Analysis of Loop-Rating Curve in a Gravel and Rock-bed Mountain Stream

It is well-known that loop effect of the stage-discharge relationship is formulated based on many field observations especially for the sand rivers. Theoretical understandings of the loop effect for the sand rivers have been widely provided, based on the facts that it is driven by the flood wave propagation and bed form changes over the given flood period. However, very few theoretical studies or field observations associated with loop-rating curves in the gravel or rock-bed mountain streams have been attempted so far, due particularly to the difficulties in the accurate discharge measurement during the flood in such field conditions. The present paper aims to report a unique loop-rating curve measured at a gravel and rock-bed mountain stream based on the flood discharge observation acquired during the typhoon, Muifa that passed nearby Jeju Island in summer of 2011. As velocity instrumentation, a non-intrusive Surface Velocity Doppler Radar to be suitable for the flood discharge measurement was utilized, and discharges were consecutively measured for every hour. Interestingly, the authors found that the hysteresis of the loop-rating curve was adverse compared to the typical trend of the sand bed streams, which means that the discharge of the rising limb is smaller than the falling limb at the same stage. We carefully speculate that the adverse trend of the loop-rating curve in the gravel bed was caused by the bed resistance change that works differently from the sand bed case.

자갈 및 암반 하상 산지하천의 고리형 수위-유량 관계 분석

홍수 발생 시 모래하천의 수위-유량 관계가 고리형을 이룬다는 것은 많은 현장 계측을 통해 보고되어 왔다. 또한, 홍수파 해석이나 사련에서 사구로 변동되는 하상해석을 통해 고리형 수위-유량 관계의 원인이 규명되어서 고리의 형태나 진행방향 등에 대해서는 이론적으로도 상당부분 입증되어 있다. 그러나 경사가 급한 자갈 및 암반으로 구성된 산지하천의 경우, 현장유량계측의 어려움과 관측 정확도의 문제로 고리형 수위-유량 관계에 대한 연구가 매우 드물었다. 본 논문은 자갈 및 암반지형의 산지하천인 제주도 한천에서 2011년 태풍 무이파 때 계측한 홍수 유량을 바탕으로 수위-유량 관계를 구축하고, 자갈하천에서 형성되는 고리형 수위-유량곡선을 분석하고자 한다. 유량계측 방식으로는 홍수기에 적합한 비접촉식인 전자파 표면유속계를 사용하여, 홍수의 상승기와 하강기의 유량을 시간 단위로 계측하는 데 성공했다. 계측결과 수위-유량관계에서 뚜렷한 고리 형상을 확인할 수 있었다. 그리고 고리의 이력이 모래하천과 정반대로 동일수위에서 상승기의 유량이 하강기의 유량보다 작은, 고리 경로의 역전 현상을 발견하였다. 이러한 역전현상은 자갈하천의 조도의 변화가 모래하천의 경우와 반대로 발생하는 데 기인하는 것으로 추정한다.