• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.194-197
• /
• 2010

국내 외에서 범용으로 사용되는 2차원 흐름모형은 모든 하천의 흐름을 자연스럽게 모의할 수 있는 것은 아니다. 하천의 수위가 수량의 변화와 함께 상 하로 변하면서도 동시에 단면의 형상에 따라 좌 우 물가의 경계도 변하게 되지만, 수치모의를 위한 2차원 고정망의 사용으로 흐름영역에 대한 정확한 반영이 어렵게 된다. 그러나 최근 흐름경계의 변화를 반영하기 위한 마름/젖음 해석기법에 관한 연구를 통해 이러한 문제를 극복할 수 있다. 2차원 유한요소모형이 가지는 또 다른 문제는 하천흐름에 대한 수치모의를 수행하기 위해 필요한 초기조건으로 인한 문제이다. 모형에 사용되는 초기수위는 일반적으로 일정한 수위를 사용하게 되는데, 이와 같은 초기수위 값의 사용은 하류단의 경계수위가 하천의 상류구간 하상고보다 낮을 경우 원활한 모형의 모의를 위해 초기수위를 모든 하상고보다 높게 주어야 한다. 실제 흐름상태가 그대로 반영되지 않는 비물리적인 상태에서 모형의 계산이 수행되게 된다. 본 논문에서는 2차원 유한요소모형의 초기수위를 고정값이 아니라 실제 하상고로 인해 발생 가능한 하천의 수면을 초기수위 자료로 사용하고자 하며, 이를 위해 2차원 하도망에서 1차원 하도자료를 추출할 수 있는 연계모듈을 개발하였다. 이를 통해 구축된 1차원 하도자료로부터 1차원 모의를 수행하여 그 결과를 2차원 모형의 초기수위로 사용하였다. 이에 대한 적용성을 살펴보기 위해 직사각형 가상하도에 적용하여 모형의 결과를 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.587-587
• /
• 2012

현재 대부분 하천관리의 흐름해석에서 주가 되었던 1차원 분석은 하천 단면에 따른 횡적인 수면차, 유속분포를 분석할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 특히 유량 및 유속이 급속도로 늘어나는 홍수시에는 그 오차가 더욱 커질 수 있다. 반면에 2차원 모형의 흐름해석은 사행하천의 흐름 특성과 만곡부에서의 종 횡방향 수면경사 및 양안의 수면차와 합류지점의 횡방향 흐름 등의 영향을 고려할 수 있으며 1차원 해석과는 달리 전 단면에 걸쳐 유속 및 수위 분포를 나타낼 수 있어 실제흐름에 가까운 수리량을 얻을 수 있다. 본 연구를 위해 적용된 해석모형인 SMS는 미국 Brigham Young 대학의 환경모형연구실과 미공병단(USACE)의 수로실험국(WES) 등에서 개발한 프로그램으로서 RMA2, RMA4, SED2D 모형 등으로 구성되어 있다. 각각의 모형은 수리 동역학적 해석, 오염물 이송확산 해석, 유사의 이송 및 퇴적 해석이 가능하며 이 중 RMA2를 이용한 2차원 흐름해석을 통하여 보다 적합한 하천관리에 이용가능하도록 하고자 한다. 연구대상 지역은 제주도 한천 하류부로서 제주도 하천 특성상 평상시 건천의 상태를 이루고 있으나 태풍 및 집중호우시 홍수유출이 발생하여 수위가 급격하게 상승하는 양상을 보인다. 대표적인 예로 태풍 '나리'시 최대 일강우량 420mm로 인한 인근 지역에 0.5 ~ 1.5m의 침수흔적을 보이고 있다. 본 연구에서는 2011년 최고수위를 기록한 태풍 '무이파'를 대상으로 하였으며 대상지역의 Kalesto를 이용한 수위-유속 자료를 이용하여 산출된 유량을 경계조건으로 사용하였고 격자망 형성을 위한 지형 데이터는 지형도 및 측량자료를 이용하여 구축하였다. 사용된 대표적인 매개변수는 하상의 조도계수를 나타내는 Manning의 n값과 유체의 밀도, 속도구배, 구조 등 여러 가지의 유체조건에 따라 변하는 성질인 와점성계수(eddy viscosity)로 요약할 수 있으며 Manning의 n값은 하천설계기준에 따른 하천기본계획의 조도계수를 사용하였고 와점성계수는 적합한 흐름 분포를 결정하기 위해 흐름이 안정될 때까지 변화시켜 해석을 시행하였다. 해석결과 만곡부에서는 급한 흐름을 보이고 있으며 최대하폭 구간에서는 완만한 흐름이 나타나 사행하천의 흐름특성과 횡적인 하천단면에 따른 변화, 하상고 차이로 인한 유속분포를 확인할 수 있으며 이는 보다 유용한 하천관리에 이용가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.723-727
• /
• 2009

본 연구에서는 유사량 측정의 적절성과 산정결과에 대한 정확성을 도모하고자 총유사량과 하상토유사량을 일관적으로 계산하고, 분석 및 관리할 수 있는 유사량산정시스템(Sediment Discharge Computation System; SDCS)을 개발하였다. 유사량산정시스템(SDCS)은 Microsoft사의 Excel VBA(Visual Basic for Applications)로 개발되어져 실행 및 분석이 간단 용이하고, 또한 유사량 산정결과를 저장하고 관리할 수 있는 DBFPAD가 내재되어 있다. 본 시스템은 크게 총유사량과 하상토유사량 산정 모듈로 구성되어 있어 각각의 모듈에서 유량규모에 대응하는 유사량과 농도를 산정할 수 있다. 총유사량 산정 모듈은 대표적인 확산-이송형 모형이라 할 수 있는 Modified Einstein 공식을 토대로 하였으며, 하상토유사량 산정 모듈은 Einstein, Ackers & White, Engelund & Hansen, Yang의 유사량 공식을 근간으로 되었다. 본 시스템은 크게 총 5개의 모듈을 가지며, 총 20개의 부프로그램(Subroutine Program)과 23개의 사용자정의함수 구문으로 개발되었다. 또한 단면의 특성변화 분석모듈과 DBFPAD 저장 및 관리모듈이 포함되어 있어 산정된 결과를 용이하게 비교 분석할 수 있고, 기존 자료와의 비교도 쉽게 수행할 수 있도록 구성하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.341-345
• /
• 2011

본 연구는 충청북도 충주시 동량면과 금가면에 위치하고 있는 대전천을 대상으로 하상토 입경, 수위-유량의 변화에 따른 유사량 특성을 분석하였다. 하상재료 조사는 매 0.5 km 마다 17개 지점의 시료를 채취하였으며, 현장에서 채취한 하상토는 흙의 입도분포(KSF2302)시험법에 따라서 입경분석을 하였다. 측정 지점은 흐름이 안정적이며, 와류, 사수, 역류가 없고 접근이 용이하며 하상변동이 적은 지점을 고려하여 선정하였고, 유사의 이동이 활발한 시기인 7월에서 9월까지 평 저수기 20회, 홍수기 24회, 총 44회에 걸쳐 유량 및 부유사량을 현장 관측하였다. 평 저수시의 유속측정을 위해 초음파유속계를 사용하였으며, 홍수시에는 표면 부자를 사용하였다. 유량계산시에 면적은 중간단면법을 사용하여 유량을 계산하였다. 유량측정과 동시에 부유사 시료를 채취하였으며 부유사 관측에는 수심적분 채취접을 적용, 부유사농도는 여과법을 시행하였다. 본 하천의 현장실험 측정성과와 수리특성을 기초자료로 하여 각 회차에 걸친 총유사량의 산정을 SCST(Solution for Computing Sediment Transport)를 사용하였으며, 총유사량을 산정하는 Einstein공식, van Rijn공식, Toffaleti공식, Shen&Hung공식, Yang(1979)공식, Ackers & White공식, Engelud&Hansen공식, Ranga Raju공식 등 10개 공식을 적용하여 비교 분석을 수행하였다. 이중에서 관측된 부유사량을 고려하여 검토한 결과 Yang(1979)공식을 이용하여 추정한 총유사량이 가장 적합한 것으로 판단되었다. 그 결과 수위-유량관계곡선 및 유량-총유사량 관계곡선을 개발하였으며, 효과적인 치수 및 이수계획의 수립 등 수자원 기본자료로서 이용될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.529-533
• /
• 2012

본 연구에서는 실내실험을 통하여, 하안침식을 고려한 망상하천에서 저수로의 이동특성을 조사하며, 2중 퓨리에 해석에 의하여 사주의 거동특성을 분석하였다. 실내실험은 평균입경이 1.4 mm이고, 표준편차가 1.35인 균일사로 10 cm 의 두께로 전체가 균등하게 채워진, 길이가 12 m, 넓이 2 m 수로에서 수행하였다. 각 시간별 하도의 지형변화에 대하여 2 중 Fourier 해석에 의한 지배적인 성분, 즉 모드(mode)의 변화를 분석하였다. 여기서 1-1 mode는 교호사주(alternate bars)이고, 1-2 mode와 2-2 mode는 2차 횡방향 모드로서 중앙 사주(central bars)를 나타낸다. 1-3 mode와 2-3 mode는 한 단면에서 횡방향으로 3개의 사주가 형성된 것(triple row bars)를 나타낸다. 초기에는 1-1 mode인 교호사주가 지배적이지만, 시간이 증가함에 따라, 교호사주인 1-1 mode는 감소하고, 한 단면에서 3개의 사주가 형성되는 2-3 mode가 지배적인 것으로 나타났다. 이러한 원인은 시간이 지나면서 사주가 발달하고, 하안침식이 되면서, 하폭이 증가하여 상대적으로 수심이 감소하면서 복렬사주가 발달하기 때문이며, Colombini 등(1987)이 이론적으로 예측한 결과와 잘 일치한다. 한 단면에서 3개의 모드가 나타나는 것은 하상에서 변화를 일으키는데 중요한 역할을 한다. 직선하도에서 사주의 수가 증가하는 것은 교호사주의 강한 비선형으로 상호작용하기 때문이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.338-338
• /
• 2016

준설은 흙 또는 모래, 자갈을 파내는 작업을 말하는 것으로, 준설의 목적은 수로, 하천, 항만공사에서 수심의 증가 및 수심을 유지하기 위함이다(산업안전대사전, 2004). 이러한 준설은 하천의 흐름 특성 및 제반 여건 변화를 수반하기도 한다. 준설 직후 낮아진 하상으로 인하여 수위가 감소되는 경우가 있으며, 반면에 수위 저하를 동반하지 않는 경우(저수지와 연결된 준설), 준설 부근에 퇴적이 발생하며 이는 하천의 수위 상승으로 연결될 수 있다. 이러한 수위 상승은 홍수 시 제방의 월류 가능성을 높이는 등 하천의 치수 안전성에 문제를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 준설로 인한 하천의 수위 상승에 초점을 맞추었다. 기존 연구에서는 대부분 이러한 현상분석을 위해 수치해석을 이용하였으며, HEC-6, CCHE2D, GSTARS 등의 1, 2차원 수치해석 프로그램을 이용하였다. 그러나 1, 2 차원 수치모형은 수심에 따른 흐름특성을 충분히 반영하지 못하는 한계점을 가진다. 이에 본 연구에서는 3차원 수치해석 모형인 SCHISM을 이용하였다. SCHISM은 하구역의 흐름특성을 분석하기 위해 개발된 프로그램으로, 본 연구와 같이 단면의 급 확대부의 수치해석에 적합한 프로그램이라고 판단된다. 기존연구를 바탕으로 하상변동에 영향을 주는 인자를 산정하여 무차원화 하였으며, 하상 변동량 및 수위상승 영향의 민감도 분석을 수행하였다. 무차원인자는 준설깊이/상류수심(H/hu), 하류하폭/상류하폭($W_d/W_u$), 하류수심/상류수심($h_d/h_u$), 유량(Q)으로 결정하였다. 수치해석에 이용된 지형은 1: 2 경사의 제방을 가진 직선수로이며, 준설 구간을 기준으로 상 하류 각각 1,000 m의 길이를 확보하였다. SCHISM 수치모의를 통하여 민감도 분석을 수행한 결과 모든 수치해석 case에서 퇴적으로 인한 상류수위의 증가를 확인 할 수 있었다. 또한 하류수심/상류수심은 준설부 퇴적 및 상류 수위 상승에 가장 큰 영향을 주는 인자로 나타났다. 본 연구는 하천 준설 계획 시 참고자료로 활용이 가능할 것이며, 준설로 인한 하천수리특성 변화의 선행연구로써 의미가 있다고 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• v.3 no.1
• /
• pp.14-21
• /
• 2016

This study investigated the behavior of sediment bars in a compound channel with a drop structure. Flow was separated into side banks by alternate bars, and flow was concentrated into the downstream of bar fronts. The bed downstream of a drop structure degradated due to the concentrated flow from it. Bar shapes were kept by the influence of their shapes upstream. Alternate bars, central bars, and multiple bars were developed as the width to depth ratio increased, and the number of bars increased. The bar in the downstream of a drop structure decreased in length due to the concentration of flow and its disturbance.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.31-31
• /
• 2016

국내 해안선을 따라 발생되는 침식 및 퇴적현상으로 인하여 해안구조물의 안정성과 같은 안전 문제가 발생되고 있다. 이러한 자연현상을 대비하여 연안지역 특성에 맞는 침식 저감 대책 마련에 대한 연구가 되고 있다. 침식현상은 다양한 외력조건과 지리적 특성을 함께 고려해야 한다. 고립파로 인한 침식 발생 현상에 대한 국외 연구들이 다수 수행되어 왔으며, 국내에는 이와 관련된 연구가 상대적으로 부족하다. 고립파는 파고의 특성에 따라 파형이 결정되는 특징을 가지고 있어, 침식현상과 지진해일의 실험적 연구에 있어 입사파로 주로 활용되고 있다. 기존의 방법과 동일하게 sluice gate를 순간적으로 개방하여 고립파를 재현하는 방식으로 파랑을 재현하였다. 본 연구에서는 폭 0.80 m, 높이 0.75 m, 수로연장 12.00 m의 강화유리로 설계된 직사각형 단면 수로에서 실험을 수행하였다. 측면에 두 대의 카메라(Model No. : Sony, HDR-XR550)를 고정설치하여 경사면 하상변화를 촬영하였고, 영상분석을 통하여 하상변동을 측정하였다. 유사특성에 따른 하상변동을 연구하기 위하여 경사면에 포설된 유사로는 주문진 표준사($d_{50}=0.6268mm$, $c_u=1.68$)와 안트라사이트($d_{50}=1.547mm$, $c_u=1.387$)를 동일한 실험조건에서 함께 사용하였다. 경사면에서 고립파의 처오름, 처내림을 추적하여 그 경향을 분석하였다. 하상의 침식 및 퇴적구간 길이, 침식, 퇴적의 높이 및 깊이와 같은 형상분석을 통한 영향인자를 함께 무차원화 하여 실험결과를 제시하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 Sluice gate를 이용한 고립파 수리실험으로 경사면 하상의 침식 및 퇴적 현상에 관한 기초적인 실험자료로 활용될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• 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.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
• /
• v.9 no.1
• /
• pp.115-121
• /
• 2009

It is to use effectively for stream channel and watershed management as the prediction and the analysis of bed changes characteristics in the Seomjin river downstream. The necessary data (section, bed composition material, pivot point water elevation, coefficient of roughness) with regard to analysis of the bed changes characteristics were based upon the survey data and analysis results in the Seomjin river maintenance basic plan. The prediction of bed changes was also completed with HEC-6 model. The study results were summarized as follows: The main factor of bed changes in the Seomjin river downstream can be decided by extreme extraction of bed aggregate rather than the change of hydrological data. According to the analysis of bed stability based on the relation between friction velocity and representative grain size, and the relation between dimensionless tractive force and representative grain size, the Seomjin river downstream appears to be increased overall. The bed composition material in the stream channel of the Seomjin river of 2003 year shows higher composition rate of gravel and lower composition rate of sand as compared to those of 1989 year. According to result that the prediction of bed changes, it is estimated that the bed will be risen approximately 1.5 m to the place up to 9 km from the estuary, have been repetitively risen and fallen up to 1 m to the place between $9{\sim}21\;km$ section, and fallen about 0.5m to the place between $22{\sim}25\;km$ section. As a result, the bed of the Seomjin river downstream can be decided to be risen gradually. However, since the prediction of this study is based on the assumption that there will be no forced aggregate picking, the bed changes can be much greater than expected when there is a massive aggregate picking as it had happened before.