본 연구는 하천준설 및 골재채취로 인하여 2개의 웅덩이가 직렬로 발생하였을 때, 이동상 실내실험을 수행하여 웅덩이의 적응과정과 응답특성을 분석하였다. 웅덩이의 되메우기 과정은 웅덩이 상류에서 발달한 사주의 영향을 받지만, 웅덩이 하류에서는 웅덩이에서 유사가 포착되어 사주가 발달되지 않았으며, 하상이 지속적으로 저하되었다. 웅덩이의 되메우기가 진행될 때, 웅덩이의 이동속도는 거의 일정하며, 웅덩이의 수중 안식각은 일정하게 유지되었다. 그러나 웅덩이의 되메우기가 거의 완료되면서, 웅덩이의 이동속도는 증가하고, 웅덩이에서 수중 안식각은 작아졌다. 웅덩이와 웅덩이의 이격거리가 증가하면, 2차 웅덩이 하류에서 미부침식이 크게 발생하였다. 또한 웅덩이의 이격거리가 증가할수록 웅덩이의 이동속도는 감소하였다. 이것은 웅덩이가 되메워지는 데 시간이 증가하고, 웅덩이 하류하천에 미치는 영향이 크다는 것을 의미한다. 시간이 증가함에 따라, 무차원 웅덩이의 깊이는 지속적으로 감소하지만, 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이 깊이는 증가하였다. 그러나 무차원 웅덩이의 길이는 시간이 증가함에 따라서 전체적으로 감소하지만, 웅덩이와 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이의 길이가 증가하는 경향을 보여주었다.
본 연구는 하천준설 및 골재채취로 인하여 2개의 웅덩이가 직렬로 발생하였을 때, 이동상 실내실험을 수행하여 웅덩이의 적응과정과 응답특성을 분석하였다. 웅덩이의 되메우기 과정은 웅덩이 상류에서 발달한 사주의 영향을 받지만, 웅덩이 하류에서는 웅덩이에서 유사가 포착되어 사주가 발달되지 않았으며, 하상이 지속적으로 저하되었다. 웅덩이의 되메우기가 진행될 때, 웅덩이의 이동속도는 거의 일정하며, 웅덩이의 수중 안식각은 일정하게 유지되었다. 그러나 웅덩이의 되메우기가 거의 완료되면서, 웅덩이의 이동속도는 증가하고, 웅덩이에서 수중 안식각은 작아졌다. 웅덩이와 웅덩이의 이격거리가 증가하면, 2차 웅덩이 하류에서 미부침식이 크게 발생하였다. 또한 웅덩이의 이격거리가 증가할수록 웅덩이의 이동속도는 감소하였다. 이것은 웅덩이가 되메워지는 데 시간이 증가하고, 웅덩이 하류하천에 미치는 영향이 크다는 것을 의미한다. 시간이 증가함에 따라, 무차원 웅덩이의 깊이는 지속적으로 감소하지만, 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이 깊이는 증가하였다. 그러나 무차원 웅덩이의 길이는 시간이 증가함에 따라서 전체적으로 감소하지만, 웅덩이와 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이의 길이가 증가하는 경향을 보여주었다.
The adjustment processes and responses of a series of mining pits by sand or gravel mining were investigated by laboratory experiments. The filling processes of the two pits were affected by the bars developed in the upstream of the channel. However, the bars were not developed and the bed was degra...
The adjustment processes and responses of a series of mining pits by sand or gravel mining were investigated by laboratory experiments. The filling processes of the two pits were affected by the bars developed in the upstream of the channel. However, the bars were not developed and the bed was degradated in the downstream of the pits due to little sediment flow, which was trapped in the pits. The submerged angle of repose in the pits was nearly constant when the pits were being filled. After the filling processes of the pits were finished, the pit was speedily filled with sediment, and the bed was aggradated and migrated with speed. However, the angle of repose decreased. As the distance between the upstream pit and the downstream pit increased, the bed of the pit downstream was tailcutted and degradated. The migration speed of the pit decreased. However, the dimensionless pit depth increased as the distance between the pits increased. The dimensionless pit depth increased with time.
The adjustment processes and responses of a series of mining pits by sand or gravel mining were investigated by laboratory experiments. The filling processes of the two pits were affected by the bars developed in the upstream of the channel. However, the bars were not developed and the bed was degradated in the downstream of the pits due to little sediment flow, which was trapped in the pits. The submerged angle of repose in the pits was nearly constant when the pits were being filled. After the filling processes of the pits were finished, the pit was speedily filled with sediment, and the bed was aggradated and migrated with speed. However, the angle of repose decreased. As the distance between the upstream pit and the downstream pit increased, the bed of the pit downstream was tailcutted and degradated. The migration speed of the pit decreased. However, the dimensionless pit depth increased as the distance between the pits increased. The dimensionless pit depth increased with time.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
골재채취로 인한 웅덩이의 이격거리에 따른 변화 및 적응과정을 파악하기 위하여 수리학적 특성을 파악하였다. 골재채취로 인한 교란하천의 적응과정은 크게 두 단계로 나눌 수 있으며, 첫째 단계는 상류에서 유사의 이동에 의하여 웅덩이 (pit)가 되메워지는 단계이고, 둘째 단계는 웅덩이가 되메워지고 나서 하류로 이동하는 단계이다(Lee et al.
그러나 기존에 수행된 연구는 웅덩이의 배열을 고려하지 않고 단일 웅덩이에서 하상변동에 대하여 연구가 수행되어 왔으며, 웅덩이의 배열을 고려한 실제하천에서 하천의 반응과 적응 과정을 정량적으로 파악하는 데 많은 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 웅덩이의 규모가 일정할 때, 웅덩이의 직렬 배치에 따른 하도의 적응과정과 응답 특성을 이동상 실내실험을 수행하여 분석하였다.
제안 방법
웅덩이의 되메우기 과정을 정량적으로 파악하기 위해서, 가장 중요한 변수는 웅덩이(pit)의 길이, 웅덩이의 최대 깊이, 웅덩이의 이동 속도 등이다 (Jang and Jung, 2010). 골재채취로 인한 교란하천의 적응과정을 파악하기 위하여 무차원 웅덩이 길이와 무차원 웅덩이 깊이의 시간에 대한 변화를 분석하였다. 무차원 웅덩이 길이와 깊이의 변화는 다음과 같이 정의된다 (Jang and Jung, 2010).
본 연구는 하천준설 및 골재채취로 인하여 2개의 웅덩이가 직렬로 발생하였을 때, 이동상 실내실험을 수행하여 웅덩이의 적응과정과 응답특성을 분석하였다. 웅덩이의
수로의 측벽은 좌안이 아크릴판으로서 실험 중에 수로 내부를 볼 수 있으며, 우안은 철재로 구성되어 있다. 실험 중에 각 지점의 수위 및 하상고 계측은 1/100mm까지 측정 가능한 전자식 point gauge를 이용하였다.
실험이 지속되는 동안 굴착된 웅덩이의 상류에서는 복렬사주가 발생하였으나, 굴착된 웅덩이의 하류에서는 평탄한 상태를 유지하였다. 실험이 진행되는 동안, 유로의 변동을 정확하게 기록하기 위하여, 하상고를 측정하기 직전과 직후에 사진촬영을 하였다. 실험을 위한 수리학적 조건은 Table 1에 자세히 나타나 있다.
실험을 위한 수리학적 조건은 Table 1에 자세히 나타나 있다. 여기서, 웅덩이의 규모가 같을 때, 웅덩이의 이격거리의 변화에 따른 적응과정을 파악하기 위하여 실내실험을 수행하였다. 하상경사는 1/300, 유량은 0.
자체적으로 제작한 모래포설기를 이용하여 실험 수로의 바닥에 20 cm 두께의 유사를 균등하게 포설하였다. 그 후에 실험 수로의 하상은 상류로부터 5m 지점에서 실험조건에 맞추어 깊이 10 cm 정도로 굴착하여 웅덩이를 만들었다(Fig.
하상고는 지정된 시간동안에 상류에서 공급되는 유량을 정지시키고, 수로에서 완전히 배수시킨 후에, 전자식 point gauge를 이용하여 측정하였다. 하상고는 상류의 2m 지점에서 하류 10 m 지점까지, 수로의 횡방향으로 5 cm, 종방향으로 20 cm 간격으로 측정하였다. 실험은 굴착된 웅덩이 (pit)가 완전히 메워질 때까지 지속되었다.
실험이 진행되는 동안, 수로의 유입구에서 국부적인 세굴을 방지하고 하상이 동적 평형을 유지하도록 상류단에서 유사를 일정하게 공급하였다. 하상고는 지정된 시간동안에 상류에서 공급되는 유량을 정지시키고, 수로에서 완전히 배수시킨 후에, 전자식 point gauge를 이용하여 측정하였다. 하상고는 상류의 2m 지점에서 하류 10 m 지점까지, 수로의 횡방향으로 5 cm, 종방향으로 20 cm 간격으로 측정하였다.
대상 데이터
이동상 실내실험을 위하여 하상재료를 선정할 때에 실험 중에 유사가 표면장력으로 인하여 흐름과 달리 독립적으로 이동하거나 위로 떠오르지 않아야하며, 부유사가 발생하지 않고, 하상에서 사련 (ripple)이 발생되지 않아야 한다 (Jang and Jung, 2010). 따라서 본 실험을 위해 사용된 모래는 이러한 조건을 충분히 만족하도록 D50=1.2 mm, Dm=1.29 mm, D35=1.05 mm, 표준편차는 1.37이고, 비중은 2.55~2.65인 주문진 여과사를 사용하였다.
실제 하천의 규모를 파악하기 위하여, 최근에 하천준설 및 골재채취가 빈번하게 수행된 낙동강의 제1지류인 감천을 대상으로 규모를 파악하였다. 하천의 하상 및 지형변동에 가장 크게 영향을 미치는 지배유량인 (Qw)p는 1,069㎥ s-1이며, 실험에 사용된 유량인 (Qw)m는 0.
이동상 실내실험을 수행하기 위하여 수로는 하상경사를 조절할 수 있는 가변형 경사수로를 사용하였다. 실험수로의 크기는 길이 12 m, 폭 0.9 m, 높이 0.6m이며, 지하 저수조에서 펌프를 이용하여 상류단 leveling 탱크로물을 공급하는 순환형 물순환 시스템을 갖추고 있다 (Fig. 2). 수로의 하류단에 sluice gate가 설치되어 있으며, 하류단 수위를 조절할 수 있다.
성능/효과
시간이 증가함에 따라, 무차원 웅덩이의 깊이는 지속적으로 감소하지만, 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이 깊이는 증가하였다. 그러나 무차원 웅덩이의 길이는 시간이 증가함에 따라서 전체적으로 감소하지만, 웅덩이와 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이의 길이가 증가하는 경향을 보여주었다.
웅덩이와 웅덩이의 이격거리가 증가하면, 2차 웅덩이 하류에서 미부침식이 크게 발생하였다. 또한 웅덩이의 이격거리가 증가할수록 웅덩이의 이동속도는 감소하였다. 이것은 웅덩이가 되메워지는 데 시간이 증가하고, 웅덩이 하류하천에 미치는 영향이 크다는 것을 의미한다.
이것은 웅덩이가 되메워지는 데 시간이 증가하고, 웅덩이 하류하천에 미치는 영향이 크다는 것을 의미한다. 시간이 증가함에 따라, 무차원 웅덩이의 깊이는 지속적으로 감소하지만, 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이 깊이는 증가하였다. 그러나 무차원 웅덩이의 길이는 시간이 증가함에 따라서 전체적으로 감소하지만, 웅덩이와 웅덩이의 이격 거리가 증가할수록, 무차원 웅덩이의 길이가 증가하는 경향을 보여주었다.
다. 웅덩이의 되메우기가 진행될 때, 웅덩이의 이동속도는 거의 일정하며, 웅덩이의 수중 안식각은 일정하게 유지되었다. 그러나 웅덩이의 되메우기가 거의 완료되면서, 웅덩이의 이동속도는 증가하고, 웅덩이에서 수중 안식각은 작아졌다.
시간이 증가함에 따라, 상류에서부터 순차적으로 웅덩이가 되메워지고 있다. 통수 후 60분에 1차 웅덩이의 되메우기가 거의 완료되었으며, 2차웅덩이의 되메우기가 시작될 때, 1차 웅덩이보다 2차 웅덩이의 하상경사가 급한 것을 보여주고 있다. 이것은 웅덩이가 되메워지면서 규모가 작아져서 웅덩이의 수중 안식각이 작아졌기 때문이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하도준설에 의한 웅덩이 상류 끝단에 발생하는 것은?
하천준설의 결과로서, 웅덩이(pit)가 생기게 되며, 하천의 흐름 및 유사의 이송에 영향을 주게 된다. 하도준설에 의한 웅덩이 상류 끝단에서 두부침식 (headcut)이 발생하며, 하류에서는 웅덩이의 유사 포착에 의하여, 하상이 저하된다. 그리고 하상토의 조립화 및 하천의 측방 불안정성을 야기하면서, 홍수범람, 수리구조물의 불안정성 및 하천수의 취수 곤란 등 많은 문제를 야기하고 있다.
최근 하천준설 및 골재채취로 인한 인위적인 충격이 가해진 하천의 특성에 대한 연구 결과가 가지는 한계점은?
웅덩이의 규모가 같은 경우에도, 웅덩이의 배열에 따라 유사의 포착율이 다르고, 하류에 이송하는 유사량이 변화되므로, 하류 하천에 미치는 물리적인 영향이 다르게 된다. 그러나 기존에 수행된 연구는 웅덩이의 배열을 고려하지 않고 단일 웅덩이에서 하상변동에 대하여 연구가 수행되어 왔으며, 웅덩이의 배열을 고려한 실제하천에서 하천의 반응과 적응 과정을 정량적으로 파악하는 데 많은 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 웅덩이의 규모가 일정할 때, 웅덩이의 직렬 배치에 따른 하도의 적응과정과 응답 특성을 이동상 실내실험을 수행하여 분석하였다.
하천준설은 어떠한 결과를 낳는가?
하천준설 및 골재채취에 의한 하천의 인위적인 충격은 다양한 형태로 물리적, 생태적 및 환경적인 영향을 준다. 하천준설의 결과로서, 웅덩이(pit)가 생기게 되며, 하천의 흐름 및 유사의 이송에 영향을 주게 된다. 하도준설에 의한 웅덩이 상류 끝단에서 두부침식 (headcut)이 발생하며, 하류에서는 웅덩이의 유사 포착에 의하여, 하상이 저하된다.
참고문헌 (11)
Cantelli, A., C. Paola and G. Parker. 2004. Experimental on upstream-migrating erosional narrowing and widening of and incisional channel caused by dam removal. Water Resources Research 40: W03304, doi:10.1029/2003WR002940.
Gill, M.A. 1994. Hydrodynamics of mining pits in erodible bed under steady flow. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 120: 1337-1348.
Gob, F., G. Houbrechts, J.M. Hives and F. Petit. 2005. River dredging, channel dynamics and bed load transport in an incised meandering river (The river semois, Belgium). River Res. Applic 21: 791-804.
Jang, C.-L. 2010. Numerical modeling of the adjustment processes of mining pit in the dredged channels. Journal of Korea Water Resources Association 43: 921-932 (in Korean).
Jang, C.-L. and K. Jung. 2010. Experimental study on the adjustment processes of mining pit in the dredged channels. Journal of Korea Water Resources Association 43: 657-666 (in Korean).
Kondolf, G.M. 1994. Geomorphic and environmental effects of instream gravel minig. Landscape and Urbank Planning 28: 225-243.
Lee, H.Y. and S.T. Hwang. 1994. Migration of backwardfacing step. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 120: 693-705.
Lee, H.Y., D.T. Fu and M.H. Song. 1993. Migration of rectangular mining pit composed of uniform sediments. Journal of Hydraulics Engineering, ASCE 119: 64-80.
Rinaldi, M., B. Wyqga and N. Surion. 2005. Sediment mining in alluvial channel: physical effects and management perspectives. River Res. Applic 21: 805-828.
van Rijn, L.C. 1996. Sedimentation of dredged channels and trenches, p. 611-650. In: Handbook of coastal and ocean engineering (Herbich, J.B., ed.).
Wu, W. and S.SY. Wang. 2008. Simulation of morphological evolution near sediment mining pits using a 1-D mixedregime flow and sediment transport model. World Environmental and Water Resources Congress 2008: 1-10.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.