• 한국수자원학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.269-277
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• 1998

본 연구에서는 수리실험을 실시하여 만곡부의 흐름특성과 만곡부에서의 교각 주위 국부세굴형상, 최대 국부세굴심 등을 분석하였다. 또한, 기존의 세굴보호공법 중 원환에 의한 보호공법을 만곡부에 적용하여 세굴감소효과를 분석하였다. 180' 만곡수로에 대해 이동상 실험결과 본 실험조건에서는 최대 횡방향 하상경사가 150' 단면에서 발생하였으며, 원환에 의한 세굴감소효과는 유로 직선부에서 최대 40%, 만곡부에서는 150' 단면 외측의 경우 최대 44%의 감소효과를 보였다. 폭이 교각폭에 2배인 원환에 대하여 실험한 결과, 유로 직선부에서는 원환을 .02h(여기서 h는 수심)만큼 하상저면에 설치하였을 때 가장 효과적이었으며, 유로 만곡부에서는 0.1h 만큼 하상저면에 설치하였을 때 가장 효과적이었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.135-135
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• 2019

수제는 만곡부의 유로 조정이나 하상보호와 같은 하천공학적인 목적을 가진 수공구조물이다. 본 연구에서는 개수로 만곡부에 수제 설치 시 외측벽과 수제 사이의 거리에 따라 하상변동이 어떤 차이가 있는지를 파악하기 위해 이동상 수리실험을 했다. 본 연구에서는 폭 1.45 m, 길이 24 m인 $90^{\circ}$ 만곡수로에 $4.2{\times}8.4cm$의 직사각형 단면 수제를 외측으로부터 이격하여 2열로 설치하였다. 하상재료는 $d_{50}$이 3.3 mm인 잔자갈을 사용했고 하상경사는 1/300로 하였다. 실험은 평균 유량 163 l/s를 3시간 동안 공급했고, 종료 후 만곡부의 주요횡단면별 하상고를 측정했다. 여기서 실험별 이격거리는 8.4 cm, 14 cm, 19.6 cm로 하였다. 실험 결과 외측벽과 수제 사이의 거리가 멀어질수록 만곡부의 최대세굴심은 커지고 그 발생 위치는 하류로 이동하는 경향을 보였다. 만곡부 최대세굴이 발생한 횡단면 형상은 만곡 내측에서 외측방향으로 무차원 위치 $y_1$(=내측에서의거리/폭)가 0.27보다 작으면 퇴적에 의해 하상이 상승하고, 0.35보다 클 때는 세굴에 따른 하상저하가 나타났다. 만곡 외측벽 부근 하상은 이격거리가 짧을수록 수제 설치에 의한 하상고 변화가 작았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.393-393
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• 2016

자갈하천 만곡부에서 하상의 세굴심을 파악하는 것은 하천의 수공구조물 안전설계를 위해 고려할 중요한 요소이다. 모래하천에서 만곡부의 국부세굴에 대한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 자갈하천 만곡부의 세굴심에 대한 연구는 부족한 실정이다. 만곡부 세굴심은 하천경사, 하상재료, 유로형태 등에 따라서 다르다. 따라서 하천 만곡부의 세굴심을 산정하기 위한 공식들은 지배적인 독립변수로 사용되고 있는 유량, 유속 또는 Froude수, 수심, 하상재료의 직경 등에 따라 분류할 수 있다. 세굴심과 단위폭당 유량의 관계는 Lacey (1930), Abbott (1963), Blench (1969), Neill (1973)의 공식이 있다. 만곡부에 접근하는 상류부에서 Froude 수와 만곡부의 세굴심의 관계는 Liu et. al (1961), Zeller (1981), Mussetter (1994)의 공식이 있다. 또한 만곡부의 수심-세굴심 또는 하상재료의 직경과 세굴심의 관계를 나타내는 공식이 USBR, USACE, FHA 등에서 사용되고 있다. 하상재료와 세굴의 관계공식은 하천 만곡부에서 세굴심은 하상재료에 따라 발생될 수 있는 최대 크기가 정해져 있다고 본 것이다. 하상재료는 하천의 유사이송능력과 유역의 유사공급능력을 반영하기 때문에 하천의 수리특성을 나타낼 수 있는 변수이나 하상재료의 평균입경 특성에 영향을 미치는 수리학적인 요인들이 너무 많고 간접적이라는 한계가 있다. 자갈하상 하천에서 Mussetter, Liu, Abbott 공식은 세굴발생에 대한 한계조건을 반영하지 못하고 대부분 세굴심을 과대 추정한다. 자갈하천에서 Zeller 및 Lacey 공식과 USACE 방법에 의한 세굴심은 적용성이 있다고 볼 수 있는 유량조건이 있다. 이같이 대부분 세굴심 공식이 모래하천에서 개발되었기 때문에 자갈하천의 만곡부 세굴심을 산정하기 위해서는 하상재료의 특성이 반영되어야 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.111-121
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• 2000

본 연구에서는 연속방정식, 운동량방정식, 2차흐름의 연직분포식, 횡방향 하상경사식 등을 이용하여 단일만곡수로 뿐만 아니라 연속만곡수로에서 흐름특성과 하상변동을 분석할 수 있는 수치모형을 계산하였다. 단일만곡수로에서는 흐름특성치와 하상변동을 실험치와 비교하였으며, 연속만곡수로에서는 최대유속의 이동경로를 Vadnal 수치모형의 계산치, Chang의 실험치와 비교하여 만족할 만한 결과를 얻었다. 중심각 $180^{\circ}$ 인 유로만곡부에서 고정상 및 이동상의 조건으로 실험을 실시하였으며, 하상재료로는 모래와 안트라싸이트를 선택하였다. 모래와 안트라싸이트의 경우에도 실험치와 계산치가 비교적 일치하고 있어서 하상재료가 변화되는 유로만곡부에서도 수치모형의 적용성을 확인하였다. 이 연구는 유로만곡부의 설계, 시공, 유지 및 관리 등에 필요한 흐름특성과 하상변동에 관한 기초자료를 제공할 것으로 생각된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.1191-1197
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• 1994

본 연구에서는 제안된 유로단면변동율(${\Delta}A_s$)로써 하천의 전형적인 특성인 유로사행으로 인한 유로횡단면의 흐름방향 변화를 정량화하고 유로에서의 유수력 집중부분과 침식구간의 변동상황을 조사하여 유로사행을 수리학적 및 형태학적으로 구명해보았다. 측정된 유로단면변동율은 하류로 내려올수록 점차 감소함을 보이며 이는 하류로 갈수록 유로가 안정된다는 것을 나타낸다. 유로횡단면의 형태학적 인자들인 수면 폭($W_s$), 최심선까지의 하폭($W_{th}$), 그리고 최대수심$D_{th}$)의 분석을 통하여 $D_{th}/W_s$ 분포에 따른 금강유역의 만곡정점부 대표단면형상을 제사하였다. 대상하천의 유로이동율은 만곡부가 발달한 구간과 곡률비(R/W)가 2~4인 구간이 그외 구간보다 12% 높게 나타났으며 곡률비가 2~4에 집중되고 있음은 제방의 침식 가능성이 다른 구간에 비해 상대적으로 높음을 나타낸다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.261-261
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• 2021

자연하천은 직선하천보다 만곡하천으로 존재하는 경우가 많다. 하천의 만곡부에서 2차류 흐름과 나선형 흐름, 원심력이 수충부와 외측제방에 작용하여 하상에 국부적인 세굴이 발생한다. 세굴이 발생하게 되면 수충부나 외측제방에 붕괴나 피해가 일어날 수 있다. 세굴의 피해를 줄이고 만곡부유로를 조정하기 위해 날개형 수제를 설치할 수 있다. 날개형 수제를 설치한 하상은 수제의 두께, 길이, 높이, 간격, 위치, 배열 등에 따라 다르게 반응한다. 본 연구에서는 만곡 개수로에 잠긴 날개형 수제를 설치할 때 만곡 외측에서 수제 열까지의 거리가 만곡부의 유심선 변화에 미치는 영향을 이동상 개수로 수리실험으로 조사하였다. 이동상 수리실험은 폭 1.16 m, 깊이 1 m, 길이 24 m인 90° 만곡 개수로에 d₅₀이 3.3mm인 잔자갈을 깔아 하상경사 1/300로 정리한 후 수제를 설치하는 순서로 이루어졌다. 수제는 폭 20mm, 길이 70mm의 직사각형 단면 목재로 제작하여 설치하였고, 실험별 이격거리는 외측 제방으로부터 8.4 cm, 14 cm, 19.6 cm로 하였다. 실험유량은 140l/s로 3시간 동안 흘린 뒤 하상측정장치를 이용하여 주요 횡단면별 하상고를 측정하였다. 측정한 데이터를 이용하여 최심하상고의 크기와 위치, 유심선의 변화 등을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1997년도 학술발표회 논문집
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• pp.148-153
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• 1997

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.80-80
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• 2015

만곡부가 연속적으로 발생하는 사행하천은 만곡의 영향으로 2차류가 발생한다. 이러한 2차류의 영향은 하상변동, 제방침식 등의 문제를 발생시켜 사행수로의 흐름특성을 분석하기 위한 많은 연구들이 진행되어 왔다. 하지만, 대부분의 연구들은 실규모 하천의 유속측정의 어려움, 측정이 가능한 시설 및 경제적 제한으로 인해 주로 실내실험에서 측정된 자료를 이용하여 분석을 수행하여 흐름조건이 상이한 실제 하천에서 적용성에 한계가 있어 왔다. 본 연구에서는 상세한 3차원 유속 측정이 가능한 최신 계측기기인 초음파도플러유속계(ADCP)를 활용하여 실제하천과 유사한 흐름 상태 및 지형을 재현한 한국건설기술연구원 안동하천실험센터의 사행도 1.2, 1.5, 1.7의 실규모 사행수로에서 횡단면 측정을 수행하였다. 또한 초음파지점유속계(ADV)를 사행도 1.2의 ADCP 측정 단면과 동일한 횡단면에서 측정하여 공간평균된 ADCP 유속자료를 이용한 흐름패턴 분석의 적용성을 검증하였다. 그 결과 공간평균된 ADCP 유속분포는 시간평균한 ADV 유속분포와 다소 크기의 차이는 발생하였지만 패턴은 매우 유사하게 나타났다. 따라서, 공간평균된 ADCP 유속분포를 이용하여 2차류에 의한 흐름패턴 분석을 수행하였다. 2차류 패턴은 만곡의 위치에 따라 매우 복잡한 형태로 나타났다. 2차류에 의한 최대유속선과 최대수심선의 발생위치를 분석한 결과, 만곡의 정점부를 기준으로 만곡 전인 유입부에서는 이격되고 만곡 후인 유출부에서는 유사한 경로를 나타내고 있었다. 이때의 2차류강도(Secondary Current Intensity; SCI)는 만곡의 정점부 부근에서 최대로 증가했다가 다시 감소하는 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.555-559
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• 2009

난류응력은 순간속도성분을 시간평균성분과 편차성분의 합으로 보고 Navier-Stokes 방정식으로부터 Reynolds 방정식을 유도할 때 나타나게 된다. Reynolds 방정식으로부터 수심 적분된 천수방정식을 유도하는 과정에서 시간 평균된 유속성분을 수심 적분된 유속성분과 편차성분의 합으로 본다면, 분산응력 (dispersion stress)이라고 하는 추가적인 새로운 항이 잔류하게 된다. 점성응력, 난류응력, 그리고 분산응력을 통칭하여 유효응력 (effective stress)이라고 한다. 일반적으로 수심에 비해 수로 폭이 넓은 개수로에서는 유효응력이 흐름특성의 수치 근사해에 큰 영향을 미치지 못한다고 가정하여 2차원 수심적분 모형에서 유효응력을 생략하기도 한다. 또한 유효응력을 적용하더라도, 점성응력이 난류응력에 비해 무시할 만큼 작다고 가정하여 난류응력만을 적용하며, 분산응력은 무시된다. 하지만 만곡부에서는 원심력과 편수위로 인한 횡방향 압력의 불균형이 발생하기 때문에, 만곡부의 이차류가 발생되며, 유속의 연직방향 분포도 일정하지 않게 된다. 따라서 본 연구의 목적은 만곡부의 이차류 특성을 수심적분 2차원 모형에 반영하기 위해 분산응력을 고려한 모형의 개발 및 검증이다. 불규칙한 모의영역을 원활히 나타낼 수 있도록 곡선좌표계를 사용하는 여타 모형들과 달리 유한유소법을 이용하여 수치해를 구하며, 따라서 x, y 좌표축을 사용하는 데카르트 좌표계를 사용하여 지배방정식을 나타낸다. 분산응력의 유 무에 따른 수치결과를 Rozovskii의 $180^{\circ}$ 만곡수로 실내실험 자료와 비교하여 개발 모형을 검증한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권10호
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• pp.4845-4852
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• 2012

본 논문은 교각의 세굴심 산정공식과 교대의 세굴심 산정공식을 적용하여 하천의 홍수량 및 만곡의 유 출입 각 변화에 따른 교량의 세굴심을 산정하고 이를 비교 검토하여 세굴심 산정식의 적용성을 평가하였다. 전체적으로 홍수량 및 유 출입 각이 증가할수록 만곡부의 세굴심 편차가 증가하였으며, 특히 유 출입 각 $105^{\circ}$에서 58%의 편차를 보여 이 지형에서의 교량계획시 신중한 검토가 필요할 것으로 판단된다. 다음으로 만곡부 산정공식별 만곡부의 세굴심 편차를 산정한 결과, 교각의 경우 Andru식이 58%를 Laursen식이 26%의 편차율을 보였으며, 다음으로 CSU. 식이 17%의 편차율을 보였다. 교대는 Froehlich 공식이 44%의 편차율을 보이고 있어 위 식의 세굴심 산정식 적용시 만곡부의 수리특성을 고려한 세굴심 산정이 필요한 것을 알 수 있다. 끝으로 세굴심의 편차를 크게 보인 유 출입 각 $45^{\circ}{\sim}135^{\circ}$에 대하여 홍수량에 따른 세굴심의 편차율을 회귀분석 하여 회귀식을 제안하였다.