This study is aimed to analyze the hydrodynamic characteristics of the cage net in the circulating water channel. It visualized wake flows using a PIV (paricle imaging velocimetry) and analyzed the flow velocity distribution. In addition, the vorticity and turbulence intensity were analyzed from the wake flow distribution and compared changes by flow velocity. Results showed that the average turbulence intensity in the circulating water channel was very stable showing less than 1% in the range between 0.2 and 0.8 m/s. The drag coefficient affecting to the netting was estimated to be 1.35. The flow decreasing rate of the wake in the middle of the netting was 2.1% at the range of 0.2 m/s and it was constant at 6.6―6.9% over the range of 0.4 m/s irrespective of velocity increases. Finally, the change of turbulence intensity by netting and knot mesh could be confirmed. These results can be utilized as a basic information for the future research of flow characteristics by fishing nets and meshes.

ADCPs have been widely used to estimate the dynamic characteristics and biomass of sound scattering layers (SSLs), and swimming speed of fish schools for analyzing SSLs spatial distribution and/or various behavior patterns. This result showed that the verification of the mean volume backscattering strength (MVBS or averaged SV, dB) acquired by the ADCP would be necessary for a quantitative analysis on the spatial distribution and the biomass estimation of the SSLs or fish school when ADCP is used for estimating their biomass. In addition, the calibrated sphere method was used to verify values of each MVBS obtained from 4 beams of ADCP (153.6 kHz) on the base of 3 frequencies (38, 120, 200 kHz) of Scientific echo sounder's split beam system. Then, the measured SV values were compared and analyzed in its Target Strength (TS, dB) values estimated by a theoretical acoustic scattering model.

본 연구는 홍수기 유량측정의 어려움을 극복하고자 물 과 비접촉식으로 유속을 측정하여 유량을 산정하는 전 자파표면유속계(microwave water surface current meter, MWSCM)의 성능개선 제품인 범용 MWSCM에 대하여 소개하고자 하였다. 기존에 사용 중인 MWSCM은 홍수 용으로써 연중 활용도가 낮아 이것의 이용성을 높이고 자 성능을 개선하였다. 유속측정 범위를 확장하여 평∙ 갈수기에도 하천 유량측정이 가능하게 하였다. 즉 기존 홍수용 MWSCM의 유속측정 범위가 0.5~10.0 m s-1이 었던 반면, 금번에 개발된 범용 MWSCM은 0.03~20.0 m s-1로 홍수기 및 평수기 측정이 가능하도록 성능을 개선하였다. 이를 위해서 사용주파수의 변경(10 GHz → 24 GHz), 안테나 및 송수신부 회로가 새롭게 설계 제작 되었다. 이와 더불어 기존 홍수용 MWSCM 사용자들의 개선요구사항-기기 경량화, 유속 안정화, 자체점검기능, 저전력, 방수 및 방습-을 파악하여 반영함으로써 현장에 서 유량을 측정하기에 용이한 기기로 개발하였다.

As a fish way is a structure for fish migrating well toward upper stream due to breaking river flow by a dam or dammed pool, the specific fish's swimming ability is one of the main factors in making a plan and managing it. In addition, it also needs to understand the current field in fish road to evaluate its performance. This study is aimed to analyze the swimming patterns with current velocity changes using a Particle Imaging Velocimetry (PIV) in order to understand the swimming ability of silver fish (Plecoglossus altivelis) that is one of the fishes migrating through the fish way of Nakdong River, and to analyze the 2 dimensional current field near to silver fish at swimming momentum. The results showed that average values of tail beat frequencies for continuous swimming with current velocity were 2.8 Hz at 0.3 m/s, 3.2 Hz at 0.4 m/s, 3.8 Hz at 0.5 m/s, respectively. The wake would be produced by direction turning of fish's tail fin and its magnitude would be verified by the difference of pressure. The pressure turbulent flow produced by its tail beat would be made in both sides, and then, the magnitude of wake should be the source of moving direction. The swimming momentum will help to support the primary factor in making a suitable design for specific fish species migrating toward the district river.

This study shows that the vertical migration speed of sound scattering layers (SSLs), which is distributed in near Funka Bay, were measured by 3D velocity components acquired from a bottom moorng ADCP. While the bottom mooring type has a problem to measure the velocity vectors of sound scattering layer distributed near to surface, both the continuous vertical migration patterns and variability of backscatterers were routinely investigated as well. In addition, the velocity vectors were compared with the vertical migration velocity estimated from echograms of Mean Volume Backscattering Strength, and estimated to produce observational bias due to SSLs which is composed of backscatterers such as euphausiids, nekton, and fishes have swimming ability.

우리나라에서는 적조가 발생하면 적조발생 해역에 황토를 살포하고 있다. 황토가 살포되는 해역은 대부분 가두리 양식장 주변이며 매년 권장 살포량이상으로 대량 살포되고 있다. 본 연구에서는 지금까지 적조가 발생하여 매년 황토가 살포되어온 해역과 황토가 살포되지 않은 해역을 대상으로 추계(2008년 10월)와 춘계(2009년 4월)에 플랑크톤 네트에 의한 채집과 ADCP에 의한 체적산란강도를 계측하여 플랑크톤 분포특성과 플랑크톤의 분포밀도를 조사하였다. 황토를 살포하지 않은 해역에서 채집된 생물의 종수 및 단위체적당 개체수는 높았으나, 황토를 살포한 해역에서는 낮았다. 각 정점에서 채집한 플랑크톤의 종별, 체장별 개체수와 분포밀도의 평균치를 이용한 체적산란강도 SVc와 ADCP에 의해 계측된 체적산란강도 SVm를 비교해 본 결과, 황토를 살포하지 않은 해역의 SVc와 SVm는 거의 일치하였으나, 황토를 살포한 해역의 SVm는 SVc보다 4.3 dB 높았다. 즉 황토를 살포한 해역에서는 부유물이 ADCP에 크게 영향을 미치고 있음을 확인하였다. ADCP에 의해 계측된 체적산란강도의 수평분포도에서 체적산란강도는 황토를 살포한 해역이 황토를 살포하지 않은 해역보다 높았으며, 봄철이 가을철보다 높았다. 또한 체적산란강도 추정에 ADCP를 이용하면 채집에 의한 분포밀도의 과대 또는 과소평가를 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

This study was performed to estimate the swimming velocity of Pacific saury (Cololabis saira) migrated offshore Funka Bay of Hokkaido using an acoustic Doppler current profiler (OceanSurveyor, RDI, 153.6kHz) established in T/S Ushio-maru of Hokkaido University, in September 27, 2003. The ADCP's doppler shift revealed as the raw data that the maximum swimming velocity was measured 163.0cm/s, and its horizontal swimming speed and direction were 72.4±24.1 cm/s, 160.1˚±22.3˚ while the surrounding current speed and direction were 19.6±8.4 cm/s, 328.1˚±45.3˚. To calculate the actual swimming speed of Pacific saury in each bins, comparisons for each stratified bins must be made between the mean surrounding current velocity vectors, measured for each stratified bin, and its mean swimming velocity vectors, assumed by reference (threshold 〉 -70dB) and 5dB margin among four beams of ADCP. As a result, the actual averaged swimming velocity was 88.6cm/s and the averaged 3-D swimming velocity was 91.3cm/s using the 3-D velocity vector, respectively.

Bubble boom may be a good alternative for the prevention of oil spill pollution due to its easy deployment and clean post-process tasks. The present work is focused on the experimental investigation of air bubble movement for the bubble boom by visualization and quantitative PIV measurements. Bubble plume was generated by adjusting the pressure of pressure vessel ranging 6.7 kpa to 14.7 kpa. The results showed at lower inlet velocity and higher supply air flow rate that bubble boom maintained its containing capability reasonably well up to the maximum containing limit.

열선유속계를 이용하여 디이젤 기관 연소실내의 한점에서 유속을 측정한 결과는 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 연소실내의 유동은 cylinder의 원주방향의 속도 성분이 크며, 유속변화는 밸브 timing과 피스톤 속도등에 밀접한 관계가 있다. 2. 유속은 흡입시부터 증가하여 압축행정중 흡입밸브가 닫히는 60˚ABDC에서 최대치를 갖고 이후 피스톤의 속도가 감소함에 따라 유속도 감소하여 팽창행정중 배기 밸브가 열리는 120˚ATDC에서 다시 증가하였다. 3. 평균유속은 shroud 밸브 사용시가 no shroud 밸브 사용시보다 낮지만 shroud 밸브 사용시 흡입행정에서 난류강도가 가장 크게 나타났다. 4. 90˚shroud 밸브 사용시가 120˚shroud 밸브 사용시보다 난류강도는 더 크고, 90˚shroud의 180˚위치에서 난류강도가 제일 크게 나타났다.(이 논문의 결론부분임)

본 연구에서는 표면영상유속계의 한계점으로 지적되어 온 야간이나 안개시 적용 문제를 해결하기 위해, 원적외선 카메라를 이용한 표면영상유 속계의 적용성을 검토하였다. 이를 위해 각 조건에 대한 원적외선 카메라의 측정 정확도 평가 실험을 진행하였다. 정확도 평가는 기존에 검증이 된 주간 조건의 일반카메라를 이용한 표면영상유속계 측정 결과에 대한 상대 오차를 산정하여 평가하였다. 결과적으로 원적외선 카메라를 이용한 표면영상유속계의 야간 측정 상대 오차는 최대 4.3%, 평균 1% 내외로 매우 낮게 나타나 정확도가 높음을 확인하였고, 안개 조건 또한 최대 5.2%, 평균 2% 내외로 매우 높은 정확도를 보였다. 이에 따라 일반 카메라로 수면 흐름을 가시화할 수 없던 비가시 환경에서 원적외선 카메라를 이용하는 경우 높은 정확도로 측정이 가능할 것으로 판단된다.

In this study, according to the reference setting based on the runoff video of 9:00 where the highest water level of 3.94 m has been recorded during the runoff of Cheon-mi Stream in Jeju Island by the attack of Typhoon no. 16 Sanba on September 17th, 2012, the error rate of long-distance and short-distance velocimetry and real-distance change rate by input error have been calculated and the input range value of reference point by stream has been suggested. In the reference setting process, if a long-distance reference point input error occurs, the real-distance change rate of 0.35 m in the x-axis direction and 1.35 m in y-axis direction is incurred by the subtle input error of 2~11 pixels, and if a short-distance reference point input error occurs, the real-distance change rate of 0.02 m in the x-axis direction and 0.81 m in y-axis direction is incurred by the subtle input error of 1~11 pixels. According to the long-distance reference point setting variable, the velocity error rate showed the range of fluctuation of at least 14.36% to at most 76.06%, and when calculating flux, it showed a great range of fluctuation of at least 20.48% to at most 78.81%.

본 연구는 안드로이드 기반의 스마트폰을 이용한 실시간 표면영상유속계를 개발하는 것이다. 스마트폰이 내장한 카메라, GPS, 방향 센서, CPU를 활 용하여, 실시간으로 현장에서 하천의 표면유속을 측정하는 것이다. 먼저, 스마트폰의 GPS를 이용하여 측정 현장의 위치를 파악하고, 경사계(방향 센 서)를 활용하여 카메라와 촬영면의 기하적인 관계를 설정한다. 이 때 입력해야 할 유일한 변수는 수면과 카메라의 연직 높이뿐이다. 내장된 카메라로 정해진 시간만큼 동영상을 촬영한다. 촬영된 동영상을 개방 소스의 영상처리 라이브러리인 OpenCV를 이용하여 프레임별로 분할하고, 이를 시공간 영상 분석하여 하천 표면의 2차원 유속장을 추정한다. 시판되는 안드로이드 스마트폰에 적용하여 현장 시험한 결과 약 11초에 1회의 순간유속 측정 (1 초간의 평균유속 측정)을 할 수 있어, 현장에서 즉각적으로 하천 수표면의 표면유속을 측정할 수 있었다. 또한 이 순간유속을 수십회 반복한 뒤 평균하 여 시간평균유속을 구할 수 있었다. 개발된 시스템을 실험 수로에서 시험한 결과, 측정이 매우 효과적이며 편리하였다. 측정된 결과를 프로펠러 유속계 에 의한 측정값과 비교한 결과, 최대 오차 13.9%, 평균적으로 10%이내의 오차로 실험 수로의 표면 유속을 측정할 수 있었다.

홍수시 하천의 유속 측정을 위한 표면영상유속계의 가장 기본이 되는 단계는 질 좋은 영상을 획득하는 것이다. 하지만 영상 획득에 있어 빛이 없는 야간에 발생하는 홍수 흐름을 촬영하는 것은 매우 어렵다. 이에 본 연구에서는 표면영상 유속계의 야간 영상 획득 장치로 원적외선 카메라를 이용하는 방안을 검토하였다. 원적외선 카메라는 별도의 조명을 필요로 하지 않으므로, 주야간 모두 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다. 또한 안개나 연기의 영향을 받지 않아서 고정식 표면영상유속계를 구성하는 좋은 대안이 될 수 있다. 원적외선 영상을 이용한 유속 산정의 결과를 비교하기 위해, 보통의 가시광 카메라와 근적외선 카메라를 이용한 동시 촬영을 수행하여 영상을 획득하였고, 시공간 영상분석 방법을 이용하여 분석하였다. 그 결과 소형 프로펠러 유속계로 측정한 유속 자료와 비교하여 원적외선의 주간 영상을 이용할 경우 최소 -9%에서 최대 -19%의 차이를 나타냈고, 야간 영상을 이용할 경우 최소 -10%에서 최대 -23%의 차이를 나타냈다. 또한 일반캠코더의 주간 영상을 이용한 경우와 비교하여 최대 10% 이내의 차이를 보였기 때문에 주야간 유속 측정에 원적외선 카메라의 적용이 어느 정도 가능한 것을 확인하였다. 다만 주간 영상에 비해 야간 영상이 약간 흐려지는 경향이 있기 때문에, 이러한 영상을 적절히 분석하기 위한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각한다.

홍수기유량측정의어려움을극복하고자물과비접촉식으로유속을측정하여유량을산정하는전자파표면유속계를개발하여실무에적용하고 있다. 기존에 사용 중인 전자파표면유속계는 홍수용으로 연중 활용도가 낮아 이의 활용도를 높이고자 전자파표면유속계의 성능개선을 통하여 유속측정범위를확장하여평․갈수기에도하천유량측정이적용할수있게하였다. 즉기존홍수용전자파표면유속계의유속측정범위가0.5∼10.0 m/s이었던 반면, 금번 개발된 고성능 범용 전자파표면유속계는 0.03∼20.0m/s로 홍수기뿐만 아니라 평수기에 유속측정이 가능하도록 성능을 개선하였다. 전자파표면유속계를 이용한 저유속의 측정을 위해서 필요한 요소를 조사한 결과, 송신신호의 수신단 유입을 차단하여 저유속의 미세한수신신호에대한검출능력을향상할수있도록송수신격리도의개선, 이와함께공진기의위상잡음특성개선이저유속의검출에필수사항 임을파악하였다. 따라서이를감안하여안테나의송신부와수신부가분리된안테나를개발함으로써송수신격리도를개선하였고, 기존공진기의 위상잡음특성을개선하기위하여위상고정주파수합성기를공진기로적용함으로써저유속검출성능을개선하였다. 또한고성능범용전자파표면 유속계의 사용편의성 증진을 위하여 안테나의 소형, 경량화 제작을 가능토록 하고자 사용주파수(10 GHz→24GHz)를 변경하였다. 이와 더불어 기존전자파표면유속계사용자들의개선요구사항-측정유속안정화, 자체점검기능, 저전력, 방수방습-을반영함으로써현장에서유량측정하기에 간편한 기기로 개발하였다.

This study is daytime and nighttime runoff image data caused by heavy rain on May 27, 2013 at Oedo Water Treatment Plant of Oedo-Stream, Jeju to compute runoff by applying Surface image velocimeter (SIV) and analyzing correlation according to current. At the same time, current was comparatively analyzed using ADCP observation data and fixed electromagnetic surface current meter (Kalesto) observed at the runoff site. As a result of comparison on resolutions of daytime and nighttime runoff images collected, correlation coefficient corresponding to the range of 0.6~0.7 was 6.8% higher for nighttime runoff image compared to daytime runoff image. On the contrary, correlation coefficient corresponding to the range of 0.9~1.0 was 17% lower. This result implies that nighttime runoff image has lower image quality than daytime runoff image. In the process of computing current using SIV, a rational filtering process for correlation coefficient is needed according to images obtained.

This study analyzed the velocimetry of runoff and measured the flood discharge by applying the SIV (Surface Image Velocimetrer) to the daytime and nighttime flow image data with special reference to Seong-eup Bridge at Cheonmi stream of Jeju during the flow by the severe rainstorm on May 27, 2013. A 1000W lighting apparatus with more than 150 lux was installed in order to collect proper nighttime flow image applied to the SIV. Its value was compared and analyzed with the velocity value of the fixed electromagnetic wave surface velocimetry (Kalesto) at the same point to check the accuracy and applicability of the measured velocity of flow. As a result, determination coefficient R2 values were 0.891 and 0.848 respectively in line with the velocity distribution of the daytime and nighttime image and the flow volume measured with Kalesto was approximately 18.2% larger than the value measured with the SIV.

본 연구는 하천의 유속 측정을 위한 표면영상유속계의 원적외선 카메라의 적용성을 검토하였다. 하천의 유속 및 유량 측정은 수자원 계획, 하천계획 등에서 가장 중요한 기본 사항 중 하나이다. 저수나 평수시 유속은 프로펠러 유속계, 전자기 유속계, ADCP와 같은 각종 첨단 장비를 이용하여 측정하지만, 홍수 시 유속 및 유량 측정은 바람이나 비 등의 자연조건에 완전히 노출된 상태에서 여러 가지 위험을 동반하기 때문에 어려움이 많다. 이런 문제를 해결하기 위한 대안으로 여러 가지 비접촉식 유속 측정법들이 제안되었다. 그 중 표면영상유속계는 홍수시 유속 및 유량 측정의 문제를 해결할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있다. 표면영상유속계에서 가장 기본이 되는 단계는 적절한 영상을 취득하는 것이다. 홍수 첨두는 야간에 발생하는 경우가 많으므로, 야간에 적절한 하천 표면 영상을 취득하기는 매우 어렵다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 방법이 원적외선 카메라를 이용하는 방법이다. 원적외선은 방사 에너지에 더해서 열(온도)도 포착하기 때문에, 고기능의 열영상 카메라로는 물체의 온도 분포 등을 구할 수 있다. 본 연구에서는 한국건설기술연구원의 인공수로에서 주간과 야간에 원적외선 카메라를 이용하여 촬영한 하천표면영상을 분석하여 표면영상유속계의 적용성을 검토하였다. 또한 동시에 촬영한 일반 캠코더 영상과 근적외선 카메라 영상과의 비교에서, 원적외선 카메라의 적용성이 뛰어남을 확인하였다. 또 영상 분석 결과, 원적외선 카메라의 영상이 표면유속분석에 활용하기에 충분함을 확인하였다.