2차원 수치모형을 이용한 비점착성 하도의 두부침식에 의한 천급점 이동 특성 분석

2-Dimensional Numerical Simulation of the Behaviors of Knickpoint in the Channel with Noncohesive Materials

본 연구에서는 2차원 하상변동 수치모형의 모의 결과를 1960년에 시행한 Brush and Wolman의 실험 결과와 비교하여 검증하고, 단차가 형성된 급경사 구간에서 흐름 특성, 두부침식에 의한 천급점의 거동 및 하도의 변화과정을 분석하였다. 본 연구에서 제시된 수치모형은 흐름의 특성인 도수현상과 하류 끝단에서 사구가 형성되면서, 하류로 이동하는 특성을 잘 보여주었다. 또한 상류와 하류에서 경사가 급격하게 변하는 단차가 발생한 지점에서 두부침식에 의한 천급점의 거동 특성을 잘 모의하였으며, 급경사가 형성된 짧은 구간에서 불연속적으로 급격하게 변하는 흐름과 하도의 평면적 변화 과정을 정량적으로 파악하는 적합한 모형임을 보여주었다. 또한 수치실험 결과, 유량이 동일할 때, 두부침식은 초기에 빠르게 발생하지만, 시간이 증가하면서 하상경사가 완만해지고 침식 속도가 감소하였다. 또한 유량이 감소함에 따라, 두부침식 속도도 감소하였다.

In this study, a two dimensional numerical simulation was conducted to investigate the behaviors of knickpoint, planimetric changes, and flow characteristics in the short oversteepened reach of the channel with noncohesive materials. The numerical model was verified with the laboratory experimental results of Brush and Wolman in 1960. The numerical model simulated well the generation of hydraulic jump and the behavior of dune due to the sediment eroded upstream, which migrated downstream and caused locally to steepen at the lower end of the oversteepened reach. The knickpoint migrated upstream with time. The slope of the bed below the knickpoint decreased as time progressed. The numerical experimental results showed that the knickpoints upstream migrated with speed as the slope was steep. The migraiton speed were dependant on the discharge.