미세 기류 분석을 통한 우량계 설계 및 강수 측정 분석 연구 = Rain Gauge Design and Precipitation Measurement Analysis Research through Micro - Airflow Analysis
저자
발행사항
부산 : 부산대학교 환경대학원, 2024
학위논문사항
학위논문(석사)-- 부산대학교 환경대학원 : 환경과학과 환경과학 2024. 2
발행연도
2024
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
부산
형태사항
71 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 이순환
UCI식별코드
I804:21016-000000163777
DOI식별코드
소장기관
해마다 급격한 기후변화로 인한 국지성 집중호우로 인해 인구밀도가 상대적으로 높은 대도시 지역에서 침수로 인한 인명과 재산 피해가 발생하는 이른바 ‘도시홍수’가 잇따르고 있어 앞으로 기후변화에 따른 도시 홍수 빈도는 갈수록 늘어나며, 피해 규모는 더 증가할 것으로 예상되며, 최근 들어 특정 지역에 단기간 초강도의 강우로 인한 국지성 집중호우가 빈도수가 높아져 피해를 줄이기 위한 예측과 대비에 어려움이 커지고 있다. 이에 대한 피해를 최소화하기 위해서 일기예보가 중요한데, 일기예보 중 가장 근간이 되는 ‘기상관측에 있어 인공위성, 레이더, 라디오존데, 항공기 등 여러 가지 기상정보를 수집하는 기기가 있지만 이중 유일하게 강수의 정량적인 “수치”를 측정할 수 있는 것은 “강수량계” 뿐이다. 이때 강수량계는 지상에 설치하게 되는데, 지상의 특성상 날씨나 주변 지형물의 영향을 굉장히 많이 받는다. 특히 바람과 같은 외적 요인으로 인하여 진동이 발생하거나 기기 내부로 유입을 통해 측정의 오차가 생길 수 있으며, 기기 내부로 이물질이 유입되며 측정에 오차를 발생시키는 등 여러 가지 요인이 존재한다. 따라서 본 연구는 지상 강수 관측의 현행 체계와 장비 및 장비별 프로세스의 특징에 대한 개요와 장점과 한계로 인한 어떤 부분에서 문제가 생기는지 각 부분별 문제점에 따라 나열하였으며, 이중 측정장비에 측정에 영향을 주는 낙엽과 같은 자연적 요소와 바람과 같은 환경적 요소로 구분하여 각 요소가 측정에 얼마나 정량적으로 영향을 미치는지, 실험을 진행하였으며 이를 통해 산출한 결과를 바탕으로 한국수자원공사와 부산지방기상청의 협조를 통해 신규로 고안한 장비 구조를 개발을 진행하였으며, 개발 결과물을 바탕으로 자연적 요소와 환경적 요소를 한계를 극복하고자 대해 실내검정과 야외실험을 진행하였다. 방해요인으로 인한 정량적 방해효과 실험에서는 이물질의 양이 점차 누적될수록 측정지연이 되는 것을 확인 할 수 있었다. 이물질이 초반에는 측정값에 영향을 크게 미치지 않으나 누적이 될수록 측정에 분명한 영향을 미치는 것으로 알 수 있었으며, 빗방울의 직경이 클수록 빗방울의 부피, 즉 무게가 증가함에 따라 중력으로 인한 관성으로 인해 바람으로 인한 저항을 덜 받는 것으로 결론 내릴 수 있었다. 낙하높이 역시, 질량에 따른 이동속도 증가를 통해 같은 강도의 바람세기에도 관성으로 인한 바람 저항을 덜 받는 것으로 확인할 수 있었다. 이물질 차단 실험에서는 2개월간의 야외 관측 노장에서의 비교ㆍ대조군 실험을 통해 관측 기간 종료 후 기기들을 회수하여 이물질 유무를 확인한 결과, 이물질 차단의 효과를 확인할 수 있었다. 환경 요소 반영 실험에서는 환경요소로 인한 영향을 최소화하기 위하여 신규로 개발하여 실험을 진행한 이물질 차단 캡을 통해 강수량계의 센서와 계측 부품을 외부의 미세한 입자로부터 보호하여, 측정된 강수량의 정확도를 향상시켜 실제 강수량과의 차이를 최소화하여 데이터 객체의 품질을 높일 수 있었으며, 실험을 통해 진행된 이물질이 강수량 측정에 미치는 영향을 확인하여 필요시 자동 차폐기능을 통해 추후 외부 이물질로부터 보호하여 강수량계 내부 부품에 대한 부식 및 손상을 방지할 수 있는 것으로 판단된다. 기존 외부 이물질로 인한 부식이나 손상이 발생하면 강수량 측정의 정확성 뿐만 아니라 장비의 수명에도 부정적인 영향을 미칠 수 있는데 이를 미연에 방지하여 장비의 수명을 연장하여 관측소 관리자의 업무 효을을 증대효과 역시 기대할 수 있다. 이는 센서 내부 부품을 보호하여 유지보수 및 수리 비용을 줄임과 동시에 장기적으로는 부품 교체나 수리에 들어가는 비용이 감소하면서 전체적인 운영 비용도 절감 가능할 것으로 보인다.
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