본 연구는 소하천에 설치된 암거를 대상으로 유송잡물 집적 빙지를 위한 저감시설에 대한 실험검증 연구이다. 암거는 도심지 내부나 도심을 통과하는 도로와 철도 아래에 인공수로를 만들기 위해 매설하는 구조물로 정의되며, 일반적으로 도로암거와 수로암거로 구분된다. 이중 수로암거는 유수를 하천으로 배출하기 위해 인공적으로 조성되는 구조물로 홍수시 토사 또는 나뭇가지나 잡풀과 같은 유송잡물의 집적으로 인해 구조물의 안정성을 저해하고 단면폐색으로 인한 월류위험성에 노출되어 있다. 이러한 유송잡물로 인한 피해를 예방하기 위해서는 유송잡물 저감시설은 반드시 필요하다. 본 연구에서는 수리실험을 통해 기존 재시된 3가지 유송잡물 저감시설의 효과를 검토하였다. 실험결과 유송잡물을 우회시키는 방식인 수직분리대를 설치할 경우 설치전에 비해 집적률은 27.65% ~ 31.39% 감소하는 효과가 있었으며, 유송잡물 차단이 목적인 스크린과 우회스크린은 유송잡물의 종류에 관계없이 높은 차단효과를 보였다. 그러나 수위상승에 대한 영향을 복합적으로 검토하였을때 우회스크린방식이 우수한 효과를 보이는 것으로 나타났다. 이러한 스크린빙식은 차단 효과는 좋으나 집적으로 인한 수위상승 위험성이 높아 지속적인 유송잡물의 회수를 고려해야 할 것으로 판단된다.
본 연구는 소하천에 설치된 암거를 대상으로 유송잡물 집적 빙지를 위한 저감시설에 대한 실험검증 연구이다. 암거는 도심지 내부나 도심을 통과하는 도로와 철도 아래에 인공수로를 만들기 위해 매설하는 구조물로 정의되며, 일반적으로 도로암거와 수로암거로 구분된다. 이중 수로암거는 유수를 하천으로 배출하기 위해 인공적으로 조성되는 구조물로 홍수시 토사 또는 나뭇가지나 잡풀과 같은 유송잡물의 집적으로 인해 구조물의 안정성을 저해하고 단면폐색으로 인한 월류위험성에 노출되어 있다. 이러한 유송잡물로 인한 피해를 예방하기 위해서는 유송잡물 저감시설은 반드시 필요하다. 본 연구에서는 수리실험을 통해 기존 재시된 3가지 유송잡물 저감시설의 효과를 검토하였다. 실험결과 유송잡물을 우회시키는 방식인 수직분리대를 설치할 경우 설치전에 비해 집적률은 27.65% ~ 31.39% 감소하는 효과가 있었으며, 유송잡물 차단이 목적인 스크린과 우회스크린은 유송잡물의 종류에 관계없이 높은 차단효과를 보였다. 그러나 수위상승에 대한 영향을 복합적으로 검토하였을때 우회스크린방식이 우수한 효과를 보이는 것으로 나타났다. 이러한 스크린빙식은 차단 효과는 좋으나 집적으로 인한 수위상승 위험성이 높아 지속적인 유송잡물의 회수를 고려해야 할 것으로 판단된다.
The purpose of this study was to verify experimentally debris reduction facilities for culverts installed in small rivers. A culvert is defined as a structure laid under a road or a railroad that passes through an inner urban area or downtown area to make an artificial canal. Culverts are generally ...
The purpose of this study was to verify experimentally debris reduction facilities for culverts installed in small rivers. A culvert is defined as a structure laid under a road or a railroad that passes through an inner urban area or downtown area to make an artificial canal. Culverts are generally categorized into road culverts or waterway culverts, among which the latter are artificial structures designed to discharge running water into a river. At the time of floods, the structural safety of waterway culverts can be undermined by the accumulation of debris, such as soil, boughs and weeds, and they may be at risk of overflowing due to blockages. Debris reduction facilities are necessary to prevent such damage. In this study, the effects of the three existing types of debris reduction facilities were examined through hydraulic experiments. The results of the experiments showed that vertical separation to divert debris reduced the accumulation rate by 27.65 to 31.39 percent. The two types of screen designed to block and divert debris, respectively, were found to have excellent debris blocking abilities. However, when the effects of the rising water level are considered simultaneously, the screen to divert debris was found to show superior effects. The screen to block debris can be considered to have excellent debris blocking ability, but requires the continuous collection of the debris, due to the high risk of rising water levels caused by its accumulation.
The purpose of this study was to verify experimentally debris reduction facilities for culverts installed in small rivers. A culvert is defined as a structure laid under a road or a railroad that passes through an inner urban area or downtown area to make an artificial canal. Culverts are generally categorized into road culverts or waterway culverts, among which the latter are artificial structures designed to discharge running water into a river. At the time of floods, the structural safety of waterway culverts can be undermined by the accumulation of debris, such as soil, boughs and weeds, and they may be at risk of overflowing due to blockages. Debris reduction facilities are necessary to prevent such damage. In this study, the effects of the three existing types of debris reduction facilities were examined through hydraulic experiments. The results of the experiments showed that vertical separation to divert debris reduced the accumulation rate by 27.65 to 31.39 percent. The two types of screen designed to block and divert debris, respectively, were found to have excellent debris blocking abilities. However, when the effects of the rising water level are considered simultaneously, the screen to divert debris was found to show superior effects. The screen to block debris can be considered to have excellent debris blocking ability, but requires the continuous collection of the debris, due to the high risk of rising water levels caused by its accumulation.
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문제 정의
본 연구는 토석류 퇴적의 관점보다는 유송잡물로 인한 집적영향을 최소화할 수 있는 저감시설에 대한 영향 검토 실험으로 구성되었다. 암거의 유송잡물 저감시설로는 FHWA[17]에서 수직분리대 방식, 스크린 방식, 우회 스크린 방식으로 소개하고 있다.
본 연구는 암거를 대상으로한 유송잡물 저감시설의 집적효과와 집적으로 인한 암거 상류단의 수위변화를 측정하여 영향을 검토한 연구로써 결과는 다음과 같다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 FHWA[17]에서 제시한 유송잡물 저감시설을 암거 설계기준에 따라 제작한 후 수리실험을 수행하였으며, 각 저감시설의 효과 뿐만 아니라 집적으로 인한 수위변동 검토를 수행하였다.
본 연구에서는 국내·외 설계기준을 참고하여 암거와 3개의 저감시설 모형을 제작하였으며, 암거의 안정성 분석을 위해 초기실험을 수행한 후 본 실험을 실시하였다.
또한 실험 전·후 암거에서 수위를 측정하였으며, 실험결과의 정확성을 높이기 위해 동영상 촬영을 병행하여 유송잡물의 통과 및 차단개수를 측정하였다.
암거 모형은 국내 암거 기준(MOLIT, NEMA)[19,2]을 참고하여, 폭(B)×높이(H)가 3.0 m × 3.0 m인 2련 암거를 대상으로 1/10의 축척을 갖는 모형으로 아크릴을 이용해 제작하였다.
본 연구에서는 유송잡물을 경도(hardness)에 따라 soft 타입과 hard 타입으로 나누어 실험을 수행하였다. 유송잡물은 차단시설 상류(3.
암거에 대한 유송잡물의 저감효과 분석을 위해 저감시설이 없는 경우와 3가지 형태의 저감시설을 설치한 경우에 대해 유송잡물 집적실험을 통해 집적률을 비교하였다. 여기서, 집적률은 집적개수/총투하개수×100%로 정의하였다.
유송잡물 저감시설로 인한 수위변화를 분석하기 위해 구조물 설치 전·후에 대해 수위를 측정하였다.
유송잡물 저감시설로 인한 수위변화를 분석하기 위해 구조물 설치 전·후에 대해 수위를 측정하였다. 각각의 수위는 저감시설 상류단에서 계측하여 수위상승률을 검토하였다. 여기서, 수위상승률은 교각설치전 수위/교각(저감시설)설치후 수위×100%로 정의하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 국내·외 설계기준을 참고하여 암거와 3개의 저감시설 모형을 제작하였으며, 암거의 안정성 분석을 위해 초기실험을 수행한 후 본 실험을 실시하였다. 유송잡물 실험에 사용한 실험 수로는 폭 2.0 m 크기이며 수위 측정의 용이를 위해 측면은 강화유리로 제작하였다.
0 m인 2련 암거를 대상으로 1/10의 축척을 갖는 모형으로 아크릴을 이용해 제작하였다. 저감시설은 FHWA[17]에서 제시한 3개의 구조물(수직분리대, 스크린, 우회 스크린)을 목재를 이용해 제작하였다. Fig.
본 연구에서는 유송잡물을 경도(hardness)에 따라 soft 타입과 hard 타입으로 나누어 실험을 수행하였다. 유송잡물은 차단시설 상류(3.00 m)에서 투하했으며 유송잡물의 길이는 암거 폭(0.40 m)을 고려해 0.35 m로 선정하였다. 유송잡물은 type별 각각 300개를 사용하였으며, 1개씩 투하하는 방식으로 총 5회 반복 실험을 수행하였다.
35 m로 선정하였다. 유송잡물은 type별 각각 300개를 사용하였으며, 1개씩 투하하는 방식으로 총 5회 반복 실험을 수행하였다. 또한 실험 전·후 암거에서 수위를 측정하였으며, 실험결과의 정확성을 높이기 위해 동영상 촬영을 병행하여 유송잡물의 통과 및 차단개수를 측정하였다.
성능/효과
유송잡물의 집적률은 Table 2와 같다. 5회 반복실험 결과 hard 타입 유송잡물의 암거 집적률은 평균 74.73%이며 soft 타입에서 집적률은 91.33%로 나타나 soft 타입의 집적률이 높게 나타났다. 이는 soft 타입의 경우 유송잡물의 유연함으로 인해 암거의 교각부분에 아치형태로 감기면서 집적이 이루어지고 엉키게 되면서 집적이 활발하게 이루어지는 것으로 확인되었다.
이는 soft 타입의 경우 유송잡물의 유연함으로 인해 암거의 교각부분에 아치형태로 감기면서 집적이 이루어지고 엉키게 되면서 집적이 활발하게 이루어지는 것으로 확인되었다. Case 별 분석결과 hard 타입의 경우 집적률이 가장 높은 case는 95.67%, 가장 낮은 case에서는 44.67%가 집적되어 집적 범위가 넓게 나타났지만 soft 타입의 경우 case별 유사한 집적률을 보였다(85.67% ~ 94.33%). Fig.
수직분리대 방식의 저감시설을 설치한 경우 집적률은 Table 3과 같다. 5회 반복실험 결과 hard 타입 유송잡물의 암거 집적률은 평균 54.07%이며 soft 타입에서 집적률은 62.67%로 나타나 soft 타입의 집적률이 높게 나타났다. Case 별 분석결과 hard 타입의 경우 집적률이 가장 높은 case는 86.
67%로 나타나 soft 타입의 집적률이 높게 나타났다. Case 별 분석결과 hard 타입의 경우 집적률이 가장 높은 case는 86.33%, 가장 낮은 case에서는 19.33%가 집적되어 집적 범위가 넓게 나타났으며 soft 타입에서도 최대 90.00%, 최소 36.67%로, 집적률 범위가 넓게 나타났다. 실험결과 초기의 유송잡물 집적 형태에 따라 집적개수가 달라져 case별로 차이가 큰 것으로 판단된다.
스크린방식의 저감시설을 설치한 경우 집적률은 Table 4에 정리하였다. 실험결과 hard 타입의 모든 case 에서는 암거 집적률이 100.00%로 나타났으며 soft 타입에서 집적률은 99.80%로 나타나 유송잡물의 타입에 상관없이 대부분 집적되었다. Soft 타입의 case 1과 case 5에서 통과한 유송잡물은 흐름 및 유송잡물의 계속되는 집적에 의해 유송잡물이 부러져 통과하였다.
5에 정리하였다. 실험결과 hard 타입 유송잡물의 암거 집적률은 평균 96.13%이며 범위는 94.00% ～ 97.33%로 나타났다. soft 타입에서 집적률은 92.
67%). 암거 우회 스크린의 경우 유송잡물을 차단하고 암거 측면으로 유송잡물을 우회시키는 것이 목적으로 효과는 높은 것으로 나타났다. Fig.
저감시설 유무 및 종류에 따라 집적률을 비교한 결과 수직분리대를 설치할 경우 설치 전을 기준으로 집적률은 hard 타입과 soft 타입에서 각각 27.65%, 31.39% 감소하는 효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 수직분리대의 높이 비율, 두께 등을 고려할 경우 차이가 발생할 수 있는 것으로 판단된다.
12는 유송잡물 타입에 따른 저감시설별 수위상승률을 나타낸 그림으로 저감시설이 없는 경우(Fig. 12(a)) 유송잡물이 집적될 때 수위는 초기 수위 대비 4.20% ~ 6.30% 증가하였다. 수직분리대방식(Fig.
수직분리대방식(Fig. 12(b))은 초기 수위 대비 2.40% ~ 5.00%의 수위 증가가 발생하였으며, 저감시설이 없는 경우보다 수위 상승 영향은 낮아졌다. 스크린방식(Fig.
스크린방식(Fig. 12(c))은 차단목적으로 설치되므로 스크린에 대부분 집적되므로 유송잡물 집적 전에 비해 15.70% ~ 19.30%의 수위상승이 발생하여 월류 가능성이 가장 높은 것으로 나타났다. 우회 스크린방식(Fig.
12(d))은 상류단으로 돌출된 방식으로 구조물자체의 확보된 통수단면적이 넓어 유송잡물의 집적에 대해 민감하지 않다. 따라서 유송잡물이 우회 스크린에 발생한다 하여도 수위 변화가 가장 적었으며(2.60% ~ 2.70%) 유송잡물 종류에 따른 차이도 거의 없는 것으로 나타났다.
13은 유송잡물 종류에 따른 수위상승영향을 검토한 그림으로 hard 타입의 경우 스크린을 제외한 모든 조건에서 수위상승영향은 다소 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 또한 soft 타입의 경우 마찬가지로 hard 타입 조건과 비슷한 경향으로 나타나고 있으나 수위상승률의 차이는 soft 타입의 유송잡물일 경우 수위상승이 높게 나타나는 것으로 확인되었다. soft 타입의 유송잡물은 자체의 유연성으로 인해 hard 타입에 비해 집적 시 유송잡물의 공극이 상당부분 폐색되면서 차단면적이 높아지기 때문이며, 이는 통수단면적 축소를 의미하므로 수위가 상승되는 것으로 판단된다.
결과적으로 스크린은 형태적인 측면에서 유송잡물이 단일면적에 집적되는 특성을 가지며, 우회 스크린은 2면을 통해 유송잡물이 집적되는 특성이 있다. 따라서 국부적인 수위상승으로 인한 피해를 저감하기 위해서는 통수단면적 확보가 유리한 우회 스크린 설치가 유리할 것으로 판단된다.
1. 저감효과 분석 결과 유송잡물을 우회시켜 암거에 집적을 저감하는 방식인 수직분리대를 설치할 경우 설치 전에 비해 집적률은 27.65% ~ 31.39% 감소하는 효과가 있었으며 유송잡물 차단이 목적인 암거 스크린과 우회 스크린은 유송잡물의 종류에 관계없이 높은 차단효과를 보였다.
3. 우회 스크린의 경우 넓은 면적에 분산되어 집적되므로 저감시설의 물리적인 안정성은 확보할 수 있으며, 집적으로 인한 수위변화도 적은 것으로 나타났다. 그러나 유송잡물의 회수 등 관리가 어려울 수 있으므로 하천과 유송잡물의 특성을 고려한 저감시설의 선택과 관리가 필요하다.
4. 수위변화 분석 결과 유송잡물 접적수에 따라 수위 상승률은 증가하지만 유송잡물 간극의 크기에 따라 차이는 발생한다.
후속연구
1(b)와 같이 유송잡물을 차단하여 유입을 방지하는 방식으로써 집중호우 등으로 인한 최대 유송잡물 발생 상황에 대한 검토가 반드시 필요하다. 또한 회수 및 수거에 대한 용이성과 상류지역 유송잡물의 크기 및 형태에 대한 조사도 필요하다. 스크린은 대부분 강철 등으로 구성되지만 종류는 다양하고 무거운 유송잡물의 경우 충격을 줄이기 위해 경사를 주기도 하고 고무를 이용하기도 한다.
그러나 수직분리대의 높이 비율, 두께 등을 고려할 경우 차이가 발생할 수 있는 것으로 판단된다. 유송잡물의 차단이 목적인 암거스크린과 우회 스크린은 유송잡물의 종류에 관계없이 높은 차단효과를 보였으며 향후 집적된 유송잡물의 회수를 위한 방법 연구와 스크린 간격을 고려한 설치도 요구된다. Fig.
이와 같은 결과로 판단할 때 암거대상 유송잡물 저감시설을 설치할 경우 유송잡물의 차단도 중요하지만 차단으로 인한 유입부에서의 수위증가율을 고려해야할 것으로 판단된다. 향후 유송잡물의 부피를 고려한 설계가 이루어진다면 국내 특성에 맞는 저감시설의 설계기준이 제시 될 수 있을 것으로 판단한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유송잡물은 어떤 피해를 주는가?
홍수시 하천을 통해 유하되는 유송잡물은 교각, 암거 등 하천 내 설치되어 있는 구조물에 집적이 이루어지면서 피해를 야기시킨다. 암거는 도심지 내부나 도심을 통과하는 도로와 철도 아래에 인공수로를 만들기 위해 매설하는 구조물로 도로암거와 수로암거로 구분된다.
암거는 목적에 따라 어떻게 구분되는가?
홍수시 하천을 통해 유하되는 유송잡물은 교각, 암거 등 하천 내 설치되어 있는 구조물에 집적이 이루어지면서 피해를 야기시킨다. 암거는 도심지 내부나 도심을 통과하는 도로와 철도 아래에 인공수로를 만들기 위해 매설하는 구조물로 도로암거와 수로암거로 구분된다. 도로암거는 일반적으로 사람 또는 차량 등의 통행을 원활하게 할 목적으로 설치되지만 수로암거는 유수를 하천으로 배출하기 위해 인공적으로 조성된다.
홍수로 인한 암거의 피해는 단면폐색이 주요 피해 원인인데 이를 해결하기 위한 방안은?
단면폐색은 통수능 저감으로 인한 수위상승을 발생시켜 월류의 위험성을 초래하기 때문에 특히 도심시내 암거는 반드시 관리가 필요하다. 암거의 관리방안으로는 지속적인 청소로 암거내 이물질이 쌓이지 않도록 관리하는 것이 주요 방법이나 최적의 방법은 유송잡물이 구조물에 집적되지 않도록 하는 것이 최적의 방법일 것이다.
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