• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1832-1836
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• 2009

우리나라 수위관측소에 설치되어 있는 수위표는 야간 시인성 부족으로 야간이나 우천시 수위관측을 수행하는데 있어 많은 어려움이 있다. 특히 유량측정 전후 수위관측이 반드시 필요하지만 야간일 경우 눈으로 확인하는 것이 쉽지 않다. 야간 수위관측시 시인성을 높이기 위해 일부 관측소에서 야광도료를 이용하거나 빛의 반사효과를 높인 수위표를 설치하는 등의 노력을 하고 있으나 그 효과는 크지 않다. 이에 본 연구에서는 야간 수위관측시 수위 식별이 어려운 문제를 해결하기 위해 첨단 소자인 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 수위표를 개발하고 동시에 전류식 수위센서를 이용하여 자동 수위측정이 가능한 수위표를 개발하였다. 이는 기존의 눈으로 확인하는 수위표와 로거에 저장되는 수위측정장치를 하나로 통합한 것이며 주야간을 가리지 않는 탁월한 시인성과 정확한 수위측정 및 수위자료의 저장이 특징이다. LED는 최근 각광받고 있는 첨단 소자로서 각종 전광판 등에 다양하게 활용되고 있으며 전력을 크게 소비하지 않는 것이 특징이다. 또한 전기장치를 수중에 설치하는 것이므로 방수를 위해 실리콘을 이용하여 완벽 방수구조를 갖추었으며 홍수시 하천 유하물에 의한 파손을 방지하기 위해 내구성을 갖춘 구조로 설계 제작하였다. LED를 이용한 수위표는 야간이나 홍수시 수위관측을 수행할 때 많은 장점이 있을 것으로 판단되며 저전력 구조로 상용전원을 이용할 수 없는 위치에서 태양열 전지판을 이용한 배터리 기반 시스템으로 구성할 수 있으므로 측정의 정확도, 활용도 측면뿐만 아니라 설치의 편리성 문제도 큰 장점을 가질 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1916-1920
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• 2010

영상수위계는 카메라에 의해서 수위표를 촬영하여 촬영된 영상을 처리하여 수위값으로 변환하여 자동적으로 수위를 측정하는 장비이다. 이 수위계는 기존 수위측정 장비인 부자식, 압력식, 기포식, 초음파식, 레이다식과는 달리 수위표를 촬영한 영상으로부터 수위를 직접 눈으로 확인할 수 있는 장점이 있다. 이로 인해 영상자료로부터 측정된 수위를 검증할 수 있어 수위측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 그리고 수위표 영상과 더불어 관측지점 주변의 전체 영상을 동시에 촬영하여 실시간으로 전송하기 때문에 홍수시 하천 상황에 대한 모니터링 목적으로 사용될 수 있다. 영상수위계 시스템은 크게 메인제어기, 전원부, 서버부 및 카메라부로 구성되어 있다. 현재 운영되고 있는 시스템은 전원장치 리셋시 전 시스템을 리셋해야하고, 상전 단전시 전 시스템이 off된다. 그리고 별도의 통신모듈을 사용하여 장비간 통신이 이루어지고 있다. 또한 카메라부에는 렌즈와 팬/틸트를 제어하기 위한 별도의 장비가 포함되어 있고, 백색 LED 조명이 사용되어 야간에 수위인식주기마다 조명이 on/off 되고 있다. 위와 같은 전원장치의 운영으로 시스템을 안정적으로 운영할 수 없다. 그리고 수위 오인식을 최소화하기 위해서는 연속적인 수위 인식이 필요하지만, 백색 LED조명과 1초에 2프레임을 캡쳐하는 비디오 캡쳐방식에 의해 시스템을 상시로 운영하는 것이 곤란하다. 현재 운영 중인 영상수위계를 안정적으로 운영할 수 있도록 장비별로 제어가 가능하도록 전원 제어장치를 개발하였고, 상전 단전시 최소 30분 정도 전원을 유지할 수 있도록 무정전전원장치(UPS)를 설치하였으며, 측정자료의 저장장치를 하드디스크 타입에서 Flash SSD 메모리 타입으로 교체하였다. 또한 영상수위계 시스템을 상시 운영할 수 있도록 백색 LED조명을 적외선 LED조명으로 교체하였고, 1초에 1회 수위를 인식하도록 수위인식주기와 1초에 25프레임 캡쳐할 수 있도록 비디오 캡쳐방식을 개선하였다. 위와 같은 시스템의 개선으로 시스템을 안정적으로 운영할 수 있게 되어 시스템 고장에 의해 발생하는 수위 결측을 감소시킬 수 있고, 시스템의 상시 운영으로 수 위 오인식을 최소화시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.369-369
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• 2023

표면유속계는 비접촉식으로 하천의 유량을 측정하는 방식이기 때문에 효율적이며, 특히 홍수발생시 안전한 측정이 가능하다. 이러한 비접촉식 방식이 갖는 장점으로 인해 홍수기 측정에 표면유속계가 널리 활용되고 있다. 하지만 포인트 방식의 표면유속계의 경우에도 측점마다 측정장비를이동하는 과정에서 어느 정도의 측정시간이 소요되며, 측정 시마다 기본적으로 최소 2~3인의 인력을 필요로 한다. 최근 발생하는 홍수사상은 돌발강우에 의해 발생할 뿐만 아니라 단시간 내에 급격한 수위 및 유량변화가 발생하기 때문에 대응하기 매우 어려우며 특히, 야간에 발생하는 호우사상은 야간측정에 따른 안전 사고가 발생할 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수 시 유량측정에 효율적으로 대응할 수 있는 방안으로 다회선 표면유속계를 이용한 유량측정방법을 실제 하천에 적용하고 표면유속을 이용한 다양한 유량산정방법을 실측결과와의 비교를 통해 적용성을 검토하였다. 표면유속계는 다회선 구성이 가능한 레이다유속계(RQ-30) 5대를 활용하였으며, 금강 본류에 위치한 세종시(햇무리교) 관측소를 대상으로 홍수기 유량측정을 수행하였다. 표면유속을 이용한 유량산정방법으로는 5개 유속계의 측정구간을 합산하는 중간단면적법과 표면유속을 지표로하는 지표유속법을 적용하였으며, 유량산정 결과는 기존 관측소의 수위-유량관계의 환산유량과 ADCP를 이용한 실측유량을 비교하였다. 다회선 표면유속 측정시스템을 이용하여 유량을 산정한 결과, 중간단면적법 및 지표유속법 모두 실측치와의 상대오차가 5% 이내로 비교적 정확한 유량측정이 가능한 것으로 확인되었다. 따라서, 향후 홍수기 유량측정이 어렵거나 위험한 지점을 대상으로 홍수가 주로 발생하는 기간에 일시적으로 설치하여 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1774-1778
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• 2008

유량 환산에 이용되는 수위-유량 관계곡선식은 하천의 흐름을 정상 등류상태로 가정하고 유속계를 하천에 투입하여 년간 정해진 횟수의 유량측정을 실시하여 이로부터 갱신하여 작성하고 있다. 평수기에는 이렇게 기기를 이용하여 유량측정이 가능하지만 홍수기나 갈수기에는 접촉식 유속계를 이용한 하천유량 측정이 불가능한 실정이다. 홍수기에는 기기 손상과 관측자의 안전이 위협받는 실정이고, 갈수기에는 유속이 너무 느려서 (0.1 m/s 이하) 프로펠러 유속계의 경우 유속의 정확한 관측이 힘들다. 또한 전지구적 빈번한 이상기후의 현실정에서 가장 중요한 기초 수문자료인 홍수량의 정확한 측정 자료는 많지 않다. 홍수유량을 측정하기 위해서 현재에도 기존의 봉부자를 이용하거나 유비쿼터스 센서를 장착한 봉부자를 이용하는 유량측정 기법이 향해지고 계속적으로 소개되고 있는 실정이지만 봉부자의 특성상 정확한 유량을 계산하기에는 어려움이 많다. 현재 선진국에서는 흐름과 비접촉식 방법을 이용한 하천유량측정 방법이 지난 10 여년간 꾸준이 연구되어 왔다. 그중 대표전인 것이 전자파를 이용한 방법과 영상해석에 의한 방법이다. 전자의 경우 국내에서는 수자원공사에서 10년 이상 연구 개발하여 상품화 시킨바 현업에서 이를 이용하여 홍수유량측정을 실시하고 있다. 후자의 방법은 유체역학 분야에서 흐름해석에 주로 이용되어지던 PIV(particle image velocimetry) 기법을 하천과 같이 대규모의 흐름영역에 적용가능하도록 개발된 기술로 LSPIV (large-casle particle image velocimetry)라 불리우는 기술이다. 본 연구에서는 미국 Iowa 대학에서 개발한 LSPIV를 이용하여 홍수파의 진행시 수위와 유량의 두 변수 사이에 나타나는 Loop rating curve의 이론적인 관계를 하천현장에서 일정시간 간격으로 실측을 통하여 파악하고자 하였다. 현장실험을 위한 대상지점으로 미국 Iowa주 Coralville 시내 Clear Creek의 USGS (US Geologival Survey) 수위관측소 지점을 선택하여 본 연구에서 실시한 유량측정 결과의 비교가 가능토록 하였다. LSPIV는 그 특성상 야간에는 적용하는데 어려움이 있어 아침시간부터 해가 지기 직전까지의 자연채광 조건의 영상취득이 가능한 시간대에서 표면유속을 측정하였고 이에 수심평균유속환산계수를 적용하여 유량을 계산하였다. 강우의 발생으로 인한 홍수파의 진행시 총 43회의 유량을 측정하였는바 이를 이용하여 이 지점의 수위-유량 관계식과 비교한 결과 거의 일치하는 결과를 나타냈다. 특히 홍수파의 진행시 고수위 영역에서의 측정한 결과는 수위의 상승기에는 최고로 7.5% 까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 컸으며, 수위의 하강기에는 반대로 최고 5.4% 정도까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 작게 나타났다. 또한 최대유량의 발생시기는 최고수위 발생직전의 수위라는 것이 파악되었다. 이러한 경향은 수위-유량 관계곡선의 이론과 잘 일치하는 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.85-85
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• 2023

유량 측정을 위해 도섭법, 횡측선법 등의 인력에 의한 방법이 적용되고 있으나, 이는 야간 및 휴일 측정, 인력 부족 등 여러 제약으로 인해 고수위 홍수를 측정하는 데에 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 시공간적 제약이 없는 도플러 방식 초음파유속계(Acousitc Doppler Velocity Meter, ADVM)와 자동유속관측시스템(Portable Automatic Velocity Observation System; PAVOs)이 제안되었다. 이 방법들은 교량에 설치된 장치를 통해 실시간으로 유속이 계측되어 시공간적 제약이 없으며 홍수 관리에 유용하게 사용될 수 있다. 실시간으로 계측된 유속 데이터는 오·결측 값이 발생하며 ADVM의 경우 수위-유량관계식을 활용하는 등 전처리 방법이 활용되고 있지만 전자파표면유속계를 활용한 PAVOs 데이터의 전처리 방법에 대한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구에서는 PAVOs에서 실시간으로 계측된 유속 데이터의 전 처리 과정(Pre-processing)을 개발하였다. PAVOs를 통해 측정된 데이터는 5분 단위로 10개의 유속이 한번에 측정되며 비정상성(Non-stationary)인 특징을 가진다. 이 데이터의 전처리 과정으로 오·결측값에 대한 처리 및 보간법 적용 이후 10개 값 중 실제 유속을 판단하고 잡음제거(Denoising)를 수행하였다. 이를 강원도 홍천강에 위치한 홍천교에서 계측된 유속 데이터에 적용하였다. 그 결과 데이터의 상승부와 하강부에서 일정한 경향성을 파악할 수 있다. 이 데이터를 통해 산정한 유량과 실측 기반의 평균유속과 관계를 통해 계산한 유량을 비교해 보았을 때 낮은 편차율을 가지는 것을 확인하였다. 전 처리 된 실시간 유속 데이터를 활용한다면 최고수위가 발생하였을 경우 홍수량을 산정할 수 있을 것이다. 또한, 강우 또는 하천 공사에 의해 변동하는 수위-유량관계곡선식을 실시간으로 개발할 수 있을 것이며 이는 효과적인 홍수관리에 큰 역할을 할 수 있을 것이다.

• 한국수산과학회지
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• 제23권3호
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• pp.225-237
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• 1990

금강본류역의 20개 지점에서 1988년 5월부터 4개월 동안 매월 1회씩 화학성분들을 측정하고, 4월에는 지점 2와 지점 9에서 25시간 동안 연속관측을 실시하여 금강 하류수역의 수질특성과 그 변동요인에 대해 연구하였다. 하구둑 상류 300 m(지점 2)에서 4월에 측정한 표 $\cdot$저층수 중 염분의 시간변화는 군산항 조석주기와 거의 일치하였고 규산염, 용존무기태질소 및 질산염의 시간변화는 염분분포와 거의 대칭적이었다. 염분과의 관계로부터 규산염과 질산염의 대부분은 보존적인 거동을 하며 해수의 유입은 하천수중 이 두 성분의 농도를 희석시킨다. 반면에 인산염은 염분농도와 관계없이 비교적 낮은 농도로 시간별 변화폭도 크지 않다. 이는 대부분의 용존 인산염이 무기침전물이나 현탁물질에 의해 흡착제거되고, 또한 흡$\cdot$탈착 과정에 의해 인산염이 완충되어 있기 때문이라 추측된다. 한편 탁도는 최저염분을 나타내는 시간부터 약 4시간 동안 비교적 높았고, pH는 염분의 시간변화 모양과 유사하나 시간별 pH의 변화는 매우 완만하다. 그러나 COD와 용존산소포화도는 일반 내만역에서의 시간변화 모양과 유사한 것이 특징적이다. 즉 비슷한 염분범위에서 광합성능이 큰 10시 이후 주간에 측정한 COD값이 야간 보다 높으며, 호흡작용이 활발한 야간에는 염분농도가 낮을수록 COD는 낮아지고 AOU값은 커진다. 성분별로 다소의 차이는 있으나 표$\cdot$저층수간 농도차가 매우 작으며, 규산염, 용존무기태질소 및 질산염은 표층이 다소 높고, 그 외의 성분들은 저층이 약간 높다. 하구둑 상류 약 35 km의 강경(지점 9)에서는 염분이 한번도 검출되지 않았으나 수위의 시간변화 폭은 약 2.5 m였다. 그러나 대부분의 화학성분들은 수위의 변화만큼 시간별 농도차가 크지 않고 지점 2에서 보다 매우 완만한 농도변화를 보였다. 규산염, 용존무기태질소, 암모니아의 농도는 지점 2에 비해 월등히 높은 반면 pH 및 인산염은 다소 낮고 그 외의 성분들은 지점 9가 약간 높다. 지점별로 보면 해수의 영향을 가장 많이 받는 지점 1과 2, 그리고 하구둑으로부터 상류 $40\~55km$의 지점들에서 pH값이 비교적 높으나 그 외의 수역에서는 지점별 차이도 적고 pH값도 낮다. COD 및 용존산소포화도 역시 pH값이 높은 지점들에서 가장 높았으나, 그 수역을 중심으로 상류 및 하류로 갈수록 점차 감소하였다. 이와같이 지점 11과 지점 15 사이에서 이들 세 성분이 높은 것은 식물의 광합성작용에 의한 것이라고 사료된다. 현탁물질은 하구역 특히 하구둑으로부터 300 m에서 약 20 km 까지의 지점들(지점 2에서 지점 6)에서 매우 높은 값을 보이며 이는 조석작용으로 해수와 담수가 강제혼합되면서 표층퇴적물이 재부유하기 때문이라고 판단된다. 영양염류는 월별로 다소의 차이는 있으나, 대체적으로 지점 1과 2에서 가장 낮고, 상류로 갈수록 점차 증가하며 지점 7 상류역이 하류역에 비해 높은 농도이다. 월별로는 7월에 규산염, 용존무기태질소 및 암모니아의 농도가 가장 높은 반면에 용존산소포화도는 가장 낮다. 그러나 지점 14 상류역에서는 5월에 측정한 용존무기태질소, 암모니아, 인산염 및 COD 값이 7월보다 다소 높거나 비슷하다. 한편 영양염류와 COD값은 대체적으로 8월에 가장 낮으나 용존산소포화도는 가장 높다.