• Journal of Environmental Science International
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• v.24 no.4
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• pp.371-381
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• 2015

In the mountain streams in Jeju Island, strong turbulence and roughness usually made it nearly impossible to utilize most of intrusive instrumentation for streamflow discharge measurements. Instead, a non-intrusive fixed electro-magnetic wave surface velocimetry (fixed EWSV: Kalesto) became alternatively popular in many representative streams to measure stream discharge seamlessly. Currently, Kalesto has shown noteworthy performance with little loss in flood discharge measurements and also has successfully provided discharge for every minute. However, Kalesto has been operated to regard its measured one-point velocity as the representative mean velocity for the given cross-section. Therefore, it could be highly possible to potentially encompass discharge measurements errors. In this study, we analyzed the difference between such Kalesto discharge measurements and other alternative concurrent discharge measurements such as Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) and mobile EWSV which were able to measure velocity in multi-points in the cross-section. Consequently, Kalesto discharge deviated from ADCP discharge in amount of 48% for relatively low flow, and more than 20% difference for high flow compared with mobile EWSV discharge measurements. These results indicated that the one-point velocity measured by Kalesto should be used as a cross-sectional mean velocity, rather it should be accounted for as an index-velocity in conjunction with directly measured cross-sectional mean velocity by using more reliable instrumentations. After inducing Kalesto Discharge Correction Coefficient (KDCC) that actually means relationship between index velocity and cross-sectional mean velocity, the corrected discharge from Kalesto was significantly improved. Therefore, we found that index velocity method should be applied to obtain better accuracy of discharge measurement in case of Kalesto operation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1307-1311
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• 2010

수자원의 효율적인 관리를 위해서는 홍수량 자료뿐만 아니라 저 평수량의 자료도 매우 중요하며, 이는 최근의 가뭄 발생으로 인하여 용수공급 및 하천수질관리 문제에서 저수위 유량자료의 파악이 중요한 관심 대상이기 때문이다. 이를 위해서는 저수위에 대해 유량측정을 실시하여 유량자료를 확보해야 하며, 이와 더불어 연속적인 유량자료를 얻기 위해서는 신뢰성 있는 수위-유량관계곡선식이 필수적이다. 일반적으로 자연하천에서 수위-유량관계는 수위의 상승 및 하강에 따라 유량변화가 일정한 경향성을 가지고 변동을 하기 때문에 단일함수 관계로 설명이 가능하다. 하지만 갑문 조작에 영향을 받는 구간에서는 수위와 유량만의 단일함수 관계가 아닌 갑문의 개 폐에 따라 수위와 유량이 변동하는 특성을 가지고 있어 일반하천에 비해 수위-유량관계를 규명하는 것이 매우 어려운 문제이다. 본 연구는 금강 하구둑의 갑문조작에 의하여 배수영향을 받는 규암 수위관측소에 대하여 수위-하강고-유량관계를 이용한 유량환산방법, 수면경사를 매개변수로 추가한 다중 회귀식 개발, 자동유량측정 장치를 이용한 유속지수법, 기존 수위-유량관계곡선식을 이용한 유량환산, ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용한 유량측정성과에 대하여 비교 분석을 통하여 갑문조작에 의한 배수영향을 받는 지점의 안정적인 유량자료를 제공하는데 목적이 있다. 이와 같이 각 유량환산 방법에 따라 실측 유량과 환산유량 비교의 결과 수위-하강고 유량관계의 경우 평균 26.60%, 기존 수위-유량관계곡선의 경우 130.29%, 유속지수법의 경우 36.48%, 다중회귀식의 경우 24.65%의 상대오차가 발생하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.505-505
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• 2017

최근 하천의 유량측정에 있어서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)의 빈도와 활용범위가 점차적으로 증가하고 있다. 국토교통부의 유량측정을 전담하고 있는 유량조사사업단에서는 최근 저평수기 유량측정은 물론, 중고수위 유량측정에서도 기존 유량측정방법의 단점을 보완하기 위해 ADCP 이동보트법을 적극적으로 활용하고 있다. 현재 ADCP 이동보트법으로 측정된 유량은 제조업체에서 제공되는 소프트웨어로 산정되며 크게 두 가지 문제를 초래하고 있다. 첫째, 제조업체에서 제공한 소프트웨어는 자동으로 품질평가를 할 수 있는 기능이 제한적이고, 사용자가 측정자료를 검토하기 위해 제공되는 표와 그래프 등의 정보가 제조업체마다 일관적이지 않다. 따라서, 측정자료의 품질평가는 측정한 ADCP에 종속되고 제조업체에서 제공된 소프트웨어 기능에 한정되어 효율적인 평가는 저해되고, 일관적이지 못한 결과를 초래하여 측정자의 책임이 증가되고 있다. 둘째, 제조업체에서 제공되는 소프트웨어가 자료의 처리 및 유량 계산에 대한 상이한 알고리즘을 사용하여 제조업체가 다른 ADCP로 동시에 측정된 유량이 서로 다른 결과로 나타나 혼란을 주고 있다. 이러한 이유로 USGS(U.S.Geological Survey)에서는 ADCP를 이용한 이동보트법 측정유량 처리에 대한 소프트웨어인 QRev를 개발하였으며, 일관적이고 효율적인 자료 처리와 계산이 이루어지도록 하고 있다. 본 연구에서는 유량조사사업단에서 수행한 ADCP 이동보트법 측정유량 자료에 대하여 QRev를 이용한 자료의 처리 결과에 대하여 분석하였다. 특히, ADCP로 측정이 불가능한 수면 및 하상 영역에 대한 외삽방법들의 적용 결과 및 제조업체의 기본 설정 값들에 대한 결과를 비교함으로서 QRev에 대한 향후 국내 활용 방향을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.3-3
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• 2021

하천의 식생은 생태서식처 제공, 강턱이나 하안 경사의 안정, 영양염류나 오염물 차단에 의한 수질 개선 등의 다양한 생태서비스를 제공하는 반면, 과도하고 편중된 식생 분포로 인해 흐름저항이 증가하고 이로 인한 홍수위 상승과 홍수피해 위험이 가중될 수 있다. 기후변화 영향과 토지이용 변화에 따른 수리수문 특성 변화와 유역으로부터 영양염류의 유입은 하천내 식생이 과도하게 퍼지는 직접적인 원인이 될 수 있다. 과도한 식생분포로 인한 흐름저항과 홍수위 상승을 평가하기 위해 식생하도의 흐름저항과 관련된 매개변수의 다양성과 복잡성에 따른 해석상의 한계에도 불구하고 이에 대한 이론적 해석과 수학모형의 개발, 실험실 수로와 하천현장조사, 수치모형을 이용한 예측 등의 다양한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 소규모 실험실 수로에서 단순화된 식생 구조와 배열이 적용되는 한계성과 상류에서 유입되는 유량과 유속 등의 수리조건을 통제할 수 없는 현장실험의 한계성을 보완하고자 목본류 형태의 식생패치를 실규모 하천실험 수로에 조성하여 통제된 수리조건에서의 식생하도의 구간 흐름저항을 추정하기 위한 계측 실험을 수행하였다. 실규모 실험에서는 피에조미터 형식의 정밀 압력식 센서를 이용하여 수위와 수면경사를 계측하였으며, 실험구간의 접근 수로에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 유입 유량에 대한 정보를 수집하였다. 전체 수로 길이 약 600 m, 하폭 11 m, 깊이 2 m 규모의 실규모 하도 일부 80 m 완경사 구간에 식생패치를 설치하고 구간 수면경사를 실측함으로써 식생하도의 흐름저항을 직접 산정하였다. 이러한 실규모 식생하도의 실험을 통해 식생패치의 밀도, 횡적 차단면적, 구간 차단부피, 목본 식생의 물리적 특성, 식생패치의 배열 등의 다양한 식생분포 조건에 따른 수리조건별 흐름저항 값의 변화를 분석할 수 있다. 식생하도에 대한 정확한 흐름저항 추정과 홍수위 변화에 대한 해석은 하천 식생의 생태서비스와 홍수방어의 하천 치수효과의 최적 솔루션을 제시하기 위한 하도관리의 다양한 방안을 제시하는데 필수적인 정보로 활용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.267-267
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• 2022

댐 운영에 있어서 필요한 수문자료는 강수량, 수위, 유량, 저수량 자료 등이 있다. 이중 저수량은 주로 댐수위-저수용량 곡선식을 이용하여 계산한다. 댐수위-저수용량 곡선식은 댐 부근에서 계측 되는 한 개의 수위자료를 이용하여 저수용량을 산정하며, 이는 큰 저수지 면적과 저수지 수면이 일정하지 않다는 것을 고려할 때 큰 오차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 음향 도플러 유속계 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler) 이용하여 보성강댐 저수지 수면경사를 실측하고, 동시에 실시간 이동측위시스템인 RTK-GPS(Real Time Kinematic)를 이용하여 이를 검증하였다. ADCP는 유수의 흐름을 방해하지 않으면서 수중에 발사된 음파의 도플러 효과를 이용하여 유속, 유량 및 측량이 가능한 장비이며, RTK-GPS의 경우 정밀한 위치정보를 가지고 있는 기준국의 위상에 대한 보정치를 실시간으로 이용하여 오차가 ±0.03m 이하인 것으로 알려졌다. 보성강댐의 하류에서 ADCP와 RTK-GPS를 장착한 보트를 저수지 종방향으로 처음부터 끝까지 이동하여 약 7.5km 종단측량을 실시하였고 저수지 지형적 특성을 고려하여 약 700m마다 횡단측량을 실시하여 종방향뿐만 아니라 횡방향 수면차도 조사하였다. 그 결과 보성강댐의 상류로 갈수록 수면경사가 전체적으로 상승하는 경향을 보였지만 일부구간에서 수위가 하강하는 경우도 발생하였다. 이는 미약하지만 저수지 내에 흐름이 발생하고 이 흐름에 따른 통제가 변화되는 것과 중간에 유입되는 지류의 영향 등으로 구간별로 수면경사 차이가 발생하는 것으로 추정된다. 횡방향 수면차는 지류가 유입되는 일부구간에서 다소 차이를 보였지만 큰 영향을 없는 것으로 판단된다. 보성강댐 저수지 수면을 종방향 및 횡방향으로 실측한 결과 구간별로 차이를 보였으며 최대 EL. 126.60m, 최소 EL. 126.33m 나타났다. 댐 상류 부근의 수면높이 EL. 126.50m와 비교하면 +0.10m, -0.17m 차이를 보였으며 이는 저수량 산정에 큰 오차를 발생시킨다. 효과적인 댐 운영을 위해서는 유입량 및 유출량을 정확하게 산정하는 것도 필요하지만 저수량을 정확하게 파악하는 것 역시 필요하다. 저수량을 정확하게 산정하려면 수킬로미터가 넘는 저수지 크기를 고려하여 수면경사를 실시간으로 계측하는 등의 노력이 필요한 것으로 판단된다.

• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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• v.19 no.3
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• pp.180-190
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• 2014

It has been customary to exclude top 10-20% of velocity profiles in the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) measurement due to side lobe effects at the boundary. To better understand the mixing in the Yeongsan estuary, the freshwater advection speed (FAS) was recovered from highly contaminated ADCP data near the surface. The velocity profiles were measured by using ADCP at two stations in the Yeongsan estuary during August 2011: one was located in front of the Yeongsan estuarine dam and the other was deployed near Goha Island. The FAS was recovered from the ADCP data set by applying rigorous post-processing methods and compared with the sediment advection speed (SAS). The SAS was determined by the peak time difference of suspended sediment concentration between two stations in the channel, divided by the distance of two stations. The FAS and the SAS showed very similar value when the freshwater discharge was greater than $2.0{\times}10^7$ ton and the SAS was a bit greater when the freshwater discharge was smaller. Since the FAS was on average about 0.8 m/s greater than the velocity at 0.8 of water depth from the bottom, the net discharge, estimated with recovered FAS and integrated over water depth and tidal cycle, was directed seaward during the high discharge contrary to the onshore direction of the net discharge estimated with 0.8 of water depth from the bottom. Moreover, the velocity shear and Richardson number changed when the FAS was used. Thus, the importance of the true FAS is appreciated in the investigation of the surface layer stability. If currents, temperature and salinity were observed for longer time in the future, it could be possible to more accurately understand the formation and decay of stratification as well as the suspended sediment transport processes.