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월정교 사적지 복원을 위한 수리특성 및 세굴보호공 안정성 검토에 관한 수리모형실험 연구
An Experimental Study to Evaluate Hydraulic Characteristics and Stability of Scour Protection for Historic Site Restoration of Woljeong-gyo 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.41 no.8, 2008년, pp.845 - 854  

강준구 (한국건설기술연구원 수자원연구부) ,  여홍구 (한국건설기술연구원 수자원연구부) ,  손병주 (한국건설기술연구원 수자원연구부) ,  지운 (명지대학교 토목환경공학과)

초록
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하천과 관련된 역사와 문화를 지닌 신라의 옛 교량 월정교는 우리나라의 고대 교량의 축조방법과 토목기술을 보여주고 있으며 국내에서 가장 오래된 석교로써 복원사업이 현재 수행되고 있고 교량뿐만 아니라 주변 지형까지 복원하는 방식으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통해 월정교 영역의 수위와 유속 등의 수리특성 및 교각세굴과 옛 방식의 격자판과 사석을 조합한 세굴보호공의 안정성을 분석하였다. 실험 결과 빈도별 홍수 발생시 교각 복원으로 인한 수위 상승은 30cm 내외였으며 최대 상류 200m까지 영향을 미쳤다. 최대세굴심은 4번 교각에서 5.4m로 나타났으며 세굴보호공 실험은 경험공식을 이용하여 계산된 사석크기와 기존에 설치되었던 보호공 영역을 그대로 적용한 조건에 대해서 실험을 실시하였고 기존에 설치된 조건에서의 실험 결과 세굴보호공의 전면부에서 사석이 이탈하였으나 세굴보호공 영역을 국부세굴이 발생하는 세굴영역까지 확장한 조건에서 추가 실험을 실시한 결과 안정적인 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The old bridge of Woljeong-gyo, which has the fluvial history and culture, represents the ancient construction and civil engineering techniques. It is the oldest stone bridge in Korea and currently restored with its vicinities. In this study, the experimental model was used to analyze the hydraulic ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구의 수리모형실험은 고정상실험과 이동상실험으로 구분하여 실시하였으며 고정상실험은 월정교가 복원되어 있지 않은 현재 하도에 대한 실험과 교각이 설치되었을 때의 실험으로 구성된다. 고정상실험에서는 교각 설치에 따른 상류수위 변화와 교각 접근유속과 유황을 분석하여 홍수위 상승 및 교각세굴 평가의 인자를 얻는데 주목적이 있다. 이동상실험은 교각주변 국부세굴실험과 교각주변 세굴보호공 재료 및 규모를 결정하기 위한 것이며 옛 방식의 격자형 틀을 이용한 사석보호공의 안정성 평가를 위한 목적으로도 수행하였다.
  • 고정상실험은 월정교 복원 전과 월정교 복원 후의 조건에서의 수위 유속변화를 파악하기 위해 수행되었다. 실험조건은 Table 2와 같으며 수리모형실험은 해당지역의 계획홍수량인 80년 빈도 홍수량을 포함하여 30년 빈도부터 150년 빈도 홍수량에 대해 수행하였으나 주로 50년, 80년, 100년 빈도 홍수량에 대해 분석하였다.
  • 본 실험의 목적은 수리모형실험을 통해 남천에 대해 기 수립된 하천계획 하에서 월정교 복원시 치수안전성을 검토하고 복원될 월정교 교각의 세굴에 대한 안전성을 평가하는 것이며 특히, 교각 주변에 설치될 옛 방식의 격자판 세굴보호공의 수리학적 안정성을 평가하기 위한 것이다. 본 실험에서는 기 수립된 하천계획 상에서 허용되는 홍수들을 모형에서 재현하여 해당 홍수발생시 관심지역의 수위, 유속, 유황 등을 계측, 평가함으로써 치수안전성을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 월정교에 복원되는 옛 형식의 세굴보호공 안정성을 평가하기 위해 이동상 수리모형실험을 실시하였다. 복원에 사용된 보호공의 형태는 교량복원을 위한 현장조사 과정에서 신라시대 것으로 추정되는 목재 틀 형태였다.
  • 고정상실험에서는 교각 설치에 따른 상류수위 변화와 교각 접근유속과 유황을 분석하여 홍수위 상승 및 교각세굴 평가의 인자를 얻는데 주목적이 있다. 이동상실험은 교각주변 국부세굴실험과 교각주변 세굴보호공 재료 및 규모를 결정하기 위한 것이며 옛 방식의 격자형 틀을 이용한 사석보호공의 안정성 평가를 위한 목적으로도 수행하였다. 교각세굴 평가는 live-bed scour 조건에서 시간변화에 대한 세굴심과 최대세굴심을 관측하였고 보호공 타당성실험을 위해서 기존에 제안된 경험식을 이용하여 사석 크기와 보호공 포설 규모 등을 결정하였다.
  • 8m) 실험, 그리고 경험식을 이용한 세굴보호공 영역 계산 결과(Table 5)들을 바탕으로 세굴보호공의 안정성을 보다 보강할 수 있는 교각 전면부로 7m 확장된 포설 범위를 갖는 수정 보호공 조건에 대해 후속 실험이 수행되었다. 즉, 현장조사결과를 기초로 기존 형태의 세굴보호공의 세굴방지 효과를 평가한 후 사석포설 범위를 넓혀 세굴보호공의 능력을 향상시킬 수 있도록 보강된 조건에 대해 실험을 수행한 것이다. 실험 결과 기존 보호공 실험 조건인 포설 범위가 교각전후면부로 1.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수리모형실험을 통해 월정교 복원사업에 필요한 교각 주변의 수리특성 분석, 교각 세굴심 및 세굴영역 분석, 격자 틀을 활용한 사석보호공의 안정성 평가 등을 수행한 연구 결과는? 1) 월정교 복원으로 설치되는 교각의 흐름 방해로 인해 교량설치구간 상류부의 수위는 50년, 80년, 100년 빈도 홍수량 조건에서 모두 상승하였으며 교대 높이보다 100년 빈도 홍수위의 높이가 더 크기 때문에 100년 빈도 홍수에서의 수위상승이 80년 빈도 조건에서 더 작게 나타났다. 이러한 수위 상승효과는 50년 빈도 홍수 조건에서는 상류 100m까지 그리고 80년 및 100년 빈도 홍수 조건에서는 상류 200m까지 영향이 미치는 것으로 나타났으며 계획홍수위가 발생하는 80년 빈도 조건에서 약 1.1m의 여유고를 유지하는 것으로 관측되었다. 2) 월정교 유역의 유속 분포는 교량이 복원되기 전후 조건에서 모두 접근 수로의 지형 형상으로 인해 흐름 정체가 발생되는 지점에서 최소유속이 발생하였으며 최대유속은 월정교가 복원되기 전 조건에서는 교각이 복원될 위치에서의 직상류 단면에서 4.79m/s가 발생하였고 교각이 위치하게 될 지점의 유속은 3.01m/s로 측정되었다. 교각이 설치된 후의 유속 분포는 교각 사이의 단면이 축소되는 지점에서 발생하였으며 특히 우안 쪽의 3번과 4번 교각 사이에서 5.57m/s가 관측되었다. 3) 80년 빈도의 계획홍수가 발생했을 때의 교각 최대세굴심은 교각 4번에서 5.4m가 발생하였으며 세굴반경은 최대세굴심의 1.5배 정도였다. 이동상 실험에 의한 세굴심 결과 값은 3가지 경험공식과 비교한 결과 전반적으로 공식에 의해 계산된 최대세굴심이 실험에 의한 결과값 보다 작게는 5%에서 많게는 78% 정도 증가하였음을 알 수 있었다. 4) 복원될 세굴보호공에 사용되는 사석 크기 결정은 과거의 경험 공식들을 이용하였으며 세굴보호공의 설치 영역은 월정교의 기존 보호공의 영역과 같은 조건으로 실험을 수행한 결과 세굴보호공전면에서 세굴 현상이 발생하여 사석이 이탈하는 현상을 보였다. 세굴보호공의 안정성을 보강하기 위해 세굴영역이 국부세굴 실험에서 얻어진 세굴영역을 충분히 포괄할 수 있을 만큼 교각 전면부로 7m까지 확장하였으며 80년 빈도 홍수 조건에 대해 전반적으로 세굴보호공이 안정적임을 알 수 있었다.
월정교는 언제 건립됐는가? 월정교는 서기 760년 경덕왕 19년에 건립되어 당시 왕궁인 월성의 통로로 쓰인 당대 가장 화려한 교량으로 꼽힌다. 월정교는 신라 문화유적을 대표할 만한 역사적, 상징적 가치가 큰 유적이며 현재 그 흔적이 남아있는 가장 오래된 옛 교량 중 하나이다.
복원교량의 설치는 무엇을 가져올 수 있는가? 복원교량의 설치는 기존 하도의 통수능 감소와 상류부 수위상승을 가져올 수 있고 교각주변에 발생되는 와류는 국부세굴의 원인이 될 수 있다. 따라서 수리영향에 의한 설계의 적정성 및 수리 안정성 검토와 세굴영향 분석이 반드시 필요하다.
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참고문헌 (11)

  1. 경상북도 (2001). 지방2급하천 남.원동천 하천정비기본계획 

  2. 남시진 (2007). 월정교의 복원적 고찰, 건축역사연구, 제16권 4호 통권53호, pp. 77-93 

  3. Croad, R.N. (1997). Protection from scour of bridge piers using riprap. Transit New Zealand Research report No.PR3-0071, Transit NZ, Wellington, New Zealand, pp. 77 

  4. Froehlich, D.C. (1989). "Local scour at bridge abutments." Proc. ASCE National Hydraulics Confference, Colorado Springs, U.S.A., pp. 13-18 

  5. Julien, P.Y. (2002). River Mechanics. Cambridge University Press, Cambridge, U.K 

  6. Lauchlan, C.S. (1999). Countermeasures for pier scour. PhD thesis, The University of Auckland, Auckland, Iowa, U.S.A 

  7. Melvile, B.W., and Coleman, S.E. (2000). Bridge Scour. Water Resources Publications, LLC, Highlands Ranch, Colorado, U.S.A 

  8. Parola, A.C. (1993). "Stability of riprap at bridge piers." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 119, No. 10, pp. 1080-1093 

  9. Parola, A.C. (1995). Boundary Stress and stability of riprap at bridge piers in Rivers. Coastal and Shoreline Protection: Erosion Control Using Riprap and Armourstone. John Wiley & Sons Inc., New York, U.S.A 

  10. Richardson, E.V., and Davis, S.R. (1995). Evaluating scour at bridges. Report No. FHWA-IP-901-017, Hydraulic Engineering Circular No. 18(HEC-18), Third Edition, Office of Technology Applications, HTA-22, Federal Highway Administration, U.S. Dept. of Transportation, Washington, D.C., U.S.A., pp. 204 

  11. Richardson, E.V., Simons, D.B., and Lagasse, P.F. (2001). River Engineering for highway Encroachments, Highways in the River Environment. U.S. Department of Transportation, Federal highway Administration, Washington D.C 

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