수표 (수리학)
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1. 개요
수표(수리학)는 하천의 유량을 측정하는 기술과 관련된 내용을 다룬다. 유량은 직접 측정하기 어려워 수위와 같은 대리 변수를 활용하며, 수위-유량 곡선을 통해 유량을 추정한다. 수위 측정의 정확성을 높이기 위해 웨어, 플륨과 같은 수리 구조물을 사용하고, 케이블카, 정수 우물, 수위 게이지 등의 장비를 활용한다. 또한, 미국, 영국, 짐바브웨, 방글라데시, 체코, 캐나다, 스리랑카 등 여러 국가에서 하천 유량 관측망을 운영하고 있다.
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| 수표 (수리학) | |
|---|---|
| 측정소 정보 | |
| 목적 | 수량 및 수질 모니터링 |
| 위치 | 강, 하천, 운하, 저수지 등 지표수 흐름이 있는 곳 |
| 측정 요소 | 수위 유량 수온 전기 전도도 용존 산소 pH 탁도 기타 수질 지표 |
| 사용 장비 | 수위계 유량계 (초음파, 전자기, 부표 등) 수질 분석 센서 데이터 로거 통신 장비 (위성, 셀룰러 등) |
| 데이터 전송 | 실시간 또는 주기적 데이터 전송 |
| 데이터 활용 | 수자원 관리 홍수 예방 가뭄 관리 환경 모니터링 과학 연구 |
| 관련 기관 | 정부 기관 (환경부, 국토교통부 등) 연구 기관 민간 기업 |
| 수표 (수리학) 정보 | |
| 정의 | 하천, 수로 등의 수위를 측정하는 데 사용되는 자 |
| 용도 | 수위 변화 측정 및 기록 홍수 예측 및 경보 하천 관리 및 유지 수자원 관리 |
| 설치 위치 | 하천, 수로, 저수지 등 |
| 형태 | 고정식 수표 이동식 수표 전자식 수표 |
| 측정 방법 | 눈금 읽기 센서 이용 자동 기록 장치 이용 |
| 관련 용어 | 기준점 수위 관측소 유량 측정 수문 조사 |
2. 측정 장비
하천 유량은 직접 측정하기 어렵기 때문에, 일반적으로 수위와 같은 대리 변수를 활용하여 간접적으로 측정한다. 대부분의 경우 수위(수면의 높이) 측정이 대리로 사용된다.[1] 경사가 낮은 하천은 하류 채널 조건의 변화에 의해 큰 영향을 받는다. 이러한 하천의 경우 두 번째 하천 수위계를 설치하고 게이지 사이의 수면 기울기를 계산한다. 이 값은 수위 측정과 함께 사용하여 하천 유량을 보다 정확하게 결정한다. 유속 센서의 정확성 향상으로 인해 안정적인 단면적을 가진 현장에서 하천 유량의 신뢰할 수 있는 대리 변수로 물의 유속을 사용할 수 있게 되었다. 이러한 센서는 하천에 영구적으로 설치되어 하천의 특정 위치에서 유속을 측정한다.
수위 측정만 대리로 사용되는 경우 '''수위-유량 곡선'''을 구성해야 한다. 수위-유량 곡선은 수위와 유량 사이의 기능적 관계이다. 이는 유속계를 사용하여 하천 유량을 반복적으로 개별 측정하고 채널의 단면적을 결정하기 위해 채널 형상을 측정하는 일부 수단을 통해 결정된다. 수위-유량 곡선을 담당하는 기술자와 수문학자는 수문 극치(홍수 및 가뭄)를 측정하기 위한 특별한 여행과 함께 정기적으로 현장을 방문하여 명시적인 지침 또는 표준 운영 절차(SOP)를 따라 '''유량 측정'''을 수행한다.
수위-유량 곡선이 설정되면 수위 측정과 함께 사용하여 체적 하천 유량을 결정할 수 있다. 이 기록은 하천 수위계를 통과하는 물의 양에 대한 평가로 작용하며 수문학과 관련된 많은 작업에 유용하다.
유속 측정이 추가로 대리로 사용되는 경우 '''지수 유속 결정'''이 수행된다. 이 분석은 자기 또는 음향 유속 센서를 사용하여 하천 단면의 특정 위치에서 흐름의 유속을 측정한다. 다시 한 번, 기술자 또는 수문학자가 다양한 수위에서 하천 유량을 개별적으로 측정한다. 하천 유량의 각 개별 결정에 대해 단면의 평균 유속은 하천 유량을 단면적으로 나누어 결정한다. 수위-유량 결정에 사용되는 것과 유사한 수위-유량 곡선이 평균 유속과 영구적으로 장착된 미터의 지수 유속을 사용하여 구성된다. 하천의 수위를 단면적과 관련시키는 추가 수위-유량 곡선이 구성된다. 이 두 개의 수위-유량 곡선을 사용하여 자동으로 수집된 수위는 단면적의 추정값을 생성하고, 자동으로 수집된 지수 유속은 단면의 평균 유속의 추정값을 생성한다. 하천 유량은 단면적의 추정값과 하천 유량의 평균 유속의 추정값의 곱으로 계산된다.
수위를 유량의 대리 변수로 사용하는 신뢰성을 개선하기 위해(수위-유량표의 정확성 개선) 다양한 수력 구조물/기본 장치가 사용되며, 여기에는 다음이 포함된다.
- 웨어
- *V-노치,
- * 넓은 크레스트,
- * 급경사 크레스트 및
- * 복합 웨어
- 플륨
- *파셜 플륨
영구 하천 수위계에서 일반적으로 사용되는 기타 장비는 다음과 같다.
- 케이블카 - 높은 유량 측정을 하기 위해 수문학자와 유속계를 강 위에 매달기 위해 사용
- 정수 우물 - 센서로 측정할 수 있는 잔잔한 수위를 제공하기 위해 사용
수위 게이지:
- Staff (head) gauge - 수심의 시각적 표시를 위해 사용
- 수압 측정 장치(버블러) - 압력을 통해 수위를 측정하기 위해 사용 (일반적으로 정수 우물 없이 직접 하천에서 수행)
- 수위 인코더 - 수위의 전자 판독 값을 제공하기 위해 정수 우물의 부표에 연결된 휠 및 풀리 시스템이 있는 전위차계
- 간단한 초음파 장치 - 정수 우물 또는 운하에서 수위를 측정하기 위해 사용
- 전자기 게이지
설정된 하천 수위계가 없는 하천 또는 운하의 유량 측정은 유속계 또는 음향 도플러 유속계를 사용하여 수행할 수 있다. 공식적 또는 과학적 목적으로는 허용되지 않지만 유용할 수 있는 한 가지 비공식적 방법은 나무 조각이나 오렌지 껍질과 같은 부유물을 관찰하는 '''부유물 방법'''이다.[1]
2. 1. 수위-유량 관계 곡선
수위-유량 관계 곡선은 하천의 수위와 유량 간의 관계를 나타내는 곡선으로, 하천 유량 측정의 핵심적인 방법 중 하나이다.[1] 하천 유량을 직접 측정하는 것은 어려우므로, 일반적으로 수위를 대리 변수로 사용하여 유량을 추정한다.유속계를 사용하여 하천의 유량을 직접 측정하고, 동시에 수위를 측정하여 수위-유량 관계 곡선을 작성한다. 이 곡선이 있으면, 수위 관측 자료만으로도 하천 유량을 추정할 수 있다. 수위-유량 곡선은 유속 적분을 통해 체적 유량을 추정하는 방식으로, 많은 단면 유속 측정이 필요하다.
수문학자와 기술자는 정기적으로 현장을 방문하여 유량 측정을 수행하고, 수문 극치(홍수 및 가뭄)를 측정하기 위한 특별 측정도 수행한다.[1]
수위-유량 관계의 정확성을 높이기 위해 다양한 수력 구조물이 사용되는데, 웨어와 플륨이 대표적이다. 웨어에는 V-노치, 넓은 크레스트, 급경사 크레스트, 복합 웨어 등이 있으며, 플륨에는 파셜 플륨 등이 있다.
영구 하천 수위계에서는 케이블카, 정수 우물, 수위 게이지 등의 장비가 사용된다. 수위 게이지에는 수심의 시각적 표시를 위한 Staff 게이지, 압력을 통해 수위를 측정하는 수압 측정 장치(버블러), 수위의 전자 판독값을 제공하는 수위 인코더, 정수 우물 또는 운하에서 수위를 측정하는 초음파 장치, 전자기 게이지 등이 있다.
설정된 하천 수위계가 없는 경우에는 유속계나 음향 도플러 유속계를 사용하여 유량을 측정할 수 있으며, 부유물을 이용한 방법도 비공식적으로 사용될 수 있다.[1]
2. 2. 지수 유속 결정
2. 3. 수리 구조물
웨어(Weir) 및 플륨(Flume)과 같은 수리 구조물은 수위를 유량으로 변환하는 데 사용되어, 측정의 신뢰성을 높인다.[1] 이러한 구조물에는 V-노치, 넓은 크레스트, 급경사 크레스트, 복합 웨어 및 파샬 플륨 등이 있다.2. 4. 기타 장비
케이블카는 높은 유량 측정을 할 때 수문학자와 유속계를 강 위에 매달아 측정하는 데 사용된다.[1] 정수 우물은 센서로 측정할 수 있는 잔잔한 수위를 제공한다.[1]수위 게이지는 다음과 같다.[1]
- 수위 게이지는 수심의 시각적 표시를 위해 사용된다.
- 수압 측정 장치(버블러)는 압력을 통해 수위를 측정한다. (일반적으로 정수 우물 없이 직접 하천에서 수행)
- 수위 인코더는 수위의 전자 판독 값을 제공하기 위해 정수 우물의 부표에 연결된 휠 및 풀리 시스템이 있는 전위차계이다.
- 간단한 초음파 장치는 정수 우물 또는 운하에서 수위를 측정한다.
- 전자기 게이지
2. 5. 비공식적 방법
3. 국가별 하천 유량 관측망
잉글랜드에서 하천 유량의 첫 번째 일상적인 측정은 1880년대에 템스와 Lea에서 시작되었고,[2] 스코틀랜드에서는 1913년에 개리강에서 시작되었다.[3] 국가 유량 측정소 네트워크는 1970년대 초에 현재 형태로 구축되었으며, 약 1,500개의 유량 측정소와 가변적인 수의 임시 모니터링 사이트로 구성되어 있다.[2] 환경청은 잉글랜드에서 수문 데이터를 수집하고 분석하며, 웨일스 천연자원부는 웨일스에서, 스코틀랜드와 북아일랜드는 각각 스코틀랜드 환경 보호청과 강 유역 관리청이 책임을 진다.[4]
==== 미국 ====
미국에서 미국 지질조사국(USGS)은 천연 자원 기록을 유지하는 주요 연방 기관이다. USGS 내에서 수자원국이 수자원 감시 책임을 맡고 있다.
하천 유량계를 설치하기 위해 USGS 직원은 먼저 지오메트리가 비교적 안정적이고 전문 장비를 사용하여 하천 유량을 개별적으로 직접 측정할 수 있는 적합한 위치가 있는 하천의 지점을 선택한다. 많은 경우 다리 또는 기타 하천 횡단 지점에 설치한다. 그런 다음 기술자는 '''수위''' (수면의 고도) 또는 더 드물게 흐름의 '''유속'''을 측정하는 장비를 설치한다. 이러한 판독값을 기록하고 (정지 궤도 환경 위성)을 통해 기록이 보관되는 수자원 과학 센터 사무실로 전송하기 위해 추가 장비를 설치한다. USGS는 미국 내 모든 주에 수자원 과학 센터 사무실을 두고 있다. USGS 하천 유량계의 현재 하천 유량 데이터는 지도 형식으로 [http://waterwatch.usgs.gov/?id=ww_current]에서 볼 수 있다.
==== 짐바브웨 ====
짐바브웨에서 국가 하천 수위 측정망은 짐바브웨 국립 수자원 관리국의 책임이며 전국 주요 강과 유역을 포괄한다.[5] 그러나 지속적인 자금 지원 문제로 인해 일부 관측소에서 수집되는 데이터의 신뢰성에 우려가 제기되고 있다.[5]
==== 방글라데시 ====
방글라데시에서 가장 큰 하천 수위 관측소 네트워크는 방글라데시 수자원 개발 위원회(BWDB)에서 관리하고 있다. 몇몇 다른 지역에서는 방글라데시 내륙 수운 당국이 항해 목적의 조언을 제공하기 위해 몇 개의 수위 관측소를 운영하고 있다.
==== 체코 ====
체코 공화국에서는 일부 측정 지점(프로파일)에서 홍수 비상 활동의 세 단계를 정의하는 세 가지 레벨을 설정하여 관리한다. 레벨 I은 경계 상황, 레벨 II는 준비 상황, 레벨 III은 위험 상황이다.
==== 캐나다 ====
캐나다의 하천과 강은 캐나다 수자원 조사국(환경 및 기후 변화 캐나다의 지부)에서 모니터링한다. 2021년 기준으로 캐나다 전역에서 2,800개 이상의 관측소를 운영하거나 데이터를 수집한다.[6] 이 데이터는 주 및 자치 정부에서 홍수 예측 및 수자원 관리에 사용된다.
==== 스리랑카 ====
수문 및 재해 관리 부서(Hydrology and Disaster Management Division)는 관개부(Irrigation Department)의 산하 기관으로 스리랑카의 하천과 강을 감시한다. 스리랑카 전역에 걸쳐 약 40개의 수위 관측소를 운영하고 있다.
3. 1. 영국
잉글랜드에서 하천 유량의 첫 번째 일상적인 측정은 1880년대에 템스와 Lea에서 시작되었고,[2] 스코틀랜드에서는 1913년에 개리강에서 시작되었다.[3] 국가 유량 측정소 네트워크는 1970년대 초에 현재 형태로 구축되었으며, 약 1,500개의 유량 측정소와 가변적인 수의 임시 모니터링 사이트로 구성되어 있다.[2] 환경청은 잉글랜드에서 수문 데이터를 수집하고 분석하며, 웨일스 천연자원부는 웨일스에서, 스코틀랜드와 북아일랜드는 각각 스코틀랜드 환경 보호청과 강 유역 관리청이 책임을 진다.[4]3. 2. 미국
미국에서 미국 지질조사국(USGS)은 천연 자원 기록을 유지하는 주요 연방 기관이다. USGS 내에서 수자원국이 수자원 감시 책임을 맡고 있다.하천 유량계를 설치하기 위해 USGS 직원은 먼저 지오메트리가 비교적 안정적이고 전문 장비를 사용하여 하천 유량을 개별적으로 직접 측정할 수 있는 적합한 위치가 있는 하천의 지점을 선택한다. 많은 경우 다리 또는 기타 하천 횡단 지점에 설치한다. 그런 다음 기술자는 '''수위''' (수면의 고도) 또는 더 드물게 흐름의 '''유속'''을 측정하는 장비를 설치한다. 이러한 판독값을 기록하고 (정지 궤도 환경 위성)을 통해 기록이 보관되는 수자원 과학 센터 사무실로 전송하기 위해 추가 장비를 설치한다. USGS는 미국 내 모든 주에 수자원 과학 센터 사무실을 두고 있다. USGS 하천 유량계의 현재 하천 유량 데이터는 지도 형식으로 [http://waterwatch.usgs.gov/?id=ww_current]에서 볼 수 있다.
3. 3. 짐바브웨
짐바브웨에서 국가 하천 수위 측정망은 짐바브웨 국립 수자원 관리국의 책임이며 전국 주요 강과 유역을 포괄한다.[5] 그러나 지속적인 자금 지원 문제로 인해 일부 관측소에서 수집되는 데이터의 신뢰성에 우려가 제기되고 있다.[5]3. 4. 방글라데시
방글라데시에서 가장 큰 하천 수위 관측소 네트워크는 방글라데시 수자원 개발 위원회(BWDB)에서 관리하고 있다. 몇몇 다른 지역에서는 방글라데시 내륙 수운 당국이 항해 목적의 조언을 제공하기 위해 몇 개의 수위 관측소를 운영하고 있다.3. 5. 체코
체코 공화국에서는 일부 측정 지점(프로파일)에서 홍수 비상 활동의 세 단계를 정의하는 세 가지 레벨을 설정하여 관리한다. 레벨 I은 경계 상황, 레벨 II는 준비 상황, 레벨 III은 위험 상황이다.3. 6. 캐나다
캐나다의 하천과 강은 캐나다 수자원 조사국(환경 및 기후 변화 캐나다의 지부)에서 모니터링한다. 2021년 기준으로 캐나다 전역에서 2,800개 이상의 관측소를 운영하거나 데이터를 수집한다.[6] 이 데이터는 주 및 자치 정부에서 홍수 예측 및 수자원 관리에 사용된다.
3. 7. 스리랑카
수문 및 재해 관리 부서(Hydrology and Disaster Management Division)는 관개부(Irrigation Department)의 산하 기관으로 스리랑카의 하천과 강을 감시한다. 스리랑카 전역에 걸쳐 약 40개의 수위 관측소를 운영하고 있다.3. 8. 대한민국
참조
[1]
웹사이트
Stream channel reference sites: an illustrated guide to field technique. Gen. Tech. Rep. RM-24
http://www.fs.fed.us[...]
U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station
2011-01-13
[2]
웹사이트
The UK Gauging Station Network
http://www.ceh.ac.uk[...]
Centre of Ecology and Hydrology
2011-03-29
[3]
웹사이트
A brief history of river level monitoring in Scotland
http://www.sepa.org.[...]
Scottish Environment Protection Agency
2011-03-29
[4]
웹사이트
Measuring Authorities
http://www.ceh.ac.uk[...]
Centre of Ecology and Hydrology
2011-03-29
[5]
논문
Calibrating a distributed model to estimate runoff for ungauged catchments in Zimbabwe
https://dx.doi.org/1[...]
Physics and Chemistry of the Earth
[6]
웹사이트
Water Survey of Canada
https://www.canada.c[...]
2021-06-26
[7]
문서
표준국어대사전
[8]
문화재
서울 청계천 수표
http://www.heritage.[...]
국가문화유산포털
[9]
간행물
농업용 저수지 이상거동 탐지를 위한 시계열 수위자료 특성 분석
https://scienceon.ki[...]
[10]
문화재
남양주 고안수위관측소
http://www.heritage.[...]
국가문화유산포털
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