• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.8
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• pp.521-535
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• 2017

Acoustic Doppler Current Profilers (ADCPs) have been widely utilized for assessing streamflow discharge, yet few comprehensive studies were conducted to evaluate discharge uncertainty in consideration of individual uncertainty components. It could be mostly because it was not easy to determine which uncertainty framework can be appropriate to rigorously analyze streamflow discharge driven by ADCPs. In this regard, considerable efforts have been made by scientific and engineering societies to develop a standardized theoretical framework for uncertainty analysis in hydrometry. One of the well-established UA methodology based on sound statistical and engineering concepts is Guide to the Expression of Uncertainty Measurement (GUM) adopted widely by various scientific and research communities. This research fundamentally adapted the GUM framework to assess individual uncertainty components of ADCP discharge measurements, and subsequently provided results of a customized experiment in a controllable real-scale artificial river channel. We focused particularly upon sensitivities of uncertainty components in the GUM framework driven by ADCPs direct measurements such as depths, edge distance, submerged depth, velocity gap, sampling time, repeatability, bed roughness and so on. Section-by-Section method for ADCP discharge measurement was applied for uncertainty analysis for this study. All of measurements were carefully compared with data using other instrumentations such as ADV to evaluate individual uncertainty components.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.7
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• pp.553-566
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• 2015

Acoustic Doppler Current Profilers(ADCPs) have capability to concurrently capitalize three-dimensional velocity vector and bathymetry with highly efficient and rapid manner, and thereby enabling ADCPs to document the hydrodynamic and morphologic data in very high spatial and temporal resolution better than other contemporary instruments. However, ADCPs are also limited in terms of the inevitable unmeasured regions near bottom, surface, and edges of a given cross-section. The velocity in those unmeasured regions are usually extrapolated or assumed for calculating flow discharge, which definitely affects the accuracy in the discharge assessment. This study aimed at scrutinizing a conventional extrapolation method(i.e., the 1/6 power law) for estimating the unmeasured regions to figure out the accuracy in ADCP discharge measurements. For the comparative analysis, we collected spatially dense velocity data using ADV as well as stationary ADCP in a real-scale straight river channel, and applied the 1/6 power law for testing its applicability in conjunction with the logarithmic law which is another representative velocity law. As results, the logarithmic law fitted better with actual velocity measurement than the 1/6 power law. In particular, the 1/6 power law showed a tendency to underestimate the velocity in the near surface region and overestimate in the near bottom region. This finding indicated that the 1/6 power law could be unsatisfactory to follow actual flow regime, thus that resulted discharge estimates in both unmeasured top and bottom region can give rise to discharge bias. Therefore, the logarithmic law should be considered as an alternative especially for the stationary ADCP discharge measurement. In addition, it was found that ADCP should be operated in at least more than 0.6 m of water depth in the left and right edges for better estimate edge discharges. In the future, similar comparative analysis might be required for the moving boat ADCP discharge measurement method, which has been more widely used in the field.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.25-25
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• 2022

하천의 개발 및 보전 계획을 수립하는 데에 있어 자연하천의 부유사량 및 총유사량을 계측하는 것은 매우 중요하다. 우리나라에서는 매년 국내 자연하천을 대상으로 부유사량을 실측하고 실측 부유사량을 바탕으로 수정 아인슈타인 방법을 적용해 총유사량을 산정하고 있으나 이 또한 홍수기에 국한되어 있다. 가장 일반적인 유사량 계측 방법인 시료 채집에 의한 방법은 많은 노력과 비용을 수반하기 때문에 유사량 관측소와 관측 빈도를 늘릴 수 없는 실정이다. 최근에는 ADCP 음파 신호의 후방산란도가 부유사 농도에 따라 증가한다는 성질을 이용해 부유사 농도 계측에 ADCP를 이용하고자 하는 노력이 계속되고 있다. 이러한 특성을 이용해 본 연구에서는 전라남도 나주시에 위치한 남평교 자동유량관측소에 설치된 횡방향 ADCP (H-ADCP)를 대상으로 서포트 벡터 회귀(SVR)를 적용한 실시간 유사량 모니터링 모형을 제안하였다. 여기서 제시하는 유사량산정 모형은 크게 유량과 초음파 산란도를 입력 변수로 해 부유사 농도를 산정하는 서포트 벡터 회귀 모형과 첫 번째 모형으로부터 산정된 부유사 농도와 흐름 정보를 이용해 총유사량을 산정하는 모형으로 구성되어 있다. 개발된 SVR 부유사량 및 총유사량 산정 모형의 정확도가 결정계수(R²) 기준으로 각각 0.82, 0.90 으로 나타났다. 주목할 점은, 본 연구에서 제시하는 SVR 모형을 이용해 멱함수 기반 유사량 관계식으로는 예측할 수 없는 유사량의 이력현상을 재현해낼 수 있다는 것이다. 본 연구에서 제시하는 H-ADCP 기반 총유사량 모니터링 방법은 기존 자동 유량 관측소 시설을 그대로 이용할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 실무 적용 시 낮은 추가비용으로 양질의 유사량 모니터링이 가능할 것으로 기대된다.

• Journal of Environmental Science International
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• v.22 no.5
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• pp.543-554
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• 2013

Acoustic Doppler Current Profilers (ADCPs) are increasingly popular in the river research and management communities being primarily used for estimation of stream flows. ADCPs capabilities, however, entail additional features that are not fully explored, such as morphological representation of river or reservoir bed based upon multi-beam depth measurements. In addition to flow velocity, ADCP measurements include river bathymetry information through the depth measurements acquired in individual 4 or 5 beams with a given oblique angle. Such sounding capability indicates that multi-beam ADCPs can be utilized as an efficient depth-sounder to be more capable than the conventional single-beam eco-sounders. The paper introduces the post-processing algorithms required to deal with raw ADCP bathymetry measurements including the following aspects: a) correcting the individual beam depths for tilt (pitch and roll); b) filtering outliers using SMART filters; d) transforming the corrected depths into geographical coordinates by UTM conversion; and, e) tag the beam detecting locations with the concurrent GPS information; f) spatial representation in a GIS package. The developed algorithms are applied for the ADCP bathymetric dataset acquired from Han-Cheon in Jeju Island to validate themselves applicability.

• Journal of Environmental Science International
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• v.26 no.9
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• pp.999-1011
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• 2017

In this study, the Chiu-2D velocity-flow rate distribution based on theoretical background of the entropy probability method was applied to actual ADCP measurement data of Gangjung Stream in Jeju from July 2011 to June 2015 to predict the parameter that take part in velocity distribution of the stream. In addition, surface velocity measured by SIV (Surface Image Velocimeter) was applied to the predicted parameter to calculate discharge. Calculated discharge was compared with observed discharge of ADCP observed during the same time to analyze propriety and applicability of depth of water velocity average conversion factor. To check applicability of the predicted stream parameter, surface velocity and discharge were calculated using SIV and compared with velocity and flow based on ADCP. Discharge calculated by applying velocity factor of SIV to the Chiu-2D velocity-flow rate distribution and discharge based on depth of water velocity average conversion factor of 0.85 were $0.7171m^3/sec$ and $0.5758m^3/sec$, respectively. Their error rates compared to average ADCP discharge of $0.6664m^3/sec$ were respectively 7.63% and 13.64%. Discharge based on the Chiu-2D velocity-flow distribution showed lower error rate compared to discharge based on depth of water velocity average conversion factor of 0.85.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.921-925
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• 2007

하천의 유량자료는 수위, 우량 등과 함께 수문 해석을 위해 매우 중요하다. 유량자료는 수자원을 정확하게 파악하기 위해 가장 중요한 자료이기 때문에 측정을 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 유량측정은 다른 수문관측과는 달리 변동성이 크고 오차의 범위가 커서 실제 활용에 많은 한계가 있는 것도 사실이다. 유량은 유속계를 이용하여 현장에서 인력으로 직접 측정되기 때문에 현장의 측정조건, 측정하는 사람의 기술적 숙련도 등에 따라 크게 변화할 수 있는 요소를 가지고 있다. 또한 유량자료는 대부분의 경우 연속적인 자료획득이 곤란하기 때문에 수위-유량관계를 이용하여 연속측정된 수위를 유량으로 환산한다. 이와 같은 수위-유량관계는 현장의 조건이 변화하지 않는다는 가정하에서 이루어지는 것이므로 실제 현장에서 발생하는 변화를 고려할 수 없는 한계가 있다. 본 연구에서 유량 모니터링 대상인 서낙동강은 정체수역으로서 하천의 상류와 하류에 대저수문과 녹산수문이 위치해 있고, 두 수문의 개방시 일정시간 동안의 연속적이고 정확한 유량변화의 측정을 필요로 한다. 서낙동강은 녹산수문에서 바다와의 수위차를 고려하여 수문을 개방하기 때문에 대저수문과 녹산수문의 개방 시기 및 시간이 매 순간 유동적이다. 본 연구에서는 서낙동강의 수질 및 수량 관리를 위하여 수문운영에 따른 유량변화를 측정하고자 하였으며, 전술한 바와 같은 한계를 극복하기 위해 유량측정장비는 최첨단 장비인 ADCP를 활용하였다. ADCP(Accoustic Doppler Current Profiler)는 최근에 하천유량측정을 위해 활용되고 있는 장비로서 음파의 도플러 효과를 이용하여 하천을 횡단하면서 단시간에 유속과 유량을 측정한다. 국내의 경우 1990년대 후반부터 도입된 ADCP는 유량측정 기법과 현장 적용상의 문제가 일정부분 검토되고 있다. 본 연구에서는 기존의 유속계를 이용해서 측정한 유량값과 비교하여 ADCP에 의한 결과를 검증하고, 수문운영에 따른 비정상 유량변화를 모니터링하고자 하였다.

• 한국해양학회지
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• v.24 no.4
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• pp.172-183
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• 1989

Acoustical estimation of vertical distributions of zooplankton was carried out by using the backscattered signals of ADCP which was deployed in the Korea Strait in September, 1978. the backscattered signals of ADCP represents the total backward sound intensity caused by the scatters existing within the insonified water column of 8m deep. Based on these backscattered intensities, the estimated number of individual zooplankton (namely, Copepods) varies with depth such that in the surface layer above the thermocline, the numbers are exceedingly larger than the lower layer. It is also shown that a relatively larger number of individuals exists in the bottom cold water layer in the centeral part of the Strait. The horizontal distribution of the zooplankton in the surface layer across the west channel of the Strait shows that the number is higher in the coastal zone of the Korea and it decreases toward the central and then remains constant up to the vicinity of the Tsushima Island where it increases again. This type of distributions is well fitted to the one obtained at several stations by the conventional method at least in qualitative way. Therefore, it is quite plausible to use the ADCP data for monitoring the spatial and temporal distributions of zooplankton.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.75-75
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• 2017

하천의 합류부는 서로 다른 지형학적 특성과 수리학적 특성을 가지는 두 개의 하천이 하나로 합쳐지는 구간으로 급격한 흐름의 변화 및 퇴적물의 유입과 수리학적 지형변화가 발생하는 구간이다. 이러한 합류부에서는 흐름구조와 물의 물리 화학적인 특성이 지속적으로 변화할 수 있고, 침식과 퇴적으로 인한 하상변동과 같은 하도 변화가 발생할 수 있다. 또한, 하천의 합류부는 두 지류가 만나 형성되는 지역으로 하천생태계에서 매우 중요한 역할을 하는 구간이다. 이러한 합류부 구간의 혼합 매커니즘을 이해하기 위해서는 지류의 다양한 유입조건에 따른 본류와의 수체혼합의 공간적인 패턴을 분석하는 것이 중요하다. 그러나, 대부분의 합류부 연구들은 실측에 기반한 공간적인 수체혼합의 패턴 분석의 어려움으로 인해 수리 및 수질 수치모형에 의존하여, 실측자료에 기반하여 지류의 유입에 따른 수체혼합을 공간적으로 분석하는 연구는 매우 제한적이었다. 따라서, 본 연구에서는 ADCP를 활용하여 합류부의 혼합 현상을 규명하는 인자로 유속과 수심 등 기본적인 수리학적 인자들뿐만 아니라 최근 활발하게 연구되고 있는 ADCP의 초음파반사율을 활용하여 상이한 농도의 유사가 혼합되는 양상을 측정하여 합류부의 혼합 특성을 공간적으로 분석하고자 하였다. 초음파반사율은 부유사와 관련되는 인자로 SonTek ADCP 이동식으로 측정된 SNR자료를 확산, 물에 의한 흡수를 고려하여 보정한 후 3차원 혼합거동의 공간적인 분포를 도출하였다. 그리고 초음파반사율을 활용한 방식을 검증하고 지류와 본류의 유입 전후 입도분포를 확인하기 위해 LISST 측정을 수행하였고, 드론 영상을 활용하여 유입 유사의 2차원 공간적인 분포를 확보하여 초음파반사율을 활용한 방법과 비교하였다. ADCP, LISST, 드론의 계측자료는 낙동강과 남강 합류부에서 측정되었고, ADCP로부터 제공되는 유속, 수심자료의 공간적인 분포를 분석하여 합류부의 수리특성을 분석할 수 있었고, 초음파반사율을 유사 혼합의 공간적 특성을 규명하는 인자로 활용하여 본류와 지류의 유입량에 따른 다양한 유사 혼합의 3차원 공간적인 패턴을 분석할 수 있었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.1
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• pp.83-96
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• 2019

In order to properly manage the river water use, it is necessary to collect reliable data of river water use. However, It is not easy to get credible river water use data in Korea because there are some difficultites in reporting and measuring river water use data. Thus, Han River Flood Control Office has installed and operated measuring facility using V-ADCP on the EOUBO intake open channel in the Gosan-Bongdong station section of the Mankyung river, where the use of agricultural water is large. In this study, the applicability of the V-ADCP velocity profile method was evaluated for real-time river water use. For this reason, the parameter sensitivity of Chiu's 2D velocity distribution equation was analyzed and the optimal parameters based on actual discharge data were calculated. In addition, the characteristics of the velocity profile method were analyzed by comparative evaluation of the rating curve method and the index velocity method.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.3
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• pp.321-335
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• 2023

Monitoring sediment loads in natural rivers is the key process in river engineering, but it is costly and dangerous. In practice, suspended loads are directly measured, and total loads, which is a summation of suspended loads and bed loads, are estimated. This study proposes a real-time sediment discharge monitoring system using the horizontal acoustic Doppler current profiler (H-ADCP) and support vector regression (SVR). The proposed system is comprised of the SVR model for suspended sediment concentration (SVR-SSC) and for total loads (SVR-Q_TL), respectively. SVR-SSC estimates SSC and SVR-Q_TL mimics the modified Einstein procedure. The grid search with K-fold cross validation (Grid-CV) and the recursive feature elimination (RFE) were employed to determine SVR's hyperparameters and input variables. The two SVR models showed reasonable cross-validation scores (R²) with 0.885 (SVR-SSC) and 0.860 (SVR-Q_TL). During the time-series sediment load monitoring period, we successfully detected various sediment transport phenomena in natural streams, such as hysteresis loops and sensitive sediment fluctuations. The newly proposed sediment monitoring system depends only on the gauged features by H-ADCP without additional assumptions in hydraulic variables (e.g., friction slope and suspended sediment size distribution). This method can be applied to any ADCP-installed discharge monitoring station economically and is expected to enhance temporal resolution in sediment monitoring.