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문제 정의
- 이 연구에서는 경사가 급변하는 사각형 수로 내에서 토석류의 흐름 거동 및 퇴적 특성을 수리 실험을 통해 분석하였다. 실험 변수로는 배수구조물 상류부 접근수로의 경사, 배수로의 경사 그리고 토석류의 유사퇴적농도를 고려하였으며, 전체 22개의 서로 다른 조건에 대해서 실험을 수행하였다.
- 이 연구에서는 횡단 배수구조물 내에서 토석류의 유동 및 퇴적 특성을 파악하기 위해서 수리실험을 수행한다. 실험은 바닥 경사가 급변하는 사각형 수로에서, 다양한 유사농도를 가지는 토석류를 일정하게 유입시키면서 흐름을 관측하여, 접근수로의 경사, 배수 암거의 경사, 토석류의 유사농도 등의 항으로 토석류의 흐름 거동 및 퇴적 특성을 분석한다.
제안 방법
- 이 연구에서는 약 2분 동안 일정 유량의 토석류를 수로 상류단에서 공급하여 하류부 배수로에서의 토석류 흐름 거동을 분석하였다. 각 실험에서 토석류의 유량과 유사체적농도는 물 유량 공급 밸브와 나선형 날개의 회전에 의한 토석공급 장치의 회전 수를 조절하여 설정하였으며, 결과적으로 공급되는 토석류를 수로 하류단에 위치한 저류조에서 샘플링하여 유량과 유사체적농도를 결정하였다.
- 실험은 바닥 경사가 급변하는 사각형 수로에서, 다양한 유사농도를 가지는 토석류를 일정하게 유입시키면서 흐름을 관측하여, 접근수로의 경사, 배수 암거의 경사, 토석류의 유사농도 등의 항으로 토석류의 흐름 거동 및 퇴적 특성을 분석한다. 그리고 실험자료를 토대로 로지스틱 모형을 이용하여 토석류를 고려한 횡단 배수 암거의 설계에 적용할 수 있는 토석류 퇴적 관계식을 제안한다.
- 그림 7는 하류부 배수로의 한 지점에서 관측된 토석류 깊이의 시간적 변화를 보여준다. 대표 관측지점은 배수로에서의 전반적인 흐름 양상을 대표할 수 있고 하류단 경계의 영향이 없는 지점으로 설정하여야 하며, 본 연구에서는 수로의 경사 변환 지점(하류부 배수로의 시작 지점)으로부터 90 cm 하류의 단면 중앙으로 설정하였다. 이하 모든 그림에서 제시된 자료의 관측지점은 이 지점과 동일하다.
- 이 절에서는 우선 이들 서로 다른 흐름 인자로 인한 물과 토석류 흐름의 수위변화를 비교 분석하였다. 먼저, 동일한 유량의 깨끗한 물과 토석류를 같은 수로의 기하학적 조건하에서 유입시킨 후 하류부 수로에서 수위변화를 관측하였다. 이 실험은 토석류가 하류부 수로에서 퇴적되지 않는 조건에서 실시하였다.
- 물-토석 혼합 장치 및 공급 장치를 이용하여 토석류를 일정한 유량과 체적농도를 유지한 채 약 120초 동안 접근수로 상단부에서 연속적으로 유입시키면서 전체 수로에서의 토석류 흐름 변화를 관찰하였다. 유입된 토석류는 일정 바닥 경사를 유지하는 접근수로를 통하여 이동하면서 발달하게 된다.
- 3%이고 측정빈도는 10 Hz이다. 수로 전구간에서의 토석류 흐름 거동 및 퇴적 이력을 관측하기 위해서 3개의 초고속 카메라를 각각 수로의 유입부, 단면 급변화부 그리고 하류부 수로 구간에 설치하였다.
- 3 m로 유지하였다. 수로의 벽면은 고강도 아크릴판으로 제작하여 측면 영상자료 확보를 통한 토석류 흐름 거동 특성 분석이 가능하도록 제작하였다.
- 이 연구에서는 경사가 급변하는 사각형 수로 내에서 토석류의 흐름 거동 및 퇴적 특성을 수리 실험을 통해 분석하였다. 실험 변수로는 배수구조물 상류부 접근수로의 경사, 배수로의 경사 그리고 토석류의 유사퇴적농도를 고려하였으며, 전체 22개의 서로 다른 조건에 대해서 실험을 수행하였다. 실험결과를 보면, 먼저 토석류 흐름은 같은 유량이더라도 물 흐름에 비해 수심이 약 50%~150% 정도 현저하게 증가하는 것으로 나타났다.
- 전동식 공급 장치에 의해서 혼합조로 투입이 되는 토석은 유사 교반장치에 의해서 물과 혼합이 되며, 중력에 의해서 수로의 상류단으로 유입된다. 실험에서 토석류의 공급은 주어진 용량의 토석류를 수문 개방에 의한 댐 파괴의 형식으로 일시에 수로로 방류하는 방법과 일정 유량의 토석류를 주어진 시간 동안 공급하는 방법이 있다. 이 연구에서는 약 2분 동안 일정 유량의 토석류를 수로 상류단에서 공급하여 하류부 배수로에서의 토석류 흐름 거동을 분석하였다.
- 이 연구에서는 횡단 배수구조물 내에서 토석류의 유동 및 퇴적 특성을 파악하기 위해서 수리실험을 수행한다. 실험은 바닥 경사가 급변하는 사각형 수로에서, 다양한 유사농도를 가지는 토석류를 일정하게 유입시키면서 흐름을 관측하여, 접근수로의 경사, 배수 암거의 경사, 토석류의 유사농도 등의 항으로 토석류의 흐름 거동 및 퇴적 특성을 분석한다. 그리고 실험자료를 토대로 로지스틱 모형을 이용하여 토석류를 고려한 횡단 배수 암거의 설계에 적용할 수 있는 토석류 퇴적 관계식을 제안한다.
- 실험에서 토석류의 공급은 주어진 용량의 토석류를 수문 개방에 의한 댐 파괴의 형식으로 일시에 수로로 방류하는 방법과 일정 유량의 토석류를 주어진 시간 동안 공급하는 방법이 있다. 이 연구에서는 약 2분 동안 일정 유량의 토석류를 수로 상류단에서 공급하여 하류부 배수로에서의 토석류 흐름 거동을 분석하였다. 각 실험에서 토석류의 유량과 유사체적농도는 물 유량 공급 밸브와 나선형 날개의 회전에 의한 토석공급 장치의 회전 수를 조절하여 설정하였으며, 결과적으로 공급되는 토석류를 수로 하류단에 위치한 저류조에서 샘플링하여 유량과 유사체적농도를 결정하였다.
- 홍수류의 경우 바닥 마찰과 물의 점성 및 난류점성에 의해서 흐름이 지배되는 반면에 토석류의 경우 여기에다 물과 토석 그리고 토석입자들 간의 상호작용에 의한 내부마찰각이 더해서 흐름이 보다 복잡하다. 이 절에서는 우선 이들 서로 다른 흐름 인자로 인한 물과 토석류 흐름의 수위변화를 비교 분석하였다. 먼저, 동일한 유량의 깨끗한 물과 토석류를 같은 수로의 기하학적 조건하에서 유입시킨 후 하류부 수로에서 수위변화를 관측하였다.
- 실제 배수구조물 설계 시에는 현상조사를 통하여 발생 가능한 토석류의 유량과 유사체적농도를 추정하고 대상 수로의 지형학적 형상을 고려하여 토석류가 퇴적되지 않는 배수구조물의 형상 특히 바닥경사를 결정하여야 한다. 이러한 설계정수의 산정을 위해서, 이 연구에서는 실험자료를 토대로 배수구조물에서의 토석류 퇴적 유무를 토석류 유사체적농도, 접근수로의 경사 그리고 배수구조물의 경사 항으로 판별할 수 있는 로지스틱 모형을 제시하였다. 이 로지스틱 모형을 이용하여 현장 조건에 맞는 토석류 피해 저감형 배수구조물을 설계할 수 있을 것이다.
- 이상의 실험 결과를 토대로 토석류 재료의 특성을 일정하게 유지한 상태에서, 하류부 배수로 경사, 접근 수로 경사 그리고 토석류의 유사체적농도를 독립변수로 하여 하류부 수로 내에서의 토석류 흐름의 퇴적 발생 유무를 분석하였으며 그 상관 관계를 그림으로 도시하면 그림 11과 같다.
- 그림 5는 경사 변환점 주변에서의 토석류 흐름의 수면 형상과 하류부 배수로에서의 토석류 퇴적 형상을 보여준다. 전술한 바와 같이 6개의 초음파 수위 센서를 이용하여 토석류 흐름 및 퇴적의 실시간 변화를 측정하였으며 수집된 결과를 토석류의 재질, 각 수로의 바닥경사의 항으로 분석하였다.
- 접근수로의 바닥경사가 수로 내 토석류의 유동 특성과 퇴적 양상 및 퇴적 발생 시점에 미치는 영향을 분석하기 위해 하류부 수로와 유사의 체적농도를 일정하게 유지한 채 실험을 진행하였다. 그림 7는 하류부 배수로의 한 지점에서 관측된 토석류 깊이의 시간적 변화를 보여준다.
- 토석류 수리 실험 인자로는 배수로 자체의 바닥경사, 접근수로의 바닥경사 그리고 토석류의 유사체적농도를 고려하였다. 토석류 실험은 표 1에서 요약한 바와 같이 전체 22개의 서로 다른 실험 조건에 대해서 실시하였다.
- 토석류 수리 실험 인자로는 배수로 자체의 바닥경사, 접근수로의 바닥경사 그리고 토석류의 유사체적농도를 고려하였다. 토석류 실험은 표 1에서 요약한 바와 같이 전체 22개의 서로 다른 실험 조건에 대해서 실시하였다. 실험에서 접근수로의 경사는 18º와 25º 두 가지 경우를 고려하였다.
- 토석류의 비정상 흐름 거동의 이력을 6개의 초음파 수위 센서(ultrasonic sensor)를 이용하여 주요 6개 지점, 즉 상류부 수로 1개 지점 그리고 단면 급변화부 주위 5개 지점에서 관측하였다. 초음파 수위센서의 제원을 보면 측정범위는 3~1500 mm이며 측정오차는 0.
- 토석류의 유사체적농도가 수로 내 토석류의 흐름 거동 및 퇴적 양상에 미치는 영향을 분석하기 위해 접근수로와 하류부 수로의 바닥경사를 일정하게 유지한 상태에서 토석류의 유사체적농도를 변경하면서 실험을 수행하였다. 그림 9은 대표적으로 θup=18º, θdown=3º의 조건에서 유사체적농도에 따른 토석류의 흐름 퇴적의 시간적인 변화를 보여준다.
- 하류부 수로의 바닥경사가 수로 내 토석류의 흐름 거동 및 퇴적 양상에 미치는 영향을 분석하기 위해 접근수로와 유사의 체적농도를 일정하게 유지한 상태에서 하류부 수로 바닥경사에 변화를 주면서 실험을 수행하였다. 그림 8은 대표적으로 θup=25º, Cv=83%의 조건에서 하류부 배수로에서 관측된 토석류의 수심(퇴적 깊이)의 시간적 변화를 보여준다.
대상 데이터
- 토석류 수리 실험은 그림 2와 3에서 보여진 실험 시설에서 실시하였다. 수로는 사각형으로 길이 5 m, 폭 0.6 m의 상류부 접근수로와 길이 3 m, 폭 0.3 m의 하류부 수로로 구성된다. 두 수로의 깊이는 0.
- 이 실험은 토석류의 거동특성을 파악하기 위한 기초실험으로서, 토석류 재료는 실제 토석류가 발생한 지역에서 확보한 것과 유사한 재료를 사용하였다. 이를 위해서 먼저 지난 2006년에 다수의 대규모 토석류 피해가 발생했던 국도 44번 한계령-인제군 구간 피해지역들에서 토석을 채취하여 입도분석을 실시하였으며 대표 현장 토석의 입경분포곡선을 도시하면 그림 4(a)와 같다.
- 이를 위해서 먼저 지난 2006년에 다수의 대규모 토석류 피해가 발생했던 국도 44번 한계령-인제군 구간 피해지역들에서 토석을 채취하여 입도분석을 실시하였으며 대표 현장 토석의 입경분포곡선을 도시하면 그림 4(a)와 같다. 이 현장 재료와 입도분포 특성이 유사한 토석재료를 강릉지역 택지조성 지구에서 확보하여 실험 1과 2에서 사용하였다. 이 두 실험에 사용한 토석 재료의 입도분석을 실시하여 도시하면 그림 4(b)와 같다.
- 산지유역에 위치한 도로의 경우는 토석류의 유입을 고려하지 않은 횡단 배수구조물이 제 역할을 하지 못하고 막힘 현상으로 인한 통수능 저하로 도로 유실 등의 피해가 발생하고 있다(김경석 등, 2007; 이용수와 정재형, 2008). 일례로 그림 1은 2006년 7월에 집중호우가 발생한 국도 44번 인제군 구역에서 주 재료 성분이 모래인 사질토석류(sandy debris flow)가 배수암거로 유입되면서 퇴적되어 배수시설이 막힘으로써 도로에 피해 상황을 보여준다. 토석류의 재료는 모래, 자갈, 전석 등 입경 분포가 매우 광범위하지만, 대규모 토석류가 발생하지 않는 한 우리나라 산지유역 도로의 배수암거의 기능을 저하시키는 토석류의 주 재료는 사질토이다.
- 일례로 그림 1은 2006년 7월에 집중호우가 발생한 국도 44번 인제군 구역에서 주 재료 성분이 모래인 사질토석류(sandy debris flow)가 배수암거로 유입되면서 퇴적되어 배수시설이 막힘으로써 도로에 피해 상황을 보여준다. 토석류의 재료는 모래, 자갈, 전석 등 입경 분포가 매우 광범위하지만, 대규모 토석류가 발생하지 않는 한 우리나라 산지유역 도로의 배수암거의 기능을 저하시키는 토석류의 주 재료는 사질토이다. 이러한 피해를 저감하기 위해서는 사방 시설을 이용하여 횡단 배수구조물로 유입되는 토석류 유량 자체를 감소시키는 것도 중요하지만, 아울러 횡단 배수구조물인 배수암거로 유입된 토석류가 구조물 내부에서 퇴적되지 않고 하류부로 원활이 소통되도록 하는 것도 중요하다.
데이터처리
- 이상과 같은 실험을 통해 얻은 자료를 이용하여 로지스틱 분석을 수행하여, 토석류가 하류부 배수로에서 퇴적이 될 지의 유무를 접근수로의 경사, 배수로 경사 그리고 유사체적농도의 항으로 판별할 수 있는 로지스틱 모형을 식 (1)과 같이 도출하였다.
성능/효과
- 이는 토석류의 내부마찰각의 증가로 인해 유속이 감소하고 수심이 증가하기 때문이다(Iverson, 1997; Takahashi, 2007). 결과적으로 실험 중 퇴적이 발생하지 않는 조건을 만족하는 경우 토석류의 수심은 깨끗한 물에 비해 50~150%의 추가 상승률을 가지는 것으로 나타났으며, 토석류의 수심 상승 현상은 수로의 경사가 작을수록 입자의 체적농도가 클수록 증가하는 것으로 나타났다. 아울러 토석류는 깨끗한 물보다 수심이 불안정한데, 이는 토석류에 포함되어 있는 비교적 큰 입자들의 움직임에 의해 수심의 변동폭이 크며 불규칙적인 흐름을 보이기 때문이다.
- 그림 9에서 보인 바와 같이, 수로의 경사가 증가함에 따라 퇴적 높이가 비교적 일정하게 감소하지만 체적농도가 작아짐에 따라 퇴적 높이는 일정하게 감소하다가 일정한 농도에 이르면 급격하게 퇴적 높이가 감소하게 되며 퇴적이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 결과적으로 이 연구에서 수행한 모든 실험에서 유사체적농도가 59%보다 작은 경우에는 퇴적이 발생하지 않는 것으로 나타났다.
- 로지스틱 분석을 통해 토석류 퇴적 발생 유무에 대한 독립변수들간의 상관관계를 알 수 있었으며, 로지스틱 모형을 토대로 토석류의 퇴적 발생 예측을 실험값과 함께 비교하면 그림 12과 같다. 경험식을 이용한 예측에서 전체 90%이상의 정확도를 보였다.
- 추가적으로 토석류 체적농도의 변화는 접근수로와 하류부 수로의 경사와는 조금 다른 특징을 보였다. 그림 9에서 보인 바와 같이, 수로의 경사가 증가함에 따라 퇴적 높이가 비교적 일정하게 감소하지만 체적농도가 작아짐에 따라 퇴적 높이는 일정하게 감소하다가 일정한 농도에 이르면 급격하게 퇴적 높이가 감소하게 되며 퇴적이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 결과적으로 이 연구에서 수행한 모든 실험에서 유사체적농도가 59%보다 작은 경우에는 퇴적이 발생하지 않는 것으로 나타났다.
- 그림에서 보인 바와 같이, 하류부 경사와 유사체적농도가 일정할 경우 모든 실험에서 접근수로의 바닥경사가 커질수록 퇴적 높이가 감소하는 것으로 나타났다. 하류부 수로의 경사와 입자의 체적농도가 변함에 따라서 퇴적되는 높이가 차이가 나긴 했으나, 상대적으로 접근수로의 경사가 작을수록 퇴적 높이가 증가하는 것으로 나타났다.
- 아울러 토석류는 깨끗한 물보다 수심이 불안정한데, 이는 토석류에 포함되어 있는 비교적 큰 입자들의 움직임에 의해 수심의 변동폭이 크며 불규칙적인 흐름을 보이기 때문이다. 깨끗한 물의 수심 대비 토석류의 평균 수심이 150%을 초과하는 경우 대부분의 토석류가 급격히 퇴적이 되는 것으로 나타났다.
- 실험을 통해 구해진 토석류 퇴적 발생 시점은 접근 수로와 하류부 수로의 바닥경사가 커짐에 따라 늦으며 체적농도가 증가함에 따라 빨라지게 된다. 따라서, 이러한 결과는 동일 유량이라 할지라도 토석류 흐름의 지속시간에 따라서 배수구조물에서 토석류가 퇴적될 수 있고 그렇지 않을 수도 있음을 보여준다.
- 하류부 수로 바닥경사가 높을수록 토석류의 퇴적 깊이가 낮아지는 것을 알 수 있으며 9º의 경우 하류부 수로 내 토석류는 퇴적현상 없이 모두 유출된 것으로 나타났다. 또한 그림 8에서 보인 바와 같이, 하류부 수로의 경사에 따라 토석류의 퇴적 발생 시점이 차이가 나는 것을 알 수 있었는데 하류부 수로의 경사가 클수록 퇴적이 발생하는 시점이 느려지는 것으로 나타났다.
- 실험 결과 깨끗한 물의 경우 접근수로와 하류부 수로 경사에 따라 조금씩 차이가 있지만 평균 수심이 1 mm 내의 범위에서 변동을 보였으나 토석류는 유사체적농도 그리고 상류부 및 하류부 수로의 경사에 따라 수심이 2배 이상까지 차이를 보이는 것으로 나타났다. 예를 들어, 실험 조건이 θup = 25º, θdown = 9º, Cv = 71%인 경우 깨끗한 물의 평균 수심은 약 5.
- 실험 결과 토석류의 유사체적농도는 하류부 수로 내에서 토석류의 퇴적에 큰 영향을 미치는 요소임을 확인하였으며 체적농도와 퇴적 깊이는 비례하는 것으로 나타났다. 유사체적농도가 71%인 경우 가장 높은 퇴적을 보였으며 59%인 경우 퇴적 현상 없이 토석류가 모두 하류로 유출되는 것으로 나타났다.
- 실험 결과 하류부 수로 바닥경사에 따라 퇴적 높이 차이가 현저하게 발생하는 것으로 나타났다. 하류부 수로의 경사가 3º일 경우 가장 높은 퇴적 깊이를 보였으며 9º일 경우 가장 낮은 퇴적 깊이를 보였다.
- 실험을 통해 토석류의 퇴적 발생의 유무는 접근수로의 바닥경사, 하류부 배수로의 바닥경사 그리고 토석류의 유사체적농도에 종속됨을 정량적으로 보여주었다. 실험 결과로 접근 수로와 하류부 배수로의 바닥경사와 토석류의 퇴적 높이는 반비례하며 체적농도와는 비례하는 것으로 나타났다. 횡단 배수구조물 내에서의 토석류 퇴적은 발생량이 중요하며 이는 퇴적이 발생하는 시점과 토석류의 유입이 종료되는 시점이 큰 영향을 끼치게 된다.
- 실험 변수로는 배수구조물 상류부 접근수로의 경사, 배수로의 경사 그리고 토석류의 유사퇴적농도를 고려하였으며, 전체 22개의 서로 다른 조건에 대해서 실험을 수행하였다. 실험결과를 보면, 먼저 토석류 흐름은 같은 유량이더라도 물 흐름에 비해 수심이 약 50%~150% 정도 현저하게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 적은 양의 유사라도 하류부 수로 내에서 수심의 증가를 발생시키며, 연속적으로 유입되는 토석류의 급격한 퇴적을 유발할 수 있음을 보여준다.
- 실험을 통해 토석류의 퇴적 발생의 유무는 접근수로의 바닥경사, 하류부 배수로의 바닥경사 그리고 토석류의 유사체적농도에 종속됨을 정량적으로 보여주었다. 실험 결과로 접근 수로와 하류부 배수로의 바닥경사와 토석류의 퇴적 높이는 반비례하며 체적농도와는 비례하는 것으로 나타났다.
- 아울러, 하류부 수로의 바닥경사가 4.5º 이상이 되는 경우, 하류부 배수로에서의 토석류 퇴적의 유무는 접근수로의 경사에 상관 없이 배수로의 바닥경사 그리고 토석류의 유사체적농도만의 함수로 결정되는 것으로 나타났다.
- 실험 결과 토석류의 유사체적농도는 하류부 수로 내에서 토석류의 퇴적에 큰 영향을 미치는 요소임을 확인하였으며 체적농도와 퇴적 깊이는 비례하는 것으로 나타났다. 유사체적농도가 71%인 경우 가장 높은 퇴적을 보였으며 59%인 경우 퇴적 현상 없이 토석류가 모두 하류로 유출되는 것으로 나타났다. 또한 체적농도가 작아질수록 관측지점에서의 퇴적 발생 시점이 늦어지는 것으로 나타났다.
- 8 mm의 수심을 보였다. 전자의 경우 토석류가 깨끗한 물에 비해 약 50%의 수심이 상승하고, 후자의 경우 약 150%의 수심 상승을 보였다. 이는 토석류의 내부마찰각의 증가로 인해 유속이 감소하고 수심이 증가하기 때문이다(Iverson, 1997; Takahashi, 2007).
- 즉, 그림 7에서 θdwon= 3º, Cv= 83%인 경우는 실험 초기부터 곧 바로 관측지점에서 퇴적이 시작됨을 알 수 있으며, 다른 두 경우에는 관측지점의 하류에서 퇴적이 시작되며 그 영향으로 관측지점에서의 수심(퇴적 깊이)는 어느 시점에서 급격히 증가하는 것으로 나타났다.
- 실험 변수 중 하류부 배수로의 바닥 경사와 각 토석류의 유사체적농도의 항으로 토석류 퇴적 깊이를 표현하면 그림 10과 같다. 토석류의 퇴적 깊이와 하류부 수로 경사와의 관계 곡선에서 하류부 수로의 바닥경사가 커짐에 따라 하류부 배수로 내 토석류의 퇴적 높이가 거의 일정한 비율로 감소하는 것으로 나타났다. 하지만, 유사체적농도에 따른 퇴적 깊이를 비교해 보면 유사체적농도가 감소함에 따라 퇴적 높이가 거의 일정 비율로 감소하다가 각 상류부 수로의 경사에 따라 특정 유사체적농도에 도달하게 되면 토석류는 하류부 배수로에서 퇴적되지 않고 모두 배수로 하류단으로 유출되는 것으로 나타났다.
- 하류부 배수로의 바닥경사와 토석류의 유사체적농도와의 관계를 분석해보면 토석류의 퇴적 깊이는 하류부 수로의 경사에 반비례하고 체적농도에 비례하는 것으로 나타났다. 특이할 점은 하류부 수로 경사와 퇴적 높이는 거의 선형으로 반비례하는데 반해, 체적농도는 일정한 유사체적농도까지는 거의 선형으로 비례하지만, 특정 유사체적농도가 되면 토석류 퇴적 깊이가 급격하게 감소한다는 것이다.
- 하류부 배수로의 바닥경사와 토석류의 유사체적농도와의 관계를 분석해보면 토석류의 퇴적 깊이는 하류부 수로의 경사에 반비례하고 체적농도에 비례하는 것으로 나타났다. 특이할 점은 하류부 수로 경사와 퇴적 높이는 거의 선형으로 반비례하는데 반해, 체적농도는 일정한 유사체적농도까지는 거의 선형으로 비례하지만, 특정 유사체적농도가 되면 토석류 퇴적 깊이가 급격하게 감소한다는 것이다.
- 하류부 수로 바닥경사가 높을수록 토석류의 퇴적 깊이가 낮아지는 것을 알 수 있으며 9º의 경우 하류부 수로 내 토석류는 퇴적현상 없이 모두 유출된 것으로 나타났다.
- 그림에서 보인 바와 같이, 하류부 경사와 유사체적농도가 일정할 경우 모든 실험에서 접근수로의 바닥경사가 커질수록 퇴적 높이가 감소하는 것으로 나타났다. 하류부 수로의 경사와 입자의 체적농도가 변함에 따라서 퇴적되는 높이가 차이가 나긴 했으나, 상대적으로 접근수로의 경사가 작을수록 퇴적 높이가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 토석류의 퇴적 발생 시점은 연속적으로 유입되는 토석류의 특성 파악에 매우 중요한 요소로 하류부 수로의 바닥경사와 체적농도에 따라서 퇴적이 이루어지는 시점이 달라지게 된다.
- 토석류의 퇴적 깊이와 하류부 수로 경사와의 관계 곡선에서 하류부 수로의 바닥경사가 커짐에 따라 하류부 배수로 내 토석류의 퇴적 높이가 거의 일정한 비율로 감소하는 것으로 나타났다. 하지만, 유사체적농도에 따른 퇴적 깊이를 비교해 보면 유사체적농도가 감소함에 따라 퇴적 높이가 거의 일정 비율로 감소하다가 각 상류부 수로의 경사에 따라 특정 유사체적농도에 도달하게 되면 토석류는 하류부 배수로에서 퇴적되지 않고 모두 배수로 하류단으로 유출되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이러한 설계정수의 산정을 위해서, 이 연구에서는 실험자료를 토대로 배수구조물에서의 토석류 퇴적 유무를 토석류 유사체적농도, 접근수로의 경사 그리고 배수구조물의 경사 항으로 판별할 수 있는 로지스틱 모형을 제시하였다. 이 로지스틱 모형을 이용하여 현장 조건에 맞는 토석류 피해 저감형 배수구조물을 설계할 수 있을 것이다.
- 이러한 피해를 저감하기 위해서는 사방 시설을 이용하여 횡단 배수구조물로 유입되는 토석류 유량 자체를 감소시키는 것도 중요하지만, 아울러 횡단 배수구조물인 배수암거로 유입된 토석류가 구조물 내부에서 퇴적되지 않고 하류부로 원활이 소통되도록 하는 것도 중요하다. 후자의 경우 토석유입을 고려한 배수암거의 설계 기술을 과학적 근거에 의해서 선진화할 필요가 있으며, 이를 위해서는 배수암거 내에서의 토석류의 유동 및 퇴적 특성을 이해하는 것이 선행되어야 한다.
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