유량측정 및 정리방법

일반사항

  하천의 유량관측은 강수관측이나 수위관측과 같이 시간적으로 장기간 연속해서 관측하기가 매우 어렵다. 그러므로 한정된 횟수의 관측유량과 그 시점의 하천수 위와의 관계를 구하고, 이 관계를 이용하여 시시각각 변화하는 수위에 대응하는 수위-유량곡선을 작성하여 유량을 측정하지 않고서도 수위를 관측하여 유량으로 환산하는 방법을 사용하고 있다. 따라서 유량을 구하기 위해서는 수위관측이 필요하며, 수위조사 방법은 전장 수위조사에서 제시한 기준에 따른다.
 

유량측정 종류

  한편 일반하천의 유량조사시는 홍수, 평수, 저수(低水)시의 유량측정 방법과 감조하천의 유량측정 원칙을 정한다.

  유량조사를 위한 유속측정 방법은 일반하천의 유량측정과 하구감조부(河口感潮部)의 유량측정으로 나누고 일반하천의 유량측정은 홍수, 평수, 저수시에 각각 적합한 방법을 선택한다.

• 유속계 측정법

• 부자 측정법

• 초음파 측정법

• 회석법

• 위어 측정법
  

유량측정 지점선정

  유량 측정지점은 수계 전체의 적정한 관측망을 고려하여 하천 및 수자원 등의 계획 및 시공 관리상 중요한 지점에 배치한다. 유량관측소에는 반드시 수위관측소를 병설한다. 유량관측소는 관측망, 지형도, 하천의 종횡단도 등을 이용하여 도상 검토한 다음에 현지답사에 의해 다음 조건을 만족하는 장소를 선정한다.

• 수위관측소틀 설치할 수 있는 장소

• 유량관측을 안정하게 할 수 있는 장소

• 유지관리가 쉬운 장소

• 안전한 장소
  

  관측소를 설치할 때는 다음과 같은 사항을 고려하여 요구되는 정확도로 충분히 관측할 수 있는 장소를 선정하여야 한다.

• 수류가 정상적일 것 (가급적 정류를 확보하기 유리한 곳)

• 수류가 너무 급격하거나 너무 완만하지 않을 것(가급적 한계수심에서 측정이 용이한곳)

• 관측시 위험이 적을 것 (교통의 지장여부 및 측정시 안전이 보장된곳)

• 수위표가 설치되어 있고 수위측정이 계속되는 곳

• 측정된 유량값이 명쾌한 대표성을 갖는지점
  (상하류 유량의 입출력이 없는곳)

  측정 유량값이 전체유량으로 환산하기 적합한곳 (암거, 발전소, 홍수배제수로 등과 같이 분기시키지 않는곳, 만일 분기를 피할 수 없으면 분기된 유량합산이 가능한곳)

• 전체 수위 범위에 유량측정(최소값과 최대값을 총괄하여 )이 가능한곳

• 홍수시에도 접근이 가능한 곳.

• 하천의 하도구간이 안정화되어 있는곳.(특정지점에서는 안정화가 필요함)

• 수중식물 영향이 최소가 되는 곳

• 선택된 측정지점의 하도에 다양한 하천흐름조건이 형성되는 곳에서는 하도의 개량도 필요하다.

• 관측이 편리할 것
  

  하구감조부에서의 유량관측도 일반 유량관측과 같은 원칙적으로 실시하며, 유량 관측상 주의해야 할 사항은 다음과 같다.

• 일반 유량관측 보다는 수위, 유속 및 유황의 변화가 있으므로 민첩하게 측정해야 한다.

• 가능하면 유속과 유량이 연속적으로 자기기록이 뒬 수 있는 방법을 도입

• 만조, 간조 등외 조석을 잘 고려하여 관측계획을 수립해야 한다.
  

  관측소의 배치에 관해서는 유량관측소의 배치원칙을 적용하고, 다음 사항에 주의해야 한다.

• 바다로부터의 파랑, 조석의 영향

• 해일, 고조 등의 현상에 대비하여 하천의 계획과 관리에 미치는 영향을 조사할 수 있게 배치

• 하구막힘에 외해 흥수역류와 흥수에 의해 사주가 씻겨나가는 상황
  

횡단측량

  유량관측소에서는 유심에 직각방향으로 유량관측소 횡단선을 설정하고 해당 횡단선의 위치를 표시할 수 있는 횡단선 표지를 설치한다. 횡단선의 수 및 간격은 관측방법에 따라 다르며, 보통 다음 표에 따른다.

관측방법별 횡단선수

관 측 방 법	횡 단 선 수	간 격
유속계 측정법 부자 측정법 위어 측정법 초음파 측정법 회석법	1개소 2개소 1개소 2∼3개소 2개소	50m 이상 +- 유수에 직각방향 1개소 +- 유수에 경사방향 1∼2개소

  유량관측소 횡단선을 설정할 때는 횡단선을 따라서 횡단측량을 실시하여 유량관측소의 횡단도면을 작성해야 한다. 이 경우 횡단도면은 하천의 하류를 향하여 작성하는 것이 좋다. 유량관측소, 횡단도면은 매년 우기 전에 정기적으로 횡단측량을 실시하고 도면은 동일한 축척으로 작성하여 보정하는 것으로 한다

  홍수로 인하여 하상에 변동이 생겼다고 판단될 경우에는 신속히 횡단측량을 재차 실시하고 같은 방법으로 보정해야 한다.
 

유량관측소의 관리

  유량관측소 부근에는 관측소명, 수계명, 하천명, 설치자명, 설치 연월일, 관측소 소재지, 표고(수위표, 영점표고), 하구 또는 지천에 대해서는 합류점으로부터의 거리 및 관측소 번호를 기록한 표지판을 세우고 더 필요한 경우에는 주위에 울타리를 설치한다. 관측소를 설치하여 유량측정을 하고 있거나 기존 관측소에 관측을 위촉한 경우에 유량조사를 시행하는 기관은 유량관측소 대장 및 부도를 작성하여 보관한다.
 

유속계의 검정

  유속계는 원칙적으로 매년 1회 유속계 검정소(예,국립시험연구소)에서 검정을 실시하고 회전자의 회전수로부터 유속으로 환산하기 위한 검정된 계수를 정확하게 정해 두어야 한다. 그리고 유속계는 사용하기에 앞서 수시로 유속계 계수를 검정하여 사용하도록 한다.
 

유량측정

  유량관측은 홍수, 평수, 저수(低水)시로 나누어 측정횟수를 고르게 관측해야하며, 저수유량 관측은 연간 36회 이상을 원칙 으로 하여 각종 수위에 대해서 관측하고 홍수유량 관측은 수위변동에 유의하여 가능한 많이 관측해야 한다.

유량관측을 시행하는 기관은 관측수칙을 정하여 교부해야 한다.

 관측자는 유량관측 및 수문관측지침의거 측정을 실시하며 이 관측지침에는, 관측의 목적과 의의, 관측시설의 사용방법, 관측기재의 취급방법, 관측기록의 정리방법, 관측시 유의사항, 기타 필요한 사항을 기재하여야 한다.

  유량관측을 실시할 때는 매 관측시마다 관측 연월일, 시각, 관측유량 관측방법유량의 산출방법, 그리고 그 밖에 필요한 사항을 야장에 기재해야 한다. 야장의 양식은 각 관측방법에 따라 별도로 정한다.
 

유속계에 의한 측정

  수심측정은 원칙적으로 왕복해서 동일 횡단선상을 2회 실시하고, 유속측정은 횡단선상의 각 측점에서 계속하여 2회 실시한다. 그러나 홍수시와 같이 수위와 유속의 변화가 큰 때에는 예외로 한다.

  유속측선온 원칙적으로 횡단선을 포함한 연직면상에서 횡단방향으로 동간격이 되도록 선정한다. 수면폭과 유속측선 간격의 표준비율은 다음 표와 같이 하고 횡단면의 형상 및 유속분포가 복잡할 때에는 측선간격을 축소시킬 수 있다.

정밀측정을 위한 측선의 간격은 다음 표에서 제시한 수치의 1/2로 한다.


수로폭에 따른 측선간격

수 로 폭(m)	수심측선 간격(m)	유속측선 간격(m)
10 이하 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100 100-150 150-200 200 이상	수면폭외 10-17 1 (m) 2 3 4 5 6 10 15	수면폭의 10∼15% 2(m) 4 6 8 10 12 20 30

  유속측점은 측정방법에 따라 다르나 2점법인 경우 유속측선상의 연직방향으로 수면으로부터 수심의 20%와 80% 위치에 선정한다. 그리고 수심이 얕아서 이 방법에 따를 수 없을 때에는 1점법을 적응하여 수면으로부터 수심의 60%위치에 선정한다. 정밀측정은 원칙적으로 20cm마다 그 위치를 선정한다.

  수심측선은 횡단면을 포함한 연직면내에서 유속측선 상단과 인접한 유속측선의 중앙에 설치한다. 양안에서는 유속측선의 외측에 각각 1개의 수심측선을 설치한다.

  수위관측소에서는 저수시에 수시로 정밀측정에 의한 측정을 실시하여 유량측정의 높은 정확도를 유지하도록 노력하여야 한다. 특히, 감조하천 및 하구부근등에서 염수 침입 등의 밀도성층이 보이는 곳에서는 정밀측정에 의해야 한다. 정밀측정에 의한 유량치와 동시에 시행한 다른 측정법에 의한 유량치와의 차이는 유량측정 연표 및 수위-유량곡선도에 각각 기입해 두어야 한다.

측정방법에 의한 분류

- 도보측정

- Cableway이용 측정

- 차량이용 측정

- Cable Car이용 측정

- 교량이용 측정
 

종합 유량관측법

<그림 3> 종합법에 의한 유량측정 방법
 

부자에 의한 측정

  부자(浮子)에 의한 유량측정은 부자를 투하한 구간을 유하하는 시간을 측정하고, 그 구간의 평균유속을 구하는 방법이다. 부자를 사용하여 유량을 측정하는 관측소에서는 부자와 수위표 이외에 다음의 부대설비를 둔다.

-부자 투하장치

-제1횡단면의 시준말뚝

-제2횡단면의 시준말뚝

  유속측선은 제1횡단면과 제1횡단면 사이에 제1횡단면으로부터 흐름방향을 따라 선정해야 한다. 수면폭과 부자유속측선 간격과의 표준비율은 제1횡단면에서 원칙적으로 다음 표에 따라 정한다.

수면폭에 따른 측선수

수 면 폭(m)	20미만	20∼100	100∼200	200이상
부자 유속측선수	5	10	15	20

즉, 흥수시 유속관측을 급히 실시해야 할 경우에는 위의 표준에 따르지 않고 다음 표에 따른다.

흥수시 수면폭에 따른 측선수

수 면 폭(m)	50이하	50∼100	100-200	200∼400	400∼800	800 이상
부자 유속측선수	3	4	5	6	7	8

  부자 측정법에 사용되는 막대부자 또는 표면부자로 한다. 야간에는 충분히 추적할 수 있도록 고안한 부자를 사용하여야 한다.

부자와 수심 및 보정계수

부 자 번 호	1	2	3	4	5
수 심(m)	0.7이하	0.7∼1.3	1.3∼2.6	2.6∼5.2	5.2이상
홀 수(m)	표면부력	0.5	1.0	2.0	4.0
보 정 계 수	0.85	0.88	0.91	0.94	0.96

 

측정절차

 

- 부자는 한쪽 하안으로 부터 정해진 간격으로 차례로 투하한다

- 각 측선에서 하천수위와 횡단면도를 이용하여 수심을 구하고 적절한 부자를 투입한다.

- 제1횡단면의 통과로부터 제2횡단면까지 부자가 이동하는 데 걸리는 시간 t를 초시계로 측정하고 양 횡단선간의 거리 L을 t로 나누어서 부자의 유하속도 V ₀ 를 계산한다.

- Vo에 보정계수를 곱하여 유속 V로 한다.

- 유량관측의 개시와 종료시에 제1및 제2횡단면에서의 수위를 동시에 읽는다.
 

유량산출

 

- 하나의 유속측선의 평균 유속은 앞 절 부자의 사용에서 제시한 유속으로 한다.

- 하나의 유속측선이 담당하는 하천 폭은 이와 인접한 유속측선의 중앙까지로 한다.

- 제1횡단면과 제2횡단면에 있어서 하나의 유속측선이 담당하는 구분횡단면적을 구하고 양자의 산술평균을 그 유속측선이 담당하는 구분횡단면으로 한다.

- 유량관측의 전후에 횡단면의 변화가 없을 때에는 그대로 사용하고 흥수로 인하여 유량관측의 전후에 횡단면의 변화가 생겼을 때에는 각 구분횡단면적에 대해서 큰 쪽의 값을 사용한다.

- 유량은 평균유속과 구분횡단면적의 곱을 전체 유속측선에 대해서 합하여 구하는 것으로 한다.
 

부자의 종류

     - 표면부자, 봉부자, 부표부자로 구분하며 다음 그림과 같다.

<그림 4> 부자의 종류

 

초음파 유량측정

  초음파 유속계에 의한 유량관측은 무인으로 하천 횡단방향의 평균유속을 시간적으로 연속하여 관측할 수가 있으며, 다시 수위를 연속적으로 연산처리하여 단면을 측량함으로써 유수단면을 산출하여 시간적으로 구한다. 하천의 수중에 초음파 송수신기를 설치한다. 관측실내에는 전원부, 제어부, 처리부, 기록부를 두고 케이블 송수신기와 연락한다. 유량을 구하기 위해서는 수위를 동시에 관측하여야 하므로 자기수위계를 설치하여 가능하면 수위 및 유속을 동일 기록부에 기록한다.

<그림 5> 초음파 유량측정 개념도
 

웨어에 의한 측정

  물의 흐름을 막아 그 위를 넘어 흘러가게 하는 구조물을 웨어라 한다. 웨어는 물의 흐름에 지배단면을 형성시킴으로써 하류 수위의 영향을 받지 않는 조건을 만들고 웨어를 넘어 흐르는 수심과 유량의 관계를 웨어 공식을 이용하여 유량을 산정하도록 한 것이 웨어를 이용한 유량의 측정인 것이다. 이와 유사한 방법으로 플륨에 의한 유량 측정이 있는데 이는 협착부가 있는 수로에서 수심과 유량의 관계로부터 유량을 산정하는 것이다.
 

유량계산 방법

* 대수적인 방법

• 중간단면방법

<그림 6> 중간단면 방법의 개념도

• 평균단면법
  

<그림 7> 평균단면 방법의 개념도

유속-수심 적분법

<그림 8> 유속-수심단면 방법의 개념도

• 등유속선 방법

하천단면에 대하여 등수두선으로 싸여있는 곡선부위에 면적을 누가하여 결정

<그림 9> 등유속선 방법의 개념도

• 신속하게 계산하는법

속도관측은 동일한 시간동안 관측(예 각점마다 50초)

회전수와 유속간의 선형보간식 준비( )

시간이 고정 t 되면

모든 측점에서

                                                                (2-1)

              (2-2)

                                                     (2-3)

1점법에서 수심 0.6되는 지점

2점법에서 수심 0.2-0.8m에서는

단면적 * 평균회전수

평균회전수

평균유속 과 조견표로 부터


 

수위가 변하고 있을 때의 유량조정 방법

  유량측정중에는 수위는 변하고 있다. 이러한 경우 변화의 폭이 상당할 경우에는 다음과 같은 가중수위 보정방법을 고려한다.

급속히 변화하는 하천에서는 측정시간을 빨리 진행하면서 지점법을 사용하고, 관측시간을 짧게(20∼30초)하며, 측정단면수를 줄인다(15개∼18개).
 

유량자료의 정리

  유량조사를 위한 관측자료의 정리와 보존은 측정보다도 더 중요하다. 그러므로 유량조사 자료의 정리방식, 정리서식 및 보존 등은 엄격한 방법에 따라 정리 관리되어야 한다.

  관측된 수위는 원칙적으로 해당 수위관측소에 대해 개발된 수위-유량곡선을 이용하여 유량으로 환산하거나 유량을 측정하여 유량을 기본자료로 정리한다. 특히 일평균수위와 지정수위 이상에 대해 매 정시마다 관축된 시(時)수위는 반드시 유량으로 환산하여 소정의 유량자료 양식지에 기입하고 정리한다.

  정리방식에는 계산에 의한 방식과 전자계산기에 의한 방식이 있으며, 가능한 한 간편하고 추후 사용에 편리하게 이용할 수 있어야 한다. 유량관측 및 수위 - 유량곡선 작성은 정해진 서식에 따라 정리해야 한다.

  야장, 자기지, 서식에 의한 정리 결과는 모두 보존한다. 자료는 확실히 보관하며, 담당자 이외의 사용자가 언제라도 사용할 수 있도록 정리하여 보관해야 한다.

  각 자료의 보존은 주로 각 관측별 자료 원본의 보존, 각 관측소별 또는 유역별 제본, 연표 등은 제본된 상태로 보존하고 가능한 한 이들 자료는 마이크로필름, 자기테이프, 플로피 디스크, 전산 카드 등으로 보존하여 이용할 수 있도록 해야한다. 유량관측소에 있어서는 앞에서 규정한 야장에 기초하여 유량측정 연표를 작성하여야 한다. 유량관촉소에는 매년1회 이상 별도로 정하는 양식에 따라 수위를 종축, 유량을 횡축으로 하는 좌표상에 기재한 수위 및 유량의 모든 값을 표시하고 최소 자승법 동에 의해 구한 수위-유량곡선식으로부터 수위-유량곡선도를 작성한다. 일유량이라 함은 수위-유량곡선식에 의하여 자기수위기록에 나타난 매 정시 수위로부터 유량을 구하여 1일간에 걸쳐 평균한 것이며, 보통수위표에 의한 수위기록의 경우는 아침과 저녁 수위로부터 유량을 구하여 평균한 것이다. 일유량을 연표에 정리하여 유량표를 필요에 따라 작성한다.

  흥수시의 매정시의 수위관측치와 흥수시에 매시간 실시한 유량관측치 및 홍수위-유량관측도에 의하여 흥수표를 작성한다. 유량은 유량관측소에서의 일유량의 연간 상황을 나타내는 것으로서 일유량의 크기와 누가일수로서 표시한다. 이것을 표시한 것이 유황표이고 그림으로 나타낸 것이 유황도(flow duration curve)이다.

  자료의 정리를 위한 관계자간의 작업이 원활하게 될 수 있도록 사전에 작업의 분담을 정해 두어야 한다. 유량자료를 출간하기까지에는 자료정리의 각 단계별로 충분한 대조를 실시하여 출간되는 수치에 착오가 없도록 만전을 기하여야 한다. 관측결과는 지정 기일까지 지정한 관서에 보호하여야 한다.