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표면영상유속계(SIV)를 활용한 홍수유출량 산정 시 주·야간영상의 정확도 비교분석
Comparative Analysis of Day and Night Time Video Accuracy to Calculate the Flood Runoff Using Surface Image Velocimeter (SIV) 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.24 no.4, 2015년, pp.359 - 369  

김용석 (제주대학교 토목공학과) ,  양성기 (제주대학교 토목공학과) ,  류권규 (동의대학교 토목공학과) ,  김동수 (단국대학교 토목환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study analyzed the velocimetry of runoff and measured the flood discharge by applying the SIV (Surface Image Velocimetrer) to the daytime and nighttime flow image data with special reference to Seong-eup Bridge at Cheonmi stream of Jeju during the flow by the severe rainstorm on May 27, 2013. A...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 2013년 5월 27일 16시 30분부터 28일 16시 30분까지 전체 유출시간에서 주간(27일 16시30분~19시00분, 28일 6시30분~16시30분)과 야간(27일 19시30분~28일 6시00분)유출영상으로 구분하고 표면영상유속계(SIV)에 적용하여 유속망을 분석하였다.
  • 이 연구에서는 2013년 5월 27일 집중호우에 의한 유출발생 시 제주도 천미천의 성읍교를 대상으로 주 · 야간의 유출영상자료에 표면영상유속계(SIV)를 적용하여 유속을 분석하고 유출량을 산정하였다. 동시에 동일지점의 Kalesto의 유속과 수위를 적용하여 산정된 유출량과 비교 분석하고 해당 유역의 강우-유출량 관계에 대한 유출특성을 해석하였다. 특히 야간유출영상의 문제점을 보완하기 위해 자연광에 가까운 조명 장치와 최저조도 카메라를 현장에 설치하여 야간영상의 문제점에 대한 개선 방안을 제시하였다.
  • 표면영상유속계(SIV)를 야간유출영상(27일 19시30분~28일 6시00분)에 적용하여 유속망 분포를 분석하였다. 야간유출영상을 수집하는 과정에서 Fig. 4와 같이 표면영상유속분석에 적합한 양질의 영상을 획득하지 못하는 현장의 단점을 보완하기 위해 150 lux이상의 조명효과를 얻을 수 있는 1000 W의 조명 장치를 설치하여 유출영상을 기록하였다.
  • 10(a), 11(a)와 같이 전체 유속망을 분석하였다. 유속비교는 Kalesto가 관측하는 지점을 설정하는 과정에서 발생할 수 있는 오차를 줄이기 위해 표면영상유속계로 분석된 유속망 내에서 Kalesto가 관측하는 지점을 중심으로 5✕5의 격자망 내의 유속을 평균하여 비교하였다.
  • 유출량 산정을 위한 단면 자료는 성읍교에 설치된 고정식 전자파표면유속계인 Kalesto의 관측 지점에 맞추어 교량 하부의 기둥을 중심으로 하류 방향 5 m의 단면 측량을 실시하였다(Fig. 5). 관측구간의 단면 자료는 SOKKIA사의 CX-105 모델을 이용하여 1 m 간격으로 정밀한 단면을 측량하였으며 유출량계산 시 산정된 유속장에 중간단면법을 적용하여 유출량을 산정하였다.
  • 4(a)와 같은 영상을 분석하기에 매우 부적합하다. 이 같은 현장 적용의 문제점을 보완하기 위해 기존의 실내 수리실험의 결과를 응용하여 150 lux 이상의 자연광에 가까운 1000w의 조명장치를 설치하였다. 그 결과 기존의 야간 유출영상에 비해 Fig.
  • 이 연구에서는 2013년 5월 27일 집중호우에 의한 유출발생 시 제주도 천미천의 성읍교를 대상으로 주 · 야간의 유출영상자료에 표면영상유속계(SIV)를 적용하여 유속을 분석하고 유출량을 산정하였다.
  • 제주도 천미천 유역의 성읍교에서 집중호우시 주·야간 유출영상을 수집하고 표면영상유속계(SIV)에 적용하여 전체 유속망의 유속분포를 제시하고 동시에 동일지점의 Kalesto 유속 및 유출량산정 자료와 비교 분석한 결과는 다음과 같다.
  • kr/). 천미천 성읍교의 강우유출특성을 분석하기 위해 유역에 해당하는 성산, 선흘, 성판악, 진달래밭, 태풍센터, 표선면의 강우자료를 이용하여 등우선법을 이용한 면적확률강우량을 산정하였다.
  • 동시에 동일지점의 Kalesto의 유속과 수위를 적용하여 산정된 유출량과 비교 분석하고 해당 유역의 강우-유출량 관계에 대한 유출특성을 해석하였다. 특히 야간유출영상의 문제점을 보완하기 위해 자연광에 가까운 조명 장치와 최저조도 카메라를 현장에 설치하여 야간영상의 문제점에 대한 개선 방안을 제시하였다.
  • 표면영상유속계(SIV)를 야간유출영상(27일 19시30분~28일 6시00분)에 적용하여 유속망 분포를 분석하였다. 야간유출영상을 수집하는 과정에서 Fig.
  • 표면영상유속계(SIV)를 주간유출영상(27일 16시30분)에 적용하여 유속망 분포를 분석하였다. Fig.

대상 데이터

  • 관측구간의 단면 자료는 SOKKIA사의 CX-105 모델을 이용하여 1 m 간격으로 정밀한 단면을 측량하였으며 유출량계산 시 산정된 유속장에 중간단면법을 적용하여 유출량을 산정하였다. 관측 지점의 단면은 폭 34 m이며 수위에 따른 면적은 Auto CAD로 산정한 면적 값을 적용하였다.

이론/모형

  • 5). 관측구간의 단면 자료는 SOKKIA사의 CX-105 모델을 이용하여 1 m 간격으로 정밀한 단면을 측량하였으며 유출량계산 시 산정된 유속장에 중간단면법을 적용하여 유출량을 산정하였다. 관측 지점의 단면은 폭 34 m이며 수위에 따른 면적은 Auto CAD로 산정한 면적 값을 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
표면영상유속계측법의 단점은? 표면영상유속계측법(SIV)은 영상저장장치를 이용하여 유출영상을 기록하고 연속되는 이미지 상의 추적입자의 이동을 계산하여 유속을 산정하는 기법이다(Kim 등 2010). 그러나 표면영상유속계(SIV)를 적용하여 유량을 산정하는 과정에서 분석자료가 영상을 이용하므로 수집된 유출영상의 화질이 좋지 못하면 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 특히 자연광이 없는 야간상태 유출영상은 하천표면의 추적입자를 인식하지 못하는 원인으로 인해 자료의 분석이 불가능한 한계점이 있다.
표면영상유속계측법이란? 표면영상유속계측법(SIV)은 영상저장장치를 이용하여 유출영상을 기록하고 연속되는 이미지 상의 추적입자의 이동을 계산하여 유속을 산정하는 기법이다(Kim 등 2010). 그러나 표면영상유속계(SIV)를 적용하여 유량을 산정하는 과정에서 분석자료가 영상을 이용하므로 수집된 유출영상의 화질이 좋지 못하면 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
Kalesto의 문제점은? 접촉식 유속측정방법의 단점을 보완하기 위해 고정식 전자파표면유속계(Kalesto)를 주요하천에 설치하여 운용하고 있으며 홍수 유출시 주 야간 구분 없이 수위 및 표면유속자료를 관측하여 유출량을 산정하고 있다. Kalesto는 제주도 건천에 매우 적합한 유량관측방법이지만 하천 단면에 대해 단일지점의 수위 및 유속자료를 이용하여 유출량을 산정하므로 하천유량 산정 시 오차가 발생할 수 있으며, 유출 초기에 유속이 과대하게 산정되는 문제가 있다. 이 같은 문제점을 보완하고 Kalesto의 효율성을 높이기 위해서는 표면영상유속계(SIV; Surface Image Velocimeter)와 같은 실시간 관측장비를 동일지점에 설치•운영하고 이들 두 관측장비를 비교•분석함으로서 정확도 높은 유출량을 산정하여야만 한다(Kim 등 2013).
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참고문헌 (10)

  1. Jeju Special Self-Governing Province, 2013, Current water resource management in Jeju special selfgoverning province. 

  2. Kim, Y. S., Yang, S. K., Yu, K., Kim, D. S., 2013, Flood Runoff Measurements using Surface Image Velocimetry, Journal of the Environmental Sciences, 22(5), 581-589. 

  3. Kim, Y. S., 2013, Flood runoff measurements using Surface Image Velocimetry(SIV) in Han stream. M. Sc. Dissertation, Jeju National University. Korea. 

  4. Kim, S. J., Yu, K., Yoon, B. M., 2010 Development of a Velocity Measurement Method at Night Time using an Infrared Camera, Journal of Korea Water Resources Association, 478-482. 

  5. Kim, S. J., Yu, K., Yoon, B. M., 2011, Real-time Discharge Measurement of the River Using Fixed-type Surface Image Velocimetry, Journal of Korea Water Resources Association, 44(5), 377-388. 

  6. Kim, S. J., 2008, The Accuracy Analysis of Discharge Measurement Technique using Surface Image Velocimetry, M. Sc. Dissertation, Myongji University. Korea. 

  7. Yang, S. K., Kim, D. S., Jung, W. Y., Yu, K., 2011, Analysis and Comparison of Stream Discharge Measurements in Jeju Island Using Various Recent Monitoring Techniques, Journal of the Environmental Sciences, 20(6), 738-788. 

  8. Yang, S. K., Kim, D. S., Yu, K. K., Kang, M. S., Jung, W. Y., Lee, J. H., Kim, Y. S., You, H. J., 2012, Comparison of Flood Discharge and Velocity Measurements in a Mountain Stream Using Electro-magnetic Wave and Surface Image, Journal of the Environmental Sciences, 21(6), 739-747. 

  9. Lee, J. S., and Julien, P. Y., 2006, Electromagnetic Wave Surface Velocimetry, Journal of Hydraulic Engineering, 132(2), 146-153. 

  10. Yu, K., Kim, D. S., Yoon, B. M., 2005, Development of Fast and Exact FFT Algorithm for Cross-Correlation PIV, Journal of Korea Water Resources Association, 38(10), 851-859. 

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