[논문]석축호안 보호공의 적정성 평가에 대한 연구

박무종; 최성욱; 백천우

석축호안 보호공의 적정성 평가에 대한 연구
Study on Propriety Evaluation for Protection of Rock Revetment 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.8 no.5, 2008년, pp.111 - 117

박무종 (한서대학교 토목공학과) , 최성욱 (한서대학교 토목공학과) , 백천우 (고려대학교 공과대학)

초록
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최근 기상이변으로 인해 하천에 설치된 제방과 호안이 자주 유실되고 있으나, 국내의 경우 제방을 보호하기 위한 대표적인 시설인 호안의 경우, 호안을 보호하기 위한 보호공의 안전성과 적정성 분석을 위한 설계기준이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 2007년 8월 전라북도 구례시에 발생한 집중호우로 인해 유실된 황전천의 석축호안 유실원인을 2차원수리해석모형인 SMS를 이용하여 분석하고 또한 계획 중인 석축호안 보호공의 적정성을 평가하였다. 이를 위해 일반적인 교각세굴보호공 설계방식과 호안공법 채택방식 및 하천설계기준에 의해 적합한 보호공의 제원을 산정하였으며, 산정된 보호공의 제원과 계획안을 비교분석하여 계획 중인 석축호안 보호공의 적정성을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recent climate changes have increased flood damage on bank and revetment. However design standard for revetment that is the one of the most important facility for flood protection is not enough in Korea. In this study, destruction of rock revetment in Guryecity caused by the flood on Aug 2007 was inquired by analysis using 2D hydraulic simulation model SMS and the propriety of established plan for protection of rock revetment was evaluated. For this purpose, the ranges of protection facility for revetment was calculated by two methods. The one is normal method to calculate range of pier scour protection facility, and the other is a method of the standard for river design in Korea. The results of both methods are compared to evaluate the established plan.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 주거지역과 근접한 석축호안의 유실에 따른 원인파악과 보수·보강대책 수립이 필요하였으나, 이에 해당하는 수리시설물의 보호공 설계와 관련된 명확한 기준이 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수리해석 모형인 SMS(Surface Water Modeling Sytem)를 이용하여 석축 호안의 유실원인을 분석하고 이에 따른 보강대책을 수립하기 위해 기존에 호안보호공의 설치를 위해 사용되는 방안과 일반적으로 사용되는 교대의 세굴심 산정공식과 보호공 부설범위 산정공식을 이용한 방안을 비교 검토하여 석축호안 보호공의 적정성을 분석해 보았다.
또한 주거지역과 근접한 석축호안의 유실에 따른 보수·보강대책을 수립하였다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수리해석 모형인 SMS를 이용하여 석축호안 유실원인을 분석하고 계획된 석축호안 보호공의 적정성을 평가해 보았다. 황전천의 석축호안은 그림 3과 같은 구조이며, 총 연장 195 m, 높이 5m로 설치되어 있다.
0m로 설치하는 석축보호공 설치를 계획하였다(이하 계획안). 본 연구에서는 분석된 석축 유실의 원인 결과를 바탕으로 기존에 호안보호공의 설치를 위해 사용되는 방안과 일반적으로 사용되는 교대의 세굴심 산정공식과 보호공 부설범위 산정공식을 이용한 방안을 비교 검토하여 계획된 석축호안 보호공의 적정성을 분석하였다.
황전천에 설치된 석축호안의 경우에 해당하는 수리시설물의 보호공 설계와 관련된 명확한 기준은 없으나, 현재 설치된 석축의 형식이 교대와 유사하다고 판단되어, 본 연구에서 는 교대의 국부세굴 산정을 위한 HIRE공식을 이용하여 세굴심을 산정하였다. 실제 교대 국부세굴의 경우 매우 다양한 형태로 진행되며, 교대 국부세굴의 정확한 산정은 어려우며, 기존의 경험공식의 경우 과다 산정의 위험이 있다.

가설 설정

산정된 결과는 표 6과 같다. 표 6에서 필요한 교대 폭은 1m로 가정하였으며, 산정된 사석의 크기는 1.31 m이다. 그러나 산정된 직경 1.

제안 방법

2007년 8월 8일 홍수로 인해 호안의 상류단 하부가 일부 유실된 원인이 황전천교의 설치로 인한 것인가에 대한 분석을 위해 2차원 수리해석 모형인 SMS를 이용하여 교각 설치 전 후의 석축호안부 흐름특성을 분석하였다. 그림 5와 그림 6은 황전천교 설치 전 · 후의 석축호안 주위의 유속변화를 나타내고 있다.
계획홍수량, 기점홍수위 및 조도계수는 “황전천교 하천수리 검토서(한국도로공사, 2003)”의 결과를 기본으로 다음 표 3과 같이 적용하였으며, 2차원 수치모형에 사용되는 난류확산계수의 경우 대상구간에서의 하천 폭과 수심, 하천의 재료특성과 수심을 고려하여 8,000을 적용하였다.
일반적으로 흐름방향에 직각으로 투영된 교대 길이가 직상류부 단면 평균수심의 25배를 초과할 경우 식 (1)과 같은 HIRE공식을, 25배 이하일 경우에는 Froehlich(1989)의 공식을 적용하고 있다. 그러나 황전천의 석축호안의 경우 흐름방향에 영향을 주는 투영면적이 없는 관계로 투영된 교대 길이가 필요한 Froehlich공식의 경우 적용이 어려워 본 연구에서는 HIRE공식을 이용하여 교대의 세굴심을 산정하였다. 표 5는 계획홍수량이 발생하는 경우 제방에서의 세굴심을 HIRE공식을 이용하여 산정한 결과를 나타내고 있다.
따라서 총 세굴 깊이는 하상의 상승 및 하강, 통수 단면 축소에 의한 세굴 그리고 국부 세굴의 세 가지 요소의 합으로 구하게 된다.
또한 “황전천교 하천수리 검토서(한국도로공사, 2003)”에서 100년빈도 계획홍수량 1,067 m3 /sec에 대해 실시한 1차원 수치모형인 HEC-RAS의 배수위 계산결과와 SMS모형의 배수위 계산결과를 비교하여 적용된 난류확산계수와 조도계수 값의 적정성을 검토하였다.
또한 주거지역과 근접한 석축호안의 유실에 따른 보수·보강대책을 수립하였다.
그러나 하상과 교각보호를 위한 보호공설치와 관련된 연구는 비교적 많이 수행되었으나 다양한 형태와 공법으로 설치되는 호안의 경우 보호공의 설계를 위한 기준이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 2007년 8월 전라북도 구례시 발생한 집중호우로 인해 유실된 황전천의 석축호안의 유실 원인을 2차원수리해석모형인 SMS를 이용하여 분석하였다. 황전천에 설치된 석축호안의 경우에 해당하는 수리시설물의 보호공 설계와 관련된 명확한 기준이 없는 관계로, 계획 중인 석축호안 보호공의 적정성을 평가하기 위해 교각세굴보호공 설계방식과 호안공법 채택방식 및 하천 설계기준을 적용하고 적합한 보호공의 제원을 산정하였다.
본 연구에서는 석축호안 보호공의 적정성을 평가하기 위해 교각세굴보호공 설계방식과 호안공법 채택방식 및 하천설계 기준에 의해 적합한 보호공의 제원을 산정하였으며, 산정된 결과는 다음 표 8과 같다. 흐름방향에 직각으로 설치되는 교각의 세굴보호공 설계를 위해 일반적으로 사용되는 방식을 황전천의 석축호안과 같이 흐름방과 평행한 제방에 적용할 경우, 흐름특성이 달라 제원의 과다산정이 우려되며, 하천설계기준의 경우 명확한 설계기준이 확립되지 않은 문제점이 있다.
호안에서 발생하는 세굴의 경우 관련된 명확한 기준은 없으나, 비탈 경사가 급하게 설치된 제방의 경우 교대와 유사하다고 판단할 수 있으며, 본 연구에서는 교대의 국부세굴 산정을 위해 다음 식 (1)과 같은 HIRE공식을 이용하여 세굴심을 산정하였다.
본 연구에서는 2007년 8월 전라북도 구례시 발생한 집중호우로 인해 유실된 황전천의 석축호안의 유실 원인을 2차원수리해석모형인 SMS를 이용하여 분석하였다. 황전천에 설치된 석축호안의 경우에 해당하는 수리시설물의 보호공 설계와 관련된 명확한 기준이 없는 관계로, 계획 중인 석축호안 보호공의 적정성을 평가하기 위해 교각세굴보호공 설계방식과 호안공법 채택방식 및 하천 설계기준을 적용하고 적합한 보호공의 제원을 산정하였다. 산정된 보호공의 제원과 계획안을 비교하여 분석한 결과 계획안은 타당한 것으로 판단되었다.

대상 데이터

2차원 수리해석을 위한 수리, 수문자료는 황전천을 관통하는 황전천교에 의한 수리영향 분석을 위해 실시한 “황전천교 하천수리 검토서(한국도로공사, 2003)”의 결과를 기준으로 사용하였다.
7 km) 구간으로 결정하였다. 2차원 수리해석을 위해 No.16~No.19.100 사이의 유한요소망을 구성하였다. 격자점 총 3,799개와 요소 망 총 1,338개로 이루어진 유한 요소망이 구성되었고, 그림 4는 대상구역의 하상등고선을 나타내고 있다.
“황전천교 하천수리 검토서(한국도로공사, 2003)“에서는 황전천교 설치에 따른 수위변화 분석을 위해 1차원 수리해석 모형인 HEC-RAS를 이용하여 교량 설치 전 · 후에 대한 홍수위를 산정하였다. 홍수위 산정 구간은 No.16~No.30 으로, 본 연구에서는 2차원 수리모형을 적용하기 위한 대상 구간을 하천의 형상, 하천폭 등을 고려하여 하천정비기본계획 (하천정비기본계획(황전천, 이사천, 쌍암천) 보고서, 전라남도, 1991) 측점을 기준으로 No.16~No.19.100(연장 0.7 km) 구간으로 결정하였다. 2차원 수리해석을 위해 No.

이론/모형

최종적인 세굴보호공의 설치범위는 식 (5)~(7)과 같은 McCorquodale(1993)에 의한 원형교각의 매트의 포설 범위식, Richardson et al.(1993)의 식 및 Bonasoundas (1973)가 세굴 보호공의 범위 산정을 위해 추천한 식을 이용하여 산정하였으며 결과는 표 7과 같다.
교대의 경우 세굴보호공의 설계를 위한 명확한 기준은 없으며, 본 연구에서는 교각의 세굴보호공 산정을 위해 한국도로공사에서 제안된 Isbash (1935)의 공식(식 (2)), HEC-18에서 제안된 Rechardson et al. (1993)의 공식(식 (3)), Parola (1993)의 공식(식 (4))을 적용하여 교대에 사석 보호공을 설치하는 경우 필요한 사석의 직경을 산정하였다.
본 연구에서는 식 (2)~(4)와 같은 한국도로공사에서 제안된 Isbash (1935)의 공식, HEC-18에서 제안된 Rechardson et al. (1993)의 공식 및 Parola (1993)의 공식을 적용하여 교대에 사석 보호공을 설치하는 경우 필요한 사석의 직경을 산정하였다. 산정된 결과는 표 6과 같다.

성능/효과

따라서 현재 실무에서 호안을 설계하기 위해 적용하는 기준으로 판단할 때 밑다짐의 폭은 4m이상이 적합한 것으로 판단된다.
황전천에 설치된 석축호안의 경우에 해당하는 수리시설물의 보호공 설계와 관련된 명확한 기준이 없는 관계로, 계획 중인 석축호안 보호공의 적정성을 평가하기 위해 교각세굴보호공 설계방식과 호안공법 채택방식 및 하천 설계기준을 적용하고 적합한 보호공의 제원을 산정하였다. 산정된 보호공의 제원과 계획안을 비교하여 분석한 결과 계획안은 타당한 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	호안보호공의 안전성과 적정성 분석의 필요성이 증가하는 이유는?	(1993)의 공식 및 Parola (1993)의 공식 등이, 세굴보호공 범위 산정을 위하여 McCorquodale (1993)의 공식 등이 실무에서 많이 사용되고 있다. 그러나 최근 기상 이변으로 인해 설계홍수량을 상회하는 홍수가 빈번하게 유입되고 있어, 제방유실은 물론이고 호안보호공의 유실도 자주 발생하며, 따라서 호안보호공의 안전성과 적정성 분석의 필요성이 증가하고 있다. 그러나 하상과 교각보호를 위한 보호공 설치와 관련된 연구는 비교적 많이 수행되었으나 다양한 형태와 공법으로 설치되는 호안의 경우 보호공의 설계를 위한 기준이 미흡한 실정이다.
	비탈덮기, 비탈멈춤 및 밑다짐 각각의 설계는 어떻게 이루어져야 하는가?	호안은 그림 1에 나타난 것과 같이 크게 비탈덮기, 비탈멈춤 및 밑다짐 등으로 구성된다. 비탈멈춤은 비탈덮기를 지지하기 위해 설치되며, 비탈덮기의 종류, 하천의 경사 및 하상 세굴 등을 고려하여 설계한다. 특히 비탈멈춤의 깊이는 하상 저하나 일시적인 세굴을 고려하여 결정하며, 일반적으로 중소 하천의 경우 계획하상에서 0.5 m, 대하천인 경우 1.0 m이상 깊이를 유지하도록 설계한다.
	사행하도의 사석 크기 결정을 위해 국내에서 사용되는 것은?	국내에서는 사행하도의 사석 크기 결정을 위한 문수남 (1995)의 연구, 사석 바닥보홍공 재료의 입경 결정을 위한 이동섭 등(2005)의 연구 및 호안용 매트리스내 채움재의 한계-허용 전단응력 계산을 위한 배상수 등 (2008) 등에 의해 연구가 수행되었다. 특히 국내에서는 하천에 설치된 교각의 경우 세굴보호를 위한 사석의 직경결정을 위해 Isbash (1935)의 공식, Rechardson et al. (1993)의 공식 및 Parola (1993)의 공식 등이, 세굴보호공 범위 산정을 위하여 McCorquodale (1993)의 공식 등이 실무에서 많이 사용되고 있다. 그러나 최근 기상 이변으로 인해 설계홍수량을 상회하는 홍수가 빈번하게 유입되고 있어, 제방유실은 물론이고 호안보호공의 유실도 자주 발생하며, 따라서 호안보호공의 안전성과 적정성 분석의 필요성이 증가하고 있다.

참고문헌 (16)

문수남 (1995) 수리모형 실험에 의한 사행하도의 사석 크기에 관한 연구. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제28권, 제4호, pp. 205-213
배상수, 이승윤, 지홍기 (2008) 호안용 매트리스내 채움재의 한계_허용 전단응력에 관한 연구. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제41권, 제2호, pp. 137-147

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이동섭, 여홍구 (2005) 사석 바닥보호공 재료 입력 결정을 위한 실험 연구. 2005 한국수자원학회 학술발표회 논문집, 한국수자원학회, pp. 1036-1039
전라남도 (1991) 하천정비기본계획(황전천, 이사천, 쌍암천) 보고서
정종호, 윤용남 (2007) 수자원설계실무. 구미서관
한국도로공사 (2003) 황전천교 하천수리 검토서. 이현재
한국수자원학회 (2005) 하천설계기준
행정자치부 (2000) 자연형 하천 공법의 재해특성에 관한 연구(II). 국립방재연구소
Bonasoundas, M. (1973) Flow Structure and Problems at Circular Bridge Piers. Report No. 28, Oskar V. Miller Inst., Munich Tech. Univ., Munich, West Germany
Froehlich, D. C. (1989) Local scour at bridge abutments, Proc.,ASCE National Hydraulics Confference, Colorado Springs, USA, pp. 13-18
Isbash, S. V. (1935) Construction of Dams by Dumping Stones in Flowing Water. U. S. Army Engineering District, Eastport, CE, Maine
Maynord, S. T., Ruff, J. F., and Abt, S. R. (1989) Riprap Design. J. of Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 115. No. 7, pp. 937-949

상세보기
McCorquodale, J. A. (1993) Cable-tied Concrete Block Erosion Protection. Hydraulic Engineering '93, San Francisco, CA., pp. 1367-1372
Parola, A. C. (1993) Stability of Riprap at Bridge Piers. J. of Hydr. Engrg., ASCE, Vol. 119, No. 10, pp. 1080-1093
Pilarczyk, K. W. (1990) Stability Criteria for Revetments. Proc. of the 1990 National Conference on Hydraulic Engineering, ASCE, San Diego, USA
Richardson, E.V., Harrison, L. J., Richardson, J. R., and Davis, S. R. (1993) Evaluating Scour at Bridges. Federal Highway Administration Hydraulic Engineering Circular No. 18 (HEC-18) 2nd Ed., publication FHWA-IP-90-017, Revised April 1993

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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