[논문]경기도 지방하천에서의 보, 낙차공 및 교량 시설물의 실태 및 개선 방안 제시

노희성; 안태진

doi:10.17663/jwr.2020.22.1.31

초록
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보는 하천수량을 확보하고 낙차공은 하상안정을 위한, 그리고 교량은 차량 등의 이동을 위한 하천횡단시설물이다. 그러한 시설물의 안정성을 확보하기 위하여 하천설계기준에서는 시설물의 최소 규모에 관한 지침을 제시하고 있으나 실태 조사 결과에 의하면, 기존 보 및 낙차공의 물받이 및 바닥보호공의 규모는 설계기준을 만족시키지 못하는 경우가 대부분이고 교량의 교각은 일부만 만족시키는 것으로 나타났다. 기존 보 및 낙차공의 수리적 안정성을 제고하기 위해서는 설계기준에서 제시한 바닥보호공에 대한 물받이의 비율인 3.3을 최소값으로 확보해줄 필요가 있다. 표본하천 시설물 실태조사에 의하면 기존 보 및 낙차공을 자연형 여울공으로 개량할 경우 적용하는 종단경사는 1:20이 가장 적정한 것으로 나타났다. 또한, 교량의 철거 또는 재가설에 관한 결정에서 교각의 여유고 및 경간장 위배사항만 고려하고 있지만, 향후 교량 노후도 및 경간장 완화 규정 등을 종합적으로 검토하여 결정하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 설계기준, 하천실태 조사결과, 일본사례 등을 통하여 기존 보, 낙차공 및 교각의 수리적 안정성을 제고하는 종합적인 방안을 제시하였다. 하천횡단시설물의 안정화 노력은 정부 차원의 예산 지원과 적극적인 하천관리를 통하여 이룰 수 있으며, 이를 통하여 하천재해를 예방하고 건전한 하천 환경을 유지할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Weirs are to secure amount water of streams and drop structures are to enhance stabilization of stream bed and bridges are to connect isolated region, which are called stream crossing structures. In the stream design criteria, directions for minimum size of structures are suggested to secure stabili...

Weirs are to secure amount water of streams and drop structures are to enhance stabilization of stream bed and bridges are to connect isolated region, which are called stream crossing structures. In the stream design criteria, directions for minimum size of structures are suggested to secure stability of stream crossing structures. However the sizes of almost all existing weirs and drop structures are not satisfied with the stream design criteria and only 22 percent of the peirs of bridges are satisfied. To enhance hydraulic stability of existing weirs and drop structures, it is required that the ratio of bed protection to apron should be above 3.3. According to factual survey of structures in the sample streams, it has been shown that the longitudinal slope of rapid works with 1:20 is the most reasonable to design velocity if existing weirs and drop structures are rehabilitated into rapid works. It has been known that violating freeboard and span length of piers should make existing bridges reconstructed or removed. However, comprehensive review including deterioration level of bridges, special regulation for span length, etc. should be considered to determine rehabilitation plan of bridges. In this study, a procedure has been suggested to improve hydraulic stability of weirs, drop structures and piers of bridges. Sound environment of stream and reduction of natural disaster could be achieved by improving stability of cross structures, which could be obtained by governmental budget and active stream management including observance of design criteria.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. The results of analysis on weir and drop structures in 4 watershed systems Unit : No. of location
표 Table 2. The results of analysis on bridges in 4 watershed systems Unit : No. of location
표 Table 3. Characteristics of sample streams
표 Table 4. Weirs and Drop structures in the sample streams
그림 Fig. 1. Standard configuration of natural rapid in the SuOne stream.
그림 Fig. 2. Standard configuration of natural rapid in the AnSan stream.
그림 Fig. 3. Photographs of natural rapids(2019. 8)

AI 본문요약
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문제 정의

하천설계기준에서 ‘고정보 철거 후재설치 시 가동보 또는 복합보로의 계획을 원칙으로 한다’고 하였으며, 진위천수계에서는 126개소 재가설 보 및 낙차공에서 40개소를 가동보로 계획하여 하천설계기준에 부합하고자 하였다. 또한 탄천수계에서는 12개의 낙차공을 철거하고 10개 자연형여울로 조성하여 자연형하천을 구현하고자 하였다.
본 연구에서는 하천횡단시설물의 설계 연혁 분석, 설치된 하천횡단시설물의 현황 조사 및 하천기본계획의 분석을 통하여 하천의 횡단시설물인 보, 낙차공 및 교각의 수리적 안정성의 개선방안을 제시하고자 하였다. 이를 통하여 하천횡단시설물의 안정성 제고와 함께 시설물 설치 예산의 효율적인 배분도 가능하게 할 것으로 판단된다.

제안 방법

경기도내 안성천수계(24개 지방하천), 진위천수계(40개 지방 하천), 탄천수계(3개 지방하천) 및 안양천수계(14개 지방하천)에 설치되어 있는 보 및 낙차공의 현황을 분석하였다. 안성천수계와 진위천 수계내에서의 지방하천은 전원하천으로 주로 구성되어 있으며, 탄천수계와 안양천수계는 도시하천으로 구성되어 있다.
즉, 여유고 및 교량 연장 부족 등으로 인하여 하천의 계획규모에 적합하지 않은 교량은 향후 하천개수 및 유지 보수시에 증축 및 확장이 필요 하며, 기존 교량을 대체하는 교량이 가설될 경우 구교량은 홍수소통을 및 흐름을 불안정하게 하는 원인이 되므로 지역주민의 의견 등을 고려하여 철거여부를 적극 검토하여야 한다. 따라서, 계획홍수위가 교량 교좌장치와 같거나 그 이상일 경우 재가설을 계획하였고, 경제적인 측면과 시공가능여부 등을 감안하여 여유고 및 경간장이 부족한 교량은 장래 도로계획 및관련계획 정비 시 반영될 수 있도록 계획하였다.
본 연구에서는 하천설계기준에서 규정한 보, 낙차공 및 교각에 관한 설계내용 및 설계연혁, 경기도내 표본하천에서의 하천 횡단시설물의 실태조사 결과, 관련 하천의 하천기본계획, 일본 하천설계기준 및 시공사례 등의 분석을 통하여 보, 낙차공 및교각의 안정성 제고 방안을 다음과 같이 제시하였다.
양지천에서 기존의 취수보가 더 이상 기능을 하지 않고 하상 유지시설의 기능으로 변한 3개소 보를 (원양보, 신흥보, 이진 말보) 철거하고, 여울형 낙차공으로 재가설하여 치수적 안정성및 환경성을 개선하였다.

대상 데이터

수원천의 새터교는 1993년 7월에 준공되었으나 계획고 28.0m는 계획홍수위 26.6m보다 1.4m 차이가 있어 0.8m의 여유를 확보하였다. 경간장은 현재 기준에 비하여 5.
현장 조사 대상을 경기도내 수원천 외 8개소 하천을 하천특성 별로 도시하천(3개소), 전원하천(4개소), 산지하천(2개소) 으로 구분하여 선정하였으며 하천 내역은 Table 3과 같다.

성능/효과

즉, 보 및 낙차공의 노후화 정도, 바닥보 호공 길이와 물받이 길이와의 비율 등 종합적인 견지에서 재가설 여부를 결정하는 것이 바람직할 것이다. 구체적인 방안으로, 완경사 하천에서 바닥보호공 길이와 물받이 길이와의 비율을 최소한 3.0 이상은 준수하는 것으로 하고 급류하천에서 바닥보호공과 물받이의 길이가 완경사 하천의 경우보다 길어질 경우는 에너지 감세공 도입을 적극 추천하는 것이다.
한편 어류의 상·하류 이동을 위한 어도가 설치된 보 및 낙차공의 개소는 63개소 (7%)로 특별한 경우에만 어도가 설치되었음을 알 수 있으며, 어도 설치 비율은 전원하천인 안성천수계 및 진위천수계가 도시하천인 탄천수계 및 안양천수계보다 높았다.

후속연구

기존 교량의 재가설 및 철거는 주로 기존 교각의 여유고 및경간장을 고려하여 결정하지만, 향후에는 본 연구에서 제시된 기존 교량 및 교각의 수리적 성능 평가 방안과 같이, 교량의 노후화 정도, 탄력적인 경간장의 적용이 가능한 특별 규정, 하도 정비 등을 고려한 종합적인 분석을 통하여 결정하는 것이 타당한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 하천횡단시설물의 설계 연혁 분석, 설치된 하천횡단시설물의 현황 조사 및 하천기본계획의 분석을 통하여 하천의 횡단시설물인 보, 낙차공 및 교각의 수리적 안정성의 개선방안을 제시하고자 하였다. 이를 통하여 하천횡단시설물의 안정성 제고와 함께 시설물 설치 예산의 효율적인 배분도 가능하게 할 것으로 판단된다.
하천기본계획에서 보 및 낙차공의 보강계획은 단순히 물받이 및 바닥보호공의 길이로 판단하는 것으로 수행하고 있으나, 본 연구에서 제시된 기존 보 및 낙차공의 안정성 제고 방안을 감안할 필요가 있다. 즉, 보 및 낙차공의 노후화 정도, 바닥보 호공 길이와 물받이 길이와의 비율 등 종합적인 견지에서 재가설 여부를 결정하는 것이 바람직할 것이다. 구체적인 방안으로, 완경사 하천에서 바닥보호공 길이와 물받이 길이와의 비율을 최소한 3.
안성천수계 하천기본계획에서는 설계기준 미준수 교량 263개소 중 117개소 교량을 다음과 같은 내용으로 재가설하는 것으로 계획하였다. 즉, 여유고 및 교량 연장 부족 등으로 인하여 하천의 계획규모에 적합하지 않은 교량은 향후 하천개수 및 유지 보수시에 증축 및 확장이 필요 하며, 기존 교량을 대체하는 교량이 가설될 경우 구교량은 홍수소통을 및 흐름을 불안정하게 하는 원인이 되므로 지역주민의 의견 등을 고려하여 철거여부를 적극 검토하여야 한다. 따라서, 계획홍수위가 교량 교좌장치와 같거나 그 이상일 경우 재가설을 계획하였고, 경제적인 측면과 시공가능여부 등을 감안하여 여유고 및 경간장이 부족한 교량은 장래 도로계획 및관련계획 정비 시 반영될 수 있도록 계획하였다.
하천기본계획에서 보 및 낙차공의 보강계획은 단순히 물받이 및 바닥보호공의 길이로 판단하는 것으로 수행하고 있으나, 본 연구에서 제시된 기존 보 및 낙차공의 안정성 제고 방안을 감안할 필요가 있다. 즉, 보 및 낙차공의 노후화 정도, 바닥보 호공 길이와 물받이 길이와의 비율 등 종합적인 견지에서 재가설 여부를 결정하는 것이 바람직할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경기도 지방하천에서 하천횡단시설물의 설계기준을 만족하지 못하는 것을 해결하기 위한 방안은 무엇인가?	그러한 시설물의 안정성을 확보하기 위하여 하천설계기준에서는 시설물의 최소 규모에 관한 지침을 제시하고 있으나 실태 조사 결과에 의하면, 기존 보 및 낙차공의 물받이 및 바닥보호공의 규모는 설계기준을 만족시키지 못하는 경우가 대부분이고 교량의 교각은 일부만 만족시키는 것으로 나타났다. 기존 보 및 낙차공의 수리적 안정성을 제고하기 위해서는 설계기준에서 제시한 바닥보호공에 대한 물받이의 비율인 3.3을 최소값으로 확보해줄 필요가 있다. 표본하천 시설물 실태조사에 의하면 기존 보 및 낙차공을 자연형 여울공으로 개량할 경우 적용하는 종단경사는 1:20이 가장 적정한 것으로 나타났다. 또한, 교량의 철거 또는 재가설에 관한 결정에서 교각의 여유고 및 경간장 위배사항만 고려하고 있지만, 향후 교량 노후도 및 경간장 완화 규정 등을 종합적으로 검토하여 결정하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 설계기준, 하천실태 조사결과, 일본사례 등을 통하여 기존 보, 낙차공 및 교각의 수리적 안정성을 제고하는 종합적인 방안을 제시하였다.
	하천재해 예방사업은 무엇인가?	국토교통부(2016. 10)의 지방하천 종합정비계획 보고서에서 “하천재해 예방사업”은 상습 침수지역이거나 수해가 우려되는 미개수 하천 또는 불완전 개수하천에 대해 치수안전도 확보를 위해 시행하는 치수사업이라 정의하였고, “생태하천 조성사업” 은 지역주민의 정서함양 및 하천생태계 보전을 위해 치수에 안전하고 생태가 살아있는 쾌적하고 친환경적인 하천조성 사업으로 정의하였다. 한편, “고향의 강 정비사업”은 이·치수에 안전하고 지역의 역사·문화 등 고유의 특성을 반영하여 강을 매개로한 지역의 랜드마크(Land Mark) 조성을 위한 복합 정비사업으로 정의하였고, 기본 추진 방향으로는 기후변화 대비, 홍수에 안전한 하천환경 조성, 생태적으로 건강하고 활력 있는 문화공간 창출, 하천사업을 통한 지역발전과 복지 실현 및 지속가능하고 효율적인 하천관리방안을 제시하는 것으로 하였다.
	하천설계기준에서 물받이 설치 기준은 무엇인가?	물받이는 수리학적으로 도수(hydraulic jump)를 발생시켜 유수의 세력을 완화시킬 목적으로 설치하며, 물받이 길이는 완경사 하천의 경우 낙차공 낙차의 2~3배 또는 하류측 바닥보호공 길이의 1/3정도로 할 수 있다(하천설계기준, 2018). 상류측 바닥보호공은 하상유지시설 직상류에서 발생하는 국부세굴을 방지하여 하상유지시설 본체를 보호한다.

참고문헌 (7)

Korea Water Resources Association (1993, 2000, 2002, 2005, 2009, 2018). Stream Design Criteria
The Ministry of Land, Infrastructure, and Transport (2016) in Korea. Comprehensive rectification plan for medium scale streams.
The Ministry of Land, Infrastructure, and Transport (2014) in Korea. JinWi Stream(including HwangGuJi-Cheon stream) rectification plan.
The Ministry of Land, Infrastructure, and Transport (2014) in Korea. Ansung Cheon Stream rectification plan.
The Ministry of Land, Infrastructure, and Transport (2014) in Korea. Tan Cheon Stream rectification plan.
The Ministry of Land, Infrastructure, and Transport (2015) in Korea. Anyang Cheon Stream rectification plan.
Japanese Stream Association (2012). Stream and Erosion Control Design Criteria.

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