수요물산책 유량관측의자동화및개선 ... -...

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수요물산책수요물산책

유량관측의유량관측의 자동화자동화 및및 개선방향개선방향

2007. 9. 19.2007. 9. 19.

하천정보센터하천정보센터 연구사연구사 이민호이민호

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1.1. 자동화자동화 목적목적

2.2. 자동유량측정이란자동유량측정이란

3.3. 국내외국내외 동향동향 및및 설치사례설치사례

4.4. 유량산정유량산정 및및 검증검증

5.5. 문제점문제점 및및 개선방향개선방향

6.6. 기대효과기대효과

발발 표표 순순 서서

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üü 유량이란유량이란 어느어느 시간시간 동안동안 하천단면을하천단면을 흘러가는흘러가는 물의물의 양으로써양으로써, ,

유량측정자료는유량측정자료는 홍수예보홍수예보, , 물물 관리관리 업무업무 등에등에 활용활용

üü 인력으로인력으로 측정하기측정하기 어려운어려운 지점지점에서에서 기계를기계를 이용한이용한 신속한신속한 유량측정유량측정

üü 배수영향배수영향, , 조석의조석의 영향영향을을 받는받는 곳에서의곳에서의 유량측정유량측정

üü 유속과유속과 유량의유량의 실시간실시간 연속측정연속측정

üü 무인무인·· 자동자동·· 연속연속·· 정밀측정정밀측정

1. 1. 목목 적적

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2. . 자동유량측정이란자동유량측정이란




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2. 자동유량측정이란

2.1 2.1 유량측정유량측정 구분구분

수동측정수동측정

자동측정자동측정

저수기저수기

평수기평수기

홍수기홍수기

항항 상상

도도 섭섭 법법

보트이용법보트이용법

교량이용법교량이용법

고고 정정 식식

연직이동식연직이동식

연직회전식연직회전식

원판회전식원판회전식

유속계유속계

ADP, ADCPADP, ADCP

부부 자자

UVMUVM**

ADVMADVM****

측정방식측정방식 측정시기측정시기 측정방법측정방법 측정장비측정장비

경경 사사 식식

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2. 자동유량측정이란

2.2 2.2 자동자동 유량측정유량측정 장비장비 및및 측정원리측정원리

이동시간차 방식(UVM)Ultra Sonic Velocity Meter

Accusonic(Flowmeter), Hydrovision(FluviusTT)

도플러 방식(ADVM)Acoustic Doppler Velocity Meter

RDI(ADCP),SonTek(ADV)




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2. . 자동유량측정이란자동유량측정이란

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üü 해외해외 사례사례

üü UVM, ADVMUVM, ADVM의의 특성을특성을 고려하여고려하여 적절히적절히 사용사용

üü 나라마다나라마다 유출특성이유출특성이 다름다름

-일본(UVM, ADVM)

-중국(ADVM)

-인도(ADVM)

-미국(ADVM)

3. 3. 국내외국내외 동향동향




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üü 국내국내 사례사례

üü UVMUVM이이 ADVMADVM보다보다 먼저먼저 도입도입

üü 관수로관수로, , 소규모소규모 농수로농수로, , 자연하천자연하천, , 대하천대하천, , 감조하천으로감조하천으로 확대적용확대적용

- 청미천 시험하천(한국건설기술연구원, 2002년) : UVM

- 여주대교(한국건설기술연구원, 2003년) : UVM

- 괴산댐(한국건설기술연구원 ※프론티어사업, 2004년) : UVM

- 진동(한국수자원공사, 2004) : ADVM

- 한강대교(한국건설기술연구원, 2005) : ADVM

- 고령교(수자원공사, 2005) : ADVM

- 중랑교(한국건설기술연구원, 2006) : ADVM, UVM

- 통일대교(한국건설기술연구원, 2006) : ADVM

- 팽성대교, 규암(유량조사사업단, 2007) : ADVM

- 적성(유량조사사업단, 2007) : UVM

3. 3. 국내외국내외 동향동향

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3. 3. 국내외국내외 설치사례설치사례

single path system

3 layers

path length 580 m

3.1 3.1 일본일본((도네가와도네가와, UVM), UVM)




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Taifun 08.-12.10.2004 Tonegawa

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

08.10.200400:00

08.10.200412:00

09.10.200400:00

09.10.200412:00

10.10.200400:00

10.10.200412:00

11.10.200400:00

11.10.200412:00

12.10.200400:00

12.10.200412:00

13.10.200400:00

Vel

ocity

in m

/s

Velocity Layer 1 Velocity Layer 2 Velocity Layer 3

Taifun 08.-12.10.2004 Tonegawa

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

2004-10-080:00

2004-10-0812:00

2004-10-090:00

2004-10-0912:00

2004-10-100:00

2004-10-1012:00

2004-10-110:00

2004-10-1112:00

2004-10-120:00

2004-10-1212:00

2004-10-130:00

Wat

er L

evel

YP

in m

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Dis

char

ge in

m³/s

Water Level Discharge

ü 일본(도네가와, UVM)

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responder system / 3 layers / path length 381 m

Main House Responder

90°

C

A

B

D

◎Responder

◎Flow Meter

3.1 3.1 일본일본((사와라가와사와라가와, UVM), UVM)




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Taifun 08.-12.10.2004 Sawara

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

08.10.200400:00

08.10.200412:00

09.10.200400:00

09.10.200412:00

10.10.200400:00

10.10.200412:00

11.10.200400:00

11.10.200412:00

12.10.200400:00

12.10.200412:00

13.10.200400:00

Wat

er L

evel

YP

in m

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Dis

char

ge in

m³/s

Water Level Discharge

ü 일본(사와라가와, UVM)

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연직이동식+연직회전식

감조하천에 설치

격자구성, 격자유속으로부터 유량산정

3.1 3.1 일본일본((관동전력관동전력((주주), ADVM)), ADVM)




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고정식고정식

감조하천감조하천

HH--ADCP softwareADCP software로로 유량산정유량산정

3.2 중국(Yangtze River near Three Gorges, Shanghi, ADVM)

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0

100 00

200 00

300 00

400 00

500 00

600 00

700 00

2004 - 8 - 310 : 00

2004 - 9 - 100 : 00

2004 - 9 - 2 00 : 00

时间

流量（

m3 /s） H- ADCP监

流量测面断实测

流量




9

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3. 3. 국내외국내외 설치현황설치현황

고정식

농업용 수로에 설치

H-ADCP software로 유량산정

3.3 3.3 인도인도((AngooriAngoori BarrageBarrage, ADVM), ADVM)

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0

5

10

15

20

25

30

9:36 10:19 11:02 11:45 12:28 13:12

Time

Flow

rate

(m/s

^3)

H-ADCP (line)StreamPro ADCP (dots)




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고정식

소규모 농업용 수로에 설치

H-ADCP software를 이용한 유량산정

3.4 3.4 미국미국((캘리포니아캘리포니아, ADVM), ADVM)

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0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

12:00 13:12 14:24 15:36 16:48Time

Flow

rate

(m^3

/s)

H-ADCP (line)StreamPro ADCP (dots)




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시험장비

설치지점

3단계 여주대교

1 • 2단계 청미천유역

4 • 5단계 한강대교

3.5 3.5 국내국내((한강유역한강유역 수자원시험장비의수자원시험장비의 설치설치 및및 운영운영2~52~5단계단계))


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3.5 3.5 국내국내(2006(2006년도년도 자동유량측정설치사업자동유량측정설치사업))




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3.5 3.5 국내국내((한강대교한강대교, ADVM), ADVM)

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유량정보화면유량정보화면(Discharge Information)(Discharge Information) 앙상블정보화면앙상블정보화면(Ensemble Information)(Ensemble Information)


üü 모니터링모니터링 시스템시스템

RADARSRADARS(Real(Real--time Automatic Discharge Acquisition & Remotetime Automatic Discharge Acquisition & Remote--control System)control System)

실시간실시간 수위수위 및및 유량유량 검색검색, , 센서의센서의 회전수회전수 및및 측정조건측정조건 모니터링모니터링




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4. . 유량산정유량산정 및및 검증검증

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4. 유량산정유량산정 및및 검검증증

546

55 2dbbvQ

−

=

4.1 4.1 유량산정유량산정 방법방법

üü 면적유속법면적유속법(area velocity method)(area velocity method)

-- 중간단면방법중간단면방법(midsection method)(midsection method)

-- 평균단면방법평균단면방법(mean section method)(mean section method)

( )566565

65 22bbddvvQ −

+

+

=−




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üü 수심수심--유속적분법유속적분법(depth(depth--velocity integration method)velocity integration method)

BdvQ ii ∆⋅⋅= ∑

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üü 등속선법등속선법(velocity(velocity--contour method)contour method)

AvQ ∆⋅= ∑




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+= kjkj uuu ,max, ˆ


üü 지표유속법지표유속법(Index velocity method)(Index velocity method)

üü 유속유속 분포분포

üü 엔트로피엔트로피 유속유속 분포이론분포이론

maxcAuQ =

)1exp()1( +−−= ZYYZ jj βξ β

jjz

z

By

Yh

Zδεδ

δ+

=++

= ,

30


4.2 H4.2 H--ADCP ADCP 유량산정법유량산정법

HH--ADCP software ADCP software 원리원리

고정식고정식

단면자료단면자료 수동입력수동입력

일부구간일부구간 측정측정

지표유속법지표유속법

Y

Z

Cell 1Cell M

H-ADCP

HZadcp

yi

zi

Yadcp Y1

0 Yj,Zj

z1 ( yN,zN)

AcousticBeam

Mean FlowDirectionX

Y

H-ADCP

0

ChannelBank

ChannelBank




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31


4.2 4.2 회전식회전식 ADVMADVM유량산정유량산정

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

y (m)

-10

0

10

z (

EL.m

)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

y (m)

-10

0

10

z (

EL.m

)

남단남단 : : 역방향역방향 흐름흐름 북단북단 : : 역방향역방향 흐름흐름

남단남단 : : 순방향순방향 흐름흐름 북단북단 : : 순방향순방향 흐름흐름

유효유속유효유속(filtering)(filtering)

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무차원무차원 유속분포유속분포++실측실측 유속유속 →원점→원점 회귀분석회귀분석 →→ 최대유속최대유속

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

y (m)

-10

0

10

z (

EL.m

)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

y (m)

-10

0

10

z (

EL.m

)

남단남단 : : 역방향역방향 흐름흐름 북단북단 : : 역방향역방향 흐름흐름

남단남단 : : 순방향순방향 흐름흐름 북단북단 : : 순방향순방향 흐름흐름

4.2 4.2 회전식회전식 ADVMADVM유량산정유량산정




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4.3 4.3 수동수동 유량측정을유량측정을 통한통한 검증검증

üü 이동식이동식 초음파유량계초음파유량계(ADCP)(ADCP)를를 이용이용

üü 남단과남단과 북단북단 수동수동 유량측정유량측정

남단남단 측정측정 북단북단 측정측정

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4.4 4.4 유량검증유량검증 및및 분석분석

üü 자동자동 유량측정유량측정 성과성과(2006(2006년년 44월월))

üü 유량측정유량측정 성과성과(2006(2006년년 44월월 44일일))




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35



üü 자동자동 유량측정유량측정 성과성과(2006(2006년년 44월월 1414일일))


36



üü 자동자동 유량측정유량측정 성과성과(2006(2006년년 1111월월))





19

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üü 자동자동 유량측정유량측정 성과성과(2006(2006년년 1111월월 21~2321~23일일))

üü 고조위고조위 : : 순방향순방향 흐름과흐름과 역방향역방향 흐름이흐름이 반복반복

•• 수위상승수위상승 : : 역방향역방향 흐름흐름, (, (--))유량유량

•• 수위하강수위하강 : : 순방향순방향 흐름흐름, (+), (+)유량유량

•• 수위정점수위정점 : : 흐름정체흐름정체, , 혼합혼합

üü 저조위저조위 : : 노들섬을노들섬을 중심으로중심으로 순환하는순환하는 흐름흐름

•• 남단남단 : : 순방향순방향 흐름흐름, (+), (+)유량유량

•• 북단북단 : : 역방향역방향 흐름흐름, (, (--))유량유량

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4.4 4.4 유량검증유량검증 및및 분석분석((유출량유출량 검토검토))




20

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4.5 4.5 수위유량관계곡선과수위유량관계곡선과 비교비교

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5. . 문제점문제점 및및 개선방향개선방향

üü 제한된제한된 측정조건측정조건 : : 수심확보수심확보, , 유속확보유속확보, , 공기방울공기방울

→→ 하구의하구의 감조구간감조구간 또는또는 배수영향을배수영향을 받는받는 지점지점 위주로위주로 설치설치

→→ 상류상류 지점은지점은 수동유량측정수동유량측정

→→ 댐댐 직하류에는직하류에는 공기방울로공기방울로 인한인한 적용곤란적용곤란

→→ 설치위치의설치위치의 제한제한((교각교각, , 하폭하폭 등등))

üü 수동유량측정과수동유량측정과 병행하여병행하여 지속적인지속적인 유량검증유량검증 및및 단면자료단면자료 갱신갱신 필요필요

üü 장비의장비의 유지관리유지관리 측면측면

→→ 수중모터수중모터, , 끼임방지장치끼임방지장치, , 통신장비통신장비 등의등의 정기정검정기정검 필요필요

→→ 회전식회전식 및및 이동식보다이동식보다 고정식이고정식이 유리유리((고장↓고장↓, , 가격↓가격↓, , 유지관리↑유지관리↑))

ü 불규칙한불규칙한 단면에서의단면에서의 유량산정유량산정

→→ 지표유속법의지표유속법의 유속분포유속분포(?)(?)

üü UVM, ADVMUVM, ADVM의의 장비장비 특성을특성을 고려하여고려하여 지점선정지점선정 및및 설치방식설치방식 선정선정




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6. . 기대효과기대효과

üü 짧은짧은 시간에시간에 유량변동이유량변동이 큰큰 감조하천에서감조하천에서 역류역류, , 순류하는순류하는 유량측정유량측정

üü 유량측정시간유량측정시간 대폭대폭 단축단축(1~3(1~3시간시간 →→ 1010분분))

üü 유량조사원의유량조사원의 안전사고안전사고 방지방지

üü 수위수위, , 우량관측소와우량관측소와 같은같은 유량관측소유량관측소 운영운영 가능가능

üü 연속자료연속자료 확보를확보를 통한통한 이수이수 및및 치수업무에치수업무에 활용활용

44

감사합니다.감사합니다.




수요물산책 유량관측의자동화및개선 ... -...

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