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문제 정의
- 9m를 홍수파의 최고수위로 사용하였다.KWRC (2013)의 보고서에 의하면 일본의 경우 1V:30H의 경사로 제내지측 제방을 성토하는 슈퍼제방의 사례를 제시한 바 있는데, 본 연구에서는 슈퍼제방과 같이 큰 규모의 제내지를 구성하지 않는 대신 좀 더 제외지와 제내지의 표고에 따른 침투양상을 고려하기 위해 제외지와 제내지의 표고를 동일한 모양(수평을 유지)으로 상하향하여 침투모의를 수행하였다. 또한, 세부적으로 –2m∼+2m 범위에서 각각 1m 단위로 상승 및 하강시켜 모의를 수행하였으며 제방의 경사는 일정하게 1V:3H를 유지하도록 하였다(Fig.
- 978 cm/s 로 산정한 바, 본 논문의 Case별로 모의된 최대유속 값이 한계유속에 비해 매우 작게 산정된 것을 고려하여 한계유속에 의한 파이핑 안정성 판단은 의미가 없을 것으로 판단하였다. 따라서 본 논문에서는 동수경사에 의한 파이핑의 안정성만을 고려하고 침투유속에 의한 파이핑 안정성 평가는 생략하였다.
- 또한 이미 언급했던 Xu (2014)와 MLTM (2008)의 제안과 같이 제방 안정성 평가를 위해서는 정상류 모의와 부정류 모의를 함께 수행하여 결과를 함께 분석해볼 필요가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 제내지와 제외지의 표고변화에 따른 침투양상을 정상류와 부정류로 함께 모의하여 제방의 외적요인들이 파이핑 안정성에 얼마나 영향을 미치는지를 분석하였다.
- 본 연구는 실제 제방에서 관측한 자료와 침투모의결과를 분석하여 제내지 및 제외지의 표고에 따른 파이핑 안정성을 평가하였다. 우선적으로 관측된 자료를 바탕으로 추정된 매개변수를 활용하여 낙동강 율지제를 대상으로 2 차원 침투모의를 실시하고 해당지역에서 계측한 간극수압 데이터와 상호비교하여 타당성 검증을 수행하였다.
- 반면에 제내지의 표고변화 Case에서는 제내지 표고가 상승할수록 침투유속이 감소하였으며 제외지 표고가 하강시에는 침투유속이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 본 연구에서 침투유속의 안전율은 산정하지 않았기 때문에 이에 대해서는 전체 모의시간 중에 가장 높은 침투유속을 선정하여 안정성을 비교하였다. 그 결과는 Table 3과 같으며, 제내지-2 m Case에서 가장 높은 침투유속(0.
- 3(b)의 경우에는 반대로 1m정도 하향되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 오차를 보정하기 위해 본 연구에서는 민감도 분석이 필요하다고 판단하였고 침투해석에 가장 크게 영향을 미치는 변수인 투수계수와 체적함수비를 조정하여 지하수위가 어떻게 변하는지 파악하였다.
제안 방법
- 동수경사법은 Eq. (2)와 같으며 본 논문에서는 이를 이용하여 안전율을 산정하고, 파이핑 안정성을 검토하였다.
- 3) 본 연구에서는 한계유속에 따른 파이핑 안정성을 평가하지는 않았지만 동수경사와 더불어 보다 세부적인 침투양상을 파악하기 위해 침투유속을 Case별로 분석하였다. 침투유속의 경우, 제내지 표고를 상승시킬수록 유속이 감소하였으며 제내지 표고를 하강시킬수록 유속은 현저하게 증가함을 알 수 있었다.
- 경계조건은 Fig. 2와 같이 제외지측 전체를 설정하였고 Potential Seepage Face를 제내지 사면에 설정하여 침투 모의시, 침윤선이 제내지 표고보다 높아지지 않게 설정하였다. 지하수위 초기값은 2012년도 하천의 평수위가 El.
- 실제 수문곡선은 일반적으로 포물선 형태이지만 본 연구에서는 MLTM (2003)에서 제시한 율지제 홍수파형과 동일하게 홍수위 최고값의 75% 이상이 되는 부분을 최고수위의 지속시간(Duration Time) 으로 수정한 사다리꼴의 홍수파형을 사용하였다. 계산간 격은 1시간 단위로 설정하였으며 홍수위 상승시간은 7시간, 홍수위 지속시간은 86시간, 홍수위 하강시간 20시간을 기준으로 총 113시간을 모의하였다. 평수위는 2012년도 회천 평수위인 El.
- 또한, SEEP/W는 수치해석의 특성상, 불포화된 격자의 동수경사도 계산되기 때문에 실제로 파이핑 현상이 일어날수 없는 시점임에도 불구하고 안전율이 매우 작아질 수 있는 경우가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 이와 같은 수치적인 착오를 고려하기 위해 지하수가 충분히 제내지 끝단까지 상승하는 시점(모의 시작 후 50시간 시점) 이후의 동수경사 값을 더불어 선정하였다.
- 이러한 결과는 회천하류의 수위가 회천 상류보다 낙동강 본류수위의 영향을 강하게 받고 있기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 제외지 및 하상고의 표고변화로 인한 수위 변화는 고려하지 않고 Case별 모의를 수행하였다.
- 하천설계기준(KWRA, 2009)에서는 안전율 Fs가 2 이상이 되어야 파이핑으로부터 안전하다고 제시하고 있다. 따라서 본 연구에서는 하천설계기준에 따른 파이핑 안전율을 이용하여 침투해석결과와 한계동수 경사를 비교하여 제방의 파이핑 안전율을 판단하였다. 또한, SEEP/W는 수치해석의 특성상, 불포화된 격자의 동수경사도 계산되기 때문에 실제로 파이핑 현상이 일어날수 없는 시점임에도 불구하고 안전율이 매우 작아질 수 있는 경우가 발생한다.
- 본 논문에서는 SEEP/W 내에서 구축한 제방과 실제 제방과의 적용성을 검증하기 위하여 율지제의 간극수압 계측자료가 존재하는 기간(2012년 8월 21일∼2013년 6월 15일)을 대상으로 모의를 수행하였다. 또한, 계측된 간극수압 데이터(압력단위: psi)를 압력수두로 환산 후 센서심도(El. 5 m)를 합산하여 얻은 지하수위와 모의결과를 비교하였다. 이는 Kang et al.
- 또한, 세부적으로 –2m∼+2m 범위에서 각각 1m 단위로 상승 및 하강시켜 모의를 수행하였으며 제방의 경사는 일정하게 1V:3H를 유지하도록 하였다(Fig. 6).
- 민감도 분석에는 고수위가 발생한 2012년 8월 22일∼2012년 10월 18일에 계측된 회천수위를 이용하였으며 계산시간을 줄이기 위해 12시간 간격으로 모의하였다. 또한, 체적함수비의 경우에는 10%씩 가감을, 투수계수는 0.1m/hr씩 가감을 하여 침투모의시에 지하수흐름이 어떻게 달라지는지 살펴보았다(Fig. 4). 그 결과 투수계수와 체적 함수비의 변화로는 전반적으로 지하수위가 변하지 않는 것으로 나타났다.
- 민감도 분석에는 고수위가 발생한 2012년 8월 22일∼2012년 10월 18일에 계측된 회천수위를 이용하였으며 계산시간을 줄이기 위해 12시간 간격으로 모의하였다.
- 본 연구에서는 지방하천 제방의 경우 80년 빈도 홍수위를 기준으로 설계 및 축조되고 있는 상황을 반영하여 Fig.5와 같은 율지제의 홍수파형(MLTM, 2003)을 이용하여 침투해석을 수행하였다. 실제 수문곡선은 일반적으로 포물선 형태이지만 본 연구에서는 MLTM (2003)에서 제시한 율지제 홍수파형과 동일하게 홍수위 최고값의 75% 이상이 되는 부분을 최고수위의 지속시간(Duration Time) 으로 수정한 사다리꼴의 홍수파형을 사용하였다.
- 본 연구는 실제 제방에서 관측한 자료와 침투모의결과를 분석하여 제내지 및 제외지의 표고에 따른 파이핑 안정성을 평가하였다. 우선적으로 관측된 자료를 바탕으로 추정된 매개변수를 활용하여 낙동강 율지제를 대상으로 2 차원 침투모의를 실시하고 해당지역에서 계측한 간극수압 데이터와 상호비교하여 타당성 검증을 수행하였다. 그 결과, 계측데이터와 모의결과 간의 일정한 수위오차를 확인하였고 이를 저감하기 위해 민감도 분석을 수행하였다.
- 이 연구에서는 인장력 변화와 제체수위 및 온도 변화를 측정하여 침투거동과 제방 안정성을 세부적으로 분석하였다(Artières et al., 2012).
- 5 m)를 합산하여 얻은 지하수위와 모의결과를 비교하였다. 이는 Kang et al. (2014)에서 이미 선행되었던 과정이지만 더 많은 계측데이터가(Kang et al., 2014 에서는 2013년 2월 28일까지 계측함) 축적됨에 따라 이를 다시 모의하여 본 논문에 구축된 모형의 적합성을 재기술하였다. 모의결과(Fig.
- 본 연구에서도 이러한 한계성을 해결하기 어려운 점이 있었으며 추후, 이에 대해서는 좀 더 면밀한 분석을 통해 오차저감의 방안을 찾아보는 것이 필요하다고 판단된다. 하지만 선행연구인, Kang et al. (2014)에서 이용했던 모형의 경계조건 및 지형자료를 본 연구를 통해 개선하였으며 정상류 및 부정류모의를 병행하여 각각의 안정성을 평가함으로서 연구결과의 신뢰성을 높였다. 더불어, 제방의 형태에 따른 파이핑안정성 연구를 연장하여 제내지와 제외 지의 표고변화를 고려한 파이핑 안정성을 평가하였는데, 기대와는 다르게 제외지 표고변화와는 상관없이 하천수 위의 영향이 파이핑 안정성에 지배적이라는 것을 알 수 있었다.
- 한편, 최대동수경사의 경우, 침윤선이 지반고까지 다다르지 않는 시점에는 파이핑 현상을 일으킬 수 없다는 점을 고려하여, 모의시작 후 50시간 시점의 지하수위도 산정하였다. 이들 Case 별 동수경사들을 비교해보면 제내지가 상승할수록 동수경사가 뚜렷하게 감소하는 양상을 보였고 제내지가 하강할수록 동수경사는 상승하는 것으로 나타났다.
- 한편으로 제외지 표고가 상승 또는 하강하면 하천수위도 함께 변화될 것으로 예상되었기에 이러한 사항을 고려 하여 HEC-RAS를 통해 제외지의 표고에 따른 흐름모의를 선행하였다. 그 결과, 회천 전지역(합류부에서 개진2수위관측소까지)의 하천수위는 10cm 이내의 변화를 나타냈으며 이를 통해 제외지 표고변화는 하천수위변화에 거의 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.
대상 데이터
- 10m를 기준으로 하였으며, 80년 빈도 홍수위인 El. 19.9m를 홍수파의 최고수위로 사용하였다.KWRC (2013)의 보고서에 의하면 일본의 경우 1V:30H의 경사로 제내지측 제방을 성토하는 슈퍼제방의 사례를 제시한 바 있는데, 본 연구에서는 슈퍼제방과 같이 큰 규모의 제내지를 구성하지 않는 대신 좀 더 제외지와 제내지의 표고에 따른 침투양상을 고려하기 위해 제외지와 제내지의 표고를 동일한 모양(수평을 유지)으로 상하향하여 침투모의를 수행하였다.
- 9∼10m인 것을 고려하여 El. 9m로 설정하였으며 투수계수와 체적함수비는 모형실험을 활용한 제방의 누수 메커니즘 규명 연구 최종보고서(KWRC, 2012)와 낙동강 수계 정곡제외 1개지구 하천개수공사 실시설계 보고서(MLTM, 2003)에 수록된 율지제의 물성치를 고려하여 선정하였다. 기타 세부 사항들은 Kang et al.
- 5m이고, 제내지와 제외지 끝단의 사이 폭은 37m이며 제내지와 제외지 사면경사는 1V:3H이다. 모의영역의 전체 길이는 120m로 적용하였다. 또한 제내지 및 제외지 지반고는 율지리의 지반고를 고려하여 El.
- 본 논문에서는 SEEP/W 내에서 구축한 제방과 실제 제방과의 적용성을 검증하기 위하여 율지제의 간극수압 계측자료가 존재하는 기간(2012년 8월 21일∼2013년 6월 15일)을 대상으로 모의를 수행하였다.
- 본 연구대상인 율지제는 경상남도 합천군 덕곡면 율지리에 위치하였으며 ‘낙동강 연안 개발사업 하천개수공사’로 1991년도에 축조되었으며, 회천(지방하천)을 따라 낙동강과 합류하는 부근에서 율지교를 지나는 부근까지 연장되어 있다(Fig. 1).
데이터처리
- 우선적으로 관측된 자료를 바탕으로 추정된 매개변수를 활용하여 낙동강 율지제를 대상으로 2 차원 침투모의를 실시하고 해당지역에서 계측한 간극수압 데이터와 상호비교하여 타당성 검증을 수행하였다. 그 결과, 계측데이터와 모의결과 간의 일정한 수위오차를 확인하였고 이를 저감하기 위해 민감도 분석을 수행하였다.하지만 매개변수의 조정으로는 구축된 모형에서 발생하는 수위오차를 줄이기 어려운 부분이 있었다.
이론/모형
- 9m로 설정하였으며 투수계수와 체적함수비는 모형실험을 활용한 제방의 누수 메커니즘 규명 연구 최종보고서(KWRC, 2012)와 낙동강 수계 정곡제외 1개지구 하천개수공사 실시설계 보고서(MLTM, 2003)에 수록된 율지제의 물성치를 고려하여 선정하였다. 기타 세부 사항들은 Kang et al. (2014)를 참고하였다.
- 수치해석 모형은 Geoslope의 SEEP/W 2004를 이용하였다. 토양내부의 포화침투에 관한 지배방정식은 Darcy (1865)에 의해 유도되었으며 Richards (1931) 에 의해 수정되어 Eq.
- 5와 같은 율지제의 홍수파형(MLTM, 2003)을 이용하여 침투해석을 수행하였다. 실제 수문곡선은 일반적으로 포물선 형태이지만 본 연구에서는 MLTM (2003)에서 제시한 율지제 홍수파형과 동일하게 홍수위 최고값의 75% 이상이 되는 부분을 최고수위의 지속시간(Duration Time) 으로 수정한 사다리꼴의 홍수파형을 사용하였다. 계산간 격은 1시간 단위로 설정하였으며 홍수위 상승시간은 7시간, 홍수위 지속시간은 86시간, 홍수위 하강시간 20시간을 기준으로 총 113시간을 모의하였다.
성능/효과
- 1) 제내지 및 제외지의 표고를 변화시키지 않은 경우를 Normal Case라고 하면, 제내지의 표고에 따른 모의에서는 표고가 낮아질수록 유출부의 수두가 일정해질 때, 동수경사는 Normal Case보다 큰 값이 나타났고 지하수위 지속시점 중반에는 동수경사가 더욱 커지는 것을 알 수 있었다. 제내지의 표고를 상승시킨 Case의 경우, 초반부에는 Normal Case 보다 동수경사가 현저하게 상승하였으며 이후의 지하수위 지속시간에는 Normal Case보다 동수경사가 적은 것으로 나타났다.
- 2) 하천수위가 일정한 경우, 혹은 큰 변화가 없는 경우, 기대와는 달리 제외지의 표고변화는 유출부의 동수 경사에 거의 영향을 주지 못하는 것으로 나타났다.따라서 제방의 파이핑 안정성을 확보하기 위해서는 제외지의 표고보다는 하천의 수위저감에 주안을 두어야 할 것으로 판단된다.
- 4) 정상류와 부정류 침투해석의 비교에서는 정상류 모의결과가 부정류 모의결과보다 다소 과소산정되었음을 알 수 있었다. 본 연구의 부정류 모의결과는 일반적인 부정류 모의결과(정상류모의결과가 부정류에 비해 과대산정되는 경향)와는 다소 상이한 것으로 나타났다.
- 4). 그 결과 투수계수와 체적 함수비의 변화로는 전반적으로 지하수위가 변하지 않는 것으로 나타났다. 특히, 고수위 부분은 투수계수가 크고 체적함수비가 작을경우 더욱 가파르고 높게 상승하는 모습을 나타냈지만 최고수위 발생 이후에는 실제와는 다르게 그만큼 빠르게 하강하는 모습도 나타냈다.
- 한편으로 제외지 표고가 상승 또는 하강하면 하천수위도 함께 변화될 것으로 예상되었기에 이러한 사항을 고려 하여 HEC-RAS를 통해 제외지의 표고에 따른 흐름모의를 선행하였다. 그 결과, 회천 전지역(합류부에서 개진2수위관측소까지)의 하천수위는 10cm 이내의 변화를 나타냈으며 이를 통해 제외지 표고변화는 하천수위변화에 거의 영향을 주지 않는 것으로 판단된다. 이러한 결과는 회천하류의 수위가 회천 상류보다 낙동강 본류수위의 영향을 강하게 받고 있기 때문인 것으로 판단된다.
- (2014)에서 이용했던 모형의 경계조건 및 지형자료를 본 연구를 통해 개선하였으며 정상류 및 부정류모의를 병행하여 각각의 안정성을 평가함으로서 연구결과의 신뢰성을 높였다. 더불어, 제방의 형태에 따른 파이핑안정성 연구를 연장하여 제내지와 제외 지의 표고변화를 고려한 파이핑 안정성을 평가하였는데, 기대와는 다르게 제외지 표고변화와는 상관없이 하천수 위의 영향이 파이핑 안정성에 지배적이라는 것을 알 수 있었다. 이에 대한 본 연구의 결과는 다음과 같다.
- 제내지의 표고를 상승시킨 Case의 경우, 초반부에는 Normal Case 보다 동수경사가 현저하게 상승하였으며 이후의 지하수위 지속시간에는 Normal Case보다 동수경사가 적은 것으로 나타났다. 따라서 제내지 표고를 상승시킬수록 파이핑 안정성이 증가하며 제내지 표고를 하강시킬수록 파이핑 안정성이 감소하는 것을 알 수 있었다.여기서, 모든 Case의 모의결과를 살펴보면 지하수위 가 일정하게 지속되는 시점(지하수 유출이 일어나는 시점)이전에 동수경사가 가장 크게 산정되는 것을 알 수 있는데, 이는 침윤선이 제내지반고보다 아래에 있기 때문에 파이핑 현상이 일어날 수 없는 것으로 판단된다.
- 제방설계가이 드라인(MLTM, 2008)에 의하면 일반적으로 부정류 침투 해석은 정상류 침투해석에 비해 상대적으로 작은 설계외 력을 도출하여 경제적인 설계를 가능하게하는 반면, 안전측면에서는 불리하다고 논한 바 있다. 따라서, 본 연구의 최대 동수경사값에 대한 파이핑 안정성평가결과는 비록 안전율 2.0 미만의 값으로서 80년 빈도 홍수위에 취약한 것으로 나타났으나 부정류 모의결과가 정상류 모의결과보다 다소 작은 값을 나타내는 것으로 볼 때, 본 연구에서 쓰인 율지제 홍수파형이 충분히 극한상황을 반영하고 있음을 알 수 있다. 또한 과대산정된 부정류모의 결과에 대한 다른 원인으로는 초기지하수위 조건과 모형의 워밍업시간, 홍수파형의 초기수위 등에 따라 정상류값과 차이를 보이는 것으로 판단된다.
- 한편으로 KWRA (2009)에서는 지반의 흙 입자 구성은 상당히 복잡하기 때문에 입경기준을 정하기가 어려우므로 침투해석에서 얻어지는 실유속의 한계유속 값에 대한 1/100 이하의 값이 되도록 한계유속 판정의 기준을 정하고 있다. 또한 MLTM (2003)의 율지제 실시설계보고서에 따르면 율지제의 한계유속을 투수계수실험을 통해 3.978 cm/s 로 산정한 바, 본 논문의 Case별로 모의된 최대유속 값이 한계유속에 비해 매우 작게 산정된 것을 고려하여 한계유속에 의한 파이핑 안정성 판단은 의미가 없을 것으로 판단하였다. 따라서 본 논문에서는 동수경사에 의한 파이핑의 안정성만을 고려하고 침투유속에 의한 파이핑 안정성 평가는 생략하였다.
- MLTM (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2008)의 경우, 제방설계 가이드라인을 편찬한 바 있는데, 그 중 일본 건설성에서 제안한 홍수파형의 산정기법을 소개하면서 침투해석 모형의 적절한 사용기법과 제방보강 모의방법 등에 관한 내용을 언급한 바 있다. 또한 정상류와 부정류의 수치해석 모의를 수행하고 모의결과를 비교하여 정상류 침투해석은 제방 안정성확보에 유리하며 부정류 침투해석은 경제적인 제방설계에 유리하다는 것을 밝혔으며, 수치모의를 통한 제방의 안정성 평가 시에는 부정류와 정상류의 흐름상태를 모두 고려해야할 것을 제안하였다. Xu (2014)의 경우에도 이와 비슷한 연구를 수행했었고 댐과 같이 일정 수위를 유지하는 경우에는 정상류 침투해석을, 하천제방과 같이 수위변화가 빈번한 경우 에는 부정류 침투해석을 수행해야 함을 언급하기도 했다.
- 4) 정상류와 부정류 침투해석의 비교에서는 정상류 모의결과가 부정류 모의결과보다 다소 과소산정되었음을 알 수 있었다. 본 연구의 부정류 모의결과는 일반적인 부정류 모의결과(정상류모의결과가 부정류에 비해 과대산정되는 경향)와는 다소 상이한 것으로 나타났다. 이는 율지제 홍수파형의 특성, 모형의워밍업시간, 홍수파형의 초기수위 및 초기지하수위 조건 등에 기인한 것으로서 추후, 이러한 조건을 세부적으로 분석하여 부정류와 정상류의 침투모의 방법을 개선해야할 것으로 판단된다.
- 8과 같다. 부정류로 모의한 제외지 변형 Case의 경우에는 모든 변화 조건에서 거의 동일한 값을 나타내었고 제내지 변형 Case의 경우 제내지를 상승시킬수록 전반적으로 동수경사가 감소하였으며 제내지를 하강할수록 동수경사가 증가하였다. 여기서, 최대동수경사의 경우 Fig.
- 위의 결과들을 종합해 본다면 율지제의 경우, 부정류와 정상류의 최대동수경사값, 모의시작 후 50시간시점의 최대동수경사값을 고려할 때 제내지 표고를 상승시키는Case에서는 파이핑 안전율도 상승하며 제외지 Case에서는 표고를 변화시키더라도 파이핑 안전율이 크게 변하지 않는 것을 알 수 있다. 부정류와 정상류모의 결과에서는 정상류 모의결과가 부정류 모의결과에 비하여 안전율이 비교적 과소산정되는 것을 알 수 있는데, 이는 부정류 모의에 활용된 율지제 홍수파형이 비교적 극한상황을 반영하고 있으며 모형에 적용한 초기 지하수위조건, 홍수파형의 초기수위조건, 모형의 워밍업시간 등에 기인하여 값의 차이가 발생하는 것으로 판단된다. 따라서, 추후에는 이를 반영한 시나리오를 설정하여 정상류와 부정류 모의에 대한 결과값의 차이를 세부적으로 분석함으로써 부정류 모의의 적절한 조건수립을 도출해야 할 것으로 판단된다.
- 위의 결과들을 종합해 본다면 율지제의 경우, 부정류와 정상류의 최대동수경사값, 모의시작 후 50시간시점의 최대동수경사값을 고려할 때 제내지 표고를 상승시키는Case에서는 파이핑 안전율도 상승하며 제외지 Case에서는 표고를 변화시키더라도 파이핑 안전율이 크게 변하지 않는 것을 알 수 있다. 부정류와 정상류모의 결과에서는 정상류 모의결과가 부정류 모의결과에 비하여 안전율이 비교적 과소산정되는 것을 알 수 있는데, 이는 부정류 모의에 활용된 율지제 홍수파형이 비교적 극한상황을 반영하고 있으며 모형에 적용한 초기 지하수위조건, 홍수파형의 초기수위조건, 모형의 워밍업시간 등에 기인하여 값의 차이가 발생하는 것으로 판단된다.
- (2008)은 제방안정성에 대한 실내실험을 수행한 사례로서 실험데이터와 SEEP/W 및 SLOPE/W의 모의값을 이용하여 제방의 안정성 변화를 비교분석하였다. 이 연구는 토양의 강도에 따라 침투수의 간극수압이 달라질 수는 있지만 이는 제방안정성 변화에 지배적인 영향이 되지 않음을 제시하였으며 그보다는 파이핑 현상으로 인한 일정규모의 하방침식이 발생할 때 거의 100%의 확률로 제방파괴가 일어남을 언급하였다. 이를 통해 제방안정성은 하방침식과 밀접한 관련이 있으며 하방침식 깊이에 따라 기하급수적으로 제방안정 성이 변화할 수 있음을 확인하였다.
- 한편, 최대동수경사의 경우, 침윤선이 지반고까지 다다르지 않는 시점에는 파이핑 현상을 일으킬 수 없다는 점을 고려하여, 모의시작 후 50시간 시점의 지하수위도 산정하였다. 이들 Case 별 동수경사들을 비교해보면 제내지가 상승할수록 동수경사가 뚜렷하게 감소하는 양상을 보였고 제내지가 하강할수록 동수경사는 상승하는 것으로 나타났다. 가장 큰 안전률을 보여준 Case는 제내지 표고 +2m일 때, Fs=6.
- 이 연구는 토양의 강도에 따라 침투수의 간극수압이 달라질 수는 있지만 이는 제방안정성 변화에 지배적인 영향이 되지 않음을 제시하였으며 그보다는 파이핑 현상으로 인한 일정규모의 하방침식이 발생할 때 거의 100%의 확률로 제방파괴가 일어남을 언급하였다. 이를 통해 제방안정성은 하방침식과 밀접한 관련이 있으며 하방침식 깊이에 따라 기하급수적으로 제방안정 성이 변화할 수 있음을 확인하였다.
- (2014)의 경우에는 화강풍화토로 구성된 대규모 제방모형을 제작하고 침투실험을 수행하였으며 제체내부로 흐르는 침투수의 거동을 TDR센서를 통해 파악하였다. 이를 통해, 불포화영역과 포화영역에 대해 분포형 TDR센서를 이용하면 별도의 데이터 변환을 거치지 않고 계측데이터만으로도 침투거동을 쉽게 파악할 수 있음을 제시하였다.
- 1) 제내지 및 제외지의 표고를 변화시키지 않은 경우를 Normal Case라고 하면, 제내지의 표고에 따른 모의에서는 표고가 낮아질수록 유출부의 수두가 일정해질 때, 동수경사는 Normal Case보다 큰 값이 나타났고 지하수위 지속시점 중반에는 동수경사가 더욱 커지는 것을 알 수 있었다. 제내지의 표고를 상승시킨 Case의 경우, 초반부에는 Normal Case 보다 동수경사가 현저하게 상승하였으며 이후의 지하수위 지속시간에는 Normal Case보다 동수경사가 적은 것으로 나타났다. 따라서 제내지 표고를 상승시킬수록 파이핑 안정성이 증가하며 제내지 표고를 하강시킬수록 파이핑 안정성이 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 3) 본 연구에서는 한계유속에 따른 파이핑 안정성을 평가하지는 않았지만 동수경사와 더불어 보다 세부적인 침투양상을 파악하기 위해 침투유속을 Case별로 분석하였다. 침투유속의 경우, 제내지 표고를 상승시킬수록 유속이 감소하였으며 제내지 표고를 하강시킬수록 유속은 현저하게 증가함을 알 수 있었다.따라서 제내지 표고상승이 침투유속을 감소시켜 파이핑안정성 확보에 도움이 될 것으로 판단된다.
후속연구
- 침투유속의 경우, 제내지 표고를 상승시킬수록 유속이 감소하였으며 제내지 표고를 하강시킬수록 유속은 현저하게 증가함을 알 수 있었다.따라서 제내지 표고상승이 침투유속을 감소시켜 파이핑안정성 확보에 도움이 될 것으로 판단된다. 한편 제외지 변화 Case에서는 제외지 표고변화에 따라 침투유속이 변할 것이라는 예상과는 달리, 모두 같은 양상을 나타나는 것을 볼 때, 제외지 표고변화는 침투유속에 영향을 거의 미치지 않는 것으로 판단된다.
- 이러한 정비사업의 영향으로 인해 지하수 및 하천의 흐름변화가 발생하고 있는 것으로 판단되며, 이는 제방의 안정성에 영향을 미칠 수 있는 중요한 문제로 판단된다. 따라서 지하수 및 하천흐름의 변화양상이 제방 안정성에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지 정량적으로 분석할 필요가 있을 것으로 보인다.
- 부정류와 정상류모의 결과에서는 정상류 모의결과가 부정류 모의결과에 비하여 안전율이 비교적 과소산정되는 것을 알 수 있는데, 이는 부정류 모의에 활용된 율지제 홍수파형이 비교적 극한상황을 반영하고 있으며 모형에 적용한 초기 지하수위조건, 홍수파형의 초기수위조건, 모형의 워밍업시간 등에 기인하여 값의 차이가 발생하는 것으로 판단된다. 따라서, 추후에는 이를 반영한 시나리오를 설정하여 정상류와 부정류 모의에 대한 결과값의 차이를 세부적으로 분석함으로써 부정류 모의의 적절한 조건수립을 도출해야 할 것으로 판단된다.
- 특히, KWRC (2013)에서는 일본의 경우, 슈퍼제방(제방의 높이만큼 제내지를 1V:30H 의 경사로 성토)을 통한 제방안정성의 개선사례를 소개한바 있으며, 그만큼 제내지와 제외지의 표고변화에 따른 제방안정성은 국내에서도 충분한 검토가 필요하다. 또한 이미 언급했던 Xu (2014)와 MLTM (2008)의 제안과 같이 제방 안정성 평가를 위해서는 정상류 모의와 부정류 모의를 함께 수행하여 결과를 함께 분석해볼 필요가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 제내지와 제외지의 표고변화에 따른 침투양상을 정상류와 부정류로 함께 모의하여 제방의 외적요인들이 파이핑 안정성에 얼마나 영향을 미치는지를 분석하였다.
- Hong and Kim, 2007; Jung, 2003; Hong, 2013). 또한, wp-06과 wp-10의 데이터 간에 전반적인 수위차이는 거의 없으며 특히, 전반적인 수위변화는 경계조건으로 입력된 회천수위의 영향을 크게 받기 때문에 실제 하천수위가 아닌 더욱 극단적인 변화를 나타내는 홍수파형을 이용한 모의시에는 좀 더 역동적인 침투변화를 나타낼 것으로 판단된다.
- 일반적으로 지하수유동 분석은 대상지역의 모든 토양에 대한 특성과 지하수유동을 파악하는 것이 가장 이상적이지만, 현실적으로 이를 시행하는 것은 매우 어려울 것으로 판단된다.본 연구에서도 이러한 한계성을 해결하기 어려운 점이 있었으며 추후, 이에 대해서는 좀 더 면밀한 분석을 통해 오차저감의 방안을 찾아보는 것이 필요하다고 판단된다. 하지만 선행연구인, Kang et al.
- 본 연구의 부정류 모의결과는 일반적인 부정류 모의결과(정상류모의결과가 부정류에 비해 과대산정되는 경향)와는 다소 상이한 것으로 나타났다. 이는 율지제 홍수파형의 특성, 모형의워밍업시간, 홍수파형의 초기수위 및 초기지하수위 조건 등에 기인한 것으로서 추후, 이러한 조건을 세부적으로 분석하여 부정류와 정상류의 침투모의 방법을 개선해야할 것으로 판단된다.
- (2014)은 이연구에서 획득한 모니터링 데이터를 이용하여 침투해석 모형을 검증하고, 제방의 형상과 홍수파형에 따른 시나리오별 부정류 모의를 통해 제방의 안정성을 평가하였다. 하지만 이 연구에서는 홍수파형과 제방자체의 형상만을 고려한 제방안정성을 평가했지만 제내지와 제외지의 표고변화와 같은 제방외부의 조건들에 대해서는 연구하지 않은 부분이 있기 때문에 좀 더 많은 연구가 필요한 것으로 판단된다. 실상, 대다수 하천본류의 경우 대하천 정비 사업을 수행하면서 지반누수 방지를 위한 제내지 성토 및 퇴사제거를 위한 하천준설, 수자원 확보를 위한 보의 설치 등으로 제방의 외적환경들이 크게 변한 부분이 있기 때문에 이에 대한 제방침투 안정성을 파악하는 연구의 필요성이 증가되는 추세이다.
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