본 연구에서는 복렬사주의 모드를 객관적으로 판단할 수 있는 2중 퓨리에 해석을 수행하여 하폭의 변화에 따른 복렬사주의 발달 과정을 정량적으로 분석하였다. 초기에 직선하도에서 하안침식이 발생하고, 하폭 대 수심의 비가 증가하면서 복렬사주가 발달하였다. 사주가 하류로 이동하면서 성장하고, 사주의 주변에서 흐름이 분리되어 하안 침식을 가속시키면서, 지형이 지속적으로 변하여 유사의 유출특성에 영향을 주었다. 2중 Fourier 해석에 의한 하상파(wave)의 분포와 지배적인 성분의 변화를 분석한 결과, 초기에1-1 모드(mode)인 교호사주가 지배적이지만, 시간이 지나면서 하폭이 증가하여 상대적으로 수심이 감소하면서 2-3 모드가 지배적인 것으로 나타났으며, 교호사주의 강한 비선형 특성이 상호작용하기 때문이다. 하안침식이 진행되면서 하폭 대 수심의 비가 증가하고, 무차원 소류력이 감소하였다. 하폭 대 수심의 비가 증가할수록 사주의 이동속도가 감소하고, 사주의 파장은 증가하였다. 무차원 소류력이 증가하면서, 사주의 이동속도는 증가하였다.
본 연구에서는 복렬사주의 모드를 객관적으로 판단할 수 있는 2중 퓨리에 해석을 수행하여 하폭의 변화에 따른 복렬사주의 발달 과정을 정량적으로 분석하였다. 초기에 직선하도에서 하안침식이 발생하고, 하폭 대 수심의 비가 증가하면서 복렬사주가 발달하였다. 사주가 하류로 이동하면서 성장하고, 사주의 주변에서 흐름이 분리되어 하안 침식을 가속시키면서, 지형이 지속적으로 변하여 유사의 유출특성에 영향을 주었다. 2중 Fourier 해석에 의한 하상파(wave)의 분포와 지배적인 성분의 변화를 분석한 결과, 초기에1-1 모드(mode)인 교호사주가 지배적이지만, 시간이 지나면서 하폭이 증가하여 상대적으로 수심이 감소하면서 2-3 모드가 지배적인 것으로 나타났으며, 교호사주의 강한 비선형 특성이 상호작용하기 때문이다. 하안침식이 진행되면서 하폭 대 수심의 비가 증가하고, 무차원 소류력이 감소하였다. 하폭 대 수심의 비가 증가할수록 사주의 이동속도가 감소하고, 사주의 파장은 증가하였다. 무차원 소류력이 증가하면서, 사주의 이동속도는 증가하였다.
In this study, the development processes of multiple bars in the channels with erodible banks were investigated by double Fourier analysis. The initially straight channels in the experiment flume were widened with eroding the side banks, and the multiple bars were generated and grew due to stalling ...
In this study, the development processes of multiple bars in the channels with erodible banks were investigated by double Fourier analysis. The initially straight channels in the experiment flume were widened with eroding the side banks, and the multiple bars were generated and grew due to stalling of the sediment on the bed. The bars migrated downstream and the size of the bars increased with time. The flow was separated around the bars, and the bed and banks near the bars were scoured due to the impinged secondary flow. The morphologic changes were accelerated by the bank erosion, which affected the fluctuations of sediment discharge downstream. The double Fourier analysis of the bed waves showed that 1-1 mode (alternate bar) was dominant at the initial stage of the channel development. As time increased, 2-3 mode (central or multiple bars) was dominant due to the increased width to depth ratio. Moreover, the number of bars in a cross section of the channel were increased due to the non linearity of alternate bars. The width to depth ratio was increased by the bank erosion, which affected the bar migration and the bar wavelength. However, the dimensionless tractive force was decreased by it.
In this study, the development processes of multiple bars in the channels with erodible banks were investigated by double Fourier analysis. The initially straight channels in the experiment flume were widened with eroding the side banks, and the multiple bars were generated and grew due to stalling of the sediment on the bed. The bars migrated downstream and the size of the bars increased with time. The flow was separated around the bars, and the bed and banks near the bars were scoured due to the impinged secondary flow. The morphologic changes were accelerated by the bank erosion, which affected the fluctuations of sediment discharge downstream. The double Fourier analysis of the bed waves showed that 1-1 mode (alternate bar) was dominant at the initial stage of the channel development. As time increased, 2-3 mode (central or multiple bars) was dominant due to the increased width to depth ratio. Moreover, the number of bars in a cross section of the channel were increased due to the non linearity of alternate bars. The width to depth ratio was increased by the bank erosion, which affected the bar migration and the bar wavelength. However, the dimensionless tractive force was decreased by it.
따라서 본 연구에서는 하안침식을 고려하여 복렬사주의 발달 과정을 실내실험을 통하여 분석하였다. 복렬사주에 의하여 발달한 망상하천은 하상형상(河床形狀)이 복잡하며, 국부적으로 유속이 빠르고, 사주의 변화가 복잡하며, 하안침식에 의하여 주변에 미치는 영향이 크다(Fujita, 1989, Ashmore, 1991).
제안 방법
그러므로 하상형태가 복잡한 복렬사주를 대상으로 하여 사주의 발달과정을 파악할 때, 사주의 형상을 판단하는 기준이 명확하지 않아 사람마다 달리 해석하는 경우가 있다. 따라서 본 연구에서는 복렬사주의 형상을 객관적으로 판단할 수 있는 2중 퓨리에 해석(Double Fourier Analysis)을 수행하여 하폭의 변화에 따른 복렬사주의 발달 과정을 정량적으로 분석하였다.
대상 데이터
실내실험은 길이 12 m, 넓이 2 m의 가변형 경사 수로에서 수행되었다(Fig. 1(a)). 수로는 평균입경이 1.
35인 균일사로 10 cm의 두께로 전체가 균등하게 채웠다. 실험을 위한 초기 수로는 자체 제작한 모래 포설기를 이용하여, 밑변이 80 cm, 깊이가 3 cm, 하안의 경사가 40도인 저수로를 만들었으며(Fig. 1(b)), 수로의 경사는 1/100로 설정하였다. 고가수조에서 모래로 채워진 이동상 경사 수로에 물이 유입될 때, 유입구에서 국부세굴이 발생하므로, 고가수조의 물이 이동상 초기 수로에 물을 유도하고, 유입구에서 국부세굴이 발생하지 않도록 길이가 0.
성능/효과
무차원 소류력이 증가하면서, 사주의 이동속도는 증가하였다. 또한 하폭 대 수심이 증가하면, 사주의 파장은 증가하였으며, 사주의 파장이 증가하면 사주의 이동속도는 감소하였다.
무차원 소류력이 증가하면서, 사주의 이동속도는 증가하였다. 또한 하폭 대 수심이 증가하면, 사주의 파장은 증가하였으며, 사주의 파장이 증가하면 사주의 이동속도는 감소하였다.
하안이 침식되면서 하폭 대 수심의 비가 증가하고, 무차원 소류력이 감소하였다. 하폭 대 수심의 비가 증가할수록 사주의 성장에 영향을 주는 비선형 특성에 의하여 사주의 이동속도가 감소하였다.
하안이 침식되면서 하폭 대 수심의 비가 증가하고, 무차원 소류력이 감소하였다. 하폭 대 수심의 비가 증가할수록 사주의 성장에 영향을 주는 비선형 특성에 의하여 사주의 이동속도가 감소하였다. 사주에 의한 불규칙한 하안의 침식은 강제효과가 발생하여 사주의 이동에 영향을 주며, 사주의 이동속도가 큰 상태에서 사주의 분열이 발생하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하천복원 및 정비 사업의 효과는?
하천복원 및 정비 사업은 종종 하폭을 넓히거나 하도의 선형을 개선하여 하천환경을 복원하거나 홍수의 소통을 원활히 하여 홍수 피해를 경감시킨다. 최근에는 기존에 설치된 하안침식 방지를 위한 호안공 등을 제거하고 하안침식을 허용하여 하폭이 자유롭게 확대되도록 하고, 하천을 재사행시켜서 하천을 복원하고 있다(Abad and Garcia, 2006).
하폭의 변화는 어떤 변화를 만드는가?
최근에는 기존에 설치된 하안침식 방지를 위한 호안공 등을 제거하고 하안침식을 허용하여 하폭이 자유롭게 확대되도록 하고, 하천을 재사행시켜서 하천을 복원하고 있다(Abad and Garcia, 2006). 이와 같이 하폭이 변하면, 하도에서 교호사주(alternate bar)나 복렬사주(multiple bar)가 발달하여, 하도의 평면이 다양하게 변하게 된다(Parker, 1976; Fredsoe, 1978; Kuroki and Kishi, 1984).
하도에서 다양한 사주가 발달하는지를 판단하는 이유는?
하천의 지형학적 상태를 나타내는 중요한 정량적인 지표 중의 하나는 하도에서 다양한 사주가 발달하는지를 판단하는 것이다(Crosato and Mosselman, 2009). 사주는 하도의 지형을 다양하게 변하는데 중요한 역할을 하고, 수생태계의 서식처를 만든다. 따라서 하천의 자연도를 평가할 때 하도에서 발달한 사주의 다양성을 조사한다(Park et al., 2005).
참고문헌 (19)
Abad, J.D., and Garcia, M.H. (2006). "RVR Meander: A toolbox for remeandering of channelized streams." Comput. Geosci., Vol. 32, pp. 92-101.
Bertoldi, W., Tubino, M., and Zolezzi, G. (2002). Experimental observations of river bifurcations with uniform and graded sediments" in River Flow 2002, edit by D. Bousmar and Y. Zech, Balkema, Lisse, Netherlands, pp. 751-759.
Callander, R.A. (1969). "Instability and river channels." J. Fluid Mech., Vol. 36, No. 3, pp. 456-480.
Colombini, M., Seminara, G., and Tubino, M. (1987). "Finite amplitude alternate bars." J. Fluid Mech., Vol. 181, pp. 213-232.
Crosato, A., and Mosselman, E. (2009). "Simple physicsbased predictor for the number of river bars and the transition between meandering and braiding." Water Resour. Res., Vol. 45, W03424. doi: 1029/2008WR007242.
Federici, B., and Paola, C. (2003)."Dynamics of channel bifurcations in noncohesive sediments." Water Resour. Res., Vol. 39, No. 6, 1162. doi: 10.1029/2002 WR001434.
Fujita, Y. (1989). Bar and channel formation in braided stream. River meandering, Water Res. Monogr., Vol. 12, edited by S. Ikeda and G. Parker, AGU, Washington, D.C., pp. 417-462.
Hasegawa, K. (1984). Hydraulic research on planimetric forms, bed topographies and flow in alluvial rivers., PhD Dissertation, Hokkaido University, Japan (in Japanese).
Jang, C.-L. (2003). Study on the morphological behavior of the channel with erodible banks, Ph.D. dissertation, Hokkaido University, Japan.
Jang, C.-L., and Shimizu, Y. (2005). "Numerical simulation of the behavior of alternate bars with different bank strengths." Journal of Hydraulic Research., IAHR, Vol. 43, No. 6, pp. 595-611.
Park, B.J., Shin, J.I., and Jung, K.S. (2005). "The evaluation of river naturalness of biological habitat restoration: I. Proposal of evaluation method." Journal of Korea Water Resources Association, KWRA, Vol. 38, No. 1, pp. 37-48 (in Korean).
Repetto, M., and Tubino, M. (1999) "Transition from migration alternate bars to steady central bars in channels with variable width" International Symposium on River, Coastal and Esturine Morphodynamics. Genova, Italy, September 6-10.
Repetto, M., Tubino, M., and Paola, C. (2002). "Planimetric instability of channels with variable width." J. Fluid Mech., 457, pp. 79-109.
Seminara, G., and Tubino, M. (1989). Alternate bar and meandering: Free, forced and mixed interactions, in River Meandering, Water Res. Monogr., Vol. 12, edited by S. Ikeda and G. Parker, AGU, Washington, D.C., pp. 267-320.
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