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.
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 vel...
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.
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.
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문제 정의
본 연구에서는 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도를 평가하기 위해 실제 하천 규모의 직선 수로에서 측정한 ADV와 ADCP의 유속 측정 결과를 각각 비교하여 ADCP 유속 측정 정확도를 평가하고, 수심별 유속 측정 정확도를 평가하여 ADCP의 유속 측정 한계를 제시하고자 한다. 또한 각 측선의 수심을 정밀 측량한 결과를 이용하여ADCP의 수심 측정 방법별 정확도를 평가하였다.
이에 본 연구에서는 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도를 평가하기 위해 실제 하천 규모의 안동하천실험센터의 실규모 직선 수로에서 횡단면의 유속과 수심을 체계적이고 정밀하게 계측하였다. 이를 통해 동일한 지점에서 측정한 ADV (Acoustic Doppler Velocimeter)와 ADCP의 유속 측정 결과를 각각 비교하여 ADCP 유속 측정 정확도를 평가하고, 수심별 유속 측정 정확도를 평가하여 ADCP의 유속 측정 한계를 제시하고자 한다. 또한 각 측선의 수심을 정밀 측량한 결과를 이용하여 ADCP의 수심 측정 방법별 정확도를 평가하고자 한다.
이에 본 연구에서는 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도를 평가하기 위해 실제 하천 규모의 안동하천실험센터의 실규모 직선 수로에서 횡단면의 유속과 수심을 체계적이고 정밀하게 계측하였다. 이를 통해 동일한 지점에서 측정한 ADV (Acoustic Doppler Velocimeter)와 ADCP의 유속 측정 결과를 각각 비교하여 ADCP 유속 측정 정확도를 평가하고, 수심별 유속 측정 정확도를 평가하여 ADCP의 유속 측정 한계를 제시하고자 한다.
제안 방법
또한 각각의 측정 방법에 따라 Figs. 12 and 13과 같이 ADCP를 대차에 고정한 상태에서 이동시켜 측정한 방법(mov. ADCP)과 고정시켜 측정한 방법(sta. ADCP)에 대하여 검토하였다. 이 때 이동식 수심 측정의 경우는 왕복 3회 실시한 후 평균하였고, 고정식 수심 측정의 경우는 각각의 측선에서 약 300초 동안 측정한 결과를 평균하였다.
1 m 간격으로 하여 총 184개의 측점에서 유속을 측정하였다. ADCP도 ADV와 마찬가지로 대차에 고정하고 수면에 센서 부분이 잠기게 하여 각 측선별 연직유속분포를 측정하였다. 또한 ISO 1088 (2007)에서 제시한 측정 정확도가 높은 측정 시간이라고 제시한 300초를 기준으로 ADCP의 측정 시간으로 결정하였고, ADV는 Fig.
ADCP의 수심 측정을 4개의 빔으로 측정된 수심을 평균하여 수심을 측정하는 하상추적 방식과 ADCP 중앙에 위치한 1개의 연직 빔으로 수심을 측정하는 연직 빔 방식에 대하여 모두 검토하였다. 또한 각각의 측정 방법에 따라 Figs.
Total station의 측정은 ADCP가 측정 가능한 5∼22번 측 점에 대하여 ADCP의 측선과 정확하게 일치하도록 하였다.
5 MHz 빔 1개로 총 9개의 빔을 사용한다. 또한 ADCP의 유속 측정결과를 비교하기 위한 참값으로는 실내 실험에서 유속 측정 정확도가 높다고 알려진 ADV 유속측정 결과를 사용하였으며, 두 계측기기 모두 정확한 측선에 위치시키고 측정을 수행하기 위하여 Fig. 6과 같이 측정 단면의 대차에 고정시킨 후 동일한 측점에서 계측을 수행할 수 있도록 하였다.
또한 Fig. 7과 같이 수심이 약 60 cm 이상 확보가 되어 ADCP로 유속을 측정할 수 있는 단면(No. 5∼No. 22)에 대해서만 정확도 분석을 실시하였다.
ADCP도 ADV와 마찬가지로 대차에 고정하고 수면에 센서 부분이 잠기게 하여 각 측선별 연직유속분포를 측정하였다. 또한 ISO 1088 (2007)에서 제시한 측정 정확도가 높은 측정 시간이라고 제시한 300초를 기준으로 ADCP의 측정 시간으로 결정하였고, ADV는 Fig. 8과 같이 초당 50회로 총 300초 동안 측정한 후 이동 평균을 한 결과를 기초로 약 90초 이상에서는 유속 측정 결과가 수렴한다고 판단되어 각 측점별로 90초 동안 측정을 수행하였다. 또한 Fig.
이를 통해 동일한 지점에서 측정한 ADV (Acoustic Doppler Velocimeter)와 ADCP의 유속 측정 결과를 각각 비교하여 ADCP 유속 측정 정확도를 평가하고, 수심별 유속 측정 정확도를 평가하여 ADCP의 유속 측정 한계를 제시하고자 한다. 또한 각 측선의 수심을 정밀 측량한 결과를 이용하여 ADCP의 수심 측정 방법별 정확도를 평가하고자 한다.
본 연구에서는 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도를 평가하기 위해 실제 하천 규모의 직선 수로에서 측정한 ADV와 ADCP의 유속 측정 결과를 각각 비교하여 ADCP 유속 측정 정확도를 평가하고, 수심별 유속 측정 정확도를 평가하여 ADCP의 유속 측정 한계를 제시하고자 한다. 또한 각 측선의 수심을 정밀 측량한 결과를 이용하여ADCP의 수심 측정 방법별 정확도를 평가하였다.
, 2014). 이에 본 연구에서는 ADCP의 수심 측정 정확도 분석을 위해 Total station 측량 장비를 이용하여 산정한 수심과 ADCP로 측정한 수심을 비교하였다. Total station의 측정은 ADCP가 측정 가능한 5∼22번 측 점에 대하여 ADCP의 측선과 정확하게 일치하도록 하였다.
이에 본 연구에서는 측정단면을 기준으로 상 하류에 총 6개의 수위표를 설치하고 30분∼1시간 간격으로 수위 변화를 관찰하였고, ADCP를 이용하여 1∼2시간 간격으로 유량을 측정하여 확인하였다.
대상 데이터
ADV의 유속 측정 방법은 Fig. 7과 같이 0.25 m 간격으로 총 27개의 측선을 선정하였으며, ADV의 수심방향 측 점은 0.05∼0.1 m 간격으로 하여 총 184개의 측점에서 유속을 측정하였다.
본 연구는 Fig. 3과 같은 안동 하천실험센터의 직선수로에서 수행하였다. 직선수로의 연장은 490 m이고, 하상경사는 약 1/800, 하상재료는 모래로 구성된 이동상 하상으로 일반 중소규모 하천과 거의 유사한 규모와 특징을 갖고 있다.
본 연구에서 사용한 ADCP는 Fig. 2와 같이 SonTek 사에서 제작한 RiverSurveyor M9을 사용하였으며, 해당 계측기기는 저수심용 3 MHz 빔 4개와 고수심용 1 MHz 빔 4개, 그리고 수심측정용인 0.5 MHz 빔 1개로 총 9개의 빔을 사용한다. 또한 ADCP의 유속 측정결과를 비교하기 위한 참값으로는 실내 실험에서 유속 측정 정확도가 높다고 알려진 ADV 유속측정 결과를 사용하였으며, 두 계측기기 모두 정확한 측선에 위치시키고 측정을 수행하기 위하여 Fig.
직선수로의 연장은 490 m이고, 하상경사는 약 1/800, 하상재료는 모래로 구성된 이동상 하상으로 일반 중소규모 하천과 거의 유사한 규모와 특징을 갖고 있다. 실험은 흐름의 안정을 확보하기 위해 수로 최상단에서 약 300 m 하류 지점에서 수행하였으며, 측정 단면은 Fig. 4와 같은 1 : 2 경사를 갖는 사다리꼴 단면이고, 하상은 Fig. 5와 같이 모래하상에 약간 식생이 활착되어 있는 상태이다.
데이터처리
ADCP)에 대하여 검토하였다. 이 때 이동식 수심 측정의 경우는 왕복 3회 실시한 후 평균하였고, 고정식 수심 측정의 경우는 각각의 측선에서 약 300초 동안 측정한 결과를 평균하였다.
성능/효과
본 연구의 유속 측정 결과는 실제 하천 규모에서 정확도를 확보할 수 있도록 충분히 시간평균 하였고, 공간적으로도 매우 정밀하게 측정하였기 때문에 전 세계적으로도 매우 희소성 있는 계측 결과라 할 수 있다. ADCP로 측정한 유속과 ADV로 측정한 유속을 비교하면 대체적으로 연직유속분포의 경향을 어느 정도는 정확하게 측정하는 것으로 나타났다. 하지만 No.
ADCP의 수심 측정 정확도 분석 결과 ADCP가 하상에 있는 식생을 측정하는 한계로 인해 전체적으로 Total Station 수심 결과와 비교하여 수심을 과소 측정하는 것으로 나타났다. 구체적으로 하상추적 방식으로 수심을 측정한 결과 Fig.
ADCP의 유속 측정 정확도를 분석한 결과 수심이 0.6m 이상 확보된 경우에는 수심의 ADCP와 ADV의 유속 측정 결과의 경향은 유사하게 나타나는 것을 확인하였고, 바닥을 기준으로 수심비(y/h)가 0.4∼0.8인 범위에서는 평균적으로 –3.64∼2.60%차이를 보여 ADCP가 어느 정도 정확하게 유속을 측정하는 것으로 나타났다.
ADCP의 유속 측정 정확도를 분석한 결과 하상 추적 방식으로 이동하며 수심을 측정한 경우는 평균적으로 -6.1%의 오차를 나타냈고 고정시켜 수심을 측정한 경우는 평균 적으로 -6.4%의 오차를 나타냈다. 즉, 이동식으로 측정한 경우가 약간 더 오차가 큰 것으로 나타났지만 대체적으로 이동식과 고정식 모두 유사한 경향을 나타냈다.
ADCP의 수심 측정 정확도 분석 결과 ADCP가 하상에 있는 식생을 측정하는 한계로 인해 전체적으로 Total Station 수심 결과와 비교하여 수심을 과소 측정하는 것으로 나타났다. 구체적으로 하상추적 방식으로 수심을 측정한 결과 Fig. 12와 Table 1과 같이 이동식으로 측정한 경우는 평균적으로 -6.1%의 오차를 나타냈고, 최대 -12.4%까지 오차를 나타냈고, 고정식으로 측정한 경우는 평균적으로-6.4%의 오차를 나타냈고, 최대 -11.8%까지 오차를 나타냈다. 즉, 이동식으로 측정한 경우가 약간 더 오차가 큰 것으로 나타났지만 대체적으로 이동식과 고정식 모두 유사한 경향을 나타냈다.
이에 본 연구에서는 측정단면을 기준으로 상 하류에 총 6개의 수위표를 설치하고 30분∼1시간 간격으로 수위 변화를 관찰하였고, ADCP를 이용하여 1∼2시간 간격으로 유량을 측정하여 확인하였다. 그 결과 초기 6시간까지는 수위 및 유량의 변화가 확인되었으며, 그 이후 시간동안에는 수위의 변화가 거의 발생하지 않는 것을 확인하였고, 그 이후에 실험 시간(약 22시간) 동안에는 수위 변화가 거의 없이 안정화된 것을 확인하였다.
그 이유는 본 실험 수로의 경우 식생이 드문드문 활착되어 있어서 하상추적 방식으로 측정하게 되면 식생뿐만 아니라 하상의 모래를 좀 더 포함하여 측정할 수 있기 때문에 좀 더 정확하게 수심을 측정할 수 있었던 것으로 생각한다. 따라서 ADCP로 수심을 측정하고자 할 경우 하상 재료에 따라 측정 방법을 잘 선정할 필요가 있는 것으로 나타났다. 예를 들어 하상이 불규칙하고 식생과 자갈 등이 불규칙하게 분포된 경우는 하상추적 방식을 이용하여 평균적으로 수심을 측정하는 것이 바람직하고, 세굴 등과 같이 지점의 수심을 정확하게 측정하고자 한다면 연직 빔 방식을 사용하는 것이 바람직할 것으로 생각한다.
그 이유는 본 실험 수로의 경우 식생이 드문드문 활착되어 있어서 하상 추적 방식으로 측정하게 되면 식생뿐만 아니라 하상의 모래를 좀 더 포함하여 측정할 수 있기 때문에 좀 더 정확하게 수심을 측정할 수 있었던 것으로 생각한다. 따라서 ADCP로 수심을 측정하고자 할 경우 현장의 하상 상태를 고려하여 측정 방법을 선정할 필요가 있는 것으로 나타났다.
또한 y/h가 0.8∼1.0의 ADCP 센서 근처 영역에서는 초음파의 울림 현상(ringing)의 영향으로 인해 ADV에 비해 평균적으로 약 -14.39% 정도 유속을 작게 측정하는 결과를 나타냈다.
즉, 이동식으로 측정한 경우가 약간 더 오차가 큰 것으로 나타났지만 대체적으로 이동식과 고정식 모두 유사한 경향을 나타냈다. 또한 두 가지 측정 방법 모두 최대오차가 발생한 측선은 No. 16 단면으로 식생이 좀 더 많이 분포한 이유로 오차가 크게 나타났다.
즉, 이동식으로 측정한 경우가 약간 더 오차가 큰 것으로 나타났지만 대체적으로 이동식과 고정식 모두 유사한 경향을 나타냈다. 또한 연직빔 방식으로 이동하며 수심을 측정한 경우는 평균적으로-9.5%의 오차를 나타냈고, 고정시켜 수심을 측정한 경우는 평균적으로 -9.0%의 오차를 나타냈다. 앞선 하상 추적 방식과는 반대로 이동식 측정이 고정식 측정 보다 오차가 약간 크게 나타났지만 측정 결과의 경향은 유사한 것으로 확인하였다.
바닥을 기준으로 수심비(y/h)가 0.4∼0.8 범위에서는 ADV 유속 측정 결과와 비교하여 평균적으로 –3.64∼2.60% 차이를 보여 ADCP가 어느 정도 정확하게 유속을 측정하는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 직선하천에서 ADCP를 이용한 유속과 수심 측정 시 정확도를 평가한 결과 25∼75% 정도의 수심 범위에서는 ADCP 측정 유속의 정확도가 높은 것을 나타났으나 그 이외의 영역에서는 정확도가 다소 떨어지는 것을 확인하였다.
10과 같았다. 본 연구의 유속 측정 결과는 실제 하천 규모에서 정확도를 확보할 수 있도록 충분히 시간평균 하였고, 공간적으로도 매우 정밀하게 측정하였기 때문에 전 세계적으로도 매우 희소성 있는 계측 결과라 할 수 있다. ADCP로 측정한 유속과 ADV로 측정한 유속을 비교하면 대체적으로 연직유속분포의 경향을 어느 정도는 정확하게 측정하는 것으로 나타났다.
우선 ADCP의 연직방향 유속분포 측정 정확도를 분석한 결과를 구체적으로 살펴보면 No. 5, No. 6 및 No. 22와 같이 수심이 낮은 경우를 제외하면 전체적으로 수면을 기준으로 수심의 25∼75%의 영역에서는 ADCP와 ADV의 유속 측정 결과가 유사하게 나타난 것을 확인하였고, 그외의 부분에서는 두 계측 기법의 차이가 발생하는 것으로 나타났다.
앞선 하상 추적 방식과는 반대로 이동식 측정이 고정식 측정 보다 오차가 약간 크게 나타났지만 측정 결과의 경향은 유사한 것으로 확인하였다. 이와 같이 하상에 식생이 활착되어 있는 경우는 하상 추적 방식이 연직 빔 방식 보다 좀 더 정확하게 측정 할 수 있는 것을 확인하였다. 그 이유는 본 실험 수로의 경우 식생이 드문드문 활착되어 있어서 하상 추적 방식으로 측정하게 되면 식생뿐만 아니라 하상의 모래를 좀 더 포함하여 측정할 수 있기 때문에 좀 더 정확하게 수심을 측정할 수 있었던 것으로 생각한다.
39%정도 유속을 과소 측정하여 정확도가 많이 떨어지는 것을 확인 하였다. 특히 수면 근처에서 ADCP가 유속을 과소 산정한다는 결과는 기존 연구에서 이미 확인되었으나, 하상 근처에서 ADCP가 유속을 과다 측정하는 경향은 이전 연구에서도 확인할 수 없었던 새로운 결과로 ADCP 측정 불확도 평가에 있어서 매우 중요한 의미가 있다고 생각한다.
ADCP로 측정한 유속과 ADV로 측정한 유속을 비교하면 대체적으로 연직유속분포의 경향을 어느 정도는 정확하게 측정하는 것으로 나타났다. 하지만 No. 5, No. 6 및 No. 22와 같이 수심이 낮은 경우에는 차이가 크게 나타나는 것을 확인하였고, 수표면 근처에서는 ADCP 의 유속 측정 결과가 작게 나타나는 경향을 나타냈으며, 하상 근처에서는 유속을 약간 크게 산정하는 경향을 나타냈다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 ADCP 센서와 하상 근처의 잡음으로 인한 오차로 생각한다.
하지만 y/h 가 0.0∼0.2범위의 하상 근처 영역에서는 평균적으로 약 22.21% 정도 과다 추정되는 경향을 나타냈고, y/h가 0.2∼0.4의 범위에서도 평균적으로 약 6.74%정도 과다 추정되는 경향을 나타났으며, y/h가 0.8∼1.0의 범위에서는 ADCP 센서 근처 영역에서는 평균적으로 약 -14.39%정도 유속을 과소 측정하여 정확도가 많이 떨어지는 것을 확인 하였다.
하지만 y/h가 0.0∼0.2의 하상 근처의 영역에서는 평균적으로 약 22.21% 정도 유속을 크게 측정하는 경향을 나타냈고, y/h가 0.2∼0.4의 범위에서도 마찬가지로 평균적으로 약 6.74% 정도 유속을 크게 측정하는 경향을 나타나 정확도가 떨어지는 결과를 나타냈다.
앞선 하상추적 방식과는 반대로 이동식 측정이 고정식 측정 보다 오차가 약간 크게 나타났지만 측정 결과의 경향은 유사한 것으로 확인하였다. 하지만 하상에 식생이 활착되어 있는 경우는 하상추적 방식이 연직 빔 방식보다 좀 더 정확하게 측정할 수 있는 것으로 나타났다. 그 이유는 본 실험 수로의 경우 식생이 드문드문 활착되어 있어서 하상추적 방식으로 측정하게 되면 식생뿐만 아니라 하상의 모래를 좀 더 포함하여 측정할 수 있기 때문에 좀 더 정확하게 수심을 측정할 수 있었던 것으로 생각한다.
한편 연직 빔 방식으로 수심을 측정한 결과 Fig. 13과 Table 2와 같이 이동식으로 측정한 경우는 평균적으로-9.5%의 오차를 나타냈고, 최대 -16.0%까지 오차를 나타냈으며 이동식으로 측정한 경우는 평균적으로 -9.0 의 오차를 나타냈고, 최대 -12.5%까지 오차를 나타냈다. 앞선 하상추적 방식과는 반대로 이동식 측정이 고정식 측정 보다 오차가 약간 크게 나타났지만 측정 결과의 경향은 유사한 것으로 확인하였다.
후속연구
하지만 하상에 식생이 활착되어 있는 경우는 하상추적 방식이 연직 빔 방식보다 좀 더 정확하게 측정할 수 있는 것으로 나타났다. 그 이유는 본 실험 수로의 경우 식생이 드문드문 활착되어 있어서 하상추적 방식으로 측정하게 되면 식생뿐만 아니라 하상의 모래를 좀 더 포함하여 측정할 수 있기 때문에 좀 더 정확하게 수심을 측정할 수 있었던 것으로 생각한다. 따라서 ADCP로 수심을 측정하고자 할 경우 하상 재료에 따라 측정 방법을 잘 선정할 필요가 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 직선하천에서 ADCP를 이용한 유속과 수심 측정 시 정확도를 평가한 결과 25∼75% 정도의 수심 범위에서는 ADCP 측정 유속의 정확도가 높은 것을 나타났으나 그 이외의 영역에서는 정확도가 다소 떨어지는 것을 확인하였다. 따라서 향후 ADCP의 미측정 영역에 본 연구에서 정확도가 떨어지게 나타난 영역을 포함시켜 유속 측정 결과를 개선할 수 있는 보간 방법에 대한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각한다. 또한 직선하천 뿐만 아니라 다양한 흐름 및 하상 조건에 대한 추가적인 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도 분석 연구가 필요할 것으로 생각한다.
따라서 향후 ADCP의 미측정 영역에 본 연구에서 정확도가 떨어지게 나타난 영역을 포함시켜 유속 측정 결과를 개선할 수 있는 보간 방법에 대한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각한다. 또한 직선하천 뿐만 아니라 다양한 흐름 및 하상 조건에 대한 추가적인 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도 분석 연구가 필요할 것으로 생각한다.
또한 음파 산란에 의한 교란 깊이는 수심의 약 10∼15 %를 기본 값으로 사용하고 있다. 하지만 본 실험 결과에 따르면 상단부의 잠긴 깊이와 차단 깊이 이상의 깊이까지 유속이 과소 측정되었고, 하단부에서도 음파 산란에 의한 교란 깊이 이상의 깊이까지 유속을 과다 측정하는 것으로 나타났기 때문에 향후 상단부와 하단부의 보정 깊이(screening depth) 조정 및 개선에 관한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ADCP를 활용한 유량관측은 어떻게 알려져있으며,그 비중은 어떠한가?
특히 음파 기술을 이용한 음향 도플러 유속계(ADCP, Acoustic Doppler Current Profiler) 측정 방법은 1980년대 말부터 도입하여 널리 활용되어 유량 측정 뿐만 아니라 하천에서의 수리동역학적인 특성을 규명하기 위한 연구의 질을 급속도록 향상 시켜왔다. ADCP를 활용한 유량관측은 현존하는 유량 관측 기법 중 매우 정확한 기법으로 알려져 있으며 미국의 경우 지리조사국(USGS)에서는 약 57 %에 해당하는 유량관측소의 수위-유량 곡선 구성을 선박, 케이블, 교량 등에서 실시한 ADCP 관측을 통해 이루어지고 있으며 그 비중은 계속 높아지고 있다(Muste et al., 2007). 기존의 회전식 유속계가 하천의 한 지점에서의 유속을 제한적으로 측정할 수 있던 것에 반해 ADCP는 선박에 장착해 횡단 운항 함으로써 하천 단면의 수천∼수만 지점에서 3차원 유속을 매우 신속하게 측정하여 제공하는 장점이 있다.
음파 기술을 이용한 음향 도플러 유속계 측정방법은 1980년대 말부터 무슨 역할을 해왔는가?
이에 수문관측 선진국에서는 유량 측정 인력과 비용을 절감할 수 있고, 유량측정 정확도를 높이기 위해 전파, 음향 및 영상 기술을 이용한 첨단 유량측정 방법들의 개발 및 적용에 많은 노력을 기울이고 있다. 특히 음파 기술을 이용한 음향 도플러 유속계(ADCP, Acoustic Doppler Current Profiler) 측정 방법은 1980년대 말부터 도입하여 널리 활용되어 유량 측정 뿐만 아니라 하천에서의 수리동역학적인 특성을 규명하기 위한 연구의 질을 급속도록 향상 시켜왔다. ADCP를 활용한 유량관측은 현존하는 유량 관측 기법 중 매우 정확한 기법으로 알려져 있으며 미국의 경우 지리조사국(USGS)에서는 약 57 %에 해당하는 유량관측소의 수위-유량 곡선 구성을 선박, 케이블, 교량 등에서 실시한 ADCP 관측을 통해 이루어지고 있으며 그 비중은 계속 높아지고 있다(Muste et al.
ADCP의 측정 불확도 평가 기준을 마련하기 위해서는 실제 하천에서 좀 더 체계적이고 정밀한 ADCP 측정 정확도 분석이 필요한 상황인 이유는?
(2005)이 하천에서 ADCP 유속과 수심 측정 결과를 유속-면적법의 유속과 도섭봉으로 측정한 수심을 이용하여 비교하여 정확성을 평가하였고, Kim and Choi(2009)는 하상에 고정한 ADCP의 유속 및 수심의 측정 정확도를 현장에 설치한 수위표 및 회전식 유속계와 비교하여 평가한 바 있다. 하지만 과거 ADCP의 유속 및 수심 측정 정확도 검토 결과들만으로 ADCP의 측정 정확도를 일반화시켜 말하기에는 측선 및 측점 수가 부족하다는 한계가 있다. 따라서 ADCP의 측정 불확도 평가 기준을 마련하기 위해서는 실제 하천에서 좀 더 체계적이고 정밀한 ADCP 측정 정확도 분석이 필요한 상황이다.
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