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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 신뢰가 높고 객관성이 확보된 유량자료를 확보하기 위해 공주지점을 대상으로 수위 자료와 조도계수를 추정하는 기법을 활용하여 실측값에 근사한 유량을 연속적으로 획득할 수 있는 방안을 마련하고자 한다.
제안 방법
- 1. 수위자료 등 기본적인 수리학적 정보를 활용하여 유량을 산정하는 시스템을 구축하기 위한 프로그램을 개발하여 자연하천 유량자료의 연속적인 획득이 가능토록 하였다.
- 공주 TM수위표 지점을 기준으로 유량측정하기에 적합한 지점을 선정하기 위하여 현지답사를 실시하였으며, 선정된 유량측정 단면에 대한 종.횡단 측량을 실시하였다.
- 단면조도계수를 이용한 유량산정을 위해서 각 단면에 설치된 수위계를 통하여 얻은 수위자료를 이용하여 수면 경사를 산정하였다. 유량산정시 분석대상지역을 6개구간으로 구분한 결과 유량의 변화에 따라 조도 계수를 추정하였다.
- 활용하면 연속수위에 따른 유량자료를 확보할 수 있다. 또한 공주 T/M 수위관측소의 수위-유량관계식에 의한 환산 유량과 모의유량 결과와 비교하였다. 그림에서 보는 바와 같이 수문곡선의 상승부와 하강부의 증가 또는 감소하는 비율이 실제 자연하천이 Loop 형태의 유량임을 감안한다면 타당한 결과라고 판단된다.
- 그림 2에서와 같이 단면 1과 단면 4에는 독일 OTT의 기포식 압력수위계(Orphimedes)를 설치하여 매시간 간격으로 수위를 측정하였으며, 단면 2와 단면 3에는 간이 수위표를 설치하여 보조수위표로 이용할 수 있게 하였다. 또한 기포식 압력수위계의 영점 및 간위수위표의 영점에 대한 표고값을 수준측량을 통하여 정하여 수위의 독치를 표고값으로 환산하여 그 수면경사를 계산할 수 있도록 하였다. 각 단면에 설치된 수위계의 영점표고는 1단면 EL.
- 측량 결과는 그림 3과 같다. 또한 선정구간에서 하도의 형상 및 하천의 경사를 살펴보기 위해 하천의 종단 측량을 좌우안에서 각각 실시하였다. 하상의 상태는 전 구간에 걸쳐 잔자갈 및 모래가 주를 이루며 좌안은 일부 하천정비가 이루어 졌으며 우안은 모래언덕으로 유하폭은 하류부로 갈수록 완만하게 넓어진다.
- 본 연구에서 개발된 프로그램의 중요한 수리학적 특성인자는 수위정보와 단면의 조도계수이다. 수위 정보는 각 단면에 설치된 수위계를 통하여 얻을 수 있으나, 단면조도계수는 하상의 피복상태와 유량의 규모 등을 고려하여 적당한 값을 추정하여야 한다.
- 연구 대상구간인 공주지점의 유하폭은 약 80m전후이고 단면의 최저 수심이 약 2m이상으로 직접 도하에 의한 유량측정이 불가능하여 각 단면을 횡단하는 케이블을 설치하고 케이블을 따라 보트를 이용해 도하를 하며 유속을 측정하였다. 유속측정기기는 영국 Valport의 프로펠러식 하천유속계인 BFM-002를 사용하였으며 횡단구간을 약 8~ 12개의 구간으로 나누어 유속측정과 함께 수심을 측정하였다.
- 연속적 수위관측을 위하여 각 단면의 좌안 암반에 수위계를 설치하였다. 그림 2에서와 같이 단면 1과 단면 4에는 독일 OTT의 기포식 압력수위계(Orphimedes)를 설치하여 매시간 간격으로 수위를 측정하였으며, 단면 2와 단면 3에는 간이 수위표를 설치하여 보조수위표로 이용할 수 있게 하였다.
- 산정하였다. 유량산정시 분석대상지역을 6개구간으로 구분한 결과 유량의 변화에 따라 조도 계수를 추정하였다.
- 유속을 측정하였다. 유속측정기기는 영국 Valport의 프로펠러식 하천유속계인 BFM-002를 사용하였으며 횡단구간을 약 8~ 12개의 구간으로 나누어 유속측정과 함께 수심을 측정하였다. 유속측정은 3점법을 실시하는 것을 원칙으로 하였으며, 유속측정시 최소 3회 이상 측정하여 점 유속측정에 의한 오차를 최대한 줄이고자 하였다.
- 유속측정기기는 영국 Valport의 프로펠러식 하천유속계인 BFM-002를 사용하였으며 횡단구간을 약 8~ 12개의 구간으로 나누어 유속측정과 함께 수심을 측정하였다. 유속측정은 3점법을 실시하는 것을 원칙으로 하였으며, 유속측정시 최소 3회 이상 측정하여 점 유속측정에 의한 오차를 최대한 줄이고자 하였다. 유속측정자료를 바탕으로 유량환산은 중간단면법에 의한 방법을 사용하였다.
- 공주 TM수위표 지점을 기준으로 유량측정하기에 적합한 지점을 선정하기 위하여 현지답사를 실시하였으며, 선정된 유량측정 단면에 대한 종.횡단 측량을 실시하였다. 공주수위표의 상하류 하천을 따라 유수의 흐름이 안정적이며 수로의 형상이 직선에 가깝고 접근성이 용이한 곳을 우선적으로 선정하였으며, 하도의 폭이 비교적 짧아 유속측정이 수월한 곳을 선정하였다.
대상 데이터
- 횡단 측량을 실시하였다. 공주수위표의 상하류 하천을 따라 유수의 흐름이 안정적이며 수로의 형상이 직선에 가깝고 접근성이 용이한 곳을 우선적으로 선정하였으며, 하도의 폭이 비교적 짧아 유속측정이 수월한 곳을 선정하였다. 또한, 선정된 구간에서 150m 간격으로 4개의 유량측정 단면을 선정하였다.
- 공주수위표의 상하류 하천을 따라 유수의 흐름이 안정적이며 수로의 형상이 직선에 가깝고 접근성이 용이한 곳을 우선적으로 선정하였으며, 하도의 폭이 비교적 짧아 유속측정이 수월한 곳을 선정하였다. 또한, 선정된 구간에서 150m 간격으로 4개의 유량측정 단면을 선정하였다. 그림 2에서 보는 바와 같이 선정된 구간의 최상류 단면과 최하류 단면에는 기포식 수위계를 설치하여 연속적 수위관측을 실시하며, 중간의 두 단면에서는 수위표를 이용한 간이수위계를 설치하여 유량측정 시 보조수위표로 사용할 수 있게 하였다.
- 연구 대상지점인 공주지점에서의 유량측정은 수위의 변동을 고려하여 2003년부터 2004년까지 2년간 실시하였으며, 측정결과는 표 1과 같다. TM수위는 유량측정과 동일한 시각의 공주수위표의 TM수위에 의한 유량 환산 값이다.
데이터처리
- 유속측정자료를 바탕으로 유량환산은 중간단면법에 의한 방법을 사용하였다. 또한, 유속측정계의 정확도 검증을 위해 건설기술연구원의 유속계 검정을 실시하여 기계오차를 보정하였다.
- 그림 5은 유량의 증가에 따라 조도계수가 변화하는 경향을 반영한 그래프이다. 유량 실측시 신뢰도가 결여된다고 판단되는 두 번의 관측결과를 제외하고 플로팅한결과 그림에서는 보는 바와 2500cms를 기준으로 조도계수n1 = 0.06540°1316와 조도계수n2=0.4019Q-0・3260 인 2단계로 유량규모로 구분하여 R2 = 0.9이상의 높은 상관도를 가지는 단면조도계수 회귀식을 도출하였다.
이론/모형
- 유속측정은 3점법을 실시하는 것을 원칙으로 하였으며, 유속측정시 최소 3회 이상 측정하여 점 유속측정에 의한 오차를 최대한 줄이고자 하였다. 유속측정자료를 바탕으로 유량환산은 중간단면법에 의한 방법을 사용하였다. 또한, 유속측정계의 정확도 검증을 위해 건설기술연구원의 유속계 검정을 실시하여 기계오차를 보정하였다.
성능/효과
- 2. 관측된 유량과 추정된 조도계수를 이용하여 유량과 조도계수(n)와의 상관관계를 분석한 결과 2500cms를중심으로 n1 = 0.0654bn316와 n2 = 0.4019G"326°로 유량규모에 따른 단면조도계수의 회귀식을 도출하였다.
- 3. 공주 T/M 수위관측소의 수위-유량관계식에 의한 환산 유량과 개발된 프로그램을 적용할 경우와 비교한 결과 수문곡선의 상승부와 하강부의 증가 또는 감소하는 비율이 실제 자연하천이 Loop 형태의 유량임을감안한다면 타당한 결과라고 판단된다.
- 수위별로 도시한 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 본 연구에서 추정된 단면조도계수는 고수위일수록 감소하는 일반적인 자연하천의 변화양상을 나타내었다. 그림 5은 유량의 증가에 따라 조도계수가 변화하는 경향을 반영한 그래프이다.
- 그림에서 보는 바와 같이 본 연구에서 산정한 유량이 실측치에 근사한 값을 모의하는 것으로 나타났다. 또한, 측정을 실시한 0.4m~1.12m의 전 구간에 걸쳐 수위-유량곡선식 환산 유량값이 실측값에 비하여 과다하게 산정되었으나 홍수량이 커질수록 실측값에 근접하는 양상을 나타내었다.
- 5)을사용하였다. 본 연구대상 전 단면(1~4 단면)에서의 유량측정 (37.38 ~ 167.5 CMS) 이 비교적 잘 이루어졌으나, 연구대상 지점 인근에 있는 공주 T/M수위 관측소의 수위-유량관계식에 의해 산정된 유량(58.21 ~ 188.3 CMS)과는 매우 상당한 차이를 보였다. 이와 같이 연구 대상구간이 짧음에도 불구하고 연구대상지점과 공주 T/M수위 관측소의 수위-유량관계식에 이해 산정된 유량과 차이를 보이는 이유는 공주 T/M 수위 관측소 상류 100m 지점에 수리구조물이 있어 수위관측소의 유량측정이 이루어지는 공주대교 일부지점에 사수지역이 발생하여 이 지점에서 평갈수기시 유량측정이 제대로 이루어지지 못한 것으로 추정되어 공주 T/M수위 관측소의 평.
후속연구
- 4. 향후계획으로 자연하천에 있어서 실시간 유량 산정을 위한 사용자 위주의 편의시스템을 구축하여 공주 T/M수위 관측소와 같이 기존 수위-유량곡선식의 신뢰성을 판별함은 물론, 수문해석 및 유출분석에 활용하고자 한다.
- 대규모 홍수로 인한 첨두홍수량은 일반적으로 홍수빈도분석에 이용되며, 이는 종종 이상치로 나타나기도 하여 분석에 많은 어려움을 야기 시키기도 한다. 또한 하천의 홍수터 설계 등에 있어서 첨두홍수량이 실제 유량보다 크다면 홍수빈도분석 결과는 홍수량을 과대 추정하게 될 것이고 이에 따라 구조물은 과대설계가 될 것이다. 이렇듯 유량자료의 획득은 수자원분야에서 매우 중요한 일임에도 불구하고, 기존의 "실측에 의한 유량산정”으로는 신뢰도가 높은 유량자료를 얻는데 많은 어려움이 있다.
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