자연하천은 사행을 보이며 만곡부 외측에 웅덩이 그리고 만곡과 만곡을 연결하는 직선 유로에 여울이 형성된다. 웅덩이는 수심이 깊으며 유속이 느리고, 여울은 수심이 비교적 얕고 유속이 빠른 특징이 있다. 사행유로를 따라 자연적으로 발달하는 웅덩이-여울 연속구조에 근래들어 관심이 집중되는 이유는 이러한 하천형태학적 구조가 생물학적인 다양성을 증가시키기 때문이다. 본 연구에서는 금강의 지류인 갑천 상류구간을 대상으로 웅덩이-여울 연속구조에서 하상토의 입도특성을 조사하였다. 대상구간인 갑천 상류부는 자갈하천으로 사행에 의한 웅덩이 1개소와 여울 3개소를 포함하고 있으며, 구간 상류측에 보로 인해 상하류에 형성된 웅덩이 2개소가 위치한다. 아울러 조사대상 구간의 습지 및 샛강에서 채취한 하상토의 입도특성도 살펴보았는데, 여울에서의 중앙입경이 웅덩이에서보다 약 4배 큰 것으로 나타났다. 또한, 평수량 및 홍수량에 대하여 부등류 계산을 실시하여, 유사이동에 중요한 웅덩이와 여울에서 평균유속, 전단응력, 무차원 전단응력(Shields 수), 그리고 무차원 전단속도를 검토하였다.
자연하천은 사행을 보이며 만곡부 외측에 웅덩이 그리고 만곡과 만곡을 연결하는 직선 유로에 여울이 형성된다. 웅덩이는 수심이 깊으며 유속이 느리고, 여울은 수심이 비교적 얕고 유속이 빠른 특징이 있다. 사행유로를 따라 자연적으로 발달하는 웅덩이-여울 연속구조에 근래들어 관심이 집중되는 이유는 이러한 하천형태학적 구조가 생물학적인 다양성을 증가시키기 때문이다. 본 연구에서는 금강의 지류인 갑천 상류구간을 대상으로 웅덩이-여울 연속구조에서 하상토의 입도특성을 조사하였다. 대상구간인 갑천 상류부는 자갈하천으로 사행에 의한 웅덩이 1개소와 여울 3개소를 포함하고 있으며, 구간 상류측에 보로 인해 상하류에 형성된 웅덩이 2개소가 위치한다. 아울러 조사대상 구간의 습지 및 샛강에서 채취한 하상토의 입도특성도 살펴보았는데, 여울에서의 중앙입경이 웅덩이에서보다 약 4배 큰 것으로 나타났다. 또한, 평수량 및 홍수량에 대하여 부등류 계산을 실시하여, 유사이동에 중요한 웅덩이와 여울에서 평균유속, 전단응력, 무차원 전단응력(Shields 수), 그리고 무차원 전단속도를 검토하였다.
Natural streams meander, forming pools at the outer part of bend and riffles at the crossing. Pools are deep at a lower flow velocity, and riffles are shallow at a higher flow velocity. Attentions are being paid to pool-riffle sequences in meandering streams because pool-riffle sequences tend to inc...
Natural streams meander, forming pools at the outer part of bend and riffles at the crossing. Pools are deep at a lower flow velocity, and riffles are shallow at a higher flow velocity. Attentions are being paid to pool-riffle sequences in meandering streams because pool-riffle sequences tend to increase biodiversity of the stream ecosystem. This study investigates the characteristics of distribution of bed sediment particles in the upstream reach of the Gap Stream, which is a tributary of the Geum River in Korea. The upstream part of the Gap Stream, the study reach, is a gravel-bed stream, showing a pool and three riffles due to meandering. The reach also includes pools at the upstream and downstream parts of the weir. The characteristics of bed sediment particles sampled at the wetland and in the side channel are studied, revealing that the median particle diameter in the riffle is about four times larger than that in the pool. In addition, flow simulations are carried out for ordinary discharge and design flood, and such parameters important to sediment transport as velocity, shear stress, dimensionless shear stress (or Shields number), and dimensionless shear velocity are provided to see the mobility of sediment particles in the pool-riffle sequence.
Natural streams meander, forming pools at the outer part of bend and riffles at the crossing. Pools are deep at a lower flow velocity, and riffles are shallow at a higher flow velocity. Attentions are being paid to pool-riffle sequences in meandering streams because pool-riffle sequences tend to increase biodiversity of the stream ecosystem. This study investigates the characteristics of distribution of bed sediment particles in the upstream reach of the Gap Stream, which is a tributary of the Geum River in Korea. The upstream part of the Gap Stream, the study reach, is a gravel-bed stream, showing a pool and three riffles due to meandering. The reach also includes pools at the upstream and downstream parts of the weir. The characteristics of bed sediment particles sampled at the wetland and in the side channel are studied, revealing that the median particle diameter in the riffle is about four times larger than that in the pool. In addition, flow simulations are carried out for ordinary discharge and design flood, and such parameters important to sediment transport as velocity, shear stress, dimensionless shear stress (or Shields number), and dimensionless shear velocity are provided to see the mobility of sediment particles in the pool-riffle sequence.
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문제 정의
또한, 동일한 이유로 웅덩이-여울 연속구조는 훼손된 하천 복원 시 중요한 설계 요소로 평가받고 있다. 본 논문에서는 2008년 한국건설기술연구원 조사보고서를 근거로 하여 금강의 지류인 갑천에 대해 웅덩이-여울 연속구조에서 하상토의 입도와 이동 특성을 검토하였다.
본 연구의 목적은 금강의 지천인 갑천을 대상으로 웅덩이-여울 연속구조를 보이는 구간에서 하상토의 입도 특성을 조사하고 평수기 및 홍수기의 유사이동 특성을 분석하는 것이다. 대상구간의 하상토 자료는 하천 생물서식처 평가를 위한 갑천 특성 조사 보고서(한국건설기술연구원, 2008)를 기초로 하였으며, 하상토의 이동 특성 분석을 위해서 HEC-RAS (USACE, 2006)를 이용하여 부등류 계산을 실시하였다.
제안 방법
대상구간에서 하상토의 이동특성을 검토하기 위하여 HEC-RAS를 이용한 부등류 계산을 실시하였다. 유량이 작은 경우, 여울에서의 특성이 나타나지 않았으나 홍수량에 대해서는 여울에서의 유속이 웅덩이에 비해 17% 정도 크게 산정되는 것을 확인하였다.
본 연구의 목적은 금강의 지천인 갑천을 대상으로 웅덩이-여울 연속구조를 보이는 구간에서 하상토의 입도 특성을 조사하고 평수기 및 홍수기의 유사이동 특성을 분석하는 것이다. 대상구간의 하상토 자료는 하천 생물서식처 평가를 위한 갑천 특성 조사 보고서(한국건설기술연구원, 2008)를 기초로 하였으며, 하상토의 이동 특성 분석을 위해서 HEC-RAS (USACE, 2006)를 이용하여 부등류 계산을 실시하였다.
웅덩이-여울 연속구조에서 하상토 입자의 운동성을 검토하기 위해서 HEC-RAS (US Army Corps of Engineers, 2006)를 이용하여 부등류 계산을 실시하였다. 상류경계조건으로 평수량 Q=6.4 m3/s와 200년 빈도 홍수량 1,310 m3/s에 대해서 모의를 하였으며, 이에 대한 하류단 경계조건으로는 등류조건(수심 0.5 m)과 기본계획상의 수위 EL. 47.
대상 데이터
5 m)과 기본계획상의 수위 EL. 47.23 m (수심 5.66 m)를 부여하였다(건설교통부, 2002).
3에 제시된 자연형 3 km 구간에서 채취된 것이다. 연구대상 구간은 유등천 합류점으로 부터 7 km 상류에 위치하며, 평균 하폭은 약 180～200 m 그리고 하상경사는 0.00143이다.
연구대상 하천은 금강의 지류인 갑천으로(Fig. 2), 2008년 한국건설기술연구원(2008)이 갑천의 생물서식처 평가를 위하여 다양한 생태 및 하상토 조사를 시행한 바 있다. 갑천은 국가 및 지방하천으로 구성되며, 전체 유로연장 73.
전체 10개 지점에서 하상토 시료가 채취되어 입도분포가 조사되었다. 조사지점은 웅덩이 3개소(5, 9, 10번), 여울 3개소(2, 3, 8번), 폐쇄형 습지 2개소(1, 6번), 개방형습지(4번)와 샛강(7번) 각각 1개소이다. 이 중 9번과 10번의 웅덩이는 보로 인해 형성된 것으로 하천 사행과 무관하며, 각각 보의 하류와 상류에 위치한다.
1에 제시된 바와 같이 거리에 따라 입자의 분급현상(sediment sorting) 이 발생한다. 즉, 유속이 느린 웅덩이의 하상재료는 세립 토이며, 유속이 빠른 여울에서는 조립토로 하상재료가 구성된다. Keller (1971)는 이와같은 하상재료의 분급현상에 대한 발생기작으로 다음과 같은 과정을 제시하였다.
갑천은 충청남도 금산군, 논산시, 그리고 대전광역시를 북류하여금강으로 흘러들어 가는 하천이다. 한국건설기술연구원(2008)의 갑천에 대한 하천조사는 자연형 및 도시형 구간에 대해 각각 실시되었는데, 본 연구의 하상토 조사 자료는 Fig. 3에 제시된 자연형 3 km 구간에서 채취된 것이다. 연구대상 구간은 유등천 합류점으로 부터 7 km 상류에 위치하며, 평균 하폭은 약 180～200 m 그리고 하상경사는 0.
이론/모형
Table 3에 평수량 및 홍수량에 대해 무차원 전단속도를 제시하였다. 본 논문에서는 입자의 침강속도를 산정하기 위해 Dietrich (1982) 공식을 사용하였다. 계산결과에 의하면, 중앙입경을 기준으로, 평수량과 홍수량에 대해 웅덩이와 여울에서 하상토가 부상하지 않는 것으로 나타났다.
웅덩이-여울 연속구조에서 하상토 입자의 운동성을 검토하기 위해서 HEC-RAS (US Army Corps of Engineers, 2006)를 이용하여 부등류 계산을 실시하였다. 상류경계조건으로 평수량 Q=6.
성능/효과
본 논문에서는 입자의 침강속도를 산정하기 위해 Dietrich (1982) 공식을 사용하였다. 계산결과에 의하면, 중앙입경을 기준으로, 평수량과 홍수량에 대해 웅덩이와 여울에서 하상토가 부상하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 연구 대상 웅덩이-여울 연속구조에서 하상토의 이동은 주로 소류사 형태로 발생하며, 이는 대상구간이 비교적 상류에 위치하는 것을 감안하면 타당한 것으로 판단된다.
이는 여울에서의 바닥 전단응력을 약 21% 크게 증가시켰는데, 이는 실제 하천에서 관측된 기존의 경향과 일치하는 것이다. 그러나, 각 지점에서의 무차원 전단응력에 의하면 하상토의 운동성은 여울보다는 웅덩이에서 크며, 중앙입경을 기준으로 소류사 이동이 지배적일 것으로 예측되었다. 향후 2차원 및 3차원 모의를 통하여 웅덩이-여울 연속구조의 생태서식처로서의 기능과 관련하여 디테일한 수리 현상을 모의할 필요가 있을 것으로 판단된다.
갑천 연구대상 구간에서 하상토는 가는 모래에서 매우 굵은 자갈에 걸쳐 분포하며, 평균입경이 9 mm인 자갈하천으로 분류된다. 대상구간의 웅덩이와 여울에서 중앙입경은 각각 평균입경의 0.5배와 2배를 보여, 여울에서 하상토의 크기가 웅덩이에 비해 약 4배 크고 웅덩이에서 입자가 더 다양하게 분포하는 것으로 나타났다. 습지에서 하 상토의 중앙입경은 5.
계산결과에 의하면, 중앙입경을 기준으로, 평수량과 홍수량에 대해 웅덩이와 여울에서 하상토가 부상하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 연구 대상 웅덩이-여울 연속구조에서 하상토의 이동은 주로 소류사 형태로 발생하며, 이는 대상구간이 비교적 상류에 위치하는 것을 감안하면 타당한 것으로 판단된다.
06을 초과하면 레이놀즈수가 큰 흐름에서 입자가 이동하는 것으로 알려져 있다(Garcia, 2007). 따라서 중앙입경을 기준으로, 대상하천의 웅덩이와 여울의 연속구조에서 하상토의 소류사로서 운동은 모두 가능하며 웅덩이에서의 운동성이 더 높은 것으로 나타났다. 이를 통하여 홍수량 유과 후, 웅덩이 여울 연속구조가 더욱 발달할 것으로 예측된다.
이는 웅덩이와 여울에서 하상토가 조립토와 세립토로 구성되는 일반적인 경향과 일치하나, Hey and Thorne (1986)의 조사 결과보다는 차이가 큰 것으로 나타났다. 또한, 분급계수는 웅덩이에서 4.3 여울에서 3.4를 보여, 웅덩이에서 입자가 더 다양하게 분포하는 것으로 나타났다. 참고로, Hey and Thorne (1986)은 영국의 62개 자갈하천을 조사하여 안정하도에서 웅덩이 및 여울에서의 입경은 유로 전체의 평균 입경의 약 0.
0 mm를 기준으로 대상구간은 자갈하천으로 판단된다. 또한, 분급계수의 평균값은 3.0 표준편차는 4.97로서 입자가 비교적 넓은 범위에 걸쳐 입자가 분포하는 것으로 나타났다.
대상구간에서 하상토의 이동특성을 검토하기 위하여 HEC-RAS를 이용한 부등류 계산을 실시하였다. 유량이 작은 경우, 여울에서의 특성이 나타나지 않았으나 홍수량에 대해서는 여울에서의 유속이 웅덩이에 비해 17% 정도 크게 산정되는 것을 확인하였다. 이는 여울에서의 바닥 전단응력을 약 21% 크게 증가시켰는데, 이는 실제 하천에서 관측된 기존의 경향과 일치하는 것이다.
(2005)에 따르면, 웅덩이-여울 연속구조에 분류상, 기능상으로 뚜렷하게 구별되는 무척추 동물이 서식한다고 보고하고 있다. 특별히, 여울에 더 많은 무척추동물의 개체 수와 종들이 발견되고 있으며 여과섭식동물(filter feeders)의 비율도 높은 것으로 확인되었다.
후속연구
그러나, 각 지점에서의 무차원 전단응력에 의하면 하상토의 운동성은 여울보다는 웅덩이에서 크며, 중앙입경을 기준으로 소류사 이동이 지배적일 것으로 예측되었다. 향후 2차원 및 3차원 모의를 통하여 웅덩이-여울 연속구조의 생태서식처로서의 기능과 관련하여 디테일한 수리 현상을 모의할 필요가 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자연하천에 의해 무엇이 형성되는가?
자연하천은 사행을 보이며 만곡부 외측에 웅덩이 그리고 만곡과 만곡을 연결하는 직선 유로에 여울이 형성된다. 웅덩이는 수심이 깊으며 유속이 느리고, 여울은 수심이 비교적 얕고 유속이 빠른 특징이 있다.
여울의 특징은 무엇인가?
자연하천은 사행을 보이며 만곡부 외측에 웅덩이 그리고 만곡과 만곡을 연결하는 직선 유로에 여울이 형성된다. 웅덩이는 수심이 깊으며 유속이 느리고, 여울은 수심이 비교적 얕고 유속이 빠른 특징이 있다. 사행유로를 따라 자연적으로 발달하는 웅덩이-여울 연속구조에 근래들어 관심이 집중되는 이유는 이러한 하천형태학적 구조가 생물학적인 다양성을 증가시키기 때문이다.
자연하천에 의해 형성되는 웅덩이-여울 연속구조에 근래들어 관심이 집중되는 이유는 무엇인가?
웅덩이는 수심이 깊으며 유속이 느리고, 여울은 수심이 비교적 얕고 유속이 빠른 특징이 있다. 사행유로를 따라 자연적으로 발달하는 웅덩이-여울 연속구조에 근래들어 관심이 집중되는 이유는 이러한 하천형태학적 구조가 생물학적인 다양성을 증가시키기 때문이다. 본 연구에서는 금강의 지류인 갑천 상류구간을 대상으로 웅덩이-여울 연속구조에서 하상토의 입도특성을 조사하였다.
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