본 연구는 뗏장형태로 재배된 식생매트호안공법에 이용되는 갈대, 물억새, 사초의 성장에 따른 뿌리의 발달과 인발저항력 및 전단저항력 증가에 대하여 실험하였다. 실험기간은 식물의 성장기인 5월(2012년 5월 23일 식재) 하순부터 총 9주에 걸쳐 시행되었고, 실험포지의 토양은 하상과 비슷한 사질토이다. 3가지 초종의 뿌리성장은 식재 후 빠른 성장을 보이다가, 4주후부터 물억새와 사초는 성장속도가 둔화되었고 갈대는 비슷한 속도로 계속하여 증가하였다. 뿌리성장의 차이는 지하경의 발달에 의한 것으로 물억새와 갈대는 씨앗에 의한 번식 뿐 아니라, 지하경으로 번식하는데, 갈대의 지하경은 대단히 굵고 성장속도도 빠르기 때문이다. 이러한 뿌리성장의 특징으로 식재 후 시간이 지남에 따라 뿌리무게 증가와 인발저항력 및 전단저항력이 증가하나, 물억새와 사초는 일정한 시간이 경과한 후에는 증가 속도가 둔화되고, 갈대는 계속하여 증가하는 것으로 나타났다. 물억새와 사초는 식재 후 11주 전후로 최대값을 가지는 한계전단저항력을 가지는 것으로 분석되었다.
본 연구는 뗏장형태로 재배된 식생매트호안공법에 이용되는 갈대, 물억새, 사초의 성장에 따른 뿌리의 발달과 인발저항력 및 전단저항력 증가에 대하여 실험하였다. 실험기간은 식물의 성장기인 5월(2012년 5월 23일 식재) 하순부터 총 9주에 걸쳐 시행되었고, 실험포지의 토양은 하상과 비슷한 사질토이다. 3가지 초종의 뿌리성장은 식재 후 빠른 성장을 보이다가, 4주후부터 물억새와 사초는 성장속도가 둔화되었고 갈대는 비슷한 속도로 계속하여 증가하였다. 뿌리성장의 차이는 지하경의 발달에 의한 것으로 물억새와 갈대는 씨앗에 의한 번식 뿐 아니라, 지하경으로 번식하는데, 갈대의 지하경은 대단히 굵고 성장속도도 빠르기 때문이다. 이러한 뿌리성장의 특징으로 식재 후 시간이 지남에 따라 뿌리무게 증가와 인발저항력 및 전단저항력이 증가하나, 물억새와 사초는 일정한 시간이 경과한 후에는 증가 속도가 둔화되고, 갈대는 계속하여 증가하는 것으로 나타났다. 물억새와 사초는 식재 후 11주 전후로 최대값을 가지는 한계전단저항력을 가지는 것으로 분석되었다.
It was tested in field that a Pull-out Capacity and Shear resistance strength change of reed, common reed and sedge which were planted by mat-type turf and used for revegetation of bank. The testes were done for 9 weeks from end of May and the grasses were planted on sandy soil. Roots grew fastly af...
It was tested in field that a Pull-out Capacity and Shear resistance strength change of reed, common reed and sedge which were planted by mat-type turf and used for revegetation of bank. The testes were done for 9 weeks from end of May and the grasses were planted on sandy soil. Roots grew fastly after planted and increasement of a common reed and sedge root were reduced after 4 weeks but increasement of reed roots were not reduced. The difference of increasement of roots is due to a difference of propagation method. Sedge propagate by seed. Reed and commom reed propagate by seed and subterranean stem and reed has bigger subterranean stem than common reed. So increasement of common reed and sedge roots were slow than reed. By root growth pattern, increasement of pull-out capacity and shear resistance strength showed very similar way of root growth, those of common reed and sedge were fast in early stage of cultivation but were reduced. But increasement of pull-out capacity and shear resistance strength of reed was not reduced. A Maximum shear resistance strength called critical shear resistance strength of common reed and sedge can be Analyzed at 11 weeks after planted.
It was tested in field that a Pull-out Capacity and Shear resistance strength change of reed, common reed and sedge which were planted by mat-type turf and used for revegetation of bank. The testes were done for 9 weeks from end of May and the grasses were planted on sandy soil. Roots grew fastly after planted and increasement of a common reed and sedge root were reduced after 4 weeks but increasement of reed roots were not reduced. The difference of increasement of roots is due to a difference of propagation method. Sedge propagate by seed. Reed and commom reed propagate by seed and subterranean stem and reed has bigger subterranean stem than common reed. So increasement of common reed and sedge roots were slow than reed. By root growth pattern, increasement of pull-out capacity and shear resistance strength showed very similar way of root growth, those of common reed and sedge were fast in early stage of cultivation but were reduced. But increasement of pull-out capacity and shear resistance strength of reed was not reduced. A Maximum shear resistance strength called critical shear resistance strength of common reed and sedge can be Analyzed at 11 weeks after planted.
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문제 정의
에서 알 수 있는 바와 같이, 기존 연구에 사용된 식물은 교목, 관목류이며, 초본류는 이들에 비하여 토양에 존재하는 뿌리의 면적비율 산정이 쉽지 않아 식 (4)와 같은 형태로 전단저항력의 증가를 나타내기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 기존의 연구를 토대로 뿌리 체적 대신에 뿌리의 무게와 인발 저항력, 뿌리무게와 전단저항력의 관계를 파악코자 하였다. 동일한 개체의 식물에서 식물뿌리의 단위중량이 동일하다면 식물뿌리의 체적과 무게는 동일시 할 수 있고, 뿌리의 체적을 측정하는 것보다 뿌리의 무게를 측정하는 것이 간편하고 정확하기 때문이다.
본 연구는 뗏장형태로 재배되어 호안에 시공할 수 있도록 제작된 완성형 식생매트의 성장과 그로 인한 역학적 특성, 전단저항력과 인발저항력에 대한 노지실험을 실시하였다.
완성형 식생매트의 전단저항력 측정을 위하여 교란없이 일정한 크기로 시료를 채취하는 것은 초본류 뿌리가 가늘고 작은 점을 고려하면 토양긴발력의 한계로 인하여 대단히 어려울 것으로 판단된다. 본 연구에서는 교란 없이 완성형 식생매트의 전단저항력을 측정하기 위하여 직접전단시험기를 제작하여 이용하기로 하였고, 그에 맞는 시료를 채취하기 위하여 거푸집을 설치하여 완성형 식생매트를 식재하였으며, 거푸집과 직접전단시험기 및 시험 전경이 Photo 3.에 나타나 있다.
본 연구에서는 뗏장 형태로 재배된 식생매트를 이용한 호안공법(이하 완성형식생매트공법)의 전단저항력을 측정하여 호안사면의 사면안정에 미치는 영향과 식생이 빠른 유속에 저항하는 저항특성을 파악하고자 인발저항력 측정실험을 대표적인 다년생 수변식물인 갈대, 물억새, 사초에 대하여 시행하였다.
예를 들어 전단면의 뿌리단면이 크다면 뿌리의 체적도 커질 것이고, 밀도가 동일하다면 무게도 증가할 것이다. 본 연구에서는 뿌리에 의한 전단저항력을 측정하기 위하여 직접전단시험기를 제작하였으며, 시료를 교란없이 채취하기 위하여 Photo 2.에 나타나 있는 것과 같은 식생매트와 같은 크기의 거푸집을 제작하여 전단시험을 시행하였다.
본 연구에서는 뿌리에 의한 전단저항력의 증가분을 분석하는 것이 목적이므로 Coulomb의 전단저항식에서 상부하중의 증가에 의한 전단저항력 증가분을 고려할 필요가 없다. 즉 식(1)에서 σ tanΦ를 산정할 필요가 없으므로 전단저항력만을 측정할 수 있도록 제작하였다.
본 연구에서는 전단면의 뿌리단면적과 뿌리의 인장력을 산정하는 대신에 뿌리의 무게를 측정하여 전단저항력의 크기를 나타내고자 한다. 같은 초본류 식물의 뿌리 밀도가 동일하다면 전단면의 뿌리단면적은 뿌리의 무게로 대체할 수 있을 것이다.
호안사면의 활동과 관계된 흙의 역학적 특성인 전단 저항력을 측정하기 위하여 본 연구에서는 초본류를 대상으로 교란되지 않은 시료를 채취하기 위하여 식생매트와 동일한 크기의 거푸집을 토양에 설치하여 초종을 재배하였으며, 뿌리에 의한 전단저항력 증가치를 산정하는 실험이므로, 직접전단저항력 측정장치를 제작하여 실험하였다.
가설 설정
홍수시 식물에 외력으로 작용하는 하천수의 흐름에 저항할 수 있는 힘(Kim and Kim, 2009)인 인발저항력을 측정하였다. 전단저항력은 호안사면의 활동과 관련된 흙의 특성으로 기존의 많은 연구들이 뿌리 단면적과 인발저항력의 관계를 이용하여 전단저항력을 결정하는 방법을 시도하였으나, 본 연구에서는 동일한 식물의 뿌리 밀도는 일정하다고 가정하고 뿌리의 체적 대신에 뿌리 무게와 전단저항력의 관계를 유도하였다. 뿌리무게를 이용한 것은 교목이나 관목보다 가늘고 약한 초본류의 뿌리를 대상으로 하였고, 초본류 뿌리의 체적을 결정하는 방법은 표준화된 방법이 없을 뿐 아니라 정확한 뿌리 체적 및 전단면의 뿌리 단면적을 측정하기 어렵다(Kim et al.
제안 방법
완성형 식생매트의 인발저항력 측정시 완성형 식생매트가 찢어지거나, 식물의 상부가 뽑혀 뿌리의 인발저항력을 측정하지 못하는 것을 방지하기 위하여 완성형 식생매트와 같은 크기의 그레이팅을 제작하고, Photo 2(a)와 같이 그레이팅을 식재기반이 되는 토양 위에 놓고, 그레이팅 위에 완성형 식생매트를 식재하였다. 인발저항력 측정은 로드 셀을 이용하였고, 인발을 위하여 삼각지주대와 체인블록을 설치하였다.
완성형 식생매트의 인발저항력 측정시 완성형 식생매트가 찢어지거나, 식물의 상부가 뽑혀 뿌리의 인발저항력을 측정하지 못하는 것을 방지하기 위하여 완성형 식생매트와 같은 크기의 그레이팅을 제작하고, Photo 2(a)와 같이 그레이팅을 식재기반이 되는 토양 위에 놓고, 그레이팅 위에 완성형 식생매트를 식재하였다. 인발저항력 측정은 로드 셀을 이용하였고, 인발을 위하여 삼각지주대와 체인블록을 설치하였다.
초종별 완성형 식생매트의 인발저항력 실험을 위한 식생매트 식재는 2012년 5월 27일 시행하였고, 인발저항력 실험은 식재후 2, 4, 5, 7, 9주차에 측정하였으며, 초종별로 측정시 3회씩 총 45개(=3종×5주×3회)의 식생매트를 식재하였다.
홍수시 식물에 외력으로 작용하는 하천수의 흐름에 저항할 수 있는 힘(Kim and Kim, 2009)인 인발저항력을 측정하였다. 전단저항력은 호안사면의 활동과 관련된 흙의 특성으로 기존의 많은 연구들이 뿌리 단면적과 인발저항력의 관계를 이용하여 전단저항력을 결정하는 방법을 시도하였으나, 본 연구에서는 동일한 식물의 뿌리 밀도는 일정하다고 가정하고 뿌리의 체적 대신에 뿌리 무게와 전단저항력의 관계를 유도하였다.
대상 데이터
본 연구의 호안공법의 대상인 완성형 식생매트는 수변에서 자라는 정수식물인 갈대, 물억새, 사초 등으로 재배된 식생매트이다. Table 1.
성능/효과
참조)의 성장으로 인한 것이며, 물억새의 지하경에 비하여 갈대의 지하경이 크고 굵어 무게가 더 빨리 증가하는 것으로 나타났다. 개체번식을 위한 지하경의 발달은 갈대가 자라는 토양의 역학적 특성변화에 대단히 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
노지에서의 식물 성장은 기후, 토양 등에 외부조건에 따라 결정되므로, 실험에 이용된 완성형 식물매트의 성장에 따른 시료로서의 균질성을 확보하기가 대단히 어렵다. 따라서 시료의 균질성을 확보하고자 하천과 비슷한 환경을 가진 사질토 토질의 농장에서, 주기적으로 관수하는 등 관리 하에 재배하였으나 실험 결과로 나타난 식생매트의 성장속도는 상당한 차이를 보였다.
전단저항력 측정결과, 인발저항력과 같이 물억새와 사초는 뿌리의 증가와 함께 전단저항력이 증가하나 일정한 기간이 지나면 증가세가 둔화되며, 이를 2차식으로 나타내면 전단저항력의 한계값을 구할 수 있다. 물억새, 사초 모두 11주 정도에서 한계치를 나타내며, 이는 식물의 성장기인 5월 중순부터 시작되는 초본류의 성장기를 고려하면 7월말, 8월 초에 전단증가는 최대치에 이르는 것을 알 수 있다. 8월 중순이후에는 수변식물이 개체성장을 하기보다는 번식을 위한 성장이 이루어지므로 식물성장주기와도 비슷한 것을 알 수 있다.
반면 노지에서 식물의 성장기인 5월말부터 시행된 본 연구의 실험에서는 Fig. 1(b)와 같이, 물억새와 갈대의 뿌리가 식재후 짧은 기간에 대단히 빠른 속도로 증가하는 것을 알 수 있고, 4주 이후 뿌리무게의 증가추세는 둔화되는 것을 알 수 있다. 2011년 실험과 2012년 실험의 차이는 동일한 조건에서도 식물의 성장이 일률적이지 않을 뿐 아니라, 추수기에 온실에 이루어진 실험과, 성장기와 노지에서 이루어진 점의 차이인 것으로 판단 된다.
본 연구에서 완성형 식생매트로 재배된 물억새, 사초의 뿌리 무게는 초기에 빠른 속도로 증가하나, 시간이 증가할수록 성장속도는 둔화된다. 갈대의 경우는 개체번식을 위한 지하경이 자라면서 시간과 함께 증가하는 것을 알 수 있다.
본 연구에서 인발저항력과 전단저항력에 이용된 물억새, 사초 및 갈대의 뿌리에 의한 흙의 역학적 특성이 다르게 나타나는 것은, 갈대, 물억새, 사초의 번식특성과 깊은 관계가 있는 것을 알 수 있다. 갈대와 물억새는 벼과 식물로 씨앗과 지하경을 이용하여 번식하며, 사초는 씨앗만을 이용하는 초종인데, 갈대는 물억새에 비하여 상대적으로 크고 굵은 지하경을 통하여 번식하며, 갈대지하경의 성장으로 인한 흙의 역학적 특성변화가 물억새, 사초 등과 달리 나타나기 때문으로 판단된다.
시간에 따른 전단저항력의 변화는 물억새와 사초는 시간이 지남에 따라 전단저항력의 증가가 둔화됨을 알 수 있고, 갈대의 경우는 시간 증가와 더불어 전단저항력도 같이 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 초종별차이는 전술한 바와 같이 초종별 성장특성에 따른 것으로 보인다.
전단저항력 측정결과, 인발저항력과 같이 물억새와 사초는 뿌리의 증가와 함께 전단저항력이 증가하나 일정한 기간이 지나면 증가세가 둔화되며, 이를 2차식으로 나타내면 전단저항력의 한계값을 구할 수 있다. 물억새, 사초 모두 11주 정도에서 한계치를 나타내며, 이는 식물의 성장기인 5월 중순부터 시작되는 초본류의 성장기를 고려하면 7월말, 8월 초에 전단증가는 최대치에 이르는 것을 알 수 있다.
홍수시 하천수 흐름에 저항하는 인발저항력의 측정에서 3가지 초종 모두 시간이 지나면서 뿌리의 무게가 증가하고, 그에 따라 인발저항력도 증가하는 것을 알 수 있었는, 물억새와 사초는 뿌리의 성장이 둔화되면서 인발저항력의 증가도 둔화되는나, 갈대는 지하경의 발달로 뿌리무게와 인발저항력이 선형의 관계를 가짐을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
호안공법의 다른 명칭은?
최근 자연형하천공법, 생태하천공법 등 다양한 이름으로 불리는 호안공법중 식물을 이용한 공법(식생호안공법)은 흐름이 느리거나 빠르지 않아 세굴로 인한 호안의 안전에 큰 문제가 되지 않는 하천구간에 적용되는 것이 보통이다. 이는 호안재료가 자연석, 콘크리트와 같이 강하지 못할 뿐 아니라, 식생호안에 대한 안전도를 평가하는 방법 역시 명확하지 않기 때문으로 판단된다.
식생호안공법의 특징은?
최근 자연형하천공법, 생태하천공법 등 다양한 이름으로 불리는 호안공법중 식물을 이용한 공법(식생호안공법)은 흐름이 느리거나 빠르지 않아 세굴로 인한 호안의 안전에 큰 문제가 되지 않는 하천구간에 적용되는 것이 보통이다. 이는 호안재료가 자연석, 콘크리트와 같이 강하지 못할 뿐 아니라, 식생호안에 대한 안전도를 평가하는 방법 역시 명확하지 않기 때문으로 판단된다.
식생호안공법이 하천구간에 적용되는 이유는?
최근 자연형하천공법, 생태하천공법 등 다양한 이름으로 불리는 호안공법중 식물을 이용한 공법(식생호안공법)은 흐름이 느리거나 빠르지 않아 세굴로 인한 호안의 안전에 큰 문제가 되지 않는 하천구간에 적용되는 것이 보통이다. 이는 호안재료가 자연석, 콘크리트와 같이 강하지 못할 뿐 아니라, 식생호안에 대한 안전도를 평가하는 방법 역시 명확하지 않기 때문으로 판단된다.
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