• 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 2002년도 기초과제 연구보고서
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• pp.309-324
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• 2002

국내의 경우 관개용수의 대부분은 벼생육을 위한 논의 관개응수로 사용되고있다. 농업용수 이용은 약 150억㎥/year, 이는 하천유지수량을 제외한 전체 물이용량 237억㎥/year의 약 63%에 해당한다. 최근 물절약은 가장 중요한 사회, 경제적인 이슈 중의 하나로 인식되고 있다. 그러나, 국내의 경우 관개효율은 여전히 낮아 약 35%의 관개용수가 손실되는 것으로 추정되고있다. 비록 관개에서의 물절약이 시급한 문제이기는 하지만 용수손실 원인에 따른 손실량에 대한 정량적인 연구가 행해지지 않았었다. 손실 원인에 따른 손실량을 계측하기 위한 시험지구로 경기 평택의 이동지구를 선정하였다. 시험지구의 주수원공으로는 유역면적 9,440ha, 관개면적 2,027ha인 이동저수지이며 상류유역에 미산 및 용덕저수지가 위치하고 관개지구내에 원암 및 은산양수장이 있다. 시험지구의 계측시설은 강우량 계측을 위하여 자기강우계를 설치하였고 저수위, 하천수위 및 응배수로의 수위 측정을 위하여 수위계를 설치하였다. 강우계는 4개소에 설치되었으며 수위계는 26개소에 설치되었다 강우계는 지구내의 저수지 및 양수장 관리사 부근 4개소에 전도형 자기우량계를 설치하였다. 수위계 26개소 중에서 저수지의 저수위 계측지점이 3개소이며 하천수위 계측지점이 2개소 그리고 용배수로의 간선수로 시점부와 간지선 분기점 등의 주요지점에 21개소의 계측지점이 있다. 모든 계측지점의 계측기에는 자체 혹은 별도의 자료저장용 데이터로거가 부착되어 현장 계측자료를 저장하도록 설치 되어있다. 강우계는 전도형강우계(tipping bucket type)이며 수위계는 계측지점의 특징에 따라 여러종류의 수위계측기가 설치되었다 예를들어 초음파수위계(ultrasonic-wave type), 부표식수위계(float type) 그리고 압력식수위계(Pressure type)가 설치되어 있다. 현장 계측기의 전원은 한국전력 전원 혹은 태양전지 및 축전지를 사용하였다. 수위계측지점의 유량을 환산하기 위하여 계측지점의 단면조사와 유속측정을 통해서 수위-유량관계(rating curve)를 규명하였다. 시험지구의 관개효율 및 용수손실 규명 등에 관한 기본자료를 수집하기 위해서는 계측시스템의 운영은 장기간으로 지속 되어야 한다

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.889-893
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• 2007

본 연구에서는 도시화로 인하여 대규모 토지이용 변화가 예상되는 신도시 개발예정지구인 판교 운중천유역을 시험유역으로 선정하고, 2004년 8월부터 수문관측망을 구성하여 장기적인 수문모니터링을 수행하고 있으며, 2007년 현재 시험유역내 4개의 하천수위관측소 (판교교, 삼평교, 매송2교, 내동교), 3개의 우량관측소(매송2교, 내동교, 운중저수지), 그리고 저수지 및 용수로 수위관측소 (운중저수지) 등 총 8개 지점에 대하여 초음파 수위계 5개, 압력식 수위계 5개, 전도형 강우계 3개가 설치되어 운영중이다. 모든 자료는 10분 단위로 관측되고 있으며, 무선인터넷시스템을 통하여 모니터링 서버에 주기적으로 전송되어, 현장의 계측상황 및 장비에 대한 제어, 자료 분석 및 저장이 가능하도록 되어 있다. 관측된 모든 자료는 홈페이지(http://218.148.68.59/kict)를 통해 실시간으로 제공되고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1911-1915
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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. 수위관측용으로 운영 중인 영상수위계의 수위측정자료를 분석한 결과, 안개가 짙게 낀 경우, 목자판이 오염된 경우, 목자판 내에 그림자가 진 경우 등에서 수면을 인식하지 못하거나 오인식이 발생하였다. 이와 같이 수위 오 결측이 발생하는 경우에 수면을 정확하게 인식할 수 있도록 수위 측정방법을 개선하였다. 영상의 분할 이진화 처리기법, 노이즈 제거 기법, 목자판 영역내의 영상농도에 대한 히스토그램을 통해서 목자판과 수면을 구분하는 기법을 영상처리방법으로 새롭게 적용하였다. 수위 오 결측이 발생하는 영상자료를 이용하여 개선된 영상처리방법의 성능을 검증한 결과, 기존 방법으로는 수면을 전혀 인식하지 못하였던 영상이 개선된 방법을 적용하면 안개가 낀 경우에 약 97%까지, 목자판이 오염된 경우에 약 89%까지, 목자판 내에 그림자가 진 경우에 약 92%까지 수면을 인식하였다. 따라서 이와 같이 개선된 방법을 적용하게 되면 영상수위계의 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.1964-1972
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• 2017

K-water에서는 2008년부터 부자식 및 초음파, 레이다식의 수위계에 대한 ISO 17025 국제공인 교정기관을 운영하고 있다. 현재까지 수위계의 교정은 고정표준실에서 실내 교정만이 가능하였으며, 이는 현장 등의 실외에서 교정하는 시스템의 부재가 원인이었다. 따라서 현장에서도 교정이 가능하도록 2015년에 이동형 교정시스템을 개발하였으며, 2016년에 각종 심사 및 위원회를 거쳐 한국인정기구(KOLAS)로부터 인정을 받았다. 본 논문에서는 한국인정기구로부터 인정받은 수위계 이동형 교정시스템 중 부자식 수위계를 현장에서 교정할 수 있는 교정시스템에 대하여 표준기 및 측정과 관련한 제반 사항에 대하여 검토하였다. 또한 설계의 기반이 되는 수학 모델을 도출하였으며, 이동형 교정시스템 구축을 통하여 수문관측 데이터에 대한 과학적인 시스템 운영으로 측정 데이터의 신뢰성을 확보하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.405-409
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• 2009

현재 하천의 유량측정을 위해 국내외에서 설치, 운영되고 있는 자동유량측정시설은 대부분 초음파유속계를 이용한 실시간 하천유량측정시스템이다. 이러한 초음파유속계는 도플러 방식 초음파유속계(ADVM)와 이동 시간차 방식 초음파유속계(UVM)로 구분되는데, 한강대교 등에 적용된 ADVM 방식에 비해 UVM 방식은 초음파 도달거리의 특성으로 인해 대부분 중소규모의 하천에 적용되어왔다. 이러한 UVM 방식을 하폭이 넓고 홍수시 수위변화가 심한 대규모하천에 적용하기 위해서는 여러 회선을 다층으로 구성하여 설치할 필요가 있는데, 한강의 여주지점은 16개의 회선을 5개의 층으로 구성하여 측정의 정확도를 높이고 홍수시 수위상승시에도 다양한 회선으로 유속을 측정할 수 있도록 하였다. 본 연구에서는 여주지점에 설치되어 운영 중에 있는 이동 시간차 방식 자동유량측정시설의 운영결과를 검토하고 측정치에 대한 검증을 위해 2008년 1월부터 12월까지의 유량측정결과를 검토하였다. 평 저수시는 유속계와 ADCP 이동보트를 이용한 연속측정결과와 비교하였으며 홍수시에는 봉부자 측정결과와 비교하였다. 기존 실측은 2008년 2월부터 12월까지 저수위 및 중 고수위에 걸쳐 실시하였으며, 프라이스유속계 22회, 이동식 ADCP 6회 그리고 부자를 이용한 방법 6회등, 총 34회가 이루어졌으며, 비교 결과 수위 1.5m 이하의 저 평수기에 평균 5.5%의 오차를 보였으며, 홍수시 검증측정유량과의 비교결과 7.6%의 오차를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1848-1852
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• 2008

본 연구에서는 판교신도시 개발에 따른 도시화에 의한 수문 수질 영향을 평가하기 위한 목적으로 2004년 8월부터 운중천과 금토천 유역에 대해 수문관측망을 구성하여 시험유역으로 운영하고 있다. 판교시험유역은 매송2교를 최종 출구점으로 하는 운중천 유역으로서 도시화 진행이 예상되는 운중천 본류 구간과 달리 비슷한 유역면적의 지류인 금토천 구간은 비교적 자연상태로 유지될 예정이기 때문에 향후 두 하천구간에서의 수문현상을 비교 분석하기에 적합한 장점을 가지고 있다. 현재 운중천 상류의 운중저수지 지점과 하류의 판교교 지점, 금토천 상류의 내동교 지점과 하류의 삼평교 지점, 그리고 두 하천이 합류되어 탄천과 합류하기전의 매송2교 지점에 4개의 하천수위관측소(판교교, 삼평교, 매송2교, 내동교), 3개의 우량관측소(매송, 내동, 운중), 그리고 운중지 저수위 및 용수로 수위관측소 등 총 8개 지점에 대하여 초음파 수위계 5개, 압력식 수위계 5개, 전도형 강우계 3개가 설치되어 운영중이다. 2005년도부터는 유량 측정과 동시에 유사량 및 수온, pH 등의 수질 항목들에 대해서도 정기적인 측정을 하고 있으며, 2007년 갈수시와 홍수시에 총 62회에 걸친 유량 측정을 통해 지점별 수위-유량 관계를 도출하고, $7{\sim}8$월 홍수시에는 시간별 시료도 수집하여 강우시의 실시간 유사량 및 수질 변화도 함께 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.851-854
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• 2007

기존 보를 활용하여 유량측정에 이용하는 방법은 보의 통제 특성을 이용한 것이다. 유량과 수위를 병행 측정하여 얻은 자료를 활용해 수위-유량관계를 개발하는 것이다. 이 방법은 간단하면서도 정확도가 높은 방법이다. 수위-유량관계가 개발되면 별도의 측정을 수행할 필요 없이 수위계 측정값으로 유량이 계산되기 때문이다. 물론 주기적인 수위-유량관계 검증은 반드시 필요하다. 이런 수위-유량관계를 이용한 기존 보 활용은 매우 유용한 방법 중 하나이다. 하지만 이런 기존 보를 활용해 유량을 계산하는 방법은 몇 가지 단점을 포함한다. 첫째, 통제 특성을 이용하는 모든 측정 구조물은 측정한계 조건이 있다. 즉, 보 마루에 한계류가 발생하지 않는 수위 이상으로 높아지면 보의 통제 특성이 소멸되고 수위-유량관계나 유량공식은 의미가 없어진다. 둘째, 유량측정 구조물의 가장 큰 문제점 중 하나가 토사퇴적이다. 특히 기존 보의 경우 토사가 퇴적되면 보 상류의 저류용량이 줄어 보의 통제 기능을 상실하게 된다. 이런 문제점들을 해결하기 위해 보마루를 높인다거나 정기적인 준설을 하는 방법이 있다. 장기적인 변화에 대응하는 것이지만 이런 조치는 임시방편일 뿐이다. 이런 문제를 해결하기 위해 연구하게 된 방법이 보마루에서 직접 유속측정을 하는 것이다. 그리하면 통제특성을 이용한 수위-유량관계가 필요 없게 된다. 이때 보마루에서 직접 유속측정을 하기 위해서 유속측정 센서를 이용한다. 유속측정센서는 도플러방식을 이용한 초음파 유속센서로써 uplooking 방식으로 보마루에 고정시켜 이용한다. 이런 센서는 관수로에서 유량을 측정하기 위해 많이 사용되고 있다. 본 연구를 위해 초음파 센서를 이용해 실험 수로에서 유속측정과 유량환산 결과를 비교해 보았고 실제 시험하천에서도 설치하여 적용해 보았다. 보마루라는 안정된 단면을 이용하여 유속을 직접 측정하는 방법은 앞서 언급했던 수위-유량관계를 이용한 기존 보 활용법상 단점도 극복할 수 있다. 즉 통제 특성과는 관계없이 측정할 수 있는 수심 범위에만 들어가게 되면 항상 측정이 가능하고 상류의 토사퇴적에도 영향을 전혀 받지 않는다. 설치한 후 센서가 파손되지 않고 관리만 잘 된다면 유량측정시 편리하고 정확하게 결과를 얻을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.279-283
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• 2018

하천의 조도계수는 흐름에 대한 하도의 저항 정도를 표시하는 지표로서, 하천의 다양한 수리 계산을 실시할 때 가장 중요한 기본 자료 중 하나이다. 이러한 조도계수는 하도의 형상, 하상 재료, 유량의 크기 등에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 하천의 유량 규모에 따른 조도계수의 변화 정도를 수리 실험과 수치 모의를 통해 간접적으로 검토하였다. 유량 조건별 수리 실험은 한국건설기술연구원의 하천실험센터 내 직선 수로에서 수행하였고, 수치 모의는 HEC-RAS를 이용하였다. 유량 조건은 하천실험센터의 펌프 가동의 정도를 고려하여 5개로 구분하였고, 각각의 유량 조건에 대하여 유량을 실측하였다. 실측에 따른 유량의 규모는 $0.23{\sim}1.91m^3/s$로 나타났다. 각각의 유량 조건에 대하여 수치 모의의 검증을 위해 6개 지점에서 수위표와 초음파 수위계를 이용하여 수위를 계측하였고, 이 가운데 최하류 지점의 수위는 HEC-RAS 모형의 하류단 경계조건으로 이용하였다. 실험 하도 구간의 총 연장은 372 m 이고, 횡단구조물이 없는 지점을 제외하면 대부분 20 m 간격으로 총 21개의 하천 단면을 입력하여 HEC-RAS를 구성하였다. 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 모형은 5개 수위 계측 지점의 수위 오차가 최소화되도록 조도계수를 변화시켜 보정되었다. 그 결과, 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 결과의 평균 오차는 0.01~0.02 m로 계산치와 관측치가 매우 근사하였다. 결정된 조도계수는 0.041~0.075의 범위를 가지는 것으로 분석되었고, 유량의 증가에 따라 큰 폭으로 감소하다가 특정한 값에 수렴하는 것으로 검토되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.467-471
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• 2010

유속지수법(index velocity method)은 수위-유량관계에 유속을 추가적인 지수로 이용하는 방법이며 현재 자동유량측정 방법으로 널리 사용되고 있는 기법이다. 유속지수법에 많이 사용되는 측정 장비는 초음파유량계와 Acoustic Doppler Velocity Meter(ADVM) 등으로 모두 연속적인 수위와 유속을 측정하여 시계열 유량 자료를 생산하기 때문에 고리형 수위-유량관계의 재현이 가능하다. 기존의 연구에서 유속지수법은 괴산댐 하류에 적용되어 댐 방류량대비 평균 7%의 상대오차를 보였고, 시간에 따른 오차 발생이 적어 수위-유량관계에 비해 효율적으로 나타났다. 하지만 댐방류량에 의해 영향받는 구간에서는 고리형 수위-유량관계 재현에 한계를 나타냈다. 따라서 본 연구에서는 일반 자연하천인 임진강 적성지점에 ADVM을 설치하였고, 수위-단면적 관계와 평균유속($V_m$)-지표유속($V_i$) 관계를 수립하여 유속지수법에 의한 시계열 유량자료를 산정하였다. 산정된 유량자료는 측정 유량과 비교하여 정확도를 분석하였고, 시계열 유량 자료로부터 고리형 수위-유량관계를 재현하였다. 2009년 6월부터 9월까지 운영된 ADVM 자료로부터 산정된 유속지수법 최대 유량은 $10,491m^3/s$였으며, 총 18회의 실측 유량과 비교한 유속지수법 유량은 평균 7%의 상대오차를 나타냈다. 시계열 자료로부터 재현된 고리형 수위-유량관계는 임진강 적성지점의 경우 수위관측소 수위 10m, 유량 $2,000m^3/s$부터 발생하였다. 2009년 8월 11일 첨두유량 $8,000m^3/s$홍수 사상에서 발생한 고리형 수위-유량관계의 경우 수위 14m에서 $1,230m^3/s$의 유량차이를 보였고, 동일한 유량 $6,000m^3/s$에서 1.2m의 수위차이를 보였다. 2009년 8월 26일 첨두유량 $10,000m^3/s$에서 발생한 고리형 수위-유량관계에서도 마찬가지로 수위 16m에서 $1,670m^3/s$의 유량차, 유량 $8,000m^3/s$에서 수위 1.3m의 차이를 나타냈다. 이와 같이 유속지수법은 기존의 수위-유량관계가 가지는 한계점을 보완하여 고리형 수위-유량관계 재현이 가능하기 때문에 보다 정확한 유량 산정이 가능할 것으로 판단된다.