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부서명 방재연구실
게재연도 2017
논문집명 한국산학기술학회
논문명 저수지 관리를 위한 부유사량 산정 공식 개발
저자 윤현철, 안재찬, 김윤태
구분 학술대회
요약 하천에서 유수와 함께 이송하는 유사의 양을 정확하게 산정하는 것은 전통적인 하천설계 및 유지관리와 댐 퇴사량산출 등에는 물론 하천 오염원 추적 및 생물서식처 보전 등 하천 내 수환경 및 생태계 관리에도 중요하다. 총유사량 산정에 활용되는 통상적인 부유사의 농도 측정은 하천 임의의 단면에서 수심방향 평균 측정을 통해 단면 평균 유사농도를 측정한다. 그러나 이 방법은 직접적으로 부유사 농도를 구하는 일반적인 방법에 해당한다. 홍수 시 혹은 부정류가 발생할 때는 불규칙한 흐름이 형성되기 때문에 이러한 방법을 이용하여 산정된 부유사 데이터의 신뢰도는 그다지 높지 않은 것으로 알려져 있다. 우리나라에서는 이와 같은 데이터를 토대로 총유사량으로 환산하여 하상변동 분석 시에 수위-유량관계 곡선과 같은 유형으로 유량-유사량 관계식을 만들어 활용한다. 하지만 부유사량 측정은 유량 측정과 비교하여 상대적으로 빈도가 낮다. 유의미한 강우-유출 사항에 맞추어 유사량을 측정하는 것은 현실적으로 어려울 뿐만 아니라, 하폭이 큰 하천에서는 측정에 소요되는 시간이 길기 때문에 측정 시간 동안 균일한 부유사 농도가 유지하지 못하는 경우도 발생한다. 그래서 유역의 유량-유사량 관계식이 수립되어 있는 경우 이를 유역면적을 바탕으로 한 비유사량 개념을 통해 총유사량을 산정하고 있다. 이와 같은 방법은 주기적이면서 지속적인 유사량 측정이 어려운 상황을 전제로 지금까지 활용되고 있다. 결국 측정한 유사량에 대한 신뢰성을 확보하지 못한다면, 결국 하상변동 분석 결과도 전반적으로 부정확성 및 불확실성을 내포하게 된다. 이와 같은 현실적인 한계점의 대안으로 과거 연구자들은 이론적 혹은 경험적 공식에 따른 평균 유사농도를 산정하는 확률론에 바탕을 둔 수학적 모형을 제안한 바 있다. 국내에서는 유사량의 산정공식의 개발보다는 주로 기존에 개발된 공식을 활용해 왔다. 안정민 등 (2010)은 형산강 수계 최적 유사량 산정 공식 선정을 위해 HEC-6 내 수록된 공식들을 비교하여 통계적 특성치를 기준으로 유사량 공식들을 비교 하였다. 해외의 경우 Rouse (1937)는 부유사 농도 분포 공식을 개발하였고, Coleman (1986)은 유속분포에 대한 유사의 영향을 제안한 바있다. 또한 Chiu 등 (2000)은 엔트로피 개념을 활용하여 Rouse 공식을 수정하여 부유사 농도 분포식을 제안하였다. Cui와 Singh (2014)는 Tsallis 엔트로피 개념을 활용한 부유사 농도 분포 공식을 제안하였으나 비교적 낮은 농도 분포에서는 비교적 일치하지만 높은 농도분포에 대해서는 오차 범위가 크게 발생하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존의 공식들의 한계를 보완한 확률론적 접근법을 통한 엔트로피 개념을 이용하고, 기존 공식과 비교하여 최소한의 매개변수를 갖는 새로운 산정식을 개발하여 평균 유사농도를 산정하였다. 이 새로운 산정식의 적용결과는 사각단면 수로에서 기존에 수행된 정상흐름 조건 및 점진적 유사(D= 105 ㎛)공급을 통한 실험결과로 검증되었다. 산정된 평균 유사농도의 정확도는 RMSE 0.0004049로 측정값과 일치함을 나타내었다. 본 연구에서 제안하는, 부유사농도의 산정법은 하천 및 수자원분야에서 시간 및 비용 면에서 기존 방법에 비교하여 편리하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
핵심어
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