KR101369815B1 - Method and apparatus for estimating resistance coefficient using field data of natural rivers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하천의 흐름 저항에 대한 분석을 위해 자연하천의 하상자료로 구성된 현장 실측자료를 이용하여 마찰계수, 조도계수 및 무차원 유속의 관계를 산정하여 분석할 수 있는 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은 자연하천의 현장 실측자료를 입력모듈에 입력하는 제 1 단계; 마찰계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천에 대한 조도계수를 산출하는 제 2 단계; 마찰계수 분석모듈이 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천의 마찰계수를 분석하는 제 3 단계; 조도계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천에 대한 조도계수를 산출하는 제 4 단계; 조도계수 분석모듈이 상기 제 4 단계에서 산출된 자연하천의 조도계수를 분석하는 제 5 단계; 저항계수 출력모듈이 분석된 각각의 마찰계수 및 조도계수를 출력하는 제 6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention uses field measurement data consisting of river data of natural rivers to analyze the flow resistance of rivers, and calculates the relationship between friction coefficient, roughness coefficient, and dimensionless flow velocity. It relates to a method and apparatus for calculating the resistance coefficient used.
According to the present invention, a method of calculating a resistance coefficient using field measurement data of a natural river includes: a first step of inputting field measurement data of a natural river into an input module; A second step of calculating, by the friction coefficient calculation module, the roughness coefficient for the natural river from the field measurement data inputted through the input module; A third step of analyzing, by the coefficient of friction analysis module, a coefficient of friction of the natural river calculated in the second step; A fourth step of the illuminance coefficient calculating module calculating the illuminance coefficient for the natural river from the field measurement data inputted through the input module; A fifth step of analyzing the roughness coefficient of the natural river calculated in the fourth step by the roughness coefficient analyzing module; And a sixth step of outputting each of the analyzed friction coefficients and roughness coefficients by the resistance coefficient output module.

Description

자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING RESISTANCE COEFFICIENT USING FIELD DATA OF NATURAL RIVERS}METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING RESISTANCE COEFFICIENT USING FIELD DATA OF NATURAL RIVERS}

본 발명은 저항계수 산정방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하천의 흐름 저항에 대한 분석을 위해 자연하천의 하상자료로 구성된 현장 실측자료를 이용하여 마찰계수, 조도계수 및 무차원 유속의 관계를 산정하여 분석할 수 있는 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for calculating a coefficient of resistance, and more specifically, to a relationship between friction coefficient, roughness coefficient, and dimensionless flow velocity using field measurement data composed of riverbed data of a natural river for analysis of stream resistance. The present invention relates to a method and apparatus for estimating the resistance coefficient using field measurement data of natural rivers, which can be calculated and analyzed.

하상이나 제방의 재료가 주로 모래와 자갈 등을 구성된 자연하천이나 홍수터와 제방에 초본(grass), 관목(shrub) 및 교목(tree) 등의 식생이 산재하고 있는 식생하천에서 흐름에 대한 저항은 제방과 윤변에 식생과 하상자료에 따라 유속의 변화를 초래한다. 이들 현상은 수공학 기술에서 주요 과제로서 연구되고 있다. 흐름 저항은 표면의 면 마찰, 형상에 의한 저항인 항력, 표면의 일그러짐에 의한 파 저항 및 국지적 가속에 따른 흐름의 비정상 상태로 분류할 수 있다.
Resistant to flow in natural rivers consisting mainly of sand and gravel, or vegetation streams in which vegetation such as grass, shrubs, and trees are scattered in flood plains and dikes. It causes the change of flow velocity depending on vegetation and bed data on the overrun. These phenomena are being studied as a major task in hydraulic engineering. The flow resistance can be classified into surface friction of the surface, drag which is a resistance due to shape, wave resistance due to surface distortion, and abnormal state of flow due to local acceleration.

하천에서의 식생의 저항 특성은 흐름 상태, 식생구조와 밀접한 관계를 가지고 있으며, 이는 하천의 지형적 특성과 수로구간의 우치, 식생의 수종별 분포정도 및 범위 등에 따라 다양한 분포를 갖게 된다.
The resistance characteristics of vegetation in rivers are closely related to the flow conditions and vegetation structure, which have various distributions according to the topographical characteristics of rivers, the slope of waterways, and the distribution and range of vegetation species.

하천에서 마찰 경사와 유량이 갖는 관계식은 흐름에 대한 식생과 하상 재료의 저항에 의해 지배되고, 하천 흐름에 대한 저항은 마찰, 하상의 불규칙성, 식생 하상형상, 수로 선형 등과 같은 원초적인 변화성에서 발생하게 된다.
The relationship between friction slope and flow rate in a stream is governed by vegetation and stream material resistance to flow, and resistance to stream flow is caused by primitive variability such as friction, bed irregularities, vegetation bed contours, channel alignments, etc. do.

하천에서 흐름과 하상 사이의 상호작용에 의해 발생되는 전단응력은 흐름해석과 수리적 안정성 분석에 기초가 된다. 하천에서 조도계수는 크게 식생과 수로의 하상형상 및 하상자료로 분류된다. 하상자료에 의한 조도계수는 현장측정과 모형실험 등을 통해 얻어진 경험적 공식을 이용해 주로 결정하고 있다.
Shear stresses generated by interactions between streams and riverbeds in rivers are the basis for flow analysis and hydraulic stability analysis. In rivers, roughness coefficients are largely classified into vegetation and channel shape and bed data. Roughness coefficients based on riverbed data are mainly determined using empirical formulas obtained through field measurements and model experiments.

또한, 하천제방과 홍수터의 식생은 침식을 억제시킴으로써 수로와 제방의 안정성을 확보하고, 수생동물의 서식처 역할을 하는 반면에, 이는 흐름의 저항으로 인해 통수능에 지장을 초래하므로 이를 수리학적으로 예측할 필요가 있다.
In addition, the vegetation of river banks and floodplains ensures the stability of waterways and banks by inhibiting erosion, and serves as habitats for aquatic animals, while it is necessary to predict them hydraulically since it causes disturbance of water due to flow resistance. There is.

하천의 흐름 분석에 대한 기술과 관련하여, 공개특허 제 10-2010-0044371호는 자연하천의 하상 변동 수치해석 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 직선 수로 및 만곡 수로 형태가 혼재하는 자연하천에서 발생하는 다양한 조건에서 발생할 수 있는 하상변동을 정확하게 모의할 수 있는 기술이 개시되고 있다.
Regarding the technique for analyzing the flow of rivers, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0044371 relates to a method and apparatus for numerical analysis of river fluctuations in natural rivers, which occur in natural streams in which linear and curved channel shapes are mixed. Techniques for accurately simulating bed changes that can occur under various conditions are disclosed.

그러나, 이러한 종래의 기술은 하천에서 발생할 수 있는 하상변동을 모의하기 위한 기술로 하상재료의 특성을 고려하여 저항계수를 산정할 수 있는 방법은 기대할 수 없다. 또한, 자연하천에서 흐름에 대한 모든 저항의 근원적인 변화성을 이해하는데 한계가 있다.
However, such a conventional technique is a technique for simulating river bed fluctuations that may occur in a river, and a method of estimating a resistance coefficient in consideration of characteristics of the bed bed material cannot be expected. In addition, there is a limit to understanding the underlying variability of all resistance to flow in natural streams.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자연하천의 현장 실측자료를 통하여 하천 흐름의 저항계수를 도출함으로써 수공 실무에 유용하게 활용할 수 있는 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the problems described above, by deriving the resistance coefficient of the stream flow through the field measurement data of the natural river resistance coefficient using the field measurement data of the natural river that can be usefully used for manual practice To provide a method and apparatus for calculating

또한, 본 발명은 하상자료에 대한 저항계수를 분석하여 그 종류별 분포 범위를 제시하고, 유량과 마찰경사를 함수로 하는 조도계수 관계식을 유도할 수 있는 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
In addition, the present invention analyzes the resistance coefficient of the riverbed data to present the distribution range for each type, the estimation of the roughness coefficient using the actual field data of the natural river that can derive the roughness coefficient relation function as a function of the flow rate and the friction slope It is an object to provide a method and apparatus.

또한, 본 발명은 자연하천에서 상대 잠수비를 함수로 하는 무차원 유속 식을 유도함으로써 수공 실무에 유용하게 활용할 수 있는 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
In addition, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for estimating roughness coefficients using field measurement data of natural rivers, which can be usefully used for manual practice by deriving a dimensionless flow rate equation as a function of relative diving ratio in natural rivers. do.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은 자연하천의 현장 실측자료를 입력모듈에 입력하는 제 1 단계; 마찰계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천에 대한 조도계수를 산출하는 제 2 단계; 마찰계수 분석모듈이 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천의 마찰계수를 분석하는 제 3 단계; 조도계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천에 대한 조도계수를 산출하는 제 4 단계; 조도계수 분석모듈이 상기 제 4 단계에서 산출된 자연하천의 조도계수를 분석하는 제 5 단계; 저항계수 출력모듈이 분석된 각각의 마찰계수 및 조도계수를 출력하는 제 6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the calculation method of the resistance coefficient using the field measurement data of the natural river according to the present invention comprises the first step of inputting the field measurement data of the natural river to the input module; A second step of calculating, by the friction coefficient calculation module, the roughness coefficient for the natural river from the field measurement data inputted through the input module; A third step of analyzing, by the coefficient of friction analysis module, a coefficient of friction of the natural river calculated in the second step; A fourth step of the illuminance coefficient calculating module calculating the illuminance coefficient for the natural river from the field measurement data inputted through the input module; A fifth step of analyzing the roughness coefficient of the natural river calculated in the fourth step by the roughness coefficient analyzing module; And a sixth step of outputting each of the analyzed friction coefficients and roughness coefficients by the resistance coefficient output module.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 자연하천의 현장 실측자료가 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 하상자료인 것을 특징으로 한다.
The method of calculating the resistance coefficient using the field measurement data according to the present invention is characterized in that the field measurement data of the natural river is riverbed data for sand, gravel, pebbles and amber stones.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 하상자료가 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In the method of calculating the resistance coefficient using field measurement data according to the present invention, the riverbed data is in the range of the minimum and maximum values for the flow rate, friction inclination, median particle size, average flow rate and depth for sand, gravel, pebbles and amber stones. Characterized in that made.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 제 2 단계에서 상기 자연하천의 마찰계수는 상기 하상자료에 대해 각각 회구분석을 통해 유량 및 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선접합법에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
In the method of calculating the resistance coefficient using the field measurement data according to the present invention, the friction coefficient of the natural river in the second step of the power function type as a function of the flow rate and the friction inclination through the regression analysis for the riverbed data, respectively It is characterized by calculating by the curve joining method.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 제 3 단계에서 상기 자연하천의 마찰계수는 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하여 분석되는 것을 특징으로 한다.
In the third step, the method of calculating the resistance coefficient using field measurement data is characterized in that the friction coefficient of the natural river is analyzed using a box-whisker quartile method.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 제 3 단계는 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천의 마찰계수와 이 마찰계수에 대한 매개변수(fQ1/4/Sf 1/3)를 이용하여 분석되는 것을 특징으로 한다.In the method of calculating the resistance coefficient using field measurement data according to the present invention, the third step is a friction coefficient of the natural river calculated in the second step and the parameter (fQ 1/4 / S f 1) / 3 ) to be analyzed.

(여기서, f는 마찰계수, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사를 나타냄)
(Where f is friction coefficient, Q is flow rate (㎥ / s), and S f is friction inclination)

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 제 4 단계에서 상기 자연하천의 조도계수는 상기 하상자료에 대해 각각 회구분석을 통해 유량 및 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선접합법에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
In the fourth step, the roughness coefficient of the natural river is a power-of-function function having a flow rate and a friction slope as a function of regression analysis on the riverbed data. It is characterized by calculating by the curve joining method.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 제 5 단계에서 상기 자연하천의 조도계수는 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하여 분석되는 것을 특징으로 한다.
In the method of calculating the resistance coefficient using field measurement data according to the present invention, in the fifth step, the roughness coefficient of the natural river is characterized in that it is analyzed using a box-whisker quartile analysis method.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 제 5 단계는, 상기 제 4 단계에서 산출된 자연하천의 조도계수와 이 조도계수에 대한 매개변수(nQ1/8/Sf 1/6)를 이용하여 분석되는 것을 특징으로 한다.In the method of calculating the resistance coefficient using field measurement data according to the present invention, the fifth step includes the roughness coefficient of the natural river calculated in the fourth step and a parameter for the roughness coefficient (nQ 1/8 / S f). 1/6 ).

(여기서, n은 조도계수, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사를 나타냄)
(Where n is roughness coefficient, Q is flow rate (㎥ / s), and S f is friction inclination)

또한, 본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법은, 상기 제 5 단계 후에, 곡선적합을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 유속을 산출하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the method of calculating the resistance coefficient using the field measurement data according to the present invention, after the fifth step, characterized in that for calculating the dimensionless flow rate for the relative diving ratio of the field measurement data using the curve fit.

본 발명에 따른 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치는, 자연하천의 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 하상자료를 포함하는 현장 실측자료를 입력하는 실측자료 입력모듈; 상기 실측자료 입력모듈에 입력된 상기 현장 실측자료에 대한 마찰계수를 산출하는 마찰계수 산출모듈; 상기 마찰계수 산출모듈을 통해 산출된 마찰계수를 분석하는 마찰계수 분석모듈; 상기 실측자료 입력모듈에 입력된 상기 현장 실측자료에 대한 조도계수를 산출하는 조도계수 산출모듈; 상기 조도계수 산출모듈을 통해 산출된 조도계수를 분석하는 조도계수 분석모듈; 및 상기 마찰계수 분석모듈 및 조도계수 분석모듈에서 분석된 마찰계수와 조도계수를 출력하는 저항계수 출력모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
An apparatus for calculating a coefficient of resistance using field measurement data of a natural river according to the present invention includes: a measurement data input module for inputting field measurement data including riverbed data for sand, gravel, pebbles, and amber stones of a natural river; A coefficient of friction calculation module for calculating a coefficient of friction for the field measurement data input to the measurement data input module; A coefficient of friction analysis module for analyzing a coefficient of friction calculated through the coefficient of friction calculation module; An illuminance coefficient calculation module for calculating an illuminance coefficient for the field measurement data inputted to the actually measured data input module; An illuminance coefficient analysis module for analyzing the illuminance coefficient calculated by the illuminance coefficient calculation module; And a resistance coefficient output module for outputting the friction coefficient and the roughness coefficient analyzed by the friction coefficient analysis module and the roughness coefficient analysis module.

또한, 본 발명에 따른 자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치는, 회귀 분석법을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 유속를 산출하는 무차원 유속 산출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the calculation device of the resistance coefficient using the field measurement data of the natural river according to the present invention, further comprising a dimensionless flow rate calculation module for calculating the dimensionless flow rate for the relative diving ratio of the field measurement data using a regression analysis method It is characterized by.

본 발명의 자연하천의 현장자료를 이용한 저항계수의 산정방법 및 장치에 따르면, 현장 실측자료를 통하여 자연하천 흐름의 마찰계수 및 조도계수를 도출할 수 있고, 또한, 하상자료의 마찰계수 및 조도계수를 분석하여 그 종류별 분포 범위를 제시함으로써 유량과 마찰경사를 함수로 하는 저항계수에 대한 관계식을 유도할 수 있는 이점이 있다.
According to the method and apparatus for calculating the resistance coefficient using the field data of the natural river of the present invention, the friction coefficient and roughness coefficient of the natural stream flow can be derived from the field measurement data, and the friction coefficient and the roughness coefficient of the river data By analyzing and suggesting the distribution range for each type, there is an advantage that can derive the relation of resistance coefficient as a function of flow rate and friction inclination.

또한, 본 발명에 따르면, 상대 잠수비에 대한 무차원 유속 관계식을 유도함으로써 수공실무에 활용할 수 있는 이점이 있다.
In addition, according to the present invention, there is an advantage that can be utilized in manual practice by deriving a dimensionless flow rate relation for the relative diving ratio.

도 1은 본 발명에 따른 자연하천의 현장자료를 이용한 저항계수의 산정장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자연하천의 현장자료를 이용한 저항계수의 산정방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 곡선 적합법에 의해 유도된 자연하천의 유량-마찰계수의 관계분석의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 곡선 적합법에 의해 유도된 자연하천의 마찰경사-마찰계수의 관계분석의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 마찰계수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 매개변수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 곡선 적합법에 의해 유도된 자연하천의 유량-조도계수의 관계분석의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 곡선 적합법에 의해 유도된 자연하천의 마찰경사-조도계수의 관계분석의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 조도계수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 매개변수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 발명의 자연하천의 현장자료에서 상대 잠수비에 대한 무차원 유속의 관계를 나타내는 예시도이다.
1 is a block diagram illustrating a device for calculating a resistance coefficient using field data of a natural river according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of calculating a resistance coefficient using field data of a natural river according to the present invention.
3 is a view showing an example of the relationship analysis of the flow rate-friction coefficient of the natural river induced by the curve fitting method according to the present invention.
4 is a view showing an example of the relationship analysis of the friction inclination-friction coefficient of the natural river induced by the curve fitting method according to the present invention.
5 is an exemplary view showing an analysis of a friction coefficient according to the present invention.
6 is an exemplary view showing an analysis of parameters according to the present invention.
7 is a view showing an example of the relationship analysis of the flow rate-roughness coefficient of the natural river induced by the curve fitting method according to the present invention.
8 is a view showing an example of the relationship analysis of the friction gradient roughness coefficient of the natural river induced by the curve fitting method according to the present invention.
9 is an exemplary view showing the analysis of the roughness coefficient according to the present invention.
10 is an exemplary view showing an analysis of parameters according to the present invention.
11 is an exemplary view showing the relationship of the dimensionless flow rate to the relative diving ratio in the field data of the natural river of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It is to be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

도 1은 본 발명에 따른 자연하천의 현장자료를 이용한 저항계수의 산정장치를 나타내는 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자연하천의 현장자료를 이용한 저항계수의 산정방법을 나타내는 흐름도이다.
1 is a block diagram illustrating a device for calculating a resistance coefficient using field data of a natural river according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of calculating a resistance coefficient using field data of a natural river according to the present invention.

도면을 참조하면, 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치(10)는, 실측자료 입력모듈(110), 마찰계수 산출모듈(120), 마찰계수 분석모듈(130), 조도계수 산출모듈(140), 조도계수 분석모듈(150), 무차원 유속 산출모듈(160)과 저항계수 출력모듈(150)을 포함할 수 있다.
Referring to the drawings, the device for calculating the coefficient of resistance using the actual measurement data of natural and vegetation stream 10, the measurement data input module 110, friction coefficient calculation module 120, friction coefficient analysis module 130, The illumination coefficient calculation module 140, the illumination coefficient analysis module 150, the dimensionless flow rate calculation module 160, and the resistance coefficient output module 150 may be included.

실측자료 입력모듈(110)은 자연하천의 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌로 이루어지는 하상자료를 포함하는 현장 실측자료를 입력받는다(S101). 하상자료는 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속 및 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지고, 식생자료는 초목, 관목 및 교목에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속 및 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어질 수 있다.
The measurement data input module 110 receives field measurement data including riverbed data consisting of sand, gravel, pebbles, and amber stones of natural rivers (S101). The bed data consists of a range of minimum and maximum values for sand, gravel, pebbles and amber stones, friction slope, median particle diameter, mean velocity and depth, and vegetation data for vegetation, shrubs and trees. It can consist of a range of minimum and maximum values for the median diameter, average velocity and depth.

마찰계수 산출모듈(120)은 실측자료 입력모듈(110)에 입력된 자연하천의 현장 실측자료에 대한 마찰계수(f)를 산출할 수 있다(S102). 마찰계수의 관계식은 하상자료를 구성하는 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대해 각각 회귀분석법을 통해 유량과 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선적합법을 통해 유도될 수 있다.
Friction coefficient calculation module 120 may calculate a friction coefficient (f) for the field measurement data of the natural river input to the measurement data input module 110 (S102). The coefficient of friction coefficient can be derived from the curve fitting method of power function type, which is a function of flow rate and friction inclination, through regression analysis for sand, gravel, pebble and amber stone, respectively.

마찰계수 분석모듈(130)에서는 마찰계수 산출모듈(120)을 통해 산출된 마찰계수에서 자연하천의 자료에 대해 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 통해 자연하천에 대한 마찰계수와 이 마찰계수에서의 매개변수(fQ1 /4/Sf 1 /3)의 분포특성을 분석할 수 있다(S103).
In the coefficient of friction analysis module 130, the coefficient of friction for natural rivers and the friction of natural rivers are analyzed through a box-whisker quartile method on the data of natural rivers from the coefficient of friction calculated by the coefficient of friction calculation module 120. the distribution of the intermediate characteristic in the coefficient variable (fQ 1/4 / S f 1/3) can be analyzed (S103).

또한, 조도계수 산출모듈(140)는 실측자료 입력모듈(110)에 입력된 자연하천의 현장 실측자료에 대한 조도계수(n)를 산출할 수 있다(S104). 조도계수의 관계식은 하상자료를 구성하는 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대해 각각 회귀분석법을 통해 유량과 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선적합법을 통해 유도될 수 있다.
In addition, the illuminance coefficient calculation module 140 may calculate an illuminance coefficient (n) for the field actual measurement data of the natural river input to the actual measurement data input module 110 (S104). The relation of roughness coefficient can be derived from the curve fitting method of power function type, which is a function of flow rate and friction inclination, through regression analysis for sand, gravel, pebble and amber stone, respectively.

조도계수 분석모듈(150)에서는 조도계수 산출모듈(140)을 통해 산출된 조도계수에서 자연하천의 자료에 대해 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 통해 자연하천에 대한 조도계수와 이 조도계수에서의 매개변수(fQ1 /8/Sf 1 /6)의 분포특성을 분석할 수 있다(S105).
In the roughness coefficient analysis module 150, the roughness coefficient for natural rivers and the roughness coefficient for natural rivers are analyzed through a box-whisker quartile method for the data of natural rivers from the roughness coefficient calculated by the roughness coefficient calculation module 140. the distribution of the intermediate characteristic in the variable number (fQ 1/8 / S f 1/6) can be analyzed (S105).

이러한, 마찰계수 분석모듈(130) 및 조도계수 분석모듈(150)을 통해 분석된 데이터들은 저항계수 출력모듈(170)을 통해 출력된다(S106).
The data analyzed through the friction coefficient analysis module 130 and the roughness coefficient analysis module 150 are output through the resistance coefficient output module 170 (S106).

박스-휘스커 분석법은, 통계적으로 분석된 자료를 표시하기 위해 상자(박스)를 사용하는 것으로, 이 상자의 아래와 윗부분은 항상 1/4분위와 3/4분위를 위치시키며, 상자의 중앙에는 2/4분위인 중앙값(median)을 위치시킨다. 그리고, 최대값과 최소값은 맨 아래와 맨 위에 위치시키고 있다. 이러한 분석법을 통해 많은 자료의 통계적 분석이 용이함은 물론 자료의 변동성(variability) 파악을 용이하게 할 수 있다.
The box-whisker method uses a box to display statistically analyzed data, with the bottom and top of the box always positioned at the first and third quarters, with 2 / in the middle of the box. Place the median, which is the quartile. The maximum and minimum values are at the bottom and top. Such analytical methods not only facilitate the statistical analysis of many data, but also facilitate the identification of data variability.

또한, 본 발명의 조도계수 산정장치(10)의 무차원 유속 산출모듈(160)에서는 곡선적합법을 이용하여 자연하천 하상자료의 상대 잠수비에 따른 무차원 유속의 관계를 산출할 수 있다.
In addition, in the dimensionless flow rate calculation module 160 of the roughness coefficient calculating device 10 of the present invention, it is possible to calculate the relationship between the dimensionless flow rate according to the relative diving ratio of the natural river stream data using the curve fitting method.

본 발명에 따른 자연하천의 현장 실측자료는 하상자료 1,875개의 데이터로 구성하였다. 이들 데이터는 유량과 마찰경사에 대한 마찰계수(f), 조도계수(n)의 분포분석 및 관계식 유도, 상대 잠수비에 대한 무차원 유속의 관계식 도출을 위해 사용하였다.
Field measurement data of natural rivers according to the present invention consisted of 1,875 stream data. These data were used to analyze the distribution of friction coefficients (f) and roughness coefficients (n) for flow rate and friction slope, and to derive relations and to derive the dimensionless flow relations for relative diving ratios.

하상자료는 모래(sand), 자갈(gravel), 조약돌(cobble) 및 호박돌(boulder)로 구분하여 분류하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 이들 하상자료와 식생자료는 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심의 최소값과 최대값의 범위로 나타낸다.Riverbed data are classified into sand, gravel, cobble and boulder. As shown in Table 1, these bed data and vegetation data are presented in the ranges of the minimum and maximum values of flow rate, friction slope, median diameter, average flow velocity, and depth.

[표 1][Table 1]

Figure 112012054021155-pat00001

Figure 112012054021155-pat00001

본 발명에서는 표 1에 나타낸 현장 실측자료들을 이용하여, 마찰계수(f) 및 조도계수(n)에 대한 마찰경사(Sf)와 유량(Q) 뿐만 아니라, 각 매개변수(fQ1 /4/Sf 1 /3 및 nQ1 /8/Sf 1 /6) 및 상대 잠수비에 대한 무차원 유속의 관계식(h/ds ∼V/u*)에 대한 분석을 각각 수행한다.
In the present invention, using the field actually measured data shown in Table 1, coefficient of friction (f) and friction slope of the roughness number (n) (S f) and flow rate (Q), as well as respective parameters (fQ 1/4 / S f and performs an analysis of the 1/3 and nQ 1/8 / S f 1 /6) and the relational expression of the non-dimensional flow rate for the external diving ratio (h / d s ~V / u *) , respectively.

특히, 마찰계수(f), 조도계수(n), 매개변수는 박스-휘스커 4분위 분석에 의해 수행되고, 4분위(%) 분석은 대상 자료의 상위 1%인 최소값이 맨 아래 수평선으로 표시되고, 가운데 상자의 중심에는 중앙값 및 그 위와 아래에는 상위 25%, 75% 값이 표시되며, 맨 위쪽 수평선이 100%인 최대값을 나타낸다.
In particular, the coefficient of friction (f), roughness (n), and parameters are performed by box-whisker quartile analysis, where the quartile (%) analysis is represented by the bottom horizontal line with the minimum value of the top 1% of the subject data. , In the center of the box, the median is displayed, and above and below the top 25% and 75%, with the top horizontal line at 100%.

또한, 마찰계수 및 조도계수 등의 저항계수에 대한 관계식을 유도하기 위해 다음의 관계식(식 1)을 사용한다.In addition, the following relational expression (Equation 1) is used to derive a relational expression for resistance coefficients such as friction coefficient and roughness coefficient.

[식 1][Formula 1]

Figure 112012054021155-pat00002
Figure 112012054021155-pat00002

(여기서,

Figure 112012054021155-pat00003
인 전단속도, V는 평균유속, Rh는 동수반경, g는 중력가속도, ρ는 물의 밀도이다)
(here,
Figure 112012054021155-pat00003
Phosphorus shear rate, V is the mean velocity, R h is the hydraulic radius, g is the gravitational acceleration, ρ is the density of the water)

무차원 유속은 하상변형이 없는 수리학적으로 거친 경계에서, 모래보다 거친 하상자료를 갖는 하천의 흐름 저항은 다음의 관계식(식 2)을 통해 대략화 할 수 있다.The dimensionless flow rate can be approximated by the following equation (Equation 2) at a hydraulically rough boundary without bed deformation.

[식 2][Formula 2]

Figure 112012054021155-pat00004
Figure 112012054021155-pat00004

여기에서, ks'≒3d90 또는 ks'≒6d50으로 대략화 할 수 있는데, ks'는 입자조도이고, d50 및 d90은 입자의 중량통과 백분율로 50% 및 90%에 해당하는 입경이며, Rh는 동수반경을 나타낸다.Here, k s ' ≒ 3d 90 or k s ' ≒ 6d 50 can be approximated, where k s ' is the particle roughness and d 50 and d 90 correspond to 50% and 90% of the weight percent of the particles. the particle diameter, R h represents a hydraulic radius.

무차원 유속은 실용 목적상 상대 수심비(h/d50)의 광범위한 자료에 대해 적용할 수 있으며, 이는 대략화를 통해 다음의 관계식(식 3)으로 사용할 수 있다.Dimensional flow rates can be applied to a wide range of relative depth ratios (h / d 50 ) for practical purposes, which can be approximated using the following equation (Equation 3).

[식 3][Formula 3]

Figure 112012054021155-pat00005

Figure 112012054021155-pat00005

또한, 매닝-스트리클러(Manning-Strickler)의 멱함수 방정식은 조도계수가 중앙입경 d50에 대해 n=0.064d50 1 /6인 경우에 다음의 관계식(식 4)으로 사용할 수 있다.Moreover, Manning - in the case of streaming cluster power function equation is n = 0.064d 50 1/6 roughness meter number with respect to the center of the particle diameter d 50 (Manning-Strickler) may be used in the following relation (equation 4).

[식 4][Formula 4]

Figure 112012054021155-pat00006

Figure 112012054021155-pat00006

따라서, 수리학적으로 거친 경계에서 관계식(식 2)은 상대 잠수비(h/d50)와 무차원 유속(V/v*)의 관계는 다음의 관계식(식 5)으로 사용할 수 있다.Therefore, the relational expression (Equation 2) at the hydraulically rough boundary can be used as the relational expression (Equation 5) of the relative diving ratio (h / d 50 ) and the dimensionless flow rate (V / v * ).

[식 5][Formula 5]

Figure 112012054021155-pat00007

Figure 112012054021155-pat00007

[실험예 1] 자연하천의 마찰계수(f)Experimental Example 1 Friction Coefficient of Natural River (f)

마찰계수(f)의 관계식은 도 3 및 도 4와 같이 하상재료를 구성하는 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌 자료에 대해 각각 회귀분석을 통해 유량(Q)과 마찰경사(Sf)를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선적합에 의해 유도되었다.
The relationship between the friction coefficient (f) is a function of the flow rate (Q) and the friction slope (S f ) through the regression analysis for the sand, gravel, pebble and amber stone data constituting the bed material as shown in Figs. It is derived by the curve fitting of power function type.

또한, 도 5 및 도 6과 아래의 표 2는 박스-휘스커 분석에 의해 자연하천 실측자료에 대한 마찰계수(f)와 매개변수(

Figure 112012054021155-pat00008
)의 변동성을 분석한 결과이다.5 and 6 and Table 2 below show friction coefficients (f) and parameters (for natural river measurement data) by box-whisker analysis.
Figure 112012054021155-pat00008
) Is the result of analyzing the variability of.

[표 2][Table 2]

Figure 112012054021155-pat00009

Figure 112012054021155-pat00009

도 4의 마찰계수(f)에 대한 자연하천 자료에서 박스-휘스커 분석에 의한 결과는 표 2와 같이, 179개 모래자료는 0.001 ∼ 2.188, 992개 자갈 자료는 0.006 ∼ 6.121, 651개 조약돌 자료는 0.015 ∼ 21.462, 53개 호박돌 자료는 0.034 ∼ 14.592, 1,875개 전체 자료에서는 0.001 ∼ 21.462로 각각 나타났고, 도 5의 마찰계수(f)와 매개변수(

Figure 112012054021155-pat00010
)에 대한 분석결과를 비교할 때 평균값/중앙값과 상위(3/4)/상위(1/4)의 평균값에서 각각 2.8, 3.9 및 1.6, 2.4로 나타났다.
As a result of the box-whisker analysis in the natural river data for the coefficient of friction (f) of FIG. 4, the 179 sand data are 0.001 to 2.188, and the 992 gravel data are 0.006 to 6.121 and 651 pebble data. 0.015 to 21.462 and 53 amber stones were 0.034 to 14.592 and 1,875 to 0.001 to 21.462, respectively, and the friction coefficient (f) and the parameters (
Figure 112012054021155-pat00010
), 2.8, 3.9, 1.6, and 2.4 were found for the mean / median and upper (3/4) and upper (1/4) mean values, respectively.

자연하천에서 마찰계수 관계식은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 유량과 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형으로 유도되었으며, 그 결과는 표 3에 보다 상세하게 나타난다.In natural rivers, friction coefficient relations were derived as power function functions as a function of flow rate and friction inclination, as shown in FIGS. 3 and 4, and the results are shown in more detail in Table 3.

[표 3][Table 3]

Figure 112012054021155-pat00011

Figure 112012054021155-pat00011

표 3에 나타낸 바와 같이, 4개의 하상재료 별로 유도된 저항계수 관계식은 입자가 작을수록 결정계수 값이 작게 나오고, 이는 수리량의 분포 범위가 상당히 크기 때문에 통계적인 측면에서는 유효성이 낮으나, 호박돌과 조약돌은 결정계수가 비교적 양호해 수공실무에서 강수-유출에 의한 계획 홍수량이 주어졌거나 수로경사 또는 마찰경사를 결정한 상태에서 예비조사 등을 위한 마찰계수 산정에는 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 이들 중 유량자료를 이용한 마찰계수 산정이 마찰경사에 의한 경우보다 유익할 것으로 판단된다.
As shown in Table 3, the resistance coefficient relation derived from each of the four bed materials shows that the smaller the grain size, the smaller the coefficient of crystal coefficient, which is less effective in terms of statistics because of the large distribution range of repair amount. The crystal coefficient is relatively good, so it is useful to estimate the friction coefficient for preliminary investigations in the case of the planned flooding due to precipitation-runoff in the hand practice or the channel slope or friction slope. In addition, friction coefficient calculation using flow rate data is more useful than friction inclination.

[실험예 2] 자연하천의 조도계수(n)Experimental Example 2 Roughness Coefficient of Natural River (n)

자연하천의 1,875개의 하상자료는 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌로 구성된다. 이들 자료를 사용하여 조도계수 관계식은 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 회귀분석을 통해 유량(Q)과 마찰경사(Sf)를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선적합법에 의해 유도될 수 있다.1,875 riverbeds of natural streams consist of sand, gravel, pebbles, and amber stones. Using these data, the roughness coefficient relation can be derived by the curve fitting method of power function type as a function of flow rate (Q) and friction slope (S f ) through regression analysis, as shown in FIGS. 7 and 8. have.

또한, 도 9 및 도 10과 다음의 표 4는 박스-휘스커 분석에 의해 자연하천 자료에 대한 조도계수(n)와 매개변수(

Figure 112012054021155-pat00012
)의 변동성을 분석한 결과이다.9 and 10 and Table 4 below show roughness coefficients (n) and parameters (for natural river data by box-whisker analysis).
Figure 112012054021155-pat00012
) Is the result of analyzing the variability of.

[표 4][Table 4]

Figure 112012054021155-pat00013

Figure 112012054021155-pat00013

도 9의 조도계수(n)에 대한 자연하천 자료에서 박스-휘스커 분석결과는 표 4에 나타낸 바와 같이, 179개 모래자료는 0.004 ∼ 0.151, 992개 자갈 자료는 0.008 ∼ 0.250, 651개 조약돌 자료는 0.015 ∼ 0.327, 53개 호박돌 자료는 0.023 ∼ 0.444, 1,875개 전체 자료에서는 0.004 ∼ 0.444로 각각 나타났다.
As shown in Table 4, the box-whisker analysis results for natural river data for roughness coefficient (n) of FIG. 9 are 0.004 to 0.151 for 179 sand data, 0.008 to 0.250 for 992 gravel data, and 651 for pebble data. The data of 0.015 to 0.327 and 53 amber stones were 0.023 to 0.444 and 1,875 data of 0.004 to 0.444 respectively.

도 10의 조도계수(n)와 매개변수(

Figure 112012054021155-pat00014
)에 대한 분석결과를 비교할 때, 평균값/중앙값과 상위(3/4)/상위(1/4)의 평균값에서 각각 1.3, 1.9 및 1.6, 4.3으로 나타났다.
Roughness coefficient (n) and parameters (
Figure 112012054021155-pat00014
), 1.3, 1.9, 1.6, and 4.3 were found in the mean value, the median value, and the upper value (3/4) and the upper value (1/4), respectively.

자연하천에서 조도계수 관계식은 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 유량과 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형으로 유도되었으며, 그 결과는 다음의 표 5에 상세하게 나타낸다.In natural rivers, roughness coefficient relations were derived as power function functions as a function of flow rate and friction inclination, as shown in FIGS. 7 and 8, and the results are shown in detail in Table 5 below.

[표 5][Table 5]

Figure 112012054021155-pat00015

Figure 112012054021155-pat00015

표 5에서와 같이 4개의 하상재료별로 유도된 조도계수의 관계식은 마찰계수의 경우와 비슷하게 입자가 작을수록 결정계수 값이 작게 나왔다. 이는 수리량의 분포 범위가 상당히 크고, 실측치 조도계수 값의 분포범위가 마찰계수의 경우보다 작기 때문에 결정계수 값은 조금 낮게 나와 통계적인 측면에서는 유효성이 낮으나, 강수-유출에 의한 계획 홍수량이 주어졌거나 수로경사 또는 마찰경사를 결정한 상태에서 예비조사 등을 위한 조도계수 산정에는 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
As shown in Table 5, the relationship between the roughness coefficients derived from the four bed materials is similar to that of the friction coefficient. This is because the distribution of hydraulic volume is considerably large and the measured roughness coefficient is smaller than that of friction coefficient, so the coefficient of determination is slightly lower and is less effective in terms of statistics. It may be useful to calculate roughness coefficients for preliminary investigations in the course of determining water slope or friction slope.

또한, 조도계수의 관계식에 의한 조도계수의 산정은 유량자료나 마찰경사 자료 어느 것을 이용해도 비슷한 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
In addition, the calculation of roughness coefficient by the relational coefficient of roughness coefficient can be similarly obtained by using either flow rate data or friction inclination data.

[상대 잠수비에 따른 무차원 유속의 관계][Relationship of Dimensionless Flow Rate by Relative Diving Cost]

도 11은 자연하천의 각 하상자료의 상대 잠수비(h/d50)에 따른 무차원 유속(V/v*)의 관계식을 곡선적합법을 통해 유도된 예시도이다.11 is an exemplary diagram derived from the curve fitting method of the relationship between the dimensionless flow rate (V / v * ) according to the relative diving ratio (h / d 50 ) of each stream data of the natural river.

도시한 바와 같이, 자연하천에서 매닝-스트리클러 관계식은 절편이 5보다 약간 큰 5.4, 기울기는 1/6보다 약간 작은 1/10을 갖는

Figure 112012054021155-pat00016
로 유도되었고, 또한, 자연하천에서 상대 잠수비(h/d50)에 대한 무차원 유속(V/v*)과의 관계식은 실용 목적 및 수리학적 거친 경계인 식보다 우수한 값을 갖는
Figure 112012054021155-pat00017
로 유도되었다.
As shown, the Manning-Strickler relation in natural streams has an intercept of 5.4 with the intercept being slightly larger than 5, and the slope being 1/10 smaller than 1/6.
Figure 112012054021155-pat00016
In addition, the relationship between the dimensionless flow rate (V / v * ) for the relative diving ratio (h / d 50 ) in natural streams has a better value than the equation for practical purpose and hydraulic rough boundary.
Figure 112012054021155-pat00017
Was induced.

[실험 결과][Experiment result]

본 발명에 사용된 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌로 구성된 자연하천의 자료는 표 6에 나타낸 바와 같이 저항계수의 값을 갖는 것으로 분석되었다.The data of natural rivers consisting of sand, gravel, pebbles and amber stones used in the present invention were analyzed to have resistance coefficient values as shown in Table 6.

[표 6]TABLE 6

Figure 112012054021155-pat00018

Figure 112012054021155-pat00018

표 6에 나타낸 바와 같이, 자연하천 자료의 마찰계수는 179개 모래 자료에서 0.001 ∼ 2.188, 992개 자갈 자료에서 0.006 ∼ 6.121, 651개 조약돌 자료에서 0.015 ∼ 21.462, 53개 호박돌 자료에서 0.034 ∼ 14.592, 전체 1,875개 자료에서는 0.001 ∼ 21.462로 나타났고, 조도계수는 179개 모래자료는 0.004 ∼ 0.151, 992개 자갈 자료는 0.008 ∼ 0.250, 651개 조약돌 자료는 0.015 ∼ 0.327, 53개 호박돌 자료는 0.023 ∼ 0.444, 1,875개 전체 자료에서는 0.004 ∼ 0.444로 나타나는 것을 알 수 있다.
As shown in Table 6, the coefficients of friction for natural stream data are 0.001 to 2.188 for 179 sand data, 0.006 to 6.121 for 992 gravel data and 0.015 to 21.462 for 651 pebble data and 0.034 to 14.592 for 53 amber stone data. A total of 1,875 data showed 0.001 to 21.462, and roughness coefficients ranged from 0.004 to 0.151 for 179 sand data and 0.008 to 0.250 for 992 gravel data and 0.015 to 0.327 for 651 pebble data and 0.023 to 0.444 for 53 amber stones. , 1,875 data shows 0.004-0.444.

박스-휘스커에 의한 분석 결과에서, 마찰계수는 상위 25%와 75%의 모래 자료에서 0.061 ∼ 0.209, 자갈 자료에서 0.061 ∼ 0.209, 조약돌 자료에서 0.071 ∼ 0.299, 호박돌 자료에서 0.128 ∼ 0.632, 자연하천 자료 전체의 평균은 0.08 ∼ 0.32로 나타났다. 또한, 조도계수는 모래 자료에서 0.025 ∼ 0.042, 자갈 자료에서 0.029 ∼ 0.051, 조약돌 자료에서 0.032 ∼ 0.057, 호박돌 자료에서 0.044 ∼ 0.101, 전체 자료의 평균은 0.03 ∼ 0.06으로 나타났다.
In the box-whisker analysis, the coefficient of friction is 0.061 to 0.209 for the top 25% and 75% of the sand data, 0.061 to 0.209 for the gravel data, 0.071 to 0.299 for the pebble data, 0.128 to 0.632 for the amber stone, and natural river data. The average of the whole was 0.08 to 0.32. In addition, the roughness coefficient was 0.025 to 0.042 in the sand data, 0.029 to 0.051 in the gravel data, 0.032 to 0.057 in the pebble data, 0.044 to 0.101 in the amber stone, and 0.03 to 0.06.

마찰계수 및 조도계수와 매개변수의 평균값/중앙값과 상위(3/4)/상위(1/4)의 분석 결과는 다음의 표 7와 같이 나타났다.The results of the analysis of friction coefficient, roughness coefficient and average / median and upper (3/4) and upper (1/4) of the parameters are shown in Table 7 below.

[표 7][Table 7]

Figure 112012054021155-pat00019

Figure 112012054021155-pat00019

표 7에 나타낸 바와 같이, 마찰계수와 매개변수의 평균값/중앙값과 상위(3/4)/상위(1/4) 평균값은 2.8, 3.9 및 1.6 2.4로 나타났고, 조도계수와 매개변수의 평균값/중앙값과 상위(3/4)/상위(1/4) 평균값은 1.3, 1.9 및 1.6, 4.3으로 나타났다.
As shown in Table 7, the mean / median and upper (3/4) / high (1/4) mean values of friction coefficients and parameters were 2.8, 3.9 and 1.6 2.4, and the mean values of roughness coefficients and parameters / Median and upper (3/4) / high (1/4) mean values were 1.3, 1.9, 1.6, and 4.3.

유량과 마찰경사를 함수로 하는 마찰계수의 관계식 및 조도계수의 관계식을 통하여 계획 홍수량이나 마찰경사가 결정된 예비조사 등의 개략적인 저항계수 산정에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
The relationship between friction coefficient and roughness coefficient as a function of flow rate and friction slope can be used to roughly calculate the coefficient of resistance such as preliminary investigation of planned flood and friction slope.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 자연하천의 현장 실측자료를 통하여 하천 흐름의 저항계수를 도출할 수 있고, 또한, 하상자료와 저항계수를 분석하여 그 종류별 분포 범위를 제시함으로써 유량과 마찰경사를 함수로 하는 마찰계수의 관계식 및 조도계수의 관계식을 통하여 계획 홍수량이나 마찰경사가 결정된 예비조사 등의 개략적인 저항계수 산정에 활용할 수 있는 특징이 있다.
As described above, according to the present invention, it is possible to derive the resistance coefficient of the stream flow through the field measurement data of the natural river, and also to analyze the flow data and the resistance coefficient and present the distribution range for each type to calculate the flow rate and friction inclination. Through the relationship between friction coefficient and roughness coefficient as a function, it can be used to roughly calculate resistance coefficients such as preliminary investigations in which planned flooding and friction inclination have been determined.

상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 조도계수 산출장치 110 : 실측자료 입력모듈
120 : 마찰계수 산출모듈 130 : 마찰계수 분석모듈
140 : 조도계수 산출모듈 150 : 조도계수 분석모듈
160 : 무차원 유속 산출모듈 170 : 조도계수 출력모듈
10: roughness coefficient calculation device 110: measured data input module
120: coefficient of friction calculation module 130: coefficient of friction analysis module
140: roughness coefficient calculation module 150: roughness coefficient analysis module
160: dimensionless flow rate calculation module 170: roughness coefficient output module

Claims (16)

자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법에 있어서,
상기 자연하천의 현장 실측자료인 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 하상자료를 입력모듈에 입력하는 제 1 단계;
마찰계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천에 대한 마찰계수를 산출하는 제 2 단계;
마찰계수 분석모듈이 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천의 마찰계수를 분석하는 제 3 단계;
조도계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천에 대한 조도계수를 산출하는 제 4 단계;
조도계수 분석모듈이 상기 제 4 단계에서 산출된 자연하천의 조도계수를 분석하는 제 5 단계;
저항계수 출력모듈이 분석된 각각의 마찰계수 및 조도계수를 출력하는 제 6 단계;를 포함하고,
상기 제 2 단계에서 마찰계수 산출은,
호박돌인 경우 fbou=2.56Q-0.56 및 fbou=51.6Sf 1.06, 조약돌인 경우 fcob=0.68Q-0.41 및 fcob=4.48Sf 0.58, 자갈인 경우 fgra=0.31Q-0.28 및 모래인 경우 fsan=0.16Sf -0.19의 관계식을 사용하며,
상기 제 4 단계에서 조도계수 산출은,
호박돌인 경우 nbou=0.41Q-0.20 및 nbou=0.59Sf 0.45, 조약돌인 경우 ncob=0.07Q-0.14 및 ncob=0.17Sf 0.23의 관계식을 사용하고,
상기 제 3 단계 및 제 5 단계에서는 상기 제 2 단계 및 제 4 단계에서 산출된 마찰계수 및 조도계수에 대한 최소값, 최대값 및 평균값으로 각각 분석되는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
(여기에서, Q는 유량, Sf는 마찰경사를 나타냄)
In the calculation method of the resistance coefficient using the actual field data of the natural river,
The first step of inputting the riverbed data consisting of the minimum value and the maximum value range for the flow rate, friction slope, median particle size, average flow rate, depth for the sand, gravel, pebble and amber stones which are actual measurement data of the natural river ;
A second step of calculating, by the coefficient of friction calculation module, a coefficient of friction for natural rivers from the field measurement data inputted through the input module;
A third step of analyzing, by the coefficient of friction analysis module, a coefficient of friction of the natural river calculated in the second step;
A fourth step of the illuminance coefficient calculating module calculating the illuminance coefficient for the natural river from the field measurement data inputted through the input module;
A fifth step of analyzing the roughness coefficient of the natural river calculated in the fourth step by the roughness coefficient analyzing module;
And a sixth step of outputting each friction coefficient and roughness coefficient analyzed by the resistance coefficient output module.
Friction coefficient calculation in the second step,
F bou = 2.56Q -0.56 and f bou = 51.6S f 1.06 for amber, f cob = 0.68Q -0.41 and f cob = 4.48S f 0.58 for cobblestone, f gra = 0.31Q -0.28 and gravel If f san = 0.16S f -0.19 ,
In the fourth step, the roughness coefficient is calculated,
For amber, use the relationship n bou = 0.41Q -0.20 and n bou = 0.59S f 0.45 , for pebble n cob = 0.07Q -0.14 and n cob = 0.17S f 0.23 ,
In the third and fifth stages, the resistance coefficients are calculated by using the field measurement data, characterized in that the minimum, maximum, and average values of the coefficients of friction and roughness calculated in the second and fourth stages are analyzed, respectively. Way.
(Where Q is the flow rate and S f is the friction slope)
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단계에서 상기 자연하천의 마찰계수는 상기 하상자료에 대해 각각 회구분석을 통해 유량 및 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선접합법에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
The method of claim 1,
In the second step, the friction coefficient of the natural stream is calculated by a power-of-function curve bonding method, which is a function of flow rate and friction inclination, respectively, through the regression analysis on the riverbed data. Method of calculating coefficients.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단계에서 상기 자연하천의 마찰계수는 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하여 분석되는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
The method of claim 1,
In the third step, the coefficient of friction of the natural river is calculated using the box-whisker (quartile) quartile method.
제 5 항에 있어서,
상기 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법은 매개변수(fQ1/4/Sf 1/3)를 이용하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
(여기서, f는 마찰계수, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사를 나타냄)
The method of claim 5, wherein
The Box-Whisker Quartile Analysis method uses a parameter (fQ 1/4 / S f 1/3 ) to calculate a resistance coefficient using field measurement data.
(Where f is friction coefficient, Q is flow rate (㎥ / s), and S f is friction inclination)
제 1 항에 있어서,
상기 제 4 단계에서 상기 자연하천의 조도계수는 상기 하상자료에 대해 각각 회구분석을 통해 유량 및 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선접합법에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
The method of claim 1,
In the fourth step, the roughness coefficient of the natural stream is calculated by a power-of-function curve joint method, which is a function of flow rate and friction inclination, respectively, through regression analysis on the riverbed data. Method of calculating coefficients.
제 1 항에 있어서,
상기 제 5 단계에서 상기 자연하천의 조도계수는 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하여 분석되는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
The method of claim 1,
In the fifth step, the roughness coefficient of the natural river is analyzed using a box-whisker quartile method.
제 8 항에 있어서,
상기 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법은 매개변수(nQ1/8/Sf 1/6)를 이용하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
(여기서, n은 조도계수, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사를 나타냄)
The method of claim 8,
The Box-Whisker Quartile Analysis method uses a parameter (nQ 1/8 / S f 1/6 ) to calculate a resistance coefficient using field measurement data.
(Where n is roughness coefficient, Q is flow rate (㎥ / s), and S f is friction inclination)
제 1 항에 있어서,
상기 제 5 단계 후에, 곡선적합을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 유속을 산출하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정방법.
The method of claim 1,
And after the fifth step, calculates a dimensionless flow rate for the relative diving ratio of the field measurement data using curve fitting.
자연하천의 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치에 있어서,
상기 자연하천의 현장 실측자료인 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 하상자료를 포함하는 현장 실측자료를 입력하는 실측자료 입력모듈;
상기 실측자료 입력모듈에 입력된 상기 현장 실측자료에 대한 마찰계수를 산출하는 마찰계수 산출모듈;
상기 마찰계수 산출모듈을 통해 산출된 마찰계수를 분석하는 마찰계수 분석모듈;
상기 실측자료 입력모듈에 입력된 상기 현장 실측자료에 대한 조도계수를 산출하는 조도계수 산출모듈;
상기 조도계수 산출모듈을 통해 산출된 조도계수를 분석하는 조도계수 분석모듈; 및
상기 마찰계수 분석모듈 및 조도계수 분석모듈에서 분석된 마찰계수와 조도계수를 출력하는 저항계수 출력모듈;을 포함하고,
상기 마찰계수 산출모듈은,
호박돌인 경우 fbou=2.56Q-0.56 및 fbou=51.6Sf 1.06, 조약돌인 경우 fcob=0.68Q-0.41 및 fcob=4.48Sf 0.58, 자갈인 경우 fgra=0.31Q-0.28 및 모래인 경우 fsan=0.16Sf -0.19의 관계식을 사용하여 마찰계수를 산출하며,
상기 조도계수 산출모듈은,
호박돌인 경우 nbou=0.41Q-0.20 및 nbou=0.59Sf 0.45, 조약돌인 경우 ncob=0.07Q-0.14 및 ncob=0.17Sf 0.23의 관계식을 사용하여 조도계수를 산출하고,
상기 마찰계수 분석모듈 및 조도계수 분석모듈은 산출된 마찰계수 및 조도계수에 대한 최소값, 최대값 및 평균값으로 각각 분석하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치.
(여기에서, Q는 유량, Sf는 마찰경사를 나타냄)
In calculating device of resistance coefficient using field measurement data of natural river,
Input field measurement data including riverbed data consisting of the minimum and maximum ranges for the flow rate, friction slope, median particle size, average velocity, and depth for sand, gravel, pebble, and amber stones, which are field measurement data of the natural river. Measured data input module;
A coefficient of friction calculation module for calculating a coefficient of friction for the field measurement data input to the measurement data input module;
A coefficient of friction analysis module for analyzing a coefficient of friction calculated through the coefficient of friction calculation module;
An illuminance coefficient calculation module for calculating an illuminance coefficient for the field measurement data inputted to the actually measured data input module;
An illuminance coefficient analysis module for analyzing the illuminance coefficient calculated by the illuminance coefficient calculation module; And
And a resistance coefficient output module configured to output the friction coefficient and the roughness coefficient analyzed by the friction coefficient analysis module and the roughness coefficient analysis module.
The friction coefficient calculation module,
F bou = 2.56Q -0.56 and f bou = 51.6S f 1.06 for amber, f cob = 0.68Q -0.41 and f cob = 4.48S f 0.58 for cobblestone, f gra = 0.31Q -0.28 and gravel In the case of, the coefficient of friction is calculated using the relation of f san = 0.16S f -0.19 ,
The illuminance coefficient calculation module,
For coarse stones, roughness coefficients are calculated using the relations n bou = 0.41Q -0.20 and n bou = 0.59S f 0.45 , and for pebble n cob = 0.07Q -0.14 and n cob = 0.17S f 0.23
The friction coefficient analysis module and roughness coefficient analysis module is a device for calculating the coefficient of resistance using the actual measurement data, characterized in that for analyzing the minimum, maximum and average value for the calculated friction coefficient and roughness coefficient, respectively.
(Where Q is the flow rate and S f is the friction slope)
삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 마찰계수 산출모듈은 상기 하상자료에 대해 각각 회귀분석을 통해 유량 및 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선접합법에 의해 자연하천의 마찰계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치.
The method of claim 11,
The friction coefficient calculation module calculates the friction coefficient of the natural river by a curve-joining method of the power function type, which is a function of flow rate and friction inclination, respectively, through regression analysis on the riverbed data. Counting device for coefficients.
제 11 항에 있어서,
상기 조도계수 산출모듈은 상기 하상자료에 대해 각각 회귀분석을 통해 유량 및 마찰경사를 함수로 하는 멱함수 형의 곡선접합법에 의해 자연하천의 조도계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치.
The method of claim 11,
The roughness coefficient calculation module calculates roughness coefficients of natural rivers by a curve-joining method of power function type, which functions as a function of flow rate and friction inclination, respectively, through regression analysis on the riverbed data. Counting device for coefficients.
제 11 항에 있어서,
상기 마찰계수 분석모듈 및 조도계수 분석모듈은 상기 마찰계수 산출모듈 및 조도계수 산출모듈을 통해 각각 산출된 마찰계수와 조도계수를 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하고,
마찰계수에 대한 박스-휘스커 4분위 분석법은 매개변수(fQ1/4/Sf 1/3)를 이용하며, 조도계수에 대한 박스-휘스커 4분위 분석법은 매개변수(nQ1/8/Sf 1/6)를 이용하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치.
The method of claim 11,
The friction coefficient analysis module and roughness coefficient analysis module uses a box-whisker quartile analysis method for the friction coefficient and the roughness coefficient calculated through the friction coefficient calculation module and the roughness coefficient calculation module, respectively,
The box-whisker quartile method for friction coefficients uses a parameter (fQ 1/4 / S f 1/3 ), and the box-whisker quartile method for roughness coefficients uses a parameter (nQ 1/8 / S f 1/6 ) A device for calculating the coefficient of resistance using field measurement data, characterized in that using.
제 11 항에 있어서,
회귀 분석법을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 유속를 산출하는 무차원 유속 산출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 저항계수의 산정장치.
The method of claim 11,
And a dimensionless flow rate calculation module for calculating a dimensionless flow rate for the relative diving ratio of the field measurement data using a regression analysis method.
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