수위와 유량을 서로 다른 값으로 기록합니다
수위(stage)는 정해 둔 기준면에서 물 표면까지의 높이입니다. 유량(discharge, flow rate)은 한 지점을 단위 시간에 지나가는 물의 부피로, 예를 들어 m³/s(초당 세제곱미터)로 표시합니다. 누적 물 사용량(cumulative volume)은 일정 기간에 지나간 부피이며 m³(세제곱미터) 또는 L(리터)로 표시합니다. 같은 20 cm 수위라도 수로의 폭이나 하류의 막힘 상태가 달라지면 유량은 달라질 수 있습니다.
수로에 유량 센서가 있어 유량 Q를 직접 기록한다면 그 측정값을 시간별로 합산하면 됩니다. 수위 센서만 있다면 해당 장소에서 확인한 수위–유량 관계(stage–discharge rating)가 먼저 필요합니다. 예를 들어 물이 보(weir, 수로에 만든 낮은 턱)의 상단을 자유롭게 넘는 구조라면 상류의 물높이를 그 구조에 맞는 관계식이나 보정표로 유량에 대응시킬 수 있습니다. 물에 잠긴 사각 개구부(수로 벽을 통과하는 직사각형 물길)처럼 상류와 하류의 수면 차이가 흐름을 만드는 구조라면 두 쪽의 높이 차이도 필요합니다. 어느 구조인지 확인하지 않고 한 가지 식을 모든 수로에 적용해서는 안 됩니다.
현장 측정값으로 환산표를 확인합니다
- 센서가 가리키는 높이의 기준점(datum)을 현장의 수위 눈금과 맞춥니다. 센서가 바뀌거나 설치 높이가 달라졌다면 이전 영점을 그대로 쓰지 않습니다.
- 물이 적을 때, 보통일 때, 많을 때처럼 운전 범위의 여러 상태에서 수위와 별도로 측정한 유량을 한 쌍으로 기록합니다. 수위별로 얼마가 흐르는지 나타낸 보정표를 만들거나 기존 표가 현장과 맞는지 확인합니다.
- 상·하류 수위를 모두 쓰는 구조라면 두 센서가 같은 기준면을 쓰는지 확인합니다. 두 높이의 차이가 작을수록 센서 영점 차이가 계산에 큰 영향을 줍니다.
- 센서가 기록한 시각과 유량 환산값을 함께 저장합니다. 자료가 도착한 시각만 남기면 통신이 지연됐을 때 실제 측정 순서를 잃습니다.
- 수로에 퇴적물이나 이물질이 쌓이거나 수위 센서 위치가 바뀐 뒤에는 현장에서 다시 수위와 유량을 함께 재어 보정표를 확인합니다. 이전 관계가 계속 맞는다고 가정하지 않습니다.
여기서 말하는 보정표는 인터넷에서 가져온 일반 표가 아니라 그 측정 장소에서 검증한 관계입니다. 수위에서 유량을 추정할 수 없는 구간이나 하류 수위의 영향을 받는 조건이라면, 그 구간을 그대로 사용량 계산에 넣지 말고 별도 유량 측정 방법을 정해야 합니다.
측정 시각 사이의 물을 더합니다
인접한 두 시각 t₀, t₁에서 유량을 Q₀, Q₁로 얻었다면, 그 사이 유량이 크게 요동치지 않는다는 조건에서 다음과 같이 작은 구간의 부피를 근사할 수 있습니다.
ΔV ≈ (Q₀ + Q₁) ÷ 2 × (t₁ − t₀)
ΔV는 그 구간의 물 부피(m³), Q는 유량(m³/s), t₁ − t₀는 실제 경과 시간(s)입니다. 예를 들어 설명용 가상 측정값으로 60초 간격에 Q₀ = 0.010 m³/s, Q₁ = 0.014 m³/s라면 (0.010 + 0.014) ÷ 2 × 60 = 0.72 m³, 즉 720 L입니다. 이것은 특정 현장에서 측정한 결과가 아닙니다.
한 시간 동안 통신이 끊겨 관측값이 비었다면 그 구간의 유량을 0으로 기록해서는 안 됩니다. 장치가 측정 시각과 원자료를 보관했다면 나중에 전송받아 누락 구간을 복원할 수 있습니다. 보관하지 않았다면 그 구간을 미측정으로 표시하고, 단순 보간으로 만들어 낸 값을 실측 사용량처럼 발표하지 않습니다. 재전송된 자료는 측정 시각과 기록 번호를 비교해 중복해서 더하지 않는지도 시험해야 합니다.
태양광 장치가 햇빛 없이 버티는 시간을 검증합니다
원격 측정기는 물이 흐르지 않을 때에도 센서, 제어기, 셀룰러 모듈이 전기를 씁니다. 햇빛이 없는 동안의 동작 시간을 판단하려면 배터리의 실제 사용 가능 에너지 Eᵤ(Wh)를 측정하고, 수면 상태·측정·무선 전송을 모두 포함한 하루 평균 소비 전력 P̄(W)를 구해야 합니다. Wh(와트시)는 1 W를 1시간 썼을 때의 에너지이고, W(와트)는 순간 전력의 단위입니다. 예상 시간은 대략 Eᵤ ÷ P̄시간입니다. 예를 들어 사용 가능 에너지를 가정상 12 Wh로 놓고 7일(168시간)을 목표로 한다면 평균 전력은 약 0.071 W 이하여야 합니다. 이 숫자는 특정 제품의 배터리 용량이나 실측 지속 시간이 아닙니다.
셀룰러 모듈이 절전 모드(power-saving mode)를 지원한다는 사양만으로 장치 전체가 일주일 동작한다고 결론 내릴 수는 없습니다. 센서와 전원 변환기의 대기 소모, 송신 순간의 전력, 신호가 약해 재시도할 때의 소모, 저온에서 줄어드는 배터리 가용 에너지를 함께 기록하십시오. 실제 설치 조건에서 태양광 입력을 끊은 뒤 측정과 전송이 중단되는 시점까지 시험해야 지속 시간을 주장할 수 있습니다.
| 현장에서 확인한 문제 | 먼저 확인할 것 |
|---|---|
| 수위는 올라가는데 계산 유량이 이상합니다 | 센서 기준점, 측정 구조의 형상, 하류 수위의 영향, 수로의 퇴적물과 보정표의 유효 범위를 확인합니다. |
| 누적 사용량이 갑자기 두 배 가까이 뜁니다 | 통신 재전송 자료를 측정 시각·기록 번호로 중복 합산했는지 확인합니다. |
| 데이터베이스에 빈 시간이 있습니다 | 측정 자체가 멈췄는지, 측정은 했지만 통신만 끊겼는지 장치 내부 기록과 전원 상태를 따로 확인합니다. |
| 햇빛 없는 날에 예상보다 빨리 꺼집니다 | 배터리의 실제 사용 가능 에너지와 셀룰러 재접속·재전송 중의 전력 소모를 측정합니다. |
현장 검증은 수위 눈금과 센서값, 독립적으로 잰 유량과 환산 유량, 일정 기간의 실제 물 부피와 누적 계산값, 태양광이 없을 때의 동작 시간을 각각 비교하는 순서로 진행합니다. 네 항목 가운데 하나가 빠지면, 원격 화면에 숫자가 정상으로 표시된다고 해서 물 사용량의 정확도나 햇빛 없는 날의 지속 시간을 확정할 수는 없습니다.