• 한국수자원학회논문집
• /
• 제43권6호
• /
• pp.543-557
• /
• 2010

본 논문에서는 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을이용하여 유사량 공식과 유사이송형태별 이류-확산 방정식의 선택이 하상변동 수치모의결과 값에 미치는 영향을 분석하고 실제 현장자료와 비교하였다. 또한 이러한 분석을 기초로 낙동강하구둑 상류 접근수로에서의 최적의 유사량 공식과 유사 이송형태별 이류-확산 방정식을 제안하였다. 낙동강하구둑 상류 접근수로에 대해 Ackers and White와 Engelund and Hansen의 유사량 공식과 소류사와 부유사 유사 이송형태에 따른 이류-확산 방정식을 각각 다르게 적용하여 모의한 결과, Engelund and Hansen 공식을 적용한 경우에는 Ackers and White 공식을 적용한 경우와 비교했을 때, 평수 및 홍수 조건에서 모두 하상변동량이 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 Ackers and White 공식으로 2002년에 발생한 실제 수문사상을 적용하여 하상변동 모의한 결과, 소류사 이송형태의 이류-확산 방정식을 적용한 모의결과가 부유사 이송형태를 적용했을 경우 보다 실제 하상변동에 더 근접한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
• /
• pp.1739-1744
• /
• 2010

하천에서 유사이송 및 하상변동을 예측하는 여러 방법들 중 수치모형을 이용하는 방법이 현재 가장 많이 이용되고 있으며 특히 단일 유사량 산정 공식과 유사이송 형태를 현장자료와의 검증과정 없이 대부분 그대로 적용하고 있는 실정이다. 수치모형을 이용한 특정 대상하천의 정확한 하상변동 예측을 위해서는 유사량 산정 공식 및 유사 이송 형태에 따른 하상변동 민감도 분석 및 모형 검증과 검정 작업이 반드시 필요하며 이러한 과정을 통해 대상하천에 대한 최적의 유사량 산정 공식과 유사 이송 형태를 선정해야 할 것이다. 본 연구는 실제하천을 대상으로 여러 유사량 산정 공식과 유사 이송 형태를 다르게 적용이 가능한 CCHE2D 모형을 이용하여 하상변동 수치모의를 수행하였다. 유량 크기별 모의조건을 적용하여 하상변동 민감도를 분석을 통해 대상하천에서 적합한 유사량 공식과 이송 형태를 선정하고 실제수문사상의 유량 및 수위 조건을 적용하여 모의를 수행한 결과와 대상 하천에서 측량한 단면과 비교하여 검정을 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• pp.248-248
• /
• 2019

유사는 이동 형태에 따라 소류사와 부유사로 구분된다. 하천의 흐름을 통해 이동하는 유사의 대부분은 부유사의 형태로 이동하며, 부유사의 부유 거동은 난류 강도와 유사 입자의 침강 속도로 인해 결정된다. 이에 따라 부유사의 부유 거동을 이해하기 위해서는 정확한 침강 속도의 산정과 난류에 대한 이해가 요구된다. 유사의 침강 속도는 밀도와 크기로 대표되는 유사의 특성을 이용하여 결정된다. 하천에서 부유사가 여러 크기를 갖는 유사 입자들이 혼재된 형태로 이동하는 것을 생각해 볼 때, 침강 속도의 분포를 이해하기 위해서 입도 분포에 대한 연구는 필수적임을 알 수 있다. 본 연구에서는 유사 입자의 입도 분포에 난류 강도가 미치는 영향을 살펴본다. 연구를 수행하기 위해 모래의 입도 분포가 로그 정규 분포를 따를 것이라는 가정을 적용하여 난류의 영향을 고려하는 부유사의 입도 분포 모형이 개발되었다. 부유사의 입도 분포는 흐름의 유사 이송 능력에 따라 분포의 표준 편차와 같은 물리량이 변화할 것으로 예측되는데, 흐름 내 유사의 이동과 흐름의 유사 이송 능력을 함께 고려하기 위해 개발되는 유사의 입도 분포 모형은 유사 이동 모형과 결합된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
• /
• pp.308-308
• /
• 2020

유사는 이동 형태에 따라 소류사와 부유사로 구분된다. 하천의 흐름을 통해 이동하는 유사의 대부분은 부유사의 형태로 이동하며, 부유사의 부유 거동은 난류 강도와 유사 입자의 침강 속도로 인해 결정된다. 이에 따라 부유사의 부유 거동을 이해하기 위해서는 정확한 침강 속도의 산정과 난류에 대한 이해가 요구된다. 유사의 침강 속도는 밀도와 크기로 대표되는 유사의 특성을 이용하여 결정된다. 하천에서 부유사가 여러 크기를 갖는 유사 입자들이 혼재된 형태로 이동하는 것을 생각해 볼 때, 침강 속도의 분포를 이해하기 위해서 입도 분포에 대한 연구는 필수적임을 알 수 있다. 본 연구에서는 유사 입자의 입도 분포에 난류 강도가 미치는 영향을 살펴본다. 연구를 수행하기 위해 모래의 입도 분포가 로그 정규 분포를 따를 것이라는 가정을 적용하여 난류의 영향을 고려하는 부유사의 입도 분포 모형이 개발되었다. 부유사의 입도 분포는 흐름의 유사 이송 능력에 따라 분포의 표준 편차와 같은 물리량이 변화할 것으로 예측되는데, 흐름 내 유사의 이동과 흐름의 유사 이송 능력을 함께 고려하기 위해 개발되는 유사의 입도 분포 모형은 유사 이동 모형과 결합된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.24-24
• /
• 2021

자연하천 바닥 경계층 내에서는 복잡한 난류 구조가 형성되며 이들은 하상에 강한 모멘텀을 전달한다. 바닥 부근에 분포하는 유사 입자들은 경계층 내에서 발생한 난류 흐름으로부터 모멘텀을 전달받아 소류사 혹은 부유사 형태로 이송되게 되며, 이러한 유사 이송 과정을 역학적으로 설명하기 위해서는 경계층 내 유체 흐름에 대한 이해가 선행되어야한다. 경계층 내 난류 흐름 특성이 유사 입자의 움직임에 미치는 영향에 대해 분석하기 위해서는 바닥 경계층 내 고해상도 유속 자료와 유사 움직임을 동시에 포착할 수 있는 기술이 요구된다. 하지만 현재까지 수행된 대부분의 선행 연구들은 점 유속을 측정할 수 있는 음파 도플러 유속계 (Acoustic Doppler Velocimetry) 혹은 2차원 입자 영상 유속계를 활용하였으며, 이들은 복잡한 3차원 난류 흐름 특성을 분석하기에는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 실험실 실험을 통해 바닥 경계층 내 3차원 난류 흐름이 유사 이송에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 본 연구에서는 유사 주변에서의 고해상도 3차원 흐름 유동장 및 순간적인 유사 움직임에 대해서는 합성 개구 (synthetic aperture) 기반의 3차원 입자 영상 유속계 및 입자 추적 유속계를 활용하여 취득하였다. 취득된 흐름 유동장을 기반으로 레이놀즈 전단응력을 산정하였으며 이를 통해 유체가 하상에 미치는 모멘텀의 크기를 파악하였다. 복잡한 난류 흐름 구조에 대해서는 팔분원 분석 (octant analysis)을 통해 구분했으며, 유사가 움직이는 순간의 유속장을 기반으로 유사 이송을 발생시키는 지배적인 난류 흐름 특성에 대해 규명하였다. 본 연구는 바닥 경계층 내 복잡한 3차원 난류 흐름과 유사 입자의 움직임을 동시에 분석함으로써 기존에 수행되어왔던 선행 연구들의 한계점을 극복하고 보다 명확한 유사 이송의 발생 원인에 대해 분석했다는 점에 의의가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
• /
• pp.380-384
• /
• 2016

홍수완화의 관점에서 강을 관리하기 위하여 수자원의 이용과 생태계보전, 하천흐름과 형태학적 변화들에 대하여 충분히 이해하고 합리적으로 설명하는 것이 필요하다. 최근에 수변지역에서 발달된 식생은 홍수시에 감속영역과 생물들의 피난처를 제공하는 것 이외에 횡단방향의 혼합작용을 활성화하여 유사와 식물의 씨앗 및 입자성 유기물(POM)을 포착하는 기능을 하고 특히 흐름과 유사이송 및 하도 지형변화에 큰 영향을 주기 때문에 중요하다. 입자성 유기물(POM)은 하천생태계를 지탱하는 에너지원으로서 다양한 형태로 존재하고 미생물의 분해를 받아 무기화된 식생의 번무와 물질순환의 시발점이 되기도 하지만 현재까지 식생영역 내에서 그 공급과정에 관련이 있는 운동기구에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 식생영역의 유사퇴적 및 분급작용, 입자성 유기물의 포착을 일으키는 원인과 흐름의 특징 중 식생영역 내에서 흐름방향으로 감속에 주목하여 수리 모형실험을 실시하였고 수변식생에서 부유사와 POM의 퇴적과정에 대하여 검토 및 모델링을 실시하였다. 수리 모형실험 결과 CPOM과 FPOM 모두 유사의 퇴적없이 그 자체로는 퇴적이 되지 않았고 수변식생의 종방향 이송의 경우 식생에 의해 퇴적된 부유사가 사련 형태로 형성이 되어 CPOM이 사련의 배후에서 캡쳐 되었다. 또한 두가지 샘플 움직임의 상호작용은 사련의 파고와 파장의 전파속도를 감소시켰다. 식생지역에서 횡방향 분산의 경우에 대해서는 각각의 유사 크기에 대한 퇴적물의 능선은 식생의 경계를 따라 형성되었고 운동의 범위는 유사 퇴적의 능선에 의해 촉진되어 횡방향으로 확산하며 확장되었다. 이러한 결과를 바탕으로 제한된 경험적인 지식보다 오히려 실험을 통하여 식생을 동반하는 장소에서 유사와 POM의 거동특성 차이 및 간섭작용을 명확히 한 후 현장에서 관측된 현상과 비교 검증이 필요하다고 사료되며 추후에 운동기구를 모델링 및 업그레이드 해 나가는 것이 앞으로의 하천생태계 예측평가에 필요하다고 판단된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제31권3B호
• /
• pp.205-209
• /
• 2011

배수관로 내의 토사퇴적으로 인한 통수능 저하는 도시홍수의 주요 발생 원인으로 배수관로의 효율적 유지관리는 도시홍수 예방에 대단히 중요하다. 따라서 본 연구에서는 만관 원형관로에서의 토사이송 실험을 실시하고 배수관로 내에서 일어나는 유사이송 형태, 흐름의 저항 및 유사량 등 수리학적 특성을 분석함으로써 관로의 효율적 유지관리를 위한 기초 자료를 제시 하였다. 본 실험은 길이 8 m, 관경 60 mm의 수평 관로와 유사 공급장치로 구성된 모형장치을 통하여 실내실험을 수행하였다. 실험장치는 최대 $30m^3/hr$ 규모의 유량 순환시스템을 갖추고 있으며 관로 상류부에 5 g/s~19 g/s 규모의 유사 공급 장치와 함께 관로 끝부분에 유사 회수시스템을 갖추고 있다. 본 연구 수행 결과 통수단면의 평균유속(U), 점성계수(${\mu}$), 단위 폭당 소류사량($q_b$), 평균입경($d_{50}$), 수중유사단위중량(${\gamma}^{\prime}_s$)를 주요 인자로 하는 두 개의 무차원 변수를 이용하여 압력 원형관로 내 토사이송을 예측하는 공식을 제안하였으며 이들 무차원 변수 간에는 선형 상관관계가 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.618-622
• /
• 2006

충적 선상지(alluvial fan)는 자갈이나 유사가 과도하게 이송되어 부채모양으로 퇴적된 것으로서, 하류로 하폭이 증가하는 곳에서 형성된다. 충적 선상지는 유사가 이송하는 하천, 토석류, 그리고 박층류에 의해 형성된다. 토석류는 자갈에서부터 상대적으로 작은 진흙에 이르기까지 운반하는 밀도체이다. 충적하천의 흐름은 사행하천 및 망상하천에 이르는 흐름을 말하며, 박층류는 기본적으로 비하천 홍수류로서, 한 홍수사상에 대하여 선상지에서 부분분할로 형태로 흐른다. 본 연구에서는 충적 선상지에 대한 공학적인 문제를 검토하기 위한 예비연구로서 유입부에서 유사량의 유입조건에 따른 충적 선상지 델타의 형성 과정을 수치모형을 이용하여 파악하였다. 본 모형은 2차원 모형으로서, 이동경계좌표계를 사용하였고, 수치해석 기법으로는 CIP법이 이용되었으며, wet/dry를 고려하여, 유입 유사량의 변화에 따른 특성을 파악하였다. 초기에는 급격하게 선상지의 높이가 급격하게 증가하며, 유입 유사량의 증가에 따라 선상지의 높이가 평형상태를 유지하는 시간이 짧은 것을 보여주고 있다. 선상지의 면적은 유입 유사량이 적을 경우에는 평형상태가 지속적으로 유지되며, 완만한 증가 현상을 보여주었다. 유입 유사량이 증가할 경우에는 초기에 급격한 상승을 하다가 평형상태가 없이 지속적으로 상승하는 것을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.133-133
• /
• 2023

풍화작용에 의해 생성된 유사는 자연 매체에 의해 이동하고 하천에 도달하기 이전이나 이후 퇴적되며, 해당 과정 중에서 하상변동, 홍수위 상승, 제방 안정성, 두부 침식, 생태환경 변화, 수질문제 등 다양한 침식과 퇴적 관련 문제들이 발생한다. 이러한 유사 문제의 해결과 지속적인 하천관리를 위해서는 유사의 생성, 이송, 그리고 퇴적 과정에 대한 충분한 이해와 정량적인 유사량을 파악하는 것이 필수적이다. 다양한 연구들을 통해서 유사량을 정량적으로 파악하기 위해 여러 종류의 모델과 공식들이 제안 되어져 왔다. 그 중 경험적 모델의 경우 실제로 관측된 값을 기반으로 하며, 복잡한 계산이나 요구하는 자료가 다른 종류의 모델들 보다 적어 쉽게 접근이 가능하다. 이러한 경험적 모델은 유사에 영향을 주는 인자를 규명하거나 특정 유역이나 지역에서 이송 및 퇴적 되는 유사의 출처와 특성을 규명하는 초기 단계에서 유용하게 이용된다. 국내 하천의 경우 여름에 강우가 집중되고 대부분의 국토가 산지로 이루어져있어 상류에서 침식이 주로 발생한다. 또한, 본류 및 하류 지역의 하천은 유사의 퇴적이 주로 일어나서 하천의 형태와 물길이 형성된 충적 하천 형태로 발전 되어있기 때문에 국내 하천에서는 전반적으로 국부적이며 다양한 형태의 유사 관련 문제가 발생한다. 국내 하천에서 발생하는 유사 관련 문제를 해결하기 위해 국내 하천의 유사량을 추정하는 다양한 경험적 모델들이 지속적으로 개발되어왔다. 하지만 과거에 개발된 모델들의 경우 계측 자료가 충분하지 않은 시기에 개발 되었으며, 현재에는 활용하기 불가능하다. 본 연구에서는 국내 하천의 비유사량을 예측하는 동시에 국내 하천의 유사 특성을 이해하기 위해 과거에 국내 하천을 대상으로 비유사량을 추정하기 위해 개발되었던 경험적 모델을 개선하였다. 본 연구를 통해 기존 경험 모델의 경우 주기적인 업데이트가 필요함을 확인하였으며, 개발된 모델의 경우 국내 하천 유사 관리를 위해 미래 유사량 예측하는 등 다양한 방면으로 활용 관리가 가능할 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
• /
• pp.176-176
• /
• 2022

자연 하천의 종단면도를 살펴보면 상류 지역의 경사는 가파른 반면, 하류 지역으로 내려갈수록 완만해지는 부드러운 오목한 형태가 나타난다. 이러한 종단은 유량, 유사량, 수리기하, 하상 입자의 크기와 분포 등이 복합적으로 작용하여 형성되는 것으로 알려져 있다. 이러한 종단면도에 대한 모의는 지형이 동적평형상태에 이를 때까지 장기간에 걸친 모의를 통해 살펴볼 수 있을 것이다. 단, 그러한 가정은 하천종단 형성에 관여하는 모든 변수에 대한 정량화가 잘 이루어졌을 때 가능할 것이다. 여기서 가장 불확실성이 큰 것은 하천의 유사량을 추정하는 공식일 것이다. 이 연구에서는 유사량이송공식의 변수에 어떠한 값을 적용하느냐에 따라 자연스러운 하천 종단이 형성되는지 지표변화모형을 통해 밝히고자 하였다. Schoklitsch 식을 적용한 LEGS 수치 모형으로 모의를 진행하였으며, 각각의 조건에서 도출된 종단면도의 오목도와 적용한 변수 간의 관계를 비교하였다. 또한, 이에 대한 민감도 분석 수행을 통해 자연 하천에서 확인할 수 있는 특징의 원인을 찾고자 하였다.