• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.113-113
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• 2022

기후 변화에 따른 집중호우의 증가로 유례없는 홍수가 발생하기도 한다. 홍수 대비를 위한 수리구조물 설계 및 홍수 예측을 위해서는 기초자료인 유량 자료가 중요하며, 이는 Rating-curve를이용하여 산정하는 것이 일반적이다. 하지만, 이를 기왕의 데이터가 부족한 지역과 적용수위 이상에 대해 적용하는 것에 한계가 있다. 2020년 8월 섬진강에 발생한 홍수는 홍수량의 추정이 어려울 뿐 아니라 기존의 Rating curve를 활용하여 홍수량을 추정하는데 한계가 있다. 섬진강 하천정비기본계획(2021)에 따르면 섬진강 남원(신덕리) 관측소는 100년 빈도 홍수량이 7,470m³/s인 반면, 선형 보간을 통한 Rating curve 외삽 결과 약 23,000m³/s로 많은 차이 나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 외삽의 불확실성과 직접 측량에 어려움이 있는 홍수기 유량 추정을 위해 수리학적 해석 방법을 이용한 간접유량 산정기법을 제시하였다. 수치해석모형을 이용하여 홍수사상을 재현하고, 이를 역으로 이용하여 관측 수위와 근접한 계산 결과를 보인 입력 자료로부터 대상 지역의 유량을 간접적으로 산정하였다. 상류단 유량자료의 생성을 위하여 Rating curve의 변수에 대하여 무작위 조합을 생성하였고, K-River(1차원 수리해석 모형)를 이용하여 MCS(Monte Carlo Simulation)를 수행하였다. 계산된 수위와 관측 수위간 수위 재현성 평가(NSE, RSR)를 통해 최적 결과를 나타낸 Rating Curve의 변수들로부터 경계조건의 Rating Curve를 산정하였다. 방법론의 검증을 위해 요천 합류부에 적용하였으며, 그 결과 기존 곡선식의 외삽에 따른 유량 자료의 수위 재현성과 비교하여 개선된 것을 확인하였다. 이를 활용하여 수자원 유량 자료의 신뢰도 개선에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.344-344
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• 2021

세계적으로 기후변화 현상으로 인해 극심한 이상 가뭄이 빈번하게 발생하고 있다. 물 공급 소외지역의 경우 가뭄으로 인해 주민들이 불편을 겪고 있으며, 특히 마을상수도 및 소규모수도시설에 의존하는 최상류부 유역의 취수원은 상대적으로 가뭄에 취약하다. 본 연구의 대상 지역은 강원도 춘천시 물로천의 제1지류 유역으로 주민들이 하천 계곡수를 생활용수의 주 공급원으로 사용하고 있다. 해당지역은 갈수기에 생활용수 부족 문제를 겪고 있는 지역으로 가뭄 대응을 위한 구조적 대책으로 다단식 Sand댐을 설치할 예정이다. 현장조사 결과 물로천의 물은 취수조로 일부 유입되며, 자갈 등을 이용하여 부유물 등이 필터링되어 물탱크로 흘러내리며 중력에 의해 각 가정으로 자연 유하하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 대상지역의 하천, 취수조, 물탱크 3개 지점에 압력식 자동 수위 관측기를 설치하였으며, 2시간 간격의 수위를 측정할 수 있도록 설정하여 매달 유속 측정을 통해 수위-유량 관계 곡선식을 바탕으로 유량을 산정하였다. 도출된 일별 유량 자료와 SWAT 모형의 매개변수 검·보정한 후 이를 장기간으로 확장 적용하여 약 10년간의 장기 유출량을 산정하였다. 일별 장기 유출량 자료를 통해 평균 유량 감수곡선과 감수곡선식을 도출하였고, 무강우에 따른 최대 공급가능일수를 산정하였다. 본 연구에서는 하천-취수원 연계 모니터링 및 하천 유량에 따른 공급가능일수 등을 제시하여 가뭄 취약지역의 주민 불편을 최소화하고 가뭄에 대응할 수 있을 것으로 판단된다. 최종적으로 추후 Sand댐 건설 전후 비교 자료로 사용될 수 있으며, 소규모수도시설의 가뭄 관리를 위한 모니터링 체계 및 대응 방안을 구축하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.351-351
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• 2022

현재 우리나라는 기후변화가 심화되고 강우의 불확실성이 높아지면서 자연 재해와 홍수 피해가 증가하고 있고 이에 따른 댐이나 보 운영의 고도화가 요구되고 있다. 특히 댐의 경우 다양한 원인에 의해 상류와 하류에서 홍수 피해가 빈번하게 발생하기도 하며, 방류 조절에 따라 담수 유입으로 인한 해수의 염도 변화나 수질 오염 등의 결과를 야기시킨다. 따라서 효율적인 댐 운영을 위해서는 방류량에 대한 지속적인 검증 측정이 필요하며, 유역 내 상하류 유출 특성 변화에 대한 모니터링이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 탐진강 유역에 위치한 장흥군(별천교)관측소와 장흥군(예양교)관측소를 대상으로 가동보 운영과 식생영향, 취수영향, 공사에 따른 수위-유량관계 변화를 분석하였다. 탐진강 최상류에 위치한 장흥군(별천교)관측소의 경우 2013년 이후 유량조사가 이루어지지 않아 2021년 하류 가동보 수문 운영 조건과 수중식생 영향, 취입보 운영 조건에 따른 변화를 모니터링하고 유량측정을 실시하여 수위-유량관계의 변동성을 분석하였다. 또한 탐진강 하류에 위치한 장흥군(예양교)관측소는 기존 설치되어 있던 상하류 가동보에 대해 철거공사가 금년 진행되었으며, 이에 따른 지속적인 모니터링과 유량측정을 통해 흐름 특성 변화를 분석하였다. 추가로 저평수기와 홍수기에 장흥댐 수문 방류량에 대한 검증 측정을 수행하여 고시된 방류량과 실측된 방류량을 각각 적용하여 탐진강 유역 유출 특성 변화에 대해 분석하였다. 결과적으로 본 연구에서는 탐진강 유역 하천 내의 보 운영과 식생, 취수, 공사영향에 따른 모니터링과 유량측정을 통해 신뢰도 높은 수위-유량관계곡선식을 개발하였고, 이를 통해 생산된 유량자료는 정확도가 매우 높은 것으로 분석되었다. 또한 장흥댐 수문 방류량에 대해 실제 측정된 방류량을 유출 분석에 적용한 결과 향상된 결과를 보였으며 정상적인 상하류 관계를 나타냈다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.10
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• pp.661-671
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• 2017

The objective of this study was to analyze the flood stage considering the uncertainty caused by the river roughness coefficients and discharge. The methodology of this study involved the GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) to quantify the uncertainty bounds applying three different storm events. The uncertainty range of the roughness was 0.025~0.040. In case of discharge, the uncertainty stemmed from parameters in stage-discharge rating curve, if h represents stage for discharge Q, which can be written as $Q=A(h-B)^C$. Parameters in rating curve (A, B and C) were estimated by non-linear regression model and assumed by t distribution. The range of parameters in rating curve was 5.138~18.442 for A, -0.524~0.104 for B and 2.427~2.924 for C. By sampling 10,000 parameter sets, Monte Carlo simulations were performed. The simulated stage value was represented by 95% confidence interval. In storm event 1~3, the average bound was 0.39 m, 0.83 m and 0.96 m, respectively. The peak bound was 0.52 m, 1.36 m and 1.75 m, respectively. The recurrence year of each storm event applying the frequency analysis was 1-year, 10-year and 25-year, respectively.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.332-332
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• 2016

수공구조물 설계시 hardware와 software의 발달로 수리계산과 수치해석의 오차율이 감소함에 따라 수치해석을 이용하는 빈도가 높아지고, 신뢰도가 향상되고 있는 추세에 있다. 그러나 댐 설계에 있어 수위별 방유량 관계 검토시 수치해석값은 각 수위에 해당하는 몇 개의 유량값을 대응시켜 경향만 비교하고 수리계산 결과를 설계에 반영해 왔다. 이러한 방법은 여수로 주변에 인접구조물이 없고, 여수로 각 수문별 균등한 유량이 방류될 경우 문제가 되지 않지만, 여수로 직상류 지형에 만곡부나 지형적 특성이 여수로 방류에 영향을 미치거나, 취수탑 등 여수로에 인접한 수리구조물이 설치되어 접근수로에서 복잡한 유동을 형성하는 경우 각 문비마다 방류량의 분배율은 달라질 수밖에 없고, 수리계산 결과를 일괄 반영하기에는 오차가 증가할 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 댐 운영시 중요한 인자 중 하나인 수위-방류량 관계에 대하여 수치모형을 이용한 정밀한 분석을 통하여 댐 여수로 운영시 오차율을 저감시키고, 적용성을 향상시키는 방안을 검토하였다. 첫째, 수위별 방류량 관계 검토시 여수로 상류에서 일정한 시간에 따라 선형적으로 수위가 증가하도록 경계조건을 설정한 후 3차원 수치해석 모형의 Output data를 단위시간에 따라 수위와 방류량이 산정되도록 하고, 기존 검토 방식대로 각 수위별 모형을 steady 상태로 수행하여 비교분석하였다. 수리계산과 기존 방식, 본 연구에서 제시한 방법에 대한 오차율 검토 결과 오차는 3 % 이내로 검토되었다. 둘째, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 접근유속에 대한 영향을 받게 되므로 수리계산시 에너지 경사를 이용하여 수위값을 반영하지만, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 경계조건을 부여한 수위값을 반영하거나, 임의의 지점에서의 수위값을 반영하는 경우 등 일괄적이지 않은 수위값을 반영하여 오차율이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 본 연구에서는 여수로 지점별 전수두를 측정하여 방류량 값을 산정하여 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.483-483
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• 2023

2020년 8월 섬진강 유역에서 100년 빈도 이상의 대홍수가 발생함에 따라 제방이 붕괴되거나 하천 범람이 발생하는 피해가 발생하였다. 8월 홍수를 대상으로 섬진강 본류 남원(신덕리) 수위국에서 기존의 수위-유량 관계 곡선식(이하 Rating curve)의 최대 적용 가능 수위는 2.53m 이지만, 해당 기간 첨두 수위는 10m 이상을 기록하였다. 이러한 대홍수의 경우 기왕의 관측데이터가 없을 뿐만 아니라 기존의 Rating curve를 외삽하여 활용하는 것에도 한계가 있어 간접적으로 유량을 산정할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 이와 같이 유량측정이 어려운 지점을 대상으로 주어진 유량에 대하여 수위를 재현할 수 있는 K-water에서 개발된 K-River모형(1차원 하천수리해석모형)과 Monte Carlo 시뮬레이션 기법을 활용하여 간접적으로 유량을 산정할 수 있는 기법을 개발하였다. 개발된 방법론은 고수위 구간에 대한 Rating curve의 불확실성으로 인하여 본류와 지류의 유입량 추정이 어려웠던 섬진강 요천 합류부에 적용하였다. 대상구간은 본류(섬진강) 26km 및 지류(요천) 15km로 구성되어 있으며, 본류와 지류의 상류인 수위국 남원(신덕리) 관측소와 남원(동림교) 관측소에는 각각 기존의 Rating curve가 존재한다. 불확실성이 높은 Rating curve의 고수위 구간에 대한 매개변수를 조정하여 다수의 Rating curve를 생성하고, 이를 기반으로 관측수위를 다수의 상류 시계열 유량자료(경계조건)로 환산하였다. 다음으로 이 유량자료를 기반으로 앙상블 모의를 수행 후 대상구간의 중간지점에 위치한 수위국(고달(고달교) 관측소, 송동(요천대교) 관측소, 곡성(금곡교) 관측소)에서 수위재현성(NSE, RSR등 활용)을 평가하여 최적 샘플 추출을 추출하였다. 추출된 샘플로부터 상류 경계지점의 적정 Rating curve 선정과 각 지점에서의 시계열 수위 및 유량을 역으로 추정하였다. 이를 통해 실제 유량측정결과 없이도 간접적으로 신뢰도 높은 유량 자료를 확보할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 향후 수자원의 효율적 관리 및 홍수관리를 위하여 효율적으로 활용이 가능할 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.102-102
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• 2022

소하천의 홍수 예측은 대부분 수치모형을 직접 활용하거나, 미리 설정된 시나리오에 기반하여 수치모의를 수행하고 계산된 결과를 이용하여 추정한 경험식을 활용한다. 수치모형과 그 결과를 홍수 예·경보에 활용하기 위해서는 계측자료에 기반하여 변수를 최적화하는 등의 수치모형 검증 절차가 매우 중요하다. 소하천은 국가, 지방하천에 비해 계측자료가 절대적으로 부족한 형편으로 소하천의 홍수 모의를 위해서 주로 국가, 지방하천에서 계측한 자료를 이용하여 검증을 수행한다. 이렇게 검증된 소하천 수치모형은 국가 혹은 지방하천 유역 전체를 모의하여야 하므로 모의시간이 많이 소요되어 1시간내에 홍수유출이 이루어지는 소하천 홍수 모의에는 적절치 않다. 또한 소하천은 하천경사가 급하고 유속이 빨라 실시간 홍수모의가 어려울 수 있다. 따라서 소하천의 홍수 예측 방법으로 수치모형 보다는 계측자료에 기반한 추정삭이 보다 더 효율적이다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2017년부터 소하천 홍수 예측기술 개발을 위하여 자동유량계측기술을 소하천에 확대적용하고 실시간 수리량 자료를 계측하고 있다. 자동유량계측기술은 CCTV를 이용하여 표면유속을 구하고 동시에 계측된 수위와 단면자료를 이용하여 자동으로 유량을 계측하는 기술이다. 자동유량계측기술은 저비용, 저노동, 고효율의 유량계측기술로써 부족한 계측인력과 계측의 안전성을 고려할 때 소하천에 적합한 계측기솔이라고 할 수 있다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2025년 까지 전국 소하천의 10%인 2,230개 소하천에 자동유량계측기술을 확대 구축하고 실시간으로 수리량 자료를 걔측할 계획이다. 본 연구에서는 이들 계측자료와 AI 등 첨단기술에 기반한 홍수 예측기술 개발하고자 한다. 예측기술은 계측유역과 미계측유역을 구분하며, 계측유역에 대해서는 계측자료를 이용하고 미계측 유역에 대해서는 단위도법과 CES를 이용하여 구한 결과를 이용하여 강우-유량 노모그래프와 수위-유량 관계식을 개발한다. 이때 노모그래프는 토양수분조건을 고려하여 개발하며, 미계측 소하천의 예측결과는 소하천을 그룹화하고 동일 그룹내에 포함된 소하천의 계측자료를 이용하여 검증한다. 개발된 홍수 예측기술은 소하천 홍수 예·경보시스템에 적용되며 이렇게 개발된 시스템은 소하천의 인명피해 저감에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.107-107
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• 2022

소하천의 홍수 예측은 대부분 수치모형을 직접 활용하거나, 미리 설정된 시나리오에 기반하여 수치모의를 수행하고 계산된 결과를 이용하여 추정한 경험식을 활용한다. 수치모형과 그 결과를 홍수 예·경보에 활용하기 위해서는 계측자료에 기반하여 변수를 최적화하는 등의 수치모형 검증절차가 매우 중요하다. 소하천은 국가, 지방하천에 비해 계측자료가 절대적으로 부족한 형편으로 소하천의 홍수 모의를 위해서 주로 국가, 지방하천에서 계측한 자료를 이용하여 검증을 수행한다. 이렇게 검증된 소하천 수치모형은 국가 혹은 지방하천 유역 전체를 모의하여야 하므로 모의시간이 많이 소요되어 1시간내에 홍수유출이 이루어지는 소하천 홍수 모의에는 적절치 않다. 또한 소하천은 하천경사가 급하고 유속이 빨라 실시간 홍수모의가 어려울 수 있다. 따라서 소하천의 홍수 예측방법으로 수치모형 보다는 계측자료에 기반한 추정삭이 보다 더 효율적이다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2017년부터 소하천 홍수 예측기술 개발을 위하여 자동유량계측기술을 소하천에 확대적용하고 실시간 수리량 자료를 계측하고 있다. 자동유량계측기술은 CCTV를 이용하여 표면유속을 구하고 동시에 계측된 수위와 단면자료를 이용하여 자동으로 유량을 계측하는 기술이다. 자동유량계측기술은 저비용, 저노동, 고효율의 유량계측기술로써 부족한 계측인력과 계측의 안전성을 고려할 때 소하천에 적합한 계측기솔이라고 할 수 있다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2025년 까지 전국 소하천의 10%인 2,230개 소하천에 자동유량계측기술을 확대 구축하고 실시간으로 수리량 자료를 걔측할 계획이다. 본 연구에서는 이들 계측자료와 AI 등 첨단기술에 기반한 홍수 예측기술 개발하고자 한다. 예측기술은 계측유역과 미계측유역을 구분하며, 계측유역에 대해서는 계측자료를 이용하고 미계측 유역에 대해서는 단위도법과 CES를 이용하여 구한 결과를 이용하여 강우-유량 노모그래프와 수위-유량 관계식을 개발한다. 이때 노모그래프는 토양수분조건을 고려하여 개발하며, 미계측 소하천의 예측결과는 소하천을 그룹화하고 동일 그룹내에 포함된 소하천의 계측자료를 이용하여 검증한다. 개발된 홍수 예측기술은 소하천 홍수 예·경보시스템에 적용되며 이렇게 개발된 시스템은 소하천의 인명피해 저감에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1804-1808
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• 2008

최적유역관리 및 수질개선을 목표로 시행되고 있는 오염총량관리제도의 실질적인 효과를 달성하기 위해서는 해당 유역의 현황, 오염물질 배출특성 규명, 기준유량 및 기준수질의 산정이 요구되며, 하천 수리 수문 수질 모형화를 위한 장기간의 수질.유량 변동의 조사 및 분석이 선차적인 과제이다. 환경부는 오염총량관리제의 효율적인 추진을 위해 2004년 8월부터 현재까지 8일 간격(30회 이상/년)으로 오염총량관리 단위유역 41개 지점과 시도요구 6개 지점 등 총 47개의 지점에 대해 직 간접적으로 유량자료를 생성하고 있다. 이에 따라 관측한 수질 및 유량 자료는 단위유역별 오염부하량 산정, 삭감부하량 할당 및 이행평가에 활용하고 있는 상태이다. 또한 건설교통부, 수자원공사 등의 수문관측 기관에서는 도산, 낙동, 금호 등의 단위유역 지점에 대한 유량측정을 실시하여 주요 수자원계획시 기초자료로 활용하고 있다. 본 연구는 낙동강 유역의 기존 건설교통부, 수자원공사 관측망 측점지점에 대한 자료의 결측수 및 결측율, 수위-유량 관계곡선식 등의 정확도를 표준오차 및 불확실도를 정량적으로 산정하여 유량측정결과의 오염 총량과리를 위한 이용 가능성을 평가 및 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.102-102
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• 2016

일반적으로 수자원분야에서 사용되는 기초 자료 중 하나인 유량측정 성과는 설계홍수량 산정, 지점의 수위-유량 관계곡선식 산정 등 유역의 이 치수를 위한 설계나 장 단기 계획을 수립하기 위한 기초자료로서 사용되어지고 있으며, 2차원 및 3차원 수치해석을 위한 입력 자료로 사용되고 있다. 유량측정의 성과는 이렇듯 다양한 방면으로 활용되어지고 있는 반면 현재 국내에서는 측정의 성과에 대한 신뢰성을 나타낼 수 있는 지표가 제시되고 있지 않은 상황이다. ISO(International Organization for Standardization) 및 BIPM, IFCC 등 6개 기구는 공동으로 측정 불확도 산정 지침서(GUM, Guide to the expression of Uncertainty in Measurement, 1993)을 제시하였고, 최근 WMO에서는 GUM 표준안을 하천 유량 측정 불확도 산정방법으로 공인하고 있다(JCGM 100, 2008). 이에 따라 본 연구에서는 최근 유량 측정에 활발하게 사용되고 있는 ADCP의 유량 측정 성과에 대한 불확도를 GUM 표준안 기반으로 평가하고자 한다. ADCP의 측정 방법은 고정측정 방식이고, 유속-면적법으로 계산된 유량에 대한 측정 불확도를 평가하였다. 실험은 실규모에서 유량을 제어할 수 있는 건설기술연구원 하천실험센터에서 수행되었고, 사용된 유속 측정 장비는 SonTek사의 micro-ADV와 ADCP M9을 사용하였으며, ADV로 측정된 결과를 참값으로 가정한 후 실험 및 분석을 수행하였다. GUM 표준안 기반의 불확도 평가를 위해 사용된 관계식 및 불확도 요인들은 선행 연구들을 기반으로 하되, 본 실험을 통해 분석된 수치로 변경하여 최종적인 ADCP 유량 산정 불확도를 평가하였다. 본 연구에서는 고정측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과를 GUM 표준안에 적용하여 불확도를 평가하였으며, 추가적인 연구를 진행하여 일반적으로 사용하고 있는 이동측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과에 대한 불확도를 평가할 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 결과는 설계 홍수량 산정이나 수위-유량 관계 곡선식 산정 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 사료된다.