[논문]호안 Mattress/Filter에 의한 소류력 저감

서영민; 이승윤; 허창환; 지홍기

doi:10.5322/jes.2006.15.1.033

호안 Mattress/Filter에 의한 소류력 저감
Reduction of Tractive Force by Revetment Mattress/Filter 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.15 no.1, 2006년, pp.33 - 43

서영민 (영남대학교 토목공학과) , 이승윤 (일본구주대학교 토목공학과) , 허창환 (영남대학교 방재연구소) , 지홍기 (영남대학교 토목공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Revetment Mattress/Filter is the porous structure filled fillers in meshed structure so that it cail use the fillers of various sizes and form various pores. The porous structure of the Mattress/Filter increases drainage so that it decreases the energy and erosion of flow therefore the tractive force is decreased and the erosion of revetment is mitigated. The filler of Mattress/Filter uses gravels, waste concretes and slags so that the surface is rough and the roughness coefficient increases and the increase of the roughness coefficient decreases flow velocity and tractive force. On the other hand Mattress/Filter and vegetation are combined so that the increase of roughness coefficient and flow velocity still more progress therefore the effect of decrease of tractive force is increased after a few months have passed since the Mattress/Filter is constructed so that the vegetation is developed and be stabilized. The vegetation channel of Mattress/Filter is set tip and the inspection comes into operation by varing flowrate and vegetation spacing to examine these characters of the Mattress/Filter The coefficient of flow velocity U/U*' is decreased exponentially as vegetation esity aH' or $\lambda$ is increased and the coefficient of friction f is increased as vegetation desity aH' is increased but decreased as the coefficient of flow velocity U/U*' is increased. The effective tractive force $F_0$ is decreased exponentially as the vegetation desity aH' is increased. From the inspection the results are obtained that the porous and vegetation structure of the revetment Mattress/Filter system increases the coefficient of friction of revetment so that flow velocity and effective are decreased therefore greatly contributes the stability of the revetment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 수리모형실험을 통하여 국내 여건에 맞는 친환경 . 친생태적인 호안 Mattress/ Filter의 수리학적 특성, 특히 식생수로에서의 소류 력 저감특성 및 소류력과 식생활착과의 관계를 규 명하여 자연생태 및 친환경적인 기능을 가진 수변 생태계를 보전하기 위한 자연형 하천정비에 Mattress/ Filter를 이용할 수 있는 자연생태계 보전기법의 기 초를 제공하고자 한다.
본 연구는 하천 본래의 기능인 환경생태기능을 회복시킬 수 있는 방안을 강구하고 훼손된 하천 생 태계의 질을 향상시켜 건전한 하천생태계를 복원시 키는 호안 Mattress/Filter에 의한 소류력 저감에 대하여 고찰하였으며, 이로부터 다음과 같은 결론 을 얻을 수 있었다.
따라서 본 연구에서는 수리모형실험을 통하여 국내 여건에 맞는 친환경 . 친생태적인 호안 Mattress/ Filter의 수리학적 특성, 특히 식생수로에서의 소류 력 저감특성 및 소류력과 식생활착과의 관계를 규 명하여 자연생태 및 친환경적인 기능을 가진 수변 생태계를 보전하기 위한 자연형 하천정비에 Mattress/ Filter를 이용할 수 있는 자연생태계 보전기법의 기 초를 제공하고자 한다.

제안 방법

구축된 모형수로의 특성상 등류조건을 구현하는 것이 쉽지 않기 때문에 유속의 변화가 최소가 되는 지점인 상류로부터 6.0m 떨어진 지점에 측선을 선 정한 후에 횡방향으로 3개 지점에 대하여 유속분포를 측정하였으며, 측정한 자료는 평균하여 분석에 사용하였다. 실험은 Table 1과 같이 크게 식생이 있는 경우와 없는 경우로 구분하였으며, 유량을 0.
본 연구는 호안 Mattress/Filter에 의한 소류력 저감과 식생복원성을 검토하기 위하여 Mattress/ Filter 식생모형수로를 구축하였으며, 실험조건은 식생이 있는 경우와 없는 경우로 크게 구분하였고 유량과 식생의 식재간격을 달리하여 실험을 실시하였다.
0m 떨어진 지점에 측선을 선 정한 후에 횡방향으로 3개 지점에 대하여 유속분포를 측정하였으며, 측정한 자료는 평균하여 분석에 사용하였다. 실험은 Table 1과 같이 크게 식생이 있는 경우와 없는 경우로 구분하였으며, 유량을 0.42m3/s, 0.53m3/s 및 0.65m3/s로 변화시키고 식생 의 식재 간격을 0.03m, 0.06m로 달리하여 실험을 실시하였다.

대상 데이터

식생복원에 필요한 수리실험을 위한 모형은 수 평, 수직 모두 1:20의 축척으로 구축되었다. Fig. 7 과 같이 실험에 사용된 하도는 직사각형 단면을 가지는 직선수로이며, 길이 15m, 폭 1.0m, 높이 1.5m 이다. 하도의 측벽은 흐름의 양상을 관찰할 수 있는 투명한 강화유리로 되어 있다.
lm 규격의 Mattress로 구성되어 있으며, 물은 상류측 에 위치한 웨어로부터 공급된다. 유속즉정은 3차원 16MHz micro-ADV를 이용하였으며, Mattress에 식재된 식생은 양잔디의 일종으로 성장이 빠른 Perennial Ryegrass를 선정하였다.

성능/효과

1) Mattress/Filter의 다공성 및 식생구조는 호안 부에서 흐름의 에너지 및 유속을 감소시키며, 식생 밀도가 증가함에 따라 소류력이 감소 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다
2) Mattress/Filter에 사용되는 채움재는 자갈, 폐콘크리트 및 슬래그를 사용하기 때문에 표면이거 칠고 조도계수가 증가하게 되며, 호안에서의 조도 계수의 증가는 유속을 감소시키며, 따라서 소류력 이 감소하게 됨을 알 수 있었다.
3) Mattress/Filter와 식생이 일체화된 경우 식생 발달 및 안정화가 이루어져 Mattress/Filter와 식생 에 의해 조도계수의 증가 및 유속감소의 효과가 더욱 증가하게 되어 결과적으로 소류력 감소효과는 더욱 증가하게 됨을 알 수 있었다.
4) 호안부에서 식생의 발달은 유속변화에 의한 침식 및 퇴적에 영향을 많이 받기 때문에 이러한 측면에서 호안부에서의 소류력 완화는 침식을 감소 시키므로 식생의 활착 및 안정화에 크게 기여하고 있음을 알 수 있었다.
유효소류력과 식생밀도의 관계는 식생밀도가 증가함에 따라 유효소류력이 감소하였으며, 식생밀도의 증가초기에는 큰 폭의 소류력 감 소가 있었으나 시간이 경과함에 따라 감소의 폭이 둔화되었으며, 유효소류력은 식생밀도에 큰 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 따라서 호안 Mattress/ Filter 시스템의 다공성 구조 및 식생구조는 호안부 에서의 마찰계수를 증가시켜 유속을 감소시키고 유 효소류력을 감소시킴에 따라 호안부의 안정에 크게 기여할 수 있음을 알 수 있었다.
유속계수와 식생면적비의 관계도 살펴보면 유속계수와 식생밀도와의 관계가 거의 동일한 관계 동일한 관계를 나타내고 있었다. 마찰계 수와 식생밀도의 관계를 살펴보면, 식생밀도의 증 가초기에는 마찰계수가 큰 폭으로 증가하였으나 시간이 지날수록 증가폭이 점진적으로 감소하여 일정한 양상을 보이고 있었다.
9에 각각 나타내었다. 마찰속도 U* 또는 U*'는 수심 H 또는 H'와 하 도경사로부터 계산되었으며, 유속계수 U'/U*'는 aH' 또는 X가 증가함에 따라 지수적으로 감소함을 알 수 있었다. Fig.
유속계수를 나타내는 마찰속도는 수심과 하도경 사를 이용하여 계산하였으며, 식생밀도가 증가할수록 유속계수는 지수함수 형태로 감소함을 알 수 있었다. 식생밀도의 증가 초기에는 유속계수의 감소폭 이 크게 나타났으나, 그 후에는 유속계수의 감소폭 이 감소되고 있으며 유속계수와 식생밀도의 상관관계를 회 귀분석한 결과 결정계수가 0.949로 나타나 유속과 식생을 매우 밀접한 관계를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 유속계수와 식생면적비의 관계도 살펴보면 유속계수와 식생밀도와의 관계가 거의 동일한 관계 동일한 관계를 나타내고 있었다.
식생복원에 필요한 수리실험을 위한 모형은 수 평, 수직 모두 1:20의 축척으로 구축되었다. Fig.
실험하도에서 식생이 존재하는 경우 전단응력(유 효 소류력)은 유수에 의해 하도에 작용하게 된다. 식생에 의해서 피복된 면적비는 실험조건에 비해 최대 3% 정도인 것으로 나타났다. 따라서 Darby, Thome(1996) 및 Darby(1999) 에 의해 제안된 것처 럼 다음과 같은 가정을 도입하였다.
933으로 나타났다. 여기서, 식 생수로의 유효소류력은 식생밀도에 크게 영향을 받 고 있음을 알 수 있으며, 식생밀도의 증가에 따라 유효소류력은 지수곡선적으로 감소하고 있음을 알 수 있었다.
994로 나타났다. 여기서, 식생발달에 따른 마찰계수와 유속 계수는 상관성이 매우 높아서 결정계수 = 0.994 인 것으로 나타났으며, 유속계수의 증가에 따라 마 찰계수는 거의 선형적으로 감소하고 있음을 알 수 있었다.
808로 나타났다. 여기서, 호안공의 식 생밀도와 마찰계수간의 결정계수는 R2 = 0.808로서 다소 상관성은 낮았으며, 식생밀도의 증가에 따라마찰계수는 점진적으로 증가하고 있음을 알 수 있었다.
유속계수가 증가함에 따라서 마찰계수가 거의 직선형태로 감소하는 양상을 나타내고 있으며 식생 발달에 따른 마찰계수와 유속계수의 상관성은 매우 높게 나타났다. 유효소류력과 식생밀도의 관계는 식생밀도가 증가함에 따라 유효소류력이 감소하였으며, 식생밀도의 증가초기에는 큰 폭의 소류력 감 소가 있었으나 시간이 경과함에 따라 감소의 폭이 둔화되었으며, 유효소류력은 식생밀도에 큰 영향을 받고 있음을 알 수 있었다.
유속계수를 나타내는 마찰속도는 수심과 하도경 사를 이용하여 계산하였으며, 식생밀도가 증가할수록 유속계수는 지수함수 형태로 감소함을 알 수 있었다. 식생밀도의 증가 초기에는 유속계수의 감소폭 이 크게 나타났으나, 그 후에는 유속계수의 감소폭 이 감소되고 있으며 유속계수와 식생밀도의 상관관계를 회 귀분석한 결과 결정계수가 0.
유속계수가 증가함에 따라서 마찰계수가 거의 직선형태로 감소하는 양상을 나타내고 있으며 식생 발달에 따른 마찰계수와 유속계수의 상관성은 매우 높게 나타났다. 유효소류력과 식생밀도의 관계는 식생밀도가 증가함에 따라 유효소류력이 감소하였으며, 식생밀도의 증가초기에는 큰 폭의 소류력 감 소가 있었으나 시간이 경과함에 따라 감소의 폭이 둔화되었으며, 유효소류력은 식생밀도에 큰 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 따라서 호안 Mattress/ Filter 시스템의 다공성 구조 및 식생구조는 호안부 에서의 마찰계수를 증가시켜 유속을 감소시키고 유 효소류력을 감소시킴에 따라 호안부의 안정에 크게 기여할 수 있음을 알 수 있었다.

후속연구

그러나 실제 자연하도에서는 식생밀도, 유량조건 및 하도경사 등을 인위적으로 조절할 수 없기 때문에 여러가지 수리학적 조건을 반영하기가 현실적으로 불가능하며, 모니터링 위주의 연구가 이루어질 수밖에 없는 한계가 있다. 따라서 향후 호안 Mattress/Filter의 수리학적 특성 및 식생복원특성에 대한 연구는 실 내 수리모형실험과 현장 모니터링을 병행하여 분석 할 때 호안의 식생복원성에 관한 효과를 정확히 판 단할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 제한된 실내 실험수로에서 수행 된 연구결과이기 때문에 특히 식생복원성의 평가는 많은 제약 속에서 이루어졌으며, 이 연구의 결과를 실제에 적용하기 위해서는 향후 하천현장에서 식생 복원화 과정을 모니터링하여 복원효과를 판단해야 할 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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