수치모형을 이용한 충적하천에서 사주의 변화 분석 연구 = Study on the development of sediment bars in the alluvial channels using 2 dimensional numerical model
저자
발행사항
충주 : 한국교통대학교 일반대학원, 2015
학위논문사항
학위논문(석사)-- 한국교통대학교 일반대학원 : 토목공학과 수공학 전공 2015. 2
발행연도
2015
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
충청북도
형태사항
vii, 78 p. ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 장창래
소장기관
제목 : 수치모형을 이용한 충적하천에서 사주의 변화과정 분석 연구
하천은 인간 생활에 가장 근접해 있는 자연환경 중에 하나이며, 다양한 이로움을 주지만, 태풍과 집중호우 등의 자연재해로 인한 홍수 피해를 준다. 우리는 아주 오래 전부터 하천변에서 살아 왔으며, 홍수로부터 생명과 재산을 지키기 위해 노력해 왔다. 하천은 끊임없이 흐르며, 움직이고 하상은 변화한다. 홍수에 의해 많은 양의 토사가 하류로 쓸려 내려가게 되며, 하상형태는 크게 변동한다. 또한 흐름과 유사의 상호작용에 의하여 사주가 발생하며, 하안침식과 하도의 변화를 일으키고, 취수구가 막히는 등 치수적인 문제가 발생한다.
본 연구에서는 실제하천의 하상변동을 예측하기 위하여 개발된 2차원 수치모형인 Nays2D모형의 적용성 검토를 한 후 실제 하천에 적용 하였다. 적용성 검토를 위해 2013년 수행한 Akahori 등의 교호사주의 발달과정 실내실험 결과와 수치모의 결과를 비교하였으며, 본 수치모의는 교호사주의 발달과정을 잘 모의하였고, 실험결과와 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.
본 수치모형을 이용하여 교호사주와 복렬사주가 나타나는 조건에 대하여 수치실험을 수행하였다. 교호사주와 복렬사주가 발달할 수 있는 수리학적 조건은 1984년에 Kuroki and Kish가 개발한 영역구분을 토대로 무차원 소류력()과 의 관계를 통하여 산정 하였다. 본 수치모형은 교호사주와 복렬사주의 발달과정과 그 특징을 잘 모의하였다.
교호사주의 경우에는 단단면 하도로 모의 하였으며, 시간과 하폭 변화에 따른 사주의 파장, 파고, 평균파장의 크기 변화, 사주의 이동속도에 대한 분석을 하였다. 시간과 하폭 변화에 따라 파장, 파고, 평균파장의 크기는 점차적으로 증가하였고, 사주의 이동 속도는 감소하는 것을 볼 수 있었다.
복렬사주의 경우에는 복단면 하도로 모의 하였으며, 초기 중앙 사주의 발생으로 인한 흐름의 분리 및 집중으로 세굴공(scour hole)과 하안침식이 발생하였다. 하안침식으로 인해 하폭이 증가하고 하폭 대 수심의 비가 커지면서 복렬사주가 발생 하였다.
실제 하천에서 유량의 변화에 따라 사주의 변화과정을 파악 하였다. 수치모형의 적용성을 검토하기 위하여, 10년 빈도 유량 대한 수위값을 1차원 수치모형인 HEC-RAS모형을 적용하여 얻은 수위 결과와 비교하였으며, 두 모형의 계산 오차가 0.56% 이내로 잘 일치하였다. 수치모의를 할 때, 계산격자의 변화에 따른 하도의 변화 과정을 파악하였으며, 계산 격자가 수치모의 결과에 영향을 미치는 것을 파악하였다. 또한 요도천을 대상으로 유량의 변화에 따라 사주의 형성과 변화 과정을 파악하였다. 본 수치모형은 요도천에서 형성된 사주의 발생과 거동을 잘 모의하였다.
본 연구를 통하여 도출한 성과는 하천 복원 및 관리를 하는데 중요한 자료를 제공하며, 이 분야에 중요하게 기여할 것으로 기대한다.
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