• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.174-178
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• 2009

하천의 시간유량 혹은 일유량과 같은 연속유량을 획득하기 위해서는 각각 정해진 시각에 유량측정 시행해야한다. 그러나 매시각, 매일 유량측정을 시행하는 것은 경제적으로나 기술적으로 매우 어려운 일이다. 따라서 연속적인 유량자료를 획득하기 위해 수위-유량관계를 작성하고 이를 연속적으로 측정한 수위에 대입하여 유량으로 환산하다. 하상변동이 심하게 발생하지 않는 안정적인 하천에서는 수위-유량관계 또한 시간에 따라 변화하지 않고 안정적인 관계를 유지한다. 다만, 우리나라 대부분의 하천에서는 주요 홍수 전 후로 통제하도의 하상이 변화하기 때문에 일반적으로 2개 혹은 3개 기간으로 수위-유량관계를 분리하여 유량환산에 이용하고 있다. 통제하도가 모래하천인 경우에는 주요홍수 이외에도 지속적으로 세굴 혹은 퇴적이 발생하기 때문에 매 유량측정 마다 서로 다른 수위-유량관계를 나타낸다. 따라서 주요 홍수 전 후로 수위-유량관계를 기간 분리하여 작성한다고 해도 신뢰성 있는 유량자료를 확보하기 곤란하다. 이와같이 불안정한 하도 통제를 받는 지점에서는 매 유량측정시마다 수위-유량관계를 조정하여 유량을 환산하여야 한다. 본 연구에서는 모래하천인 내성천의 향석 지점의 유량측정 성과를 이용하여 수위-유량관계를 개발하고, 매 유량측정시에 측정한 수위와 유량자를 이용하여 수위-유량관계 조정곡선을 작성하였다. 이를 이용하여 수위-유량관계를 조정하여 연속적인 유량환산을 시행하였다. 이 결과 기존 홍수 전 후로 기간 분리하여 작성한 수위-유량관계를 이용한 환산유량과 비교하여 신뢰성 있는 유량자료를 확보할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.489-489
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• 2015

일반적으로 홍수빈도해석을 위한 관측홍수량 자료를 구축하기 위해 수위관측지점별 연속된 수위자료와 개발된 수위-유량관계를 이용한다. 수위자료를 유량자료로 환산하기 위해 해당년도에 개발된 수위-유량관계곡선이 있을 경우에는 각 해당년도 수위-유량관계곡선을 적용하며, 없을 경우에는 해당년도 이전에 개발된 수위-유량관계곡선을 적용하는 것이 일반적이다. 환산된 유량자료를 이용하여 홍수빈도해석을 수행할 경우, 기존 연구들은 최대홍수위까지의 외삽으로 인한 불확실성에 초점이 맞추어져 있다. 그러나, 국내의 경우 수위관측지점별로 수위-유량관계곡선이 매년 꾸준히 개발되어 여러 수위-유량관계곡선이 존재한다. 실제 동일수위에서 2배 이상의 유량차이를 보이기도 한다. 따라서, 본 연구에서는 한강유역을 대상으로 수위관측지점별로 매년 개발된 수위-유량관계곡선, 가장 최근 개발된 수위-유량관계곡선을 각각 적용한 두가지 홍수량 자료계열을 구축하여 지역홍수빈도해석을 수행하여 분위수와 평균홍수량에 미치는 영향을 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.318-318
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• 2023

수자원개발과 관리 측면에서 하천에서 흐르는 유량을 정확히 산정하는 것은 이수와 치수 두 측면에서 모두 매우 중요한 문제이다. 과거의 유량측정성과를 이용하여 수위-유량 관계 곡선식을 구하면, 현재 관측된 수위만으로도 유량을 간단히 산정할 수 있기 때문에 유량 산정에서 있어서, 수위-유량 관계 곡선식을 사용하는 것이 일반적이며, 따라서 수위-유량 관계식의 신뢰도에 의해 유량 산정의 정확성이 좌우되는 것이 사실이다. 과거 일반적인 단일 수위-유량 곡선의 적용으로는 유량추정에 높은 불확실성이 존재할 수 있음이 확인되어, 하천의 단면변화, 식생변화, 유사이동, 비정상류 등 영향인자를 파악하고 수위-유량 관계의 동적 변화를 추정하는 기술의 고도화가 다양하게 시도되고 있다. 기존 연구에서는 하천의 수위에 따른 단면 변화율 차이 등을 가정하고 수위구간을 구분 다른 수위-유량 관계식으로 추정하는 방안이 제안되거나, 부정류, 하상경사, 그리고 조도계수 변화에 따른 수위-유량 관계 변화 가정하고 특정 조건에 따라서 수위-유량 관계가 변화하는 특성이 연구되었다. 하지만, 검토한 바에 따르면 기존 연구에서는 대부분 수위 관측 지점에 한하여 단면 및 하상특성 등의 영향을 고려하였으며, 수km 떨어진 원거리 하류 범위에서의 하상 등 동적 변화로 인한 상류 지점의 수위-유량 관계의 영향에 대해서는 정량적 분석이 미진한 것으로 파악되었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 조건에 따른 복잡한 동적 수위-유량 관계를 분석하기 위한 기계학습 기반 데이터 분석기술의 활용 방안을 검토하고, 시범적으로 금강 세종보가 가동중이였던 2017년 관측된 보상류 5km 지점의 수위와 유량 데이터 분석에 적용하였다. 분석 결과 하류 5km 범위에서의 하상변화는 즉각적으로 상류의 수위-유량 관계를 변화시키는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터 하류에서의 준설, 퇴적, 교량 및 보건설, 가동보 운영 등이 있을 경우 수km 떨어진 상류에서 수위-유량 관계는 크게 변화함을 예상할 수 있으며, 따라서 유량산정의 신뢰도 제고를 위해서는 본 연구에서 제안된 방안과 같이 동적 수위-유량 관계를 추정하는 기술이 점차 확대 적용되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.319-323
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• 2005

연속적인 유량자료의 생산을 위해 일반적으로 단일 곡선 형태의 수위-유량관계가 사용되고 있다. 그러나 홍수수문곡선 상승부와 하강부의 기울기, 조도계수, 하상경사 등 흐름에 영향을 미치는 여러 인자에 의해 수위-유량곡선은 단일 형태가 아니라 복잡한 루프형태로 나타나게 된다. 지금까지 이론적으로는 이와 같은 수위-유량관계의 특성이 알려져 있긴 하였지만 복잡한 특성을 규명하는 것이 곤란하여 구체적으로 분석되지 못한 것이 현실이다. 이와 같은 특성의 분석을 위해서는 하천형상과 더불어 하천 흐름의 동역학적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 댐 직하류 지점의 수위와 유량의 분석을 통하여 실제 발생하고 있는 수위-유량관계의 복잡성을 확인하였고, 수치모형에 의해 복잡한 수위-유량관계를 재현하였다. 분석 결과 모든 지점에서 수위-유량관계가 매우 복잡한 형태로 나타나 일반적으로 사용되는 단일곡선과는 많은 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 수치모형에 의해 이와 같은 복잡한 수위-유량관계가 잘 재현될 수 있음을 증명하였다. 이와 같은 결과는 기존에 사용되고 있는 단일 곡선형 수위 -유량관계가 많은 오차를 포함하고 있음을 나타내며, 적절한 수치모형에 의해 이와 같은 한계를 극복할 수 있는 것을 나타낸다고 할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.367-372
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• 2008

본 연구는 감조하천에서 조위의 영향을 크게 받는 저 평수위의 수위-유량관계곡선식 개발의 한계를 극복하기 위해 조위의 영향을 고려한 다변수 복합 수위-유량관계곡선식을 개발하였다. 곡선식 개발은 수위-수면차-수위차-유량의 관계를 통해 지수형 곡선식을 개발하였다. 여기서 수면차는 조위와 수위와의 차이며, 이때 조석파의 전파시간에 대한 지체시간을 고려하였다. 수위차는 대상 수위관측소의 전 시간과의 수위차이다. 또한 조위에 의해 발생되는 역유량 자료를 이용한 지수형 곡선식을 개발하고자 유량 조정변수를 추가하였다. 개발된 수위-유량관계곡선식을 한강대교에 적용하여 자동유량측정시설에서 측정된 유량자료와 비교 검토한 결과 경향성에서 일치하였으며, (-)유량의 산정도 가능하였다. 분석기간내의 총 유출량 검토 결과 8.3%의 오차를 보여 본 과업에서 제시된 복합 수위-유량관계곡선식의 적정성을 파악할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.236-236
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• 2022

연속적인 하천의 유량을 추정하기 위해서는 관측된 수위값을 유량으로 변환하기 위해 일반적으로 수위-유량 관계 곡선을 사용하며 수위구간 별로 일대일 관계로 제시된다. 그러나 유량을 추정함에 있어서 수위 외에도 하상경사, 조도계수와 같은 지형인자, 시간에 따른 유량의 변화와 같은 흐름요소를 모두 고려하여야 정확한 유량을 산정할 수 있다. 즉, 평상시에는 적합한 수준의 유량을 추정할 수 있다고 하더라도 조석의 영향이 있는 구간이나 홍수와 같이 시간에 따른 수위와 유량이 급변하는 경우에는 관측값과 수위-유량관계곡선을 이용한 추정값의 차이가 상당히 증가하여 유량 추정값의 활용이 부적합할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수위-유량관계곡선식의 적용이 어려운 조건에서 보다 정확한 유량을 추정하기 위해 1차원 유동해석모델을 이용한 계산 값과 관측 값과의 비교를 통해 정확도를 검토하고, 지점에 따라 차이가 발생되는 원인을 정성적으로 분석하고자 한다. 대상지점은 강우, 식생 등의 영향으로 수위와 유량의 관계를 단일 관계로 표현하기 어려워 구간분리가 발생된 지점으로 선정하였다. 흐름해석은 기지의 기점수위 조건으로부터 시작하며, 모델링을 통해 유량과 조도계수를 동시에 추정하였다. 분석 결과, 모델 내에서도 수위와 유량 관계의 루프형 특성, 조도계수의 변화를 대체적으로 잘 반영하는 것으로 나타났으며, 국내하천에서 유량추정의 정확도를 저하시키는 주된 원인에 대해 추정할 수 있었다. 향후 이 같은 방법을 통해 도출된 결과를 기반으로 수위-유량관계곡선의 불확실성을 평가하고, 유량 추정방식의 보완이 필요한 지점을 선별하는 기준에 대한 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.