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침식과 침투영향을 고려한 하천제방의 위험도 평가
Risk Assessment of Levee Embankment Integrated Erosion and Seepage Failure Factor 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.42 no.8, 2009년, pp.591 - 605  

안기홍 (한국수자원공사 댐.유역관리처) ,  한건연 (경북대학교 공과대학 건축.토목공학부)

초록
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본 연구에서는 하천제방의 침식, 침투영향을 고려한 위험도 및 통합위험도를 산정하였다. 이를 위해 추계학적 강우변동 생성기법을 이용하여 생성된 태풍기와 장마기별 유량 및 수위수문곡선을 활용하여 하천제방에 대한 침식, 침투 그리고 통합 위험도를 산정하였다. 침식에 대한 하천제방의 위험도는 허용 소류력을 이용하여 평가하였고 침투류 해석은 각 제방별로 대표 제방단면을 선정 후 SEEP/W 모형을 통해 해석을 실시하였으며 한계동수경사법을 이용한 MFOSM 분석을 통해 제방의 침투붕괴 위험도를 산정하였다. 본 연구에서는 확정론적 분석방법과 달리 정량적인 위험도를 산정할 수 있었고 실제 강우 변동의 특성 및 다양한 제방파괴 요인을 반영하였으며, 이를 하나의 위험도로 통합하여 제시하고 있으므로 본 연구모형의 결과는 그 적용성에 있어 매우 유용할 것으로 판단된다. 본 연구모형은 향후 홍수에 대한 제방파괴 위험지점 파악 및 제내지 홍수위험도와 연계한 홍수보험, 주민대피지도 구축 등에 활용 될 수 있어 유역의 홍수통합관리시 효율적이고 체계적인 대책수립에 크게 기여할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study the risk integrated erosion and seepage failure factor and combined risk of the levee embankment were assessed. For the research of the reliability, the risk assessment of erosion, seepage and both of them combined for the levee embankment were conducted using discharge curve and stage...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 제체 및 기초의 침투류에 대하여 수치해석적 방법으로 침투류의 수두, 유속, 등수두선, 침투압분포 등을 구하여 제체의 누수 및 제체의 안정성을 검토하였다. 본 연구의 침투류 해석은 각 제방별로 대표단면을 선정 후 앞서 산정한 최고홍수위에서의 정상류 침투해석을 실시하였는데 이를 위해 침투해석에 있어서 널리 사용되고 있는 GEO-SLOPE 사의 SEEP/W 모형을 이용하였다.
  • 본 연구에서는 태풍 ‘루사’로 인해 특히 피해가 심했던 지역 중 하나인 경북 김천지역에 위치한 감천유역에 축조된 실제 제방에 대해 적용해 보았다. 이 유역은 태풍 ‘루사’ 및 ‘매미’시 집중호우로 인해 하천이 범람하고 급격한 유속에 견디지 못한 수충부의 취약한 제방은 삽시간에 파제되어 주변 농경지 및 가옥을 덮쳤다.
  • 일반적으로 하천의 대표 유속이 3m/s 초과유무에 따라 호안을 설치하게 된다. 이에 본 연구에서는 각 단면에서의 유속과 하천정비기본계획시 주로 호안의 안정성 판단을 위해 사용되고 있는 건설교통부(1997)가 제시한 허용 소류력을 이용하여 침식파괴로 인한 제방의 안정성을 평가하였다. 호안 종류에 따른 허용 소류력값을 기준으로 부하-용량관계를 정립하고 이를 실행함수로 사용하였으며, 수문학적 불확실도가 고려된 계산결과를 토대로 신뢰도 지수를 활용하여 하도의 각 단면에서의 제방의 침식으로 인한 파괴확률을 산정하였다.
  • 그리고 지반공학적 요인의 통합모형 구축시 해당 국가 및 지역에 해당하는 경험식을 사용하는 한계성을 보였다. 이에 본 연구에서는 안기홍 등(2009)이 실시한 강우변동 생성기법을 이용한 하천제방의 월류 위험도 평가와 함께 하천제방의 침식, 침투영향에 대한 위험도 평가를 추가적으로 실시하여 물리적 기반 하에 강우-유출해석및 하천흐름해석 그리고 신뢰도 평가라는 하나의 체계를 구축하고 신뢰도 평가시 수리ㆍ수문학적 요인 및 지반공학적 요인을 모두 반영한 실질적이고 통합적인 하천제방의 안정성 평가 체계를 구축하고자 하였다.

가설 설정

  • 77값을 사용하였다. 또한 하천에서의 소류력이 실제하천에 설치되어있는 호안의 허용소류력보다 클 경우 침식에 의한 제방 붕괴가 이루어진다고 가정하여 이를 실행함수로 간주하여 제방침식파괴에 대한 위험도를 산정하였다. 하도 내각 계산단면에 대한 실행함수(#)는 Eq.
  • 소류력 τ는 흐름의 수리학적 특성 및 하도의 기하학적 형태가 그대로 유지된다면 종방향으로는 일정하다고 가정할 수 있다. 하지만 횡방향으로는 Fig.
  • 이에 본 연구에서는 SEEP/W 모형을 이용하여 유선망을 작성하여 지반누수 해석에 활용하였다. 해석 프로그램인 SEEP/W 모형은 물의 흐름이 포화토와 불포화토를 통과할 때 Darcy의 법칙을 따른다는 가정으로 시작된다. 제방침투해석을 통한 제방의 안정성 평가를 위해서는 일반적으로 한계동수경사법과 한계유속 및 침투유량을 이용하는 법이 사용되는데 한계동수경사(Sc ) 산정식은 Eq.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
홍수위가 증가함에 따라 발생하는 문제는? 홍수위가 증가함에 따라, 유속의 증대 혹은 파력에 의해 제방의 침식(erosion)이 발생된다. 일반적으로 국내에서는 제방의 침식을 방지하기 위해 호안을 설치하는데 유속 3m/s 이상의 경우 호안을 설치하도록 규정하고 있다(한국수자원학회, 2002).
공학적 시스템에 대한 정량적 신뢰도 분석과정은 어떻게 이루어 지는가? 1) 시스템의 범위 규정, 시스템 형태 확인 및, 문제와 연관된 조건을 규정 2) 파괴 원인 확인 및 구분 실시 3) 시스템의 작동과 파괴에 영향을 미치는 요인 확인 4) 각 영향요소 성분 및 하부시스템에 대한 불확실도 분석 실시 5) 시스템 및 파괴의 특성에 따라 logic tree 구성 6) logic tree에 따라 시스템 신뢰도를 계산방법을 결정 7) 6)에서 선택한 방법을 통해 시스템의 신뢰도 및 파괴확률 계산
국내에서 제방의 침식을 방지하기 위해 사용하는 것은? 홍수위가 증가함에 따라, 유속의 증대 혹은 파력에 의해 제방의 침식(erosion)이 발생된다. 일반적으로 국내에서는 제방의 침식을 방지하기 위해 호안을 설치하는데 유속 3m/s 이상의 경우 호안을 설치하도록 규정하고 있다(한국수자원학회, 2002). 이 규정을 활용한 제체의 침식 해석은 평균유속에 대한 Manning 식을 사용하여 평균유속은 기댓값과 변동계수로 나타낼 수 있다는 가정 하에 실시될 수 있지만 결국 호안의 설치 유·무를 확인하는데 국한될 수밖에 없으므로 현재의 호안 설치 상황을 제대로 반영할 수는 없다.
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참고문헌 (31)

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  28. U.S. Naval Facilities Engineering Command (1986). Soil Mechanics Design Manual 7.01 

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  31. Wolff, T.F. (1994). Evaluating Reliability of Existing levees, report to US. Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS 

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