• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.18-18
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• 2021

초음파 도플러 유속계(ADCP)는 초음파를 이용하여 하천의 유속 및 수심을 측정하는 장비로 기존의 지점식 유속계와는 다르게 수심방향 유속분포와 수심을 한번에 측정하게 되며, 보트를 이용하여 하천을 횡단하게 되면 기존의 유속-면적법을 이용하는 방식보다 간편하고 빠르게 한 단면의 유량을 측정할 수 있다. 이와 같은 이점으로 인해 국내뿐만 아니라 해외에서도 대하천에서부터 중·소규모의 하천까지 다양한 범위에서 유량을 측정하는 장비로서 사용되어지고 있다. ADCP의 측정 유량은 유량관측소에서 수위-유량관계식을 구축할 때 사용하고 있으며, 이렇게 제공되는 유량은 하천의 중·장기 계획 수립, 수공구조물의 설계 및 수문·수리분야의 연구에 활용되고 있다. 하지만 ADCP의 유량측정은 ADCP의 미측정 영역의 유량 추정, ADCP 잠김깊이의 정확도, 하안에서의 고정 측정시간 등 ADCP의 측정 과정이나, 유량 추정 방법에 따라 영향을 받게 되며. 이외에도 하천의 수심, 하상의 상태와 같은 측정 조건에 따라서도 정확도의 변화가 발생할 수 있다. 측정결과의 정확성을 향상시키고, 신뢰도가 높은 자료를 제공하기 위해서는 ADCP의 유량 측정결과에 대한 불확도를 발생시키는 요인들에 대한 분석과 이를 감소시킬 수 있는 방법을 찾는 것이 중요하다. 1993년 ISO, BIPM, IFCC 등 6개 기구에서는 측정불확도를 산정하기 위한 측정불확도 산정 지침서(GUM, Guide to the expression of Uncertainty of Measurement)를 제시하였다. GUM 표준안은 측정과정에서 발생하는 다양한 불확도 요인들을 불확도 전파법칙을 통해 전체 불확도를 산정하는 방식으로 WMO와 ISO의 유량 측정분야에서도 GUM 표준안을 측정불확도 산정 기준으로 공인하여 사용하고 있다(JCGM 100, 2008; ISO 25377, 2020). 이에 본 연구에서는 GUM 표준안을 이용하여 ADCP로 측정된 유량의 측정불확도를 산정하는 방법을 개발하고 각 요인들에 대한 실험 및 분석을 진행하였다. ADCP의 측정 정확도를 분석하기 위한 실험은 자연에 가까운 형상을 모의하고 있고, 소하천 규모를 갖고 있는 하천연구센터에서 수행하였으며, 요인들에 대한 분석 방법 및 총 불확도를 계산하는 방법에 대하여 제시하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.1
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• pp.43-57
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• 2022

Advances in measurement techniques have reduced measurement costs and enhanced safety resulting in less uncertainty. For example, an acoustic doppler current profiler (ADCP) based suspended sediment concentration (SSC) measurement technique is being accepted as an alternative to the conventional data collection method. In Korean rivers, horizontal ADCPs (H-ADCPs) are mounted on the automatic discharge monitoring stations, where SSC can be measured using the backscatter of ADCPs. However, automatic discharge monitoring stations and sediment monitoring stations do not always coincide which hinders the application of the new techniques that are not feasible to some stations. This work presents and analyzes H-ADCP-SSC models for 9 discharge monitoring stations in Korean rivers. In application of the Gaussian mixture model (GMM) to sediment-related variables (catchment area, particle size distributions of suspended sediment and bed material, water discharge-sediment discharge curves) from 44 sediment monitoring stations, it is revealed that those characteristics can distinguish sediment monitoring stations regionally. Linking the two results, we propose a protocol determining the H-ADCP-SSC model where no H-ADCP-SSC model is available.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1865-1869
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• 2009

본 연구에서는 ADCP를 이용하여 국내 하천에서의 연직유속분포 특성을 살펴보았다. 먼저, 김치영 등 (2004)의 10점법 측정 자료와의 비교를 통하여 power law와 log law로 ADCP의 측정불가역의 유속분포를 추정하는 방법을 검증하였다. 또한, 국내 하천의 다양한 흐름조건을 고려한 4개 지점, 총 26개 자료를 사용하여 각각의 ADCP 측정자료마다 최적의 power 식과 log 식을 구했으며, 이 식들로부터 구한 수심평균유속을 ADP-stationary (고정된 지수 1/6)의 평균유속과 비교하였다. 그 결과 power law로 ADCP 측정불가역을 외삽하는 경우 하천의 흐름에 적절한 지수를 사용했는지 여부가 평균유속의 정확도에 큰 영향을 미침을 확인하였다. 이에, Limerinos (1970)의 조도계수 계산식과 ISO (1997)에 제시된 power law 지수식을 토대로 측정 자료의 power law 지수와 하상재료, 수심의 상관관계를 살펴보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.916-920
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• 2007

ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)는 유수의 흐름을 방해하지 않으면서 물 속으로 일정 주파수의 초음파를 전송하고, 부유하는 입자들에 의해 산란되어 돌아오는 반향을 수집, 도플러효과를 이용하여 유속을 측정하는 장비이다. ADCP는 하천을 횡단하면서 순간적인 유속을 측정하므로 시간평균한 평균유속과의 차이가 발생하지만 1초에 1회 이상의 빠른 속도로 연직유속분포를 수집하면서 이를 공간적으로 평균함으로써 순간유속이 갖는 변동성을 완화시키는 특징을 갖는다. 본 연구에서는 ADCP를 활용하여 사행하천에서 수평방향 2차원 유속분포를 측정하고자 하였다. 만곡부가 교호적으로 나타나는 사행하천의 흐름구조는 매우 복잡하다. 특히 주 흐름의 수직인 단면에 나선형의 2차류가 관찰되는데, 이는 원심력과 횡방향의 수면경사 및 난류의 상호작용으로 발생된다. 주 흐름의 유속과 다른 분포를 나타낸다. 본 연구에서는 이찬주 등(2005)이 제시한 공간평균기법과 이동경로 수정을 통하여 측선별 2차원 유속분포를 측정하여 기 개발된 RAMS(서울대학교, 2007)를 적용하고 이를 검증하기 위한 자료를 확보하고자 하였다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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• v.47 no.5
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• pp.229-234
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• 2010

This paper proposed the acoustic signal processing techniques, which are applicable even in the shallow river, and will enhance the frequency resolution of the ADCP (Acoustic Doppler Current profiler). ADCP is a device that measures the velocity of a moving fluid. ADCP, in general, can be operated at ~300 Khz of center frequency due to no depth limit in the sea. However, it can hardly be used due to water depth of 30cm or shallower during the dry season in the river. Therefore, existing signal processing methods are not suitable to use in the shallow river. We are proposing an alternative acoustic signal processing method using Zoom FFT. Simulation results show that errors are reduced ${\pm}62\;cm/s$ in theory, and ${\pm}93\;cm/s$ in the experiment. The existing algorithm could not estimate the current speed at the shallow river below 30 cm, but proposed algorithm estimated the current speed that was faster than 20 cm/s at the shallow river below 30 cm.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.462-466
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• 2010

하천을 횡단하며 유속을 측정하는 ADCP를 유속면적법과 같이 정해진 측선에 정지시켜 연직 유속을 측정하고 이를 단면적과 곱하여 유량을 산정하는 방법이 ADCP 정지측정법(Stationary Method)이다. 이 방법은 이미 괴산댐 하류에 적용되어 정지측정법 측정유량이 댐방류량 대비 평균 4%의 상대오차를 보여 효율성이 입증되었다. 본 연구에서는 일반 자연하천인 임진강 적성지점에 정지측정법을 적용하여 넓은 범위의 수위, 유량 변화에 대한 적용 가능성을 점검하였다. 또한 홍수기 널리 사용되는 측정방법인 부자법의 검증 수단으로서 적용 여부를 검토하였다. 2009년 7월부터 8월까지 총 26회 실시한 정지측정법은 1,046~9,663 $m^3/s$의 측정 유량 범위를 보였다. 측정기간 동안 단면평균 유속은 1.3~3.0m/s였으며, 측정 최대유속은 4.0m/s였다. 측정 소요시간은 23~46분으로 평균 35분 소요되었다. 같은 지점에서 실시한 봉부자법 측정이 평균 29분 소요한 것과 큰 차이가 없었다. ADCP를 이용한 정지측정법은 제조사에서 제공하는 전용 프로그램으로 측정과 동시에 수위, 단면 연직 유속 등의 확인이 가능하며, ISO 기준 불확실도 계산 기능을 포함한다. 대하천인 임진강 적성지점에서 실시한 ADCP 정지측정법은 봉부자법과 비슷한 측정시간이 소요되며 넓은 수위, 유량범위에서 측정이 가능한 방법으로 판단되었다. 기존의 유량측정이 수위, 유량에 따라 방법이 달라지고 측정 장비의 제약이 따르는 것에 반해 ADCP 정지측정법은 보다 넓은 수위, 유량 범위에서 적용이 가능하다. 즉, ADCP 정지 측정법은 평저수시뿐만 아니라 홍수시에도 유량 측정 가능한 방법이기 때문에 봉부자법 또는 초음파표면유속계와 같이 홍수시 사용되는 측정방법의 검증 수단으로서도 활용 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.102-102
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• 2016

일반적으로 수자원분야에서 사용되는 기초 자료 중 하나인 유량측정 성과는 설계홍수량 산정, 지점의 수위-유량 관계곡선식 산정 등 유역의 이 치수를 위한 설계나 장 단기 계획을 수립하기 위한 기초자료로서 사용되어지고 있으며, 2차원 및 3차원 수치해석을 위한 입력 자료로 사용되고 있다. 유량측정의 성과는 이렇듯 다양한 방면으로 활용되어지고 있는 반면 현재 국내에서는 측정의 성과에 대한 신뢰성을 나타낼 수 있는 지표가 제시되고 있지 않은 상황이다. ISO(International Organization for Standardization) 및 BIPM, IFCC 등 6개 기구는 공동으로 측정 불확도 산정 지침서(GUM, Guide to the expression of Uncertainty in Measurement, 1993)을 제시하였고, 최근 WMO에서는 GUM 표준안을 하천 유량 측정 불확도 산정방법으로 공인하고 있다(JCGM 100, 2008). 이에 따라 본 연구에서는 최근 유량 측정에 활발하게 사용되고 있는 ADCP의 유량 측정 성과에 대한 불확도를 GUM 표준안 기반으로 평가하고자 한다. ADCP의 측정 방법은 고정측정 방식이고, 유속-면적법으로 계산된 유량에 대한 측정 불확도를 평가하였다. 실험은 실규모에서 유량을 제어할 수 있는 건설기술연구원 하천실험센터에서 수행되었고, 사용된 유속 측정 장비는 SonTek사의 micro-ADV와 ADCP M9을 사용하였으며, ADV로 측정된 결과를 참값으로 가정한 후 실험 및 분석을 수행하였다. GUM 표준안 기반의 불확도 평가를 위해 사용된 관계식 및 불확도 요인들은 선행 연구들을 기반으로 하되, 본 실험을 통해 분석된 수치로 변경하여 최종적인 ADCP 유량 산정 불확도를 평가하였다. 본 연구에서는 고정측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과를 GUM 표준안에 적용하여 불확도를 평가하였으며, 추가적인 연구를 진행하여 일반적으로 사용하고 있는 이동측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과에 대한 불확도를 평가할 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 결과는 설계 홍수량 산정이나 수위-유량 관계 곡선식 산정 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.28-28
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• 2021

자동유량측정시설은 효율적으로 실시간의 유량을 측정하기 위한 수문조사시설로 전국의 주요 국가하천을 대상으로 약 62개소에서 H-ADCP를 활용하여 지속적인 유량측정을 수행하고 있다. 최근 해외에서는 국내 자동유량측정시설에 활용중인 횡방향 초음파도플러유속계(H-ADCP)의 초음파산란도를 활용하여 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. H-ADCP를 활용한 부유사농도 측정 기술을 자동유량관측소에 적용할 경우 실시간의 유량측정과 함께 부유사농도 자료를 획득할 수 있기 때문에 지속적인 부유사농도를 측정할 수 있는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 H-ADCP를 이용한 부유사농도 측정 기술의 개발을 목적으로 기존 자동유량장치가 설치된 지점 중 과거 유사량 측정을 수행한 5개 지점에 대해 H-ADCP를 이용한 부유사농도 측정 기술의 적용성을 검토하였다. 5개의 지점은 각각 낙동강 수계 구미시(구미대교), 함안군(계내리) 2개 지점과 영산강 수계 광주광역시(극락교), 나주시(남평교), 나주시(나주대교) 3개 지점으로 과거에 수행된 실측 부유사농도 자료와 H-ADCP 원시자료를 활용하여 분석을 수행하였다. 5개 지점에 대해 H-ADCP로부터 측정된 초음파산란도의 보정을 수행하였고, 보정된 초음파산란도와 실측 부유사 농도와의 상관관계를 분석한 결과, 결정계수는 약 0.8이상으로 높은 상관관계를 보이는 것으로 나타났다. 그리고 초음파산란도를 활용하여 지속적인 부유사농도를 추정한 결과와 실측부유사농도와 의 정확도를 비교한 결과 80%이상의 정확도를 보여 H-ADCP의 초음파산란도를 활용하여 부유사 농도를 측정하는데 사용이 가능할 것으로 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.161-161
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• 2015

최근 정보화 기술의 발달로 다양하고 방대한 정보들이 집적되고 있으며, 다양한 분야에서 집적된 자료의 활용성에 대한 관심이 보이고 있다. 특히, 수자원분야에서는 ADCP와 같은 최신 계측기법으로 확보되고 있는 방대한 양의 하천의 유속 및 하상 등의 자료를 수집, 저장, 처리, 검색하고자 하는 요구가 증가하고 있다. ADCP를 이용하여 유속을 계측할 경우, 재래식 계측 방법인 봉부자를 이용한 방법, 프로펠러유속계를 이용하는 방법에 비해 빠르고 정밀한 자료를 수집할 수 있는 장점이 있지만 계측자료의 양이 방대해짐에 따라 자료의 저장, 관리와 처리가 힘든 단점이 있어 ADCP를 이용한 자료의 저장 및 관리 처리를 자동화하는 소프트웨어에 대한 수요가 증가하고 있다.이러한 상황에 맞춰 수자원 발전을 위한 미국 대학 협력단체인 CUAHSI(Consortium of University for the Advancement of Hydrologic Science)에서는 수자원정보화시스템(Hydrologic Information System; HIS)의 구축하기 위해 표준화된 수자원 관측자료 데이터베이스 구조인 ODM(Observation Data Model)을 개발한 바 있다. 최근에는 하천 단면과 같은 하천 측정자료를 송수신할 경우 사용할 수 있는 표준 자료 프로토콜인 RiverML을 개발하여 Beta 버전을 제공하고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천 자료 및 모형의 공유를 목적으로 HydroShare의 일환인 수자원 관측자료 중 하천자료의 전송용 언어인 RiverML과 하천의 시공간적 수리동역학적 자료 구조인 Arc River를 기반으로 ADCP의 계측자료를 RiverML로 변환하는 기술과 변환된 결과를 토대로 2차원 및 3차원으로 표출하는 GIS기반 소프트웨어를 개발하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.36 no.6
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• pp.1023-1035
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• 2016

Suspended sediment concentration (SSC) is a crucial riverine parameter in terms that it can be utilized for analyzing sediment transport, stability assessment of river and structure and so on. However, in case of domestic, sediment discharge data are not enough because of using conventional sediment samplers. This study aimed at developing a practical technique for estimating suspended sediment concentration in high spatial and temporal resolution by building relationship between acoustic backscatter (or SNR) from H-ADCP with actually observed data using LISST-100X. In this regard, a dedicated correction algorithm was proposed particularly for the adapted H-ADCP (SonTek SL-3000). Then, a SNR-SSC relation was built based upon a real-scale field experiment, where both H-ADCP and LISST-100X were concurrently operated to observe SNR and SSC, respectively. The coefficient of determination for the developed regression equation of SNR-SSC relation was around 0.85~0.88, thereby the relation could be evaluated to be highly correlated. The result of this study might be potentially applied for real-time and simultaneous observation of SSC when H-ADCP could be applied.