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전자파표면유속계의 측정 각도에 따른 평수기 유속 측정 정확도 분석
Accuracy evaluation of microwave water surface current meter for measurement angles in middle flow condition 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.53 no.1, 2020년, pp.15 - 27  

손근수 (단국대학교 토목환경공학과) ,  김동수 (단국대학교 토목환경공학과) ,  김경동 (단국대학교 토목환경공학과) ,  김종민 (한국건설기술연구원 하천연구센터)

초록
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하천 유량관측은 수자원의 관리를 위해 활용되는 기초적이고 대표적인 자료로 하천에서 정확한 유량을 관측하는 것은 중요하다. 따라서 최근에는 다양한 첨단 장비들이 개발되어 전통적인 하천의 유량관측을 대체하거나 보완하고 있다. 여러 최신 장비들 중 전자파표면유속계는 홍수기와 같이 하천에 접근하여 직접유량계측이 위험하고 정확도 확보가 어려울 경우전자파를 이용하여 비접촉식으로 유량을 계측하는 장비로 홍수기 및 평갈수기에도 하천 유량계측에 활용되기 시작하였다. 전자파표면유속계는 사용법이 간단하고 간접적으로 유속을 측정하기 때문에 기존의 직접측정 방법에 비해 안전한 장점이 있어 현재 국내에서는 홍수기 또는 접근이 어려운 하천의 유속 측정을 위해 사용되고 있다. 국내에서는 1993년 유량측정 장치 개발을 위해 전자파표면유속계(MWSCM; Microwave Water Surface Current Meter)를 개발을 연구를 수행하였고, 최근에는 국내에서 개발된 전자파표면유속계을 활용하여 유량측정을 위해 사용되고 있다. 하지만 국내에서 개발된 전자파표면유속계가 실제 하천에서 유속측정의 정확도에 대한 연구는 부족한 실정이다. 전자파표면유속계는 기기로부터 전자파를 이용해 유속을 측정하기 때문에 수직각과 편각과 같은 각도 변화에 따라 측정정확도가 바뀔 수 있고, 전자파표면유속계 본체에서 발사되는 전자파의 측정영역에 따라 유속측정에 오차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내에서 개발 전자파표면유속계의 측정정확도를 분석하기 위해서 실제하천과 유사한 실규모 하천수로에서 수직각과 편각을 변화시키며 측정을 수행하여 수직각과 편각에 변화에 따른 유속측정 정확도를 분석하였다. 그리고 전자파표면유속계의 측정영역의 고려를 통해서 측정영역에 따른 유속측정결과를 분석하였다. 유속측정 결과를 통해서 수직각 15° 이하에서는 유속측정의 오차가 커지게 되는 것으로 나타났고, 편각이 커질수록 유속측정의 결과의 변동계수가 커지는 것으로 나타났다. 그리고 편각에 따른 오차의 영향은 전자파표면유속계의 측정영역에 따라 결과가 달라지는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Streamflow discharge as a fundamental riverine quantity plays a crucial role in water resources management, thereby requiring accurate in-situ measurement. Recent advances in instrumentations for the streamflow discharge measurement has complemented or substituted classical devices and methods. Amon...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 국내에서 개발된 Mutronics사의 전자파표면 유속계(Microwave Water Surface Current Meter (MWSCM),Mutronics, 2011)를 활용하여 표면유속 약 0.5 m/s∼1 m/s의자연하천과 유사한 대략 폭 6 m, 수심 0.8 m 내외의 소하천 규모의 한국건설기술연구원 안동 하천실험센터 직선하천에서 장비 측정 시 수반되는 수직각(Tilt angle) 및 편각(Yaw angle)에 따른 유속을 측정하여 직접측정 결과와 비교하여 관측 조건에 따른 오차를 제시하고자 한다. 전자파표면유속계의 측정정확도를 분석하기 위해 동일한 횡단면에서 정밀한 유속측정이 가능한 micro-ADV를 이용한 단면전체에 상세한 유속을 측정하였고, 동일한 측선에 대해서는 연직유속분포를 외삽하여 표면유속을 산정하여 전자파표면유속계의 측정값과 비교하였다.

가설 설정

  • 전자파표면유속계의 측정방법은 매우 간단하지만 측정정확도의 검증을 위해서 측정위치에 정확한 조준이 필요하다. 실제 현장 측정 시에는 조준에 의한 오차나 불확도가 실제 유속측정의 영향을 미칠 수 있으나, 본 연구에서는 전자파표면유속계를 측정지점에 정확하기 조준하기 위해 레이저포인터를 안테나방향지시기에 부착하여 측정을 수행하여 조준에 의한 오차나 불확도는 없다고 가정하고 실험을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전자파표면유속계의 장점은? 여러 최신 장비들 중 전자파표면유속계는 홍수기와 같이 하천에 접근하여 직접유량계측이 위험하고 정확도 확보가 어려울 경우전자파를 이용하여 비접촉식으로 유량을 계측하는 장비로 홍수기 및 평갈수기에도 하천 유량계측에 활용되기 시작하였다. 전자파표면유속계는 사용법이 간단하고 간접적으로 유속을 측정하기 때문에 기존의 직접측정 방법에 비해 안전한 장점이 있어 현재 국내에서는 홍수기 또는 접근이 어려운 하천의 유속 측정을 위해 사용되고 있다. 국내에서는 1993년 유량측정 장치 개발을 위해 전자파표면유속계(MWSCM; Microwave Water Surface Current Meter)를 개발을 연구를 수행하였고, 최근에는 국내에서 개발된 전자파표면유속계을 활용하여 유량측정을 위해 사용되고 있다.
하천 유량관측은 무엇인가? 하천 유량관측은 수자원의 관리를 위해 활용되는 기초적이고 대표적인 자료로 하천에서 정확한 유량을 관측하는 것은 중요하다. 따라서 최근에는 다양한 첨단 장비들이 개발되어 전통적인 하천의 유량관측을 대체하거나 보완하고 있다.
국내의 하천 유량 관측 현황은? 하천 유량 관측은 수자원의 지속적인 관리를 위해 매우 중요하다. 최근 국내에서는 유량관측을 위해 국가하천을 대상으로 2006년부터 초음파 방식의 자동유량측정시설을 도입하기 시작하여, 현재 63개소로 확장하여 유량 조사를 수행하고 있다. 하지만 지방하천과 소하천과 같이 자동유량측정장치가 설치되지 못한 유량관측 지점은 자동유량측정장치의 부재로 인해 국내의 연구기관이나 대학교에서 용역의 형태로 주기적으로 유량관측을 수행하고 있어 측정자에 따라 유량측정의 품질 차이가 발생할 수 있다. 유량측정의 일반적인 방법은 평수기에는 초음파지점유속계(FlowTracker) 또는 전자식 유속계(Electromagnetic velocimeter)와 같은 지점유속계를 이용하여 측정인원이 도섭법을 통해 유량측정을 수행하거나 최근에는 초음파도플러유속계(ADCP)를 활용한 횡단측정을 통해 유량을 산정하고 있다(Szupiany et al.
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