[논문]노후화된 농업용 저수지의 효율적인 리모델링 방법

이영학; 이달원

doi:10.5389/ksae.2017.59.4.043

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed pore water pressure, earth pressure and settlement through laboratory model tests in order to suggest the effective remodeling method in the case of reinforcing the upstream and downstream slope of deteriorated reservoirs that has no cores and filters or is not functional. The me...

This study analyzed pore water pressure, earth pressure and settlement through laboratory model tests in order to suggest the effective remodeling method in the case of reinforcing the upstream and downstream slope of deteriorated reservoirs that has no cores and filters or is not functional. The method of remodeling the upstream slope using dredge soil is first prevent seepage by installing the core, and the leakage water can be rapidly discharged through a filter installed on the downstream slope. Therefore, it is considered a highly efficient method of remodeling that reduces piping phenomena and increasing the storage capacity of the reservoir. The variation of earth pressure without the core and filter was greater than with it, while the change largely showed in the upstream slope, the downstream slope did not show any significant changes. The remodeling method of the downstream slope with the core appeared differently pore water pressure depending on the presence of the vertical and horizontal filters. In the upstream slope, the pore water pressure rises sharply, the base and middle gradually increased, and the downstream slope appeared small. The pore water pressure of embankment with a vertical and horizontal filter will be smaller than without it. The remodeling of deteriorated reservoir that does not have the function of the filter, the vertical filter must be installed in a position that is higher than the expected seepage line by removing portions of the downstream slopes. Since the horizontal filter is an important structure that provides stable drainage during an earthquake or concentrated leak, it is necessary to examine any change in the seepage characteristics depending on the filter intervals via three-dimensional finite element analysis, and it should be connected to the tow-drain to reduce the possibility of the collapse of the reservoir.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 노후화된 농업용저수지의 효율적인 리모델링 방법을 제시하기 위하여 코어와 필터가 없거나 노후화 되어 기능을 하지 못하는 균일형 저수지의 상류사면과 하류사면을 보강하였을 경우에 실내모형실험을 통하여 공극수압과 토압거동을 비교분석한 후 현장 실용화 방안을 마련하고자 한다.
저수지는 시간이 경과함에 따라 노후화되기 때문에 저수지 리모델링 목적은 재해를 예방하고 공공의 안전을 위하여 저수지 관리자가 관련법령에 따라 정밀안전진단, 보수･보강, 유지관리 등을 실시하고, 위험을 식별한 후 예상피해상황을 분석하여 그에 적합한 최선의 대응방안을 마련하는 것이다. 노후화된 중･소규모 저수지의 붕괴는 상류사면 붕괴, 하류사면 붕괴, 여수토 방수로 붕괴 등의 저수지 자체 붕괴와 이로 인한 하류지역의 인명과 재산 피해로 나타나고, 저수지 하류부에 생활하고 있는 사람들의 안전은 저수지 자체의 구조적인 안정성에 크게 의존할 수밖에 없기 때문에 항상 실시간 모니터링을 통하여 최적화 모델을 결정하고 위험저감 매뉴얼에 따라 행동하여야 한다.

제안 방법

본 연구에서는 노후화된 농업용저수지의 효율적인 리모델링 방법을 제시하기 위하여 코어와 필터가 없거나 노후화 되어 기능을 하지 못하는 균일형 저수지의 상류사면과 하류사면을 보강하였을 경우에 실내모형실험을 통하여 공극수압과 토압거동을 비교분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제체 덧쌓기 후 댐마루 중앙에 침하계 (Ⓢ)를 설치 (LVDT)하여 침하량을 측정하였고, 계측기는 모형 토조내 적용할 수 있는 초소형 크기의 공극수압계 (정격용량: 50 kPa)와 토압계(정격용량: 200 kPa)를 사용하였다. 각각의 측정값은 Data Logger와 Computer에 의해 자동적으로 저장하도록 하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 시료는 코어, 성토, 필터를 사용하였고, 물리적 성질, 역학적 성질 및 입도곡선은 Table 1 및 Fig. 1과 같다.

성능/효과

1. 코어와 필터가 없는 균일형 제체 (Case-1)에서의 공극수압은 만수위 상태까지 급격히 상승하였고, 필터를 보강한 경우(Case-2)는 반응속도가 느리고 약간씩증가하였으며, 상류사면을 보강한 경우 (Case-3)는 매우 느리고 작은 값을 나타냈다.
2. 준설토를 이용한 상류사면의 리모델링 방법은 코어와 필터가 노후화되어 차수기능과 침투기능을 하지 못하기때문에 1차적으로 코어를 설치하여 침투수를 차단하고, 누수된 침투수는 하류사면의 필터를 통하여 신속하게 배출시켜 파이핑 현상에 대한 안정성을 높일 수 있고 아울러 저수지의 내용적을 증가시키는 매우 효율적인 리모델링 방법이라고 판단된다.
4. 코어만 있고 수직 및 수평필터가 기능을 하지 못하는 조건 (Case 4)에서의 공극수압은 코어 하부, 중부, 하류사면 모두에서 점차적으로 증가하고 있고, 하류사면을 수평필터로 보강한 경우 (Case-5)는 모든 위치에서 일정하고 작게 측정되어 코어를 통과한 침투수가 수평필터로 신속하게 배출됨을 알 수 있었다.
성토중앙 하부 (P2), 중부 (P3), 하류사면 (P4)에서 공극수압은 코어와 필터가 없는 경우 (Case-1)보다 완만하게 상승하고 작게 나타났는데 이는 하류사면의 필터 영향으로 침투수가 원활하게 유출된다는 것을 의미하기 때문에 저수지 리모델링시 하류사면을 일부 절취하여 필터를 설치하는 것만으로도 침윤선을 저하시켜 파이핑을 방지할 수 있는 매우 효과적인 방법이라고 판단된다.
이상과 같은 결과로부터 필터의 기능이 소멸된 노후화된 저수지는 리모델링시 하류사면의 일부를 절취하여 예상되는 침윤선보다 높은 위치에 반드시 수직필터를 설치하고, 수평필터는 파이핑이 발생되지 않도록 안전율 2.0 이상의 수평간격을 3-D 침투해석으로 구한 후 최종적으로 토우 드레인에 연결하여야 파이핑 현상을 방지할 수 있다.

후속연구

7. 앞으로 필터 기능이 소멸된 노후화된 저수지를 리모델링할 경우에는 하류사면의 일부를 절취하여 예상되는 침윤선보다 높은 위치에 수직필터를 설치하고, 수평필터의 간격은 파이핑이 발생되지 않도록3-D 침투해석으로 구한 후 토우 드레인에 연결하여야 저수지의 붕괴가능성을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저수지의 붕괴는 어떤 결과로 이어지는가?	저수지는 시간이 경과함에 따라 노후화되기 때문에 저수지 리모델링 목적은 재해를 예방하고 공공의 안전을 위하여 저수지 관리자가 관련법령에 따라 정밀안전진단, 보수･보강, 유지관리 등을 실시하고, 위험을 식별한 후 예상피해상황을 분석하여 그에 적합한 최선의 대응방안을 마련하는 것이다. 노후화된 중･소규모 저수지의 붕괴는 상류사면 붕괴, 하류사면 붕괴, 여수토 방수로 붕괴 등의 저수지 자체 붕괴와 이로 인한 하류지역의 인명과 재산 피해로 나타나고, 저수지 하류부에 생활하고 있는 사람들의 안전은 저수지 자체의 구조적인 안정성에 크게 의존할 수밖에 없기 때문에 항상 실시간 모니터링을 통하여 최적화 모델을 결정하고 위험저감 매뉴얼에 따라 행동하여야 한다.
	리모델링 재료로 저수지내 준설토를 활용하는 방법으로 얻을 수 있는 장점은?	저수지 준설토를 활용하여 하류사면은 준설모래로 수직 및 수평필터를 설치하는 방안과 상류사면은 하류부를 확장할 수 없는 경우에 필터, 코어를 상류부에 설치하는 방안을 고려할 필요가 있다. 이러한 리모델링 방법은 준설토를 준설하여 운반하고 사토하는데 소요되는 환경적인 문제뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 매우 효과적인 리모델링 방법이 될 것으로 판단된다.
	저수지 리모델링 목적은 무엇인가?	저수지는 시간이 경과함에 따라 노후화되기 때문에 저수지 리모델링 목적은 재해를 예방하고 공공의 안전을 위하여 저수지 관리자가 관련법령에 따라 정밀안전진단, 보수･보강, 유지관리 등을 실시하고, 위험을 식별한 후 예상피해상황을 분석하여 그에 적합한 최선의 대응방안을 마련하는 것이다. 노후화된 중･소규모 저수지의 붕괴는 상류사면 붕괴, 하류사면 붕괴, 여수토 방수로 붕괴 등의 저수지 자체 붕괴와 이로 인한 하류지역의 인명과 재산 피해로 나타나고, 저수지 하류부에 생활하고 있는 사람들의 안전은 저수지 자체의 구조적인 안정성에 크게 의존할 수밖에 없기 때문에 항상 실시간 모니터링을 통하여 최적화 모델을 결정하고 위험저감 매뉴얼에 따라 행동하여야 한다.

참고문헌 (15)

Chapuis, R. P. and M. Aubertin, 2001. A simplified method to estimate saturated and unsaturated seepage through dikes under steady state conditions. Canadian Geotechnical Journal 38: 1321-1328.

상세보기
Chen, Q. and L. M. Zhang, 2006. Three-dimensional analysis of water infiltration into the Gouhou rockfill dam using saturated unsaturated seepage theory. Canadian Geotechnical Journal 43(5): 449-461.

상세보기
Costa, L. M. and E. E. Alonso, 2009. Predicting the behavior of an earth and rockfill dam under construction. Journal of Geotechnical and Geoenvirnmental Engineering 135(7): 851-862.

상세보기
Federal Emergency Management Agency (FEMA), 2011. Filter for embankment dams: Best practice for design and construction. U.S. Department of Homeland Security.
Foster, M. A., R. Fell, and M. Spannagle, 2000. The statistics of embankment dam failures and accidents. Canadian Geotechnical Journal 37(5): 1000-1024.

상세보기
Japan Institute of Construction Engineering (JICE), 2012. Guide for structure investigation of river embankments.
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Lee, D. W. and J. J. Noh, 2014. Behavior of failure agricultural reservoirs embankment reinforced by geotextile under overtopping condition. Journal of Korean Society of Agricultural Engineers 56(2): 59-64 (in Korean).
Lee, D. W. and Y. H. Lee, 2016. Improvement of condition assessment criteria and embankment transformation of agricultural reservoirs after raising embankment. Korean Journal of Agricultural Science 43(2): 258-274 (in Korean).

원문보기 상세보기
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM), 2011. The 4 major rivers restoration. http://4rivers.go.kr (in Korean).
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA), 2002. Agricultural infrastructure fill dam design standards (in Korean).
Minister of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM), 2011. Guidelines for dam design (in Korean).
Noh, J. J. and D. W. Lee, 2014. Behavior of failure for embankment and spillway transitional zone of agriculture reservoirs due to overtopping. Journal of Korean Society of Agricultural Engineers 56(1): 71-79 (in Korean).

원문보기 상세보기
United States Army Corps of Engineers (USACE), 2004. General design and construction considerations for earth and rock-fill dams. Appendix B. Filter design.

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