ADCP를 이용한 직선 하천의 유속 및 수심 측정 정확도 분석

김종민,김동수,손근수,김서준 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.5

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 분석하였 다. 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. ADCPs have been highlighted so far for measuring steramflow discharge in terms of their high-order of accuracy, relatively low cost and less field operators driven by their easy in-situ operation. While ADCPs become increasingly dominant in hydrometric area, their actual measurement accuracy for velocity and bathymetry measurement has not been sufficiently validated due to the lack of reliable bench-mark data, and subsequently there are still many uncertain aspects for using ADCPs in the field. This research aimed at analyzing inter-comparison results between ADCP measurements with respect to the detailed ADV measurement in a specified field environment. Overall, 184 ADV points were collected for densely designed grids for the given cross-section that has 6 m of width, 1 m of depth, and 0.7 m/s of averaged mean flow velocity. Concurrently, ADCP fixed-points measurements were conducted for each 0.2 m and 0.02 m of horizontal and vertical spacing respectively. The inter-comparison results indicated that ADCP matched ADV velocity very accurately for 0.4∼0.8 of relative depth (y/h), but noticeable deviation occurred between them in near surface and bottom region. For evaluating the capacity of measuring bathymetry of ADCPs, bottom tracking bathymetry based on oblique beams showed better performance than vertical beam approach, and similar results were shown for fixed and moving-boat method as well. Error analysis for velocity and bathymetry measurements of ADCP can be potentially able to be utilized for the more detailed uncertainty analysis of the ADCP discharge measurement.

드론을 이용한 홍수기 유량측정방법 개발(II) - 전자파표면유속계 적용

이태희,강종완,이기성,이신재 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.11

In the flood season, the measurement of the river discharge has many restrictions due to reasons such as budget, manpower, safety, convenience in measurement and so on. In particular, when heavy rain events occur due to typhoons, etc., it is difficult to measure the amount of flood due to the above problems. In order to improve this problem, in this study, a method was developed that can measure the river discharge in a flood season simply and safely in a short time with minimal manpower by combining the functions of a drone and a surface velocity doppler radar. To overcome the mechanical limitations of drones caused by weather issues such as wind and rainfall derived from the measurement of the river discharge using the conventional drone, we developed a drone with P56 grade dustproof and waterproof performance, stable flight capability at a wind speed of up to 36 km/h, and a payload weight of up to 10 kg. Further, to eliminate vibration which is the most important constraint factor in the measurement with a surface velocity doppler radar, a damper plate was developed as a device that combines a drone and a surface velocity Doppler radar. The velocity meter DSVM (Dron and Surface Veloctity Meter using doppler radar) that combines the flight equipment with the velocity meter was produced. The error of ±3.5% occurred as a result of measuring the river discharge using DSVM at the point of Geumsan-gun (Hwangpunggyo) located at Bonghwang stream (the first tributary stream of the Geum River). In addition, when calculating the mean velocity from the measured surface velocity, the measurement was performed using ADCP simultaneously to improve accuracy, and the mean velocity conversion factor (0.92) was calculated by comparing the mean velocity. In this study, the discharge measured by combining a drone and a surface velocity meter was compared with the discharge measured using ADCP and floats, so that the application and utility of DSVM was confirmed. 홍수기 하천에서 유량측정은 예산, 인력, 안전 및 측정 시 편의성 등의 이유로 측정에 제한이 많다. 특히, 태풍 등으로 인한 호우사상 발생 시 위와 같은 문제로 홍수량 측정에 어려움이 따른다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 연구에서는 드론(Drone)과 전자파표면유속계(Surface velocity doppler radar)의 기능을 조합하여 최소 인력으로 짧은 시간에 간편하고, 안전하게 홍수기에 하천유량을 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 기존 드론을 이용한 유량측정 연구에서 도출된 바람, 강우 등 기상 요인에 의한 드론의 기계적인 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 IP56 등급의 방진·방수 성능, 최대 36 km/h의 풍속에서 안정적인 비행능력과 최대 10 kg을 탑재할 수 있는 드론을 개발하였다. 또한 전자파표면유속계 측정에 있어서 주요 제약 요소인 진동을 제거하기 위해 드론과 전자파표면유속계를 결합하는 댐퍼플레이트를 개발하였다. 이들 비행장비와 유속계를 결합시킨 유속계 DSVM (Dron and Surface Veloctity Meter using doppler radar)을 제작하였으며, 봉황천(금강 제1지류)에 위치한 금산군(황풍교)지점에서 DSVM을 운용하여 홍수량을 측정한 결과 ±3.5%의 오차가 발생하였다. 또한 측정된 표면유속으로부터 평균유속을 산정할 때 정확도 향상을 위해 ADCP를 이용하여 동시 측정하고, 평균유속을 비교하여 평균유속환산계수(0.92)를 산정하였다. 본 연구에서는 드론과 전자파표면유속계를 결합해 측정한 유량과 ADCP 및 봉부자를 이용해 측정한 유량을 비교하고, DSVM의 적용 및 활용 가능성을 확인하였다.

모바일 기반의 표면영상유속 해석을 이용한 수로의 유량 측정

문성근 ( Sungkeun Moon ),류권규 ( Kwonkyu Yu ),김진택 ( Jintaek Kim ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구의 목적은 안드로이드 기반의 스마트폰을 비롯한 모바일 장비를 이용하여 실시간으로 수로의 유속을 측정하여 유량을 자동 산정하는 것이다. 유속 측정을 위한 방법은 여러 가지가 있으나, 비접촉식으로 간편하게 수로의 유속을 측정하기 위해 스마트폰을 이용한 표면영상유속계(SIV, surface image velocimeter)를 개발하였다. 이 과정은 관련 정보 획득, 영상 촬영, 영상 분석, 좌표 변환, 결과 도시의 다섯 과정으로 이루어져 있으며, 이 모든 것을 모바일 장비용 앱으로 제작하여 구현하였다. 먼저 관련정보 획득 과정은 스마트폰에 장착된 GPS를 이용하여 유속의 측정 지점의 위치와 관련 정보를 찾아내고, 이를 서버의 데이터베이스에 있는 유속 측정지점 정보와 연계한다. 또한, 이 때 카메라의 자세(방향, 경사각 등)에 대한 정보를 함께 계측한다. 다음에 스마트폰에 장착된 카메라를 이용하여 수로의 수표면을 동영상으로 촬영하고 영상 획득은 1~3초 정도의 동영상을 취득해서, 관련 정보와 함께 저장한다. 영상 분석 과정에서는 저장된 동영상을 JavaCV 라이브러리를 이용하여 시공간 영상(STI, spatio-temporal image)으로 생성하고 이 시공간 영상을 분석하였다. 시공간 영상에서 영상 변위(영상내의 추적자의 움직임)를 산정하는 방법은 최근 개발된 CASTI(Cross-correlation Analysis for Spatio-Temporal Images)법을 수정하여 적용하였다. 분석해낸 영상 변위는 좌표 변환을 통하여 물리 변위로 환산해 주어야 하는데 종래의 방법에서는 이를 위해 참조점을 필요로 하였으나 본 연구에서는 앞서 계측한 카메라의 자세(경사각)와 카메라와 수표면까지의 높이를 입력하여 영상의 좌표 변환에 필요한 정보를 추출하였다. 이 과정을 통하여 기존의 표면영상유속계의 단점 중 하나인 참조점 문제를 해결하였다. 앞서 분석한 영상 변위에 이런 좌표 변환 정보를 입력하여 물리 변위와 유속을 분석하였다. 본 기술은 수로의 유속·유량 측정의 모든 과정이 스마트폰에서 이루어지므로 5초 이내로 유량을 산정할 수 있으며 개발된 시스템을 실험 수로에서 시험한 결과, 이 시스템이 유속 측정에 드는 시간, 노력, 경비를 획기적으로 경감시킬 수 있음을 입증되었다. 이 때의 유속 측정 오차는 측정하는 유속에 따라 다르지만 기존의 표면영상유속계가 지녔던 오차인 최대 10% 이내에 머물렀다.

ADCP를 이용한 직선 하천의 유속 및 수심 측정 정확도 분석

김종민,김동수,손근수,김서준,Kim, Jongmin,Kim, Dongsu,Son, Geunsoo,Kim, Seojun 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.5

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. ADCPs have been highlighted so far for measuring steramflow discharge in terms of their high-order of accuracy, relatively low cost and less field operators driven by their easy in-situ operation. While ADCPs become increasingly dominant in hydrometric area, their actual measurement accuracy for velocity and bathymetry measurement has not been sufficiently validated due to the lack of reliable bench-mark data, and subsequently there are still many uncertain aspects for using ADCPs in the field. This research aimed at analyzing inter-comparison results between ADCP measurements with respect to the detailed ADV measurement in a specified field environment. Overall, 184 ADV points were collected for densely designed grids for the given cross-section that has 6 m of width, 1 m of depth, and 0.7 m/s of averaged mean flow velocity. Concurrently, ADCP fixed-points measurements were conducted for each 0.2m and 0.02m of horizontal and vertical spacing respectively. The inter-comparison results indicated that ADCP matched ADV velocity very accurately for 0.4~0.8 of relative depth (y/h), but noticeable deviation occurred between them in near surface and bottom region. For evaluating the capacity of measuring bathymetry of ADCPs, bottom tracking bathymetry based on oblique beams showed better performance than vertical beam approach, and similar results were shown for fixed and moving-boat method as well. Error analysis for velocity and bathymetry measurements of ADCP can be potentially able to be utilized for the more detailed uncertainty analysis of the ADCP discharge measurement.

농업용수로의 유속측정과 수위-유량관계 분석

오승태 ( Seoungtae Oh ),김진택 ( Jintaek Kim ),박창언 ( Changeon Park ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

농촌용수 이용량은 크게 논관개량, 밭관개량, 그리고 축산용수로 구분되나 농업용수의 대부분인 논 관개에서의 사용되는 양이 83%가 된다. 농업용수 이용량 산정을 위한 기초 자료는 "작물소비수량 산정 방법 정립 연구"이후에 전국적으로 조사가 이루어진 바가 거의 없으므로 전국적인 측정망을 구축하여 지속적인 이용량 측정으로 국가 수자원의 중추적인 역할을 하는 농업용수의 이용량 산정이 확립될 수 있도록 해야 할 것이다. 이에 농업용 수로의 유속측정과 수위 유량관계를 분석하므로써 실제 농업용수 이용량을 산정할 수 있을 것으로 판단된다. 본 유속측정은 농어촌연구원에서 시험지구로 운영하고 있는 경기도 용인의 이동저수지 중심로 용수로의 유속측정을 실시하였으며 유속측정은 용수로의 수위별 유속측정을 하였으며 수위에 따른 유량관계를 분석하였다. 유속측정지점은 3개 저수지의 용수공급 시점부인 이동, 용덕, 미산저수지의 용수로의 유속측정과 수위-유량관계를 산정하였으며 개수로의 대표적인 유량산정식인 manning식과 비교하고 적정 유량산정식을 도출하였다. 향후, 각 저수지의 공급량 산정을 위해 시점부 용수로에서의 실제 유속측정 1회 이상으로 측정하여 유량을 계산하고 적정 유량산정식에 적용하여 농업용수 이용량을 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계 개발

류권규,황정근,Yu, Kwonkyu,Hwang, Jeong-Geun 한국수자원학회 2016 한국수자원학회논문집 Vol.49 No.6

The present study aims to develop a real-time surface image velocimeter (SIV) using an Android smartphone. It can measure river surface velocity by using its built-in sensors and processors. At first the SIV system figures out the location of the site using the GPS of the phone. It also measures the angles (pitch and roll) of the device by using its orientation sensors to determine the coordinate transform from the real world coordinates to image coordinates. The only parameter to be entered is the height of the phone from the water surface. After setting, the camera of the phone takes a series of images. With the help of OpenCV, and open source computer vision library, we split the frames of the video and analyzed the image frames to get the water surface velocity field. The image processing algorithm, similar to the traditional STIV (Spatio-Temporal Image Velocimeter), was based on a correlation analysis of spatio-temporal images. The SIV system can measure instantaneous velocity field (1 second averaged velocity field) once every 11 seconds. Averaging this instantaneous velocity measurement for sufficient amount of time, we can get an average velocity field. A series of tests performed in an experimental flume showed that the measurement system developed was greatly effective and convenient. The measured results by the system showed a maximum error of 13.9 % and average error less than 10 %, when we compared with the measurements by a traditional propeller velocimeter. 본 연구는 안드로이드 기반의 스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계를 개발하는 것이다. 스마트폰이 내장한 카메라, GPS, 방향 센서, CPU를 활용하여, 실시간으로 현장에서 하천의 표면유속을 측정하는 것이다. 먼저, 스마트폰의 GPS를 이용하여 측정 현장의 위치를 파악하고, 경사계(방향 센서)를 활용하여 카메라와 촬영면의 기하적인 관계를 설정한다. 이 때 입력해야 할 유일한 변수는 수면과 카메라의 연직 높이뿐이다. 내장된 카메라로 정해진 시간만큼 동영상을 촬영한다. 촬영된 동영상을 개방 소스의 영상처리 라이브러리인 OpenCV를 이용하여 프레임별로 분할하고, 이를 시공간 영상 분석하여 하천 표면의 2차원 유속장을 추정한다. 시판되는 안드로이드 스마트폰에 적용하여 현장 시험한 결과 약 11초에 1회의 순간유속 측정 (1초간의 평균유속 측정)을 할 수 있어, 현장에서 즉각적으로 하천 수표면의 표면유속을 측정할 수 있었다. 또한 이 순간유속을 수십회 반복한 뒤 평균하여 시간평균유속을 구할 수 있었다. 개발된 시스템을 실험 수로에서 시험한 결과, 측정이 매우 효과적이며 편리하였다. 측정된 결과를 프로펠러 유속계에 의한 측정값과 비교한 결과, 최대 오차 13.9%, 평균적으로 10 % 이내의 오차로 실험 수로의 표면 유속을 측정할 수 있었다.

스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계 개발

류권규,황정근 한국수자원학회 2016 한국수자원학회논문집 Vol.49 No.6

본 연구는 안드로이드 기반의 스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계를 개발하는 것이다. 스마트폰이 내장한 카메라, GPS, 방향 센서, CPU를 활 용하여, 실시간으로 현장에서 하천의 표면유속을 측정하는 것이다. 먼저, 스마트폰의 GPS를 이용하여 측정 현장의 위치를 파악하고, 경사계(방향 센 서)를 활용하여 카메라와 촬영면의 기하적인 관계를 설정한다. 이 때 입력해야 할 유일한 변수는 수면과 카메라의 연직 높이뿐이다. 내장된 카메라로 정해진 시간만큼 동영상을 촬영한다. 촬영된 동영상을 개방 소스의 영상처리 라이브러리인 OpenCV를 이용하여 프레임별로 분할하고, 이를 시공간 영상 분석하여 하천 표면의 2차원 유속장을 추정한다. 시판되는 안드로이드 스마트폰에 적용하여 현장 시험한 결과 약 11초에 1회의 순간유속 측정 (1 초간의 평균유속 측정)을 할 수 있어, 현장에서 즉각적으로 하천 수표면의 표면유속을 측정할 수 있었다. 또한 이 순간유속을 수십회 반복한 뒤 평균하 여 시간평균유속을 구할 수 있었다. 개발된 시스템을 실험 수로에서 시험한 결과, 측정이 매우 효과적이며 편리하였다. 측정된 결과를 프로펠러 유속계 에 의한 측정값과 비교한 결과, 최대 오차 13.9%, 평균적으로 10%이내의 오차로 실험 수로의 표면 유속을 측정할 수 있었다. The present study aims to develop a real-time surface image velocimeter (SIV) using an Android smartphone. It can measure river surface velocity by using its built-in sensors and processors. At first the SIV system figures out the location of the site using the GPS of the phone. It also measures the angles (pitch and roll) of the device by using its orientation sensors to determine the coordinate transform from the real world coordinates to image coordinates. The only parameter to be entered is the height of the phone from the water surface. After setting, the camera of the phone takes a series of images. With the help of OpenCV, and open source computer vision library, we split the frames of the video and analyzed the image frames to get the water surface velocity field. The image processing algorithm, similar to the traditional STIV (Spatio-Temporal Image Velocimeter), was based on a correlation analysis of spatio-temporal images. The SIV system can measure instantaneous velocity field (1 second averaged velocity field) once every 11 seconds. Averaging this instantaneous velocity measurement for sufficient amount of time, we can get an average velocity field. A series of tests performed in an experimental flume showed that the measurement system developed was greatly effective and convenient. The measured results by the system showed a maximum error of 13.9 % and average error less than 10 %, when we compared with the measurements by a traditional propeller velocimeter.

상호상관법을 이용한 시공간 영상유속계의 2차원 유속분포 측정

류권규,김서준,김동수 한국수자원학회 2014 한국수자원학회논문집 Vol.47 No.6

홍수시 하천의 유속을 효율적이고 안전하게 측정할 수 있는 방법의 하나로 제시된 것이 표면 영상 유속 측정법이다. 일반적인 표면영상유속계(SIV)는 두장의 정지영상에서 영상 조각을 잘라낸 뒤 여기에 상호상관법을 적용하여 유속을 산정한다. 이 방법은 짧은 시간간격의 유속분포 측정에 매우 효율적이다. 그러나 장시간의 평균 유속장을 산정하는 데는 많은 시간이 소요되며, 순간 유속장을 산정하기 때문에 흐름 조건이나 촬영 조건에 따라 생기는 잡음이나 불확실성의 영향을 많이 받게 된다. 이를 개선하고자 개발된 방법이 시공간 영상을 이용하여 일정 시간동안의 유속의 평균을 한번에 산정하는 시공간영상유속계측법(STIV)이다. 시공간영상유속계측법 중의 하나인 휘도경사텐서법은 일정 시간동안의 시공간 영상을 한 번에 분석하기 때문에, 유속 산정 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 방법은 하천의 일방향 유속만을 계산할 수 있기 때문에 구조물 주변이나 만곡이 있는 경우의 2차원 흐름 측정은 불가능하다는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해서 본 연구에서는 상호상관법을 이용하여 2차원적으로 시공간 영상을 분석하는 방법(상호상관 시공간영상유속계측법)을 개발하였다. 이 방법은 시공간영상에서 시간축 방향으로 상관분석을 통해 영상변위를 산정하는 방법이다. 기존의 시공간영상분석기법 중 하나인 휘도경사텐서법이 주흐름 방향만 분석이 가능하였던 데 비하여, 상호상관 시공간 영상분석법은 2차원 유속분포 측정이 가능하고, 시간적인 평균을 취하기 때문에, 공간 해상도가 높으며, 전체적인 유속 분석시간이 매우 짧아지는 장점이 있다. 또한 공동 흐름에 대한 인공 영상을 이용한 오차 분석결과 최대 10% 이내, 평균적으로 5% 이하의 오차를 보여 상당히 정확하게 2차원 유속분포 측정이 가능한 것으로 나타났다. Surface image velocimetry was introduced as an efficient and sage alternative to conventional river flow measurement methods during floods. The conventional surface image velocimetry uses a pair of images to estimate velocity fields using cross-correlation analysis. This method is appropriate to analyzing images taken with a short time interval. It, however, has some drawbacks; it takes a while to analyze images for the verage velocity of long time intervals and is prone to include errors or uncertainties due to flow characteristics and/or image taking conditions. Methods using spatio-temporal images, called STIV, were developed to overcome the drawbacks of conventional surface image velocimetry. The grayscale-gradient tensor method, one of various STIVs, has shown to be effectively reducing the analysis time and is fairly insusceptible to any measurement noise. It, unfortunately, can only be applied to the main flow direction. This means that it can not measure any two-dimensional flow field, e.g. flow in the vicinity of river structures and flow around river bends. The present study aimed to develop a new method of analyzing spatio-temporal images in two-dimension using cross-correlation analysis. Unlike the conventional STIV, the developed method can be used to measure two-dimensional flow substantially. The method also has very high spatial resolution and reduces the analysis time. A verification test using artificial images with lid-driven cavity flow showed that the maximum error of the method is less than 10 % and the average error is less than 5 %. This means that the developed scheme seems to be fairly accurate, even for two-dimensional flow.

회전식유속계와 ADCP를 이용한 유속측정의 검증 및 적용

김응석,최현일 한국방재학회 2009 한국방재학회논문집 Vol.9 No.3

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. ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler) have been introduced and utilized for flow measurements since the end of 1990's, in-situ behavior performance of ADCP at stream gauging stations has not been evaluated in Korea. The purpose of this study is for verification and application of velocity measurements using a price meter and ADCP. The verification of measured velocities was carried out in a laboratory open-channel. The differences of velocity values measured by a pirce meter and ADCP are within 2.1%, which means that ADCP can be used at stream gauging stations. After verification, ADCP was applied to the Maekok stream, which was selected as the test sites for application. The test application was performed by comparison of velocity results measured by ADCP and a price meter. Results show that the velocity values obtained by using ADCP coincide well with those by using conventional devices with the average measurement discrepancy of 10.5%.

Poisson 방정식을 이용한 유속분포법의 등속선 작성 및 적용

차준호,김창완,조용식 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.6

최근 우리나라에서는 이동시간차방식 초음파유속계(UVM; Ultrasonic Velocity Meter)나 도플러방식 초음파유속계(ADVM; AcousticDoppler Velocity Meter)로 측정된 유속을 활용하여 하천유량을 산정하는 자동유량측정시설이 활발히 도입되고 있다. 하천유량을 산정하는 방법으로는 측정된 지표유속과 평균유속의 관계를 통해 흐름단면의 평균유속을 산정하는 지표유속법(IVM; Index VelocityMethod), 일부 영역의 측정유속과 유속분포의 관계를 통해 흐름단면의 유속분포를 산정하는 유속분포법(VPM; Velocity ProfileMethod)이 있다. 유속분포법에 활용되고 있는 Chiu(1988)의 2차원 유속분포는 형상 매개변수가 많고 직사각형 이외의 흐름단면에서는 정확한 등속선 분포를 얻기가 곤란한 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 단점을 개선하기 위해 Poisson 방정식에 의한 유속분포법을 이론적 검토를 통해 제시하고, 한강 수계의 우만 지점과 한강대교 지점, 만경강 수계의 대천 지점에 적용하여 활용성을 검토하였다. Recently in Korea, automatic discharge measurement system which calculates the river discharge using velocity measured byUVM(Ultrasonic Velocity Meter) and ADVM(Acoustic Doppler Velocity Meter) is actively being introduced. There are IVM(IndexVelocity Method) and VPM(Velocity Profile Method) in the method of calculating river discharge. IVM is the method of calculatingmean velocity of the entire cross-section by establishing the relationship between index velocity and mean velocity and VPM is themethod of calculating velocity distribution of the entire cross-section by establishing the relationship between index velocity andvelocity distribution. Chiu(1988)'s 2-D velocity distribution using VPM, it is necessary to adjust a lot of shape parameter and it is difficultto obtain the exact isovel distribution except for the rectangular flow cross-section. In this study, we proposed the VPM by a theoreticalreview of the Poisson equation in order to improve the disadvantages of Chiu's method and verified the applicability byutilizing the velocity data of the automatic discharge measurement system, Wuman, Hangangdaegyo in the Han river and Daecheon inthe Mangyung river.