Journal of The Geomorphological Association of Korea
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v.25
no.2
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pp.15-29
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2018
The sediment transport process in a river reflects the process of geomorphological change in the watershed, influencesthe river bed variation and the river channel migration, and is a parametric phenomenon that exhibits a dynamic self-adjusting process. Sediment load is divided into bedload and suspended load depending on the dominant mechanism. Quantitative sediment load is important information for solving river problems. Because it is difficult and time consuming to measure bedload, compared to that ofsuspended load, data on the sediment transport load and the research required for the gravel-bed rivers are insufficient. This study is to analyze the ratio of the bedload to the total sediment load in gravel-bed rivers. The sediment load ratio in gravel-bed rivers increases with the flow rate per unit width, and the rate of the bedload varies more rapidly than the suspended load. The sediment transport efficiency coefficient has been affected by the ratio of the flow depth to the mean diameter of particles and has been dependent on the shear velocity Reynolds number. So $A^{\ast}$ and $B^{\ast}$ are introduced to compensate for the uncertainties such as bed materials, sediment transport, and flow velocity distribution, and the coefficient of bedload ratio has been presented. For the sediment load data in experimental channels and rivers, A* was 3.1. The dominant variables of $B^{\ast}$ were $u_*d_m/{\nu}$ in the gravel-bed and h/dm in the sand-bed. When $B^{\ast}$ the is the same, in the experimental channels the coefficient of bedload ratio was affected by the bed forms, but in the rivers it was of little difference between the gravel-bed and sand-bed.
Bars in a river bed show the flow of the river, the shape of a river bar can be easily measured in any river. The purpose of this study is to research the morphological characteristics of river bars. The case study area is the lower Golgi River, six bars were examined. All six bars are gravel bars with a grain size in excess of 2 millimeters. Four of the bars are longitudinal bars, in which the direction of the bar follows the river current. After analyzing the gravel in the bars, it was determined that as the gravel flows down the river, gravel grain size decreases while grain roundness increases. The shape of bar varies locally according to flow regime, channel slope, and w/d ratio.
Seo, Hyeong-Deok;Jeong, Sang-Man;Kim, Lee-Hyung;Choi, Kyu-Ho
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.1
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pp.103-108
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2008
Riverbed change is greatly influenced by artificial factors such as dam construction, gravel collection, and river improvement. This study simulated a long-term bed change based on the GSTARS3 model using actual data from the area downstream of the Geum River Daecheong Dam and compared the estimation with a section of the actual measurement. As a result, it was found that the section of the actual measurement was far lower than the result of the simulation in terms of long-term bed change. While the area downstream of Daecheong Dam displayed approximately an average of 2.29 m of streambed degradation on average while the upper stream area showed approximately 0.63 m of bed degradation over 24 years. In the simulation of the area downstream of Daecheong Dam based on the GSTARS3 model, similar bed degradation was observed. However, a great difference was detected between the result and the actual measurement. According to the cause analysis, the riverbed in the area downstream of Daecheong Dam has continuously degraded due to the dam construction and mass collection of gravel. The mass collection of gravel was the main cause of riverbed change. It was found that about 76% of all riverbed degradation was caused by the mass collection of gravel.
Choi, Jin-Woo;Hong, Chang-Su;Shin, Kyung-Yong;Lee, Jin Uk;Kim, Jeong-ae;Cho, Yong-Chul;Yu, Soon-Ju
Ecology and Resilient Infrastructure
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v.5
no.3
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pp.156-162
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2018
This research aimed at analyzing comparison results between in gravel and sand bed with respect to the detailed Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) measurement in a velocity, depth, and flow rate data based on Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) measurement result. Conclusionally, similar results were shown for gravel and sand bed in velocity, depth and flow rate data using ADV and ADCP measurement. The results of the flow rate show a relative error mean of 3.5 - 4.8% in the gravel bed and 0.02 - 3.2% in the sand bed, which is better performance than the mean error of 5% suggested by United States Geological Survey (USGS). The results can be used as a basis data for the measurement of ADCP and potentially able to be utilized for the more detailed uncertainty analysis of ADCP flow rate measurement.
Cho, Jaewoong;Nam, A-Reum;Woo, Tae Young;Park, Sang Deog
Journal of Korea Water Resources Association
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v.49
no.6
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pp.529-536
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2016
The existing methods to estimate the maximum scour depth in the bend of steep gravel bed channel have been evaluated by the hydraulic movable-bed experiments. In the $90^{\circ}$ bend steep-slope channel paved with the fluvial gravels which are uniform in size and have a mean diameter of 43mm, the maximum scour depths due to the flow discharge and the gradient of bed slope have been investigated and compared with the scour depth computed from the equations. The local scour has occurred in conditions that the bed slope is steeper than 0.02 and the $F_r$ is greater than 0.95. Except Lacey's equation and Zeller's equation, the existing methods computing the maximum scour depth overestimate the maximum scour depth in the steep channel with the very coarse gravel bed. However, Lacey's equation with the bed material size and Zeller's equation considering the approach channel gradient and the bend angle may be relatively used to estimate the scour depth in bend of the steep gravel-bed river.
Flow resistance in a natural stream is caused by complex factors, such as the grains on the bed, vegetation, and bed-form, reach profile. Flow resistance in a generally stable gravel bed stream is due to protrudent grains from bed. Therefore, the flow resistance can be calculated by equivalent roughness in gravel bed stream, but estimation of equivalent roughness is difficult because nonuniform size and irregular arrangement of distributed grain on natural stream bed. In previous study, equivalent roughness is empirically estimated using characteristic grain size. However, application of empirical equation have uncertainty in stream that stream bed characteristic differs. In this study, we developed a model using an analytical method considering grain diameter distribution characteristics of grains on the bed and also taking into account flow resistance acting on each grain. Also, the model consider the protrusion height of grain.
Kim, Ji-Sung;Kim, Yong-Jeon;Lee, Chan-Joo;Kim, Won
Journal of Korea Water Resources Association
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v.42
no.8
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pp.619-629
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2009
The objective of this study is to estimate bed-resistance in gravel-bed rivers using the equivalent roughness height($k_s$). We calculated the friction factor(f) with the measured data from 8 domestic gravel-bed rivers and investigated the size distributions of the bed materials. The averaged $k_s$ in each cross-section, which is determined under the hypothesis that the vertical velocity distribution follows the logarithmic law, is compared with the reach $k_s$ which is calculated with the cumulative grain diameter distribution curve of bed materials. Moreover, the applicability of existing formulae, such as Strickler type equations, is examined by comparing with Manning's n value converted from the $k_s$. According to the results, the reach $k_s$ proves to be a good indicator of representative characteristic of bed materials in a reach, and the Manning's n based on the reach $k_s$ is appropriate for practical estimation of the bed-resistance, for RMS errors between calculated and measured Manning's n is less than 0.003. The correlation between the $k_s$ and specified bed-material size($D_i$) is very low, so it is difficult to select a proper one among the existing empirical equations.
The purpose of this study is to analyse the characteristics of Manning's roughness coefficient according to change of discharge by using observed data obtained from a stable gravel-bed river and to investigate the applicability of the relevant existing empirical methods to it. Observed water level and discharge data are used as input data for the USGS computer program NCALC model for calculation of the roughness coefficient. Calculated values are compared with roughness values which are estimated with four widely used methods. The results show that though the empirical methods are able to give similar roughness values only for flood flow, they seem to have rather high uncertainty because of necessity of subjective judgement and differences of resultant values. Roughness coefficients for normal-low flow cannot be estimated from the existing empirical formulae. Especially, using the Manning equation for calculating them should be careful as this provides a wide range of estimated values in normal-low flow. The relations between the roughness coefficient and characteristic size of bed materials are different from them in flood flow even though they have a close relations.
This study presents a new method of estimating the size distribution of river bed gravel through image processing. The analysis was done in two steps; first the individual grain images were analyzed and then the grain particle segmentation of river-bed images were processed. In the first part of the analysis, the relationships (long axes, intermediate axes and projective areas) between grain features from images and those measured were compared. For this analysis, 240 gravel particles were collected at three river stations. All particles were measured with vernier calipers and weighed with scales. The measured data showed that river gravel had shape factors of 0.514~0.585. It was found that the weight of gravel had a stronger correlation with the projective areas than the long or intermediate axes. Using these results, we were able to establish an area-weight formula. In the second step, we calculated the projective areas of the river-bed gravels by detecting their edge lines using the ImageJ program. The projective areas of the gravels were converted to the grain-size distribution using the formula previously established. The proposed method was applied to 3 small- and medium- sized rivers in Korea. Comparisons of the analyzed size distributions with those measured showed that the proposed method could estimate the median diameter within a fair error range. However, the estimated distributions showed a slight deviation from the observed value, which is something that needs improvement in the future.
The distribution of gravel-bed materials in mountainous river is formed by the process of deposition and transportation of sediment responding to stream power of the latest flood that is over the certain scale. The particle size of bed material was surveyed in the longitudinal points of river and detail points of a specific meandering section and used to estimate the critical velocity and stream power. Yang's critical unit stream power and Bagnold's critical stream power for gravel-bed materials increased with the distance from downstream to upstream. Dimensionless shear stress based on the designed flood discharge in Shields diagram was evaluated that the gravel-bed materials in most survey points may be transported as form of bedload. The mean diameter in the meandering section was the biggest size in first water impingement point of inflow water from upstream and the second big size in second water impingement point by reflection flow. The mean diameters were relatively the small sizes in points right after water impingement. The range of mean critical velocity was 0.77~2.60 m/s and critical unit stream power was big greatly in first water impingement point. The distribution of critical stream power, range of 7~171 $W/m^2$, was shown that variation in longitudinal section was more obvious than that of cross section and estimated that critical stream power may be affected greatly in first and second water impingement point.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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