• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.944-951
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• 2011

본 논문은 ADCP 계측기기 부근에서 음향학적인 그리고 ADCP 계기로 인해 발생하는 흐름의 교란에 기인한 속도 오차에 대한 원인들을 실험 및 수치모의를 통해 고찰한다. 실험실에서의 연구는 선박에 탑재되지 않은 독립된 ADCP에 대해 수행하였고, 수평 및 수직면에서 ADCP에 의해 유발되는 흐름 교란은 ADV를 이용하여 관측하였다. 그리고 ADCP와 ADV의 동시적 측정이 ADCP계측에 있어 추가적인 계측기기 부근의 영향들을 고려하기 위해 수행되었다. 수치모의는 ADCP가 선박에 탑재되었을 때 ADCP 계기 부근에 발생하는 잠재적인 오차에 대해 연구하기 위해 설계되었다. 수치해석 기법 사용된 LES (Large Eddy Simulation)는 선박에 탑재된 ADCP에 작용하는 항력과 계기와 선박의 막음효과에 의해 발생하는 흐름의 교란의 크기와 범위를 모의하였다. 결과로 ADCP에 의해 관측된 속도는 계측기기 하단의 제한된 범위 내에서 일정 정도 오차를 보였고 교란되지 않은 하천의 흐름 조건에 따라 오차가 실질적으로 다르게 나타났다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권3호
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• pp.101-106
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• 2009

우리나라의 경우 1990년대 후반부터 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)가 도입되기 시작하였으나 아직까지는 ADCP를 이용한 유량측정 기법과 현장 적용성 문제가 충분히 검토되지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구의 목적은 회전식 유속계와 ADCP를 이용한 유속측정의 검증 및 적용에 관한 것이다. 검증방법은 실험실에서 측정된 유속 값을 이용하였다. ADCP와 회전식 유속계를 이용한 유속측정의 차이는 2.1% 이내로 이는 ADCP을 현장에 적용해도 무방한 것으로 나타났다. 검증을 실시 후 ADCP를 실제 하천에 적용하였다. 현장적용 대상하천으로는 매곡천을 선정하여 ADCP의 유속 및 회전식 유속계의 유속을 비교하였다. 결과에서 ADCP에 의한 유속측정 값은 기존에 전통적으로 사용되는 회전식 유속계의 측정과 비교해서 평균 10.5% 이내의 오차로 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.233-233
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• 2021

ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)는 유수의 흐름을 방해하지 않으면서 수중에 발사된 음파의 도플러 효과를 이용하여 3차원 유속 측정이 가능한 초음파 유량측정장비이다. 2009년부터 다양한 하천에서 ADCP 사용량이 증가하면서 ADCP를 이용한 유량측정 기법과 현장 적용상의 문제, 자료처리 과정에서의 문제점들이 발생하고 있다. 이런 문제점들을 분석한 결과 다음과 같은 사례들이 나타났다. 첫 번째 하상이 매우 불규칙한 단면의 부적절한 측정 사례, 두 번째 하안 수직벽 존재에 따른 단면의 부적절한 측정 사례, 세 번째 수심 오측이 다수 발생한 측정 사례, 네 번째 유속 프로파일 결측이 다수 발생한 측정 사례, 다섯 번째 통신문제로 인한 주기적인 결측이 발생한 측정 사례, 여섯 번째 홍수기 고농도 유사로 인해 결측이 발생한 사례, 일곱 번째 수중식생의 영향으로 수심 및 유속 프로파일 오측이 발생한 측정 사례, 여덟 번째 이동상 조건이 발생한 측정 사례 등 많은 문제들이 발생하였다. 본 연구에서는 수중식생의 영향으로 수심 및 유속 프로파일 오측이 발생하는 사례에 대해 개선할 수 있는 방안을 연구하였다. ADCP에서 수중에 발사한 음파 중 식생에 부딪친 강한 반사파의 노이즈로 side-lobe현상에 의한 오측 및 결측이 발생한다. 현재 오측 및 결측 자료는 ADCP 제조사별 자료 취득 소프트웨어의 기능에 의존 하거나, USGS의 OSW(Office of Surface Water) Hydroacoustics의 QRev를 이용하여 후처리 과정을 거쳐 측정 자료로 정리하고 있다. 이에 본 연구에서는 노이즈로 인한 side-lobe 현상을 물리적인 방법으로 제거하기 위해 음향 녹음 과정에서 노이즈를 물리적인 방법으로 제거하는 윈드실드와 팝 필터를 고려한 ADCP필터를 개발하여 적용하였다. 이번 연구의 대상지점은 원주시(지정대교)수위관측소로 5월 이후 수중에 식생이 성장하는 지점이다. 먼저 ADCP필터를 제거한 상태에서 측정을 실시하고, 이후 ADCP필터를 장착하여 측정을 실시하였다. ADCP필터 적용의 측정성과에서는 노이즈에 의한 오측 및 결측이 다수 발생하는 것을 볼 수 있고, ADCP필터를 적용한 측정성과에서는 노이즈가 제거되어 오측 및 결측이 개선되는 결과를 볼 수 있었다. 본 연구에서는 수중식생 영향으로 강한 반사파에 의한 노이즈로 side-lobe현상에 의한 ADCP측 정성과의 오측 및 결측을 ADCP필터를 적용하여 물리적인 방법으로 노이즈를 제거 할 수 있다는 결과를 얻었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.448-448
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• 2016

ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)는 유수의 흐름을 방해하지 않으면서 수중에 발사된 음파의 도플러 효과를 이용하여 유속과 유량을 측정하는 장비이다. ADCP는 하천을 횡단하면서 측정하는 장비이기 때문에 기존 유속-면적법에 비해 인력과 시간이 절감된다. 이러한 효율성 때문에 미국, 일본 등 외국뿐 아니라 우리나라에서도 점차 활용이 증가하고 있다. 특히 수위와 유량이 급격하게 변화하여 신속한 측정이 필요한 지점이나, 유속계를 이용한 유량측정이 곤란한 대하천에서 널리 사용되고 있다. ADCP는 미국을 중심으로 1980년대 말부터 하천 유량 측정에 도입된 후 여러 해 동안 현장에서의 적용성 평가가 이루어져 왔으며, 점차 적용이 확대되고 있는 실정이다. 국내에서도 1990년대 후반부터 ADCP가 도입되기 시작하여, 유량측정 기법 및 국내 하천에의 적용성에 대한 검토가 진행되어 왔으며, ADCP를 이용한 유량측정의 빈도와 활용범위가 점차 증가하고 있다. 국토교통부의 유량측정을 전담하고 있는 유량조사사업단의 2009년~2014년 측정장비별 측정성과를 살펴보면, 2009년 7.8%였던 ADCP 사용률은 2014년 27.8%로 약 3배 이상 증가하였으며, 2010년~2011년 4대강 공사로 인하여 사용률이 높아진 후, 2013년부터 본격적으로 사용된 것을 알 수 있다. ADCP뿐만 아니라 FlowTracker 역시 저유속 유량측정을 대체하고 있으며, 2009년 10.9%였던 FlowTraker와 ADCP 측정성과는 2014년 전체 측정성과의 56.2%를 차지하며, 기계식 유속계와 부자 측정성과를 넘어서고 있다. 홍수기(7월~8월) 측정성과를 살펴보면, 2009년 9.3%였던 ADCP 사용률은 2014년 31.8%로 전체 측정성과와 유사한 증가폭을 나타냈으며, 2012년 이후 사용률이 급증하고 있는 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 국내 유량측정 사업에 사용률이 급격하게 증가하고 있는 ADCP의 활용 현황 및 문제점 등을 분석하여 향후 ADCP를 이용한 유속 및 유량측정의 체계적인 활용 및 측정기법의 개선에 활용하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.71-71
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• 2017

하천에서 평수기 유량측정은 도섭법을 이용하기 위한 지점식 측정보다는 초음파 도플러 유속계(ADCP, Acoustic Doppler Current Profiler)를 보트에 탑재하여 운용하는 측정 방식이 점차 일반화되고 있다. ADCP는 초음파의 도플러효과를 이용하여 수심이나 횡방향의 유속 분포를 측정할 수 있는 측정 장비로 일반적으로 사용되는 down-looking ADCP는 수심방향의 유속분포와 수심을 측정하여 보트의 이동속도와의 벡터 내적을 이용하여 유량을 산정하게 된다. 그러나, 이동식 ADCP 유량 측정 성과의 불확도는 제공되지 않고 있는 상황인데, 이는 불확도 산정 표준안 미비, 유속 및 수심 등 측정 요소의 관측 환경 별 불확도 정보 부족, 불확도를 산정할 수 있는 툴의 부재 등에 기인한다. 본 연구에서는 이동식 ADCP 불확도 산정 표준안을 개발하고 현장 실험을 통해 불확도 요인에 대한 규명, 불확도를 편리하게 산정할 수 있는 툴을 개발하고자 하였다. 불확도 산정 표준안으로 최근 WMO를 위시한 국제적으로 하천 유량 측정 불확도 표준안으로 채택되고 있는 GUM(Guide to the Expression of Uncertainty Measurement)을 기반으로 이동식 ADCP 유량 산정 알고리즘을 적용하여 불확도 적용 기법을 개발하였다. GUM 표준안을 기반으로 유량 측정불확도를 산정하기 위한 불확도 요인분석은 실규모 하천의 특성을 대부분 모의할 수 있는 한국건설기술연구원의 안동하천실험센터에서 수행된 실험자료를 기반으로 다양한 인자들에 대한 요소 별 불확도 분석을 수행하였다. GUM 표준안에 의하면 불확도 요인들은 오차전파의 법칙에 기반하여 전체 불확도에 전파되며, 이렇게 합성된 불확도는 t-분포의 신뢰수준 95%일 경우의 보정계수 2를 곱하여 최종적으로 확장불확도를 산정하게 된다. 이동측정방식의 ADCP의 경우 GUM 표준안에 적용하여 불확도를 평가하기 위해서 사용되는 수식이 방대하고, 매우 복잡하기 때문에 이를 실무자가 평가하기에는 한계가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 ADCP의 유량 측정불확도를 보다 편리하게 평가하기 위하여 ADCP 유량 측정불확도 평가 소프트웨어인 AQUA(ADCP Discharge Uncertainty Assesment)를 개발하였으며, 이를 통해 실무자나 연구자들이 ADCP의 불확도 평가에 보다 편리하게 접근할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권5호
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• pp.367-377
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• 2015

최근 수문관측의 측정 인력과 비용의 절감과 측정 정확도를 높이기 위해 초음파를 이용한 ADCP 유량 측정 방법의 적용이 활발하게 이루어지고 있으며 점점 그 비중이 높아지고 있다. 하지만 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도에 대한 자료가 부족하여 ADCP 측정 결과에 대한 신뢰도를 확신하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 직선하천에서 체계적이고 정밀한 측정을 통해 ADCP의 유속 및 수심 정확도를 분석하였다. ADCP의 유속 측정 정확도를 분석하기 위해 횡단면에 184개의 측점에서 측정한 ADV 유속 측정 결과와 ADCP의 유속 측정 결과를 비교하여 오차를 계산하였다. 그 결과 바닥을 기준으로 수심비(y/h)가 0.4~0.8 범위에서는 ADCP가 정확하게 유속을 측정하는 것으로 나타났으나, 수면 근처에서는 유속을 작게 측정하였고, 하상 근처에서는 유속을 크게 측정하여 정확도가 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 ADCP의 수심 정확도를 분석한 결과 하상추적(bottom tracking) 방식이 약 6%의 오차를 보였고, 연직 빔(vertical beam) 방식이 약 9%의 오차를 보여 식생이 활착한 자연하천의 경우 하상추적 방식이 좀 더 정확하게 수심을 측정하는 것으로 확인하였다. 그리고 고정 측정 방법과 이동 측정 방법의 차이를 검토한 결과 두 방법 모두 유사한 정확도를 나타냈다. 이와 같은 연구 결과는 향후 ADCP의 측정 불확도 평가를 위한 기초 자료로 활용한다면 ADCP를 하천에 적용함에 있어 좀 더 정확한 유속 및 수심 측정이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.613-613
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• 2012

ADCP는 매우 상세한 유속 및 하상자료를 측정할 수 있어 하천의 수리학적 계측에 많은 가능성을 열어주고 있다. 하지만 현재까지 대부분 하천 단면에서의 유량 측정에 국한되어 운영되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 ADCP가 제공하는 원자료인 3차원 유속과 하상자료를 유량 외의 평균유속장 및 하상 계측에 활용될 수 있도록 하는 후처리 소프트웨어 개발을 통해 ADCP가 하천의 흐름해석 및 2차원 및 3차원 수치모델의 검보정 등에 활용될 수 있는 가능성을 보이고자 한다. 따라서 계측 방식도 하천의 단면뿐만 아니라 하도에 따른 지그재그 방식의 자료를 포괄한다. ADCP 자료의 후처리는 제작사에서 제공하는 소프트웨어가 유량 제공에 초점을 맞춰 다른 분야에의 활용을 위해 별도의 후처리 소프트웨어의 제작이 필요하나 자료구조가 까다롭고 수십에서 수백 개의 파일을 동시에 처리할 수 있는 툴의 개발은 용이하지 않아 ADCP를 흐름분석 등에 활용하고자하는 연구자나 관계 기관종사자들에 한계로 작용하였다. 또한 제작사 (RDI, SonTek)에 따라 원자료의 구조가 완전히 달라 한꺼번에 처리하는 데 많은 문제가 있어왔다. 본 연구를 통해 개발된 툴은 두 제작사의 ADCP 원자료 포맷으로 구성된 다수의 관측 파일도 동시에 처리할 수 있다. 또한 GIS 기반에서 ADCP 자료의 위치를 표출할 수 있어 지형정보와 결부된 흐름장 해석이 가능하게 한다. ADCP 3차원 속도자료는 매우 정밀한 공간에서 측정되는 부분이 장점인 반면에 지나치게 정밀하고 또한 난류 등이 포함되어 원자료 만으로 흐름장을 분석하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 공간평균방법을 제공하여 2차원 및 3차원 공간에서의 공간보간된 평균유속장을 볼 수 있게 하였다. 이러한 방식은 2,3차원 수치모델의 격자에 ADCP 유속자료를 보간할 수 있어 모델 검보정에도 활용될 수 있다. ADCP 원자료 및 후처리된 결과는 GIS, Excel, Google Earth 파일 형태 등으로 제공될 수 있어 추후 활용가능성을 높였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.17-17
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• 2022

현재 하천에서 유량을 측정하는 가장 일반적인 장비는 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)이다. ADCP는 일정 수심이 확보되는 곳에서는 보트에 장착하여 효율적으로 정확한 유량을 측정하고 있다고 알려져 있다. ADCP의 활용성이 증가함에 따라 측정결과의 신뢰성을 표현하는 방법에 대한 관심이 증가하고 있으며, 프랑스에서는 해외 전문가들을 초청하여 동일한 현장에서 ADCP의 유량을 측정하고 해당 결과를 비교하여 ADCP의 측정정확도에 대한 분석을 수행하고자 하였고, 국내에서도 이와 동일한 방식으로 홍수통제소가 주관하여 국내 유량조사기관들의ADCP를 이용해 장비에 대한 검정과 측정유량에 대한 정확도를 확인하고자 하였다. 해당 방식은 장비들간의 측정결과를 이용하여 이상치를 나타내는 장비에 대해서는 검토가 가능하나, 측정결과에 어떠한 요인들이 측정정확도에 영향을 발생시키는지에 대한 분석을 하기 에는 한계점이 있다. ISO에서는 일반적으로 이루어지는 측정에 대하여 GUM 표준안을 기반으로 하여 측정불확도를 산정하도록 권장하고 있으며, 유량분야의 위원회인 TC 113에서도 GUM을 이용하도록 권장하고 있다(ISO 25377, 2020). 하지만 ADCP를 이용하여 유량을 계산하는 방식이 매우 복잡하고, 이를 GUM에 적용하여 유량측정의 불확도를 산정하기에는 복잡하고 많은 계산식이 필요하기 때문에 이를 계산할 수 있는 도구가 없다면 일반적인 측정자가 불확도를 산정하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존에 수행되었던 연구성과들을 종합하여 ADCP의 유량 측정불확도를 산정하는 과정을 프로그램화하고 쉽게 계산할 수 있도록 AQUA(ADCP discharge(Q) Uncertainty Assessment)라는 소프트웨어를 개발하였다. AQUA는 C#을 기반으로 국내에서 일반적으로 사용하고 있는 Sontek사와 TRDI사의 ADCP의 측정결과를 불러올 수 있도록 개발되었다. 해당 소프트웨어를 이용하여 다양한 사용자들이 사용하고 이를 통해 현재 개발된 소프트웨어의 사용성을 보완한다면, 실무에서도 쉽게 ADCP의 측정불확도를 산정할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1133-1137
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• 2005

ADCP를 이용한 유량 측정 방법은 1980년대 하천 유량 측정에 도입된 이래 최근 미국을 빈롯한 수문관측의 선진국에서 평저수시 유량 측정을 위한 공식적인 방법으로 인정받고 있다. 우리나라는 미국이나 유럽과는 다른 수문 환경과 하천 조건을 가지고 있으므로 ADCP를 이용한 유량 측정 방법이 공식적으로 수용되기 위해서는 그 적용성과 효율성이 충분히 검토되어야 한다. 본 연구는 지난 4년간 ADCP를 이용하여 국내의 다양한 하천에서 유량 측정을 수행한 결과를 토대로 ADCP 를 이용한 유량 측정의 적용성과 효율성을 분석하는데 초점을 맞추고 있다. 대상 지점은 전국적으로 13개 이상의 지점이며, 측정 결과는 댐방류량 또는 유속-면적법 유량과 비교하여 분석하였다. ADCP 유량은 사용된 기기, 적용 방법, 지점별로 차이는 있으나 평균적으로 댐 방류량 대비 $4.6\%$의 오차를 보이고 있으며, 유속면적법과 비교해서는 평균 $8.2\% 정도의 차이를 나타내고 있다. ADCP법은 도섭이 가능한 중소규모의 하천을 제외하고는 유량 측정에 소요되는 인력과 시간 측면에서 유속면적법에 비해 효율적인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과만으로 보면, ADCP법은 기존의 유속면적법에 의한 평저수기 유량 측정에 대한 보완적, 대안적 유량 측정 수단으로서 무리없이 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.426-430
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• 2009

본 연구에서는 ADCP 측정자료를 효율적으로 활용할 수 있도록 ADCP 이동측정법 자료의 후처리 프로그램을 개발하였다. 먼저, 측정된 ensemble과 방위별 유속으로 표시되던 단면유속분포를 한 눈에 알아볼 수 있도록 좌표를 정리하고 주흐름방향 유속을 출력하는 등, Sontek과 RDI 자료 취득 소프트웨어의 ascii 파일을 사용자가 쉽게 알아보고 가공할 수 있도록 변형하였다. 또한, 기존 ADCP 사용과 관련하여 발표된 screening 및 smoothing 기법을 적용하여 유효한 유속자료를 선별하고 단면의 평균 흐름에 근접한 유속자료를 제공하도록 하였다. 멱함수를 이용한 외삽으로 측정불가역의 유속 및 유량을 추정하였으며, 총 53개 측정자료의 유량을 추정한 결과 ADCP 소프트웨어가 제공하는 유량과 평균 1.33 %의 오차를 보였다. 마지막으로, 정리된 ADCP 자료로부터 하천의 주요 수리학적 특성을 추정하도록 하여 하천단면을 횡단하는 간단한 ADCP 측정만으로도 많은 시간과 노력을 들여 측정하던 하천의 특성을 신속히 파악할 수 있도록 하였다.