Numerical analysis of morphological changes by opening gates of Sejong Weir

In this study, a two-dimensional numerical model (Nays2DH) was applied to analyze the process of morphological changes in the river channel bed depending on the changes in the amount of flooding after fully opening the Sejong weir, which was constructed upstream of the Geum River. For this, numerical simulations were performed by assuming the flow conditions, such as a non-uniform flow (NF), unsteady flows (single flood event, SF), and a continuous flood event (CF). Here, in the cases of the SF and CF, the normalized hydrograph was calculated from real flood events, and then the hydrograph was reconfigured by the peak flow discharge according to the scenario, and then it was employed as the flow discharge at the upstream boundary condition. In this study, to quantitatively evaluate the morphological changes, we analyzed the time changes in the bed deformation the bed relief index (BRI), and we compared the aerial photographs of the study area and the numerical simulation results. As simulation results of the NF, when the steady flow discharge increases, the ratio of lower width to depth decreases and the speed of bar migration increases. The BRI initially increases, but the amount of change decreased with time. In addition, when the steady flow discharge increases, the BRI increased. In the case of SF, the speed of bar migration decreased with the change of the flow discharge. In terms of the morphological response to the peak flood discharge, the time lag also indicated. In other words, in the SF, the change of channel bed indicates a phase lag with respect to the hydraulic condition. In the result of numerical simulation of CF, the speed of bar migration depending on the peak flood discharges decreased exponentially despite the repeated flood occurrences. In addition, as in the result of SF, the phase lag indicated, and the speed of bar migration decreased exponentially. The BRI increased with time changes, but the rate of increase in the BRI was modest despite the continuous peak flooding. Through this study, the morphological changes based on the hydrological characteristics of the river were analyzed numerically, and the methodology suggested that a quantitative prediction for the river bed change according to the flow characteristic can be applied to the field.

보 개방에 의한 하도의 지형변화 과정 수치모의 분석(세종보를 중심으로)

본 연구에서는 2차원 수치모형(Nays2DH)을 적용하여 금강에 건설된 세종보를 중심으로 보 개방 후에 홍수량 변화에 의한 하도의 지형변화 과정을 분석하였다. 이를 위해 부등류, 부정류(단일사상), 연속홍수사상을 수문특성을 반영한 흐름조건으로 수치모의를 수행하였다. 부등류 수치모의 조건은 유황에 따른 정상유량으로 상류단 경계조건을 가정하였다. 부정류와 연속홍수사상의 경우에는 실제 홍수사상들로부터 정규 수문곡선 (normalized hydrograph)을 산정 한 후, 시나리오에 따른 첨두유량으로 정규 수문곡선을 재구성하여 상류단 유량으로 가정하였다. 본 연구에서는 지형학적 변화를 정량적으로 평가하기 위해 하상기복지수(BRI)를 산정하여 시간에 따른 하상변동을 분석하였으며, 연구지역의 항공사진과 수치모의 결과를 정성적으로 비교하였다. 부등류 수치모의 결과, 각 유황별 유량이 증가하면 하폭 대 수심의 비는 감소하고, 사주의 이동속도는 증가하였다. 하상기복지수는 초기에는 증가하지만, 시간이 증가함에 따라 변화량이 작아졌다. 또한 유량이 증가하면 하상기 복지수가 증가했다. 부정류 수치모의 결과 사주의 이동속도는 유량의 변화에 따라 감소했다. 또한 첨두홍수에 대한 지형적 반응에서 시간지체(time lag)가 발생했다. 즉, 부정류에서는 하상고의 변화는 수리학적 조건에 대하여 위상지연(Phase lag) 이 나타났다. 연속홍수사상 발생에 의한 부정류 수치모의 결과에서는 각각 첨두홍수 발생에 따른 사주의 이동속도는 홍수발생이 반복됨에도 불구하고 급격하게 감소했다. 또한 부정류 수치모의 결과와 마찬가지로 위상지연이 나타났으며 사주의 이동속도는 지수적으로 감소하는 특성을 보였다. 하상기복지수는 시간경과에 따라 증가하였으나, 첨두홍수가 연속으로 발생하였음에도 불구하고 하상기복지수의 증가율은 완만하였다. 본 연구를 통해 하천의 수문특성을 반영한 지형변화 과정을 수치모의를 수행하여 분석하였으며, 이를 통해 흐름특성에 따른 하상변동의 정량적인 예측모의를 현장에 적용할 수 있는 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.