저류시설 모니터링 시방서

목적

다양한 저류시설의 저감효과를 정량적으로 파악하기 위하여 강우량, 저류시설로의 유입량, 저류시설내 저류량, 저류시설로부터 유출량을 계측하여 저류시설의 설계용량을 확인할 수 있는 자료를 생산하는데 필요한 모니터링 시행방법과 절차를 마련하는데 목적이 있다.

 

원격제어 및 모니터링시스템(TM/TC) 설치 고려사항

1. 저류지 유입구, 침수지역, 하천 방류지점에 수위계, CCTV 등 설치
2. 상황실에서 원격제어 및 모니터링시스템(TM/TC)을 실시간 가동하여 최적의 저류시설 운영
3. 저류시설의 저감효과 분석을 위해 계측자료 관리
4. 하천의 수위(외수)와 저류지 시설(내수)간의 저류시점과 방류시점에 대해 연계성을 갖추도록 할 것

※ 외수위(하천)와 내수위(저류시설)의 간 수위변화에 따라 저류 및 방류시점 결정

 

제어·계측 시스템 구성 및 운영

저류시설의 효율적 운영을 위해 자동운영시스템을 구축하고 저류시설의 형태나 구조에 따라 저감효과가 측정될 수 있도록 계측시스템의 구성 목적에 맞게 합리적으로 구성한다.

 

1. 원격제어 및 모니터링시스템(TM/TC)을 구축하여 초기 우수는 배제하고, 침수위험 수위 도달시 첨두홍수량을 유입, 저류할 수 있도록 지역실정에 맞게 운영체계를 프로그램화하여 자동운영 시스템을 구축한다.
2. 저류시설의 효과를 계측하기 위해서는 설계 도면의 저류시설이 설계용량 기능의 달성 여부를 계측하는 것으로 한다.
3. 모니터링의 기본 원칙은 저류시설의 저감량을 실측할 수 있도록 구성되어야 하며, 유출과 저류의 상황의 시간이 동기화된 상태로 실시간 계측을 수행해야 한다.
4. 저류시설이 설치된 유역에서 강우량의 계측은 필수 항목이다.
5. 일반적인 저류시설일 경우 주변유역 대표 외수위, 저류지의 유입량, 저류지 수위, 저류지 유출량을 측정하여야 한다.
6. 저류조일 경우 저류조 수위를 계측하여 저류량을 추정하는 형태를 기본으로 하되 연속적으로 가동하게 설계된 저류조일 경우에는 유입 침사조나 유입수로의 유입량을 추가적으로 계측한다.

 

저류시설의 운영체계 프로그램화를 통한 자동운영체계 구축

1. 저류시설의 프로그램화를 통한 자동화 시스템 구축 : 저류시설의 프로그램화를 통한 자동화 시스템 구축 : 하천수위, 침수지역 수위 등을 실시간 계측하여 일정 단계(침수위험수위 상승 또는 수위하강) 도달시 첨두홍수량이 저류지로 자동유입 또는 유출 될 수 있도록 지역실정에 맞게 프로그램화하여 유입·유출 수문이 자동개폐 될 수 있도록 자동운영 시스템 구축(※ 비상시 수동으로 조작 가능하도록 시스템 구축)
2. 상황실과 연계, 원격제어 및 모니터링시스템 구축 : 저류시설의 가동(운영)상황을 상황실에서 실시간으로 모니터링하여 계측·제어할 수 있도록 원격제어 및 모니터링 시스템 구축
3. 저류시설 운영 프로그램 고도화 추진 : 축적된 모니터링 자료를 검토·분석, 기 구축된 프로그램을 고토화 하여 저류시설 운영시스템 최적화
4. 비상상황 대비, 안전(보호)시설 구축: 악 기상시 낙뢰등에 의한 피해 예방을 위해 피뢰침 등의 시설 설치, 전력공급 중단(단전)시 저류시설의 정상 가동을 위해 비상전원(축전지 등) 공급시설 설치 검토

 

(1) 강우량

저류시설을 통한 유입, 유출의 양을 보다 더 정확히 파악하고자 강우량을 계측한다.
강우량 계측을 위해 전도형 자기 우량계(0.5mm/bucket)를 사용한다.

 

(2) 하천 외수위 및 저류시설 수위 계측

유역(배수시설)에서 저류시설로의 유입여부와 시기 등을 파악하기 위해 하천의 수위를 계측하고, 저류시설의 효과분석을 위해 저류시설 내 수위를 계측한다.
대상 하천 또는 저류시설의 입지 여건과 부대 상황 등을 고려하여 압력식 수위계, 초음파식 수위계, 전자파식 수위계 등을 이용한다.

 

수위계 비교

구분	압력식	초음파식	전자파식
측정방식	접촉식	비접촉식	비접촉식
측정범위	0 ~ 100m	0 ~ 15m	0 ~ 30m
출력방식	아날로그	아날로그	디지털
특징	반응속도가 빠르다. 유지보수가 어렵다. 수온의 영햐을 받는다. 가격이 저렴하다.	반응속도가 빠르다. 유지보수가 용이하다. 대기온도 및 대기압의 영향을 받는다. 상대적으로 고가이다.(압력식 대비)	반응속도 느린 편임 유지보수가 용이하다. 외부환경에 의한 영향이 거의 없다. 상대적으로 고가이다.(초음파 대비)

 

(3) 유입량 및 유출량 계측

유역(배수시설)에서부터 저류시설로 유입되는 유량과 저류시설에서 하천(배수시설)으로 유출되는 유량을 계측하여 그 차이를 통해 저류시설의 효과를 입증한다.
유입구와 유출구의 유량 계측을 위해서는 유속과 수위를 동시에 계측하여 이들 값으로부터 유량을 산출한다. 대상 지점의 상황에 따라 전자기 유속계, 초음파 유속계, 초단파 유속계 등을 이용한다.

 

유속계 비교

구분	전자기 유속계	초음파 유속계	초단파 유속계
측정방식	접촉식 (Electro magnetic)	접촉식 (Pulse Doppler)	비 접촉식 (Puls Microwave)
측정원리	기전력의 세기	주파수의 변동	주파수의 변동
측정범위	0.5 ~ 5m/s	-5 ~ 5m/s	0.2 ~ 20m/s
특징	기전력의 세기로부터 유속을 측정하므로 이물질로 인한 영향이 없다.	도플러 효과로 인한 주파수의 변동으로 유속을 측정하므로 음원이 가려질 경우 측정이 불가능	도플러 효과를 이용해 유속을 측정하지만 비접촉식이므로 음원이 가려질 염려가 없다.
	단면전체의 평균유속을 측정한다.	수심별로 측정된 유속을 평균한다.	표면유속을 측정한다.
	유량환산을 위해 별도의 수위계를 설치하여야 한다.	별도의 수위계가 내장되어 있다.	별도의 수위계를 설치하여야 한다.
	역방향 유속측정이 불가능하다.	역방향 유속측정이 가능하다.	역방향 유속측정이 불가능하다.

 

(4) 데이터로거

강우량, 수위, 유속 등 측정된 자료는 데이터로거에 저장한다.

 

자료저장을 위한 데이터로거는 Sleep mode를 지원하여 초절전형으로 가동되는 제품을 사용하여야 한다. 데이터로거의 위치는 대상 지점의 현장상황을 고려하여 배치하여야 하며 하나의 데이터로거에서 모든 측정값들을 입력받을 수 있도록 다수의 디지털 입력부와 아날로그 입력부를 갖추고 있어야 한다.

 

측정된 자료는 ASCII 파일 형태로 각 측정시간별로 저장한다. 데이터로거에는 CDMA 통신모듈을 장착하여 데이터로거의 작동상태 및 실시간 자료획득이 가능하여야 한다. 데이터로거는 CDMA 통신망을 이용하여 GPS 시간동기화가 가능하여야 한다. 데이터로거에 저장된 자료를 일정시간 간격으로 SMS 또는 PACKET 통신을 이용하여 원격지의 서버로 전송하여야 한다.

 

장기간의 자료저장을 위하여 내부 메모리와는 별도로 외부 메모리 증설이 가능하여야 한다. 필요시 현장에서 케이블을 이용하여 데이터로거에 저장된 자료를 확보할 수 있어야 한다.

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(5) 자료수집 및 저장

강우량

1. 전원소모의 최소화를 위해 Sleep Mode 기능을 사용하며 매 1분 마다 Sloop Mode를 해지하고 강우량을 측정한다.
2. 강우자료는 10분 간격으로 저장하는 것을 원칙으로 하며 강우가 발생하지 않았을 경우 자료의 저장과정을 생략한다.
3. 강우가 발생할 경우 관리자에게 SMS로 강우발생상황을 통보하고 PACKET 통신을 이용해 원격지의 서버로 자료를 전송한다.

 

하천 외수위

1. 전원소모의 최소화를 위해 Sleep Mode 기능을 사용하며 매 20초마다 Sleep Mode를 해지하고 수위를 측정한다.
2. 수위자료는 1분 간격으로 저장하는 것을 원칙으로 하며 수위의 변화가 없을 경우에는 자료의 저장과정을 생략한다.
3. 수위측정은 1분에 2회로 매분 20초와 매분 59초에 수행한다.
4. 30초마다 측정된 두 지점의 수위 차이를 비교하여 2cm이상의 변동이 있거나, 초기 수위와 비교하여 2cm 이상의 변동이 있으면 매분 정각에 측정된 수위를 데이터로거의 메모리에 기록한다.
5. 하천수위가 하강하여 초기 수위에 근접할 경우 수위 자료의 기록을 중지한다.
6. 수위 상승으로 인해 자료의 저장이 이루어지거나 수위 하강으로 자료의 저장이 중지될 경우 관리자에게 SMS를 이용해 상황을 전달한다.
7. 전원 절약을 위해 측정시만 센서에 전원을 인가하고 수위 측정이 완료되면 센서에 공급되었던 전원을 차단한다.

 

유속

1. 전원소모의 최소화를 위해 Sleep Mode 기능을 사용하며 매 20초마다 Sleep Mode를 해지하고 유속을 측정한다.
2. 유속자료는 1분 간격으로 저장하는 것을 원칙으로 하며 유속이 감지되지 않을 경우 자료의 저장과정을 생략한다.
3. 유속이 감지되면 매분 정각에 측정한 유속을 데이터로거의 메모리에 기록하며, 유량 환산을 위해 함께 설치한 수위계의 수위자료도 같이 기록한다.
4. 유속이 감지되면 관리자에게 SMS로 상황을 전달한다.
5. 전원 절약을 위해 측정시에만 센서에 전원을 인가하고 측정이 완료되면 센서에 공급되었던 전원을 차단한다.

 

저류시설 내 수위

1. 전원소모의 최소화를 위해 Sleep Mode 기능을 사용하며 매 20초 마다 Sleep Mode를 해지하고 수위를 측정한다.
2. 수위자료는 1분 간격으로 저장하는 것을 원칙으로 하며 수위의 변화가 없을 경우에는 자료의 저장과정을 생력한다.
3. 수위측정은 1분에 2회로 매분 20초와 매분 50초에 수행한다.
4. 30초마다 측정된 두 지점의 수위 차이를 비교하여 2cm 이상의 변동이 있거나 초기 수위와 비교하여 2cm이상의 변동이 있으면 매분 정각에 측정한 수위를 데이터로거의 메모리에 기록한다.
5. 수위 상승으로 인해 자료의 저장이 이루어지거나 수위 하강으로 자료의 저장이 중지될 경우 관리자에게 SMS를 이용해 상황을 전달한다.
6. 전원 절약을 위해 측정시에만 센서에 전원을 인가하고 측정이 관료되면 센서에 공급되었던 전원을 차단한다.

 

(6) 센서 및 데이터로거의 설치

강우량계

강우량계는 수수구로 강우를 집수하여 Tipping bucket에 연결된 스위치에서 0.5mm 강우량을 나타내는 펄스가 발생하는 장비로 제작되어야 한다. Tipping bucket은 장기간 사용 시 이물질로 인한 고장이 없고 습기, 곤층 등에 방어적으로 설계되어야 한다.

 

강우량계

 

수위계 설치

저류시설 유입 전 하천의 외수위와 저류시설 내의 수위계는 주변 구조물 현황 등을 고려하여 선택해야 한다.
하천의 교각이나 저류시설의 구조물을 이용한 비접촉식 방식의 수위계를 1차적으로 고려하여야 한다.

 

초음파 수위계를 이용한 하천 수위 모니터링

 

레이다 수위계를 이용한 저류시설 수위 모니터링

 

유속계 설치

저류시설의 유입구 및 유출구의 유량을 산정하기 위해서 양질의 유속 자료를 수집할 수 있어야 한다.
유속계는 저류시설 유입, 유출구의 구조 제원(폭, 높이), 반응속도 등을 고려하여 가장 적합한 형태의 센서를 선택하여야 한다.

 

도플러 방식의 초음파 센서(유속, 수심 프로파일 측정)를 이용한 유속, 유량 측정

 

전자기(Electro Magnetic) 센서를 이용한 유속, 유량 측정	전자파 유속계를 이용한 유속, 유량 측정

 

출처 : 우수유출저감시설의 종류·구조·설치 및 유지관리 기준