ADCP 정지법 측정 시 미계측 영역의 유량 산정 정확도 분석

김종민,김서준,손근수,김동수,Kim, Jongmin,Kim, Seojun,Son, Geunsoo,Kim, Dongsu 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.7

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. ADCP는 하천의 3차원 유속과 수심 자료를 매우 효율적이고 빠르게 측정할 수 있으며, 그 자료의 공간 및 시간적 해상도는 기존의 전통적인 유속 측정 방법들과 비교하여 매우 정밀하다는 장점이 있다. 하지만 ADCP는 하상 부근과 센서 근처에서의 미계측 영역이 발생하고 이 미계측 영역의 유속을 얼마나 정확하게 산정하느냐에 따라 ADCP 유량 측정의 정확도에 영향을 미친다. 본 연구에서는 ADCP 유량 산정 시 범용적으로 활용되고 있는 1/6 멱법칙(power law)을 활용한 미계측 영역의 유량 측정 결과의 정확도를 분석하였다. 이를 위해 실규모 직선수로에서 ADCP를 고정시킨 상태에서 측정한 유속 자료를 1/6 멱법칙과 대수 법칙(log law)을 적용하여 외삽 한 유속분포와 유량 산정 결과를 ADV를 이용하여 정밀하게 측정한 결과와 비교하였다. 비교 결과 전체적으로 대수 법칙으로 외삽한 경우가 높은 정확도를 나타냈으며, 수표면 근처 미계측 영역에서는 1/6 멱법칙은 유량을 작게 산정하는 경향을 나타냈고, 하상 근처의 미계측 영역에서는 유량을 크게 산정하는 경향을 나타냈다. 이 결과는 기존 1/6 멱법칙을 활용한 하상 및 수표면 부근 미계측 영역 유량 추정 방법이 오차를 수반함을 의미한다. 따라서 ADCP 정지법 측정 방식을 사용할 경우, 대수 법칙이 1/6 멱법칙보다 정확한 상하부 미계측 유량 추정 결과를 보여주었으므로 대안으로 고려되어야 할 것이다. 또한 제방 근처 미계측 영역의 유량 측정 정확도를 높이기 위해서는 수심이 0.6 m 이상을 확보한 측선을 기준으로 유량을 산정할 경우 신뢰도 높은 유량 측정 결과를 보였다. 향후, ADCP 정지법 측정 방식에 비해 보다 많이 활용되고 있는 보트탑재 이동식 ADCP의 경우도 이와 같은 검증이 필요하다고 하겠다.

KOLAS 교정기관의 측정동등성 확립을 위한 물유량 숙련도 시험

전세종,윤병로,김수진,Chun, Sejong,Yoon, Byung-Ro,Kim, Soo-Jin 대한기계학회 2017 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.5 No.2

KOLAS (KOrea Laboratory Accreditation Scheme) belongs to APLAC (Asia Pacific Laboratory Accreditation Cooperation). KOLAS manages the accreditation scheme for measurement traceability to SI units. As per June 2016, there are 22 KOLAS laboratories for liquid flow metering. Among them, 12 laboratories participated in the proficiency test (PM2015-08) for water flow metering, organized by KASTO (Korea Association of Standards and Testing Organizations). This proficiency test was performed with three kinds of flow ranges ($3.6m^3/h{\sim}12m^3/h$, $40m^3/h{\sim}80m^3/h$, $40m^3/h{\sim}200m^3/h$) considering the CMC (calibration and measurement capability) of the participating laboratories. The purpose of the proficiency test was to find out measurement equivalence of the CMC's between each participating laboratory and the reference testing laboratory (KRISS). The measurement equivalence was tested by the number of equivalence ($E_n$). If ${\mid}E_n{\mid}$ < 1, the measurement equivalence was established. All the participating laboratories passed this proficiency test. 한국인정기구(KOLAS)는 아시아태평양인정협의체(APLAC)에 소속되어 있으며, 측정 결과를 SI 단위로 소급하고 이를 유지시키기 위해 교정기관 인정제도를 운영하고 있다. 2016 년 6 월 현재, 22 개의 기관이 KOLAS 물유량 분야 교정기관으로 지정되어 있다. 이 중 12 개 KOLAS 교정기관들이 한국계량측정협회(KASTO)가 2015 년에 주관한 물유량 숙련도 시험(PM2015-08)에 참가했다. 이번 숙련도 시험은 KOLAS 교정기관들의 교정측정능력(CMC)을 고려하여 3 가지의 유량 범위($3.6m^3/h{\sim}12m^3/h$, $40m^3/h{\sim}80m^3/h$, $40m3/h{\sim}200m^3/h$)에서 실시되었다. 숙련도 시험의 목적은 참가기관들의 CMC 가 기준시험소(KRISS)의 CMC 와 비교하여 측정동등성이 성립하는지 여부를 판단하기 위한 것이다. 측정동등성은 측정동등성지수(number of equivalence; $E_n$)를 산출하여 평가했다. ${\mid}E_n{\mid}$ < 1 일 때, 측정동등성이 확립된다고 판단했다. 이번 시험에서 12 개 KOLAS 교정기관 모두 기준시험소와 측정동등성이 성립함을 확인했다.

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.

터빈유량계를 이용한 유량 측정 시스템의 최적 설계

김홍탁(Hong Tark Kim),김부일(Boo Il Kim) 한국전자통신학회 2018 한국전자통신학회 논문지 Vol.13 No.1

터빈유량계(Turbine flowmeter)는 유량 측정시 높은 정확도와 반복성을 위해 선택되지만 교정시의 표준 환경 조건과 현장에서의 환경 조건 차이로 다양한 측정 불확도 요인을 발생시킨다. 또한 교정된 측정값 외의 구간에서의 사용을 위해 신뢰성 높은 보간 기법(Interpolation method)이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 유량 측정(Flow measurement) 신뢰성 향상을 위해 터빈유량계의 출력 신호의 정확한 측정과 교정된 결과값의 보간, 온도변화를 실시간 보정(correction)하는 장비를 설계 및 제작하고 성능 검증을 수행함으로 현장에서의 측정 신뢰도를 확보하였다. The turbine flowmeter is selected for high precision and reproducibility at the time of flow rate measurement but causes various uncertainty factors of measurement in the difference between the standard environmental condition at calibration and the environmental condition at the site. Also, a reliable interpolation method is required for use in sections other than calibrated measurement values. Therefore, in this paper, in order to improve the reliability of the flow rate measurement, we designed and manufactured a device that accurately measures the output signal of the turbine flowmeter, interpolates the value of the calibrated result value, and corrects the temperature change in real time We confirmed the reliability of the measurement at the site to carry out the performance verification.

갈수기 소하천에서 희석유량법을 이용한 유량측정의 적용성 검토

김기형,김정곤,이상욱 한국습지학회 2006 한국습지학회지 Vol.8 No.4

본 연구에서는 갈수기 소하천에서 하천의 수질농도를 이용하여 하천의 유량을 측정할 수 있는 희석법을 적용하고 유속계를 이용한 유량측정법과 비교하였다. 본 연구에서 희석법에 의한 유량산정방법을 충북 보은의 내속하수처리장을 중심으로 갈수기에 조류 발생 하천인 달천에 대해 적용한 결과 유속단면적법에 의해 측정된 유량과 평균 0.004m3/sec의 차이를 보였다. 본 연구에서 적용된 희석법에 의한 유량측정방법은 향후 다양한 상황에서 검증을 거쳐, 갈수기 소하천에서 조류 발생 등의 원인 규명을 위해 신속하게 유량을 측정할 필요가 있는 경우에 적용될 수 있을 것이다. 특히, 위어 등의 측정설비가 없거나 유속계를 사용할 수 없을 정도로 수심이 작은 경우, 그리고 유속계 등의 장비가 없는 경우, 또는 하천의 단면을 확실히 알지 못하는 경우 등 유량측정이 용이하지 않은 경우에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

대기배출시설의 입자상물질 측정과정과 배출허용기준 개선방안 연구

조광운,서동주,김승호,김난희,서광엽,배석진,조영관 한국환경정책학회 2019 環境政策 Vol.27 No.1

In this study, we assessed the main emission characteristics of particulate matter and total hydrocarbons from an air discharge facility in the Gwangju area from 2013 to 2017. We examined the measurement process of particulate matter and evaluated the permissible emission standards for total hydrocarbons. 1) By measuring the discharge flow rate from the air discharge facility, we found that there were many facilities where the measured flow rate exceeded the facility flow rate. In order to accurately measure the actual flow rate, it is necessary to either change the position of the measurement port or improve the facility. Alternatively when the flow rate is not measured, it is necessary to thoroughly inspect the preventive facility. 2) After acetone washing and drying of the cylindrical filter for dust measurement, it is possible to reduce the influence of the cylindrical filter paper on the measurement result by measuring after removing the residue outside the filter. Therefore, pretreatment methods such as cleaning, etc., should be added to the dust test method(ES 01301.1). 3) The emission allowance standard of total hydrocarbons need to be subdivided according to the emission facility. 4) Approximately 90% of the air polluters were composed of fourto fine, so the measurement data of these small companies should be databaseed so that they can be utilized for the improvement and poliies of air discharge facilities. 본 연구는 2013년부터 2017년까지 광주지역 대기배출시설에서 배출되는 입자상물질과 총탄화수소의 주요 배출특성을 분석하여 입자상물질 측정과정 검토 및 총탄화수소 배출허용기준에 대한 평가를 하였다. 1) 대기배출시설의 배출유량을 측정한 결과, 실제 측정유량이 시설유량을 초과하는 차이가 있는 시설이 많았고, 실제유량의 정확한 측정을 위하여 측정구 위치 변경이나 시설개선이 필요하며, 측정유량이너무 적거나 유량이 측정되지 않을 경우에는 반드시 방지시설의 철저한 점검을 통한 운영이 필요하다. 2) 먼지측정용 원통여과지를 아세톤 세척 후 건조 등의 전처리 후 측정하면 원통여과지가 먼지 측정결과의 정확성을 높일 수 있어 대기오염공정시험기준 중 먼지(ES 01301.1)시험법에 여과지 세척 등에 대한 전처리내용을 추가 할 필요가 있다. 3) 총탄화수소의 배출허용기준은 배출시설에 따라 배출허용기준을 세분화 할필요가 있다. 4) 대기배출업체수의 약 90%가 4~5종으로, 이들 소규모업체의 측정자료를 데이터베이스화하여 대기배출시설의 개선 및 정책에 활용할 수 있도록 하여야 한다.

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.

터빈유량계 이용한 유량 측정시스템의 최적 설계

김홍탁,김부일 한국전자통신학회 2018 한국전자통신학회 논문지 Vol.13 No.1

The turbine flowmeter is selected for high precision and reproducibility at the time of flow rate measurement but causes various uncertainty factors of measurement in the difference between the standard environmental condition at calibration and the environmental condition at the site . Also, a reliable interpolation method is required for use in sections other than calibrated measurement values. Therefore, in this paper, in order to improve the reliability of the flow rate measurement, we designed and manufactured a system that accurately measures the output signal of the turbine flowmeter, interpolates the value of the calibrated result value, and corrects the temperature change in real time We confirmed the reliability of the measurement at the site to carry out the performance verification. 터빈유량계(Turbine flowmeter)는 유량 측정시 높은 정확도와 반복성을 위해 선택되지만 교정시의 표준 환경 조건과 현장에서의 환경 조건 차이로 다양한 측정 불확도 요인을 발생시킨다. 또한 교정된 측정값 외의 구간에서의 사용을 위해 신뢰성 높은 보간기법(Interpolation method)이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 유량측정(Flow measurement) 신뢰성 향상을 위해 터빈유량계의 출력 신호의 정확한 측정과 교정된 결과값의 보간, 온도변화를 실시간 보정(correction)하는 시스템을 설계 및 제작하고 성능 검증을 수행하여 현장에서의 측정 신뢰도를 확보하였다.

암반대수층에서의 공내 유량측정기의 고정식 및 이동식 측정방법에 관한 비교 연구

장기영,박학윤,김태희,여인욱,Jang, Ki-Young,Park, Hak-Yun,Kim, Tae-Hee,Yeo, In-Wook 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.3

공내 유량측정기의 고정식 및 이동식 측정방법을 이용하여 암반대수층에서의 절리의 수리적 연결성 및 두 측정방법의 적용성을 검토하였다. 고정식 측정방법의 경우 측정구간에서의 지하수의 유출 및 유입을 파악할 수 있어, 관정사이의 수리적 연결성을 해석하는데 매우 유용하였다. 이동식 측정방법의 경우 유량측정기의 이동속도로 인해 지하수의 유출 및 유입 경향을 파악할 수 없었으나, 지하수 유출 및 유입이 일어나는 절리의 정확한 위치를 찾는데 매우 유용하였다. 두 측정방법을 동시에 사용하는 것이 지하수 유동절리의 위치 및 수리적 연결성을 파악하는데 더 효율적인 것으로 나타났다. Stationary and trolling methods in measuring flow using flowmeter were adopted to investigate the hydraulic connectivity of fractures and to evaluate the applicability of the measurement methods. Stationary method was useful for identifying the inflow and outflow patterns in the measured section, which enabled us to analyze the hydraulic connectivity of fractures between the wells. Trolling method failed to find the inflow and outflow patterns in the well, but was very effective for locating the conductive fractures. Measuring flow in the borehole by both stationary and trolling methods was found to be very efficient for identifying conductive fractures and their hydraulic connectivity in fractured rock aquifer.

예당저수지 간선수로 고정식 표면유속계 자료의 활용성 평가

노재경 ( Jaekyoung Noh ),박종현 ( Jonghyun Park ),신형진 ( Hyungjin Shin ),이재남 ( Jaenam Lee ),강문성 ( Munsung Kang ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

저수지 운영에서 관개용수 공급량을 정확히 아는 것은 아주 중요하다. 이를 위해 주요 수로부에 수위계를 설치하고 수위별로 수로 유속을 측정하여 유량을 계산, 수위-유량 관계식을 도출하고, 연속으로 계측된 수위에 적용하여 유량자료를 연속적으로 생산하고 있다. 이는 과거의 경험에 의한 물관리에서 탈출하여, 신뢰도가 확보된 자료에 의한 과학적 물관리로 안내하는 기반이 된다. 따라서 최근 집중적으로 수로부에 수위 계측시설을 설치하고, 주요 부분은 고정식 유속계를 설치하여 유량자료를 실시간으로 계산하여 활용하고자 하고 있다. 여기서는 규모가 폭 20m로 매우 큰 예당저수지의 간선수로의 우안부에 고정으로 설치한 전자파 표면유속계 자료의 활용성을 평가하고자 하였다. 수로에서 유속분포는 규모가 작아도 수직으로도 수평으로도 다양하게 나타나고 있다. 현장에서 관찰한 결과는 수직보다 수평으로 변이가 크게 나타나고 있다. 예당 간선수로에서도 수평으로 유속분포가 크게 차이가 나며, 유속계가 설치된 우안 부위에서 유속이 크게 나타나고 있다. 따라서 이 자료를 이용하여 계산한 유량은 실제보다 아주 크게 계산되어 실무에 활용되지 못하고 있는 실정이다. 이 연구에서는 간선수로의 수위별로 ADCP를 활용하여 정확하게 유량을 계산한 결과로 수위-유량 관계식을 도출하고, 10분 간격으로 계측된 수위에 적용하여 유량을 연속으로 계산한 결과를 기본으로하고, 다음에 10분 간격의 수위와 함께 계측된 표면유속 자료를 이용하여, 수위별 유량과 수위별 표면유속의 관계로부터 유량환산계수를 도출하여 이로부터 계산한 연속 유량자료를 부수로 하여, 서로 비교하여 표면유속 자료의 활용성을 평가하고자 하였다. 2019년 8월 23일 09시에 통수를 시작하여 수위가 0.36m부터 1.47m에 이른 11시까지 수위별로 27차례 ADCP로 유량을 측정하여 수위-유량 관계식을 도출한 결과는 Q = 12.064(H+0.030)^1.385(여기서, Q(㎥/s)는 유량, H(m)는 수위)로 나타났다. 도출된 관계식을 10분 수위자료에 적용하여 연속 유량자료를 계산할 수 있었다. 그러나 통수 실험시 수위와 동시에 계측된 표면유속의 분포는 0.92m/s부터 1.16m/s까지 높게 나타났다. 4월부터 9월까지 계측된 10분 간격의 표면유속자료 전체를 살펴본 결과도 낮은 수위에서조차 유속이 높게 나타나는 것이 관찰되었고 수위와의 일관성도 없는 것으로 나타났다. 따라서 표면유속계 자료의 활용성을 시도한 결과는 실패로 끝났다. 향후 이의 활용을 위한 보다 면밀한 관찰과 검토가 요구되는 것으로 잠정 결론을 내린다. 그러나 여기서 제시한 간선수로의 수위-유량 관계식은 저수지 모의 운영 결과, 계측된 수위자료의 활용성이 높은 것으로 나타났다.