1. 서 론
2. 기존 연구에 대한 검토
2.1 여러 기준의 측선수 규정
2.2 기존연구
3. 측선수에 따른 유량 산정의 정확도 평가
3.1 유속면적법
3.2 측선수 변화에 따른 산정유량 변화
3.3 유량산정 오차 분석방법
3.4 분석에 이용할 측정 자료와 측정지점
3.5 수위(유량) 변화에 따른 횡단면 유속분포의 변화
3.6 측선수 변화에 따른 산정 유량의 변화
4. 요약 및 결론
1. 서 론
하천의 유량은 수위와 더불어 하천관리와 하천계획에서 가장 핵심적인 자료이다. 하천에서 유량을 측정하는 방법은 보통 하천 횡단면을 여러 개의 측정소단면으로 분할한 뒤 측정소단면의 유속을 측정하고 여기에 횡단면적을 곱해서 유량을 산정하는 유속면적법(velocity-area method)에 의존한다. 유속면적법을 이용할 때, 수위를 적절히 측정한다면 단면적은 상당한 정확도로 산정할 수 있다. 반면, 유속 측정은 측정 작업 자체가 매우 어렵고 시간과 경비, 그리고 인력의 소요가 많은 작업이다. 또한 물리적으로도 유속은 시간적 및 공간적으로 변화가 심해서 적절한 추정이나 측정이 매우 어렵다. 주의할 점은 본고에서는 ‘측정(measurement)’과 ‘산정(estimation)’을 명확히 구분해서 사용하고자 한다. 측정은 특수한 장비를 이용하여 자료값을 직접 구하는 것이며, 산정은 이렇게 측정된 자료에 기반하여 계산에 의해 새로운 자료를 구하는 것이다. 이런 구분에 따르면, 수위와 유속은 측정하는 것이며 유량은 산정하는 것이다.
국제표준화기구(International Organization for Standardization, ISO)에서는 이런 유량측정을 위한 표준적인 기준인 ISO 748:2021(ISO, 2021)을 통해 유속측정을 위한 측선수(측정소단면수)의 적절한 개수를 제시하고 있다. 우리나라에서도 이전 판인 ISO 748:2007을 국내에 도입한 KS B ISO 748:2007(ISC, 2021)과 하천설계기준(KWRA, 2019)을 통해 표준적인 안을 제시하고 있다. 그리고 최근에는 ISO 748: 2021을 도입한 KS B ISO 748:2021을 검토하고 있다(ISC, 2024).
그런데, 최근 여러 가지 새로운 유속측정기법이 도입되면서, 기술 외적인 요인(예를 들어, 장비의 가격, 장비의 측정해상도 등)에 의해 이런 규정을 준수하지 않으려는 사례들이 목격되고 있다(MLIT, 2023; KICT, 2024).
본고에서는 실제 하천(인수천, 백운천)과 실규모 수로(한국건설기술연구원 안동하천실험센터의 수로)에서 측정된 자료를 이용하여 측선 수에 대한 기존 규정(별도 세부적인 언급이 없을 경우 ISO 748:2021을 대표적으로 의미함)의 타당성을 검토해 보고자 한다. 이 검토를 통하여 측선수 규정을 준수하지 않았을 경우에 발생하는 유량 산정의 정확도 문제를 살펴보고, ‘이 규정을 왜 지켜야만 하는가’에 대해 기술적인 면에서 살펴 보고자 한다.
2. 기존 연구에 대한 검토
2.1 여러 기준의 측선수 규정
보통의 지점측정 유속계를 이용할 때의 유량산정을 위한 유속측선(측정소단면)의 수는 ISO 748:2021, 하천설계기준(KWRA, 2019), 한국수자원조사기술원(KIHS, 2022), 일본 건설성(MLIT, 2023)의 기준들이 Table 1과 같이 약간의 차이를 보인다.
Table 1을 살펴 보면, ISO 748:2021에서는 우리나라 소하천의 대표적인 하폭이라 볼 수 있는 5 ~ 20 m 정도의 소하천에 대해서도 22개 이상의 측선수를 이용하도록 하고 있다. 그리고 0.5 m 이하의 매우 작은 소하천에 대해서도 최소 15개의 측선수를 요구하고 있다. 이는 ISO 748:2007보다 상당히 엄격해진 기준이다. 이런 점을 고려하여 ISO 748:2021에서는 예외 조항으로 “폭 5 m 이하의 소하천에 대해서는 이전 판과의 연속성을 유지하기 위해” ISO 748:2007의 규정을 이용할 수도 있다고 되어 있다(ISO, 2021; ISC, 2024). 한편, 한국수자원조사기술원의 유량측정매뉴얼(KIHS, 2022)은 ISO 748: 2007을 그대로 따르고 있으며, 하천설계기준(KWRA, 2019)도 그와 비슷한 기준을 갖고 있다.
Table 1.
Comparison of the number of measurement lines of various standards
| Standard | Channel width (m) | Number of Meas. Lines | Remark |
|
ISO 748:2021(ISO, 2021), KSO 748:2021(ISC, 2024), | < 0.5 m | ≥ 15 |
rotating-element current meter, ADV, ADCP, float, surface velocity systems |
| 0.5 ~ 5.0 m | ≥ 20 | ||
| > 5.0 m | ≥ 22 | ||
|
ISO 748:2007(ISO, 2007), KSO 748:2007(ISC, 2021), Flow Discharge Measurement Manual (KIHS, 2022) | < 0.5 m | 5 ~ 6 |
rotating-element current meter, ADV, ADCP, float, surface velocity systems |
| 0.5 ~ 1.0 m | 6 ~ 7 | ||
| 1.0 ~ 3.0 m | 7 ~ 12 | ||
| 3.0 ~ 5.0 m | 13 ~ 16 | ||
| > 5.0 m | > 22 | ||
|
River Design Criteria (KWRA, 2019) | < 0.5 m | 3 ~ 4 | general current meter |
| 0.5 ~ 1.0 m | 4 ~ 5 | ||
| 1.0 ~ 3.0 m | 5 ~ 8 | ||
| 3.0 ~ 5.0 m | 8 ~ 10 | ||
| 5.0 ~ 10.0 m | 10 ~ 20 | ||
| >10.0 m | > 20 | ||
|
Manual on Non-contact Flow Measurement Methods (MLIT, 2023) | < 20.0 m | 5 | microwave current meter |
| 20 ~ 100 m | 10 | ||
| 100 ~ 200 m | 15 | ||
| > 200 m | 20 |
그런데, 실제로 하천현장에서 측정작업을 할 때는 ISO 748:2021의 기준이 지나치게 엄격한 것이 아닌가 싶을 정도이다. 이에 대해 ISO 748:2021에서는 Table 1과 같이 측선수를 결정한 이유를
즉, 모든 측선(측정소단면)의 단면적이 같고 유속이 같아 부분유량이 같은 극단적인 경우에도 측정선의 최소수는 10개이어야 한다는 의미이다.
반면, 일본 국토교통성의 지침서(MLIT, 2023)는 전파유속계에 대한 것이며, 부자를 이용한 유량측정 기준을 그대로 따르고 있다. 이 지침서에서는 고정식 전파유속계의 측선수에 대해 다음과 같은 언급이 있다.
“고정식 전파유속계는 부자법의 표준법과 같은 수의 측선에 기기를 설치하는 것은 경제성의 면에서 곤란하며, 또 고정식 전파유속계를 조밀하게 설치하면 전파의 간섭에 의해 관측이 불가능하게 되는 경우가 있다.”
즉, 고정식 전파유속계의 경우는 Table 1의 일본 국토교통성의 지침의 기준과 같은 수의 측선을 잡는 이유는 ① 경제적인 면과 ② 장비 자체의 한계(여러 대의 전파유속계를 가까이 설치했을 때 발생하는 전파 간섭) 때문으로 판단되며, ISO 748:2021의 기준만큼의 유량측정 정확도를 확보할 수 없는 기준인 것으로 사료된다.
2.2 기존연구
측선수에 따른 유량산정의 정확도에 대한 기존의 연구들은 사실 아주 오래전인 1960 ~ 80년대에 이미 거의 다 수행되었다. 예를 들어 Pelletier (1988)는 측선수에 따른 유량산정의 정확도에 관한 기존의 연구들을 종합적으로 검토한 바 있다. 이 때 검토한 연구는 주로 Carter and Anderson (1963)과 Herschy (1975)이며, 또 이런 연구에 기반하여 제시된 ISO 748:1979 (ISO, 1979)이다. 그런데 이런 연구 이후 측선수가 유량산정에 미치는 영향에 대한 연구들을 거의 찾아보기 어려운 것도 더 이상의 논의가 필요없기 때문이 아닐까 생각한다.
측선수에 대해서는 이처럼 확실한 기준이 있음에도 불구하고, 국내나 일본에서는 ‘경제적인 면’을 포함한 여러 가지 이유로 측선수를 줄이거나 기준을 따르지 않는 사례들이 있는 것으로 보인다. 예를 들어 국내에서는 행정안전부에서 시행중인 ‘소하천 스마트 계측관리시스템 구축사업’에서는 소하천에서 하천의 유량을 상시 측정하고자 시행중에 있다(KICT, 2024). 그런데 일부 참여 사업자들이 일본 국토교통성의 기준 또는 긴급시의 부자관측법의 기준을 원용하여 최소 기준인 3대의 전파유속계를 고정설치하여 유량을 측정하고자 시도하였다. 이럴 경우 앞서 제시된 ISO 748:2021을 만족하지 못할 것은 쉽게 예상할 수 있다.
측선수 변경이 유량산정에 미치는 영향을 분석한 국내 연구는 찾아보기 어렵다. 거의 유일한 연구로, Kim et al. (2004)은 50개 이상의 측선에서 측정한 유속에서 산정한 유량을 유량의 기준값으로 보고, 각각 측선수에 따른 불확도를 분석한 결과 20측선 정도가 되어야 유량산정불확도(uncertainty of flow discharge measurement)가 5% 이하가 되는 것을 확인하였다. 이들은 측선수에 따른 유량산정불확도를 Table 2와 같이 제시하였다. 다만, 이들의 연구에서 대상하천은 소하천이 아니라 한국수자원조사기술원에서 유량을 측정하는 중대규모 하천에 대한 것이다.
Table 2.
Standard uncertainty of flow discharge measurement (Kim et al., 2004)
| Number of verticals | standard uncertainty, | ||
| Kim et al. (2004) | ISO (1979) | Herschy (1975) | |
| 5 | 14 | 15 | 20 |
| 10 | 8 | 9 | 10 |
| 15 | 8 | 6 | 7 |
| 20 | 3 | 5 | 5 |
| 25 | 3 | 4 | 5 |
| 30 | 4 | 3 | 3 |
| 35 | 3 | 2 | 3 |
| 40 | 2 | 2 | 3 |
| 45 | 1 | 2 | 3 |
한편, 일본에서도 비슷한 연구가 진행된 바 있다. 일본에서는 대부분의 유량측정을 부자법에 의존하고 있으며, 비용, 경제성, 인력 등의 면에서 가급적 측선수를 줄이고자 하는 시도를 추진해 왔다. 이런 기반에서 Suzuki et al. (2020)과 Usuda and Takahashi (2021)은 부자법에서 측선수를 줄였을 때 오차가 얼마나 커질 것인가를 검토한 바 있다. 다만, 이 때 이들이 유량의 기준값으로 삼은 것이 3개의 측선에서 측정한 유속에서 산정한 유량이라는 점에서, 기술적인 면의 검토가 부족하며 정확도(또는 불확도) 관점의 검토에는 한계가 있어 보인다.
3. 측선수에 따른 유량 산정의 정확도 평가
3.1 유속면적법
유속면적법은 Fig. 1과 같이 하천횡단면을 개의 측정소단면으로 구분한 뒤, 각 소단면에서 측정한 연직평균유속 와 그 측정소단면의 단면적 를 곱해서 측정소단면의 유량 를 구하고 이를 합산하여 전체 유량 를 구한다. 이를 식으로 표현하면 Eq. (1)과 같다.
3.2 측선수 변화에 따른 산정유량 변화
측선수를 변화시켰을 때 산정유량이 변화되는 요인은 유량산정에 사용되는 단면적 계산값이 변화되는 요인과 유속분포가 변화되는 요인으로 나누어 생각할 수 있다. 먼저 측정단면적의 변화가 유량산정에 미치는 영향은 측정횡단면이 어떤 형상을 갖는가에 따라 달라질 수 있다. 하천의 횡단면에 대해서는 Suzuki et al. (2020)가 이를 Fig. 1과 같이 분류한 바 있다.
Suzuki et al. (2020)은 Fig. 2와 같이 하천 횡단면 형상을 사발형(bowl type), 접시형(dish type), 복단면형(compound type), 한쪽사발형(one-sided bowl type)으로 나누었다. 그런데, Eq. (1)에서는 소단면의 면적을 산정하는 데 사다리꼴 공식을 이용하므로, Figs. 2(a)~2(c)과 같이 규칙적인 단면에서는 측선의 수(소단면의 수)가 3 ~ 5개 정도만 되어도 계산단면적과 실제 단면적의 차이는 상당히 작을 것으로 예상된다. 다만, 한쪽사발형(one-sided bowl type)과 같이 극심한 비대칭 형태를 가질 때는 사례별로 단면 산정오차는 달라질 수 있을 것이다. 우리나라서 유량측정을 수행하는 유량관측소의 횡단면 형태에 대한 검토 자료는 찾아보기 힘드나, 당초에 중대하천을 담당하는 한국수자원조사기술원이나 소하천을 담당하는 국립재난안전연구원에서 하천의 유량측정지점을 선정할 때 가급적 횡단면이 대칭이고 급격히 변화되지 않는 지점을 선정한다(KIHS, 2022)는 점을 감안하면, 단면적 계산 오차가 유량 산정오차에 미치는 영향은 작을 것으로 사료된다.
결론적으로 측선수를 변화시켰을 때 계산 단면적에 따른 산정 유량의 변화는 그다지 크지 않으며, 산정 유량의 변화 요인은 대부분 유량산정에 사용하는 유속분포의 변화라고 볼 수 있다.
3.3 유량산정 오차 분석방법
측선 수 변화에 따른 유량산정 오차를 분석하기 위한 방법은 다음과 같다.
본 연구에서는 대상이 되는 하천 또는 수로의 횡단면을 30개로 분할하여 표면영상유속계로 분석한 유속에서 구한 유량을 유량의 기준값으로 보고 이라고 한다. 대상으로 한 하천이나 수로의 경우 하폭이 6 ~ 10 m 정도이므로, 한 소단면의 폭은 0.2 ~ 0.3 m로 매우 촘촘하며, 전체 유속분포를 적절히 표현할 수 있다고 생각한다. 또한, 여기서 논하는 것이 측선수를 줄였을 때 전체 유량에 대한 변화를 검토하는 것이므로, 측정소단면 하나하나의 유속측정이 얼마나 정확한지는 논의의 주제가 아니다(이 때 표면유속을 연직평균유속으로 환산하는 데 유속변환계수는 0.85를 이용하였다. 이 값은 그 이전에 해당지점에서 FlowTracker 유속계로 측정한 표면유속과 연직평균유속 자료에서 구한 값이다.). 그 다음에 측정소단면(측선)을 1개부터 차례로 30개까지 분할하여 유량을 산정하고, 개로 분할한 경우의 유량을 이라고 한다. 분할할 때는 Fig. 3에 보인 것과 같이 1개 측선일 경우는 횡단면의 중앙, 2개일 때는 단면폭의 1/3과 2/3 지점, 3개일 때는 1/4, 1/2, 3/4 지점, 이런 식으로 정확한 위치에서 유속을 산정하였다. 만일 유속측정 지점이 처음의 30개 측선의 위치와 일치하지 않을 경우는 내삽하였다. 이렇게 결정한 분할 수는 = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30이다.
그리고, 각 분할에서 산정한 유량과 유량의 기준값 사이의 유량산정의 상대오차(개 측선의 유량산정 상대오차를 이라 한다)는 다음과 같이 계산한다.
이 오차가 5% 또는 10% 이내가 되는 측선분할수를 검토해 보기로 한다.
3.4 분석에 이용할 측정 자료와 측정지점
측선수에 따라 유량산정의 정확도가 어떻게 달라지는가는 실제 자료를 이용하여 분석해 보기로 한다. 본 연구에서 이용한 영상들은 한국건설기술연구원 안동하천실험센터의 급경사 수로의 저유속 구간과 고유속 구간의 두 구간과 서울 강북구의 인수천의 2022년 8월 9일 측정자료 중 유속분포가 달라지는 네 개의 사상, 서울 강북구 백운천의 2022년 8월 9일 17시 20분의 사상에 대한 동영상이다. 이들 동영상을 RiverQ_ML v.3.0 프로그램(HydroSEM, 2024)을 이용하여 분석하였다. RiverQ_ML v.3.0의 핵심적인 유속분석과 유량산정방법은 Lee and Yu (2023)에서 소하천의 자동유량측정 시스템인 RiverQ_AR v.3.0을 통하여 상세하게 소개되어 있다. 동영상을 촬영한 측정지점들의 위치는 Table 3과 같다. 여기서 각 사례별 약자는 AR1(안동하천실험센터 저유속부), AR2(안동하천실험센터 고유속부), IS (인수천), BK (백운천)이다.
Table 3.
Site names and locations used for test
| Name of Location | River Experiment Station (Andong) | The Insu Stream (Seoul) | The Baegun Stream (Seoul) | |
|
Map & image |  |  |  | |
| Case | AR1 | AR2 | IS | BK |
| channel width | about 6 ~ 8 m | about 8 m | about 10 m | |
각 지점의 특성을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
한국건설기술연구원의 안동하천실험센터에는 급경사 수로를 포함한 3개의 수로가 있다. 이 들 중에서 Table 3과 같이 급경사 수로의 두 구간에서 측정한 유속을 기반으로 측선수에 따른 유량 산정의 정확도를 검토하기로 하였다. 먼저, 하류쪽에 위치한 저유속 구간은 수로가 직선을 이루는 부분이며 하폭은 8 m 정도이다. 수로가 직선이므로 유속분포는 완만한 포물선을 그리며, 어느 한쪽으로 편류가 발생하지 않는다. 다만, 이 때 저유속이라는 표현은 앞의 고유속 구간에 대해 상대적으로 작다는 의미이며, 이 구간의 표면유속도 최대 1.5 m/s 정도에 이른다. 그리고 상류에 있는 고유속 구간은 수로가 만곡을 이루는 부분이며, 하폭은 약 6 m 정도이다. 만곡부이므로 우안쪽으로 편류가 형성되며, 표면유속은 약 2.0 m/s 내외이다.
인수천 측정지점은 서울시 강북구 인수천의 지성교 하류에 위치한다. 이 지점의 유역면적은 3.78 km2, 유로연장은 0.69 km이다. 측정횡단면은 바닥폭이 약 6 m 정도이며, 유로의 경사는 약 1/70 정도이다. 이 지점에서는 하상에 큰 거력들이 존재하여, 하상의 상당부분이 암반으로 이루어져 있고, 유속분포가 수위에 따라 상당히 크게 달라진다는 특징이 있다.
백운천 측정지점은 서울시 강북구 백운천의 청담교 상류에 위치한다. 이 지점의 유역면적은 약 50 km2, 유로연장은 약 25 km이다. 측정횡단면은 바닥폭이 약 10 m 정도이며, 유로 경사는 약 1/100 정도이다. 이 지점도 인수천과 비슷하게 하상의 상당부분에 암반이 노출되어 있으며, 유속분포는 중앙에 크게 집중되는 특성을 보인다.
3.5 수위(유량) 변화에 따른 횡단면 유속분포의 변화
인수천에서는 2022년 8월 9일 10시경부터 8월 10일 1시경까지 누가강우량 120 mm 정도의 강우가 내렸다. 이 때 인수천 관측지점의 측정횡단면의 최심하상고를 수위 0.0 m로 하였을 대, 수위는 2.5 m 정도까지 상승하였다. 인수천의 유량은 비강우기는 0.1 m3/sec 이하, 강우유출시는 5 m3/s 내외였으나, 대상이 된 사상에서의 최대유량은 약 56 m3/sec에 이르렀다.
이 분석에서 사용한 자료는 2022년 8월 9일 15:00시부터 22시 25분까지의 5분 간격으로 60초씩 촬영된 동영상이다. 이 동영상들은 현장에 설치된 RiverQ_AR v.3.0 영상유량계 장치에서 실시간으로 촬영되어 녹화된 것이다. 이들 중, Fig. 4에 보인 자료는 그 중에서 급격한 수위 상승과 하강을 보인 17시부터 18시 30분 사이의 네 개 동영상을 분석한 것이다. 이 결과를 보면 유량 변화에 따라 유속분포도 상당히 크게 변화한다.
Fig. 4(a)에서 보면 유량이 6.274 m3/s로 상승을 보일 때는 유속분포는 중앙 부분의 유속이 낮고 양쪽에 두 개의 첨두를 가진 쌍봉분포를 그리며, Fig. 4(b)에서 유량이 30.681 m3/s일 때는 전체 측정횡단면에 고른 유속분포를 보인다. 반면 Fig. 4(c)로 최대유량을 기록한 경우는 중앙의 최대유속(5.09 m/s)을 중심으로 좌우 비대칭인 분포를 보인다. 그리고 마지막으로 Fig. 4(d)는 수위하강기이며 이때 유량은 Fig. 4(b)의 경우와 비슷한 33.664 m3/s이지만, 유속분포는 좌안으로 약간 치우친 완만한 포물선 형태를 보인다. 이처럼 수위(또는 유량)에 따라 다른 유속분포를 보이는 상황은 다른 하천에서는 아직 확인된 바 없으나, 유속면적법을 적용할 때 매우 유의해야 할 점으로 보인다.
이처럼 한 지점에서도 수위(또는 유량)에 따라 유속분포가 달라진다면, 1 ~ 3개의 측선에서 유속을 측정하고 여기서 유량을 산정하는 지표유속법(index velocity method)을 사용하는 것이 기술적으로 타당한가에 대해서도 좀 더 신중히 검토할 필요가 있다고 생각한다.
3.6 측선수 변화에 따른 산정 유량의 변화
앞서 언급한 4개 지점에 대해 유속분포를 분석한 결과를 Fig. 5에 보인다. 여기서 IS는 인수천의 여러 사상중 17:00의 측정자료(Fig. 4(a))를 그래프 축의 범위를 바꾸어 표현한 것이다.
Fig. 5를 살펴 보면, 앞의 지점에 대한 개략 설명에서 언급한 것처럼, 4개 사례가 유속분포에 독특한 특성을 보인다. 즉, AR1(Fig. 5(a))은 일반적인 하천에서 볼 수 있는 평평한 포물선 형태, AR2(Fig. 5(b))는 한쪽으로 치우친 편류, IS (Fig. 5(c))는 쌍봉형 분포, BK (Fig. 5(d))는 첨두가 매우 큰 예리한 분포를 보인다.
이들에 대해 앞서 설명한 방법론에 따라 측선수에 따른 상대오차의 변화를 살펴보면 Table 4와 같다. Table 4에서 상대오차가 5% 이하가 되는 범위는 회색처리하였다.
Table 4.
Relative errors due to number of measurement lines
| Case | Relative Errors (%) | Case | Relative Errors (%) |
| AR1 |  | AR2 |  |
| IS |  | BK |  |
|
AR1 dist. |  | ||
|
AR2 dist. |  | ||
|
IS dist. |  | ||
|
BK dist. |  | ||
안동하천실험센터의 수로인 AR1과 AR2는 일반 소하천에 비해 하천단면적이 훨씬 편평하며 만곡도 심하지 않다. 또한 하상재료도 균질하여 유속분포가 상대적으로 매끄러운 분포를 갖는다. 즉, 측정소단면 사이에 급격한 변화를 보이지 않는다. 다시 말하자면 유량측정에는 최적인 조건이다. 그럼에도 불구하고 측선수를 각각 6개(AR1)와 4개(AR2)로 해야 유량산정오차를 5% 이내로 할 수 있다. 이런 점에서 안동하천실험센터의 수로보다 하상과 하도의 변화가 심하고 하상재료가 불균질한 일반 소하천에서는 훨씬 더 많은 측선수를 필요로 한다는 점은 더 이상 언급할 필요가 없을 정도이다. 즉, Table 3에서 보면, AR1의 경우 측선이 6개 이상일 경우 유량의 상대오차가 5% 이하가 된다. AR2의 경우는 측선 4개, IS의 경우는 측선 8개, BK의 경우는 15개를 넘어야 이 기준을 만족한다. 이 때 안동하천실험센터의 수로들(AR1과 AR2)에 비해 인수천(IS)와 백운천(BK) 사례에서 더 많은 수의 측선을 필요로 하는 이유는 하천 횡단면의 형상이나 유속분포와도 관계가 있는 것으로 보인다. 즉, 실제 하천인 인수천과 백운천은 인공수로인 안동하천실험센터의 수로에 비해 유속분포의 변화가 더 크기 때문인 것으로 보인다.
조금 더 범위를 넓혀서 상대오차 10%인 경우를 생각해 보아도, AR1은 6개, AR2는 4개, IS는 4개, BK는 8개를 넘어야 한다.
또한 이보다 적은 수의 측선을 이용할 경우는 모든 경우에 예외없이 양과 음으로 크게 진동을 보인다. 즉, 아무리 작은 소하천이라도, 1 ~ 3개 측선을 이용할 경우는 유량산정 오차를 10% 이내로 줄인다는 것은 기술적으로 불가능에 가깝다는 확실한 증거가 될 것이다.
본 연구에서 이용한 하천들의 유속분포에는 Fig. 2(d)의 한쪽사발형과 같은 극단적인 비대칭을 이루는 횡단면이 없었다. 만일 아주 극단적으로 불규칙한 유속분포를 갖는 경우는 본 연구의 사례들보다 훨씬 많은 수의 측선수를 필요로 할 것이다. 이것은 사용하는 척도도 다르고, 대상이 되는 하천의 규모도 다르지만, Kim et al. (2004)이 유량산정의 불확도 측면에서 신뢰성있는 유량산정을 위해 20개의 측선을 제시했다는 점을 고려하면, 충분히 근거가 있는 판단이라 볼 수 있다.
이런 여러 가지 상황과 분석 결과에서 볼 때 ISO 748:2021과 아울러 이를 이용하여 추후 도입될 KS B ISO 748:2021의 측선수 규정은 우리나라의 하천의 현실에서는 조금 더 엄격한 면이 있으나, 그래도 여러 가지 면에서 볼 때 가급적 준수해야 하고, 불가피한 경우라도 이에 가까운 측선수를 유지하고자 노력할 필요가 있다.
4. 요약 및 결론
본 연구에서는 최근 논란이 되고 있는 소하천의 측선수 문제를 검토하고자 하였다. 본 연구의 요약과 결론은 다음과 같다.
(1)한국건설기술연구원의 안동하천실험센터와 두 개의 소하천에서 측정한 자료를 기반으로, 횡단면 유속분포를 검토하고 측선수의 변화에 따라 산정되는 유량값이 어떻게 변화하는가를 검토하였다.
(2)하천 횡단면의 유속분포는 수위와 유량의 변화에 따라 여러 가지 형태로 변화될 수 있음을 보였다. 이런 현상에 대해서는 추후 보다 세부적인 연구가 필요하다.
(3)1개부터 30개까지 측선수를 변화시켜 가면서 유량산정 오차를 분석한 결과, 유량산정오차를 5 ~ 10% 이내로 줄이기 위해서는 아주 좋은 조건의 수로에서도 최소 4 ~ 6개, 실제 소하천에서도 최소 7개 이상, 보통은 10여개 이상의 측선수를 필요로 하는 것을 알았다.
(4)ISO 748:2021의 측선 수 규정은 우리나라의 하천의 현실에서는 조금 더 엄격한 면이 있으나, 가급적 준수해야 하고, 불가피한 경우라도 이에 가까운 측선수를 유지하고자 노력할 필요가 있다.
