• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1789-1793
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• 2008

전자파표면유속계는 홍수유속측정을 위하여 개발된 기기로 평 갈수기에는 유속측정이 불가하여 프로펠러 유속계를 이용하고 있다. 현재 보급된 전자파표면유속계는 하천의 흐름방향에 나란하게 설치하였을 때에만 유속을 측정할 수 있는 기기의 구조상의 한계성 때문에 교량이 없는 지점에서는 유속측정이 불가하여 유량산정을 할 수가 없다. 또한 편각측정이 불가능하여 기기를 각 측선마다 이동 설치하여야 하기 때문에 유속측정시 효율성 떨어진다. 이에 홍수시 유량측정의 효율성을 증대시키고 전자파표면유속계의 활용도를 높이고자 편각측정이 가능하도록 전자파표면유속계의 성능을 개선하는 것이 본 연구의 주된 목적이다. 전자파표면 유속계에서의 편각 측정은 하천의 유속방향을 기준으로 정면에서 측정하면 수평 편각이 0도가 되며 좌우로 안테나를 회전하여 움직인 각도가 측정 편각으로 결정된다. 현장에서 전자파표면유속계의 사용시 편의성을 높이고 유량측정을 효율적으로 하기 위해서는 가급적 편각을 크게 해서 측정을 해야 하지만, 편각이 증가하면 전자파의 물리적 특성 때문에 반사된 신호의 수신 크기가 감소하여 측정이 불가능하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 유속 측정시 전자파 출력을 기존의 시스템보다 높게 물표면에 발사하여야 하며 안테나를 포함한 RF 모듈의 수신감도 및 지향성이 개선되어야 한다. 이에 편각측정이 가능하도록 이러한 사항에 주안점을 두어 새로운 시스템을 구성하였다. 수신감도 향상을 위해서는 물표면에 반사되어 돌아오는 신호를 가장 먼저 수신하는 안테나의 특성이 중요하며 그 다음 수신용 증폭기, IF 증폭기 순으로 개선이 필요하다. 본 연구에서는 안테나의 형태를 기존 파라볼릭 안테나에서 위상 배열 평면안테나로 변경하였으며, 이에 따른 이점으로는 송수신부를 분리하여 하나의 평면에 두 개의 안테나를 구성할 수 있다는 사항이다. 즉 외형적으로는 하나의 안테나로 보이지만 두 개의 안테나가 하나로 구성된 것이다. 송수신부를 분리하는 형태는 기존 파라볼릭 안테나에선 불가능한 구조로 변경에 따른 수신감도 향상은 수치적으로 10dB 이상 개선하였다. 송수신부 분리가 수신감도에 영향을 미치는 이유는 물표면으로 발사된 송신 신호의 일부가 수신단으로 유입되는 현상으로 누설되는 송신 신호를 최대한 차단하는 분리도가 수신 신호 검출에 직접적인 양향을 주기 때문에다. 평면 안테나를 적용하면 기존 파라볼릭 안테나에서 사용하던 써큘레이터라는 부품을 삭제할 수 있으며, 안테나의 구조적인 분리를 통해서 수신감도를 개선할 수 있었다. 안테나의 지향성은 발사하는 전자파의 빔폭 성능과 일치하며 각도 단위로 표시한다. 각도 값이 작을수록 전자파의 에너지가 한 곳에 집중된다고 말할 수 있다. 즉 빔폭이 크면 측정시 반사면적이 커져 정확한 지점의 유속을 측정하기 어려운 문제가 발생한다. 본 연구를 통해 빔폭은 기존 안테나 대비2도를 개선하였으며 25%의 개선 효과를 얻었다. 또한 수신감도 및 지향성 개선과 더불어 전자파의 출력을 기존 장비 대비하여 1.6배를 증가하여 편각측정을 위한 전자파표면 유속계의 성능을 개선하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.8
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• pp.613-623
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• 2015

To overcome the difficulties of discharge measurements during flood season, MWSCM(micowave water surface current meter) which measures river surface velocities without contacting water has been applied in field work since its development. The existing version of MWSCM is for floods so that its applicability is low due to the short periods of floods. Therefore the renovative redesign of MWSCM to increase the applicability was conducted so that it can be applied to the discharge measurements during normal flows as well as flood ones by extending the measurable range of velocity. A newly developed high-performance MWSCM for general use can measure the velocity range of 0.03-20.0 m/s from flood flows to normal flows, whereas MWSCM for floods can measure the velocity range of 0.5-10.0 m/s. The improvement of antenna isolation between transmitter and receiver to block the inflow of transmitted singals to receiver and the improvement of phase noise of oscillator are necessary for detecting low velocity with MWSCM technology. Separate type antenna of transmitting and receiving signals is developed for isolation enhancement and phase locked loop synthesizer as an oscillator is applied to high-performance MWSCM for general use. Microwave frequency of 24 GHz is applied to the new MWSCM rather than 10 GHz to make the new MWSCM small and light for convenient use of it at fields. Improvement requests on MWSCM for floods-stable velocity measurement, self test, low power consumtion, and waterproof and dampproof-from the users of it has been reflected on the development of the new version of MWSCM.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.1
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• pp.15-27
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• 2020

Streamflow discharge as a fundamental riverine quantity plays a crucial role in water resources management, thereby requiring accurate in-situ measurement. Recent advances in instrumentations for the streamflow discharge measurement has complemented or substituted classical devices and methods. Among various potential methods, surface current meter using microwave has increasingly begun to be applied not only for flood but also normal flow discharge measurement, remotely and safely enabling practitioners to measure flow velocity postulating indirect contact. With minimized field preparedness, this method facilitated and eased flood discharge measurement in the difficult in-situ conditions such as extreme flood in active ways emitting 24.125 GHz microwave without relying on natural lights. In South Korea, a rectangular shaped instrument named with Microwave Water Surface Current Meter (MWSCM) has been developed and commercially released around 2010, in which domestic agencies charging on streamflow observation shed lights on this approach regarding it as a potential substitute. Considering this brand-new device highlighted for efficient flow measurement, however, there has been few noticeable efforts in systematic and comprehensive evaluation of its performance in various measurement and riverine conditions that lead to lack in imminent and widely spreading usages in practices. This study attempted to evaluate the MWSCM in terms of instrumen's monitoring configuration particularly regarding tilt and yaw angle. In the middle of pointing the measurement spot in a given cross-section, the observation campaign inevitably poses accuracy issues related with different tilt and yaw angles of the instrument, which can be a conventionally major source of errors for this type of instrument. Focusing on the perspective of instrument configuration, the instrument was tested in a controlled outdoor river channel located in KICT River Experiment Center with a fixed flow condition of around 1 m/s flow speed with steady flow supply, 6 m of channel width, and less than 1 m of shallow flow depth, where the detailed velocity measurements with SonTek micro-ADV was used for validation. As results, less than 15 degree in tilting angle generated much higher deviation, and higher yawing angle proportionally increased coefficient of variance. Yaw angles affected accuracy in terms of measurement area.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.255-255
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• 2022

안정적이고 효율적인 물 배분과 관리를 위해 하천유량 외에도 하천수 사용량 파악에 대한 관심이 높아짐에 따라 다양한 하천수 사용량 계측방법의 검증 및 표준화로 하천수 사용량 자료의 신뢰도 및 활용성을 개선할 필요가 있다. 다양한 계측방법 중에서도 전자파표면유속계는 비접촉식 유속계이므로 안전적인 측면으로 유리하고 실시간 자료처리 및 계측이 용이하여 활용도가 높다. 본 연구에서는 만경강의 하천수 사용량 파악을 위해 어우보 취수로에 설치된 전자파 표면유속계(RQ-30)를 활용하여 보정계수(K-factor)가 적용된 표면유속을 활용한 유량산정방법, 표면유속과 평균유속의 일정비율로 유량을 산정하는 방법(ISO 748), Chiu의 유속분포법을 활용한 유량산정방법, 지표유속과 인력(人力)에 의한 측정유속과의 관계인 지표유속-평균유속관계곡선식으로 환산된 유량산정 방법등을 비교·검토하고 최적의 유량산정방법을 제시하였다. 향후 전자파표면유속계를 활용한 하천수 사용량의 비교결과를 통하여 더욱 효율적이며 신뢰도 높은 하천수 관리와 실시간 물배분 효과를 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.170-170
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• 2012

제주도는 최근 기후변화에 의한 태풍의 증가로 집중호우의 빈도가 지속적으로 증가하고 있는 추세이고 지난 태풍 나리로 인해 발생한 제주시에서의 극심한 재해로 태풍 시 홍수 유량 관측 및 저류지의 건설로 인한 저류효과의 분석에 많은 관심이 집중되고 있다. 제주대학교 주관의 제주도 물순환 해석 및 수자원 관리체계 구축 사업단은 제주도 환경에 적합한 유량조사기법을 적용 및 개발 중에 있으며 특히 집중 호우 시 유량 계측을 비롯한 제주 유량 자료 확보 방안에 대해 연구를 수행하고 있다. 제주도 연구단은 지난 여름 태풍 무이파 때 제주시 하천의 제 2동산교에서 다양한 계측 방식을 활용하여 유량관측을 성공적으로 수행하였다. 태풍 무이파는 강한 중형 태풍으로 제주도 산간 지역에 700mm 이상의 집중호우를 보여 제주 하천에 많은 양의 유출을 발생시키고 일부 재산 및 인명 피해를 발생시켰다. 홍수 유량의 계측은 지금까지도 최적화된 계측 방식이 확립되지 못했고 그 측정의 어려움과 계측기기의 한계로 봉부자 같은 전통적인 방식의 홍수유량 측정방식이 여전히 통용되고 있는 현실이다. 하지만 본 연구단은 최신 관측기법인 비접촉식의 표면영상유속계와 전자파표면유속계를 사용하여 전 강우 지속시간 동안 유량을 매 시간마다 관측하여 수문곡선을 완성하여 홍수 유량 계측의 효율성과 정확성을 높일 수 있었다. 계측 결과 홍수유출 시 한천 상류의 제 1,2 저류지가 가동되어 저류효과가 수문곡선에 반영되었음을 알 수 있었고 홍수 유출 시 나타나는 대표적인 특이 경향이 수위-유량곡선의 이격현상도 확인할 수 있었다. 따라서 홍수 유출은 단순히 수위 자료만으로는 부족하고 유속자료를 동시에 관측해야 정확한 계측치를 확보할 수 있음을 알 수 있다. 또한 최신 계측기기인 표면영상유속계와 전자파표면유속계의 유속 관측값의 상호비교도 실시하여 관측기기의 효율성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.82-82
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• 2023

홍수기 하천에서 유량측정은 예산, 인력, 안전 및 측정 시 편의성 등의 이유로 측정에 제한이 많다. 특히, 태풍 등으로 인한 호우사상 발생 시 위와 같은 문제로 홍수량 측정에 어려움이 따른다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 Lee et al.(2021)은 드론과 전자파표면유속계의 기능을 융합한 DSVM(Dron and Surface Veloctity Meter using doppler radar) 측정방법을 개발하였다. 전자파표면유속계 측정의 제한 요소인 진동을 감소시키기 위해 댐퍼플레이트를 개발하였고 금강의 지류인 봉황천에 현장 적용을 통해 DSVM 측정방법의 실용성을 확인하였다. 기존 연구에서 DSVM 방법은 드론의 각 측선 이동을 위한 조종과 전자파표면유속계 측정의 제어를 측정자가 수행하였는데 본 연구에서는 통합 드론측정시스템(IDMS, Integrated Drone Measurement System) 개발을 통해 측정자의 조종 의존도를 줄임과 동시에 안전하고 정확한 유량측정을 위해 노력하였다. 기존 댐퍼플레이트의 상하 진동 흡수 기능뿐만 아니라 전자파표면유속계의 흔들림 현상 등 자세 제어 기능을 보완하기 3축 모터를 적용한 방수짐벌을 개발하여 측정 정확도를 향상시켰다. 미션컴퓨터 개발로 측정지점의 측정 임무정보를 DB화하여 각 측선별 헤딩, 고도, 이동 등 자동항법 기능과 기체의 안정화 이후 전자파표면유속계를 자동으로 제어하여 측정을 실시하는 기능을 구현하였다. 또한 통합 GCS(Ground Control System)를 통해 비행 및 측정에 대한 모든 정보를 확인하고 컨트롤 할 수 있게 하였다. 2022년 금산군(제원대교), 무주군(취수장), 경주시(서천교) 지점에서 홍수기 유량측정에 도입하여 중간단면적법, 지표유속법을 적용하여 통합드론측정시스템의 실용성을 검증 완료하였다. 2023년 현장에 18대의 통합 드론측정시스템을 도입하여 홍수기 유량측정에 활용할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.370-370
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• 2023

수자원이란 인간의 생활이나 경제활동 및 자연환경 유지 등을 하는데 이용할 수 있는 자원으로서의 물을 말하며 효율적인 수자원의 활용을 위해서는 수문조사가 필수적이라고 할 수 있다. 수문조사는 강수량, 수위, 유량, 유사량, 증발산량, 토양수분량을 측정, 조사, 분석하는 것이라고 할 수 있으며 이 중 유량은 강우-유출 관계 규명, 이수, 치수 등을 위해 높은 정확도의 관측자료가 필요하다. 그러나 하천유량은 장기간 연속적으로 관측하는 것이 어려우므로 특성 횟수의 유량조사를 통해 수위-유량관계곡선식(Rating curve)을 개발하여 수위로부터 연속적인 유량을 산정하여 활용하고 있어 이를 개선하기 위해 전자파표면유속계를 활용한 자동유량측정장치를 개발하였으며 측정자료 분석 및 알고리즘 고도화를 통해 신뢰도 높은 유량을 산정하고자 하였다. 운동하는 물체에 의하여 산란된 전자파의 주파수가 변하게 되는 현상을 도플러 효과라고 하며 이때의 주파수의 변화량을 도플러 주파수라고 한다. 전자파표면유속계는 하천 수면으로 전자파를 발사한 후 물 표면에서 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하는 것으로 전자파표면유속계를 교량 상류 방향으로 고정시켜 설치하였으며 측정된 자료는 유량관측 시스템에서 저장, 관리되고 물리적, 통계적 방법이 적용된 알고리즘을 통해 유량을 산정한다. 산정된 유량의 정확도 확보를 위해 바람 영향, 최적 환산계수 재산정, 통계분석 등을 통해 시스템의 유량산정 알고리즘 개선 방안을 도출하였으며 개선된 알고리즘이 적용된 유량은 NSE(Nash Sutcliffe Efficiency), PBIAS(Percent Bias), RSR(RMSE-observations standard edviation ratio)을 통해 평가하였다. 바람 영향은 유량 관측 고도화 매뉴얼(일본 토목연구소)의 경험식과 현장에서 관측된 풍향·풍속을 활용하여 분석하였으나 개선효과가 미미한 것으로 나타났으며 자동으로 관측된 유량자료에 포함된 무작위적인 변화량을 감소시키기 위해 경향성 분석을 병행하여 이동평균 방법을 적용하였다. 또한 ADCP 등을 활용한 유량측정성과와 수위-유량관계곡선식과의 비교·분석을 통해 수위별 최적 환산계수를 산정하여 유량산정 알고리즘에 적용한 결과 NSE는 0.980, PBIAS는 1.580, RSR은 0.142로 모두 Very Good(높은 상관성)으로 분석되어 유량자료의 정확도를 확보하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.77-77
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• 2011

제주도는 본토와는 달리 유량 관측에 상당한 어려움이 있어 왔다. 투수성이 매우 높은 지반 특성으로 인해 6개의 하천을 제외하고 평시에 대부분 건천이거나 강우로 인한 유출 발생 시에도 급한 하상 경사와 짧은 유하거리 등의 수문지질학적 특성으로 강우 발생 1~2일 정도만 지속되어 유출의 측정 자체가 난해한 지역이다. 현재 16개 관측 지점에서 하천 유출 관측이 전자파 표면 유속계를 이용하여 실시되고 있으나 하천 전문 인력의 부족으로 인해 효과적인 관측자료의 해석, 운용 및 검보정 등에 어려움이 많았다. 본 연구는 국토환경부에서 발주한 제주형 물순환 관리기반 시스템 구축의 일환으로 제주도에 적합한 유량 측정 방식을 확립하고 유량 관측 지점을 증가시키고 기존 측정 자료를 검보정하는데 목적을 둔다. 우선 다양한 유량 계측 기법을 활용하여 상시하천에서 유량 관측을 실시하여 상호 비교하여 기존 방식으로 관측된 유량을 검보정하고 제주도 유출의 특성을 개괄적으로 파악하고자 한다. 사용된 유량 관측 기법으로 ADCP, LSPIV, 자기유속계, 전자파표면유속계가 연외천과 강정천에 동시에 적용되었다. ADCP는 유량 관측의 정확도가 다른 계측 기기보다 상대적으로 우수하다고 알려져 다양한 유량 관측 결과를 보정하는 기준으로 사용되었다. 하지만 홍수 유출의 경우 대부분의 현장에서 관측이 어려워 이 경우 LSPIV가 대안으로 채택이 되었다. 그리고 단면의 일부 지점에서 유속을 계측하는 자기 유속계와 전자파표면유속계로 유량을 계산하여 ADCP와 LSPIV의 유량과 비교하였다. 비교 분석 결과는 기존의 전자파표면유속계의 측정 오류를 보정하고 향후 제주형에 적합한 유량 측정 방식을 선정하는 데 사용될 것으로 기대된다.

• Water for future
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• v.56 no.2
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• pp.15-20
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• 2023

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1512-1517
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• 2005

Soil particles from rainfall flow into reservoir and give lots of influence in water quality because the Even though techniques related with computer and communications are growing rapidly, it is true that efforts for hydrological survey and the management of its results have not been made enough to make use of the state-of-the-art technologies. Among the water-related techniques, measurement of river discharge is the most important one because these data are basic to almost every field of the hydrological science. In this research, a large-scale particle image velocimetry (LSPIV) unit has been designed and constructed to measure river discharge effectively In field conditions. Measured data using this unit is compared with the results recorded by the microwave water surface current meter (MWSCM) at the same location. The purpose of this research is to propagate the feasibility of using the MWSCM for river discharge velocimetry.