산지하천에서의 조도계수 추정 = An Estimation of Roughness Coefficient

국문 초록 (Abstract)

산지하천의 특성을 나타낼 수 있는 원기둥의 모형을 제작하여 수리실험을 실시하였다. 하상재료의 특성을 나타낼 수 있는 체적밀집도를 정의하고, 흐름의 특성에 따른 조도계수의 추정을 위한 수리특성의 분석으로는 VR, Froude수, Reynolds수, 항력계수 및 바닥전단 특성 조도계수를 산정하였다. 유량의 증가에 따른 Reynolds수가 큰 난류흐름으로의 진행에 따라 조도계수가 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 일반적으로 체적밀집도 증가에 따라 조도계수는 상대적으로 증가함을 확인하였다. 레이놀즈수가 증가할수록 하상재료의 항력계수가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Reynolds수가 커지는 난류영역에서는 조도계수의 감소로 나타난 예와 같이 항력계수 역시 감소함으로 나타났다. 항력이 커질수록 바닥전단특성의 조도계수가 커짐을 알 수 있다. 아울러 체적밀집도가 커짐에 따라 바닥전단특성의 조도계수가 커짐을 확인하였다. 조도계수는 체적밀집도와의 상관보다는 흐름특성인 Reynolds수, 항력계수에 보다 지배적임을 확인할 수 있었으나, 흐름특성이 같을 경우에는 체적밀집도에 따라 조도계수의 증가함을 보여준다. 조도계수는 수리특성에 크게 지배될 뿐만 아니라 체적밀집도에 지배됨을 확인하였다. 따라서 정확한 조도계수의 산정을 위해서는 수리특성을 나타내는 변수와 더불어 체적밀집도와의 상관관계식의 사용이 요구된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The researcher manufactured a cylindrical model which exhibits the characteristics of mountain stream, and conducted hydraulic model test. Also, the researcher defined the density of volume that can display the characteristics of riverbed materials. As analysis of hydraulic characteristics for estimation of roughness coefficient according to the flow characteristics, the researcher figured out Velocity Ratio (VR), Froude number, Reynolds number, drag coefficient, and the roughness coefficient of bottom shear characteristics. The roughness coefficient of Reynolds number according to the increase of flow rate decreased with the strong turbulent flow. The researcher also confirmed that, in general, the roughness coefficient increased relatively according to the increase of density of volume, and the more Reynolds number increased, the more drag coefficient of riverbed materials decreased. This was exhibited as a decrease of roughness coefficient in the turbulent region where Reynolds number get larger, likewise, the drag coefficient also showed a decrease. The researcher found that the larger drag, the roughness coefficient of the bottom shear characteristics became increased, and confirmed that the larger density of volume, the roughness coefficient of bottom shear characteristics became increased. The roughness coefficient had more dominant impacts on Reynolds number and drag coefficient, which are flow characteristics, than correlations with density of volume. However, in the case that the flow characteristics were same, the test results showed that roughness coefficient increased according to the density of volume. In addition, the researcher confirmed that the roughness coefficient was influenced greatly not only by hydraulic characteristics, but also by the density of volume. Therefore, to figure out accurate roughness coefficient, it is required to use correlation equation in connection with both the density of volume and variables that express hydraulic characteristics.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구동향 2
• 1.3 연구내용 및 방법 3
• 제 2 장 기본이론 7
• 2.1 조도계수와 산정방법 7
• 2.1.1 하상재료와 조도계수 7
• 2.1.2 조도계수 산정방법 8
• 2.2 큰 입자를 가진 하상재료에 따른 조도계수 특성 12
• 제 3 장 실험내용 및 방법 17
• 3.1 실험장치 17
• 3.2 실험 방법 및 내용 18
• 제 4 장 실험결과 및 분석 21
• 4.1 실험결과 21
• 4.2 조도계수와 VR과의 상관 24
• 4.3 항력계수와 Reynolds수와의 상관 26
• 4.4 조도계수와 항력계수와의 상관 28
• 4.5 조도계수와 체적밀집도와의 상관 30
• 4.6 조도계수와 각종 변수와의 상관 33
• 제 5 장 결 론 35
• 참 고 문 헌 37
• ABSTRACT 40