[논문]Chiu가 제안한 2차원 유속분포식의 자연하천 적용성 분석

이찬주; 서일원; 김창완; 김원

doi:10.3741/jkwra.2007.40.12.957

Chiu가 제안한 2차원 유속분포식의 자연하천 적용성 분석
Application of Chiu's Two Dimensional Velocity Distribution Equations to Natural Rivers 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.40 no.12 = no.185, 2007년, pp.957 - 968

이찬주 (한국건설기술연구원 하천.해안연구실 연구원) , 서일원 (서울대학교 지구환경시스템공학부) , 김창완 (한국건설기술연구원 하천.해안연구실) , 김원 (한국건설기술연구원 하천.해안연구실)

초록
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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.

Abstract ▼ AI-Helper

It is essential to obtain accurate and highly reliable streamflow data for quantitative management for water resources. Thereafter such real-time streamflow gauging methods as ultrasonic flowmeter and index-velocity are introduced recently. Since these methods calculate flowrate through entire cross-section by measuring partial velocities of it, rational and theoretical basis are necessary for accurate estimation of discharge. The purpose of the present study lies in analysis on the applicability of Chiu#s(1987, 1988) two dimensional velocity distribution equations by applying them to natural rivers and by comparing simulated velocity distributions with observed ones obtained with ADCP. Maximum and mean velocities are calculated from observed data to estimate entropy parameter M. Such isovel shape parameters as h and $\beta_i$ are estimated by object function based on least squares criterion. In case optimized parameters are applied, Chiu#s velocity distributions fairly well simulate observed ones. By using 14 simulated data sets which have relatively high correlation coefficients, properties of parameters are analyzed and h, $\beta_i$ are estimated for velocity-unknown river sections. When estimated parameters are adopted for verification, simulated velocity distributions well reproduce real ones. Finally, calculated discharges display rough agreement with measured data. The results of the present study mean that if parameters related are properly estimated, Chiu#s velocity distribution is likely to reproduce the real one of natural rivers.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수자원의 정량적인 계획과 관리를 위해서는 무엇이 필수적인가?	수자원의 정량적인 계획과 관리를 위해서는 정확하고 신뢰성 높은 유량 자료가 필수적이다. 이에 따라 최근에 초음파유량계와 유속지수법 등의 실시간 유량 측정 방법이 도입되고 있다.
	Chiu의 엔트로피 유속분포식을 불규칙한 단면을 가진 자연하천에 적용하였으며 그 결과를 ADCP 실측자료와 비교 분석한 결과는 어떠한가?	8개 지점의 53개 실측 자료를 이용하여 최대유속과 평균유속을 계산하고 단순 선형회귀분석을 통해 지점별로 Φ(M)와 매개변수 M을 산정하였다. Φ(M)값과 매개변수 M값은 지점에 따라 다르게 나타났으며, 이는 현장 상황과 흐름 조건을 고려하면 각 지점이 갖고 있는 상이한 수리지형학적 특성에 기인하는 것으로 파악되었다. 등유속선 형상 매개변수 중 h와 βi를 추정하기 위해 오차의 최소자승합 목적함수를 이용하여 실측 자료와 비교하는 최적화를 실시하였다. 최적화된 매개변수를 입력할 경우, 대수보 자료를 제외하면 모의된 유속 분포는 실측 유속분포와 대체로 잘 일치하는 것으로 나타났다. 실측 자료와의 상관계수가 0.7 이상인 14개 자료를 통해 매개변수 h와 βi의 특성을 분석한 결과 h는 최대 수심과 관계가 있고, βi는 좌우면적비, 하폭수심비와 관련이 있다는 것을 밝혀내었다. 이 관계를 이용하여 미측정 자료에 대해 매개변수를 추정하여 적용한 결과 비교적 실측 유속분포를 잘 재현하는 것으로 나타났다.
	Chiu(1987, 1988)가 제안한 단면의 2차원 유속분포식이란 무엇인가?	Chiu(1987, 1988)가 제안한 단면의 2차원 유속분포식은 확률통계에서 사용되는 엔트로피 최대화의 개념을 수리학적으로 응용한 것이다. Chiu(1988)에 의하면 개수로 단면에서 2차원 유속분포는 1) 등유속선 기반의 ξ-η 좌표계, 2) 엔트로피 최대화 원리에 기초한 유속분포식, 3) 수리학적 매개변수 M의 세 가지 요소로 구성된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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