspectal method showed acceptable performance in morphological mapping for shallow regions, where the maximum measurable depth was 2.5 m and 1.25 m in the Nakdong and Hwang river, respectively. Second, RMSE was more feasible to derive the maximum measurable depth rather than the conventional correlation coefficient whereby considering various scenario of excluding range of in situ depths for OBRA. Third, highly turbid region in Hwang River did not allow hyperspectral bathymetry mapping compared with the case of adjacent Nakdong River, where maximum measurable depth was down to half in Hwang River.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2019.11a
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• pp.246-248
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• 2019

우리나라의 "항만 및 어항 설계기준·해설"에서는 항로의 수심과 선석의 수심에 대한 기준을 정하고 있다. 다만 항로의 수심과 선석의 수심은 기준이 비슷하나 그 값이 다르다. 여기에 선석 수심에 대해서 홀수대비 선석수심비와 실제 우리나라 항만의 선석 수심을 비교하여 문제점을 제시하였다. 제시된 문제점을 토대로 향후 항해 및 계류안전성을 위한 수심 관련해서 종합적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.430-435
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• 2006

사행수로에서 만곡양상에 따라 변화하는 2차류의 연직 및 흐름방향 분포를 이론적으로 예측하기 위해 Odgaard (1986) 및 Chang (1988)의 제안을 바탕으로 새로운 이론식을 유도하였다. 개발된 이론식은 2차류의 횡방향 유속을 주 흐름 및 연직방향의 함수로 표현한다. 이를 검증하기 위해 실험실에 사행도가 각기 다른 두 개의 사행수로를 제작하여 수리실험을 수행하였다. 수리실험결과를 제안된 이론식 및 기존 식과 비교해 보면, 제안된 식은 실측치에 잘 일치하는 반면 기존 식은 과대 산정하는 경향이 있었다. 제안된 이론식을 통해 수리량이 변화는 경우 2차류가 어떻게 변하는지를 확인해 본 결과, 사행도, 조도, 하폭 대 수심비가 클수록 2차류는 증가하였다. 또한 조도 및 하폭 대 수심비의 변화에 따라 2차류의 흐름방향 분포가 민감하게 반응하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1794-1799
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• 2008

Labyrinth 위어는 평면상의 단면 형상이 직선이 아닌 위어로 정의된다. 이러한 labyrinth 위어는 월류량 증대, 수질개선, 수심유지 효과가 필요한 수공구조물에 이용되고 있다. 특히, labyrinth 위어의 수심유지 효과는 운하 및 하천에 적용될 경우, 관련 수공구조물의 수심 확보 측면에서 기여할 수 있다. 또한, 향후 운하 및 주운에 관심이 증대되고 있어 연구 가치가 충분하다. 본 연구에서는 주로 실무에서 이용되고 있는 사다리꼴 형상의 labyrinth 위어의 접근 수심변화에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 복잡한 labyrinth 위어의 흐름현상을 고려하기 위해 수리모형실험을 실시하여 분석하였다. 수리모형실험 조건은 labyrinth 위어의 다양한 형상을 고려하기 위해 벽체와의 사이 각($\alpha$)을 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $25^{\circ}$, $35^{\circ}$로 적용하였다. 또한, 수리모형실험에서 수심 변화는 전수두와 위어 높이비를 0.05에서 0.75범위로 수행하였다. 본 연구의 실험조건에서 연구된 결과, 사다리꼴 labyrinth 위어의 수심유지 효과는 일반 선형 위어에 비해 길게 나타났으며, 수심유지효과의 범위를 제시하였다. 이러한 결과는 수심 확보가 필요한 수공구조물의 기초자료로 활용될 수 있다. 향후 연구가 더 진행된다면, 수심유지 효과를 효과적으로 예측할 수 있는 관련 식이나 기법을 개발할 수 있다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.24 no.3
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• pp.196-203
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• 2022

This paper contributed to the understanding of the effect of the blade relative position on performance of micro gravitational vortex turbine in free water surface. In a constant vortex flow, the rotation, voltage and current of micro vortex water turbine were measured according to the position change of the blade installed at the relative vortex height (y/h_v) ranging from 0 to 0.778 below the free water surface. The flow rate ranged from 0.0063 to 0.00662 m³/s. The results of the experiments showed that relative positions of the blade affected the performance of vortex water turbine because the distributions of incoming flow velocity and turbulence intensity were changed. The highest amount of the energy generated by the vortex water turbine occurred in the relative vortex height ranging from 0.111 to 0.222. The output power at the relative vortex height of 0.111 was about 2.4 times larger than the relative vortex height of 0.588 below the free water surface.