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제안 방법
- 2011년부터 2015년까지 제주도 강정천을 대상으로 72회의 ADCP 현장관측 자료를 활용하여 각각의 최대유속과 평균유속을 분석하고 엔트로피 계수(M) 와 유속의 공간적 분포를 모델링하기 위해 제시되는 ξsurf를 산정하였다.
- ADCP 자료를 활용하여 각각의 최대유속과 평균유속을 분석하고 엔트로피 계수(M)를 산정한 결과와 유속의 공간적 분포를 모델링하기 위해 제시되는 ξ surf를 추정하였다.
- ADCP로 측정한 유속은 순간유속을 나타내며 난류의 불확실성을 그대로 나타내므로 관측기간 동안 연도별 구분하여 평균유속분포를 산정하였다. 또한 ADCP로 관측된 표면유속은 수면을 기준으로 약 0.
- ADCP의 유속자료는 Chiu-2차원 유속분포식과 관계된 매개변수 추정을 위해 단면 최대유속과 평균유속을 얻기 위해 사용되며 추정된 유속분포 매개변수의 검증에 사용되었다. ADCP로 측정한 유속은 순간 유속이며 난류의 진동과 불확실성을 그대로 반영한다.
- Chiu-2차원 유속분포식을 실제 자연하천에 적용하는 과정에서 관계식에 관련되는 매개변수를 추정하기 위해 ADCP의 단면 유속분포자료를 분석하였다. 제주도 상시하천의 흐름특성을 분석하기 위해 Chiu-2차원 유속분포식을 적용하는 이유는 특정 하천 단면의 유속분포 특성으로부터 단면평균유속을 유도과정이 실험단면 뿐만 아니라 불규칙한 자연하천에서의 적용성과 효용성이 인정되고 있기 때문이다.
- Fig. 4와 같이 2011년 7월부터 2015년 6월까지 관측된 각각의 ADCP 자료에서 관측단면의 연속된 유속분포 범위에서 이상치가 측정된 경우 인접한 상·하·좌·우의 셀의 유속값을 평균하여 사용하였다.
- 6과 같이 관측 지점의 수표면은 바람의 영향에 의해 추적입자의 반대방향으로 물결을 형성하며 흐름을 나타냈으나 추적 입자는 하천의 상, 하류의 형성에 맞게 이미지상의 우측으로 흐름을 나타냈다. 따라서 기체부와 접하는 수표면의 유속이 아닌 ADCP의 센서부가 잠긴 깊이의 유속을 본 연구에 적용하였다.
- ADCP로 측정한 유속은 순간 유속이며 난류의 진동과 불확실성을 그대로 반영한다. 따라서 시간평균 유속과 동일하게 취급할 수 없으므로 관측 단면의 이상치를 제거하고 인접한 연직유속자료를 평균하여 이용하였다.
- ADCP로 측정한 유속은 순간유속을 나타내며 난류의 불확실성을 그대로 나타내므로 관측기간 동안 연도별 구분하여 평균유속분포를 산정하였다. 또한 ADCP로 관측된 표면유속은 수면을 기준으로 약 0.07 m 정도 잠긴 흐름을 관측하지만 이 연구에서는 표면유속으로 구분하여 계산된 값과 비교하였다. 그 이유는 ADCP가 현재 개발된 유량관측관측기 중 높은 정밀도를 나타내며, 표면영상유속계의 비교목적으로 ADCP 외의 관측기기로는 정밀한 표면유속의 관측이 불가능하기 때문이다.
- 이 연구에서는 2011년 7월부터 2015년 6월까지 제주도 상시 하천인 강정천을 대상으로 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 실측자료와 엔트로피 확률 기법의 이론적 바탕에 근거로 한 Chiu-2차원 유속분 포식을 적용하여 연구 대상하천의 유속분포에 관여하는 매개변수를 추정하였다. 또한 표면영상유속계 (SIV)에 의한 표면유속을 추정된 매개변수에 적용하여 유량을 산정하고, 동시간에 관측된 ADCP의 관측 유량과 비교하여 수심평균유속환산계수의 적정성과 적용성을 분석하였다.
- 연구 대상의 흐름특성과 관련된 매개변수를 추정하기 위해 2011년 7월부터 2015년 6월까지 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 활용하여 유량을 측정을 하였다. ADCP는 초음파 속도측정기로써 1980년도에 개발되어 하천 및 해양분야에서 수리동역학적인 특성을 규명하는 능력을 향상시켜왔다.
- 위의 유도식을 적용하여 해당 하천의 Chiu-2차원 유속분포식에 관계되는 특성 매개변수를 추정하고 관측된 표면유속을 이용하여 최대유속을 산정한 다음 각각 평균유속으로 변환하여 중간단면법을 적용하여 유량을 산정하였다.
- 이 연구에서는 2011년 7월부터 2015년 6월까지 제주도 상시 하천인 강정천을 대상으로 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 실측자료와 엔트로피 확률 기법의 이론적 바탕에 근거로 한 Chiu-2차원 유속분 포식을 적용하여 연구 대상하천의 유속분포에 관여하는 매개변수를 추정하였다. 또한 표면영상유속계 (SIV)에 의한 표면유속을 추정된 매개변수에 적용하여 유량을 산정하고, 동시간에 관측된 ADCP의 관측 유량과 비교하여 수심평균유속환산계수의 적정성과 적용성을 분석하였다.
- Chiu-2차원 유속분포식을 자연하천에 적용하기 위해서는 매개변수의 추정이 필요하며, 이론적 유속분포를 검증할 자료가 필요하다. 이 연구에서는 ADCP로 실측한 단면 2차원 유속분포를 사용하여 매개변수를 추정하는데 사용하였다.
- 7과 같이 추적입자를 투입하여 표면유속을 촬영하였다. 추적입자는 환경오염에 무해한 강냉이를 수표면에 투입하였으며 표면영상유속계(SIV)를 적용하는 과정 중 연속된 이미지 상에서 적절하게 추적입자의 이동거리를 계산할 수 있었다.
- 추정된 하천 매개변수를 하천현장에 적용성 확인을 위해 강정천의 동일 관측지점에서 표면영상유속계 (SIV)를 사용한 표면유속과 유량을 산정함과 동시에 ADCP에 의한 유속 및 유량과 비교 분석하였다. 표면영상유속계(SIV)로 분석된 유속 벡터를 Chiu-2차원 유속분포식에 적용하여 산정된 유량과 기존의 수심평균유속환산계수 0.
- 추정된 하천 매개변수의 적용성 확인을 위해 표면 영상유속계(SIV)를 적용하여 표면유속과 유량을 산정하고 ADCP에 의한 유속 및 유량과 비교·분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 SonTek사의 River Surveyer M9이 사용되었으며 특징은 저수심과 고수심에 사용하도록 설계되었고 수심측정기를 별도로 장착한 9개의 빔으로 구성되어있다(SonTek, 2010).
- 연구 대상하천인 강정천은 한라산 서쪽 능선에서 발원하여 남류하다가 좌안측으로 지방하천인 고지천, 궁산천을 합류한 후 도순동 녹나무 자생지를 지나 강정동 해안으로 유입되는 지방하천으로 동경 126°2 7' ~ 126°30', 북위 33°13' ~ 33°21' 사이에 위치한다.
- 표면영상유속계(SIV)의 적용을 위한 표면유출 영상은 휴대용 캠코더인 SAMSUNG HMX-S16BD 기종을 사용하였다. 제주도 상시하천인 강정천은 Fig.
이론/모형
- 9와 같다. 년도별 평균 유속분포 범위를 분석하는 과정에서 ADCP의 순간적인 유속변화의 불확실성을 제거하기 위해 관측 자료의 년도별로 필터링 작업을 실시하고 표면유속과 최대유속의 관계를 Chiu-2차원 유속분포식에 적용하였다.
- , 2013). 표면영상유속계는 초기에 LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) 명칭이 사용되었으나 본 연구에서는 분석영역 내에 입자(Particle)가 없는 경우에도 분석이 가능하므로 SIV 라는 용어를 사용하였다.
- 하천단면측량은 SOKKIA사의 CX-105 모델을 이용하여 1 m 간격으로 정밀한 단면을 측량하였으며 유출량 계산 시 관측된 수위에 따라 AutoCAD를 활용하여 중간단면법으로 유출량을 산정하였다.
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