• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.364-364
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• 2012

수자원 연구의 주요 목적인 효과적인 홍수 및 가뭄관리를 하기 위해서는 그 연구의 기초가 되는 자료를 관측하고 정도(accuracy, 精度)를 향상시키는 연구 또한 매우 중요한 부분이라고 볼 수 있다. 이러한 점에서 수위-유량측정의 경우, 관측자의 숙련도와 계측기 오차에 따라 관측값에 미치는 영향이 큰 특징을 갖고 있어 유량측정의 정확성을 높이고자 진보된 계측기의 개발 및 분석 방법에 관한 연구는 꾸준히 진행되고 있다. 일반적으로 유량을 추정하기 위해서 특정 단면에서의 수위를 측정하여 이를 수위-유량 관계곡선을 통해서 유량으로 환산하고, 수위-유량 관계를 측정한 후 이를 회귀분석 방법으로 내삽 및 외삽을 실시하여 유량을 측정하게 된다. 그러나 수위-유량 관계곡선에서 저수위와 고수위를 하나의 곡선식으로 하게 되는 경우 정도가 낮아지게 되므로 많은 경우에 있어서 저수위, 고수위를 각각의 곡선으로 구하여 사용하고 있다. 문제는 이러한 경우 정량적으로 변곡점을 구하기보다는 경험적으로 저수위와 고수위를 구분하고 있으며, 수위-유량관계를 회귀식에 의해서 추정하게 되므로 이에 대한 불확실성이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 불확실성을 정량화시키기 위한 방법으로 Bayesian MCMC 기법을 활용하며 수위-유량 관계곡선식의 매개변수들의 사후분포를 추정하여 매개변수의 최적화 및 불확실성을 평가하였다. 앞서 언급되었듯이 저수위 및 고수위로 분리하여 수위-유량 곡선식을 도출하고 있으나 저수위 및 고수위를 분리하는 기준이 경험적이기 때문에 신뢰성이 저해되는 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 수위-유량 곡선식의 매개변수들을 최적화 하는 동시에 Poisson 분포 기반의 변동점 분석이 연동되어 저수위 및 고수위를 분리할 수 있는 Bayesian 기반 통합 수위-유량 곡선 해석 방법을 개발하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.230-230
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• 2020

하천 유량측정을 위한 표면유속계는 비접촉식 방식이기 때문에 현장에서의 측정이 간편하고, 비교적 안전하기 때문에 홍수시 유량측정에 널리 이용되고 있다. 비접촉식 유속계가 가지고 있는 이러한 장점으로 전자파표면유속계의 활용이 점차 증가하고 있으며, 영상유속계와 같은 비접촉 측정방식의 활용방안 마련에 대한 연구개발 등이 꾸준히 진행되어 왔다. 최근에는 고정식으로 상시 운영이 가능한 표면유속계 등이 출시되어 소규모 하천이나 수로에서의 상시 유량측정에 활용되고 있다. 다만, 이러한 비접촉식 유속계는 표면의 유속을 측정하기 때문에 유량산정을 위해서는 평균유속으로의 환산이 필요하지만, 현재까지는 평균유속 환산계수를 사용하여 표면유속을 평균유속으로 환산하는 방법이 유일하게 활용되고 있다. 하지만, 실제 하천에서는 단면 및 하도형태, 하상조건, 수리특성 및 유속분포 등의 다양한 조건에 따라 환산계수가 결정되기 때문에 이를 단순히 일률적으로 적용하는 것은 곤란하며, 이로 인해 과거 오랫동안 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위한 다양한 연구가 진행되었지만, 실제 다양한 조건의 하천에 적용할 수 있는 표준화된 방법은 아직까지 제시되지 못하고 있다. 현재까지, 고정식으로 설치된 유속계로부터 측정된 유속을 평균유속으로 환산하는 방법으로는 국내외적으로 지표유속법(Index Velocity Method)과 유속분포법(Velocity Profile Method)이 대표적이며, H-ADCP (Horizontal-Acoustic Doppler Velocity Profiler) 또는 UVM(Ultrasonic Velocity Meter) 등과 같은 초음파유속계를 활용한 자동유량측정시설의 유량산정방법으로 활용되고 있다. 이러한 방법들은 고정된 유속계의 측정유속을 지표유속(V_i)으로 하여 다양한 범위의 실측된 평균유속과의 관계를 개발하여 활용하거나, 지표유속을 매개로 개수로 단면의 이론적인 유속분포를 추정하여 평균유속을 산정한다. 이러한 지표유속을 활용하는 방법들에서 공통적으로 중요한 것은 하천단면의 최대유속(V_max)이 가장 좋은 지표유속이라는 것이다. 따라서 국제기준에서는 지표유속을 측정하는 유속계의 가장 바람직한 위치로 유심부(core flow)를 권장하고 있다. 하지만, 접촉식 유속계의 경우 유심부 설치가 매우 어렵고 많은 비용이 들기 때문에, 비접촉식 유속계를 활용하여 하천단면의 최대유속을 측정할 수 있다면, 가장 효율적인 고정식 측정방법이 될 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 비접촉식 표면유속계의 고정식 유량측정 활용성 및 적용성을 검토할 목적으로 표면유속에 대한 유량산정방법을 검토하였다. 이를 위해 24GHz의 주파수를 갖는 레이다표면유속계인 Sensoflow를 낙동강 수계 길안천에 위치한 안동시(대사3교)에 고정설치하여 표면유속을 지표유속으로 수집하였다. 다양한 유량규모에서 측정한 실측 표면유속과 수집된 표면유속을 지표유속으로 활용하여 지표유속관계를 개발하였으며, 산정된 유량을 기존 수위-유량관계곡선식의 환산유량과 비교하여 표면유속의 지표유속 활용성을 검토하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권12호
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• pp.1049-1057
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• 2020

본 연구는 드론을 이용하여 홍수기 하천에서의 유량측정방법 개발을 위해 수행하였다. 홍수기 유량측정은 예산, 인력, 안전 및 하천공사 등의 문제로 매년 모든 지점에서 유량 측정을 실시하지 못하는 어려움이 있다. 특히 태풍 등 큰 호우사상 발생 시 수위-유량관계 변화 검토가 필요하지만 앞에서 언급한 문제 등으로 인하여 측정에 어려움이 있다. 이런 문제점을 개선하기 위해 최소 인력이 단시간 간편하게 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 항공사진측량 개념으로 접근하여 의정부시(신곡교) 지점과 영동군(영동제2교) 지점 하도 주변에 확인 가능한 위치에 지상기준점(GCP, Ground Control Points) 4개점을 선점하고 VRS DGPS 장비를 이용하여 좌표측량을 수행하였다. 드론을 일정높이의 정지상태(Hovering)에서 하도 내 수 표면을 카메라의 인터벌 기능으로 3초 간격 정사영상을 촬영하였다. 정사 촬영된 항공사진의 좌표계를 평면지각좌표계인 GRS80 TM좌표계로 정의한 후 GCP 좌표를 활용하여 보다 정밀하게 정사보정을 실시하였다. 수표면에 유하하는 부유물의 3초 간격 위치를 X, Y좌표 분석을 통해 이동거리를 평균유속으로 산정하고 유하경로에 따른 통수단면적을 적용하여 유량을 산정하였다. 따라서 항공사진측량 기법을 적용하여 홍수기에 드론을 이용한 유량측정방법에 대한 적용성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.213-213
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• 2016

수문조사기기의 검정은 수문조사에 활용할 기기를 일관되고 표준화된 기준으로 검사하여 수문조사에 적합한 기기인지 확인하는 것이다. 이러한 검정은 국가수문자료의 신뢰도를 높이고 유지하는 기본적이고 중요한 업무이다. 검정대상기기는 강수량측정기기, 유속측정기기, 수위측정기기, 부유사측정기기, 토양수분측정기기, 증발산량측정기기로 총 6가지이며, 2009년부터 국토교통부 위탁사업으로 한국건설기술연구원(유량조사사업단)에서 수행하고 있다. 특히 유량조사사업단에서는 유속측정기기를 제외한 나머지 5개 수문조사기기에 대해 검정을 수행하고 있다. 연도별로 2009년부터 2015년까지 98대, 334대, 572대, 539대, 359대, 682대, 690대로 총 3,274대를 검정하였고, 관측기종별로 강수량 1,579대, 수위 1,589대 부유사 23대, 토양수분 33대, 증발산량 50대이다. 신청기관별로는 국토교통부(홍수통제소) 1,847대, 환경부(국립환경과학원) 4대, 한국건설기술연구원(유량조사사업단 포함) 81대, K-water 338대, 한국수력원자력(주) 91대, 일반업체 913대에 대한 검정을 실시하였다. 검정을 실시한 강수량측정기기 1,579대 중 보정없이 합격된 기기는 1,495대, 허용오차기준에 미달되어 보정 실시 후 합격한 기기는 76대이며, 불합격 처리된 기기는 8대이다. 수위측정기기는 합격이 1,586대, 기준에 미달되어 불합격된 기기가 2대로 나타났다. 강수량측정기기의 각 연도대비 통계분석 결과 보정률은 2009년 97대 중 8대(8.2%), 2010년 194대 중 3대(1.5%), 2011년 180대 중 24대(13.3%), 2012년 175대 중 17대(9.7%), 2013년 165대 중 15대(9.1%), 2014년 547대 중 8대(1.5%), 2015년 221대 중 9대(4.1%)로 다소 낮은 수치로 나타났다. 이처럼 보정률이 낮게 나타난 이유는 관할기관의 검정을 위한 유지관리 및 사업자의 사전검사 등을 통해 감소한 것으로 판단되며, 이와 같은 결과는 수문자료의 품질 및 신뢰도 향상으로 이어졌다. 그러나 여전히 선진국에 비해 수문조사기기 검정의 중요성에 대한 인프라 구축이 미흡한 실정이다. 수문조사기기 검정의 선진국이라 할 수 있는 미국의 경우 USGS에서 HIF(Hydrogical Istrumentation Facility)라는 별도 조직을 운영하여 관측기기의 렌탈, 수리, 교정 및 검정, 개발, 교육 등 이러한 작업을 일괄 수행하고 있고 조직 내 자체 시설로 수중펌프 시험소, 자연과 유사한 환경에서 테스트 하는 장소, 대형온도챔버 등을 갖추고 있으며, 이러한 시설을 이용하여 기기의 교정 및 검정, 연구 등을 현장과 비슷한 환경에서 다양한 실험을 통해 검정방법을 비교, 분석하는 것을 볼 수 있다. 현재 우리나라의 수문조사기기는 다양한 방법으로 현장에 설치되어 검정방법의 다양성이 요구된다. 향후 우리나라도 HIF와 같이 다양하고 선진화된 시설과 기술을 개선하고 다각적인 시험 과정을 통해 수준 높은 검정방법체계를 갖추려는 노력이 필요하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.335-335
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• 2010

한국표준과학연구원 진공센터에서는 국제규격에 바탕을 둔 저진공펌프 종합특성평가시스템을 구축하여 $1100mbar\;{\sim}\;10^{-3}mbar$ 압력 영역에서의 저진공펌프(roots, dry 등)류의 종합특성평가를 시행하고 있다. 저진공펌프 종합특성평가시스템은 국제적 절차에 따른 신뢰성을 바탕으로 구축하고 있으나, 한국표준과학연구원 진공센터 뿐만 아니라, 국내에서도 고진공 종합특성평가 시스템을 구축 하고 있지 않다. 이에 반도체/디스플레이 등 첨단 공정에서 진공 환경을 조성하는 핵심장비인 고진공펌프의 종합특성평가시스템을 개발하고자 터보펌프(TMP) 1000L/s 급의 database를 구축 하였다. 터보펌프(TMP)는 throughput method와 orifice method 두 가지 방법을 병행하여 pumping speed 측정한다. orifice method는 일종의 미세유량 측정 장치이며, 실험값과 계산값 유량의 오차 범위가 작고 신뢰성을 확보하면 throughput method 만으로 측정할 수 있다. Througput method는 $10^{-6}mbar$ 압력 이상의 영역을 측정하며, ultimate pressure 및 $150^{\circ}C$의 bake-out 을 진행하여 base pressure을 측정 할 수 있으며, $10^{-6}mbar$ 압력 이상의 pumping speed를 측정 할 수 있다. 이에 따른 정압형 유량시스템을 개발 중에 있으며, inlet pressure와 outlet pressure를 이용한 compression ratio를 측정 한다. Orifice method는 ultimate pressure와 base pressure을 측정하며, leak valve를 이용한 컨덕턴스(C)로 pressure ratio을 이용하여 유량값을 계산하며, $10^{-6}mbar$ 압력 이하의 pumping speed를 측정할 수 있다. 또한 throughput method와 orifice method의 pumping speed 뿐만 아니라 소비전력 및 소음, 진동, 온도 등 특성평가 관련 사항들의 전반적인 사항을 평가하여 터보펌프(TMP) 1000L/s 급의 database를 구축한다. 향후 예비 실험을 통한 고진공펌프의 종합특성평가시스템을 완비해 나가며, 고진공펌프 종합 특성평가시스템을 통하여 국제적으로 공인받을 수 있는 평가기준을 확립하고 그 기준에 의한 진공/기계적 성능의 전방위적인 종합특성진단과 공정대응성 평가 등 국제적 기술 신뢰성을 확보하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.247-247
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• 2020

생태유량은 하천에 서식하는 동·식물 등의 서식처 조건을 고려하여 갈수시에도 최소한의 하천생태계가 유지될 수 있도록 하는 유량이다. 이는 하천의 적정유량으로 적용할 수 있는 생태적 기준의 하나이며 수생생물의 물리적 서식처 적합도를 이용하여 산정할 수 있다. 특히 하천 생태계의 먹이 사슬 상층부에 속하는 어류는 서식처의 물리적 조건에 민감하므로 적절한 유량을 보장해 주는 것이 중요하며, 이러한 이유로 생태유량 산정에 어류의 서식처 조건이 주로 이용된다. 본 연구에서는 다목적댐의 건설과 준설 및 매립 등으로 유황 변동과 하류 염해 피해 등에 의한 하구 생태계 변화 등을 겪고 있는 섬진강 수계를 대상으로 송정, 겸백, 화개 세 지점에 대해 생태유량을 산정하였다. 이 생태유량은 섬진강 수계에서는 직접 측정에 한계가 있어 금강에서 측정된 피라미의 서식처 적합도 지수를 이용하였고, 지점의 하상재료 및 환경 조건을 반영하여 PHABSIM을 이용하여 산정되었다. 그 결과 송정의 최적 생태유량은 8.5㎥/s, 겸백은 2.26㎥/s, 그리고 화개 지점은 36㎥/s로 산정되었다. PHABSIM을 이용한 생태유량 산정 값은 지점에 따라 다소 과대 추정되는 경향이 있기도 하지만, 섬진강 수계의 해수 침투 등에 의한 염해 피해 대책 마련 등을 위해서는 산정된 유지유량을 확보하기 위한 해결 방안이 제시되어야 할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권10호
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• pp.1219-1230
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• 2004

Comparing to the gravimetric and volumetric method, the flowmeter calibration based on the master meter method is relatively economical and convenient, especially for high flowrate. The uncertainty of flow quantity and flowrate using the master meter method was evaluated according to the GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement). In order to apply for the wider flow range, two master meters (electromagnetic flow meter) were employed as reference flowmeters. The uncertainty of the master meter was obtained by combining the statistical variation of the repeated measurements and the variation of fluid density and pipe material due to temperature and pressure changes were scrutinized. for a practical application, the uncertainty of calibrator, whose measuring capacity of 1000 ㎥/h obtained by employing two 500 ㎥/h electromagnetic How meters, was evaluated. The uncertainty budget shows the quantitative contribution of each uncertainty component to the overall uncertainty of the calibrator. As a result, it was found that the dominant uncertainties were from the master meter, which was evaluated statistically, and from the process of least squares fitting. On the contrary, the uncertainties arising from the variation of the fluid density and the pipe volume due to the temperature and pressure were negligible.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.386-386
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• 2013

반도체 소자의 소형화, 고집적화로 박막의 다층화 및 선폭의 감소 등의 복잡한 제조 공정이 불가피하고, 따라서 공정 중 실리콘 웨이퍼와 금속 박막사이의 확산을 방지하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 현재까지의 연구는 확산방지막의 nano-mechanics 특성 분석에 대한 연구는 전무하다. 본 논문에서 tungsten (W)을 주 물질로, nitrogen (N)을 첨가한 확산방지막을 질소 유량을 2.5, 5, 7.5, 10 sccm으로 변화시켜가면서 rf magnetron sputter 방법으로 tungsten-nitride (W-N) 박막을 증착하였다. 박막의 기본 물성인 증착율, 비저항 및 결정학적 특성을 ${\beta}$-ray, 4-point probe, X-ray diffraction (XRD)를 이용하여 측정하였고, 측정결과 증착 중 질소 유량이 증가할수록 W-N 박막의 비저항은 증가하였고 반대로 증착율과 결정성은 감소하였다. 이는 기존의 연구 결과와 비교하여 일치한 결과로 증착된 박막이 신뢰성을 가짐을 확인하였다. 이후 가장 관심사인 nano-mechanics 특성은 nano-indenter를 이용하여 측정하였다. 측정 결과 시료는 증착 중 질소 유량이 2.5 sccm인 시료를 기준으로 5 sccm 포함된 박막에서 load force-depth 그래프가 급격히 변화하는 경향을 나타내었고, 표면강도(surface hardness)는 10.07 GPa에서 15.55 GPa로 증가하였다. 이후 질소 유량이 7.5 sccm과 10 sccm에서는 12.65 GPa와 12.77 GPa로 질소 유량이 5 sccm 포함된 박막보다 상대적으로 감소하였다. 이는 박막내 결정상으로 존재하는 질소와 비정질 상태로 존재하는 질소의 비율에 의한 것이고, 압축력에 기인하는 스트레스 증가로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.689-689
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• 2012

ADCP는 하천 단면에서 매우 짧은 시간에 유속과 수심을 정밀하게 측정할 수 있어 재래식의 부자나 프라이스 유속계를 활용한 방식에 비해 유량 관측 정확도가 매우 높고 유체의 흐름장 분석 등 부가적인 정보를 제공하여 최근 국내외에서 매우 활발하게 이용되기 시작하였다. 또한 고정식 수위계나 유속계를 활용한 실시간 유량관측 시 요구되는 유량-수위관계곡선식 검보정에도 활용되고 있다. 하지만 ADCP는 난류나 하천 부유물, 낮은 수심 등으로 음향신호의 교란으로 인해 발생하는 관측 오차로 인해 유속이나 수심을 과다 혹은 과소 산정하여 유량 관측 정확도를 현저히 낮추는 경우가 종종 있어 왔다. 그리고 미세한 셀 단위의 유속 및 수심관측 자료와 측정되지 않은 수면, 바닥, 하안 부근의 영역을 고려한 ADCP 유량 관측 알고리즘의 복잡성으로 인해 일부 관측오차의 수정을 통한 유량 보정이 매우 까다로운 실정이다. 본 연구에서는 ADCP 제작사 별 유량 산정 알고리즘을 파악하여 유속 및 수심 자료의 보정을 통해 유량을 재계산할 수 있는 알고리즘을 계발하였다. 또한 ADCP의 에러속도를 기준으로 통계적인 방법을 통해 과다 혹은 과소 산정된 유속을 필터링하고 수심을 보정하는 알고리즘을 개발하여 원 관측값의 정확도를 높였고 보정된 관측값을 유량 산정에 반영시켜 유량 관측 정확도를 향상시키고자 하였다. 본 알고리즘은 국내외에 다양한 현장조건에서 관측된 ADCP 자료를 바탕으로 적용되어 그 효용성을 입증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.272-272
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• 2019

보는 수로나 하천의 수위를 조절하고 취수 등의 편의를 제공하기 위해 건설되는 하천 구조물이다. 일반적인 보(고정보)는 상시 담수 되어 농업용수, 생활용수, 공업용수 등의 취수원으로 활용되지만, 최근에 설치되는 보(가동보)들은 수문을 설치하여 필요에 따라 수위를 조절할 수 있게 되어 있다. 이와 같은 보의 운영은 보 상류의 유속, 수심, 흐름 특성, 하천 형상 등의 변화를 발생시킨다. 이에 따라 보 상류에 위치한 수위관측소의 수리학적 영향에 대하여 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 광주천 유역에 위치한 광주광역시(유촌교)관측소를 대상으로 하류 900m에 위치한 가동보 수문 운영 조건에 따른 보 상류부의 수위, 유속, 수심, 흐름 특성을 조사하고 가동보의 수문 개방과 폐쇄에 따른 영향을 분석하였다. 가동보는 상시 폐쇄되어 있으며, 강우 발생 시에만 일정 수위 이상에서 자동으로 개방되는 형태로 운영되고 있다. 본 연구에서는 총 30회의 수위관측 및 유량측정을 하였다. 가동보 운영에 따른 수위, 유속, 흐름 특성 변화와 유량 자료를 확보하기 위해 광주시청 및 광주환경공단의 협조 요청을 통해 광주광역시(유촌교)관측소를 기준으로 상류 약 50m와 하류 약 420m에 측정 위치를 선정하여 동시 유량측정을 하였다. 또한 가동보 운영에 따른 수면경사의 정도를 파악하기 위해 광주광역시(유촌교)관측소를 기준으로 상류 약 50m, 10m, 5m, 하류 약 420m, 500m, 900m에 각각 수위표를 설치하여 총 6회 수면경사를 계측하였다. 그 결과 광주광역시(유촌교)관측소에서는 보 수문 운영에 따라 수리학적 영향을 받는 것으로 분석되었고 이를 이용하여 흐름 특성 변화를 반영한 수위-유량관계곡선식을 개발하였다.