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지표유속법 기반 제주 산지형 하천 Kalesto 유량 정확도 향상 기법
Enhancement Technique of Discharge Measurement Accuracy Using Kalesto Based on Index Velocity Method in Mountain Stream, Jeju Island 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.24 no.4, 2015년, pp.371 - 381  

김동수 (단국대학교 토목환경공학과) ,  양성기 (제주대학교 토목환경공학과) ,  김수정 (연세대학교 학부대학) ,  이준호 (제주대학교 토목환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the mountain streams in Jeju Island, strong turbulence and roughness usually made it nearly impossible to utilize most of intrusive instrumentation for streamflow discharge measurements. Instead, a non-intrusive fixed electro-magnetic wave surface velocimetry (fixed EWSV: Kalesto) became alternat...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 Kim 등 (2014)의 연구에 기반하되 Kalesto 가 현장 설치 여건으로 극단적으로 우측에 치우친 사례를 통해 관측 유속을 단면 평균유속으로 유량을 산정할 때 발생할 수 있는 유량 산정 오차를 제시하고 지표유속법을 통해 유량을 산정해야 하는 타당성을 제기하고자 한다. 또한 수위에 따른 계측 단면에서의 유속 양상의 변화를 고려하여 지표유속을 평균유속으로 환산하는 보정식을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 Kalesto 를 활용한 제주도 외도천의 유량 관측 자료에 기반하여 지표유속법 적용 시 가능한 유량 관측 정확도 향상 정도를 제시하였다. Kalesto 에 의한 지표유속을 보정하기 위해 홍수기에 ADCP를 운영하였고, 첨두 전후의 유량은 ADCP 운용이 불가하여 이동식 전자파표면유속계로 산정하였다.
  • 지표유속법 (Index Velocity Method)는 국내의 경우, 유량조사사업단에서 고정형 ADCP를 활용한 유량 산정 시 활용되어 왔으나 (Kim 등, 2006), 기본적으로 Kalesto 의 측정 유속 역시 넓은 의미에서 지표유속법이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 Kim 등 (2014)의 연구에 기반하되 Kalesto 가 현장 설치 여건으로 극단적으로 우측에 치우친 사례를 통해 관측 유속을 단면 평균유속으로 유량을 산정할 때 발생할 수 있는 유량 산정 오차를 제시하고 지표유속법을 통해 유량을 산정해야 하는 타당성을 제기하고자 한다. 또한 수위에 따른 계측 단면에서의 유속 양상의 변화를 고려하여 지표유속을 평균유속으로 환산하는 보정식을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 현재 제주도 실시간 유량측정에 활발하게 활용되고 있는 Kalesto의 유량 측정 정확도를 직접 유량 측정 자료를 기반으로 분석하여 유량보정계수를 도입하여 향상시키고자 하였다. 현재 Kalesto를 활용한 유량측정 방식은 횡단면의 단일 지점에서 측정된 유속을 단면전체 대표유속으로 간주하여 유량을 산정하므로, 단면에서 유속의 변화가 시공간적으로 발생할 경우 유량 측정 정확도가 매우 낮아지는 것으로 나타났다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제주도 하천의 수위와 유속을 동시에 측정해야 하는 이유는? 제주도 하천은 급경사 암반 및 자갈하상으로 하도 내 작은 소 및 소규모 폭포 등이 위치하여 홍수유량 측정에 있어 부자법을 사용이 어렵고, 프로펠러 유속계나 ADCP 등 접촉식 유속계를 사용한 유량측정 또한 매우 힘들다. 그리고 고리형 수위-유량관계도 보고되고 있어 (Kim 등, 2012), 수위와 유속을 동시에 측정할 필요가 있다. 따라서, 비접촉식 유속측정을 통한 유량 측정 방식이 대안으로 간주되어 고정식 전자파표면유속계 (Kalesto) (Ott, 2000)가 제주 하천 실시간 유량측정시스템으로 주로 이용되고 있다 (Yang 등, 2011, 2012).
제주도 하천의 유량 측정이 힘든 이유는? 제주도 하천은 급경사 암반 및 자갈하상으로 하도 내 작은 소 및 소규모 폭포 등이 위치하여 홍수유량 측정에 있어 부자법을 사용이 어렵고, 프로펠러 유속계나 ADCP 등 접촉식 유속계를 사용한 유량측정 또한 매우 힘들다. 그리고 고리형 수위-유량관계도 보고되고 있어 (Kim 등, 2012), 수위와 유속을 동시에 측정할 필요가 있다.
Kalesto가 제공하는 기능은? 따라서, 비접촉식 유속측정을 통한 유량 측정 방식이 대안으로 간주되어 고정식 전자파표면유속계 (Kalesto) (Ott, 2000)가 제주 하천 실시간 유량측정시스템으로 주로 이용되고 있다 (Yang 등, 2011, 2012). Kalesto 는 전자파의 도플러변위를 활용하여 수표면의 움직임으로부터 유속을 산출하며 수위도 별도로 측정하여 표면유속과 수위를 동시에 제공하고 있다. 현재 제주도의 경우, Kalesto 는 하천 횡단면 중 1개 지점의 표면유속을 측정하고 수심평균유속으로 환산한 다음 (일반적으로 환산계수 0.
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참고문헌 (12)

  1. Costa, J.E., Spicer, K.R., Cheng, R.T., Peter, H.F., Melcher, N.B., and Michael Thurman, E., 2000, Measuring stream discharge by noncontact methods: A proof of concept experiment, Geophysical. Research Letter, 27(4), 553-556. 

  2. Hauet, A., Kruger, A., Krajewski, W.F., Bradley, A., Muste, M., Creutin, J.D., Wilson, M., 2008, Experimental System for Real-Time Discharge Estimation Using an Image-Based Method, Journal of Hydrology, 13(2), 105-110. 

  3. Kim, C.., Kim, W., Lee, C., Kim, D., 2006, Automatic Discharge Measurement Using the Velocity Index Method, KWRA Conference. 

  4. Kim, D., Yang, S., Yu, K., 2012, Analysis of Loop-Rating Curve in a Gravel and Rock-bed Mountain Stream, Journal of KWRA, 45(9), 858-860. 

  5. Kim, D., Yang, S., Jung, W., 2014, Error Analysis for Electromagnetic Surface Velocity and Discharge Measurement in Rapid Mountain Stream Flow, Journal of Environmental Science International, 23(4), 543-552 

  6. Le Coz, J., Hauet, A., Pierrefeu, G., Dramais, G., and Camenen, B., 2010, Performance of image-based velocimetry (LSPIV) applied to flash-flood discharge measurements in Mediterranean rivers, Journal of Hydrology, 394(1-2), 42-52. 

  7. Muste, M., Kim, D., and Merwade V., 2012, Modern Digital Instruments and Techniques for Hydrodynamic and Morphologic Characterization of Streams, Chapter 24 in Gravel Bed Rivers: Processes, Tools, Environments, edited by Ashmore P., Bergeron N., Biron P., Buffin-Belanger T., Church M., Rennie C. Roy A.M., Wiley, New York, NY. 

  8. Mutronics, 2010, Electromagnetic Wave Surface Velocimetry for normal and low flow, patent No. 10-2010-89895. 

  9. Ott, 2000, Radar sensor for contact free measurement of surface wave level, Kalesto. 

  10. SonTek, 2010, RiverSurvyor M9/S5 Brochure. 

  11. Yang, S., Kim, D., Jung, W., 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. 

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

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