• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.137-137
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• 2018

표면영상유속계는 매우 간편하고 신속하게 하천의 유속장을 측정하는 기법이지만 하천의 넓은 구역을 카메라로 촬영하기 때문에 영상왜곡이 필연적으로 발생한다. 이러한 왜곡을 보정하기위해 많이 사용되고 있는 2차원 투영좌표변환법을 이용하여 유속을 분석하였다. 하지만 2차원 투영좌표변환법의 경우 표정점이 수표면의 높이와 같은 위치에 존재하지 않으면 유속 분석 결과에 큰 오차를 유발시킨다. 홍수 시 하천의 수위가 급변할 경우 표정점을 수위 변화에 맞추어 이동시키면서 영상을 촬영한다는 것은 현실적으로 불가능하다. 이러한 문제점을 극복하기위해 하천의 수위 변화에 대응하는 영상왜곡 보정 기법 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존의 2차원 투영좌표변환법을 개선하기 위해 제방근처의 표정점 4개와 카메라의 좌표와 카메라와 수표면까지의 연직거리를 이용한 영상왜곡 보정식을 개발하였다. 그리고 표정점과 수표면의 높이를 다양하게 변화시키면서 개발한 보정식을 적용하였다. 표정점이 수위에 맞게 설정된 경우를 기준으로 수위보다 높게 설정된 표정점에 대하여 보정식을 적용한 경우의 유속은 표정점이 수위보다 높게 설정된 경우의 유속과 비교한 결과 오차가 크게 개선되었음을 확인하였다. 따라서 하천에 CCTV를 고정적으로 설치하여 유량을 산정할 경우 본 연구에서 제시한 표정점 보정식을 활용한다면 수위가 급변하는 상황에서도 정확한 표면유속을 산정할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.238-242
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• 2010

본 연구에서는 만곡하천에서 본류와 지류의 합류각에 따른 수치모의 결과를 이용하여 합류부에서의 유속변화와 수위변화를 분석하는데 목적이 있다. 적용대상지역은 조양강과 용탄천 합류부로서, 만곡하천에 지류가 합류하며 유속과 수위가 변하는 지역이다. 합류부에서 지형변화에 따른 합류부에서의 유속과 수위 변화를 알아보기 위하여 본류와 지류가 합류되는 부분의 합류각 변화에 따른 수치모의를 실시하였다. 자연형 하천에 가까운 수치모의를 위하여 조양강과 용탄천의 관측값(유량 및 수위 자료)을 적용하여 수치모의를 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.429-429
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• 2016

하천에 포함되는 각종 시설물을 설계하는데 있어 기준이 되는 하천설계기준에는 대부분 하천의 대표유속을 통해 시설물의 규모와 형태를 결정하는 공식이 제시되어 있다. 이러한 대표유속의 경우 대부분 평균유속을 사용하고 있으며 하천의 형태와 시설 등에 의한 영향으로 국부적으로 유속이 증가하는 경우 유속보정계수를 이용하여 평균유속을 보정하여 사용한다. 이러한 유속보정계수는 만곡, 세굴, 저수로 간섭, 근고공 및 수제공 등에 적용되며 본 연구에서는 하천의 곡률에 의한 유속보정계수를 수치모의를 통해 검증하고자 한다. 하도 중심의 곡률반경의 변화에 따른 평균 유속과 국부유속의 차이를 계산하고 기 제시된 보정계수 산정식과 비교하여 산정식의 활용성에 대한 검증을 수행하였다. 본 연구를 통해 유속보정계수의 중요성과 활용성을 제고하고 하천시설물의 설계 시에 평균유속이 아닌 보정된 대표유속을 활용한다면 하천시설물에 대한 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1879-1883
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• 2008

본 연구는 자연하천에서의 수온과 유속의 정량적인 관계를 도출하고 이를 검증하기위한 지점별 열화상 촬영 및 분석을 실시하였다. 단계별 연구내용은 다음과 같다. 1)서식처별 수온 모니터링: 수온은 시간 변화에 연동하므로 관측기간 내내 장기간의 모니터링을 실시하였다. 2) 서식처별 유속 관측: 하천에서의 지점별 유속은 강우가 없고 지형변화가 발생하지 않으면 그 차이가 크지 않으므로, 날씨가 좋았던 현장조사 기간 중에는 시간을 고려하지 않은 각 지점별 유속을 취득하였다. 3) 자료 분석: 취득된 수온 자료와 유속 자료를 분석하여 수온과 유속간의 정량적인 상관관계를 규명하였다. 4)분포특성 비교: 대표지점에서의 수치계산 결과와 열화상을 이용하여, 유속과 수온의 면적 분포를 제시하였다. 본 연구에서 제안한 수법을 현업에서 활용하기 위해서는 온도 분포의 주기로 볼 수 있는 1년간의 시기별 조사 및 서식환경이 각각 다른 지점에서의 환경특성을 고려한 분석이 보완되어야만 한다. 하지만 그럼에도 불구하고 적외선 카메라로 촬영한 영상을 이용하여 자연하천에서의 서식지 구분 및 유속 분포를 추정한 본 연구는 향후 그 활용성이 매우 크다고 사료된다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 추계학술발표논문집
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• pp.116-119
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• 2007

정확하고 신뢰성 높은 유량 자료는 수자원의 정량적인 계획과 관리에 필수적이다. 이를 위하여 Chiu는 기존의 결정론적인 흐름 방향 유속분포식의 한계를 극복할 수 있는 방법으로 확률통계에서 사용되는 엔트로피 개념을 이용한 3차원 유속분포 식을 제안하였고, 이를 실험실 테이터와 자연하천에 적용하여 신뢰성과 정확성을 지속적으로 증명하여, 마침내 이에 대한 활용성이 매우 크게 대두되어 Chiu의 유속공식을 적극적으로 사용하고 있는 실정이다. 그러나 지금까지 이론적인 유속 분포식을 검증하기위하여 단면 형상이 일정한 직사각형이나 사다리꼴 등의 실험수로에서부터 불규칙한 단면 형상을 갖는 자연 하천에 대한 적용을 거의 이루고 있는 실정이나, 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달하려고 하는지에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 하상경사를 임의로 변경 가능한 실험수로를 선택하여 정밀법에 의한 유속측정을 실시하였다. 같은 지점의 같은 단면에서 하상경사($\theta$)가 0.00069부터 0.019034까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이타를, Chiu의 엔트로피 유속공식에 적용하여, 평균유속과 최대유속 사이의 관계가 선형관계, 즉 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달함을 증명하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2016

전자파표면유속계는 대표적인 비접촉식 계측기기로 최근 유량조사를 위해 활발하게 활용되고 있다. 국내에서 사용되고 있는 전자파표면유속계는 평수기 저유속에서도 측정이 가능하고 편각 측정이 가능하도록 개발되어 한 측정 지점에서 다 지점의 유속이 측정이 가능해 평수기 홍수기에 비교적 적은 인원으로 빠른 시간에 유량측정이 가능하다. 하지만 국내의 경우 전자파표면유속계가 과연 얼마만큼의 정확한 유속을 측정하는지에 대한 분석이 다소 부족한 실정으로 특히, 실제 하천에서 정확한 분석은 수행되지 않은 상태에서 유량 측정에 사용되고 있다. 전자파표면유속계를 실제 하천에서 사용할 경우 발생 할 수 있는 오차의 요인으로는 교량과 같이 높은 지점에서 측정을 수행할 경우 측정영역(Footprint or Illuminated area)에 따른 오차가 발생할 수 있는 가능성이 있고, 동일 측정 지점에 대해 수직각과 편각에 변화에 따른 유속 측정 오차가 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 개발된 Mutronics사의 전자파표면유속계(MWSCM; Microwave Water Surface Current Meter)에 레이저포인터를 부착하여 표면유속 약 0.5m/s ~ 1m/s의 자연 하천과 매우 유사한 실제 소하천 규모의 한국건설기술연구원 안동실험센터 직선하천에서 수직각(Tilt angle) 및 편각(Yaw angle)을 변화시켜가며 유속를 측정하였다. 그리고 측정된 결과를 활용하여 수직각과 편각의 변화에 따른 전자파표면유속계의 측정영역을 검토하였고, 동일한 측정 지점에 micro-ADV를 이용해 측정된 연직유속분포를 외삽하여 산정된 표면유속과 비교하여 전자파표면유속계의 측정 정확도를 분석하였다. 분석결과, 수직각(Tilt angle) 15도 이하에서는 유속 측정의 정확도가 떨어지는 것으로 나타났고, 편각(Yaw angle)이 커질수록 측정영역이 커지게 되어 변동 계수가 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 전자파표면유속계의 측정 오차는 측정영역에 민감하게 반응하는 것으로 나타나 실제 전자파표면유속계를 이용한 유량측정 시 측정영역을 고려한 측정이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.308-308
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• 2011

하천에서 유량을 산정하기 위해서 전자파표면유속계를 이용하여 표면유속을 측정하고 수심평균유속환산계수 0.85를 일률적으로 적용하여 수심평균유속을 산정하고 있다. 이 수심평균유속환산계수 0.85의 적절성에 대한 논의가 지속되어져 왔으나 그 동안에는 이에 대한 현장검증을 할 수 있는 방법이 없었던 실정이다. 하지만 최근 들어서는 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)의 하천용 Application인 StreamPro ADCP가 개발되어 이를 이용하면 홍수기에 수심별 유속을 측정할 수 있다. 다만 홍수기에 StreamPro ADCP의 적용시에는 여러 가지 높은 위험성이 상존하는 것은 인지의 사실이지만, 그 외의 별다른 방법이 없는 실정이다. 따라서 홍수기에 StreamPro ADCP를 이용하여 수심별 유속을 측정하고 이와 동시에 측정한 표면유속을 이용하여 수심평균유속환산계수를 산정하여 기존에 환산계수로 적용하고 있는 0.85의 적절성을 파악하고자 하였다. 흐름조건별 수심평균유속환산계수 산정을 위하여 평수기 용담 수자원시험유역의 동향지점에서 수심평균유속환산계수를 산정한 결과 0.632~1.352로 넓게 분포하고 있음을 파악하였다. 이렇게 계수가 실제 적용하는 0.85와는 크게 차이가 나는 이유로는 수심이 얕아서 바닥마찰의 영향이 크기 때문인 것으로 판단되었다. 이에 본 연구에서는 여러 지점에서 홍수기 수심별 유속의 실측을 통하여 수심평균유속환산계수 분포정도를 산정하고자 하였다. 대청댐 상류의 수통수위표가 위치해 있는 적벽대교지점에서 StreamPro ADCP를 이용하여 수심평균유속환산계수를 산정한 결과 0.735~0.986 사이에 분포하고 있다. 측정한 결과의 수심평균유속환산계수의 평균값은 0.853으로 기존에 수심평균유속의 산정을 위하여 적용하고 있는 0.85와 거의 일치함을 보이고 있다. 측정당시 수심이 3.6 m에 이르고 있고 유속 또한 1.55 m/s에 이르고 있어 홍수시 일반하천에서 발생하는 수위와 유속임을 감안할 때, 0.735~0.986의 수심평균유속환산계수는 홍수시 순간적인 변화의 폭이 큼을 알 수 있다. 이렇게 순간적인 변화가 큰 이유로는 난류의 성분이 강해서 나타나는 것으로 이를 평균하면 0.853으로 나타나고 있어 홍수시에 수심평균유속환산계수를 0.85를 사용하여도 무방함을 알 수 있다. 동향지점에서 홍수기에 수심별 유속의 실측을 통하여 수심평균유속환산계수를 산정하고자 하였다. 그러나 이 지점은 강한 와류로 인하여 ADCP가 심하게 흔들림으로 인하여 순간적인 유속의 차이가 최대 4배까지 보임을 알 수 있다. 이로 인하여 수심평균유속환산계수의 범위는 0.233~0.983에 이른다. 측정당시 표면유속이 2.07 m/s 인 것을 감안하여 이 표면유속에 상응하는 수심별 유속 자료만을 이용하여 산정시, 수심평균유속환산계수는 0.876이다. 하천의 하류지점에서 수심별 유속을 측정하여 수심평균유속환산계수를 산정하고자 한강하류로 유입하는 굴포천의 구교 및 박촌1교 지점에서 유속측정을 실시하였다. 이들 두 지점은 홍수기에 조차도 유속이 1 m/s 에 이르지 못하는 지점으로, 수심평균유속환산계수를 산정한 결과 각각 0.826, 0.833을 나타내고 있어, 수심평균유속환산계수 0.85가 홍수기뿐만 아니라 평 갈수기에도 적용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.565-569
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• 2009

제방붕괴에 의한 홍수범람파에 의한 제내지의 위험은 수치모의 및 수리모형에 의해 관측되는 수심과 유속에 의해서만 정의되기 어렵다. 현재, 국내의 비구조물적인 대책으로 수치모의에 의해 계산되는 최대침수심 만을 홍수위험도로 산정하여 도시화하고, 홍수위험도를 제작하고 있다. 미국과 일본의 연구 및 비구조물적인 대책도 수치모의에 의한 최대침수심 산정결과만을 홍수위험도에 반영하고 있으므로, 유수에 의한 위험도를 다양하게 반영하지 못하고 있는 상황이다. 유럽의 연구결과를 살펴보면, 제방붕괴에 의한 위험은 빠른 유속과 수심의 복합적인 결과로 나타남을 알 수 있다. 그러므로, 본 연구에서는 유럽의 연구결과를 참고하여 수심과 유속의 복합적인 결과인 범람강도를 산정하여 제방붕괴 발생 후, 구조물 주변의 위험도를 산정하였다. 구조물의 배열 및 월류수심을 다양하게 변화시키며 구조물 주변의 수심, 유속 및 범람강도의 증가비율을 산정하여 비교하였다. 흐름특성변화율을 산정하여 비교한 결과, 수심과 유속을 각각 산정하여 도시하여 고찰할 수 없었던 구조물 사이 및 구조물 주변의 위험도를 산정할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.2120-2124
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• 2007

본 연구에서는 천해역에서 수평 방향으로 방류되는 비부력 원형 난류제트에 대한 수리모형실험을 수행하여, 파랑이 제트의 확산에 미치는 영향을 검토하였다. 수리모형실험시 대상 파랑은 진폭이 작은 규칙파를 적용하였으며, 난류제트의 순간적인 유속장은 입자화상유속계(particle image velocimetry, PIV)기법을 이용하여 측정하였다. 평균유속장은 PIV기법으로 측정된 순간유속장을 위상평균하여 계산하였으며, 파의 진폭을 변화시키며 실험을 수행하였고, 파의 진폭변화에 따른 제트의 유속분포로부터 제트의 중심선과 제트단면을 추정하였다. 제트의 중심선속도는 파의 진폭이 증가함에 따라 중심선속도의 감소 시점이 빨라졌으며, 제트의 횡단면분포의 고유특성인 자기상사성(self-similarity)이 단계적으로 사라졌다. 제트 중심선의 속도와 제트 유속 단면은 제트의 확산정도를 알 수 있는 중요한 인자로서 파랑 진폭의 크기에 따른 이들 인자의 변화로부터 파랑의 분산이 난류제트의 확산현상에 미치는 영향을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.986-990
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• 2005

본 연구는 입자영상유속계(PIV)와 일차원 프로펠러 유속계를 이용하여 개수로 흐름 외부영역의 연직 유속분포를 측정하고 분석하였다. 수리실험은 크게 두 가지 조건에 대해 수행하였다. 첫 번째는 하상조건에 따른 유속분포의 변화를 파악하였고 두 번째는 흐름특성, 특히 Froude 수의 변화에 따른 유속분포를 파악하였다. 측정 결과 바닥에서부터 최대유속 발생지점까지는 후류법칙과 잘 맞는 경향을 보였으나, 최대 유속발생지점으로부터 수표면까지는 유속이 감소하는 현상이 나타났다. 또한 외부영역의 유속분포는 조도보다 Froude 수의 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며 Froude 수가 증가함에 따라 유속감소 현상도 커지는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 최대유속과 표면유속의 차와 평균유속과 표면유속의 비가 Froude 수가 증가함에 따라 각각 증가하는 것으로 나타났다.