• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1845-1849
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• 2009

하천 유량자료의 중요성이 커짐에 따라 기존 유량측정 기법의 정확도를 향상시키는 기술개발이 필요하다. 자동유량측정은 기존 유량측정방법의 한계를 극복하기 위해 많은 개발이 이루어 졌다. 최근 초음파 유량계와 더불어 자동 유량 측정 방법으로 널리 사용되고 있는 기법이 유속지수법(index velocity method)이다. 유속지수법은 기존의 수위-유량관계식이 수위만을 변수로 이용하여 발생되는 한계를 극복하기 위해 유속을 추가적인 지수로 이용하여 유량을 산정하는 방법이다. 본 연구에서는 유속지수법의 적용을 위해 연속적인 유속, 수위 측정이 가능한 측방형 (side-looking) Acoustic Doppler Velocity Meter(ADVM)을 괴산댐 하류에 설치·운영하고 그 결과를 이용하여 유량을 산정하는 방법을 개발하였다. 2005년부터 2008년까지 유속지수법에 의해 산정된 유량 자료의 상대오차는 댐방류량에 비해 각각 평균 5.2%, 6.7%, 6.5%, 6.5%로 나타났다. 기존의 수위-유량 관계식에 의해 산정된 유량 자료가 댐 방류량에 비해 각각 평균 9.9%, 28.6%,34.0%, 54.2%로 나타난 것과 비교한다면 상당히 높은 정확도를 보였으며, 시간에 따른 오차 발생이 적어 운영에 효율적인 것으로 판단된다. 이와 같은 유속지수법을 하천 유량 측정에 적용한다면 보다 정확한 유량을 연속적으로 자동화하여 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2007.05a
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• pp.99-103
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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 데이터와 자연하천에 적용하여 신뢰성과 정확성을 지속적으로 증명하여 마침내 이에 대한 활용성이 매우 크게 대두되어 Chiu의 유속공식을 적극적으로 사용하고 있는 실정이다. 그러나 지금까지 이론적인 유속 분포식을 검증하기 위하여 단면 형상이 일정한 직사각형이나 사다리꼴 동의 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 0.000935부터 0.025794까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이터를, Chiu의 엔트로피 유속공식에 적용하여, 평균유속과 최대유속 사이의 관계가 선형관계, 즉 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달함을 증명하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.454-454
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• 2016

하천의 치수안정성 확보 및 수심유지, 생태복원 등과 같은 다양한 요구를 충족하기 위한 보의 성능 개선에 대한 연구가 필요하며, 계단형 보는 재료에 의한 폭기효과 및 서식처 효과 등의 환경적요소를 내포하고 있다. 기존 연구는 표면류 흐름특성을 검증하고 유량변화에 따른 하류단 도수발생위치 변화를 분석하는 등 계단형 보에 대해 수리특성을 정량화한 연구가 대부분이며 흐름변화에 따른 유속장에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 기능성 친환경 횡단 구조물 유형 중 하나인 계단형 보의 안정성 검토를 위한 수리적 특성을 분석하고자 함으로써 구조물 안정성에 영향을 줄 수 있는 자체 및 하류 보호공 주변의 유속 분석을 통한 흐름 특성을 검토하고 설계시 외력 고려를 위한 자료를 제공하기 위한 목적이 있다. 이를 위해 계단형 보모형에 대해 수리모형실험을 수행하였다. 폭 0.24 m, 총 길이 3.70 m, 높이 0.30 m인 순환실험수로를 이용하였으며, 계단형 보 모형은 5단으로 단 높이 2 cm와 단 길이 5 cm이며, 보 높이는 10 cm, 보 길이는 25 cm 모형으로 실험하였다. 하류에 전도식 게이트를 설치하여 하류 수위를 증가시키면서 보 하류부에서 발생하는 완전도수부터 하류수심이 보 높이를 초과하는 잠김흐름 조건에 대해 실험하였다. 측정기법은 입자영상측정계(Particle Image Velocimetry; PIV)를 이용하였으며, 상류영역부터 하류영역에 대해 보 주변 흐름의 순간적 유속분포를 확인하였다. 또한 측정된 전반적 흐름 양상에 대해 통계적 수리분석을 수행하였다. 흐름특성에 대한 연구는 향후 계단형 보의 물받이 길이 및 보의 적정 규모 설계시 중요한 자료가 될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.71-71
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• 2015

표면영상유속계(Surface Image Velocimety, SIV)는 하천 표면의 영상을 분석하여 유속을 산정하는 매우 실용적이며 간편한 유속측정 방법이다. 그러나 표면영상유속계는 수표면의 움직임을 계산하여 표면유속을 산정하기 때문에 빛이 없는 야간의 경우 수표면의 움직임을 촬영하기 어려워 밤에 발생하는 홍수 유량 측정이 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 수표면에 야광 입자를 흘려 촬영하는 방법이 있었으나 대하천의 경우 야광물질의 크기가 작아 영상 내에서 식별이 어려운 문제가 있었고, 높은 밝기의 조명을 사용하여 영상을 획득하는 방법 또한 수행되었으나 빛이 수표면에 반사되어 하천 전체를 촬영하기 어려운 문제점이 있었다. 이 후 근적외선 카메라를 이용하여 야간 측정의 어려움을 극복하고자 하였으나 촬영범위가 최대 50 m 정도로 조사 거리의 한계를 나타내었다. 최근 Fujita(2013)는 원적외선카메라를 이용한 하천 유량 측정을 실시하였는데 이는 기존 야간촬영 시 시도되었던 방법의 문제점을 해결할 수 있음을 보여주었다. 이에 본 연구에서는 원적외선 카메라를 이용한 표면영상유속계의 적용성을 검토하고자 실험수로에서 실험을 수행하였다. 실험 시 주간 및 야간의 상황을 설정하여 원적외선 카메라, 근적외선 카메라 그리고 일반 캠코더를 이용하여 흐름을 촬영하였다. 또한 프로펠러유속계를 이용하여 흐름의 표면유속을 측정하였다. 원적외선 카메라를 이용하여 촬영된 영상을 상호상관법을 이용하여 표면유속을 측정하였고, 이를 프로펠러유속계 측정결과와 비교하여 정확도를 검토하였다. 또한 일반 캠코더와 근적외선카메라의 영상 분석 결과와도 비교하여 개선점을 확인하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.12
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• pp.957-968
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• 2007

It is essential to obtain accurate and highly reliable streamflow data for quantitative management for water resources. Thereafter such real-time streamflow gauging methods as ultrasonic flowmeter and index-velocity are introduced recently. Since these methods calculate flowrate through entire cross-section by measuring partial velocities of it, rational and theoretical basis are necessary for accurate estimation of discharge. The purpose of the present study lies in analysis on the applicability of Chiu#s(1987, 1988) two dimensional velocity distribution equations by applying them to natural rivers and by comparing simulated velocity distributions with observed ones obtained with ADCP. Maximum and mean velocities are calculated from observed data to estimate entropy parameter M. Such isovel shape parameters as h and $\beta_i$ are estimated by object function based on least squares criterion. In case optimized parameters are applied, Chiu#s velocity distributions fairly well simulate observed ones. By using 14 simulated data sets which have relatively high correlation coefficients, properties of parameters are analyzed and h, $\beta_i$ are estimated for velocity-unknown river sections. When estimated parameters are adopted for verification, simulated velocity distributions well reproduce real ones. Finally, calculated discharges display rough agreement with measured data. The results of the present study mean that if parameters related are properly estimated, Chiu#s velocity distribution is likely to reproduce the real one of natural rivers.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.5
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• pp.367-377
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• 2015

ADCPs have been highlighted so far for measuring steramflow discharge in terms of their high-order of accuracy, relatively low cost and less field operators driven by their easy in-situ operation. While ADCPs become increasingly dominant in hydrometric area, their actual measurement accuracy for velocity and bathymetry measurement has not been sufficiently validated due to the lack of reliable bench-mark data, and subsequently there are still many uncertain aspects for using ADCPs in the field. This research aimed at analyzing inter-comparison results between ADCP measurements with respect to the detailed ADV measurement in a specified field environment. Overall, 184 ADV points were collected for densely designed grids for the given cross-section that has 6 m of width, 1 m of depth, and 0.7 m/s of averaged mean flow velocity. Concurrently, ADCP fixed-points measurements were conducted for each 0.2m and 0.02m of horizontal and vertical spacing respectively. The inter-comparison results indicated that ADCP matched ADV velocity very accurately for 0.4~0.8 of relative depth (y/h), but noticeable deviation occurred between them in near surface and bottom region. For evaluating the capacity of measuring bathymetry of ADCPs, bottom tracking bathymetry based on oblique beams showed better performance than vertical beam approach, and similar results were shown for fixed and moving-boat method as well. Error analysis for velocity and bathymetry measurements of ADCP can be potentially able to be utilized for the more detailed uncertainty analysis of the ADCP discharge measurement.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.6B
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• pp.515-522
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• 2011

The hydrodynamic models are widely used in the research for analysis of flow characteristics and design of hydraulic structure and river channel. These models need to be calibrated with observed data. But, there are few field data of two-dimensional flow velocity in flood because the direct measurement of the flood flow velocity are very dangerous. For this reason the results of two-dimensional numerical models are usually calibrated and verified with only a few observed data. Moreover, the verification of numerical models for the design flood is usually carried out using the result of one-dimensional model, HEC-RAS. In this study, using the flow velocity profile extracted from the aerial photos of a flood of the Tone River in Japan, two-dimensional numerical models, RAM2 in RAMS, RMA2 in SMS, and one-dimensional numerical model, HEC-RAS which are most widely used in research and design work are verified and the validity for verification of two-dimensional models with HEC-RAS is reviewed. The results showed that the water surface elevation of HEC-RAS, RAM2 and RMA2 models have similar results with observed data. But, the velocity results of RAM2 and RMA2 models in the floodplain have some difference with the velocity from aerial photo analysis. And the velocity result of HEC-RAS has big difference with the sectional averaged value of velocity from aerial photo analysis.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1781-1786
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• 2009

최근 들어 하천의 자동유량측정에 많이 활용되고 있는 고정식 음파도플러유속계는 여러 개의 셀 유속 자료를 제공한다. 이러한 유속 자료들은 단면의 특정 위치에 고정되어 있어 수심 변화에 따라 변화하는 최대유속 구역을 직접 측정할 수 없으므로 최대유속과 평균유속 사이의 단순한 관계를 활용하여 유량 산정을 하기는 곤란하다. 다만, 단면상의 여러 지점에 대한 유속 측정치를 얻을 수 있다는 점을 이용하여 모의된 유속분포와 결부하면 유량을 산정하는데 활용 가능하다. 본 연구에서는 Chiu(1988)가 제안한 단면의 무차원적 유속분포를 모의하는 확률론적 유속분포 공식과 고정식 ADVM의 유속자료를 활용하여 유량을 산정하는 방법을 검토하였다. 유속분포 공식의 주요 매개변수 중에서 최대유속과 평균유속의 관계를 나타내는 �� 은 ADVM이 설치된 단면 및 인접 단면에서 ADCP로 측정한 자료를 이용하여 도출하였으며, $\beta$와 h는 국내 하천에 대한 자료 분석을 통해 얻어진 값을 사용하였다. 2006년부터 2007년까지의 유량이 비교적 안정된 11개 케이스의 댐 방류량 조건 및 동일한 지점에서 개발된 유속지수법 유량과 상호 비교하였으며, 그 결과 댐방류량 대비 상대오차가 평균 6.44%로 유속지수법의 7.43%에 비해 약간 크지만 유량 산정이 비교적 정확하게 이루어짐을 확인할 수 있었다. 또한 연속 유량 측정 결과 여수로 방류량에 대해서 약 10.6%의 오차를 나타내고 있었다. 한편, 보다 고유속 구역을 측정할 목적으로 2008년에 기존의 ADVM에 추가로 1.25m 높은 위치에 홍수 측정을 위한 저주파 ADVM을 설치하여 운영할 경우 2008년의 4개 케이스에 대해 댐방류량 대비 2.1%의 상대오차를 나타내어 3.9%의 유속지수법에 비해 약간의 개선효과가 있었으며, 이 역시 유량을 비교적 잘 산정하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.515-518
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• 2008

본 연구는 충적하천에 주운용 운하수로를 유도하기 위한 공법으로 충적하천의 사행수로에서 수충부에 수제를 설치하여 하안의 침식을 막고 대안측에 사주발생역의 발달을 억제할 수 있는 수로안정화 기법을 제시하였다. 낙동강은 대표적인 충적하천으로 발달하고 있어 최근 국내에서 논의 되고 있는 운하수로는 사행이 심한 하도구간에서 하도중심부로의 유심 유도가 필수적이다. 수제는 하천의 흐름을 하도 중앙으로 집중시켜 주운을 위한 일정수심을 확보하는 역할을 하며, 흐름방향과 유속을 제어함으로써 흐름에 의한 하안의 침식작용을 억제하는 호안 역할을 병행한다. 따라서 수제 설치에 따른 가상만곡도와 낙동강의 회천합류부$\sim$황강합류부 하도구간(L=10km)을 2차원 수리모델인 RMA-2로 수리학적 해석을 실시하여 하도중심부로의 유심 유도와 수심 확보를 위한 유속을 비교분석함으로써 수제에 의한 하도의 안정화를 유도할 수 있었다.