본 연구는 육상 기원 조립질 하상 퇴적물의 높은 이동성에 영향을 미치는 전단과 파쇄특성을 조사하기 위하여 링전단실험을 수행하였다. 평균 입경 6 mm 자갈에 대하여 링전단시험장치를 사용하여 전단시간(shear time)과 전단속도(shear velocity)에 따른 전단-변형률 역학특성과 입자파쇄 특성을 조사하였다. 특히 배수(장시간 전단)와 비배수(단시간 전단)조건을 고려하기 위하여 초기 전단속도(0.01→0.1→1 mm/sec와 0.1→0.01→1 mm/sec)에 따른 링전단실험을 수행하였다. 실험결과에 따르면, (i) 배수와 비배수조건 모두에서 입자파쇄 특성이 확인되었지만, 비배수조건에서 상대적으로 큰 전단저항을 받는 것으로 나타났다. (ii) 배수조건에 관계없이 수중 자갈의 초기 전단속도는 전단응력-전단변형률 관계곡선을 결정하는 중요한 요인으로 나타났다. (iii) 입자파쇄는 평균 입경에 영향을 받으며 사용된 수중 자갈은 상대적으로 큰 입자파쇄 특성을 보였다. 그리고 (iv) 전단응력 결정에서 가장 크게 영향을 미치는 영향인자는 전단시간과 초기 전단속도임을 확인할 수 있었다. 결론적으로 모래와 자갈을 다량 함유한 조립질 하상 퇴적물은 입자-입자 간 상호 접촉, 마모, 맞물림, 마찰 등의 물리적 이동과정을 통해 입자파쇄와 세립토 함량이 증가되고 이러한 현상은 하상 퇴적물의 고유동성을 초래하는 원인이 되는 것으로 판단된다.

자갈 이상의 조립질 재료로 이루어진 하천의 하상 재료 입도분석은 많은 노력과 경비를 소요하는 일이기 때문에, 적절히 분석되지 못하고 있는 것이 현실이다. 본 연구의 목적은 자갈 이상의 조립질 재료로 이루어진 하상의 입도 분포를 영상 처리를 통하여 분석하는 기법을 개발하는 것이다. 전체 개발 과정은 개별 입자의 영상 정보 분석과정과 하상 영상에서 입자를 분석하는 두 과정으로 이루어졌다. 먼저 개별 입자들의 영상에 나타난 평면 특성(장축, 중간축, 면적 등)이 실제 입자와 어떤 관계를 가지는지 분석하였다. 이를 위하여, 대종천, 밀양강, 형산강의 3개 하천에서 420개의 자갈 시료를 채취한 뒤, 각 입자의 버니어캘리퍼스로 장축, 중간축, 단축의 길이를 측정하고, 저울로 중량을 측정하였다. 채취된 입자를 개별적으로 영상으로 찍은 후, 영상에서 장축과 중간축, 면적을 계측하는 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 이용한 영상 정보와 실제 측정한 자료를 비교하였다. 입자의 개별 측정 결과 자갈 하천의 하상 재료의 형상계수는 0.51~0.59 이었다. 이는 모래 하상의 0.7, 자갈 하천이 이보다 약간 작다는 통상적으로 알려져 있는 지식과 부합하였다. 또한, 하천에 따라 형상 계수는 약간의 차이를 보이기 때문에 일괄적으로 통일된 값을 적용하기는 어려울 것으로 보인다. 한편, 자갈의 중량은 장축이나 중간축보다는 면적과의 상관성이 더 높다. 이 자료의 결과를 이용하여 영상 분석에서 나온 면적을 입자의 중량과 공칭직경으로 환산하는 방법을 제시하였다. 두 번째 과정으로 ImageJ 프로그램을 이용하여 대종천, 밀양강, 형산강의 하상 영상에 적용하여 자갈입자의 면적을 분석하고 이를 입도분포 곡선으로 환산하였다. 영상 분석에서 구한 입도분포를 시료를 채취하여 실측한 자료와 비교한 결과는 매우 타당한 결과를 보였다.

산지하천의 자갈하상재료 분포는 최근 특정규모 홍수의 수류력에 의한 유사 이송 및 퇴적 과정에 의해 형성되며, 장갑화된 하천에서 한계수류력을 평가하는 것은 안정하도설계를 위해 중요하다. 자갈하상 하천 종단지점과 만곡부 일정구간의 세부지점에 대한 하상재료의 입도 분포를 조사하고, 한계유속 및 한계수류력을 평가하였다. 자갈하상 재료에 대한 Yang의 한계단위수류력과 Bagnold의 한계수류력은 상류로 갈수록 급격히 증가했다. 계획홍수량에 근거한 무차원 전단응력은 Shields 도표에서 대부분 조사지점의 자갈하상재료가 소류사 형태로 이동하는 것으로 평가되었다. 만곡부에 대한 평균입경은 상류 유입수의 1차 수충지점에서 가장 컸으며, 반사흐름에 의한 2차 수충지점에서 두 번째로 큰 입경을 보였다. 수충 직하류 지점들에서 상대적으로 작은 평균입경을 보였다. 만곡부의 평균한계유속 범위는 0.77∼2.60m/s의 범위이며, 한계단위수류력은 경사가 급한 1차 수충부에서는 상당히 컸다. 한계수류력의 분포는 7∼171W/m2의 범위로 하천 횡단보다는 종단에 따른 변화가 뚜렷했고, 만곡 외측 1차 수충지점과 반사흐름 2차 수충지점에서 크게 작용하는 것으로 평가되었다.

In this study, we estimated the equivalent roughness using an estimation model, which considered grain distribution on the bed and the protrusion height of the grains. We also reviewed the appropriateness of the estimated equivalent roughness at the Goksung and Gurey station in the Seomjin River. To review the appropriateness of this model, we presented the water level-discharge relation curve applying the equivalent roughness to the flow model and compared and reviewed it to observed data. Also, we compared and reviewed the observed data by estimating the Manning coefficient , the Chezy coefficient , and the Darcy-Weisbach friction coefficient by the equivalent roughness. The calculation results of the RMSE showed within 5% error range in comparison with observed value. Therefore the estimated equivalent roughness values by the model could be proved appropriate.

Flow resistance in a natural stream is caused by complex factors, such as the grains on the bed, vegetation, and bed-form, reach profile. Flow resistance in a generally stable gravel bed stream is due to protrudent grains from bed. Therefore, the flow resistance can be calculated by equivalent roughness in gravel bed stream, but estimation of equivalent roughness is difficult because nonuniform size and irregular arrangement of distributed grain on natural stream bed. In previous study, equivalent roughness is empirically estimated using characteristic grain size. However, application of empirical equation have uncertainty in stream that stream bed characteristic differs. In this study, we developed a model using an analytical method considering grain diameter distribution characteristics of grains on the bed and also taking into account flow resistance acting on each grain. Also, the model consider the protrusion height of grain.

본 연구에서는 연속적인 수위 자료를 이용하여 경사면적법으로 유량을 산정하고 그 결과를 분석하였다. 대상 하천은 괴산댐 하류의 달천으로 여울과 웅덩이를 포함하는 약 960m의 구간이다. 하상 재료의 입경을 분석하였고 이를 이용하여 3가지 조도계수값을 산정하여 유량 계산에 활용하였으며, 추가로 하천정비기본계획의 조도계수도 사용되었다. 경사면적법으로 계산된 유량은 댐 방류량과 비교되었다. 댐 방류량과 비교한 상대오차는 조도계수에 큰 영향을 받는 것으로 나타났

본 연구는 자갈하천에서 실측한 자료를 사용하여 유량 변화에 따른 조도계수의 변화를 분석하고, 기존 조도계수 경험식의 적용성을 검토하는 것이 목적이다. 실측자료를 이용한 조도계수의 산정을 위하여 미 지질조사국의 NCALC 모형을 이용하여 대상구간의 조도계수를 산정하였고, 산정된 결과를 4가지 경험적인 방법에 의해 산정된 조도계수와 비교하였다. 분석결과 기존의 경험적 방법들은 홍수기에 국한하여 근사적인 해를 제공할 수 있으나 판단의 주관성, 방법에 따른 결