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우리나라에서는 홍수기 유량조사에 전자파를 이용한 표면유속 측정이 일반적이다. 상대적으로 안전한 비접촉식 유량조사의 확대를 위해, 본 연구에서는 하천과 수로 등에서 표면유속을 평균유속으로 환산 하는 계수의 신뢰성을 조사하였다. 표면유속과 평균유속을 조사한 대상은 농업용 저수지 방수로, 자갈 하천 및 관개수로이고, 농업용 저수지를 대상으로는 용적량을 확인하였다. 조사 결과, 하상경사나 하상 재료에 따른 평균유속 환산계수는 0.61, 0.90, 0.52, 0.88 등으로 매우 다양하게 나타났다. 상기 결과는 하상재료의 특성에 따라, 조사지점마다 고유의 환산계수를 가지고 있음을 명확히 한다. 다시 말해, 정확한 유량조사는, 각 지점 고유의 환산계수를 알아야 가능하다는 것이다. 기후변화로 인한 물 관리의 중요성은 하루가 다르게 증가하고 있다. 하천 및 수로에 대한 정확한 유량은 향후 정량적인 수자원 관리의 필수 인자로 사용될 것이다.

Surface velocity measurement using electromagnetic waves is common in flood season discharge surveys in Korea. In order to expand the relatively safe non-contact discharge survey, this study investigated the reliability of the coefficient that converts surface velocity to mean velocity in rivers and waterways. Surface and mean velocity were investigated for agricultural reservoir spillways, gravel rivers, and irrigation canals, and the volumetric capacity of agricultural reservoirs was confirmed. As a result of the investigation, the mean velocity conversion coefficients according to the riverbed slope or riverbed material were very diverse, such as 0.61, 0.90, 0.52, and 0.88. The above result makes it clear that each investigation point has a unique conversion coefficient according to the characteristics of the bed material. In other words, accurate discharge investigation is possible by knowing the unique conversion factor to each point. The importance of water management due to climate change is increasing day by day. Accurate flow rate for rivers and waterways will be used as an essential factor for quantitative water resource management in the future.

예측할 수 없는 강우 패턴으로 인해 수자원 조사 시 지속적인 유속 모니터링은 많은 비용과 여러 어려움 을 가지고 있다. 이에 비교적 간편하고 안전성이 확보된 비접촉식 유속계를 활용하여 유량측정을 수행하 는 경우가 많아지고 있다. 하지만 일반적으로 사용되는 평균유속 환산계수 0.85 값을 일괄적으로 사용하 여 지역적 특성을 고려하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 농업용수를 공급하는 소규모 저수지 중 하상경사가 급한 1개 지점, 하상경사가 완만한 1개 지점, 총 2개 지점의 관개수로에서 2가지 타입의 유속계를 이용하여 관측하고 이를 통해 평균유속을 산정하고 연구 대상 저수지의 지점 특성을 고려한 환산계수를 산정하였다. 완만한 하상경사를 가진 쌍암저수지 관개수로의 경우 유속환산계수 값이 1.06으 로 나타났고 수심평균 유속인 V0.6이 표면유속보다 더 높게 측정되었다. 반면 비교적 급한 하상경사를 가진 한계저수지의 경우는 유속환산계수 값이 0.83으로 일반적으로 사용되는 유속환산계수(0.85)와 비슷 한 값으로 나타났다. 이를 통해 하상경사가 수로내 수심방향의 유속 특성에 지배적인 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

The continuous flow velocity monitoring has become a difficult and expensive task in hydrological survey due to unpredictable rainfall patterns. Therefore, the velocity measurements using a non-contact type flowmeter is more effective and easy to use. The generally used average velocity conversion factor 0.85 does not take into account the regional characteristics such as curves of a river, bed materials which consequentially affects the vertical flow characteristics. Therefore, considering the those characteristics of irrigation channels of two small reservoirs (Ssangam and Hangye reservoir), results showed that the gentle bed slope of irrigation channel of the Ssangam reservoir, has a velocity conversion factor of 1.06 and the depth-averaged velocity of V0.6, was measured to be higher compared to the surface velocity. On the other hand, velocity conversion factor of 0.83 was computed in case of Hangye reservoir with a relatively sharp bed slope, which is similar to the generally used velocity conversion factor of 0.85. This shows that the bed slope is the dominant factor in affecting the depth-wise velocity characteristics of a waterway.

In a case of computer simulation used for the verification of pneumatic system performance one of the main problems is that various parameters can be used to describe flow characteristics of the system components. The Standard ISO 6358 offers two parameters: the sonic conductance C and the critical static pressure ratio b, but the parameters can not be directly utilised in an analysis of a pneumatic system. In the standard analysis there is applied the airflow coefficient ${\mu}$, but it is not presented in the vendors' catalogues. In the paper the numerical algorithm for calculation of the airflow coefficient ${\mu}$. (which is required for computer simulation) as a function of sonic conductance C and a critical pressure ratio b (recommended by the standard) is presented. Additionally, because of the iterative character of the described algorithm, an artificial neural network approach to solve the problem is proposed.

Objective : The purpose of this study was to investigate the velocity conversion coefficient and invariance for the optimal phase ratio on the performance of the women's triple jump. Methods : Three-dimensional kinematic data were obtained from the three finalists of the women's triple jumper competition at the 2011 Daegu IAAF World Championships. Computer simulations were performed using the biomechanical model of the triple jump to optimize the phase ratio for the longest actual distance for all athletes with altered velocity conversion coefficients. Results : Top elite triple jumpers showed better technical consistency at the phase ratio. Also, no consistent relationship was observed between the loss in horizontal velocity and the gain in vertical velocity across supporting the three phase. In addition, regardless of the magnitude A1, all athletes were optimized with jump-dominated technique. Finally, as the magnitude of A1 increased, the athletes showed better performance. The obtained overall distance jumped showed the longest actual distance when the optimal phase ratio was transferred from hop-dominated to jump-dominated(the step ratio was 30%~31%), and when the optimal phase ratio was transferred from balanced to jump-dominated(the step ratio was 27%~29%). Conclusion : Future studies need to be conducted in order to explore the active landing motion and the inclination angle of the body with the velocity conversion coefficient simultaneously at each supporting phase.

최근 홍수기 유량측정방법은 기존 봉부자를 이용한 접촉식 측정방법에서 영상촬영, 레이더 등 첨단기술을 이용한 비접촉식 표면유속 측정방법으로 변화하고 있다. 비접촉식 측정방법은 각 기술마다 표면유속 측정방법의 차이가 있으나 평균유속환산계수를 적용하여 평균유속을 산정하는 공통적인 과정을 수행한다. 평균유속환산계수는 하천의 각 횡측선 수심-유속분포를 일반적인 분포로 가정하고 표면유속에 0.85를 곱하여 평균유속을 산정한다(Rantz, 1982). 그러나 하천의 측정위치 및 흐름특성에 따라 유속분포가 변화하기 때문에 국내외 많은 연구에서 환산계수의 범위를 0.72에서 1.72까지 제시한 바 있다. 따라서 환산계수 0.85의 일률적인 적용은 실제 유량과 측정 유량의 차이가 발생할 수 있어 측정조건의 적절한 환산계수 산정이 필요하다. 본 연구에서는 20년, 21년 금강의 지류인 봉황천에 위치한 금산군(황풍교) 관측소에서 전자파표면유속계를 이용해 측정한 표면유속과 ADCP를 이용하여 동시 측정한 평균유속의 비교를 통해 환산계수를 산정하였다. 또한 금강 본류의 금산군(제원대교) 관측소에서 저중수위에서 ADCP를 이용하여 측정한 평균유속 분포와 고수위에서 전자파표면유속계로 측정한 표면유속과의 경향성 검토를 통해 평균유속환산계수를 산정하였다. 본 연구에서는 지점의 평균유속환산계수를 단일 값으로 산정하였지만, 추후 하천 흐름특성의 변화를 고려한 평균유속환산계수 산정 기법 개발을 통해 보다 정확한 홍수량을 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

전자파표면유속계(Microwave Water Surface Current Meter)를 이용한 홍수기 유량측정은 교량과 같은 구조물을 이용하여 안전 및 측정위치의 흐름조건 등의 이유로 측정의 한계가 발생한다. 이런 문제점을 개선하기 위해 전자파표면유속계를 드론(Drone)과 결합하여 하천에서의 유량측정에 이용하였다. 전자파표면유속계는 비접촉식 유속측정 장비로 하천의 표면유속을 측정하고 유량산정을 위해 환산계수 0.85를 적용하여 평균유속을 산정하고 있다. 환산계수 0.85는 하천의 각 횡측선 수심-유속분포를 일반적인 분포로 가정하고 표면유속에 0.85를 곱하여 평균유속을 산정한다(Rantz, 1982). 그러나 하천의 측정위치 및 흐름특성에 따라 유속분포가 변화하기 때문에 국외 많은 연구에서 환산계수의 범위를 0.72에서 1.72까지 제시한 바 있다(Johnson and Cowen, 2017). 따라서 환산계수 0.85의 일률적인 적용은 부정확한 유량산정을 초래할 수 있어 측정위치에 적절한 환산계수 산정이 필요하다. 본 연구에서는 2020년 금강의 지류인 봉황천에 위치한 금산군(황풍교) 관측소에서 드론과 전자파표면유속계를 이용해 측정한 표면유속과 ADCP를 이용하여 동시 측정한 평균유속의 비교를 통해 환산계수를 산정하여 평균유속 산정의 정확도를 높이고자 하였다. 전자파표면유속계로 측정한 6개 성과 중 ADCP와 동시 측정한 4개의 성과를 분석하여 환산계수를 산정하였다. 측정성과별 측선수는 16~17개로 홍수터로 월류하여 비정상흐름이 발생한 측선은 제외하고 측선별 환산계수는 0.66에서 1.09의 범위로 나타났고, 성과별 환산계수의 평균치는 0.90에서 0.93 범위로 산정되었다. 환산계수가 일반적인 수치보다 높게 산정된 것은 측정위치 하류 약 600m에 위치한 콘크리트 고정보의 영향이 홍수 시 흐름의 수위-유속분포에 영향을 미쳐 높게 산정된 것으로 판단된다. 따라서 유량산정에 있어 환산계수는 4개 성과에서 산정된 환산계수의 평균치인 0.92를 적용하여 산정하였다.

소하천의 유속계측을 위해 가장 많이 사용되고 있는 표면영상유속계는 표면유속을 계측하는데, 계측된 표면유속을 이용하여 유량을 산정하기 위해서는 수심 평균유속으로 변환할 필요가 있다. 이때 평균-표면유속 환산계수가 주로 사용되는데, 적정 환산계수를 산정하기 위해서는 수심별로 유속을 직접 계측하고 계측된 유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 사용한다. 그러나 소하천은 홍수시 유속이 매우 빨라 물속에 직접 들어가는 것이 어렵고 장비를 이용하여 간접적인 방법으로 계측을 한다고 하더라도 소류사와 유송잡물 등으로 계측기가 파손되어 직접 계측에는 한계가 있다. 또한 직선구간 확보나 식생 등으로 부자를 이용한 계측도 어려워 계측 결과를 이용하여 환산계수를 산정하는 방법은 한계가 있다. 이런 이유로 대부분은 USGS가 제시한 0.85 ~ 0.95 범위 값 중에서 현장 여건을 고려하여 최적값을 결정·사용하고 있다. 본 연구에서는 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 표면영상유속계를 이용하여 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 개발하였다. 개발한 방법을 정량적으로 평가하기 위하여 건설기술연구원의 안동 하천실험시설에서 표면영상유속계로 수심상승에 따른 횡방향 유속분포를 계측하고 수위가 완전히 상승한 이후의 안정된 흐름 조건에서 플로우트래커를 이용하여 수심별 횡방향 유속분포를 계측하여 두 계측결과를 1:1로 비교하였다. 비교 결과 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포와 플로우트래커로 계측한 수심-유속분포 결과는 유사한 분포를 보이는 것으로 나타나 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 것이 가능하다는 결론을 도출하였다. 본 연구에서는 개발한 평균-표면유속 환산계수 산정방법의 적용성을 검토하기 위하여 표면영상유속계가 설치된 5개 시범소하천에서 7년(2016~2022)간 계측한 수심별 표면유속 자료를 수집하고 이 결과를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하였다. 산정결과 대부분 USGS가 제시한 범위내의 값을 보이는 것으로 나타나 향후 본 연구의 개발 방법을 평균-표면유속 환산계수 산정에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 개발한 환산계수 산정방법은 향후 보다 많은 수리실험과 현장실험 등으로 정밀검증을 수행한다면 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 간편하면서도 적용성이 큰 신기술 확보가 가능할 것으로 기대된다.

하천유량 측정방법 중 표면유속을 측정하는 방법은 수표면의 유속만을 측정하기 때문에 평균 유속을 산정하기 위해서는 평균유속 환산계수를 적용해야 한다. 일반적으로 표면유속을 평균유속으로 산정하기 위하여 이론 및 실험을 통해 제시된 환산계수는 0.84~0.95의 범위에서 현장 여건을 고려하여 적용하도록 되어 있다. 환산계수는 현장에서 수위별(또는 유량별) 직접 유속분포를 측정하여 산정해야 한다. 그러나 표면유속 측정이 주로 이루어지는 홍수사상에서는 유속이 빠르기 때문에 유속분포를 측정하고 분석하는 것이 어려우 국내에서는 0.85를 환산계수로 사용하고 있다. 본 연구에서는 2016~2017년 국토교통부 수문조사사업을 통해 8개 수위관측소에서 전자파표면유속계(MU2720)로 측정된 40개의 자료와 Price AA, ADCP, 부자 등을 이용하여 측정된 자료 기반으로 개발된 수위-유량관계곡선식을 이용하여 표면유속을 평균유속으로 산정하기 위한 환산계수(환산계수 = 수위-유량관계곡선의 유량 / 표면유속으로 산정한 유량)를 검토하였다. 또한 전자파표면유속계와 비교 유속계로 동시에 측정한 3개의 자료를 이용하여 환산계수를 직접 검토하였다. 여기서 표면유속 및 평균유속은 한 측선의 유속이 아닌 전체 단면에 대한 평균유속이다. 그 결과 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위한 환산계수는 수위-유량관계곡선식을 이용한 경우 0.76~0.95(평균 0.85, 표준편차 0.04)로 산정되었다. 또한 비교 유속계와 동시에 측정한 3개 자료에 대해 환산계수를 산정한 결과 평균 0.85(0.82~0.91)로 산정되었다. 본 연구의 결과는 기존에 제시된 환산계수의 범위와 크게 다르지 않았으며, 일반적으로 환산계수로 사용되는 0.85의 값은 해당 지점의 유속분포 정보가 없을 때에는 유효할 것으로 판단된다.

홍수기 유량측정시 안전성을 이유로 비접촉식인 전자파 표면유속계의 활용도가 증가하고 있다. 전자파 표면유속계는 기존의 수심에 따라 유속을 측정하는 방법과 달리 표면유속을 대표유속으로 측정하는 장비로 평균유속을 산정하기 위해서는 환산 보정계수를 산정하여 유속을 보정해야 한다. 국제표준화기구(ISO 748)에 따르면 표면유속 측정 시 보정계수는 0.84~0.90으로 권장하고 있으며 국내에서는 통상적으로 표면유속 측정시에는 0.85를 일괄 적용하고 있다. 이에 본 연구에서는 초음파 유속계인 ADCP(Acoustic Doppler Current Profile)로 측정된 평균유속 자료를 활용하여 전자파 표면유속계에서 측정된 표면유속 자료와 비교 검토하였고, 검토된 자료를 이용하여 대상지점의 수리특성을 반영한 보정계수를 산정하였다. 이러한 결과는 하천에서 전자파 표면유속계를 이용할 경우 평균유속 환산 보정계수를 산정하는데 큰 도움이 될 것으로 판단된다.