소하천 스마트 계측관리시스템의 표면-평균유속 환산계수 산정식 개발

Surface-Average Velocity Conversion Estimation Formula for Small Stream Smart Measurement and Management System

소하천은 유속이 빠르고 선형이 복잡해 홍수 발생 시 유량 계측이 어려운 한계 때문에 소하천 스마트 계측관리시스템과 같은 표면유속을 계측하는 비접촉식 계측 방법이 사용되고 있다. 이 방법들은 유량을 계측하기 위해 표면-평균유속 환산계수를 사용하여 표면유속을 평균유속으로 변환한다. 기존의 표면-평균유속 환산계수 산정 방법들은 수심에 따른 유속분포를 가정하거나 하상의 거칠기를 기반으로 한 단순화된 접근법을 사용하는데, 이들은 소하천의 수리학적 특성 및 하상의 조건에 따라 정확성이 떨어지는 문제가 있다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 소하천의 수리학적 특성을 반영한 새로운 표면-평균유속환산계수 산정식을 개발한다. 환산계수 산정식 개발을 위하여 급경사 인공하천 실험시설에서 다양한 유량 조건에 대한 수심별유속 분포와 이에 기반한 환산계수를 계측하였다. 새로운 산정식은 계측 환산계수 결과를 잘 재현하는 것으로 나타나 소하천 스마트 계측관리 시스템에 적용할 수 있으며, 이를 통해 보다 정확한 유량 계측이 가능할 것으로 기대된다. 향후, 개발한 산정식의 다양한 소하천 흐름 조건에 대한 적용성 검토 연구가 필요하다.

A noncontact measurement method is used for measuring surface velocities as small streams have fast flow velocities and complex channel shapes, making it difficult to measure flow discharges in the event of a flood. These measurement methods convert the surface velocity into average velocity using the surface-average flow velocity conversion coefficient. Existing methods for estimating surface-average flow velocity conversion coefficients assume a flow velocity distribution according to water depth or use a simplified approach based on the roughness of the channel bed, thereby suffering from poor accuracy depending on the hydraulic characteristics of small streams or bed conditions. To solve this problem, we developed a surface-average flow velocity conversion coefficient estimation formula that reflects the hydraulic characteristics of small streams. To develop the conversion coefficient estimation formula, the flow velocity distribution was measured by depth for various flow conditions at a steep artificial river experimental facility, and the conversion coefficient was based on these measurements. The new estimation formula aligned with the results of the measurement conversion coefficient; therefore, it can be applied to a small-stream smart measurement management system, which is expected to enable more accurate discharge measurements. In the future, research will be conducted on the applicability of the developed estimation formula under various small-stream flow conditions.