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표제지 2

국문초록 5

목차 7

Nomenclature 11

1. 서론 14

1.1. 연구의 필요성 및 목적 14

1.2. 연구동향 16

1.2.1. 수리기하 관련 연구동향 16

1.2.2. 하상변동 관련 연구동향 17

1.3. 연구내용 및 연구범위 19

2. 이론적 배경 20

2.1. 수리기하 20

2.2. 유사이송 23

2.3. 하상변동 예측모형 29

3. 하상변동 분석 31

3.1. 하상변동의 해석해 유도 31

3.1.1. 하상변동 해석해 유도: 정상류 33

3.1.2. 하상변동 해석해 유도: 부정류 34

3.2. 하상변동 해석해 분석 37

3.2.1. 하상변동 해석해에서 변수들의 의미 37

3.2.2. 자연하천에서의 일반적인 하상변동 경향성 42

3.3. 하상변동의 경향성 분류 46

4. 수치모의를 통한 하상변동 해석해의 검증 48

4.1. 수치모의 조건 48

4.1.1. 동적지형모형 48

4.1.2. 수치모형 50

4.1.3. 하천지형모형 53

4.2. 수치모의 결과 57

4.2.1. 수치모의 결과: 정상류 57

4.2.2. 수치모의결과: 부정류 58

4.3. 하상변동 해석해 검증 60

5. 현장자료를 통한 하상변동 해석해의 검증 62

5.1. 검증대상 하천 선정 62

5.2. 수리기하지수 및 하상변동 산정 64

5.2.1. 자연하천의 수리기하지수 산정방법 및 산정결과 64

5.2.2. 자연하천의 하상변동 산정방법 및 산정결과 67

5.3. 하상변동 해석해 검증 70

6. 결론 73

참고문헌 76

Abstract 82

표목차 9

표 4.1. 수치모의 조건 분류 56

표 4.2. 수리기하지수로 표현한 하상변동의 경향성과 수치모의결과 비교 61

표 5.1. 검증대상 하천들의 공간적 규모 및 측량시기 63

표 5.2. 검증대상 하천들의 수리기하지수 66

표 5.3. 수리기하지수로 표현한 하상변동의 경향성과 현장자료 비교 72

그림목차 10

그림 2.1. 서로 다른 기후에 존재하는 하천들의 수리기하지수분포 21

그림 2.2. 일반적인 하상변동 수치모형의 계산 흐름도 30

그림 3.1. M의 변화에 따른 거리-하상변동 곡선 39

그림 3.2. Mₚ의 변화에 따른 거리-하상변동 곡선 40

그림 3.3. 흐름지속기간과 첨두유량의 크기가 하상변동에 미치는 영향 41

그림 3.4. γ(cd-bd+1)/l-1에 따라 나타나는 하상변동의 공간적 분포[이미지참조] 42

그림 3.5. (a): 자연하천에서 수리기하지수분포 (b): 자연하천에서 bd와 τd의 상관관계[이미지참조] 44

그림 3.6. 수리기하 이론을 만족하는 하천들에서의 하상변동 경향성 45

그림 3.7. 수리기하지수로 분류한 하상변동의 경향성 47

그림 4.1. M의 변화에 따른 거리-하상변동 곡선 57

그림 4.2. 정상류에서 bd의 변화에 따른 거리-하상변동 곡선[이미지참조] 58

그림 4.3. 부정류에서 bd의 변화에 따른 거리-하상변동 곡선[이미지참조] 59

그림 4.4. 수치모의를 통한 해석해의 검증 60

그림 5.1. 검증대상 하천들의 위치 63

그림 5.2. 부유사농도의 수리기하지수 산정방법 65

그림 5.3. 검증대상 하천들의 DR 66

그림 5.4. 하상고 산정 방법 69

그림 5.5. 현장자료를 통한 해석해의 검증 71

초록보기

 자연하천에서는 물의 흐름뿐만 아니라 물에 의한 유사의 흐름이 발생하게 된다. 유사의 흐름은 하천의 지형에 변화를 유발하여 하천의 수위나 유속 등의 수리특성들에 영향을 끼치게 된다. 수리특성들의 변화는 기존의 수공구조물의 안정성이나 하천의 식생에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 존재하므로 하상변동의 예측을 위한 많은 연구가 수행되어 왔다. 특히, 하천지형변화를 모의하기 위한 여러 가지 모형들이 개발되었다. 그러나 이러한 모형들은 대부분 수치모형으로서 하상변동의 경향성을 직관적으로 파악하기는 어려운 실정이다.

Leopold and Maddock(1953)은 복잡한 하천의 흐름 특성을 유량의 멱함수로 표현하여 하천의 흐름특성들 직관적이고 개념적으로 표현하였다. 수리기하(Hydraulic Geometry)는 초기에는 유속, 수면폭, 수심에만 국한되어 있었지만, 최근 수행된 연구들은 하천의 부유사의 거동과 같은 현상도 수리기하를 이용하여 설명하는 등 점차 범위가 확장되어 가고 있다. 특히 하천의 수리기하적 형상이 부유사농도의 거동과 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌다(Kim and Paik, 2018).

따라서 본 연구에서는 부유사농도와 밀접한 관련이 있는 하상변동 또한 수리기하를 이용하여 하상변동을 직관적이고 개념적으로 설명하고자 하였다. 하상변동을 수리기하를 이용하여 해석적으로 유도하였으며, 해석해 내의 변수들과 하상변동과의 관계를 개념적으로 설명하하였다. 수치모의와 자연하천에서의 현장자료를 통해 수리기하로 표현된 하상변동의 경향성을 검증하였다. 수치모의를 실시할 때에는 자연에 존재할 수 있는 다양한 하천형상을 수면폭의 수리기하지수를 이용하여 분류하였으며 기존의 수리기하 이론에서 정상류만 고려했던 것과 다르게 부정류조건도 고려하였다. 또한 하상경사와 하상재료의 입경분포를 고려하여 기존 연구들에서 개념적으로 설명한 하상변동의 경향성을 수리기하를 이용하여 설명하였다. 검증 결과, 해석해에서 나타난 하상변동의 경향성이 수치모의 및 자연하천에서도 재현되는 것을 확인하였다.

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