유속계수를 고려한 부자법의 유량 측정불확도 평가방법 개선 :Evaluation of Uncertainties in Discharge Measurements using Floats with Consideration of Velocity Coefficient

안명희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 안명희 (명지대학교, 명지대학교 대학원)

지도교수: 윤병만

발행연도: 2017

저작권: 명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2017

유속계수를 고려한 부자법의 유량 측정불확도 평가방법 개선

안명희 일반 2017.01 학위논문

부자를 이용한 유량측정법의 유속계수 표준 불확도 평가

안명희 , 김서준 , 윤병만 한국수자원학회 학술발표회 2017.01 학술대회자료

2016

부자를 이용한 유량 측정 불확도 산정 방법에 대한 ISO 748 기준의 개선 연구

안명희 , 김서준 , 윤병만 외 1명 한국수자원학회 학술발표회 2016.01 학술대회자료

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유량 측정불확도는 ISO 748:2007 지침에 따라 평가되고 있다. 그러나 유속계를 이용한 유량 측정불확도 평가와 달리 부자법의 유량 측정불확도는 아직 연구결과가 부족하여 불완전한 평가방법으로 제시되어 있고, 이에 대한 연구의 필요성에 대해 언급하고 있다. 부자법의 유량 측정불확도 평가방법은 측선 수에 대한 불확도, 하폭과 수심 측정의 불확도 그리고 평균유속의 불확도를 고려하여 유량 측정불확도를 평가하도록 되어있다. 하지만, 평균유속의 표준불확도를 평가할 수 있는 방법이나 정량적인 불확도는 제시되어 있지 않아 실무에서는 이를 고려하지 않고 측정불확도를 산정하고 있는 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 부자 유속계수 불확도를 고려한 평균유속의 표준불확도를 산정하고, 이를 적용하여 부자법의 유량 측정불확도를 개선하고자 한다.
부자를 이용한 유량 측정 시 평균유속 불확도에 영향을 미치는 요인들 중 기여도가 크다고 판단되는 부자 유속계수에 대한 불확도를 고려하여 평균유속의 표준불확도 산정을 위한 실험을 수행하였다. 평균유속의 표준불확도는 부자를 이용하여 측정된 수심 평균유속과 참값으로 간주할 수 있는 ADV로 측정된 수심 평균유속의 비를 통해 무작위 불확도와 계통 불확도를 고려하여 산정하였다. 산정한 결과, 흘수 10 cm의 표면부자의 평균유속 표준불확도는 15.30 %, 흘수 50 cm의 봉부자의 평균유속 표준불확도는 11.05 %로 산정되었다.
부자법의 유량 측정불확도 평가는 GUM과 ISO 748:2007의 방법으로 수행하였다. 부자 유속계수로 인한 평균유속의 표준불확도를 고려하여 측정불확도를 평가한 결과, 고려하지 않은 경우보다 GUM 평가방법은 3.29 %, ISO 748:2007 평가방법은 3.49 % 증가하였다. 이러한 정량적인 결과를 통해 평균유속 표준불확도를 고려함으로써 부자법의 유량 측정불확도가 개선됨을 확인하였다. 이와 더불어 각 불확도 인자의 민감도 계수를 산정한 결과 평균유속의 민감도 계수가 전체적으로 크게 산정되었음을 확인하였다.
본 연구의 결과, ISO 748:2007 지침에서 제시한 부자법의 유량 측정불확도 평가기준의 미흡한 부분을 개선할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었고 이는 부자를 이용한 유량 측정 자료의 품질 향상에 기여할 것으로 판단된다. 향후 평균유속의 표준불확도 산정 연구가 다양한 흘수, 수심, 유속, 단면형태 등에 따라 수행된다면 국내외 하천에 범용적으로 적용할 수 있는 평균유속의 표준불확도 기준을 제시 할 수 있을 것으로 기대된다.

Uncertainties in discharge measurement using current meters and floats are evaluated usually by ISO748:2007. The evaluation of uncertainty in discharge measurement using current meters is well documented in this guide. However, uncertainty evaluation method for discharge measurement using floats presented in ISO748:2007 is incomplete due to insufficient study.
The uncertainty in discharge measurement using floats should be evaluated with consideration of uncertainties in number of verticals, mean velocity, depth and distance. However, since the evaluating procedure or pre-evaluated values for uncertainty generated from the mean velocity measurement are not presented in the guide, the uncertainty of discharge measurement is, in practice, evaluated without consideration of standard uncertainty for mean velocity, which results in underestimation of uncertainty.
The objective of this study is, therefore, to estimate the standard uncertainties for mean velocity with consideration of uncertainty in velocity coefficients assigned according to the float draft, and by applying this result, to improve the evaluation of the uncertainty in discharge measurement using floats.

The experiments were carried out to evaluate the standard uncertainties of mean velocity associated with velocity coefficients, which is recognized as the major parameter contributing to the standard uncertainty of mean velocity. The standard uncertainty of mean velocity was evaluated by combining the random and systematic uncertainties which were calculated by considering the mean velocities measured using ADV as true values. The result shows that standard uncertainties of mean velocity are 15.30 % for surface float with 10-cm draft and 11.05 % for rod float with 50-cm draft.
The uncertainties in discharge measurements using floats were evaluated by GUM and ISO 748:2007. The uncertainties associated with standard uncertainties of mean velocity appeared to be increased by 3.3 % with the GUM method and by 3.2 % with the ISO 748 method, compared to the values obtained without consideration of standard uncertainties of mean velocity. Also, the sensitivity coefficient of each uncertainty factor was calculated, and the sensitivity coefficient of mean velocity was calculated to be the largest.

It is concluded that this study improves the guide for evaluation of standard uncertainty in discharge measurement using floats in ISO 748: 2007. And this will contribute to raising the reliability of the discharge data obtained using floats. Further study is needed to provide the standard uncertainties of mean velocity applicable to various rivers.

#유량 #측정불확도 #부자법 #유속계수 #평균유속 #표준불확도

그림목차 iii
표목차 v
국문초록 vii
제 1 장 서론
1.1 연구 필요성 및 목적 1
1.2 연구내용 및 범위 4
제 2 장 이론적 배경 및 기존 연구동향
2.1 하천 유량 측정 6
2.1.1 유속계를 이용한 측정방법 8
2.1.2 부자를 이용한 측정방법 11
2.2 측정불확도 16
2.2.1 용어의 정의 16
2.2.2 측정불확도 평가절차 17
2.2.3 유량 측정불확도 평가 23
제 3 장 부자 유속계수를 고려한 평균유속의 표준불확도 산정
3.1 평균유속의 표준불확도 산정 실험개요 34
3.2 부자를 이용한 평균유속 측정 37
3.3 ADV를 이용한 평균유속 참값 측정 44
3.4 부자를 이용한 평균유속 측정의 표준불확도 산정 46
제 4 장 부자법의 유량 측정불확도 평가 및 비교분석
4.1 부자법의 유량 측정불확도 평가개요 54
4.2 부자 및 ADV 이용한 유량 측정 56
4.3 부자법의 유량 측정불확도 평가 62
4.3.1 GUM 평가방법 62
4.3.2 ISO 748:2007 평가방법 69
4.4 부자법의 유량 측정불확도 평가 비교 74
제 5 장 결론 및 향후 과제
참고문헌 81
부록 86
Abstract 94

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