• 한국수자원학회논문집
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• 제52권5호
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• pp.313-323
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• 2019

대심도 터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 역 사이펀 관로 형태를 하고 있는 시설물이다. 대심도 터널과 같은 구조에서는 하류에서 발생한 불규칙 단파에 의하여 터널의 수리적 안정성에 문제가 발생한다. 본 연구에서는 국내 최초로 건설 중인 '신월 빗물저류배수시설'의 수리적 안정성에 불규칙 단파가 미치는 영향을 알아보기 위하여 다양한 홍수유입 시나리오에 대하여 수리모형실험을 실시하였다. 본 연구에서 수행한 수리모형실험 결과 하류에서 발생한 불규칙 단파가 상류로 이동하면서 관 내 포집되어 압축상태인 공기덩어리를 밀어내는데, 이 공기덩어리가 상류 수직유입구를 통하여 급배기 되는 과정에 수직유입구를 질식시키고 홍수유입을 차단하여 월류가 발생하는 것으로 판단된다. 또한 불규칙 단파의 이동속도를 분석한 결과 불규칙 단파가 이동하면서 에너지를 전달하고 이때 관 내 압력 상승 및 불규칙 단파의 속도 증가분이 발생하는 것으로 판단된다. 대심도 터널의 수리적 안정성에 중요한 역할을 하는 불규칙 단파의 크기 및 속도 예측을 위한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권7호
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• pp.57-65
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• 2011

본 연구에서는 3차원 개별요소해석 코드인 Particle Flow Code, $PFC^{3D}$(Itasca)를 이용, 조립재료의 실내 삼축압축시험에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행하였으며, 해석 모델과 개별요소를 대상으로 다양한 상사 조건에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행, 그 결과를 통해 각각의 스케일 조건이 최종 수치 모델링 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 개별요소 수치 모델링은 기존 2차원 모델링 대비 별도의 간극률 환산 없이 정확한 초기 조건 구현이 가능했으며, 응력-변형 및 체적변화 거동, 강도정수등에 있어 실내시험 결과와 유사한 수치 해석적 예측이 가능하였다. 해석 모델과 개별요소에 대한 다양한 상사비 조건별 수치 모델링 결과, 3차원 해석 시의 안정적 예측결과 도출 및 수치 시험실 활용에 대한 적정성을 확보하되, 해석시간 단축 및 해석 효율성 확보를 위해서는 해석 모델과 개별요소에 대한 적정 상사비 결정이 필요함을 알 수 있었다. 해석 모델의 크기와 개별요소의 입경크기를 변화시켜 개별요소 수치모델링을 수행한 결과, 대부분의 경우 전체적인 응력-변형 거동에 차이가 발생하였지만, 점착력과 내부 마찰각의 강도정수는 $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10 조건에 유사한 결과를 보였으며, 개별요소 방법이 수치 시험실 기법을 이용한 강도정수 산정에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2020

원주시를 비롯한 남한강 지류인 섬강의 중·하류 지역에서의 물 부족 및 수해를 방지를 위하여 남한강 지류인 섬강 유역에 횡성댐이 건설되었다. 그러나 상수원으로 이용되는 타 댐에 비해 횡성댐의 최근 5년간 TOC와 BOD₅의 평균 농도가 높은 것으로 나타났다. 횡성댐 유역의 수질 오염은 원주시와 횡성군의 식수원인 횡성호의 수질에도 악영향을 미치게 되어 이에 대한 개선책이 필요하다. 이에 본 연구에서는 횡성댐 유역의 주요 유입하천을 대상으로 오염원 현황을 파악하고 홍수기 유량·수질 모니터링을 통한 오염원 특성 및 기여도를 분석하였다. 이를 바탕으로 SWAT 모형을 구축한 후 횡성댐 유역 내 주요 우심하천인 구사천과 횡성댐 말단 지역에 대해 적용 가능한 총 5가지의 수질개선 대책 시나리오를 구성하여 유역 모델링을 통한 전체유황, 홍·풍·평수기, 저·갈수기 수질 오염 저감 효과를 분석하였으며, 추가적인 수질개선 대책으로 지역적 특성을 반영하여 오염원별 다양한 관리대책을 제시하였다. 우심하천인 구사천의 경우 마을하수도 설치에 대한 오염부하 저감 효과와 벌목에 대한 오염부하 영향에 대한 시나리오를 모델 내 적용하여 분석하였다. 또한 횡성댐 유역 말단에 대해 비가림시설 및 유출방지턱 설치에 따른 오염부하 저감 효과, 표준시비량 적용 및 농업BMPs(물꼬관리, 완효성비료, 볏짚피복, 초생대)에 따른 오염부하 저감 효과를 분석하였다. 시나리오별 수질개선 효과를 분석한 결과, BOD₅는 최소 0.1 ~ 11.6%의 수질개선 효과가 있었으며, T-N은 0.1 ~ 22.3%, T-P는 0.1 ~ 31.8%, TOC는 0.1 ~ 3.8%의 수질개선 효과가 있는 것으로 나타났다. 각 수질항목별 시나리오를 분석한 결과, 비가림시설 및 유출방지턱과 축산분뇨 위탁처리 시나리오, 경작지 표준 시비량 시비 및 농업 최적관리 적용 시나리오의 오염원 저감 효율이 가장 높은 것으로 나타났다. 향후 본 연구에서 제시한 오염저감 시나리오와 수질개선 대책 등을 통해 도출된 결과는 횡성댐 유역의 수질 개선을 위한 대책 수립에 기여할 수 있을 것이라고 판단되나, 횡성호 상류유역의 수질개선만 고려했기 때문에 호소 내 수질관리에 대한 후속 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.441-441
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• 2021

우리나라의 홍수조절용댐은 총 5개소로 영산강유역에 두 개소와 한강유역에 세 개소가 있다. 한강유역에 있는 세 개소의 홍수조절지용댐은 한강상류의 북한지역에서 발생하는 집중호우에 대비하기 위한 댐으로, 임진강 하류지역의 수해방지를 위한 한탄강댐과 군남홍수조절지(군남댐)가 있으며 북한강 하류와 수도권의 홍수예방을 위한 평화의 댐이 있다. 영산강유역에 있는 두 개소의 홍수조절지는 2006년에 수립한 영산강치수종합대책에서 계획이 수립된 시설로 2011년 4대강 사업의 일환으로 설치하여 K-water에서 운영 중에 있다. 4대강 사업 이전의 영산강유역은 홍수량을 조절할 수 있는 홍수조절용량이 전무했던 실정으로 하도에서 홍수량의 전량을 수용해야했던 홍수에 매우 취약한 하천이었다. 그러나 4대강 사업을 통하여 영산강유역의 4대호를 비롯한 농업용댐의 숭상을 통한 홍수조절용량의 확보와 더불어 나주천변저류지와 담양홍수조절지, 화순홍수조절지를 설치하여 홍수로부터 상대적으로 안전한 하천으로 변모할 수 있었다. 그러나 영산강유역의 다른 하나의 과제는 여전히 남아있다. 우리나라의 하천 중에서 가장 수질이 악화되어 있는 하천이라는 불명예이다. 홍수조절지는 1년 중 3개월에 해당하는 홍수기에 사용할 수 있는 시설로 1년 중 9개월에 해당하는 비홍수기에는 홍수조절지의 효율적인 공간활용을 위하여 주민지원사업 등 다각도로 고민하여 사용하고 있으나 하천 외적인 문제를 수용하는 범주에 머무르고 있다. 하천이 가지고 있는 문제점을 다소라도 해소할 수 있는 목적으로 사용될 수 있다면 하천 외적인 문제를 수용하는 것 보다 하천 내적인 문제를 해소하는 목적으로 사용하는 것이 보다 바람직할 것으로 판단된다. 이를 위하여 영산강의 내적인 가장 큰 문제점은 수질악화로 인한 수질개선이라 할 수 있다. 따라서 홍수기로 한정되어 사용하는 홍수조절지를 해당하천의 내적인 문제를 다소라도 해소할 수 있는 공간으로 비홍수기에 기여할 수만 있다면 비홍수기의 활용목적을 확대하여 다목적조절지로의 변모가 필요하다고 판단한다. 따라서 본 연구에서는 영산강유역에 있는 담양홍수조절지와 화순홍수조절지의 두 개소 홍수조절지를 활용하여 영산강 수질개선에 기여할 수 있는 정도를 파악하였다. 비홍수기에 유출량의 일부를 조절지에 담수해 두었다가 수질개선 목적의 희석수로 방류하는 시나리오를 마련하여 시나리오별로 영산강의 수질개선효과를 분석하여 제시하였다. 수질개선효과를 분석하기 위하여 EFDC모델을 구축하고 모델 수행을 위한 시나리오는 조절지의 담수율과 방류량 그리고 조절지의 관리수질조건 등을 이용하여 작성하고 수질예측 결과에 따라 TOC, CHl-a, T-P 수질항목을 대상으로 수질개선효과를 분석하여 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.905-918
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• 2023

본 연구에서는 목감천 유역에서 투수성포장(PP)과 빗물저류조(RB)의 설치에 의한 유출량 저감 성능 분석 및 유역 내 설치 우선순위를 결정했다. PP와 RB의 설치를 통한 최대 유출 저감 성능 도출을 위해 최적 설계인자를 결정했고, 최적 설계인자를 반영한 PP와 RB의 우수 유출 저감 성능을 비교했다. 유출량의 시계열 변화로부터 첨두유출량 발생 전에는 PP가, 첨두유출량 발생 후에는 RB가 유출량 저감에 더 우수한 성능을 나타냈다. PP와 RB의 설치에 따른 소유역 별 총 유출량, 첨두유출량 저감 성능을 비교한 결과, PP의 경우 유역면적이 큰 소유역에서 RB보다 더 높은 우수 유출저감 성능을 나타냈고 RB는 불투수면적 비율이 높은 지역에서 더 높은 성능을 나타냈다. PP와 RB의 우수 유출 저감 성능 평가 결과를 통해 목감천유역 내 두 시설의 설치 우선 순위를 결정했다. 그 결과, PP와 RB 모두 유역면적, 불투수면적 비율이 높은 소유역에서 높은 우선 순위가 나타났다. 또한 우수 유출 저감 성능 평가 순위와 유역특성 간 상관관계를 비교한 결과, 상위 25%의 우수 유출 저감 성능을 나타낸 소유역에서는 불투수면적외에도 유역의 형상 인자와 높은 상관관계를 보였다. 이를 통해 기존 도심 지역에 우수유출저감시설 설치 우선 순위 결정 시 불투수면적 비율과 함께 유역의 형상 인자를 함께 고려해야 함을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.970-975
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• 2005

측면웨어(side weir)는 본류의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물이다. 최근 들어 치수와 관련된 계획에서 본류의 홍수량 중 일부를 저류지나 홍수 우회수로로 전환시키는 시설에 대한 관심이 높아지고 있다. 측면웨어가 하천에 설치되는 경우, 측면웨어 부근 표층부의 흐름은 측면웨어의 영향을 크게 받으며, 수의바닥이나 측면웨어에서 떨어진 지점의 흐름은 측면웨어의 영향을 작게 받는 등 측면웨어 주변부는 3차원적인 흐름특성을 보인다. 또한 측면웨어를 월류하는 흐름이 일반 웨어와 같이 웨어 마루부에 대하여 직각방향으로 흐르지 않고 본류의 유속에 따라 비스듬하게 흐르게 된다. 이러한 흐름특성으로 인해 측면웨어를 통과하는 유량은 본류의 하폭, 본류의 흐름특성, 측면웨어의 길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 기존 측면웨에에 관한 연구를 정리하고 상용 프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 측면웨어가 설치된 경우의 흐름을 해석하였다. 해석결과는 기존 실험연구에 바탕을 둔 이론식과 비교하였다. 계산격자는 구조물 부근의 흐름이 급변하는 곳은 격자크기를 작게, 흐름의 변화가 완만한 곳은 격자크기를 크게 하였다. 경계조건으로 상류는 유량, 하류는 수위경계를 입력하였다. 본 수치모의결과와 이론식을 이용하여 산정한 월류량을 비교한 결과 약 $10-30\% 내외의 오차가 발생하는 것으로 나타났다. 본류의 흐름은 웨어의 길이가 짧을수록 상$\cdot$하류단의 수위차가 작아지며 유속의 경우 웨어길이가 길고, 높이가 낮을수록 빨라진다. 측면웨어 주변부 흐름의 경우, 웨어의 길이가 짧을수록 방류강도가 강하고 횡방향의 수면변위가 급하게 형성되고 있음을 알 수 있다 또한, 웨어의 길이가 상대적으로 길어질 경우에는 3차원적 흐름특성에 의하여 유속의 분포가 다양하여 이론식과 결과의 오차가 점점 더 커짐을 알 수 있다. 본 연구는 사각형수로에 측면웨어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 거동을 해석할 때 수치모형실험이 수리모형실험과 더불어 유용한 해석도구로 이용될 수 있음을 보인 깃으로 이후 관련 구조물의 설계와 해석 시 참고자료로 이용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.149-154
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• 2005

최근에 이르러 농촌 인구의 도시유입으로 도시의 주거공간이 절대적으로 부족해지고 있으며, 이는 대도시의 아파트 가격 상승을 유발하는 등 부수적인 사회/경제적 문제를 일으키고 있다. 정부나 지방자치단체에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 대규모의 신도시 개발계획을 추진하고 있으며, 이러한 신도시 개발은 도시화로 인하여 환경적, 수문학적으로 부정적인 영향을 미치는 것으로 조사되고 있다. 도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수지역으로 변화시키는 것이며 (Im 등, 2003), 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 신도시 개발 전후의 수문순환을 평가하는 방법 중의 하나는 개발예정지에 대한 장$\cdot$단기의 수문/수질 관측을 통하여 개발 전과 개발 후의 유출특성과 수질부하를 정량적으로 비교하는 것이다. 본 연구에서는 도시화로 인하여 대규모의 토지이용 변화가 예상되는 신도시 개발예정지구를 시험유역으로 선정하여 장기적인 수문/수질 모니터링을 실시하고자 한다. 또한, 시험유역에서 계측된 자료와 유역수문모형을 활용하여 개발전후의 홍수 및 유출특성을 분석하고 도시화가 하천의 수문 및 수질에 미치는 영향을 정량적으로 비교분석 함으로써 효율적인 저감 대책의 수립에 활용할 계획이다. 본 연구에서는 국내$\cdot$외의 시험유역의 운영 실태를 조사하고, 신도시 개발 등으로 인하여 급격한 도시화가 진행되고 있는 지구를 시험유역으로 선정하여 유역의 물순환 체계를 조사하고자 한다. 이를 위하여 신도시 개발지구와 도시정비사업지구를 대상후보지로 선정하여 개발계획 및 유역의 특성 등을 조사하고, 시험유역의 선정기준을 수립하여 연구의 목적과 부합되는 지구를 시험유역으로 선정하였으며 선정된 시험유역에 대하여 수문$\cdot$수질 조사 계획을 수립하고, 계측시설을 설치하여 시험운영을 실시하고, 향후 시험유역의 수문계측 및 관리방안을 수립하고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.621-628
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• 1997

하상 굴착 공사는 골재 채취, 토사준설, 교량 건설 또는 하천을 횡단하여 매설하는 관로 공사 등 여러 가지 경우에 이루어지고 있다. 이러한 하상 굴착 공사 과정에서 발생하는 다량의 부유물질(SS)은 수질을 오염시키며 환경에 악영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 현장 여건상 정교한 수치해석모형을 적용할 수 없는 경우에, 2차원 이송-확산 모형을 단순화하여 유도한 Fick 확산 모형에 의하여 부유물질의 농도를 산정하고 오탁 방지 시설 설치에 따른 부유물질 농도의 저감 효과를 평가하는 방법을 검토하였다. 강원도 동해시에 위치한 전천의 송유관로 매설공사를 대상으로, Fick 확산 모형이 하상 굴착으로부터 발생하는 부유물질의 농도 산정과 오탁방지막의 설치에 따른 오염 저감 효과를 사전에 예비적으로 평가하는 실무적인 방법이 될 수 있음을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.683-687
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• 2006

본 연구의 목적은 경기도 파주시 적성면 설마리에 위치한 설마천 시험유역을 대상으로 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 수집하여 정확한 물순환 과정을 파악하는데 있다. 따라서 강우량, 수위, 유속, 유량, 수질, 부유사량, 기상 등의 기본적인 수문관측 자료를 축적하는 것이 일차적인 목적이고 최종적으로 수집된 자료를 이용하여 산지 소하천 유역의 수문특성을 규명하는데 있다. 2005년 설마천 시험유역 수문관측은 더욱 향상된 결과를 보였다. 노후화된 관측기기의 교체 및 추가 설치, 실시간 전송장비의 보완 및 운영, 각 관측소당 2기 이상의 동시 관측자료 확보 등을 통해 자료의 결측을 최소화하였고, 정확도를 개선하여 양질의 자료를 생성할 수 있었다. 관측된 우량과 수위 자료에 대해 일상적인 자료 검토 및 처리 과정을 보다 구체적으로 체계화하여 자료의 질이 향상될 수 있도록 하였다. 특히 유량측정 및 산정 방법을 국제 기준에 준하여 수행하고, 현장에서 실시간으로 측정 자료의 분석 및 검증이 가능한 유량측정용 PDA 시스템을 사용함으로써 보다 정도 높은 유량측정성과를 확보할 수 있었다. 이렇게 다각적인 방법으로 안정적인 관측 자료를 확보한 결과, 동절기를 제외한다면 전적비교와 사방교 지점에서 무결측의 유역평균우량과 유량자료를 구축할 수 있었다. 그리고, 본 연구에서는 실시간 전송장비와 설마천 시험유역 홈페이지(http://kict.datapcs.co.kr)를 통해 실시간으로 우량과 수위 자료를 인터넷과 PCS로 확인할 수 있도록 시스템을 운영하였으며, 이로 인해 언제 어디서나 설마천 시험유역의 현장상황을 신속하게 파악할 수 있도록 하여 자료의 질을 향상시킬 수 있는 기반을 구축하여 운영 중에 있다.본 시험유역의 주요연구 내용으로는 관측시설물의 유지관리, 수문기상관측, 수문기상자료 정리 검토, 기본수문특성 분석, 수문관측방법의 비교 검토, 유량측정 정확도 제고를 위한 현장적용평가, 동절기 수위-유량자료 고찰 등을 수행하였으며, 기본 수문특성 분석 내용으로는 호우사상 현황 분석, 지속기간별 최대 강우량분석, 두 우량계간의 강우량 비교, 6개 지점간 강우량 비교, 주요 호우사상의 시 공간적 분포 특성, 연간, 월별, 주요 호우사상별 유출률 분석과 부유사량 및 수질분석 등을 수행하였으며, 이로써 산지 소하천 유역의 물순환 과정을 보다 명확히 규명하고자 노력하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.500-504
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• 2006

하천 수위 측정을 위해서 우물통을 기본으로 하는 부자식, 초음파식, 기포식, 압력식, 레이다식 등 다양한 장비가 사용되고 있다. 이와 같은 장비는 모두 간접적인 방법으로 수위를 측정하기 때문에 기준값을 바탕으로 보정이 필요하며, 장비의 특성에 따라 여러 가지 장단점을 지니고 있다. 부자식의 경우 오래 전부터 사용되어 안정적으로 수위를 측정할 수 있는 것으로 평가되고는 있으나 우물통 막힘 등으로 인해 오측 혹은 결측이 발생하는 경우가 있다. 최근에 많이 사용되고 있는 센서식 장비의 경우에는 센서에 대한 정기적인 보정이 필요하며, 일부 장비의 경우 온도에 따라 측정값이 변화하는 단점이 있다. 수위 측정 방식은 접촉식과 비접촉식으로 나누어 볼 수 있다. 접촉식의 경우 물속에 센서가 위치하고 있기 때문에 홍수시 센서 유실 및 고장의 우려가 있으며, 잦은 고장의 원인이 되기도 한다. 비접촉 방식인 초음파나 레이다 수위계의 경우 온도에 따라 보정이 필요하거나 수면과의 거리에 커지면 오차가 커지는 경향을 지니고 있다. 또한 이와 같은 간접방식에 의한 수위측정 방법은 수위가 많이 변화하는 경우 실제 수위와 측정되는 수위가 일치하는지를 확인하는 것이 불가능한 단점도 있다. 본 연구에서는 최근에 많이 일반화되고 있는 영상처리기술을 이용하여 자동적으로 수위를 측정하는 장비인 영상수위계를 개발하였다. 또한 개발한 영상수위계를 하천 현장에 적용하여 정확성을 평가하고 그 특징을 분석하였다. 영상수위계는 카메라에 의해서 수위표를 촬영하여 직접 수위값으로 변환하는 원리를 사용하고 있어서 기존 수위측정 시설과는 달리 수위표를 직접 눈으로 확인할 수 있는 장점이 있다. 이로 인해 수위표를 육안으로 확인할 수 있기 때문에 측정된 수위를 검증할 수 있어 수위측정의 정확성을 한층 높일 수 있다. 그리고 수위표 영상과 더불어 수위표 주변의 전체 영상을 동시에 촬영하여 실시간으로 전송하기 때문에 홍수시 하천 상황에 대한 모니터링 목적으로 사용될 수 있다. 영상수위계는 우물통 등을 이용하는 기존 방법과 비교하여 구조물이 필요 없어 설치 비용이 저렴하고, 영상에 의한 하천 모니터링 기능을 자체적으로 가지고 있기 때문에 효율적이라고 할 수 있다.