• 한국수자원학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.575-585
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• 2008

수자원의 계획 평가 관리 및 수공구조물의 설계를 위해서는 정확하고 신뢰성 높은 유량 자료가 필수적이다. 본 연구에서는 Chiu의 유속분포와 최대유속 추정을 이용하여 하천유량을 계산하는 새로운 방법을 제시하였다. 기존 면적유속법과 비교 검토한 바, 본 연구에서 개발한 방법은 기존 유속면적법과 매우 유사한 하천유량을 보였다. Price-AA를 이용하여 유속을 측정할 경우 측선의 수심에 따라 정해진 지점에서 유속을 측정하여야 하는데, 본 연구에서 제시한 방법을 이용하면 임의의 측선과 측점에서 유속을 측정하여도 정확한 유량계산이 가능하다. 그러나 흐름 단면이 매우 복잡하거나 좌우의 비대칭성이 심한 경우에는 엔트로피 개념의 Chiu의 유속분포가 실제 자연하천의 흐름분포에서 멀어지고 유량산정에 Chiu의 유속분포의 정확도가 떨어지기 때문에 본 연구에서 제시한 방법을 적용하기 어렵다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.366-366
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• 2017

하천의 유량관측 자료는 지표수자원의 확보와 수공구조물의 설계를 위해 가장 기초적인 수문자료로써 정밀하고 지속적인 관측을 요구한다. 최근 유량 관측법은 접촉식 유속측정 방법의 단점을 보완한 전자파 표면유속계나 영상분석기법을 적용한 표면영상유속계(SIV)가 활용되고 있다. 이들 관측장비는 표면유속 관측법에 의해 유량을 측정하므로 보다 정밀한 유량자료를 확보하기 위해서는 측정 영역의 표면유속과 단면의 평균유속에 대한 해석이 필요하다. 이 연구에서는 제주도 남부지역에 위치한 강정천을 대상으로 2011년 7월부터 2015년 6월 까지 월 1~2회 현장관측한 ADCP 자료를 활용하여 Chiu(1987)가 제안한 2차원 유속분포식의 매개변수를 추정하여 정밀한 유량을 산정하였다. 또한 표면영상유속계(SIV)로 산정된 표면유속을 Chiu-2 차원 유속분포식에서 평균유속으로 환산하여 기존의 표면유속을 일률적으로 적용한 수심평균유속 환산계수인 0.85의 적용 값과 비교 분석하였다. 대상하천의 현장에서 72회 관측된 ADCP 자료를 활용하여 각각의 최대유속과 평균유속을 분석하고 엔트로피 계수(M)를 산정한 결과와 유속의 공간적 분포를 모델링하기 위해 제시되는 $_{urf}$를 산정하였으며, 산정된 계수 값을 이용하여 표면유속을 계산한 결과와 ADCP의 관측된 표면유속의 $^2$는 0.874로 나타났다. 이러한 결과는 Chiu-2차원 유속분포식을 연구대상하천에 적용하는 과정에서 추정되는 매개변수의 평균값 사용에 대한 타당성을 보여준다. 이 후 추정된 하천매개변수를 하천현장에 적용성 확인을 위해 강정천의 동일 관측지점에서 표면영상유속계(SIV)를 사용한 표면유속과 유량을 산정함과 동시에 ADCP에 의한 유속 및 유량과 비교 분석하였다. 표면영상유속계(SIV)로 분석된 유속 벡터를 Chiu-2차원 유속분포식에 적용하여 산정된 유량과 기존의 수심평균유속환산계수 0.85를 적용한 유량은 각각 $0.7171m^3/s$과 0$0.5758m^3/s$였다. ADCP 평균유량 $0.6664m^3/s$과의 오차율은 각각 7.63%, 13.64%로 나타나 Chiu-2차원 유속분포식을 적용한 유량이 수심평균유속환산계수 0.85를 적용한 유량에 비해 작은 오차율을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1992년도 수공학연구발표회논문집
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• pp.55-66
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• 1992

수로단면의 유속분포가 균일하지 않으므로, 에너지 원리의 $\alpha$값과 운동량원리의 $\beta$값 각각에 미치나, 대부분 실무에서는 이들 값을 추정하는 어려움 때문에 통상 1로 가정하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 실용적으로 이용할 수 있는 공식을 유도하고, 기존에 사용되고있는 Prandtl-Von Karman 공식과 비교 검토하였으며, 유속분포계수 공식을 유도하기 위하여, 수로 바닥과 수 표면까지도 포함한 전 영역에서 비교적 정확한 유속분포를 나타내는 Chiu의 유속공식을 사용하였다. 또한, 실용적목적을 위해 유속데이타 없이 유속분포 계수를 구하기 위해서 Manning공식과 Chiu공식을 사용하였으며, 실험실 및 현장데이타를 위의 연구에 적용 검증하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 춘계학술발표논문집
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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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권12호
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• pp.957-968
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• 2007

수자원의 정량적인 계획과 관리를 위해서는 정확하고 신뢰성 높은 유량 자료가 필수적이다. 이에 따라 최근에 초음파유량계와 유속지수법 등의 실시간 유량 측정 방법이 도입되고 있다. 이러한 방법들은 단면의 일부분에서 측정한 유속을 이용하여 전체 단면의 유량을 산정하고 있으므로 하천 단면의 2차원적 유속분포에 대한 합리적이고 이론적인 기초가 필요하다. 본 연구에서는 Chiu(1987, 1988)가 제안한 2차원 유속분포식을 자연하천에 적용하고 ADCP 실측 자료를 이용하여 비교 분석함으로써 적용성을 분석하였다. 이를 위해 실측 자료로부터 최대유속과 평균유속을 계산한 후 매개변수 M을 산정하였다. 등유속선 형상 매개변수는 최소자승합 기준의 목적함수를 이용하여 추정하였다. 최적화된 매개변수를 적용하여 도출된 엔트로피 유속분포를 실측 유속분포와 비교한 결과, 대체로 잘 일치하는 것으로 나타났다. 상관도가 높게 나타나는 14개의 실측 자료를 이용하여 매개변수 h, $\beta_i$의 특성을 분석한 후 미측정 단면에 적용할 수 있도록 그 값을 추정하였다. 추정된 매개변수를 검증을 위한 자료에 적용한 결과 역시 실측 자료를 대체로 잘 재현하는 것으로 나타났다. 유량의 경우 최대 7% 의 오차로 실측 자료와 대체로 비슷하게 산정하였다. Chiu의 유속분포식에 관여하는 매개변수를 적절히 추정한다면 자연하천의 유속분포를 잘 모의할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 춘계학술발표논문집
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• pp.104-107
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• 2007

현재까지 수리학 분야에서 가장 많이 회자되고 인용된 공식이 있다면 아마도 1800년에 발표한 Manning의 유속 공식이라고 해도 과언은 아닐 것이다. 그만큼 그 쓰임새가 많았을 뿐만 아니라 사용의 편리생과 정확도에서도 매우 우수하였기 때문일 것이다. 그러나, 아무리 우수한 공식이라도 약점이 있듯이, Manning의 유속공식 역시 조도계수n을 추정하는데 많은 어려움이 있는 것도 주지의 사실이다. 이러한 어려움을 극복하기 위하여, 본 연구에서는 확률통계에서 사용되는 엔트로피 개념을 이용한 3차원 유속분포식인 Chiu의 유속공식을 사용하였다. 그러나 지금까지 실증적으로 Chiu의 유속공식과 Manning땅의 유속공식을 비교분석하였던 논문은 Chiu와 Choo의 논문에서 일부 언급된 것 외 논문에서는 찾아볼 수 없는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 하상경사를 임의로 변경 가능한 실험수로를 선택하여 정밀법에 의한 유속측정을 우선 실시하였다. 같은 지점의 같은 단면에서 하상경사(${\Theta}$)가 0.000935부터 0.025794까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이터를, Chiu의 유속공식과 Manning의 유속공식에 각각 적용하여, Chiu의 M과 Manning의 n사이의 관계뿐만 아니라, 하상경사변화에 따른 관련인자들을 함께 분석하였으며, 실측된 평균유속과도 함께 분석하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 추계학술발표논문집
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• pp.116-119
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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 테이터와 자연하천에 적용하여 신뢰성과 정확성을 지속적으로 증명하여, 마침내 이에 대한 활용성이 매우 크게 대두되어 Chiu의 유속공식을 적극적으로 사용하고 있는 실정이다. 그러나 지금까지 이론적인 유속 분포식을 검증하기위하여 단면 형상이 일정한 직사각형이나 사다리꼴 등의 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 0.00069부터 0.019034까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이타를, Chiu의 엔트로피 유속공식에 적용하여, 평균유속과 최대유속 사이의 관계가 선형관계, 즉 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달함을 증명하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 추계학술발표논문집
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• pp.113-115
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• 2007

본 연구에서는 Norman Herrick Brooks의 박사논문(1954)에서 심층적으로 시행한 실험실 실측자료를 사용하여 Manning과 Chiu의 연결고리로 제시한 F(M)과 Manning의 n, R(동수반경), I(수로경사)와 같은 아주 간단한 입력자료 만을 가지고도, 수로수직단면의 전체유속분포를 잘 표현할 수 있으며, 동시에 그동안 취득하기 어려운 최대유속($U_{max}$)도 실측하지 않고 손쉽게 산정할 수 있음을 증명하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4B호
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• pp.357-363
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• 2009

일반적으로 사용되는 관수로의 평균유속을 구하려면 Darcy-Weisbach의 마찰손실수두공식을 사용하면 되나, 그러나 이 식의 마찰손실계수 f는 Reynolds수와 상대조도(${\varepsilon}$/d)의 함수이므로 사용하기에 매우 불편하며 따라서 보다 편리한 식이 요구된다. 이에 본 연구에서 Chiu 유속공식의 신뢰성과 정확성을 증명하기 위하여 관수로에서 비삽입식 유속측정 장치인 레이저 유속계(Laser Doppler Velocimeter: LDV) 및 초음파 유량계(Ultrasonic Flowmeter: U/F), 삽입식 유속측정장치인 피토관 (Pitot Tube)을 이용하여 실측한 유속측정 자료와 Chiu의 공식을 이용한 유속분포가 매우 잘 일치함을 증명하였다. 유량의 증감에 관계없이 실험실 수로에서의 최대유속과 평균유속간의 이론적인 선형관계를 증명함으로써 관수로내 유속의 평형상태, 즉 엔트로피 파라미터 M값에 대응하는 평형상태에 도달하려 하고 이 평형상태를 지속적으로 유지하려고 하는 경향이 있음을 증명하였다. 또한, 한 단면을 대표하는 엔트로피 파라미터 M값이 결정되면 최대유속이 발생하는 지점에서의 유속 측정만으로 단면 전체의 평균유속을 쉽게 구할 수 있고 이로부터 간단히 유량을 산정할 수 있음을 증명하였으며, 이는 추후 관수로 설계 및 운영관리 시 가장 중요한 평균유량을 측정할 수 있는 이론적인 도구로 사용될 수 있음을 의미하는 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.255-255
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• 2022

안정적이고 효율적인 물 배분과 관리를 위해 하천유량 외에도 하천수 사용량 파악에 대한 관심이 높아짐에 따라 다양한 하천수 사용량 계측방법의 검증 및 표준화로 하천수 사용량 자료의 신뢰도 및 활용성을 개선할 필요가 있다. 다양한 계측방법 중에서도 전자파표면유속계는 비접촉식 유속계이므로 안전적인 측면으로 유리하고 실시간 자료처리 및 계측이 용이하여 활용도가 높다. 본 연구에서는 만경강의 하천수 사용량 파악을 위해 어우보 취수로에 설치된 전자파 표면유속계(RQ-30)를 활용하여 보정계수(K-factor)가 적용된 표면유속을 활용한 유량산정방법, 표면유속과 평균유속의 일정비율로 유량을 산정하는 방법(ISO 748), Chiu의 유속분포법을 활용한 유량산정방법, 지표유속과 인력(人力)에 의한 측정유속과의 관계인 지표유속-평균유속관계곡선식으로 환산된 유량산정 방법등을 비교·검토하고 최적의 유량산정방법을 제시하였다. 향후 전자파표면유속계를 활용한 하천수 사용량의 비교결과를 통하여 더욱 효율적이며 신뢰도 높은 하천수 관리와 실시간 물배분 효과를 기대할 수 있다.