KR100572748B1 - 항력을 이용한 하천의 유속측정방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 항력을 이용한 하천의 유속측정방법은, 물이 흐르는 하천에 줄의 일단에 연결된 저항체를 담그고 수중 밖에서 상기 줄의 타단에 저울을 연결하여, 줄에 미치는 장력(F)이 저항체가 가라앉으려는 힘(F1)과 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)의 합이고 F2가 유속(V)의 변화에 비례하는 관계를 이용해서 저울로 장력(F)을 측정함으로써 유속을 측정함을 특징으로 한다.
상기에 개시된 본 발명에 의하면, 하천의 물에 접촉하지 않고 교량과 같은 원거리에서 유속측정이 가능하고, 기상에 영향을 덜 받으며, 사용자의 안전을 보호할 수 있을 뿐만 아니라 현장 실무자가 간단한 방법으로 유속을 측정할 수 있다.
항력, 저항체, 유속측정, 장력, 저울, 하천

Description

항력을 이용한 하천의 유속측정방법 {Tachometry method of river by drag}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 2는 유속에 따른 장력의 변화를 이론적으로 계산한 그래프,
도 3은 실험실에서 각기 다른 실험 조건으로 실험을 실시한 유속-장력 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 저항체 20 : 저울
본 발명은 항력(drag)을 이용한 하천의 유속측정방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 하천에 줄로 묶은 저항체를 띄우고 줄에 발생하는 힘(장력)을 측정하여 유속을 측정하는 방법에 관한 것이다.
최근 들어 세계적으로 기상이변으로 인한 재난이 많이 발생하고 있으며, 국내에서도 매년 여름 지중호우로 인한 피해가 자주 발생하고 있다.
따라서 다양한 방법으로 재해를 예측하고 방재계획을 세우는데 많은 노력을 기울이고 있다.
특히 호우로 인한 피해는 홍수로 이어져 많은 인명 및 재산상 피해를 유발하고 있다.
홍수는 일시에 많은 물이 하류로 밀려들어 발생하는 현상으로 상류에서의 유량을 정확하게 알 수 있다면 재해 예방에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.
그러므로 유량을 알기위한 다양한 방법들이 사용되고 있다.
유량을 알기위한 방법은 아래의 수학식 1에 나타낸 바와 같이 수로의 단면 형상과 수위, 유속으로 측정이 가능하다.
Figure 112004061377451-pat00001
여기서 Q는 유량, A는 하천의 단면적, V는 유속이고, 하천의 단면적(A)은 하천의 폭(d)과 수위(h)의 곱(d*h)이다.
하천의 폭은 측량을 통하여 구하고, 수위는 교량 하부의 수위표 등으로 쉽게 알 수 있다.
그러나, 유속은 그 변화 양상이 다양하고, 직관적으로 측정이 불가능하며, 지속적인 관측에 어려움이 많다.
하천에서의 유속측정방법으로는 이미 여러 가지가 개시되어 사용된다.
그러나, 실무자들이 사용하는 데는 많은 한계를 가지고 있고, 특히, 홍수로 인한 유량 증가 및 강우중 유속측정은 사용자의 안전까지 위험에 빠지게 하는 단점 을 가진다.
종래기술을 좀 더 자세히 살펴보면, 첫째 부표추적에 의한 유속측정방법은 기초적인 유속측정법으로, 하천에 부표를 띄우고 일정구간을 흘러 내려가는 시간을 측정하여 유속을 계산하는 방법으로 가장 보편적으로 사용된다.
그러나 이 방법은 상시적인 유속측정이 불가능하며, 1회용 부표를 사용하므로 폐기물이 발생한다.
둘째 프로펠러유속계에 의한 유속측정방법에 사용되는 프로펠러유속계는 가장 전통적인 유속계로, 유속에 따른 프로펠러의 회전수로 유속을 측정하는 방법이다.
그러나, 3m/sec 이상의 빠른 유속에서는 프로펠러유속계를 물속에 담그는 것이 어렵고, 부유물과의 충돌로 손상될 위험이 크다.
또한 거치식이 아닌 이동식은 운영자가 현장에 가까이 다가가야 하므로 홍수시 매우 위험하다.
셋째, 최근 많이 운영되고 있는 전자기식 및 초음파식 유속계는 프로펠러유속계에 의한 방식보다는 기구가 간단하나, 3m/sec 이상의 유속 측정이 불가능하고, 비가 오는 중에는 손상 위험이 있다.
또한 현장에 접근하여 직접 관측하는 것으로 홍수시 등에는 사용이 위험하다.
넷째, 전자파식 표면 유속계는 근래에 개발된 방법으로 수면에 전파를 발사하여, 반사되어 오는 파를 이용한 유속계로, 비접촉식이어서 현장 접근하지 않고 측정할 수 있는 방법이다.
빠른 유속에서도 사용이 가능하며 이동이 간편하나, 바람과 비 등, 기상의 영향을 많이 받아 바람이 불거나 비가 오면 사용할 수 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원거리에서 유속측정이 가능하고, 기상에 영향을 덜 받으며, 사용자의 안전을 보호할 수 있는 항력을 이용한 하천의 유속측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다.
또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법은, 물이 흐르는 하천에 줄의 일단에 연결된 저항체를 담그고 수중 밖에서 상기 줄의 타단에 저울을 연결하여, 줄에 미치는 장력(F)이 저항체가 가라앉으려는 힘(F1)과 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)의 합이고 F2가 유속(V)의 변화에 비례하는 관계를 이용해서 저울로 장력(F)을 측정함으로써 유속을 측정함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에서 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 유속측정방법은 저항체(10)에 줄을 고정되게 연결하고 물이 흐르는 하천에 담그면 저항체(10)에는 가라앉으려는 힘(F1)과, 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)이 작용한다.
여기서 F1과, F2는 수학식 2와 수학식 3에 의해 얻을 수 있다.
Figure 112004061377451-pat00002
여기서 m'는 수중에서 저항체의 무게이고, g는 중력 가속도이다.
Figure 112004061377451-pat00003
여기서 CD는 항력 계수, A는 저항체의 단면적, ρ는 유체(물)의 밀도, V는 흐름의 속도(유속)이다.
여기서 저항체(10)는 단면적과 항력 계수를 일정하게 하는 단면 형상인 것이 바람직하다.
상기 저항체(10)는 줄에 묶여 고정되어 있으므로 물을 따라 흘러내려가지 못하고 도시된 바와 같이 수중에 있게 된다.
여기서 저항체(10)를 묶고 있는 줄에 당겨지는 힘(장력; F)은 아래의 수학식 4에서와 같이 F1과 F2의 합력이 된다.
Figure 112004061377451-pat00004
그런데 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)은 유속(V)의 변화에 따라 비례하여 변화되고, 따라서 수학식 4에 도시한 바와 같이 장력 F도 달라지게 된다.
이때 장력 F는 줄에 저울(20)을 연결하여 물이 흘러가는 교량 위에서 저울(20)에 나타나는 값으로 알 수 있다.
상기 저울(20)은 힘과 용수철의 늘어남의 관계를 이용한 용수철저울을 이용 하거나, 탄성체의 변형에 비례한 전기신호를 내는 로드셀(load cell)에 하중을 직접 가하여, 하중에 비례된 전기신호를 검출하는 전자저울을 이용할 수 있다.
상기 저울(20)에 의해 F가 구해지면 수학식 4의 F1과 F2에 수학식 2와 수학식3을 대입하고 유속(V)로 정리하여 수학식 5에 의해 유속을 구할 수 있다.
Figure 112004061377451-pat00005
상기 저울(20)이 전자저울인 경우, 전자저울을 휴대가 간편한 노트북 컴퓨터(미도시) 등에 연결하고 이 노트북 컴퓨터에 장력을 유속으로 변환하는 프로그램을 구현하면 유속을 간단히 구할 수도 있다.
도 2는 저항체의 단면적이 12㎠이고, 수중 무게가 50g인 경우 유속에 따른 장력의 변화를 이론적으로 계산한 그래프이다.
도 3은 실험실에서 각기 다른 실험조건을 실험을 실시한 유속-장력 그래프로 유속에 따른 장력의 변화가 도 2의 이론치에 근접함을 나타낸다.
위 결과로부터 저항체(10)의 단면적을 조정함으로써 정밀한 유속측정이 가능함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 항력을 이용한 하천 유속측정방법은 하천의 물에 접촉하지 않고 교량과 같은 원거리에서 유속측정이 가능하고, 기상에 영향을 덜 받으며, 사용자의 안전을 보호할 수 있을 뿐만 아니라 현장 실무자가 간단한 방법으로 유속을 측정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

  1. 물이 흐르는 하천에 줄의 일단에 연결된 저항체를 담그고 수중 밖에서 상기 줄의 타단에 저울을 연결하여, 줄에 미치는 장력(F)이 저항체가 가라앉으려는 힘(F1)과 유속 방향으로 흘러 내려가는 힘(F2)의 합이고 F2가 유속(V)의 변화에 비례하는 관계를 이용해서 저울로 장력(F)을 측정함으로써 유속을 측정함을 특징으로 하는 항력을 이용한 하천의 유속측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유속은 수학식 6에 의해 구해짐을 특징으로 하는 항력을 이용한 하천의 유속측정방법.
    Figure 112004061377451-pat00006
    여기서, m'는 수중에서 저항체의 무게, g는 중력 가속도, CD는 항력 계수, A는 저항체의 단면적, ρ는 유체(물)의 밀도이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저울은 힘과 용수철의 늘어남의 관계를 이용한 용수철저울이나, 탄성체 의 변형에 비례한 전기신호를 내는 로드셀(load cell)에 하중을 직접 가하여, 하중에 비례된 전기신호를 검출하는 전자저울을 이용하여 장력을 측정함을 특징으로 하는 항력을 이용한 하천의 유속측정방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110346598A (zh) * 2019-06-19 2019-10-18 南京卡德威焊切器材有限公司 碳弧气刨枪气流流速测试装置及其测试方法
KR102047266B1 (ko) * 2019-09-24 2019-12-02 화이버트론 주식회사 원격유속 측정장치
CN114545023A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 张磊 一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0301534A1 (en) 1987-07-31 1989-02-01 Michael John Leigh Chapman Asymmetrical displacement flowmeter
JPH04110775A (ja) * 1990-08-31 1992-04-13 Enplas Corp 流体の流速及び流れ方向の三次元計測器
JPH1090092A (ja) * 1996-09-11 1998-04-10 Nkk Corp 自己推進体の抵抗の測定装置および測定方法
KR20030000980A (ko) * 2001-06-27 2003-01-06 한국수자원공사 하천 유속 측정장치 및 측정방법
JP2003107100A (ja) 2001-09-28 2003-04-09 Matsushita Electric Works Ltd 流速測定装置及び流速測定方法
JP2004163219A (ja) 2002-11-12 2004-06-10 Hitachi Cable Ltd 光ファイバ河床洗掘・流速センサ及び河床洗掘・流速計測システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0301534A1 (en) 1987-07-31 1989-02-01 Michael John Leigh Chapman Asymmetrical displacement flowmeter
JPH04110775A (ja) * 1990-08-31 1992-04-13 Enplas Corp 流体の流速及び流れ方向の三次元計測器
JPH1090092A (ja) * 1996-09-11 1998-04-10 Nkk Corp 自己推進体の抵抗の測定装置および測定方法
KR20030000980A (ko) * 2001-06-27 2003-01-06 한국수자원공사 하천 유속 측정장치 및 측정방법
JP2003107100A (ja) 2001-09-28 2003-04-09 Matsushita Electric Works Ltd 流速測定装置及び流速測定方法
JP2004163219A (ja) 2002-11-12 2004-06-10 Hitachi Cable Ltd 光ファイバ河床洗掘・流速センサ及び河床洗掘・流速計測システム

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110346598A (zh) * 2019-06-19 2019-10-18 南京卡德威焊切器材有限公司 碳弧气刨枪气流流速测试装置及其测试方法
CN110346598B (zh) * 2019-06-19 2023-08-11 南京卡德威焊切器材有限公司 碳弧气刨枪气流流速测试装置及其测试方法
KR102047266B1 (ko) * 2019-09-24 2019-12-02 화이버트론 주식회사 원격유속 측정장치
CN114545023A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 张磊 一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标
CN114545023B (zh) * 2022-02-23 2023-10-17 张磊 一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标

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