• 한국수자원학회논문집
• /
• 제49권6호
• /
• pp.529-536
• /
• 2016

본 연구는 급경사 자갈하상 만곡수로의 이동상 수리실험을 이용하여 만곡부 최대세굴심 산정공식들의 적용성을 평가하였다. 평균입경 43mm의 하천자갈을 $90^{\circ}$ 만곡 급경사 개수로에 포설하고 유량과 하상경사에 따른 만곡부의 최대세굴심을 조사하고 세굴심 공식으로 산정한 최대세굴심과 비교하였다. 자갈하상 만곡부 국부세굴은 유입부의 하상경사 0.02이상 $F_r$ 0.95이상에서 발생하였다. 이 수로에서 Lacey공식과 Zeller공식을 제외한 기존 세굴심 산정공식들은 최대세굴심을 과대 추정하는 것으로 나타났다. 하상재료를 고려한 Lacey공식과 접근경사와 만곡도를 반영한 Zeller공식은 급경사 자갈하상 만곡부의 최대세굴심 평가에 적용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.972-972
• /
• 2012

일반적으로 자갈하천의 하상에는 여울, 소의 연쇄 구조(Riffle-pool sequences)가 발생한다. 여울은 수심이 얕아 유속이 빠른 부분이고 소는 수심이 깊어 유속이 느린 부분에 해당한다. 여울과 소의 연쇄구조는 모래하천에서는 보이지 않는데, 여울에서는 빠른 유속으로 인하여 하상의 조립화가 진행되며, 반대로 소에서는 하상이 세립토로 구성된다. 그리고 여울은 하도의 경사에 따라 발생하며, 유속의 빠름과 느림에 따라 크게 평여울과 급여울로 구분할 수 있다. 본 연구의 대상하천인 양양 남대천은 국내에서는 보기 드물게 개발이 거의 되어있지 않으며 조사대상 구간인 어성전(법수치) 계곡을 포함한 양양 남대천 상류 약 0.4 km은 산지하천 구간으로 비교적 자연하천의 상태를 유지하고 있다. 본 연구는 자갈하천의 구간에서 연속적으로 발생하는 여울, 소를 대상으로 하상경사, 하상재료, 수심, 유속 등 물리적 특성을 조사하였다. 이 구간에서의 나타난 여울 구간은 11개소로 구분할 수 있으며, 급여울이 시작되는 구간에서부터 여울과 소는 반복적인 형태로 나타났다. 하상경사는 평여울 구간에서 0.0011-0.0057, 급여울 구간에서 0.0143-0.0201로 나타났다. 하상재료는 $D_{50}$의 경우 평여울 구간에서 3.66-4.63 mm, 급여울 구간에서 3.61-4.63 mm로 나타났다. 이와 같은 연구는 자연하천이 갖는 여울, 소 연쇄구조의 물리적 특성을 이해하고, 자연형 여울, 소를 조성하거나 복원 시 설계를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
• /
• 한국산학기술학회 2007년도 춘계학술발표논문집
• /
• pp.104-107
• /
• 2007

현재까지 수리학 분야에서 가장 많이 회자되고 인용된 공식이 있다면 아마도 1800년에 발표한 Manning의 유속 공식이라고 해도 과언은 아닐 것이다. 그만큼 그 쓰임새가 많았을 뿐만 아니라 사용의 편리생과 정확도에서도 매우 우수하였기 때문일 것이다. 그러나, 아무리 우수한 공식이라도 약점이 있듯이, Manning의 유속공식 역시 조도계수n을 추정하는데 많은 어려움이 있는 것도 주지의 사실이다. 이러한 어려움을 극복하기 위하여, 본 연구에서는 확률통계에서 사용되는 엔트로피 개념을 이용한 3차원 유속분포식인 Chiu의 유속공식을 사용하였다. 그러나 지금까지 실증적으로 Chiu의 유속공식과 Manning땅의 유속공식을 비교분석하였던 논문은 Chiu와 Choo의 논문에서 일부 언급된 것 외 논문에서는 찾아볼 수 없는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 하상경사를 임의로 변경 가능한 실험수로를 선택하여 정밀법에 의한 유속측정을 우선 실시하였다. 같은 지점의 같은 단면에서 하상경사(${\Theta}$)가 0.000935부터 0.025794까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이터를, Chiu의 유속공식과 Manning의 유속공식에 각각 적용하여, Chiu의 M과 Manning의 n사이의 관계뿐만 아니라, 하상경사변화에 따른 관련인자들을 함께 분석하였으며, 실측된 평균유속과도 함께 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제14권6호
• /
• pp.1395-1404
• /
• 1994

유로만곡부의 횡방향 하상경사는 하천형태학적 특성연구와 하도재해방지, 그리고 수공구조물 보호 등에 기초자료를 제공하는 중요한 연구과제이다. 본 연구에서는 연구대상유역 유로만곡부의 횡방향 하상경사를 Odgaard의 모형외 8개의 모형을 선택하여 비교분석한 후 예측하였으며 적합한 모형을 제시하였다. 본 연구에서 비교된 모든 모형들은 곡률반경과 수심에 비례하였고 모형들사이의 차이는 비례계수 K에 있으며 또한 측정된 횡방향 하상경사는 만곡부에서의 최대수심과 평균유속, 그리고 입자 Froude수와 관계가 있었다. 본 연구에서 Sacramento강 만곡부에서 이루어진 Odgaard의 실험자료를 이용하여 횡방향 하상경사모형들을 비교분석한 결과 Odgaard89모형이 실측횡방향 하상경사와 비교적 잘 일치하였다.

• 물과 미래
• /
• 제29권4호
• /
• pp.177-186
• /
• 1996

하천 만곡부에서의 하상 횡경사 결정은 유수와 유수의 소류력에 의해 변동하는 하상면과의 상호관계를 규명하는 이론적인 접근에서 출발하게 된다. 이러한 경우 흐름은 완전히 발달한 흐름으로 해석하게 되며 하상에서는 소류사가 일어나고 있는 상태에서 유수력과 하상물질에 의한 저항력간의 평형을 바탕으로 해석을 시도하게 된다. 한계소류력을 대표하는 연구로서 Shields diagram이 많이 이용되고 시동조건으로 Shields parameter를 0.06으로 대표해 주고 있다. 지금까지 만곡부의 하상횡경사 결정에서는 대부분의 방법들이 Shields parameter 의 적용에서 0.06을 일률적으로 채택하고 있다. 본 연구에서는 Shields parameter에서의 실험조건인 균일입경하상이라는 조건이 적용되지 않는 일반 자연하천에서 혼합입경하상의 입도분포곡선 형태에 따라 생기는 Shields parameter의 변동을 고려할 수 있도록 하므로써 보다 정확한 만곡부 하상횡경사 추정이 가능한 방법을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
• /
• pp.8-8
• /
• 2017

본 연구는 원주천 16 km 구간을 대상으로 안정하도 설계에 따른 하상의 변동과 그에 따른 물리적 생물학적 교란 영향을 분석하였다. 안정하도 설계를 위한 방법으로 구간별 안정경사관계곡선을 도출하였으며, 현재 하도의 구간별 경사와 비교하여 안정/불안정을 판단하였다. 원주천 대상구간은 총 20개구간 중 17개 구간이 안정한 하상경사로 나타났으며, 하류부 2개 지점과 상류부 1개 지점에서 불안정 경사로 나타났다. 불안정 구간의 안정하도 설계를 위한 방법으로는 하천시설물의 도입을 통한 하상변동의 유도로 안정경사를 설계하는 방법과 하도의 준설과 하상보호공의 설치에 따른 안정경사 설계 방법을 이용하였다. 하천시설물의 도입을 통한 안정하도 설계의 경우 2개의 구간에서 추가적인 안정하도의 설계로 총 19개 구간이 안정하도로 설계되었으며, 하도의 준설과 하상보호공의 설치에 따른 안정하도 설계의 경우 20개 구간 전부에서 안정경사로 설계되었다. 아울러 안정하도 설계에 따른 하천의 물리적 생물학적 교란 양상을 분석하기 위해 물리적 교란개선 평가 결과와 물리서식처의 변화를 분석하였다. PHABSIM 모형을 이용하여 원주천의 최우점종인 참갈겨니를 대상으로 평수량에 대한 서식적합도 (HS, habitat suitability)와 가중가용면적 (WUA, weighted usable area)의 변화를 분석하였다. 현재 상태와 5년의 하상변동 모의 후의 평가 분석결과를 하천시설물 도입과 하도의 준설에 따른 5년경과 후의 예측평가 결과와 비교 분석하였다. 하천시설물의 도입에 따른 안정하도 설계의 경우 물리적 교란개선 평가 결과는 현재상태보다 소폭 개선되었으며, 물리서식처는 현재상태 보다는 감소하나, 현재의 5년경과 후와 유사하게 나타났다. 하도준설과 하상보호공의 설치에 따른 안정하도 설계의 경우 물리적 교란개선 평가 결과는 미약하게 감소하였다. 물리서식처는 현재상태와 유사하게 나타났으며, 현재의 5년경과 후 보다는 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 안정하도 평가와 물리적 교란개선 평가 및 물리서식처 분석을 통한 하천의 안정성과 건강성 증대 방안을 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
• /
• pp.277-277
• /
• 2022

급경사 산지하천은 호우 시 퇴적 하상이 붕괴하여 하천 유사량을 급격히 증가시키는 계곡형 토석류가 발생하고 도로와 교량에 피해를 일으키기도 한다. 이러한 하천재해를 저감하기 위하여 돌망태 낙차공을 설치하여 하상 안정을 강화하고 급경사에 따른 유수에너지를 줄일 수 있다. 급경사 하상에 설치한 돌망태 낙차공은 하류부 하상의 국부세굴에 따른 파괴위험이 완경사 하상의 경우에 비하여 높으므로 이를 줄이기 위한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 광폭경사조절 개수로에 돌망태 낙차공을 설치하고 낙차공의 채움재가 복류의 특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수리실험을 하였다. 수리실험에서는 최대 20º까지 경사를 조절할 수 있는 길이 1.44m, 폭 0.14m인 직사각형 단면 개수로에 SUS304 구슬을 사용하여 하상과 돌망태 낙차공을 설치하고 실험하였다. 구슬은 크기에 따라 작은구슬(10.31mm), 중간구슬(15.08mm), 큰구슬(20.63mm)을 사용하고, 하상에는 작은구슬을 깔았다. 낙차공의 크기는 길이 16cm이고 폭과 높이는 12cm이며, 돌망태는 작은구슬을 사용한 단일돌망태와 구슬 크기를 달리한 계층돌망태로 구분하였다. 계층돌망태의 상층은 작은구슬, 중층은 중간구슬, 하층은 큰구슬이 채움재로 사용되었다. 단일돌망태의 공극율은 0.399이고 계층돌망태의 공극률은 상층 0.393, 중층 0.517, 하층 0.54이다. 실험유량의 변화는 낙차공 하단부에서 표면류가 발생하지 않는 범위로 한정하였다. 낙차공 하단에서 상류 68cm 지점의 소류력과 낙차공 내부 복류의 수면경사를 측정하였다. 그 결과 단일돌망태보다 계층돌망태가 소류력과 수면경사가 더 작은 것으로 나타났으며 돌망태의 공극을 통한 통수능 차이 때문인 것으로 판단된다.

• 대한지리학회지
• /
• 제34권4호
• /
• pp.355-370
• /
• 1999

본 연구에서는 유역 분지의 지형 조건이 상이한 영서 및 영동 하천들을 대상으로 하상 퇴적물 입경과 하도 경사의 경향성, 그리고 이들간의 상관관계를 중점적으로 조사하였다. 조사 결과, 유역 분지의 지형 조건이 다른 것과 마찬가지로, 영서 하천과 영동 하천은 퇴적물 입경 및 하도 경사의 경향성이 서로 달랐다. 영서 하천에서는 유역 면적의 증대에 따라 퇴적물 입경 및 하도 경사가 소폭으로 감소되는 경향으로 보이고 있으며, 그 경향성이 뚜렷하지 않았다. 이와는 달리, 영동 하천에서는 퇴적물 입경 및 하도 경사가 유역 면적의 증가에 따라 지수적으로 감소되었으며, 그 경향성 또한 매우 분명하였다. 한편, 영서 및 영동 하천을 모두 고려한다면, 퇴적물 입경과 하도 경사간에는 통계적으로 의미있는 상관관계가 성립되는 것으로 밝혀졌다. 그러나 이들 간의 상관관계는 영서 하천보다는 영동 하천에서 높게 나타났다. 위와 같은 사실로 미루어 볼 때, 본 연구 지역에서는 유역 분지의 지형 조건이 퇴적물 입경 및 하도 경사에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.588-593
• /
• 2006

자연하천은 일반적으로 만곡수로나 사행수로 형태를 보이고 있으며, 직선수로에서와 달리 원심력에 기인한 이차류 영향을 받게 된다. 이차류에 의해서 수면에서는 만곡부 바깥쪽으로, 하상에서는 만곡부 안쪽으로의 흐름특성을 보이게 된다. 만곡부 안쪽으로 가해지는 하상 전단응력에 기인하여 하상에서의 입자가 만곡부 안쪽으로 이송되며, 결과적으로 만곡부 안쪽에는 점사주가, 바깥쪽에는 소(pool)가 생성된다. 또한 지형경사의 생성으로 입자에 가해지는 중력효과도 변화된다. 따라서 이와 같은 자연하천의 흐름과 하상변동을 수치모의 하기 위해서는 만곡부 이차류 특성을 고려한 모형이 필요하다. 본 연구에서는 수심 적분된 흐름방정식과 하상토 보존방정식 (Exner equation)을 이용한 하상변동을 위한 비연계 수치모형을 위해서 하상토 보존방정식의 유한요소 알고리즘을 개발하였다. 하상토 보존방정식은 흐름 특성에 따른 평형 유사량의 공간변화율을 이용하여 일정 기간 동안의 하상 변화량을 계산한다. 이 때 이차류에 의한 하상 전단응력의 편각 및 지형경사 변화에 따른 실제 입자의 이송방향을 보정하여 평형 유사량이 계산된다. 이러한 보정식을 적용시키기 위해서는 유속성분의 공간변화량 및 지형경사의 공간성분이 필요하다. 유한요소법은 연속성 변수를 이산화시켜 근사해를 구하는 수치기법의 일종이기 때문에, 요소망이 불규칙적으로 구성되었을 경우 임의의 절점에서 연속성을 지닌 변수의 공간변화율을 계산하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 평형 유사량 계산 시에 절점이 아닌 요소 내부에서 평형 유사량을 계산하는, 하상토 보존방정식의 새로운 유한요소 알고리즘을 개발하고, 새로운 알고리즘을 적용시킨 수치모형의 검증을 행하였다. 경계조건 알고리즘의 검증으로 위해서 Soni 등 (1980)이 행한 상류 유입 유사량에 따른 하상변동을 수치 모의하고 실험치와 비교하였으며, Sutmuller와 Glerum (1980)이 수행한 만곡수로에서의 하상변동을 모의하고 실험과 비교하였다. 새로운 알고리즘을 적용시킨 하상토 보존방정식의 유한요소 수치모형의 결과는 매우 안정적이며, 실험과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 본 수치모델은 현재 균일한 입자의 하상토만을 고려하므로, 입자분급이나 하상 장갑화 현상 등은 무시한다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• 제7권2호
• /
• pp.83-89
• /
• 2020

본 연구는 상류 하상경사 변화에 따른 고정보 하류 세굴 영향을 분석하기 위한 수리실험이다. 하상경사 0%, 2%, 3%, 4%, 7%, 10%에 대한 수리실험을 수행하였으며, 모든 조건에 대해 0.117 ㎥/s의 유량을 동일하게 적용하였다. 보 하류 세굴특성을 정량적으로 분석하기 위해 광대역 레이저 스캐너를 이용하여 세굴심, 세굴길이, 세굴 부피 등을 측정하였다. 또한 세굴실험 결과와 기존 보 하류 물받이 길이 설계기준 공식에 따른 계산결과를 비교하여 물받이 길이 설계의 적정성에 대한 검토를 수행하였다. 보 하류부 국부세굴 영향을 분석한 결과 하상경사가 커질수록 세굴길이 및 세굴심이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 실험치와 물받이 설계 공식을 비교한 결과, 상류 측 하상경사가 없는 경우 국립건설시험소 공식 및 블라이 공식 모두 허용치 내에 분포하는 것을 확인할 수 있었지만 보 상류 하상경사가 점차적으로 커질수록 실험치와 기존 설계 공식을 통해 얻은 값들을 비교했을 때 약간의 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.