현재 전 세계적으로 과거와는 달리 기후양상으로 인한 물 부족문제와 함께 홍수로 인한 재해의 위험을 동시에 관리해야 하는 어려움에 직면한 상황이다. 수자원의 관리와 물 산업 육성을 통한 물 강국 실현을 목적으로 4대강 사업이 시행되었으며 유례없는 공사 규모에 비하여 상대적으로 단기간의 공사기간을 두고 진행되었다. 이에 4대강 사업 이후 하천환경이 어떻게 달라지는가에 대한 예측 및 분석이 미흡한 상태이다. 현재 4대강 사업 공사구간 일부에서는 대규모 준설과 홍수 시보로 인한 사류화의 영향으로 인해 침식 및 퇴적이 반복되어 발생하며 지류부의 두부침식이 발생한다. 이러한 문제점 해결을 위해 하상유지공이 설치되었으나 오히려 하천 양안을 침식시키는 결과를 초래하였으며 침식과 과도한 퇴적 등 하상을 안정하게 유지시킬 수 있는 새로운 접근방법 및 기법의 개발이 요구된다. 수제는 하천에서 흐름을 하도 중앙으로 집중시켜 주운을 위한 일정수심을 확보하는 역할을 하며 흐름방향과 유속을 제어함으로써 흐름에 의한 제방 침식작용을 방지하는 호안 역할을 한다. 또한, 수제는 하안 및 제방의 보호 기능 외에 국부적인 침식과 퇴적을 유도함으로써 자연스러운 형태의 하안을 형성하여 다양한 생태환경을 제공한다. 따라서 본 연구에서는 이동한계유속과 한계소류력을 활용하여 현재 사용되고 있는 수제형상결정 방법을 검토한 후 실제 국내하천에 적용 가능한 수리학적 인자를 고려한 새로운 한계유속(${\bar{U}}_d$) 및 새로운 저항계수 식을 개발하여 수제 설치 시 적용 가능한 방안을 제시하였다.
현재 전 세계적으로 과거와는 달리 기후양상으로 인한 물 부족문제와 함께 홍수로 인한 재해의 위험을 동시에 관리해야 하는 어려움에 직면한 상황이다. 수자원의 관리와 물 산업 육성을 통한 물 강국 실현을 목적으로 4대강 사업이 시행되었으며 유례없는 공사 규모에 비하여 상대적으로 단기간의 공사기간을 두고 진행되었다. 이에 4대강 사업 이후 하천환경이 어떻게 달라지는가에 대한 예측 및 분석이 미흡한 상태이다. 현재 4대강 사업 공사구간 일부에서는 대규모 준설과 홍수 시보로 인한 사류화의 영향으로 인해 침식 및 퇴적이 반복되어 발생하며 지류부의 두부침식이 발생한다. 이러한 문제점 해결을 위해 하상유지공이 설치되었으나 오히려 하천 양안을 침식시키는 결과를 초래하였으며 침식과 과도한 퇴적 등 하상을 안정하게 유지시킬 수 있는 새로운 접근방법 및 기법의 개발이 요구된다. 수제는 하천에서 흐름을 하도 중앙으로 집중시켜 주운을 위한 일정수심을 확보하는 역할을 하며 흐름방향과 유속을 제어함으로써 흐름에 의한 제방 침식작용을 방지하는 호안 역할을 한다. 또한, 수제는 하안 및 제방의 보호 기능 외에 국부적인 침식과 퇴적을 유도함으로써 자연스러운 형태의 하안을 형성하여 다양한 생태환경을 제공한다. 따라서 본 연구에서는 이동한계유속과 한계소류력을 활용하여 현재 사용되고 있는 수제형상결정 방법을 검토한 후 실제 국내하천에 적용 가능한 수리학적 인자를 고려한 새로운 한계유속(${\bar{U}}_d$) 및 새로운 저항계수 식을 개발하여 수제 설치 시 적용 가능한 방안을 제시하였다.
Unlike in the past, the world is facing water shortages due to climate change and difficulties in simultaneously managing the risks of flooding. The Four Major Rivers project was carried out with the aim of realizing a powerful nation of water by managing water resources and fostering the water indu...
Unlike in the past, the world is facing water shortages due to climate change and difficulties in simultaneously managing the risks of flooding. The Four Major Rivers project was carried out with the aim of realizing a powerful nation of water by managing water resources and fostering the water industry, and the construction period was relatively short compared to the unprecedented scale. Therefore, the prediction and analysis of how the river environment changes after the Four Major Rivers Project is insufficient. Currently, part of the construction section of the Four Major Rivers Project is caused by repeated erosion and sedimentation due to the effects of sandification caused by large dredging and flood-time reservoirs, and the head erosion of the tributaries occurs. In order to solve these problems, the riverbed maintenance work was installed, but it resulted in erosion of both sides of the river and the development of new approaches and techniques to keep the river bed stable, such as erosion and excessive sedimentation, is required. The water agent plays a role of securing a certain depth of water for the main stream by concentrating the flow so much in the center and preventing levee erosion by controlling the flow direction and flow velocity. In addition, Groyne products provide various ecological environments by forming a natural form of riverbeds by inducing local erosion and deposition in addition to the protection functions of the river bank and embankment. Therefore, after reviewing the method of determining the shape of the Groyne structure currently in use by utilizing the mobile limit flow rate and marginal reflux force, a new Critical Movement Velocity(${\bar{U}}_d$) and a new resistance coefficient formula considering the mathematical factors applicable to the actual domestic stream were developed and the measures applicable to Groyne installation were proposed.
Unlike in the past, the world is facing water shortages due to climate change and difficulties in simultaneously managing the risks of flooding. The Four Major Rivers project was carried out with the aim of realizing a powerful nation of water by managing water resources and fostering the water industry, and the construction period was relatively short compared to the unprecedented scale. Therefore, the prediction and analysis of how the river environment changes after the Four Major Rivers Project is insufficient. Currently, part of the construction section of the Four Major Rivers Project is caused by repeated erosion and sedimentation due to the effects of sandification caused by large dredging and flood-time reservoirs, and the head erosion of the tributaries occurs. In order to solve these problems, the riverbed maintenance work was installed, but it resulted in erosion of both sides of the river and the development of new approaches and techniques to keep the river bed stable, such as erosion and excessive sedimentation, is required. The water agent plays a role of securing a certain depth of water for the main stream by concentrating the flow so much in the center and preventing levee erosion by controlling the flow direction and flow velocity. In addition, Groyne products provide various ecological environments by forming a natural form of riverbeds by inducing local erosion and deposition in addition to the protection functions of the river bank and embankment. Therefore, after reviewing the method of determining the shape of the Groyne structure currently in use by utilizing the mobile limit flow rate and marginal reflux force, a new Critical Movement Velocity(${\bar{U}}_d$) and a new resistance coefficient formula considering the mathematical factors applicable to the actual domestic stream were developed and the measures applicable to Groyne installation were proposed.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 월류형 불투과수제 설치 시 그 기준이 되는 저수수제의 설계에 제시된 저항공식을 위주로 현재 사용 되고 있는 수제형상결정 방법을 검토한 후 실제 우리나라 하천에 적용 가능한 수리학적 인자를 고려한 이론적 공식이나 반 경험공식을 개발하여 수제 설치 시 적용 가능한 방안을 제시하고자 한다.
따라서 본 절에서는 우리 하천의 하상특성이 반영된 이동한계유속(#)공식과 수제의 저항계수 식(f)를 우리 하천에서 손쉽게 취득할 수 있는 수리학적 인자들을 적용하여 새롭게 산정하여 이를 통하여 우리나라에 적용 가능한 수제형상결정 방법을 제시하고자 한다. 특히 대표적인 충적하천 구간인 낙동강 구간의 자료를 주로 사용하였다.
본 연구에서는 일반적으로 수행되었던 직선 및 만곡하도에서 수제 설치에 따른 수제 주변의 수리 현상과 저수호안 및 하 상의 거동을 분석하여 비교하고 이를 고찰한 내용을 요약하였고 이를 바탕으로 기존의 경험 식을 이용하여 한국형 수제설계를 위한 가이드라인을 제시하였다.
제안 방법
2) 월류형 불투과수제에 대하여 한계저항계수 식과 수제의 저항계수 식의 관계를 변형하여 두 식의 연관성을 위해 같은 수리학적 인자를 포함하도록 하는 새로운 저항계수 식을 개발 하였다.
2) 월류형 불투과수제에 대하여 한계저항계수 식과 수제의 저항계수 식의 관계를 변형하여 두 식의 연관성을 위해 같은 수리학적 인자를 포함하도록 하는 새로운 저항계수 식을 개발 하였다제설계를 위한 가이드라인을 제시하였다. 본 가이드라인은 현재 적절한 기준이 없는 우리나라의 상황에서 매우 좋은 대안이 될 것으로 판단되며 향후 지속적인 연구 및 분석을 통해 실내 및 자연하천에서의 각종 수리모형실험을 통한 검증을 거친다면 실제 설계 시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
혼합 사력 하상에서 각 입자 간의 이동한계는 세 립이 조립질로 구성되기 때문에 흐름으로부터 차폐되어 움직이기 어려운 반면, 조립질은 평균 사면에서 돌출되어 움직이기 쉬운 등 그 거동이 매우 복잡하다. 따라서 본 논문에서는 이들 지표의 혼합효과에 대한 물리적 의미가 매우 복잡하고 불명확하므로 하상 재료의 평균 입경(dm)을 혼합 입경을 대표 입경으로 선택하였다. 한편, 본 논문의 결과를 적용 가능한 하천은 낙동강이므로 낙동강 하천기본계획(변경) 상에 있는 평균 입경에 근접한 대표 입경을 평균입경 범위로 선택하였다.
일본 건설성에서는 목표 유속개념을 사용하는데, 이는 수제 설치 후의 실제 하천에서 발생 가능한 유속으로 인하여 하상 재료가 이동되지 않는 정도의 유속 말한다. 또한 수제의 형상이 수리학적 측면에서 안정적이고 지속적으로 그 기능을 유지할 수 있도록 설계한다.
입경은 낙동강 실제 입경을 그대로 적용하였으며, 폭은 200m로 광폭하천을 기준으로 설정하였다. 본 논문에서 제시 하는 수제설계 가이드라인은 월류형 수제를 중점적으로 수행 하였다. 비월류형 수제를 다루지 않은 사유는 우리나라의 강우 특성상 하천의 수위가 계절에 따라 크게 변화하므로 하천에 월류형 수제가 설치되더라도 갈수기가 되면 비월류형 수제로 되어 그 기능을 수행할 수 있기 때문이다.
본 논문의 결과를 적용 가능한 하천은 낙동강이므로 낙동강 상류의 0.52~19.5mm와 하류의 0.16~11.96mm 범위상의 평균입경 범위와 근접한 구간의 관계식인 표원 식을 한계 소류력 식으로 채택하였다.
여기서는 저항계수(f) 식(11)을 새롭게 산정한 후 그 결과를 기존의 한계저항 식인 식(10)식과 비교분석 하였다. 비교분석을 통하여 새롭게 수제의 형상을 결정하는 방법을 제안하였다. 우선 저항계수(f)식(11)을 새롭게 산정하였다.
11)을 새롭게 산정하였다. 아울러 측정된 데이터나 수치모델 결과 등을 사용하여 새롭게 산정된 식의 타당성을 검증하였다. 여기서는 저항계수(f) 식(11)을 새롭게 산정한 후 그 결과를 기존의 한계저항 식인 식(10)식과 비교분석 하였다.
한계저항계수 식을 활용하여 유량의 변화에 따른 수제 하상의 안정화 및 간격을 결정할 수 있는 가이드라인을 제시하였다. 본 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
낙동강 수계의 국가하천 감천이 대상이며, 경북 김천과 경북 구미에 흐른다. 수제 형상결정을 위한 제원은 해당 하천 HEC-RAS자료를 이용해 1차원 홍수위 분석 자료를 사용하였다. 지점별 하상재료 채취시료 실험 결과 값이 평균입경이며 평균입경은 d50이다(d=0.
가상 수로를 낙동강 유역과 비슷하게 적용한 결과를 사용하였다. 입경은 낙동강 실제 입경을 그대로 적용하였으며, 폭은 200m로 광폭하천을 기준으로 설정하였다. 본 논문에서 제시 하는 수제설계 가이드라인은 월류형 수제를 중점적으로 수행 하였다.
)공식과 수제의 저항계수 식(f)를 우리 하천에서 손쉽게 취득할 수 있는 수리학적 인자들을 적용하여 새롭게 산정하여 이를 통하여 우리나라에 적용 가능한 수제형상결정 방법을 제시하고자 한다. 특히 대표적인 충적하천 구간인 낙동강 구간의 자료를 주로 사용하였다.
성능/효과
1) 실제 하천의 하상은 조도 범위가 매우 복잡하고 혼합사력으로 구성되어 있다. 따라서 하천의 대표 입경을 사용하여 한계소류력을 결정하였고 매닝 식과 연결하여 새로운 하상 재료의 이동한계를 나타내는 한계유속(#)를 산정하였다.
따라서 수제의 간격에 따른 수제 저항계수의 안정성을 평가할 수 있는 중요한 지표로 활용할 수 있음을 잘 보여준다. 상기 그래프를 통한 분석 결과 수제의 간격이 약 70m 이하는 수제 저항계수의 값이 한계저항계수 값보다 크므로 수제가 안정하다는 것을 알 수 있고 70m를 넘어서게 되면 수제 하상이 불안정하다는 것을 쉽게 알 수 있다.
수제 형상결정을 위한 제원은 해당 하천 HEC-RAS자료를 이용해 1차원 홍수위 분석 자료를 사용하였다. 지점별 하상재료 채취시료 실험 결과 값이 평균입경이며 평균입경은 d50이다(d=0.52mm). 수제 간격이 50m인 경우에서 유량을 600-1,500m3/s까지 변화시켜 가며 적용하였다.
충적하천에서 발달하는 사행현상은 만곡하도일 경우 수충부와 사주부가 교호적으로 나타나며, 직선하도 일 경우도 하폭이 넓을 때는 하도 내에서 망상 흐름이 발생하고 사행흐름이 발달하게 됨을 알 수 있었다. 특히, 만곡하도의 경우 제방을 보호하고 고수부와 저수로 호안을 안정화시키기 위해서는 수로의 흐름중심(유심)을 하천의 중앙부로 유도해야 하지만, 하천이 퇴적층으로 이루어진 충적하천에서는 하상의 안정화와 저 수로의 안정화가 쉽지 않은 것이 하천관리의 특수성이다.
후속연구
결론적으로 식(10)과 같은 관계를 그래프로 변환하여 안정성 범위 내에서 형성되도록 수제의 크기, 간격 및 높이 등을 설계하면, 수리학적 안정성 측면에서 하천 유속을 저감 하면서 기초부의 세굴도 방지가 가능할 것이다. 따라서 이러한 한계저항계수와 저항계수의 관계를 산정하여 Fig.
실제로 수제의 간격을 결정하는 기준이 없는 현재 시스템 상에서 과소 혹은 과다 산정 시 발생하는 문제는 고스란히 공사비의 증가로 이어지게 되고 사고 발생률을 증가시키게 된다. 그러므로 본 논문에서 제안하는 방법을 활용 하여 다양한 실제 하천조건 및 실내 수리모형실험을 통해 지속적인 보완 및 검증을 한다면 한국형 하천에 적용 가능한 수제설계 가이드라인이 될 것으로 판단된다.
2) 월류형 불투과수제에 대하여 한계저항계수 식과 수제의 저항계수 식의 관계를 변형하여 두 식의 연관성을 위해 같은 수리학적 인자를 포함하도록 하는 새로운 저항계수 식을 개발 하였다제설계를 위한 가이드라인을 제시하였다. 본 가이드라인은 현재 적절한 기준이 없는 우리나라의 상황에서 매우 좋은 대안이 될 것으로 판단되며 향후 지속적인 연구 및 분석을 통해 실내 및 자연하천에서의 각종 수리모형실험을 통한 검증을 거친다면 실제 설계 시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
4대강 사업의 목적은 무엇인가?
현재 전 세계적으로 과거와는 달리 기후양상으로 인한 물 부족문제와 함께 홍수로 인한 재해의 위험을 동시에 관리해야 하는 어려움에 직면한 상황이다. 수자원의 관리와 물 산업 육성을 통한 물 강국 실현을 목적으로 4대강 사업이 시행되었으며 유례없는 공사 규모에 비하여 상대적으로 단기간의 공사기간을 두고 진행되었다. 이에 4대강 사업 이후 하천환경이 어떻게 달라지는가에 대한 예측 및 분석이 미흡한 상태이다.
한계소류력 결정을 위해 Shields diagram을 사용할 때 어떠한 단점이 있는가?
통상 shields 곡선이라고 불리우며 한계조건을 나타내는 Shields diagram은 현재까지도 많이 쓰이고 있다. 그러나 Shields 조건에는 사립자 입경과 마찰속도가 양쪽에 모두 있기 때문에 시행 착오법으로 원하는 변수를 구해야 하는 단점이 있다.
4대강 사업 공사구간 일부에서 어떠한 문제가 발생하고 있는가?
이에 4대강 사업 이후 하천환경이 어떻게 달라지는가에 대한 예측 및 분석이 미흡한 상태이다. 현재 4대강 사업 공사구간 일부에서는 대규모 준설과 홍수 시보로 인한 사류화의 영향으로 인해 침식 및 퇴적이 반복되어 발생하며 지류부의 두부침식이 발생한다. 이러한 문제점 해결을 위해 하상유지공이 설치되었으나 오히려 하천 양안을 침식시키는 결과를 초래하였으며 침식과 과도한 퇴적 등 하상을 안정하게 유지시킬 수 있는 새로운 접근방법 및 기법의 개발이 요구된다.
참고문헌 (11)
Elawady, E, Michiue, M, and Hinokidani, O (2001). Movable bed scour around submerged spur-dikes, J. of hydraulic Engineering, 45, pp. 373-378. [DOI:https://doi.org/10.2208/prohe.45.373]
Kang, JG, Yeo, HK, Roh, YS (2006). An experimental study on a characteristics of flow around groynes for groyne spacing, J. of the Korean Society of Civil Engineers, 26(3B), pp. 271-278. [Korean Literature]
Lee, KS, and Jang, CL (2016). Numerical investigation of space effects of serial spur dikes on flow and bed changes by using Nays2D, J. of Korea Water Resource Association, 49(3), pp. 241-252. [Korean Literature] [DOI:https://doi.org/10.3741/jkwra.2016.49.3.241]
Lee, YG, Ko, JY, Lee, JW, Jung, SW (2009). Development of sediment discharge computation system for characteristic analysis of river sediment discharge, Proceedings of the 2009 Korea Water Resources Association Conference, pp. 723-727. [Korean Literature]
Melville, BW, Coleman, S (2000). Bridge Scour. Water Resources Publications, Littleton, USA.
Nam, SW (1978). Study on hydraulic analysis for sea defence works, J. of Korean Society of Civil Engineers, 26(2), pp. 93-100. [Korean Literature]
Park, JE (1984). A numerical analysis of river-bed variation in alluvial stream, J. of Korean Society of Civil Engineers, 4(1), pp. 49-58. [Korean Literature]
Teraguchi, H, Nakagawa, H, Muto, Y, Baba, Y, and Zhang, H (2008) Effects of groins on the flow and bed deformation in non-submerged conditions, Disaster Prevention Research Insitute Annuals Kyoto University, 51(B), pp. 625-632.
Teraguchi, H, Nakagawa, H, Zhang, H (2008). Study on flow and bed deformation around impermeable and permeable groins, Proceedings of the 8th ICHE, Nagoya, Japan, pp. 367-370.
Uijttewaal, WS (2005). Effects of groyne layout on the flow in groyne fields: laboratory experiments, J. of Hydraulic Engineering, 131(9), pp. 781-791. [DOI:https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9429(2005)131:9(782)]
Yeo, HK, Roh, YS, Kang, JG, Kim, SJ (2006). Variations of flow thalweg alignment and separation region around a groyne, J. of Korea Water Resources Association, 39(4), pp. 313-320. [Korean Literature] [DOI:https://doi.org/10.3741/jkwra.2006.39.4.313]
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.