우리나라는 갈수기와 홍수기의 유량차이가 극심하여 수자원 관리에 대한 중요성이 대두되고 있는 실정이다. 하천의 특성을 파악하기 위해 정확한 유량을 산정해야 한다. 유량을 산정하기 위해서는 유량을 구하고자 하는 하도의 단면적을 산정하고, 해당 단면에서의 유속을 측정해 연속방정식을 이용하여 유량을 산출해야 한다. 보편적으로 수위-유량관계식으로부터 유량을 산정하지만, 이 경우에는 동일한 수심 동일한 유량만을 산출할 수밖에 없다는 단점이 있다. 그래서 본 연구에서는 낙동강 교량 강창교 지점의 성서관측소의 수심과 ADVM를 이용하여 측정된 수심을 이용한 수면경사와 ADVM지점의 수심을 이용하여 유량산정식을 개발하였다. 자연하천의 흐름은 정류나 등류가 아닌 부정류 흐름이기 때문에 하상경사가 아닌 수면경사를 반영하고자 본 연구에서는 두 지점의 측정된 수심으로부터 손쉽게 유량을 산정하는 방법을 제안하였다.
우리나라는 갈수기와 홍수기의 유량차이가 극심하여 수자원 관리에 대한 중요성이 대두되고 있는 실정이다. 하천의 특성을 파악하기 위해 정확한 유량을 산정해야 한다. 유량을 산정하기 위해서는 유량을 구하고자 하는 하도의 단면적을 산정하고, 해당 단면에서의 유속을 측정해 연속방정식을 이용하여 유량을 산출해야 한다. 보편적으로 수위-유량관계식으로부터 유량을 산정하지만, 이 경우에는 동일한 수심 동일한 유량만을 산출할 수밖에 없다는 단점이 있다. 그래서 본 연구에서는 낙동강 교량 강창교 지점의 성서관측소의 수심과 ADVM를 이용하여 측정된 수심을 이용한 수면경사와 ADVM지점의 수심을 이용하여 유량산정식을 개발하였다. 자연하천의 흐름은 정류나 등류가 아닌 부정류 흐름이기 때문에 하상경사가 아닌 수면경사를 반영하고자 본 연구에서는 두 지점의 측정된 수심으로부터 손쉽게 유량을 산정하는 방법을 제안하였다.
There is a big difference of discharge rate between drought and flood period in Korea since the importance of water resources management has come to the fore. To know a river characteristics, it needs to estimate river discharge accurately. River discharge is calculated using the measured velocity o...
There is a big difference of discharge rate between drought and flood period in Korea since the importance of water resources management has come to the fore. To know a river characteristics, it needs to estimate river discharge accurately. River discharge is calculated using the measured velocity of cross section and the estimated area of watercourse as input parameters into continuity equation. Generally, flow rate over a river is estimated from the relation equation between level and discharge, in this case, there are weakness for only the equal depths and the equal discharge estimated. In the present study, therefore, water surface slope was estimated using measured water level of Seongseo water level observation station and measured water level using ADVM at Gangchang Bridge. And then, we developed the discharge calculation equation using water surface slope. A method to easily calculated flow rate from the measured depth of the two points that are suggested by reflecting water surface slope because natural stream is unsteady flow, not uniform flow or not steady flow.
There is a big difference of discharge rate between drought and flood period in Korea since the importance of water resources management has come to the fore. To know a river characteristics, it needs to estimate river discharge accurately. River discharge is calculated using the measured velocity of cross section and the estimated area of watercourse as input parameters into continuity equation. Generally, flow rate over a river is estimated from the relation equation between level and discharge, in this case, there are weakness for only the equal depths and the equal discharge estimated. In the present study, therefore, water surface slope was estimated using measured water level of Seongseo water level observation station and measured water level using ADVM at Gangchang Bridge. And then, we developed the discharge calculation equation using water surface slope. A method to easily calculated flow rate from the measured depth of the two points that are suggested by reflecting water surface slope because natural stream is unsteady flow, not uniform flow or not steady flow.
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문제 정의
그 이유는 수면경사가 다르지만 관측된 수위는 같을 경우 하나의 유량이 추정되기 때문이다. 따라서, 본 연구에서는 수면경사를 반영하고자 수위관측소 지점과 이 지점에서 상류로 400m 떨어진ADVM지점의 관측된 수심을 이용하여 신속하고 간편하게 유량을 산정하는 방법을 제시하고, 이를 검증하고자 한다.
뿐만 아니라 측정된 범위를 벗어난 수위가 관측되었을 경우에는 유량을 산정함에 있어 그 값이 수렴([그림 1]의 회귀곡선 4의 경우) 혹은 발산하여 잘못된 값을 유도하는 단점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 현재 관측되어 자료가 축적중인 두 지점의 수위자료를 수집하여 수위에 따른 윤변, 동수경사, 단면적, 수면경사를 이용하여 자연하천의 유량을 산정하는 방법을 제안하고자 한다.
(9)와 같이 에너지경사(If)를 적용해야 하지만 자연하천에서 이를 측정하거나 산정하는 것은 매우 난해하다. 따라서 본 연구에서는 수면경사(Iw)를 반영하여 부정류상태의 하천 유량을 산정하고자 한다.
제안 방법
국내에서는 위와 같은 다양한 방법 중에서 프로펠러 유속계와 전자파표면유속계를 활용하여 여러 기관에서 하천의 유량을 산정하고 있는 실정이다. 강우사상 동안에 하천의 유속을 측정하고, 수심을 관측하여 몇 개 내지 몇 십 개의 성과를 바탕으로 수위를 구분한다. 최종적으로 수위-유량곡선을 개발하여 수위에 따른 유량을 추정하는 방법을 사용한다.
이렇게 수집한 자료와 개발식을 통해 산정된 유량과 실제 관측된 유량을 비교하였으며, 유량산정식의 정확성을 제시하였다.
연구지역의 하천의 횡단면을 이용하여 수위에 따른 수리학적 매개변수를 손쉽게 산정하는 식을 개발하였다. Eq.
본 연구에서 개발된 유량산정식의 신뢰도를 평가하기 위해 [그림 5][그림 6]과 같이 Eq. (15)에 의해 산정된 유량과 측정유량을 비교하였다. x축에는 개발식을 통해 산정한 유량이며, y축은 실제 ADVM지점의 횡단면을 통과하는 유량이다.
본 연구에서는 기존에 많이 사용하는 수위-유량곡선식에 대해 검토하였으나, 자연하천은 부정류흐름이기때문에 이 흐름을 반영하기 어렵다고 판단되었다. 따라서, 정류상태일 경우 개수로의 평균유속공식인 Manning식에 연속방정식을 반영한 수면경사를 적용하여 수면경사를 반영한 유량산정식을 개발하였고, 이를 검증하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
본 연구에서는 [그림 2]와 같이 대구시의 금호강을가로지르는 강창교 지점에서 직선으로 약 400m 상류에 위치하고 있는 ADVM (Acoustic Doppler Velocity Meter)을 통해 관측된 10분 단위 수위, 유량 및 하천단면자료를 낙동강홍수통제소를 통해 수집하였고, 대구 강창교 지점에 설치된 성서관측소의 1시간 단위 수위 자료를 WAMIS를 통해 수집하였다.
이론/모형
또한 [그림3]과 같이 측정된 수위가 같다고 하더라도 수면경사를 반영하지 못하면 ①, ②, ③의 유량은 동일하게 산정될 것이다. 따라서, 본 연구에서는 Manning공식에서 수면 경사를 반영하기 위해 하상경사 대신 수면경사를 적용하였다(Eq. (8)).
후속연구
넷째, 우리나라에서는 주요 하천에 많은 수위관측소가 설치되어 운영되고 있는데, 이 수위관측소지점의 상하류에 수위관측소지점을 하나 더 설치한다면, 기존 수위-유량관계곡선으로 산정한 유량보다 더 나은 하천유량이 산정될 것으로 기대된다.
다섯째, 본 연구에서 제안한 방법은 하천에서 단면의 변화가 심하지 않으며, 직선거리에 적용가능한 방법론으로 이를 이용하여 다른 지점에서 활용한다면 손쉽게 효용성이 높은 유량을 산정할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유속을 측정하는 방법들 중 국내에 알려진 방법들은?
유속을 측정하는 방법은 직접측정법과 간접측정법으로 구분되며 다양한 방법들이 기 개발되었거나 개발 중에 있다. 국내에 알려진 방법들을 살펴보면, 프로펠러유속계, 전자파표면유속계, 초고속카메라, 전자부자 시스템, HF radar, LSPIV(Large Scale Particle ImageVelocimetry)기법, ADCP(Acoustic Doppler CurrentProfiler), 레이저 유속계 등을 이용해 유속을 측정하는 방법들이 있다.
하천의 특성을 파악하기 위해 무엇을해야 하는가?
우리나라는 갈수기와 홍수기의 유량차이가 극심하여 수자원 관리에 대한 중요성이 대두되고 있는 실정이다. 하천의 특성을 파악하기 위해 정확한 유량을 산정해야 한다. 유량을 산정하기 위해서는 유량을 구하고자 하는 하도의 단면적을 산정하고, 해당 단면에서의 유속을 측정해 연속방정식을 이용하여 유량을 산출해야 한다.
우리나라에서 수자원 관리에 대한 중요성이 대두되는 이유는?
우리나라는 갈수기와 홍수기의 유량차이가 극심하여 수자원 관리에 대한 중요성이 대두되고 있는 실정이다. 하천의 특성을 파악하기 위해 정확한 유량을 산정해야 한다.
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