댐 변위 모니터링은 댐의 안전성을 위협하는 영향을 파악하여 댐과 관련된 붕괴사고를 사전에 방지하고, 댐을 안전하게 운영하고 유지 관리하는데 중요한 항목으로 사용되고 있다. 하지만, 기존 변위계측 분석 결과 원인불명의 변위가 발생하여 정확한 댐 거동 해석을 저해하고 있다. 본 연구에서는 광파기(Total Station) 기반 댐의 변위계측의 신뢰성 개선을 위해 그 보정방법을 제안하였다. 현재까지의 광파기에 의한 변형 모니터링은 기준점(2~3개소)과 광파기가 설치된 기계점 위치를 초기에 측량하여 불변으로 간주하였고, 측량과정에서 중요한 변위 산정요소가 되는 기준 수평 수직각은 고려하지 않고 측량을 실시하였다. 본 연구에서는 실제 댐 변위 계측시 기준점 측량을 통해 광파기의 위치 변화 및 기준 수평 수직각의 변화를 관측하였다. 그 결과 오차발생의 가장 큰 원인은 광파기 위치 변화와 댐 변위량 계산에 중요한 항목인 기준 수평 및 수직각임이 밝혀졌다. 또한, 이를 보정한 결과 최대 변위 20mm에서 약 ${\pm}5mm$로 감소하였다.
댐 변위 모니터링은 댐의 안전성을 위협하는 영향을 파악하여 댐과 관련된 붕괴사고를 사전에 방지하고, 댐을 안전하게 운영하고 유지 관리하는데 중요한 항목으로 사용되고 있다. 하지만, 기존 변위계측 분석 결과 원인불명의 변위가 발생하여 정확한 댐 거동 해석을 저해하고 있다. 본 연구에서는 광파기(Total Station) 기반 댐의 변위계측의 신뢰성 개선을 위해 그 보정방법을 제안하였다. 현재까지의 광파기에 의한 변형 모니터링은 기준점(2~3개소)과 광파기가 설치된 기계점 위치를 초기에 측량하여 불변으로 간주하였고, 측량과정에서 중요한 변위 산정요소가 되는 기준 수평 수직각은 고려하지 않고 측량을 실시하였다. 본 연구에서는 실제 댐 변위 계측시 기준점 측량을 통해 광파기의 위치 변화 및 기준 수평 수직각의 변화를 관측하였다. 그 결과 오차발생의 가장 큰 원인은 광파기 위치 변화와 댐 변위량 계산에 중요한 항목인 기준 수평 및 수직각임이 밝혀졌다. 또한, 이를 보정한 결과 최대 변위 20mm에서 약 ${\pm}5mm$로 감소하였다.
Displacement of dams by various instrumentations has been monitored for its safety management and analyzing the behavior after a dam collapse accident. However, unknown displacement of dam has frequently been occurred and it's difficult to analyze behavior of dams more accurately. In this study, imp...
Displacement of dams by various instrumentations has been monitored for its safety management and analyzing the behavior after a dam collapse accident. However, unknown displacement of dam has frequently been occurred and it's difficult to analyze behavior of dams more accurately. In this study, improvement of reliabilities for displacement of dams measured by a total station was suggested by calibrating the monitoring system. The position of total station was initially measured through 2-3 given points and the coordinate of the total station was considered as an absolute value. Also, base horizontal and vertical angles had not been considered even if they are important factors when displacement was estimated. In this study, location of the total station and variations of base horizontal and vertical angles were investigated during measuring displacements of targeting points. From the results of this study, they are important factors which are affecting measurements of dam displacements. Before the calibrating, the displacement at 50 m from total station was ${\pm}20mm$. After the calibrating, the displacement was decreased by ${\pm}5mm$.
Displacement of dams by various instrumentations has been monitored for its safety management and analyzing the behavior after a dam collapse accident. However, unknown displacement of dam has frequently been occurred and it's difficult to analyze behavior of dams more accurately. In this study, improvement of reliabilities for displacement of dams measured by a total station was suggested by calibrating the monitoring system. The position of total station was initially measured through 2-3 given points and the coordinate of the total station was considered as an absolute value. Also, base horizontal and vertical angles had not been considered even if they are important factors when displacement was estimated. In this study, location of the total station and variations of base horizontal and vertical angles were investigated during measuring displacements of targeting points. From the results of this study, they are important factors which are affecting measurements of dam displacements. Before the calibrating, the displacement at 50 m from total station was ${\pm}20mm$. After the calibrating, the displacement was decreased by ${\pm}5mm$.
본 연구에서는 기 개발되어 적용중인 광파기 기반 댐 변위 자동계측의 신뢰도를 개선하기 위한 방법의 개선을 제시하고 있다. 광파기의 특성상 발생하는 거리 및 측각에 따른 측정오차를 없애는 것은 불가능하기 때문에 본 연구에서는 무인 자동화시스템에 의해 발생하는 오차를 보정하는 방법을 제안하였다.
제안 방법
9는 광파기로 부터 50m(C01), 140m(D07), 255m(D10), 370m(D12)에서의 변위량과 광파기 자체의 변위를 비교한 것이다. 앞서 설명한 것처럼 본 연구에서는 광파기의 위치 및 기준 방위각의 변화를 관찰하기 위해 목표 시준점을 관측하기 전에 기준점(B1~B3)을 측량하여 광파기의 위치변화 및 기준 수평각 등을 기록하여 변화 양상을 관찰하였다. 그 결과 모든 목표 시준점에서 계측된 변위 양상은 광파기 변위와 동일한 패턴을 나타내는 것을 알 수 있고 거리가 멀어질수록 광피기 변위와 이격되어 표시되는 것을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
연구의 대상 댐은 한국의 대표적인 다목적 댐의 하나로 해당 지역의 생활 및 공업용수를 안정적으로 공급하고 있고, 홍수조절에 의한 하류지역의 홍수피해 경감에 큰 역할을 하고 있다. 댐 형식은 콘크리트 표면 차수벽형 석괴댐 (Concrete Faced Rockfill Dam)으로 높이 약 70m, 길이 약 500m, 유효저수용량은 672백만m3 으로 2000년 초반에 준공되었다.
성능/효과
(2) 오차발생의 가장 큰 원인은 광파기 위치(좌표) 변화와 댐 변위량 계산에 중요한 항목인 기준 수평 및 수직각임이 밝혀졌다. ;
(3) 광파기 좌표 및 기준 수평･수직각을 가변적으로 적용한 결과 가장 가까이에 있는 C1지점(50m)에서는 최대 20mm에서 약 ±5mm로 그 변위가 감소되었고, 가장 멀리 있는 D12지점(375m)에서는 변위가 18mm에서 약 ±10mm로 감소하여 신뢰도가 크게 증가한 것으로 나타났다.
후속연구
마지막 제언으로 최근 이상기후 및 잦은 지진, 광파기 설치환경(노후 등) 등으로 인한 광파기 위치가 미세하게 변화할 수 있고, 이러한 변화는 목표 시준점의 큰 변위로 발생하기 때문에 본 연구에서 수행된 방법들은 정확한 변위 산정에 필요할 것으로 판단된다. 또한 광파기의 정확한 위치 및 기준 수평･수직각의 선정을 위해서는 기존에 설치된 기준점을 가능한 가까운 위치로 고정시켜 기준점 측량에 따른 오차를 감소할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
댐의 안정성을 위협하는 영향들을 사전에 방지하는 것이 중요한 이유는?
따라서 이러한 시설물에 피해가 발생하였을 경우 많은 인명 및 재산피해를 가져올 수 있기 때문에 설계뿐만 아니라 유지관리가 중요한 요소가 된다. 댐과 같은 구조물은 설계와 관리에 만전을 기하더라도 예기치 못한 자연재난에 의해 붕괴되어 막대한 인명 및 재산피해를 일으키는 경우가 빈번히 발생하고 있다. 예를 들어, Jansen (1983)에 의하면 1900년대 미국, 이탈리아, 프랑스, 인도 등에서 약 200여개의 댐들의 붕괴로 인하여 11,100명 이상의 인명피해가 발생하였으며, 국내에서도 1961년 전북 남원에서 효기리댐(흙댐)의 붕괴로 인하여 100여명의 사망자가 발생(Chang et al., 1998)하였다. 1996년과 1999년에는 2회에 걸친 연천댐 붕괴사고로 많은 인명 및 재산피해가 발생하여 경제･산업적으로 막대한 피해를 초래하였다. 따라서 댐의 안정성을 위협하는 영향들을 사전에 방지 하는 것은 중요하며, 이를 위해서는 기존 댐에 대한 효율적인 댐 안전 계측 모니터링 등 그 안전성 여부를 평가할 수 있는 체계의 구축으로 댐 제체에 예기치 못한 문제가 발생하였더라도 신속한 원인 규명 및 조치로 그 피해를 최소화 할 수 있도록 하여야 한다.
실제 댐 변위계측에 있어서 발생하는 중요한 오차는 무엇인가?
하지만 실제 댐 변위계측에 있어서는 또 다른 중요한 오차가 발생하게 된다. 이 오차는 일정시간동안 무인 자동 계측을 위해 프로그램에 의해 광파기를 제어하여 주기적인 회전을 통해 목표 시준점의 좌표를 측정하는 과정 및 광파기 측정 장치(받침대 등)의 노후 등에 따라 광파기 자체의 기울어짐 등의 오차, 기후(온도 및 기온)변화에 따른 오차 등 추가적으로 발생한다. Table 1은 정밀도가 “1±1.
댐의 역할은?
최근 기후변화 및 댐 노후화에 따른 댐 안전관리의 중요성이 대두되고 있으며, 댐은 생활･공업･농업용수의 공급, 전력생산, 홍수조절 등의 중요한 기능을 하는 국가 기반시설물이다. 따라서 이러한 시설물에 피해가 발생하였을 경우 많은 인명 및 재산피해를 가져올 수 있기 때문에 설계뿐만 아니라 유지관리가 중요한 요소가 된다.
참고문헌 (7)
Chang, P. W., Park, Y. K., and Woo, C. W. (1998), "Evaluation of Degradation and Safety of Small Agricultural Reservoir-Case Study for Kosam Reservoir in Kyungki Provice", Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, Vol.40, No.1, pp.49-56.
Choi, J., Kim, D., Lim, J., and Kang, Y. (2013), "An Experimental Study on GNSS for Measuring Structure Displacement", 2013 Annual Conference of Korean Society of Hazard Mitigation, p.204.
Federal Energy Regulatory Commission (1991), Engineering Guidelines for the Evaluation of Hydropower Projects, FERC, pp.13-18.
Jansen, Robert B. (1983). Dams and Public Safety, United States Department of the Interior, p.94.
Japan Institute of Country-ology and Engineering (2008), Commentary.Cabinet Order concerning Structural Standards for River Management Facilities, etc, Japan River.
Kim, K.-Y, Kim, C.-Y., Lee, S.-D., Seo, Y.-S., and Kee, C.-I. (2007), "Measurement of Tunnel 3-D Displacement using Digital Photogrammetry", The Journal of Engineering Geology, Vol.17, No.4, pp.559-568.
Topcon Korea (2014), User Manual for Total Station MS Series, Topcon Korea Corporation, pp.20-32.
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