KR101379332B1 - Method and apparatus for estimating roughness coefficient using field data of natural and vegetated rivers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하천의 흐름 저항에 대한 분석을 위해 자연하천의 하상자료와 식생하천의 식생재료로 구성된 현장 실측자료를 이용하여 조도계수를 산정하여 분석하는 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 입력모듈에 입력하는 제 1 단계; 조도계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천과 식생하천에 대한 조도계수를 산출하는 제 2 단계; 조도계수 분석모듈이 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천과 식생하천의 조도계수를 분석하는 제 3 단계; 및 조도계수 출력모듈이 분석된 각각의 조도계수를 출력하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention is an illuminometer using natural field and vegetation stream field measurement data to analyze the roughness coefficient by using field data composed of natural riverbed and vegetation material for analysis on the flow resistance of the river. A method and apparatus for calculating numbers.
The method of estimating the roughness coefficient using the field measurement data of the natural river and the vegetation stream of the present invention includes: a first step of inputting field measurement data of the natural river and the vegetation stream into an input module; A second step of the illuminance coefficient calculating module calculating an illuminance coefficient for the natural river and the vegetation stream from the field measurement data inputted through the input module; A third step of analyzing, by the roughness coefficient analysis module, the roughness coefficients of the natural and vegetation streams calculated in the second step; And a fourth step of outputting respective roughness coefficients analyzed by the roughness coefficient output module.

Description

자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING ROUGHNESS COEFFICIENT USING FIELD DATA OF NATURAL AND VEGETATED RIVERS}Method and Apparatus for Estimating Roughness Coefficient Using Field and Field Measurement Data of Natural and Vegetative Rivers {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING ROUGHNESS COEFFICIENT USING FIELD DATA OF NATURAL AND VEGETATED RIVERS}

본 발명은 조도계수 산정방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하천의 흐름 저항에 대한 분석을 위해 자연하천의 하상자료와 식생하천의 식생재료로 구성된 현장 실측자료를 이용하여 조도계수를 산정하여 분석하는 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for estimating roughness coefficient, and more specifically, to calculate roughness coefficient by using field data composed of natural riverbed and vegetation material of vegetation stream for analysis of flow resistance of river. The present invention relates to a method and apparatus for estimating roughness coefficients using on-site data of natural and vegetation streams 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 위치, 식생의 수종별 분포정도 및 범위 등에 따라 다양한 분포를 갖게 된다.
The resistance characteristics of vegetation in rivers are closely related to flow conditions and vegetation structure, which have various distributions depending on the topographical characteristics of rivers, the location of waterway sections, and the degree and extent of distribution 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 식생특성을 고려하여 조도계수를 산정할 수 있는 방법은 기대할 수 없다. 또한, 식생하천에서 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 roughness coefficient in consideration of vegetation characteristics cannot be expected. There is also a limit to understanding the underlying variability of all resistance to flow in vegetation streams.

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

또한, 본 발명은 하상자료와 식생자료에 대한 조도계수를 분석하여 그 종류별 분포 범위를 제시하고, 유량과 마찰경사를 함수로 하는 조도계수 관계식을 유도할 수 있는 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
In addition, the present invention analyzes the roughness coefficients for the riverbed data and vegetation data, suggests the distribution range for each type, and provides on-site data of natural and vegetation streams that can derive the roughness coefficient relational function as a function of flow rate and friction inclination. An object of the present invention is to provide a method and a device for calculating the roughness coefficient using the.

또한, 본 발명은 자연하천과 식생하천에서 상대 잠수비를 함수로 하는 무차원 전단속도 식을 유도함으로써 수공 실무에 유용하게 활용할 수 있는 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
In addition, the present invention is a method of estimating roughness coefficients using field measurement data of natural and vegetation rivers that can be usefully used for manual practice by deriving a dimensionless shear rate equation as a function of relative diving ratio in natural and vegetation streams. And for the provision of the device.

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 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 입력모듈에 입력하는 제 1 단계; 조도계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천과 식생하천에 대한 조도계수를 산출하는 제 2 단계; 조도계수 분석모듈이 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천과 식생하천의 조도계수를 분석하는 제 3 단계; 및 조도계수 출력모듈이 분석된 각각의 조도계수를 출력하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the method of calculating the roughness coefficient using the field measurement data of natural rivers and vegetation streams according to the present invention, the first step of inputting the field measurement data of natural rivers and vegetation streams to the input module; A second step of the illuminance coefficient calculating module calculating an illuminance coefficient for the natural river and the vegetation stream from the field measurement data inputted through the input module; A third step of analyzing, by the roughness coefficient analysis module, the roughness coefficients of the natural and vegetation streams calculated in the second step; And a fourth step of outputting respective roughness coefficients analyzed by the roughness coefficient output module.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 상기 자연하천의 현장 실측자료는 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 하상자료이고, 상기 식생하천의 현장 실측자료는 초본, 관목 및 교목에 대한 식생자료인 것을 특징으로 한다.
Method for calculating the roughness coefficient using the field measurement data according to the present invention, the field measurement data of the natural river is the riverbed data for sand, gravel, pebbles and amber stones, the field measurement data of the vegetation river is herbal, shrubs and trees Characterized in that the vegetation data for.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 상기 하상자료가 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
The method of estimating roughness coefficient using on-site actual measurement data according to the present invention includes a range of minimum and maximum values for 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 조도계수의 산정방법은, 상기 식생자료가 상기 초본, 관목 및 교목에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, a method of estimating roughness coefficient using field measurement data includes a range of minimum and maximum values for flow rate, friction slope, median particle size, average flow rate, and depth for the herbaceous plants, shrubs, and trees. It is characterized by.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 상기 제 2 단계에서 상기 자연하천의 조도계수는 아래의 관계식을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.In the method of calculating the roughness coefficient using field measurement data according to the present invention, the roughness coefficient of the natural river in the second step may be calculated using the following relational expression.

Figure 112012049657963-pat00001
,
Figure 112012049657963-pat00001
,

Figure 112012049657963-pat00002
Figure 112012049657963-pat00002

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αnat는 상수, βnat는 지수를 나타냄)
Where Q is the flow rate (㎥ / s), S f is the friction slope, α nat is a constant, and β nat is the exponent.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 상기 제 3 단계에서 상기 자연하천의 조도계수는 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하여 분석되는 것을 특징으로 한다.
The method of calculating the roughness coefficient using field measurement data according to the present invention is characterized in that in the third step, the roughness coefficient of the natural river is analyzed using a box-whisker quartile analysis method.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 상기 제 3 단계는, 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천의 조도계수와 이 조도계수에 대한 매개변수(nQ1/8/Sf 1/6)를 이용하여 분석되는 것을 특징으로 한다.
In the method of estimating the roughness coefficient using field measurement data according to the present invention, in the third step, the roughness coefficient of the natural river calculated in the second step and the parameter for the roughness coefficient (nQ 1/8 / S f 1/6 ).

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 상기 제 2 단계에서 상기 식생하천의 조도계수는 아래의 관계식을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.In the method of calculating the roughness coefficient using the field measurement data according to the present invention, the roughness coefficient of the vegetation stream in the second step is calculated using the following relational expression.

Figure 112012049657963-pat00003
Figure 112012049657963-pat00003

Figure 112012049657963-pat00004
Figure 112012049657963-pat00004

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αveg는 상수, βveg는 지수를 나타냄)
Where Q is the flow rate (m3 / s), S f is the friction gradient, α veg is a constant, and β veg is the exponent.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법은, 상기 제 4 단계 후에, 회귀 분석법을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 전단속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
The method of calculating the roughness coefficient using the field measurement data according to the present invention is characterized in that after the fourth step, a dimensionless shear rate for the relative diving ratio of the field measurement data is calculated using a regression analysis method.

본 발명에 따른 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치는, 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치에 있어서, 자연하천의 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 하상자료와, 식생하천의 초본, 관목 및 교목에 대한 식생자료를 포함하는 현장 실측자료를 입력하는 자료 입력모듈; 상기 입력모듈에 입력된 상기 현장 실측자료에 대한 조도계수를 산출하는 조도계수 산출모듈; 상기 조도계수 산출모듈을 통해 산출된 조도계수를 분석하는 조도계수 분석모듈; 및 상기 조도계수 분석모듈에서 분석된 조도계수를 출력하는 조도계수 출력모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Apparatus for estimating roughness coefficients using on-site data of natural and vegetation rivers according to the present invention is a device for estimating roughness coefficients using on-site data of natural and vegetation streams, including sand, gravel, pebble and A data input module for inputting field data including amber data on amber stones and vegetation data on herbs, shrubs and trees of vegetation streams; An illuminance coefficient calculation module for calculating an illuminance coefficient for the field measurement data inputted to the input module; An illuminance coefficient analysis module for analyzing the illuminance coefficient calculated by the illuminance coefficient calculation module; And an illuminance coefficient output module for outputting an illuminance coefficient analyzed by the illuminance coefficient analysis module.

본 발명에 따른 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치는, 회귀 분석법을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 전단속도를 산출하는 무차원 전단속도 산출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Apparatus for estimating roughness coefficient using field measurement data according to the present invention further includes a dimensionless shear rate calculating module for calculating a dimensionless shear rate for the relative diving ratio of the field measurement data using a regression analysis method. It is done.

본 발명의 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법 및 장치에 따르면, 현장 실측자료를 통하여 하천 흐름의 조도계수를 도출하고, 하상자료와 식생자료에 대한 조도계수를 분석하여 그 종류별 분포 범위를 제시하고, 유량과 마찰경사를 함수로 하는 조도계수 관계식을 유도함으로써 수공 실무에 유용하게 활용할 수 있는 이점이 있다.
According to the method and apparatus for estimating the roughness coefficient using the field measurement data of the natural river and the vegetation stream of the present invention, the roughness coefficient of the stream flow is derived through the field measurement data, and the roughness coefficients for the riverbed data and the vegetation data are analyzed. By presenting the distribution range for each type and deriving a roughness coefficient relation function as a function of flow rate and friction inclination, there is an advantage that it can be usefully used in manual practice.

또한, 본 발명은 자연하천과 식생하천에서 상대 잠수비를 함수로 하는 무차원 전단속도 식을 유도함으로써 수공 실무에 유용하게 활용할 수 있는 이점이 있다.
In addition, the present invention has the advantage that it can be usefully used in manual practice by inducing a dimensionless shear rate equation as a function of relative diving ratio in natural and vegetation streams.

도 1은 본 발명에 따른 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 회귀 분석법에 의해 유도된 자연하천의 유량-조도계수의 관계분석의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 회귀 분석법에 의해 유도된 자연하천의 마찰경사-조도계수의 관계분석의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 자연하천의 하상자료에 대한 조도계수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 자연하천의 하상자료에 대한 매개변수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 곡선 적합법에 의해 유도된 식생하천의 유량-조도계수의 관계분석의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 회귀 분석법에 의해 유도된 식생하천의 유량-조도계수의 관계분석의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 회귀 분석법에 의해 유도된 식생하천의 마찰경사-조도계수의 관계분석의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 식생하천의 식생자료에 대한 조도계수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 발명의 식생하천의 식생자료에 대한 매개변수의 분석을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 발명의 자연하천의 하상자료에서 상대 잠수비에 대한 전단 속도비의 관계를 나타내는 예시도이다.
도 12는 본 발명의 식생하천의 식생자료에서 상대 잠수비에 대한 전단 속도비의 관계를 나타내는 예시도이다.
1 is a block diagram showing an apparatus for estimating roughness coefficients using field measurement data of natural and vegetation streams according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of calculating roughness coefficients using field measurement data of natural and vegetation streams according to the present invention.
3 is a view showing an experimental example of the relationship analysis of the flow rate-roughness coefficient of the natural river induced by the regression analysis method according to the present invention.
4 is a view showing an experimental example of the relationship analysis of the friction gradient roughness coefficient of the natural river induced by the regression analysis method according to the present invention.
Figure 5 is an exemplary view showing the analysis of the roughness coefficient for the riverbed data of the natural river of the present invention.
Figure 6 is an exemplary view showing the analysis of parameters for riverbed data of natural rivers of the present invention.
7 is a view showing an experimental example of the relationship analysis of the flow rate-roughness coefficient of the vegetation stream induced by the curve fitting method according to the present invention.
8 is a diagram illustrating an experimental example of a relationship analysis of a flow rate-roughness coefficient of a vegetation stream induced by a regression analysis method according to the present invention.
9 is a diagram illustrating an experimental example of a relationship analysis of friction inclination-roughness coefficients of vegetation streams induced by a regression analysis method according to the present invention.
Figure 10 is an exemplary view showing the analysis of the roughness coefficient for vegetation data of the vegetation stream of the present invention.
11 is an exemplary view showing the analysis of the parameters for the vegetation data of the vegetation stream of the present invention.
11 is an exemplary view showing the relationship between the shear rate ratio to the relative diving ratio in the riverbed data of the natural river of the present invention.
12 is an exemplary diagram showing the relationship between the shear rate ratio to the relative diving ratio in the vegetation data of the vegetation stream 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 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치를 나타내는 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법을 나타내는 흐름도이다.
1 is a block diagram showing an apparatus for estimating roughness coefficients using field measurement data of natural and vegetation streams according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the roughness coefficients using field measurement data of natural and vegetation streams according to the present invention. It is a flowchart which shows a calculation method.

도면을 참조하면, 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치(100)는, 자료 입력모듈(110), 조도계수 산출모듈(120), 조도계수 분석모듈(130), 상대 잠수비 미 전단 속도비 산출모듈(140)과 조도계수 출력모듈(150)을 포함할 수 있다.
Referring to the drawings, the apparatus 100 for estimating the roughness coefficient using field measurement data of natural rivers and vegetation streams includes a data input module 110, a roughness coefficient calculating module 120, a roughness coefficient analyzing module 130, and a relative Diving ratio US shear rate ratio calculation module 140 and roughness coefficient output module 150 may be included.

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

조도계수 산출모듈(120)는 자료 입력모듈(110)에 입력된 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료에 대한 조도계수를 산출할 수 있다(S102). 조도계수 산출모듈(120)에서는 자연하천의 현장 실측자료에 대해 다음의 조도계수 관계식(식 1)을 통해 조도계수를 유도할 수 있다.The illuminance coefficient calculation module 120 may calculate an illuminance coefficient for the field measurement data of the natural river and the vegetation stream inputted to the data input module 110 (S102). In the illuminance coefficient calculation module 120, the illuminance coefficient may be derived from the following illuminance coefficient relational expression (Equation 1) for the field measurement data of the natural river.

[식 1][Formula 1]

Figure 112012049657963-pat00005
,
Figure 112012049657963-pat00005
,

Figure 112012049657963-pat00006
Figure 112012049657963-pat00006

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αnat는 상수, βnat는 지수를 나타낸다)
Where Q is the flow rate (m3 / s), S f is the friction gradient, α nat is a constant, and β nat is the exponent.

또한, 조도계수 산출모듈(120)에서는 식생하천의 현장 실측자료로부터 다음의 조도계수 관계식(식 2)을 통해 조도계수를 유도할 수 있다.In addition, the illuminance coefficient calculation module 120 may derive the illuminance coefficient from the field measurement data of the vegetation stream through the following illuminance coefficient relational expression (Equation 2).

[식 2][Formula 2]

Figure 112012049657963-pat00007
,
Figure 112012049657963-pat00007
,

Figure 112012049657963-pat00008
Figure 112012049657963-pat00008

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αveg는 상수, βveg는 지수를 나타낸다)
(Where Q is the flow rate (m 3 / s), S f is the friction slope, α veg is a constant, β veg is an index)

조도계수 분석모듈(130)은 각각의 조도계수 관계식을 통해 조도계수 산출모듈(120)에서 산출된 조도계수를 분석한다(S103). 조도계수 분석모듈(130)에서는, 자료의 변동성 파악을 용이하게 하기 위하여, 회귀 분석법(regression analysis) 및 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 통해 자연하천과 식생하천에 대한 조도계수와 이 조도계수에서의 매개변수(nQ1 /8/Sf 1 /6)의 분포특성을 분석할 수 있다. 이러한, 조도계수 분석모듈(130)을 통해 분석된 데이터들은 조도계수 출력모듈(150)을 통해 출력된다(S104).
The roughness coefficient analysis module 130 analyzes the roughness coefficient calculated by the roughness coefficient calculating module 120 through the respective roughness coefficient relational expressions (S103). Roughness coefficient analysis module 130, in order to facilitate understanding of the variability of the data, through the regression analysis and Box-Whisker quartile analysis, roughness coefficients for natural and vegetation streams the distribution of the intermediate characteristic in the roughness coefficient variable (nQ 1/8 / S f 1/6) can be analyzed. The data analyzed through the illuminance coefficient analysis module 130 is output through the illuminance coefficient output module 150 (S104).

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(100)의 무차원 전단속도 산출모듈(140)에서는 회귀 분석법을 이용하여 하상자료와 식생자료 대한 상대 잠수비와 전단 속도비의 관계를 산출할 수 있다.
In addition, in the dimensionless shear rate calculation module 140 of the roughness coefficient calculating device 100 of the present invention, it is possible to calculate the relationship between the relative diving ratio and the shear rate ratio for the bed data and the vegetation data by using a regression analysis method.

본 발명에 따른 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료는 하상자료 1,875개와 식생자료 739개로 총 2,614개의 데이터로 구성하였다. 이들 데이터는 유량과 마찰경사에 대한 매닝(Manning) 조도계수의 분포분석 및 관계식 유도, 상대 잠수비와 전단 속도비 관계식 도출을 위해 사용하였다.
Field measurement data of natural rivers and vegetation streams according to the present invention consisted of 2,614 pieces of data including 1,875 riverbed data and 739 vegetation data. These data were used to analyze the distribution of Manning's roughness coefficients for flow rate and friction inclination, to derive relations, and to derive relative diving ratio and shear velocity ratio relations.

하상자료는 모래(sand), 자갈(gravel), 조약돌(cobble) 및 호박돌(boulder)로 분류하고, 식생자료는 초본(grass), 관목(shrub) 및 교목(tree)으로 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, and vegetation data are classified into grass, shrub, and tree. 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 112012049657963-pat00009

Figure 112012049657963-pat00009

본 발명의 실험예에서는 표 1에 나타낸 현장 실측자료들을 이용하여, 매닝 조도계수(n)에 대한 마찰경사(Sf)와 유량(Q) 뿐만 아니라, 매개변수(nQ1 /8/Sf 1 /6) 및 상대 잠수비와 전단 속도비와의 관계식(매닝-스트리클러(manning-Strickler) 관계식)(h/ds ∼V/u*)에 대한 분석을 각각 수행한다.In the experimental example of the present invention using field measured data shown in Table 1, as well as the friction slope (S f) and flow rate (Q) of the Manning roughness number (n), parameters (nQ 1/8 / S f 1 / 6 ) and the relationship between relative diving ratio and shear rate ratio (manning-Strickler relation) (h / d s- V / u * ), respectively.

특히, 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 roughness coefficient (n) and the parameters are performed by box-whisker quartile analysis, and the quartile (%) analysis shows the minimum value of the top 1% of the target data as the bottom horizontal line. The median and above and below it are the top 25% and 75% values, representing the maximum value with 100% of the top horizontal line.

또한, 무차원 전단속도는 조도계수(n)를 유도하기 위해 다음의 관계식(식 3)을 사용한다.In addition, the dimensionless shear rate uses the following equation (Equation 3) to derive the roughness coefficient (n).

[식 3][Equation 3]

Figure 112012049657963-pat00010
Figure 112012049657963-pat00010

(여기서,

Figure 112012049657963-pat00011
인 전단속도이고, ρ는 물의 밀도이다.)
(here,
Figure 112012049657963-pat00011
Is the shear rate at which ρ is the density of the water.)

무차원 전단속도는 하상변형이 없는 수리학적으로 거친 경계에서, 모래보다 거친 하상자료를 갖는 하천의 흐름 저항은 다음의 관계식(식 4)을 통해 대략화 할 수 있다.The dimensionless shear rate can be approximated by the following equation (Equation 4) at the hydraulically rough boundary without bed deformation, and the flow resistance of streams with rougher bed data than sand.

[식 4][Formula 4]

Figure 112012049657963-pat00012
Figure 112012049657963-pat00012

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 전단속도는 실용 목적상 상대 수심비(h/d50)의 광범위한 자료에 대해 적용할 수 있으며, 이는 대략화를 통해 다음의 관계식(식 5)으로 사용할 수 있다.Dimensional shear rate can be applied to a wide range of data of relative depth ratio (h / d 50 ) for practical purposes, which can be approximated using the following equation (Equation 5).

[식 5][Formula 5]

Figure 112012049657963-pat00013

Figure 112012049657963-pat00013

또한, 매닝-스트리클러(Manning-Strickler)의 멱함수 방정식은 조도계수가 중앙입경 d50에 대해 n=0.064d50 1 /6인 경우에 다음의 관계식(식 6)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 equation (Equation 6).

[식 6][Formula 6]

Figure 112012049657963-pat00014

Figure 112012049657963-pat00014

따라서, 수리학적으로 거친 경계에서 관계식(식 4)은 상대 잠수비(h/d50)와 무차원 전단속도(V/v*)의 관계는 다음의 관계식(식 7)으로 사용할 수 있다.Therefore, the relational expression (Equation 4) at the hydraulically rough boundary can be used as the following relational expression (Equation 7).

[식 7][Equation 7]

Figure 112012049657963-pat00015

Figure 112012049657963-pat00015

[실험예 1] 자연하천의 조도계수(n)Experimental Example 1 Roughness Coefficient of Natural River (n)

자연하천의 1,875개의 하상자료는 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌로 구성된다. 이들 자료를 사용하여 매닝의 조도계수 관계식은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 유량(Q)과 마찰경사(Sf)를 함수로 하는 회귀 분석법에 의해 유도될 수 있다.1,875 riverbeds of natural streams consist of sand, gravel, pebbles, and amber stones. Using these data, Manning's roughness coefficient relation can be derived by regression analysis as a function of flow rate Q and friction slope S f , as shown in FIGS. 3 and 4.

자연하천에서 매닝의 조도계수 관계식은, 표 2에 나타낸 바와 같이, 유량 Q(㎥/s)과 마찰경사 Sf를 함수로 하는

Figure 112012049657963-pat00016
Figure 112012049657963-pat00017
인 멱함수 형으로 유도된다. 여기서, αnat, βnat는 자연하천의 매닝 조도계수 관계식에 대한 상수와 지수를 나타낸다.The roughness coefficient relation of manning in natural rivers is represented by the function of flow rate Q (m 3 / s) and friction slope S f as shown in Table 2.
Figure 112012049657963-pat00016
Wow
Figure 112012049657963-pat00017
It is derived from the power function form. Where α nat and β nat represent constants and exponents for the Manning roughness coefficient relation of natural rivers.

[표 2][Table 2]

Figure 112012049657963-pat00018
Figure 112012049657963-pat00018

표 2에 나타낸 바와 같이, 4개의 하상자료로 유도된 조도계수 관계식은 입자의 크기가 작을수록 결정계수 값이 작게 나타난다. 이는 수리량의 분포 범위가 상당히 크기 때문에 통계적인 측면에서는 유효성이 낮을 수 있으나, 모래를 제외한 호박돌, 조약돌의 관계식은 수공 실무에서 강수-유출에 의한 계획 홍수량이 주어지거나, 수로경사 또는 마찰경사를 결정한 상태에서는 조도계수 산정에 유용하게 사용할 수 있다.As shown in Table 2, the roughness coefficient derived from four bed data shows that the smaller the particle size, the smaller the coefficient of crystal coefficient. This may not be effective in terms of statistics because the distribution of hydraulic volume is quite large.However, the relationship between amber and pebble, except sand, is given by the planned flood volume due to precipitation and runoff, or by water slope or friction slope. In the state, it can be usefully used for calculating the roughness coefficient.

도 5 및 도 6은 각각 자연하천의 1,875개의 자료에 대한 매닝 조도계수(n)와 매개변수(nQ1 /8/Sf 1 /6)의 박스-휘스커 분석결과를 나타내고, 이러한 분석결과를 표 3에 보다 상세하게 나타낸다.5 and 6 the box Manning roughness number (n) and the parameter (nQ 1/8 / S f 1/6) to 1,875 of data of the respective natural river - represents a whisker analysis results, the table the results of this analysis 3 is shown in more detail.

[표 3][Table 3]

Figure 112012049657963-pat00019

Figure 112012049657963-pat00019

도 5의 조도계수(n)에 대한 자연하천 자료에서 박스-휘스커 분석결과는 표 3에서와 같이, 178개 모래 자료는 0.0041 ∼ 0.151, 992개 자갈 자료는 0.008 ∼ 0.250, 651개 조약돌 자료는 0.015 ∼ 0.327, 53개 호박돌 자료는 0.023 ∼ 0.444, 그리고 1,875개 전체 자료에서는 0.004 ∼ 0.444로 각각 나타났다.As shown in Table 3, the box-whisker analysis results in natural river data for roughness coefficient (n) of FIG. The data for amber 0.30.3 and 53 amber stones were 0.023 to 0.444, and the data for 1,875 were 0.004 to 0.444, respectively.

또한, 도 6의 조도계수(n)와 매개변수(nQ1 /8/Sf 1 /6)에 대한 분석결과를 비교할 때, 평균값/중앙값의 비와 상위(3/4)값/상위(1/4)값의 비에서 이들 평균값은 1.3, 1.9 및 1.6, 4.3으로 나타났다.
Further, also in the light meter 6 (n) and the parameter (nQ 1/8 / S f 1/6) as compared to the analysis results, the ratio of the average value and the upper / middle value (3/4) value / upper (1 These mean values were 1.3, 1.9, 1.6, and 4.3 at the ratio of / 4).

[실험예 2] 식생하천의 조도계수(n)Experimental Example 2 Roughness Coefficient of Vegetation River (n)

식생하천의 739개의 식생자료는 초본, 관목 및 교목으로 구성된다. 이들 자료를 사용하여 매닝의 조도계수 관계식은 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이 유량(Q)과 마찰경사(Sf)를 함수로 하는 회귀 분석법에 의해 유도될 수 있다.
The 739 vegetational data of vegetation streams consist of herbaceous plants, shrubs and trees. Using these data, Manning's roughness coefficient relation can be derived by regression analysis as a function of flow rate Q and friction slope S f , as shown in FIGS. 7 and 8.

식생하천에서 매닝의 조도계수 관계식은, 표 4에 나타낸 바와 같이, 유량 Q(㎥/s)과 마찰경사 Sf를 함수로 하는

Figure 112012049657963-pat00020
Figure 112012049657963-pat00021
인 멱함수 형으로 유도된다. 여기서, αveg, βveg는 식생하천에 대한 매닝 조도계수 관계식의 상수와 지수를 각각 나타낸다.In the vegetation stream, Manning's roughness coefficient relational equation is expressed as Table 4, where the flow rate Q (m 3 / s) and the friction slope S f are functions
Figure 112012049657963-pat00020
Wow
Figure 112012049657963-pat00021
It is derived from the power function form. Where α veg and β veg represent constants and exponents of Manning roughness coefficients for vegetation streams, respectively.

[표 4][Table 4]

Figure 112012049657963-pat00022

Figure 112012049657963-pat00022

표 4에 나타낸 바와 같이, 3개의 식생자료로 유도된 조도계수 관계식은 수종의 크기가 작을수록 결정계수 값이 작게 나타난다. 이는 수리량의 분포 범위가 상당히 크기 때문에 통계적인 측면에서는 유효성이 낮을 수 있으나, 이들 관계식은 수공 실무에서 강수-유출에 의한 계획 홍수량이 주어지거나, 수로경사 또는 마찰경사를 결정한 상태에서는 조도계수 산정에 유용하게 사용할 수 있다.
As shown in Table 4, the roughness coefficient derived from the three vegetation data shows that the smaller the species, the smaller the coefficient of determination. This may be less effective in terms of statistics because of the large distribution range of hydraulics, but these relations may be used to calculate roughness coefficients given the planned flood volume due to precipitation and runoff, or in determining waterway or friction slopes in manual practice. It can be useful.

도 9 및 도 10은 각각 식생하천의 739개의 자료에 대한 매닝 조도계수(n)와 매개변수(nQ1 /8/Sf 1 /6)의 박스-휘스커 분석결과를 나타내고, 이러한 분석결과를 표 5에 보다 상세하게 나타낸다.9 and 10 the box Manning roughness number (n) and the parameter (nQ 1/8 / S f 1/6) to 739 of data each vegetation rivers - represents a whisker analysis results, the table the results of this analysis 5 is shown in more detail.

[표 5][Table 5]

Figure 112012049657963-pat00023

Figure 112012049657963-pat00023

도 9의 조도계수(n)에 대한 식생하천 자료에서 박스-휘스커 분석결과는 표 5에서와 같이, 281개 초본 자료는 0.015 ∼ 0.250, 150개 관목 자료는 0.016 ∼ 0.250, 308개 교목 자료는 0.018 ∼ 0.310, 739개 전체 자료에서는 0.015 ∼ 0.310으로 각각 나타났다.In the vegetation stream data of the roughness coefficient (n) of FIG. 9, the box-whisker analysis results are as shown in Table 5, and 0.012 to 0.250 for 281 herbaceous materials, 0.016 to 0.250 for 150 shrubs, and 0.018 for 308 trees. In the total of ˜0.310 and 739 data, it was 0.015 to 0.310.

도 10의 조도계수(n)와 매개변수(nQ1 /8/Sf 1 /6)에 대한 분석결과를 비교할 때, 평균값/중앙값의 비와 상위(3/4)값/상위(1/4)값의 비에서 이들 평균값은 1.1, 1.6 및 1.1, 1.6으로 같은 비율을 갖는 것으로 나타났다.
Figure 10 roughness meter of the (n) and the parameter (nQ 1/8 / S f 1/6) as compared to the analysis results, the average value of the ratio and the upper / middle value (3/4) for the value / upper (1/4 In the ratio of), these mean values were 1.1, 1.6 and 1.1, 1.6, and showed the same ratio.

[상대 잠수비에 대한 무차원 전단속도의 관계][Relationship of Dimensionless Shear Rate for Relative Diving Ratio]

도 11 및 도 12는 자연하천과 식생하천의 각 자료의 상대 잠수비(h/d50)에 다른 무차원 전단속도(V/v*)의 관계식을 회귀 분석법을 통해 유도된 예시도이다.11 and 12 are exemplary diagrams derived through a regression analysis of the relationship between the non-dimensional shear rate (V / v * ) of the relative diving ratio (h / d 50 ) of each of the natural and vegetation stream.

도시한 바와 같이, 도 11에 나타낸 바와 같이, 자연하천에서 매닝-스트리클러 관계식은 절편이 5보다 약간 큰 5.4, 기울기는 1/6보다 약간 작은 1/10을 갖는

Figure 112012049657963-pat00024
로 유도되었고, 도 12에 나타낸 바와 같이, 식생하천에서의 매닝-스트리클러 관계식은 절편이 5보다 약간 큰 5.3, 기울기는 1/6보다 약간 작은 1/8.3을 갖는
Figure 112012049657963-pat00025
로 각각 유도되었다. 또한, 자연하천과 식생하천에서 상대 잠수비(h/d50)에 대한 무차원 전단속도(V/v*)와의 관계식은 실용 목적 및 수리학적 거친 경계인 식보다 우수한 값을 갖는
Figure 112012049657963-pat00026
로 유도되었다.
As shown in FIG. 11, 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 slightly smaller than 1/6.
Figure 112012049657963-pat00024
As shown in FIG. 12, the Manning-Strickler relationship in vegetation streams has 5.3 with the intercepts slightly larger than 5 and the slope with 1 / 8.3 slightly less than 1/6.
Figure 112012049657963-pat00025
To each. In addition, the relationship between the dimensionless shear rate (V / v * ) for the relative diving ratio (h / d 50 ) in natural and vegetation streams is better than that for practical purposes and hydraulic rough boundaries.
Figure 112012049657963-pat00026
Was induced.

[실험 결과][Experiment result]

본 발명에 사용된 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌로 구성된 자연하천의 자료와 초본, 관목 및 교목으로 구성된 식생하천의 자료는 표 6에 나타낸 바와 같이 매닝 조도계수(n)의 값을 갖는 것으로 분석되었다.The data of natural rivers composed of sand, gravel, pebbles, and amber stones and the vegetation rivers composed of herbs, shrubs, and trees were analyzed to have manning roughness coefficients (n) as shown in Table 6. .

[표 6]TABLE 6

Figure 112012049657963-pat00027
Figure 112012049657963-pat00027

이들 자료에서 매닝 조도계수(f)는, 자연하천의 179개 모래 자료에서 0.004 ∼ 0.151, 992개 자갈 자료에서 0.008 ∼ 0.250, 651개 조약돌 자료에서 0.015 ∼ 0.327, 53개 호박돌 자료에서 0.023 ∼ 0.444, 그리고 1,875개 전체 자료에서는 0.004 ∼ 0.444로 나타났다.Manning roughness coefficients (f) for these data range from 0.004 to 0.151 for 179 sands of natural rivers, 0.008 to 0.250 for 992 gravels, 0.05 to 0.327 for 651 pebble and 0.023 to 0.444 for 53 amber stones. And 1,875 data were 0.004 ~ 0.444.

또한, 식생하천에서는 281개 초본 자료에서 0.015 ∼ 0.250, 150개 관목 자료에서 0.016 ∼ 0.250, 308개 교목 자료에서 0.018 ∼ 0.310, 그리고 739개 전체 자료에서는 0.015 ∼ 0.310으로 나타났다.
Also, in vegetation streams, 0.011∼0.250 in 281 herbaceous materials, 0.016∼0.250 in 150 shrubs, 0.018∼0.310 in 308 arboretums, and 0.015∼0.310 in 739 total data.

표 7은 자연하천과 식생하천에 대한 박스-휘스커 분석 결과를 나타냈다.Table 7 shows the box-whisker analysis of natural and vegetation streams.

[표 7][Table 7]

Figure 112012049657963-pat00028
Figure 112012049657963-pat00028

표 7에 나타낸 바와 같이, 매닝 조도계수와 매개변수의 평균값/중앙값, 상위(3/4)분위/상위(1/4)분위 평균값은 자연하천에서 1.3, 1.9 및 1.6, 4.3으로 약간 차이를 갖는 것으로 나타났고, 식생하천에서는 1.3, 1.7 및 1.1, 1.6으로 그 값의 차이가 크지 않은 것을 알 수 있다.
As shown in Table 7, the mean / median manning roughness coefficients and parameters, and the upper (3/4) and upper (1/4) quartile averages, differ slightly from natural rivers to 1.3, 1.9, 1.6, and 4.3. In vegetation streams, it is found that 1.3, 1.7, 1.1, and 1.6 are not significantly different.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 통하여 하천 흐름의 조도계수를 도출할 수 있고, 또한, 하상자료와 식생자료의 조도계수를 분석하여 그 종류별 분포 범위를 제시함으로써 유량과 마찰경사를 함수로 하는 조도계수 관계식을 유도하여 수공 실무에 유용하게 활용할 수 있는 특징이 있다.
As described above, according to the present invention, it is possible to derive the roughness coefficient of the stream flow through the field measurement data of the natural river and the vegetation stream, and also present the distribution range for each type by analyzing the roughness coefficients of the river data and the vegetation data. By deriving the roughness coefficient relation function as a function of flow rate and friction inclination, it can be usefully used for manual work.

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.

100 : 조도계수 산출장치 110 : 자료 입력모듈
120 : 조도계수 산출모듈 130 : 조도계수 분석모듈
140 : 무차원 전단속도 산출모듈
150 : 조도계수 출력모듈
100: roughness coefficient calculation device 110: data input module
120: roughness coefficient calculation module 130: roughness coefficient analysis module
140: dimensionless shear rate calculation module
150: roughness coefficient output module

Claims (19)

자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법에 있어서,
상기 자연하천의 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 하상자료와, 상기 식생하천의 초본, 관목 및 교목에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 식생자료를 포함하는 현장 실측자료를 자료 입력모듈에 입력하는 제 1 단계;
조도계수 산출모듈이 상기 입력모듈을 통해 입력된 상기 현장 실측자료로부터 자연하천과 식생하천에 대한 조도계수를 각각 산출하는 제 2 단계;
조도계수 분석모듈이 박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하여 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천과 식생하천의 조도계수를 분석하는 제 3 단계; 및
조도계수 출력모듈이 분석된 각각의 조도계수를 출력하는 제 4 단계;를 포함하고,
상기 제 2 단계에서, 식생하천의 조도계수 산출시 상기 조도계수 산출모듈은 아래의 관계식
Figure 112013093244796-pat00049

Figure 112013093244796-pat00050

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αveg는 상수, βveg는 지수를 나타냄)
을 사용하여 식생하천의 조도계수를 산출하며,
자연하천의 조도계수 산출시 상기 조도계수 산출모듈은 아래의 관계식
Figure 112013093244796-pat00051
,
Figure 112013093244796-pat00052

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αnat는 상수, βnat는 지수를 나타냄)
을 사용하여 자연하천의 조도계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법.
In the method of estimating roughness coefficient by using field measurement data of natural river and vegetation river,
Riverbed data consisting of the minimum and maximum ranges for the flow rate, friction slope, median particle diameter, average velocity, and depth of sand, gravel, pebble and amber stone of the natural stream, and for herbs, shrubs and trees of the vegetation stream A first step of inputting field measurement data including vegetation data including a range of minimum and maximum values for flow rate, friction slope, median diameter, average flow rate, and depth;
A second step of the illuminance coefficient calculating module calculating the illuminance coefficients for the natural river and the vegetation stream from the field measurement data inputted through the input module;
A third step of analyzing the roughness coefficients of the natural and vegetation streams calculated in the second step by using a roughness coefficient analysis module using a Box-Whisker quartile method; And
And a fourth step of outputting the respective roughness coefficients analyzed by the roughness coefficient output module.
In the second step, when calculating the roughness coefficient of vegetation stream, the roughness coefficient calculating module is represented by
Figure 112013093244796-pat00049

Figure 112013093244796-pat00050

Where Q is the flow rate (m3 / s), S f is the friction gradient, α veg is a constant, and β veg is the exponent.
To calculate the roughness coefficient of the vegetation stream,
When calculating the roughness coefficient of natural river, the roughness coefficient calculating module is expressed as follows.
Figure 112013093244796-pat00051
,
Figure 112013093244796-pat00052

Where Q is the flow rate (㎥ / s), S f is the friction slope, α nat is a constant, and β nat is the exponent.
Calculation method of roughness coefficient using field measurement data, characterized in that to calculate the roughness coefficient of the natural river using.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단계는, 상기 제 2 단계에서 산출된 자연하천의 조도계수와 이 조도계수에 대한 매개변수(nQ1/8/Sf 1/6)를 이용하여 분석되는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법.
The method of claim 1,
The third step is analyzed by using the roughness coefficient of the natural river calculated in the second step and the parameter (nQ 1/8 / S f 1/6 ) for this roughness coefficient Calculation method of roughness coefficient using
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단계는, 상기 제 2 단계에서 산출된 식생하천의 조도계수와 이 조도계수에 대한 매개변수(nQ1/8/Sf 1/6)를 이용하여 분석되는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법.
The method of claim 1,
The third step is analyzed by using the roughness coefficient of the vegetation stream calculated in the second step and the parameter (nQ 1/8 / S f 1/6 ) for this roughness coefficient. Calculation method of roughness coefficient using
제 1 항에 있어서,
상기 제 4 단계 후에, 회귀 분석법을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 전단속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정방법.
The method of claim 1,
And after the fourth step, calculating the dimensionless shear rate for the relative diving ratio of the field measurement data using a regression analysis method.
자연하천과 식생하천의 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치에 있어서,
자연하천의 모래, 자갈, 조약돌 및 호박돌에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 하상자료와, 식생하천의 초본, 관목 및 교목에 대한 유량, 마찰경사, 중앙입경, 평균유속, 수심에 대한 최소값과 최대값의 범위로 이루어지는 식생자료를 포함하는 현장 실측자료를 입력하는 자료 입력모듈;
상기 자료 입력모듈에 입력된 상기 현장 실측자료에 대한 자연하천 및 식생하천의 조도계수를 각각 산출하는 조도계수 산출모듈;
박스-휘스커(Box-Whisker) 4분위 분석법을 사용하여 상기 조도계수 산출모듈을 통해 산출된 조도계수를 분석하는 조도계수 분석모듈; 및
상기 조도계수 분석모듈에서 분석된 조도계수를 출력하는 조도계수 출력모듈;을 포함하고,
상기 조도계수 산출모듈은,
식생하천의 조도계수 산출시 아래의 관계식
Figure 112013093244796-pat00053

Figure 112013093244796-pat00054

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αveg는 상수, βveg는 지수를 나타냄)
을 사용하여 식생하천의 조도계수를 산출하며,
자연하천의 조도계수 산출시 아래의 관계식
Figure 112013093244796-pat00055
,
Figure 112013093244796-pat00056

(여기서, Q는 유량(㎥/s), Sf는 마찰경사, αnat는 상수, βnat는 지수를 나타냄)
을 사용하여 자연하천의 조도계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치.
Apparatus for Estimating Roughness Coefficient Using Field Measurement Data of Natural River and Vegetation River,
Riverbed data consisting of the minimum and maximum ranges of flow, sand, gravel, pebble and amber stones in natural streams, frictional slopes, median particle diameters, average flow rates, and depths, and flow rates for vegetation, grasses and trees, A data input module for inputting field measurement data including vegetation data consisting of a range of minimum and maximum values for friction inclination, median particle size, average flow velocity, and depth;
An illuminance coefficient calculation module for calculating an illuminance coefficient of a natural river and a vegetation stream with respect to the field measurement data inputted to the data input module;
An illuminance coefficient analysis module analyzing an illuminance coefficient calculated through the illuminance coefficient calculation module using a box-whisker quartile method; And
And an illuminance coefficient output module configured to output an illuminance coefficient analyzed by the illuminance coefficient analysis module.
The illuminance coefficient calculation module,
The following relation when calculating the roughness coefficient of vegetation stream
Figure 112013093244796-pat00053

Figure 112013093244796-pat00054

Where Q is the flow rate (m3 / s), S f is the friction gradient, α veg is a constant, and β veg is the exponent.
To calculate the roughness coefficient of the vegetation stream,
The following relation for calculating the roughness coefficient of natural rivers
Figure 112013093244796-pat00055
,
Figure 112013093244796-pat00056

Where Q is the flow rate (㎥ / s), S f is the friction slope, α nat is a constant, and β nat is the exponent.
Estimate the roughness coefficient using the actual field data, characterized in that to calculate the roughness coefficient of the natural river using.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 13 항에 있어서,
회귀 분석법을 이용하여 상기 현장 실측자료의 상대 잠수비에 대한 무차원 전단속도를 산출하는 무차원 전단속도 산출모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 실측자료를 이용한 조도계수의 산정장치.
14. The method of claim 13,
And a dimensionless shear rate calculating module for calculating a dimensionless shear rate for the relative diving ratio of the field measurement data using a regression analysis method.
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