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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 장창래
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2016
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중소하천에는 이·치수 등의 목적으로 낙차공 등과 같은 하천 횡단 구조물이 건설되어 있다. 이러한 하천 횡단구조물 중에서 낙차공(drop structures)은 급경사 하천에서 하상을 안정시키기 위하여 하상을 수평으로 굴착하고 그 단면에 수직으로 세운 구조물로서, 하상유지공의 한 종류이다. 이러한 하천 횡단구조물은 하천에서 흐름의 방향을 변화시키며, 하도의 지형변화에 많은 영향을 미치고 있지만 이에 대한 연구가 부족한 실정이다.
본 연구에서는 하천의 흐름 및 변화를 예측하기 위하여 개발된 2차원 수치모형인 Nays2D모형의 적용성을 검토한 후, 실제 하천에 적용하였다. 수치모형의 적용성 검토를 위해 2009년에 Ikeda and McEwan이 실시한 실험자료와 수치모의 결과를 비교하였다. 본 실험은 교호사주가 발생할 수 있는 수리학적 조건에서 하도를 수직으로 가로지르는 낙차공이 설치된 복단면 하도에서 수행되었으며, 실험조건은 교호사주가 발생한 조건에 의해 수행되었다. 수치모의 역시 실험과 같은 수리학적 조건에서 수행되었으며, 수치모의 결과가 교호사주의 발달과정을 잘 모의하였으며, 실험결과와 일치하였다.
하폭의 변화에 따른 사주의 변화를 분석하기 위하여 Kuroki and Kishi가 제안한 사주발생 영역구분에서 교호사주(alternate bar)가 발생할 조건, 복렬사주(multiple low bars)가 발생할 조건과 교호사주와 복렬사주의 사이에 중앙사주가 발생할수 있는 3가지 수리학적 조건을 설정하였다. 본 연구에서 수치모의 결과를 통해 낙차공 상·하류에서 시간에 따른 사주의 파장변화, 파고변화 및 이동속도의 변화를 분석하였다. 그 결과, 교호사주가 발생할 조건에서 사주의 파장은 낙차공 상류에서 보나 하류에서 짧게 나타났다. 사주의 파고는 낙차공 하류에서 낮게 나타났으며, 사주의 이동속도는 느리게 하류에서 나타났다. 또한, 복렬사주가 발생할 조건에서 mode수는 낙차공 상류에서 보다 하류에서 적게 나타난 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 낙차공에 의하여 흐름이 강하게 교란되면서 하류에 사주가 형성되는데 영항을 주기 때문으로 판단된다.
낙차공이 설치된 원주천을 대상으로 유량의 변화에 따라 흐름특성 및 하도의 변화과정을 파악하였다. 2차원 수치모형(Nays2D)의 적용성을 검토하기 위하여, 지배유량에 대한 수위값을 1차원 수치모형인 HEC-RAS모형을 적용하여 산정한 수위 값과 비교하였으며, 두 모형의 계산 오차가 0.36%로 잘 일치하였다.
실제 하천에 지배유량을 적용하였을 때 낙차공 주변에서의 평면변화를 분석하였다. 하도지형의 영향을 받아 유속은 집중되고, 하천의 평면변화가 발생하였다. 그리고 구조물 상류에서 유사가 퇴적되어 하상고는 상승하고, 하류에서는 하상고가 저하되었다.
본 연구에서는 하천의 흐름 및 변화를 예측하기 위하여 개발된 2차원 수치모형인 Nays2D모형의 적용성을 검토한 후, 실제 하천에 적용하였다. 수치모형의 적용성 검토를 위해 2009년에 Ikeda and McEwan이 실시한 실험자료와 수치모의 결과를 비교하였다. 본 실험은 교호사주가 발생할 수 있는 수리학적 조건에서 하도를 수직으로 가로지르는 낙차공이 설치된 복단면 하도에서 수행되었으며, 실험조건은 교호사주가 발생한 조건에 의해 수행되었다. 수치모의 역시 실험과 같은 수리학적 조건에서 수행되었으며, 수치모의 결과가 교호사주의 발달과정을 잘 모의하였으며, 실험결과와 일치하였다.
하폭의 변화에 따른 사주의 변화를 분석하기 위하여 Kuroki and Kishi가 제안한 사주발생 영역구분에서 교호사주(alternate bar)가 발생할 조건, 복렬사주(multiple low bars)가 발생할 조건과 교호사주와 복렬사주의 사이에 중앙사주가 발생할수 있는 3가지 수리학적 조건을 설정하였다. 본 연구에서 수치모의 결과를 통해 낙차공 상·하류에서 시간에 따른 사주의 파장변화, 파고변화 및 이동속도의 변화를 분석하였다. 그 결과, 교호사주가 발생할 조건에서 사주의 파장은 낙차공 상류에서 보나 하류에서 짧게 나타났다. 사주의 파고는 낙차공 하류에서 낮게 나타났으며, 사주의 이동속도는 느리게 하류에서 나타났다. 또한, 복렬사주가 발생할 조건에서 mode수는 낙차공 상류에서 보다 하류에서 적게 나타난 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 낙차공에 의하여 흐름이 강하게 교란되면서 하류에 사주가 형성되는데 영항을 주기 때문으로 판단된다.
낙차공이 설치된 원주천을 대상으로 유량의 변화에 따라 흐름특성 및 하도의 변화과정을 파악하였다. 2차원 수치모형(Nays2D)의 적용성을 검토하기 위하여, 지배유량에 대한 수위값을 1차원 수치모형인 HEC-RAS모형을 적용하여 산정한 수위 값과 비교하였으며, 두 모형의 계산 오차가 0.36%로 잘 일치하였다.
실제 하천에 지배유량을 적용하였을 때 낙차공 주변에서의 평면변화를 분석하였다. 하도지형의 영향을 받아 유속은 집중되고, 하천의 평면변화가 발생하였다. 그리고 구조물 상류에서 유사가 퇴적되어 하상고는 상승하고, 하류에서는 하상고가 저하되었다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구의 배경 및 목적 11.1.1 연구의 배경 11.1.2 연구의 목적 21.2 연구 동향 21.2.1 국외 연구동향 21.2.2 국내 연구동향 31.3 연구의 내용 및 범위 5Ⅱ. 수치모형의 기본이론 72.1 수치모형의 개요 및 구성 72.1.1 수치모형의 개요 72.1.2 수치모형의 구성 92.2 수치모형의 적용성 검토 202.2.1 복단면하도에서 교호사주의 변화 202.3 낙차공에 의한 하도의 변화 222.3.1 낙차공의 기본적 이해 222.3.2 실험 및 수치모의 조건 242.3.3 수치모의 결과 비교 25Ⅲ. 낙차공에 의한 사주의 거동 분석 283.1 하폭변화에 의한 사주의 변화 검토 283.1.1 사주의 정의 283.1.2 사주의 거동 분석 313.2 낙차공이 설치된 하도에 대한 수치모의 40Ⅳ. 수치모형의 적용 494.1 대상 유역의 현황 494.2 대상 구간의 특성 504.2.1 수치모의를 위한 지형자료구축 504.2.2 흐름 모의를 통한 적용성 검토 574.3 낙차공 주변의 평면변화 분석 614.3.1 모의조건 614.3.2 모의결과 61Ⅴ. 결론 75참 고 문 헌(References) 77Abstract 83
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