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[국내논문] 3차원 흐름해석을 통한 소하천 원격유량측정시설의 적정성 연구
Study on Appropriateness of a Remote Facility for Discharge Measurement in Small Stream by 3-Dimensional Flow Analysis 원문보기

한국수자원학회 2010년도 학술발표회, 2010 May 10, 2010년, pp.457 - 461  

김종찬 (K-water 충청지역본부) ,  홍기훈 (K-water 충청지역본부) ,  고재민 (K-water 충청지역본부) ,  김진민 (K-water 댐.유역관리처)

초록
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소하천에서의 효율적인 유량측정 수행을 위해서 K-water(한국수자원공사) 충청지역본부에서는 금강유역의 보청천 지류인 곰쟁이천에 원격유량측정시설 개념의 위어(weir)를 이용한 고정단면 시설물을 2006년도에 설치하였으며, 2007년부터 2009년까지 시설물 직하류에서 도섭을 통한 유량측정을 실시하였고 3차원 흐름해석 결과와의 비교를 통해 소하천 원격유량측정시설의 적정성을 분석하였다. 총 55회의 유량측정 성과를 이용하여 수위-유량 관계곡선식을 산정하였으며, FLOW-3D를 이용하여 3차원 흐름해석을 실시하였다. Francis 유량산정 공식인 Q=$1.84bH^{3/2}$을 통해 계산되는 수위별 유량, 유량측정 성과에 의한 수위-유량 관계곡선식, 그리고 FLOW-3D로부터 계산된 수위별 유량을 비교하였으며, 실측유량과 계산된 유량의 차이를 비교 검토하였다. 이러한 비교 검토를 통해 소유량 구간에 대해서는 원격유량측정시설의 적정성을 확인할 수 있었으며, 갈수시 미소유량이 흐르는 소하천에 위치한 지점에 대해서는 인력 및 비용이 많이 소요되는 도섭을 통한 직접 유량측정 수행보다는 검증된 유량측정시설(위어, 파샬플룸 등)을 통한 유량측정이 더욱 효과적인 것으로 판단되었다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 한국수자원공사(이하 “K-water”라 한다) 충청지역본부에서는 소하천에서의 유량측정 방법을 효율적으로 개선하기 위해서 금강유역의 보청천 지류이며 소하천인 곰쟁이천에 위어를 이용한 고정단면 시설물과 수위계를 2006년도에 설치하고 2007년부터 2009년까지 유량측정을 수행하였으며, 이러한 결과를 이용하여 소하천 유량측정 시설물의 적정성을 분석하였다.
  • 위어 형식의 고정단면에 기포식 수위계를 설치하였고 측정되는 수위는 K-water DB 서버에 저장될 수 있도록 CDMA 무선통신을 이용하였다. 그리고 위어를 통해 흐르는 하천의 수위에 따라 위어공식 또는 수위-유량 관계곡선식이 적용되어 유량이 산정될 수 있도록 시스템을 적용하였다.
  • 위어 형식의 고정단면에 기포식 수위계를 설치하였고 측정되는 수위는 K-water DB 서버에 저장될 수 있도록 CDMA 무선통신을 이용하였다. 그리고 위어를 통해 흐르는 하천의 수위에 따라 위어공식 또는 수위-유량 관계곡선식이 적용되어 유량이 산정될 수 있도록 시스템을 적용하였다. 또한 유량측정 시설물에 세가지의 오차저감 요소 도입을 통해 측정성과의 신뢰도 향상을 도모하였다.
  • 또한 유량측정 시설물에 세가지의 오차저감 요소 도입을 통해 측정성과의 신뢰도 향상을 도모하였다. 첫번째는 소유량(수위 0.4m～0.8m 구간), 중유량(수위 0.8m～1.1m 구간) 및 고유량(수위 1.1m～2.8m) 발생시 모두 측정이 가능하도록 합성위어의 개념을 도입하였고, 두번째는 검증된 경험식이 적용 가능하도록 칼날형(예연) 위어를 설치하였으며, 세번째는 고정단면 중간에 분리벽을 설치하여 단면수축 제거 및 구간간 영향제거 효과를 고려하였다. 이러한 오차저감 요소를 도입한 위어 시설물 설치, 실시간 무선통신을 적용한 수위 계측 및 유량 산정 등을 통해 소하천에서의 원격유량측정시설의 개념을 적용시킬 수 있었다.
  • 댐건설예정지에 대한 유량측정자료 확보 및 원격유량측정시설의 적정성을 검토하기 위해 시설물 직하류에서 2007년부터 2009년까지 프로펠러 유속계를 이용한 도섭법으로 총 69회의 유량측정을 수행하였으며, 이 중 소유량 구간 위어 상단에 해당하는 수위 0.4m를 초과하는 55회의 측정성과를 이용하여 표 1과 같이 수위-유량 관계곡선식을 산정하였다. 수위-유량 관계곡선식 산정시에는 K-water에서 개발한 HydroToolKit을 적용하였으며, 곡선식의 불확실도(ISO 1100-2:1998, 2Smr)는 3.
  • 소하천의 특성상 위어를 넘어서는 유량이 적으므로 계산유량의 오차를 최소화하기 위해서 흐름구간에 대한 격자를 조밀하게 생성시켰고(50만개, 격자크기 약 0.08m×0.06m×0.06m), 소유량 구간, 중유량 구간 및 고유량 구간별 모두 7가지 CASE를 모의하여 구간별 흐름특성을 파악하였다.
  • 위어에서의 3차원 흐름해석을 위하여 FLOW-3D를 적용하여 수위별 유량을 계산하였으며, 이를 수위-유량 관계곡선식 및 위어공식으로부터 산정된 수위별 유량과 비교 검토하였다. 소하천의 특성상 위어를 넘어서는 유량이 적으므로 계산유량의 오차를 최소화하기 위해서 흐름구간에 대한 격자를 조밀하게 생성시켰고(50만개, 격자크기 약 0.

이론/모형

  • 4m를 초과하는 55회의 측정성과를 이용하여 표 1과 같이 수위-유량 관계곡선식을 산정하였다. 수위-유량 관계곡선식 산정시에는 K-water에서 개발한 HydroToolKit을 적용하였으며, 곡선식의 불확실도(ISO 1100-2:1998, 2Smr)는 3.59%로 산정되었다.
  • 사각형 위어공식 (1)로부터 산정된 Francis 유량산정 공식 (2)를 적용하였으며, 오차저감 요소도입에 따라 단수축 수 n=0이므로 위어공식 (3)을 적용하였다. C는 유량계수, b는 흐름폭, H는 수위를 나타낸다.
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