24. 유량측정방법

 

 

 

문제) 9. 부자에 의한 유량측정. 92-1
문제) 2. 하천유량관측소 설치장소와 유속에 의한 유량측정방법에 대해 설명하시오. 98-1
문제) 5. 하천규모 및 유량별 유량측정방법과 유량관측소의 위치선정에 대하여 설명하시오. 102-2
문제) 4. 홍수시 부자에 의한 유량측정 방법에 대하여 설명하시오. 105-3
문제) 5. 바람직한 유량관측소 위치선정과 하천규모(소·중·대하천) 및 유량규모(갈수·저수, 평수, 홍수)별 유량측정방법과 부자에 의한 유량측정법에 대하여 설명하시오.  113-3
문제) 4. 하천의 유량측정 방법으로 일반 유속계, 부자, 전자파 표면 유속계, 희석법, 위어에 의한 유량측정법, 기타 유량측정법이 있는데, 이중 기타 유량측정법에 대하여 설명하시오. 116-2

---

1. 유량측정방법

   ⑴ 유속에 의한 유량측정 : 유수단면적과 평균유속 측정치를 곱하여 구하는 방법

       (유속계법, 부자법, 전자파 표면유속계, (이동, 고정)초음파 유속계법)

   ⑵ 월류량공식에 의한 방법 : 수공구조물의 월류수심을 측정하여 월류량 공식으로부터 유량을 계산

       (위어 측정법)

   ⑶ 희석법 : 추적물질의 농도를 측정하여 유량을 계산하는 방법

   ⑷ 하천규모 및 유량별 유량측정 방법

하천규모	유량	유량측정방법
중·소하천	갈수·평수시	유속계법, 위어 측정법
	평수시	유속계법, 희석법
	홍수시	부자법
대하천	갈수·평수시	유속계법, 희석법, 이동 초음파 유속계법
	평수시	유속계법
	홍수시	부자법, 전자파 표면 유속계법

2. 일반 유속계에 의한 유량측정

   ⑴ 수심측정은 원칙적으로 동일 횡단선상을 왕복해서 2회 실시

   ⑵ 유속측정은 횡단선상의 각 측점에서 연속하여 2회 실시

   ⑶ 유속측선은 원칙적으로 연직면상에서 횡단방향으로 등간격이 되도록 선정

   ⑷ 소형유속계를 사용하면 수심 0.5m를 기준으로 수심이 작으면 1점법, 크면 2점법

     ① 1점법 : 연직방향 수면으로부터 수심의 60%

     ② 2점법 : 연직방향 수면으로부터 수심의 20%, 80%

   ⑸ 수심이 1m 이상 되는 곳에서는 3점법, 4점법 선정

     ① 3점법 : 연직방향 수면으로부터 수심의 20%, 60%, 80%

 

     ② 4점법 : 연직방향 수면으로부터 수심의 20%, 40%, 60%, 80%

   ⑹ 정밀측정의 경우 횡단방향으로 수류의 변화점을 조사해서 그 구분 내에서는 등간격으로 하고,

        전체적으로 볼 때에는 수심 또는 유속이 큰 곳은 조밀하게 측정하도록 유의

 

3. 부자에 의한 유량측정

   ⑴ 보조구간은 부자를 투하하는 위치에서 제1측정 단면까지의 구간이며 30m이상 선정

   ⑵ 측정구간(유하거리)은 제1측정단면에서 제2측정단면까지의 구간으로 50m이상 선정

   ⑶ 시준말뚝은 측정단면(1, 2)의 횡단선상에 있도록 설치, 하천 양안에 적어도 1개씩

   ⑷ 부자의 투입은 등간격을 원칙으로 하나, 홍수터 및 저수로가 명확하지 않고

        불연속으로 되어 있는 하천에서는 부등간격으로 하는 것이 정확도가 높아지는 경우도 있음

   ⑸ 부자의 종류는 막대부자와 표면부자가 있음

   ⑹ 유량관측 중에도 수위가 변화하는 경우가 있으므로

        관측 개시와 종료시에 제1횡단면도와 제2횡단면도에서의 수위를 동시에 읽어야 함

   ⑺ 홍수로 인하여 유량관측의 전후에 횡단면의 변화가 생겼을 때에는 각 구분 횡단면적에  큰 쪽의 단면적을 이용하는 것으로 함

   ⑻ 측정된 유속은 평균유속보다 빠르므로 유속환산을 위한 보정계수(0.85~0.96)를 곱하여 보정

4. 전자파 표면유속계에 의한 유량측정

   ⑴ 전자파 표면유속계는 하천의 표면유속을 비접촉식으로 손쉽게 유속 측정이 가능한 이동식 표면 유속 측정 장비

   ⑵ 장점은 물과 비접촉식이므로 인명피해의 위험성이 해결되며, 홍수시 떠내려오는 각종 부유물로부터 센서를 보호할 수 있음

   ⑶ 단점은 물 표면의 유속만을 측정하므로 물 속 임의지점의 유속을 알 수 없음

   ⑷ 유량측정은 상류방향을 향하여 측정하는 것이 정밀도가 좋음

5. 희석법에 의한 유량측정

   ⑴ 원리 : 주어진 양과 농도의 추적물질(NaCl, KCL)을 하천흐름에 주입

      ⇛ 완전한 혼합이 이루어진 하류지점에서의 농도를 측정

      ⇛ 질량보존법칙을 적용하여 유량을 결정

   ⑵ 적용 : 소하천 및 저수시의 일반하천에서 운반토석이나 얕은 수위 때문에 측정이 곤란한 경우

   ⑶ 방법

     ① 유량측정을 위하여 화학물질 또는 추적물질을 상류의 한 지점에서 주입

     ② 유하하면서 물과 완전히 혼합되었다고 생각되는 하류지점에서 시료수를 채취

     ③ 분석하여 농도를 측정함으로써 유량을 구하거나 물의 전도도를 측정해서 유량 산출

     ④ 방법 : 일정률 주입방법, 일시 주입방법

   ⑷ 일정률 주입방법

      ① 상류지점 (Q : 유량, C2  : 농도)에 추적물질(q : 주입량, C1 : 주입액 농도)을 주입한 후

           하류단에서 평형상태의 농도(Ce)를 측정하여 다음의 관계식으로 유량을 직접계산하는 방법

     ② 완전혼합, 정확한 농도측정이 필수적

   ⑸ 일시 주입방법

     ① 사용될 추적물질의 양이 많아 기술적, 경제적 측면에서 불리하거나 환경오염 등의 문제 발생시 적용

     ② 상류에서 추적물질(C(ppm) : 농도, V(㎥) : 주입량)을 일시에 주입

       ⇛ 하류에서 농도를 시간별로 측정하여 시간별 농도곡선을 그려 다음 식으로 유량계산 

 

6. 위어에 의한 유량측정 (수리학적 방법에 의한 유량측정방법)

   ⑴ 가장 이상적인 저수(低水)통제단면 : 급변류의 발생지점 혹은 단락부로써 흐름이 상류에서 사류로 변화되면서 한계수심을 통과하는 단면임, 자연하천에서는 이와 같은 통제단면을 찾기 힘들기 때문에 콘크리트로 영구적인 인공저수통제단면인 V형 위어를 만듬

   ⑵ 위어 측정법에서 완전월류하는 직사각형 위어의 경우

(∵C : 위어 유량계수, B : 위어폭(m), H : 월류수심(m))

   ⑶ 위어 측정법의 경우 위어 형상에 따라 월류형태가 완전월류, 불완전월류 및 수중월류 등에 의하여 수위와 유량의 관계식이 달라짐

 

7. 고정 초음파 유속계에 의한 유량측정 (기타 유량측정)

   ⑴ 고정 초음파 유속계에 의한 유량관측은 하천의 측정횡단면을 포함하는 양안에 초음파 유속계를 고정적으로 설치함으로써,

        무인으로 하천 횡단방향의 평균유속을 연속하여 관측

   ⑵ 수위를 연속적으로 연산처리하여 단면을 측량함으로써 연속유량 산출

   ⑶ 설치비용이 많이 소요되나 한번 설치하면 정확한 유량관측을 할 수 있음

8. 이동 초음파 유속계에 의한 유량측정(이동보트법, 기타 유량측정)

   ⑴ 초음파 유속계(ADCP : Acoustic Doppler Current Profiler)를 측정용 보트에 탑재

   ⑵ 하천을 횡단하면서 연속적으로 수심과 유속을 측정하여 유량 산출

   ⑶ 유량을 짧은 시간에 측정할 수 있는 장점, 대하천의 유량측정시 유리

   ⑷ ADCP의 측정원리는 도플러 변이를 이용하는 것

       (수중에서 물과 함께 이동하는 부유물질에 반사된 음파의 주파수 변이가 반사체의 이동속도와 비례하는 원리)

9. 경사면적법(수면경사-단면적법)에 의한 유량측정 (기타 유량측정)

   ⑴ 경사면적법은 수면경사와 하천횡단면을 연관시켜 수리학적 관계를 이용하는 것

   ⑵ 홍수가 지나간 후 현장조사를 통해 홍수흔적의 위치와 표고 및 횡단면적을 결정

   ⑶ 필요한 자료는 수로구간 내 에너지경사의 결정, 수로구간 내 평균단면적과 구간 길이의 결정,

        마찰손실을 계산하기 위한 수로구간에 적용할 조도계수 추정 등

       ① 적절한 하천구간의 선정과 적절한 조도계수의 선택이 결과의 질을 좌우

      ② 적절한 하천구간은 가급적 직선적인 선형을 가지며 통수단면의 변화가 작을수록 좋음

      ③ 홍수흔적이 남은 직선구간이 없을 경우 확대부보다는 축소부가 좋고, 횡단면은 3개이상 택하는 것이 좋음

   ⑷ 자료가 얻어지면 유량은 Manning 공식 등의 등류공식으로 계산

   ⑸ 홍수위와 유량이 서서히 변화될 때에만 적용해야 함

---