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GSTARS모형을 이용한 형산강의 최적 유사량공식 결정
Determination of the Optimal Sediment Discharge Formula for Hyeongsan River Using GSTARS 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, B. 수공학, 해안 및 항만공학, 환경 및 생태공학, v.32 no.1B, 2012년, pp.1 - 7  

안정민 (한국수자원공사 물관리센터) ,  류시완 (창원대학교 공과대학 토목공학과) ,  이남주 (경성대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 준 2차원 수치모형인 GSTARS를 이용하여 형산강의 하상변동모의에 적합한 최적 유사량공식을 산정하고자 하였다. 모형의 검보정을 위한 유사량, 하상재료 및 하천지형자료를 현장조사를 통해 취득하였다. 현재까지 널리 적용되는 유사량 공식들에 대하여 장기하상변동 모의결과의 실측치에 대한 평균오차, 상대오차, 평균제곱오차, 상대제곱근오차, 불일치율, 그리고 Nash-Sutcliffe 효율계수를 비교한 결과, Laursen(1958)공식이 형산강의 장기하상 변동을 모의하기 위한 가장 적합한 유사량공식으로 판단되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Quasi-two dimensional numerical model (GSTARS) was applied to determine the optimal sediment discharge formula for simulating the sedimentologic characteristics of Hyeongsan river. The field measurements have been conducted to obtain the data, such as sediment discharge, bed material, and channel ge...

주제어

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문제 정의

  • 특히 유량, 유사량, 하상변동에 대한 실측자료가 부족하여 기존 유사량 산정공식의 적합성 검증에 대한 연구 수행에 어려움이 있어왔다. 따라서 본 연구에서는 형산강 유역의 유량과 유사량에 대한 실측자료를 바탕으로 기존 유사량 산정공식의 적용성을 검토하고, 이를 바탕으로 형산강에 대한 최적 유사량산정 공식을 제안하고자 한다. 이를 통해 하천의 설계 및 관리를 위한 정확한 하상변동량을 추정하고 개별 하천의 특성을 고려한 최적 유사량공식 산정의 필요성과 그 효과에 대한 정량적 근거를 제시하고자 한다.
  • 적절한 유사량 공식과 입력 자료가 정확하게 적용된다면 모형의 종류에 관계없이 신뢰성이 높은 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 형산강 수계에 적절한 유사량 공식을 선정하기 위한 연구를 수행하였다. 연구를 위해 2006년~2007년 2년에 걸쳐 현장에서 하천유량 및 유사량에 대한 현장실측, 하상재료분석 및 하천측량을 수행하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 형산강 유역의 유량과 유사량에 대한 실측자료를 바탕으로 기존 유사량 산정공식의 적용성을 검토하고, 이를 바탕으로 형산강에 대한 최적 유사량산정 공식을 제안하고자 한다. 이를 통해 하천의 설계 및 관리를 위한 정확한 하상변동량을 추정하고 개별 하천의 특성을 고려한 최적 유사량공식 산정의 필요성과 그 효과에 대한 정량적 근거를 제시하고자 한다.

가설 설정

  • 축차계산법을 사용하여 배수곡선을 계산하기 위해서는 유입되는 유량이 정상상태여야 한다. 그러나 실제 하천의 흐름은 시간에 따라 변화하는 특성을 지니고 있으므로 GSTARS는 유입 유량 곡선을 이산화하여 계산시간 간격(∆t)안에서는 흐름이 정상상태라고 가정하여 해석한다. GSTARS는 만일 흐름상태가 정상류에서 비정상류로 혹은 그 반대로 바뀌는 경우에는 에너지방정식 대신 운동량 방정식을 해석한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
불일치율이 0의 범위에 든다는 것은 무엇을 의미하는가? 불일치율이 0보다 크면하상변동을 과대산정한 것이며 0보다 작으면 과소 산정한 것이다. 불일치율이 0의 범위에 든다는 것은 RD의 값이-0.1~0.1 범위라는 것을 의미한다. 계산된 RD를 proportion 으로 정의하는 예는 표 3에 도시하였으며 하상변동 결과의 신뢰도는 proportion의 개수로 판단할 수 있으며 -0.
상대평균제곱근오차와 Nash-sutcliffe효율계수의 특징은 각각 무엇인가? 보통, 식 (2)의 평균오차, 식 (3)의 상대오차, 식 (4)의 평균절대오차, 식 (5)의 평균제곱근오차로 한정하여 정확성을 검토할 경우 단편적이며 잘못된 통계적 추론을 가져올 수 있기 때문에 추가적으로 식 (6)~(8)에 제시한 평가방법을 이용하였다. 상대평균제곱근오차는 단위와 무관한 값이며 0일 때 오차가 작은 것을 의미하고 Nash-sutcliffe효율계수는 1에 근접할수록 정확성이 높은 것을 의미한다. 불일치율은 Cheong and Seo(2003)에 의해서 식 (8)의 RD와 같이 정의되었으며 불일치율이 0의 범위에 포함될수록 예측결과는 관측하상고와 거의 근사한 값으로 볼 수 있다.
하천의 대규모 하상변동은 어떤 원인으로 이루어지는가? 하천은 장기간의 침식과 퇴적과정을 통하여 평면형, 횡단과 종단형태, 그리고 하상재료의 구성 등에 있어서 지속적인 변화를 겪으면서 안정상태에 이르게 된다. 이러한 변화들은 산사태나 홍수 등 자연적인 요인 뿐 아니라 댐이나 교량, 골재채취 등 인위적인 변화에 따라 흐름이나 유사량이 변하게 되며 이런 동적변형상태를 복원하는 과정에서 침식과 퇴적이 반복적으로 이루어져 대규모 하상변동이 이루어지게 된다. 특히 제방 축조 등으로 하천구간 대부분이 인위적으로 정비되었거나, 평면변화가 발생할 수 있는 천변 충적층 발달이 미약한 국내 하천에서는 평면형이나 횡단형 보다는 종단 형의 변화가 특히 중요한 문제이다.
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참고문헌 (20)

  1. 건설교통부(1979) 형산강 하천정비기본계획. 

  2. 건설교통부(1993) 형산강 하천정비기본계획 

  3. 서일원(1994) 하상변동 예측기법의 개발연구. 국제수문개발계획 (IHP)연구보고서. 

  4. 안정민(2008a) 형산강의 장기하상변동 예측을 위한 수치모형의 적용. 공학석사학위논문, 창원대학교. 

  5. 안정민, 류시완, 이남주, 여홍구(2008b) 형산강의 장기하상변동 예측을 위한 GSTARS와 HEC6의 적용. 수자원학회 학술발표회 논문집, 한국수자원학회, pp. 958-962. 

  6. 안정민, 류시완, 이남주(2010) 형산강 수계 최적 유사량 공식 선정을 위한 연구. 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제43권 제11호, pp. 977-984. 

  7. 우효섭(1993) 하천유사량 산정 기법의 개발. 국제수문개발계획 (IHP) 연구보고서. 

  8. 우효섭(2001) 하천수리학, 청문각. 

  9. 임창수(1999) 수치모형을 이용한 하상변동 연구. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제32권 제2호, pp. 131-142. 

  10. 한국건설기술연구원(1991) 하상변동예측모형의 비교분석. 건기연 91-WR-112, 1991. 

  11. 한국수자원공사(1997) 취수구 유사유입 저감기법 개발연구(2차년도). 

  12. Ackers, P. and White, W.R. (1973) Sediment transport: a new approach and analysis, Journal of the hydraulics division, ASCE, Vol. 99, No. HY11, pp. 2041-2060. 

  13. Cheong, T.S. and Seo, I.W. (2003) Parameter estimation of the transient storage model by routing method for river mixing processes. Water Resources Research, Vol. 39, pp. HWC 1-1-11. 

  14. Dawdy and Vanoni (1986) Modeling alluvial channels, Water Resources Research, Vol. 22, No. 9. 

  15. Duboys, P. (1879) Le rohne et les rivieres a lit affouilable, Annales des pont et chaussees, Series 5, Vol. 18. 

  16. Engelund, F. and Hansen, E. (1967) A monorgraph on Sediment Transport in Alluvial Streams. Teknisk Vorlag, Copenhangen, Denmark. 

  17. Laursen, E.M. (1958) The total sediment load of streams, Journal of the Hydraulics Division, ASCE, Vol. 84, No. HY1, pp. 1530-1531, 1530-1536. 

  18. Madden, E.B. (1993) Modified Laursen Method for Estimating Bed-Material Sediment Load. Contract Report HL-93-3, Flood Control Channels Research Program, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS. 

  19. Molinas, A. and Yang, C.T. (1986) Computer Program User's Manual for GSTARS. U.S. Department of Interior Bureau of Reclamation Engineering and Research Center. 

  20. Yang, C.T. (1973) Incipient motion and sediment transport, Journal of the Hydraulics Division, ASCE, Vol. 99, No. HY10, pp. 1679-1704. 

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