연약한 해저지반의 세굴에 대한 지반공학적 특성

정현철 전남대학교 2007 국내석사

해양 개발의 필요성이 높아지면서 최근 해안 개발과정에서 해저 구조물 설치에 따른 연약한 해저지반의 안정성 문제가 관건으로 떠오르고 있다. 특히 세굴에 의한 인공어초의 피해사례와 같이 구조물이 본래의 기능을 발위 할 수 없게 되는 일이 발생하고 있어 이에 대한 대책마련이 시급하다. 그러나 해저지반의 이동 및 안정성은 여러 현상이 상호 연관되어 있기 때문에 아직 정확한 규명이 이루어지지 않아 예측의 어려움이 있다. 특히 그동안 대부분의 연구들이 수리학적 변수들, 해양외력의 조건들에 대한 연구에 집중되어 있으며 해저지반의 종류와 지반공학적 특성을 고려한 평가에 대한 연구는 미미하다. 본 연구에서는 다양한 특성을 갖는 점토와 모래와 점토의 혼합토 형태인 중간토 지반을 인공적으로 조성하고 세굴특성과 지반공학적 특성을 평가하였다. 이를 통하여 불안정한 지반특성을 가지는 연약한 해저지반의 세굴특성과 지반공학적 특성의 상관관계를 고찰하고 정량적인 관계식을 제안하였다. 이는 향후 구조물의 안정성 평가를 위해 간단한 지반공학적 특성으로부터 해저지반의 세굴특성을 평가하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

국내 중·소 하천의 세굴보호공 실태파악 및 세굴보호공의 적용성 검토

이상익 명지대학교 대학원 1997 국내석사

하천이나 해안에 건설되는 교량의 기초 부분에 있어 세굴은 교량의 수명이나 안전성 유지에 중요한 요인으로 작용한다. 특히, 우리 나라와 같이 홍수시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우, 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴사고를 초래할 수 있다. 국내의 경우, 매년 약 100여개의 크고 작은 교량이 세굴로 인하여 붕괴 및 손상을 입고 있음에도 불구하고 장·단기간에 걸친 세굴보호대책은 거의 없는 상태이며, 세굴의 진행정도도 얼마나 심각한 상태인지 완전히 파악되지 않은 실정이다. 이 연구에서는 국내의 세굴관련 문헌조사를 실시하였고 또한 우리나라 중부지역의 중·소 하천을 택하여 세굴 현황조사를 통한 세굴보호공 여부를 파악하였으며, 세굴보호공 중에서 사석보호공을 직접 설치하여 실제 하천에서 현장실험을 실시하여 그 적용성을 검토하였다. Scour plays a principal role in maintaining stability and durability of bridges. Especially, in case of severe flood events, flow rate getting increase in a short time, scour can impede the functioning of bridges to the extent that they must be taken out of operation, and even can emperil their stability and structural integrity. In Korea, about 100 bridges were collapsed or damaged every year. Sufficient field investigation, however, was not made and, therefore, no adequate countermeasure for scouring is available. In this study, literature on scour-protection methods are reviewed and data on countermeasures of scouring which were collected through field investigation are analyzed. Furthermore, a scour-protection method using riprap are applied to two small bridges in Yong-In and its applicability is investigated.

세굴보호공에 관한 실험적 고찰

최영범 明知大學校 大學院 1998 국내석사

하천이나 해안에 건설되는 교량의 기초 부분에 있어 세굴은 교량의 수명이나 안정성 유지에 중요한 요인으로 작용한다. 특히, 우리나라에서는 대형교량뿐만 아니라 중소하천에 위치한 중소교량들이 집중호우나 홍수로 인해 강수량이 급증함으로서 세굴에 대한 피해가 빈번하게 발생하고 있는 실정이다. 이번 연구에서는 이런한 세굴을 방지하기 위하여 자주 사용되는 세굴보호공 중의 하나인 사석보호공을 실제 사용되고 있는 중소하천 교량에 설치하여 사석보호공의 효율성 및 문제점 등을 검토하고자 하였다. 사석보호공 현장실험을 실시하여 그 적용성을 검토한 결과 설계사석을 결정하기 위해 이용되는 유속의 적절한 판단에 따라 사석보호공의 실효성여부가 좌우되는 것으로 나타났으며, 교각 전방에 쌓일 수 있는 부유물은 세굴을 가중시키는 역할을 하는것으로 나타났다. 또한, 다양한 세굴보호공 중 국내의 중·소하천에서 빈번하게 사용되는 사석보호공, 돌망태공, 언더피닝공에 대한 효율성을 검토하고 세굴특성을 파악하기 위하여 동일한 조건하에서 모형실험을 실시하고 각각의 유속에 따른 세굴특성에 대해서 고찰하여 보았다. 그 결과, 실험에 적용한 세굴보호공 중에서 돌망태공이 보호공 주변의 세굴보호효과가 가장 뛰어난 것으로 나타났으며, 세굴보호공의 설치폭을 증가시키면 세굴심도 작아질뿐 아니라 설치폭이 1.5D 이상인 경우에는 유속증가에 따른 세굴심의 증가율도 감소하는 것으로 나타났다. Scour plays a principal role in maintaining stability and duration of bridge. Especially, in case of severe flood events, flow rates getting increase in a short time. Scour can impede then functioning of bridges to the extent that they must be taken out of operation, and even can empirical their stability and structural integrity. In this study, a scour-protection method using riprap are applied to two small bridges in Yong-In and it's applicability is investigated. Furthermore, a scour protection method using rip-rap, gabion, underpinning are applied to laboratory experiments and its applicability is investigated to understand its scour characteristics. Among the protection methods tested in this study, gabion is proved to be most effective countermeasure against scouring. The more dimensions of model pier increase the more scouring depth decrease. It shows when the dimensions of model pier is over 1.5D then scouring depth increasing ratio is decreased as flow velocity increase.

해저관로 주변의 국부세굴에 관한 연구

연주흠 忠北大學校 2007 국내박사

Submarine pipelines are used in coastal structures. The pipelines are installed in marine environments for transportation of gas and crude oil from offshore platforms, and for the disposal of industrial and municipal waste water into the sea. In order to ensure these pipelines are stable and functional during their project life, attention must be paid to their design and coastal processes. In the design phase, the possibility of local scouring under submarine pipelines must be taken into consideration. When a structure such as a pipeline is placed in a marine environment, the very presence of the structure will change the flow and wave field in its immediate neighborhood, resulting in one or more of the following phenomena: The contraction of flow; the formation of a horseshoe vortex in front of the structure; the formation of lee-wave vortices(with or without vortex shedding) behind the structure; the generation of turbulence; the occurrence of reflection and diffraction of waves; and the occurrence of wave breaking. These changes usually cause an increase in the local sediment transport capacity, and thus lead to scour. Scour is a threat to the stability of the structure. In this study, the characteristics of local scour on submarine pipelines were investigated by hydraulic model tests. To do this, open channel was used in current condition and wave generator was used in waves condition. In the case of steady current, the experiments were done in a horizontal bed. The pipe diameter(D) and flow velocity(V) were varied. In the case of wave, the experiments were done in a horizontal and a slope bed. The wave height(H), the wave period(T) and the embedment depth were varied. Scour depth and development of scour near the pipeline are observed due to variation of flow velocity, pipe diameter, wave height and wave period. The experiments showed that the maximum equilibrium local scour depth increases with the flow velocity(V), the pipe diameter, the wave height and the wave period. The correlations of scour depth and parameters such as a Reynolds number(Re), Shields number(), Froude number(Fr), Keulegan -Carpenter number(KC), Ursell number() and modified Ursell number() were analyzed. In the condition of steady current, Froude number is the main parameter to cause the local scour around the submarine pipelines. In the case of wave condition, KC number and modified Ursell number are main parameters to cause the local scour around the submarine pipelines.

1,2차 수치해석에 따른 기존 세굴심 산정식 편차 산정

朴台鉉 강원대학교 2008 국내석사

기존 세굴심 산정을 위해서는 기본적으로 교각의 형태, 유속, 수심 및 하상입경이 주요변수이며 이중 교각의 형태, 하상입경의 경우 현장조사를 통해서 세부적인 실측이 가능한 변수이나 유속 및 수심의 경우 수치해석을 통해서 산정된 값을 적용하게 됨으로 수치해석방법에 따라 세굴심 예측에 편차가 발생하게 된다. 현재 세굴심 산정시 일반적으로 사용되는 수치해석은 1차원 수치해석으로 교각 영향에 의한 수리특성변동을 정확히 예측하기는 힘든 실정이나 사용상의 편리성으로 인하여 1차원 수치해석을 실시하여 산정된 유속 및 수심을 예측하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 2차원 수치해석을 이용하여 산정된 변수를 이용한 세굴심 산정방법과 1차원 수치해석을 이용하여 산정된 변수를 이용한 세굴심 산정값을 비교하기 위하여 교각의 형태, 크기 및 설치방법에 따라 1,2차원 수치해석을 실시하였으며 이에 따른 세굴심의 편차를 산정함으로서 1차원 수치해석을 이용하여 산정된 값을 이용하여 세굴심 산정하는 경우에 문제점에 대하여 검증하였다. 국부 세굴심을 산정한 결과 1,2차원 수치해석에 따른 세굴심 산정에 대하여 다음과 같이 결론을 정리할 수 있었다. 1. 세굴심의 편차는 1차원 수치해석으로 산정한 세굴심이 C.S.U 공식에서는 0.63m ∼ 1.82m 크게 산정됨을 확인 하였고, Froehlich 공식에서는 세굴심의 편차가 거의 없는 것으로 확인 되었다. 또한 Laursen 공식 에서는 -0.78m ∼ -0.27m 작게 산정되었고, Neill 공식 에서는 -0.43m ∼ -0.17m 작게 산정됨을 확인 할 수 있었다. 2. 각 세굴심 산정공식에 대한 편차를 산정한 결과 1차원 수치해석을 이용하는 경우 세굴심의 편차는 1.37m ∼ 1.78m 발생 하였고, 2차원 수치해석을 이용하는 경우 세굴심의 편차는 0.88m ∼ 1.35m 의 편차가 발생하여 2차원 수치해석을 이용하는 경우 각 세굴심 산정공식에 대한 세굴심 편차를 최소로 할 수 있음을 확인 하였다. 3. 일반적으로 설계 적용시 각 세굴심 산정공식의 평균값을 적용함으로 이에 대하여 검토한 결과 1차원 수치해석을 이용한 세굴심이 2차원 수치해석을 이용한 세굴심 보다 0.11m크게 산정이 되었다. 따라서 1차원 수치해석을 이용한 세굴심을 산정하여도 세굴 안정성 문제는 크지 않을 것으로 검토 되었다.

現場에서의 洗掘깊이 測定 및 適用性 檢討

유중식 明知大學校 産業技術大學院 1997 국내석사

하상에 교량 등 구조물을 설치할 경우 세굴깊이를 예측하여 적절한 대책을 선정 시공하여야 하나 지금까지는 과거의 관행이나 전례에 따라 상세한 세굴심의 측정 및 선정없이 구조물의 기초터파기 깊이에 따라 대책공법을 선정, 적용하는 경우가 대부분이었다. 이러한 경우 세굴에 대하여 안전하지 못할뿐 아니라 때로는 과대하게 산정되어 비경제적인 설계 및 시공의 우려가 있는 것이 현실이다. 본 논문에서는 우선 국내에서 발생하는 세굴에 의한 피해 상장을 분석하였으며 설계시방서의 세굴에 대한 규정을 수집하고 세굴되는 깊이를 실제 교량을 대상으로 측정하였다. 또한 세굴심을 산출하는 기존의 여러 공식을 이용하여 대상 교량의 예상 세굴심을 계산하고 실측한 결과와 기존 공식에서 산정된 결과를 비교하였으며 각 공식의 적용성을 검토하였다. 본 연구의 결과 실측결과와 예상 세굴심 및 각 공식들간의 계산결과가 많은 차이가 있음을 보였으며 이는 각 제안식들이 갖는 가정이나 한계때문이라고 생각된다. 따라서 설계시 세굴심을 산정하는 공식은 현장조건에 가장 적합한 것으로 사용해야 한다. Scour is a natural phenomenon occurring in alluvial streams. The presence of bridge structures such as piers, abutments and dikes, however, aggravate in general. In this country it is estimated that more than 100 bridges have been annually failed resulting from floods. The large portion of bridge failure is caused by the scouring action, around the bridge, of the water running in the streams. Therefore, a proper hydraulic design of a bridge waterway is required, based on a knowledge of the mechanics of scour. For nearly a century, many researchers have proposed their own formula to predict the depth of bridge scour, but no universal one is available yet for bridge engineers to use with confidence, in spite of intensive research. In this study the damage due to scouring in floods is investigated and the present design specifications regarding the bridge scour are collected to be analyzed. The in-situ field measurement of scour depths around piers is carried out during the flood, and compared with the computations resulting from the various formula for the scouring depths. It shows a huge difference between them and, thus, it is careful to use them. In addition, it is most important that the appropriate one able to represent properly a field situation should be chosen.

현장모니터링 및 CFD를 이용한 인공어초 주변의 세굴특성

김용관 전남대학교 대학원 2011 국내석사

본 연구는 인공어초 주변에서 발생되는 세굴특성을 파악하기 위하여 해양환경조사와 잠수조사에 의한 현장모니터링 및 CFD를 이용한 수치실험을 실시하였다. 시험어초 시설단지 A50 및 A300 군락에서 2회 및 3회에 걸쳐 현장모니터링을 실시한 결과, A50 군락의 경우 주 조류방향이 작용하는 St.1에서는 평균 4 cm, St.4는 7 cm, St.5는 3 cm, St.8은 4 cm 정도의 세굴이 발생하였다. 그리고 조사시점에 따라서 4 cm 퇴적이 발생한 지점과 20 cm 세굴이 발생한 지점도 있었다. A300 군락의 경우 St.1에서 평균 2 cm, St.2는 3 cm, St.3은 5 cm, St.4는 3 cm정도의 세굴이 발생하였다. 이는 조사 대상해역의 해저조건이 세굴이 거의 일어나지 않는 곳으로 시설어초들이 안정적인 장소라고 판단되어진다. 한편, 시험어초 시설단지 A50 및 A300 군락에 대하여 정상흐름 조건인 평균유속 0.4 m/s, 0.7 m/s, 1.3 m/s 및 2.0 m/s에 대하여 CFD를 이용한 수치실험을 실시한 결과, 0.4 m/s에서는 세굴이 발생되지 않았으나, 0.7 m/s 이상부터는 해저 세굴의 징후를 보였고, 1.3 m/s 부터는 가시적인 세굴 현상을 확인할 수 있었다. 따라서, 인공어초의 시설에 있어 세굴 영향인자를 고려한 수치실험을 실행함으로서 인공어초 적지를 선정함에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. The study carried out ocean environment observation, field monitoring by submergence survey and numerical experiment with CFD to understand features of scour around artificial reefs. The study carried out field monitoring twice and three times at test artificial reef colony A50 and A300, respectively. In the event of colony A50, St.1, where the main current direction operated, had average 4 cm scour while it was observed for St.4 as 7 cm, St.5 as 3 cm and St.8 as 4 cm, respectively. And according to the observation time, 4 cm sedimentation and 20 cm scour took place. In the event of colony A300, St.1 had average 2 cm scour, St.2 3 cm, St.3 5 cm and St.4 3 cm. It is concluded that the study area is a stable site for facility artificial reefs since little scour takes place in the underwater conditions of the surveyed areas. For the event of colony A50 and A300, numerical experiment with CFD are carried out in steady flow velocity 0.4 m/s, 0.7 m/s, 1.3 m/s and 2.0 m/s. In 0.4 m/s, scour was not observed. However, the cases more than 0.7 m/s had symptoms of artificial reef scour while the cases above 1.3 m/s had visual phenomenon of scour. Therefore, in installing artificial reefs, it is recommended that numerical experiment considering effect on scour will be utilized as basic data to select an optimal site for artificial reefs.

우리나라 중·소 하천의 세굴특성 조사연구

강준구 明知大學校 大學院 1997 국내석사

현재 국내에서 매년 100여개의 교량이 붕괴되거나 심각한 피해를 입고 있다. 이들의 대부분은 홍수시 기초지반이 유실됨으로써 발생되며 따라서 세굴에 의한 피해를 줄이기 위하여는 우선 이에 대한 기초적 연구와 함께 교량설계시 예상되는 세굴깊이를 정확히 산정하고 이를 설계에 합리적으로 반영시키는 것이 필요하다. 그러나 세굴이 발생되는 물리적 현상은 많은 인자들이 서로 복잡하게 연계되어 해석하기에 쉽지 않으며 실측된 자료 또한 찾아보기 힘들다. 본 연구에서는 좀 더 합리적인 설계와 세굴에 대한 기초적인 자료를 제공하기 위하여 교각세굴에 대해 현장실측을 수행하였다. 실측대상은 주로 접근하기 쉬운 중•소하천을 대상으로 하였으며 세굴깊이, 교각폭 및 길이, 수심, 유속 및 유량, 접근각 등 세굴에 영향을 미치는 물리량들을 관측하고 측정하였다. 이들 자료로부터 현재의 국내 세굴현황을 파악할 수 있었으며 수심, Froude 수 및 접근각 등 주요 영향인자들에 대한 분석도 행하였다. 지역적으로 용인 광주지역, 서면(홍천강), 청평 포천지역, 연천지역, 분일(청주)지역으로 구분하여 교각세굴의 인자별 분석에 적용하였고 교각의 모양에 대하여도 타원교각과 원형교각으로 구분하여 분석하였다. 또한 기존의 세굴공식에 적용시켜 실측치와 비교하였으며 국내세굴예측에 합당한 공식을 제안하였다. More than 100 bridges in Korea have been annually collapsed or badly damaged by the scouring around bridge piers, particularly in the flood season. To prevent from such a tragedy, therefore, the fundamental study on the bridge scouring is needed, in order not only to estimate the scour depth with reliability but to take it into consideration in its design. However, it is not easy to find out and analyze the scour mechanism in physics since many factors on the scour are coupled with, and neither to get the measured data for the primary research on the bridge scour depths. In this study the field measurements on them are carried out to provide the fundamental data for more rational design. Scouring depth, pier width, flow depth, velocity, and the approaching degree of pier nose are measured largely in small and medium streams, from which the present situation on bridge scours can be understood, as a result, it can be analyzed the effects of important factors such as the flow depth, the Froude number and the approaching degree. The in-situ measurement have been done to be analyzed in several region; Yongin•Kwanju, Sumeon, Chungpeong, Pochun, Yeonchun and Bukil area. They are also classified for investigation into two types of pier; elliptic tyoe and circle. In addition, many existing equations for the scouring depth are applicated to compare with their field measurements.

자연형 저낙차 횡단구조물의 하류부 세굴변화가 서식처에 미치는 물리적 영향

김창성 명지대학교 대학원 2011 국내박사

The river crossing structures is installed for flood control and water utilization. However, the installations of these structures caused the interruption of the passage of ecological river and exterminate the life of a river. On the other hand, it has been represented that the scour at the downstream and complex flow pattern due to the installation of river crossing structures is beneficial for the ecological aspect. Therefore, the eco-friendly design process and method for the structure of river crossing have been proposed to minimize the structural damage and to maximize the positive environmental formation. However, an improve stream habitat has been limited to only the analysis of flow pattern around the installed structures and the systematic detailed results have not been suggested yet. In this study, the assessment of ecological habitat improvement due to the scour downstream the river crossing structure was performed. The natural drop structures with the low drop height which can make target fish jump across a river was selected for the river crossing structure in this study based on the information and researches proposed in the domestic and abroad. Also, the log drop structure was selected considering more nature-friendly material and easy acquisition. The hydraulic experiments were conducted to understand scour pattern and depth with different apex angles and various lateral slopes of the drop structure. In addition, the experimental result was compared with existing formulas for scour depth downstream of the drop structure and then the suitability of the experimental results and difference with other proposed equations were analyzed. As a result, scour depths of plane type drop structure with various apex angles were similar to the calculation results of existing equations. However, scour depths from experiments with various lateral slope changes caused concentrated flow in the middle and produced more effect on the scour. Finally, the generalized equations to estimate scour depth and length were proposed in this study with respect to the angle of apex and lateral slope of the low drop structures. The physical habitat simulated was conducted using geometric data acquired from the experiment results. The changes of habitat suitability index (HSI) and difference of weighted usable area (WUA) were analyzed with different drop structure types. The Z. platypus was selected as the target fish inhabited in most domestic rivers. More habitat effect was improved in the downstream bed of the drop structure with scour than without scour. Especially, the most suitable type of the low drop structure was the apex angle 140°°and the upper V type. Also, it was concluded that the lateral slope 7 % of the straight drop structure and the lateral slope 3 % of the upper V type drop structure were relatively profitable for the habitat environment of Z. platypus in the river. The verification test was performed in the real size channel to validate the results of laboratory experiments and the validation satisfied the outcomes of the laboratory tests. The results of the study represents that the nature-friendly drop structure, which has the effects of natural fish both the objectives for fluvial environment improvement and river bed stability when the grade control structures are necessary in the natural fishway and the small stream. Also, it can be applied on various hydraulic structures in the channel such as spur dike. 하천의 횡단구조물은 주로 이․치수의 목적으로 설치되고 있다. 그러나 이러한 횡단구조물의 설치는 하천환경 측면에서 하천 서식 생물의 생태단절을 초래하게 되고 심지어 멸종에까지 이르는 것으로 알려져 있다. 반면 횡단구조물 설치로 인해 발생하는 하류 부 세굴 및 복잡한 흐름에 대해서는 생태적으로 유리하다는 평가가 일반적이다. 따라서 최근 이러한 횡단구조물의 구조적 폐해를 최소화하고 긍정적 생태환경 조성을 최대화하기 위하여 다양한 친환경 횡단구조물 설계공법 등이 제안되고 있다. 그러나 현재까지 하천 서식환경 개선을 위한 노력은 일부 구조물 설치에 따른 흐름해석만을 통해 접근한 사례들만 있을 뿐 체계적이고 구체적인 연구결과는 아직 제시되지 못하고 있다. 본 연구에서는 구조물 설치에 따른 하류 부 하상변동(세굴)으로 인해 얻을 수 있는 생태서식처 개선효과에 대한 평가를 수행하였다. 이를 위해 국내외에서 제안되고 있는 자연 형 낙차공에 대한 자료를 바탕으로 어류가 소상 가능한 낙차높이를 갖고 있는 저낙 차 형태의 낙차공을 연구의 대상으로 선정하였으며 또한, 낙차공의 재료는 친환경적이고 획득이 용이한 점을 고려하여 자연재료인 통나무를 이용하였다. 통나무 낙차공의 형태에 따른 세굴형태 및 세굴심의 차이를 파악하기 위하여 수리 실험을 수행하였으며 낙차공의 평면 형태와 더불어 횡단경사도 변화시켜 실험하였다. 또한 실험결과를 기존의 낙차공 하류 부 세굴 제안 식 들과 비교하여 실험의 타당성과 차이점을 비교, 분석하였다. 그 결과, 자연 형 낙차공의 평면 형태에 따른 세굴 심은 기존의 제안식과 큰 차이를 보이지 않고 있으며 하류 부 세굴영향도 그리 크지 않은 것으로 나타났다. 반면 횡단 형태의 경우 기존식과는 상당한 차이가 있고 이는 횡단경사의 변화로 인해 월 류 되는 흐름이 중앙부로 집중되어 구조물 하류부의 세굴에 많은 영향을 주기 때문으로 판단된다. 또한 낙차공의 평면각도와 횡단경사를 고려한 세굴 심 및 세굴길이 산정 식 을 제안하였다. 끝으로 세굴실험을 통해 얻은 지형자료를 바탕으로 물리서식처 모의를 수행하였으며 낙차공의 형태에 따른 서식처 적합도 지수(HSI)의 변화와 가중가용면적(WUA)의 차이를 분석하였다. 대상어종은 국내 대부분의 하천에 서식이 확인된 피라미로 선정하였다. 분석 결과, 낙차공 하류부의 세굴영향을 고려하지 않을 경우보다 하류부의 하상변동을 고려할 경우에 서식처 개선의 효과가 뚜렷이 나타나고 있음을 확인하였다. 그 중 피라미 서식환경에 가장 적합한 자연 형 낙차공의 형태는 140°상향 V형이었으며, 횡단경사의 경우 직선형과 상향 V형에서 각각 7 %와 3 %로 서식처 물리환경에 있어서 상대적으로 유리한 것으로 나타났다. 이를 좀 더 확실히 규명하기 위하여 실험실이 아닌 실규모의 인공하천에서도 검증 실험하였으며 실 규모 검증 결과, 앞서 세굴실험과 서식처 모의를 결합한 결과와 동일한 결과를 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과들은 향후 자연 형 어도나 소하천 정비에서 불가피하게 경사조절용 구조물을 설치할 경우 생태통로 및 서식처 개선효과가 있는 자연 형 낙차공을 우선적으로 고려한다면 하천 생태 환경개선과 하상안정이라는 목적을 동시에 만족 시킬수 있음 을 보여주고 있으며 향후 수제와 같이 하도 내에 설치되는 다양한 수공 구조물에도 적용이 가능할 것으로 판단된다.

단락부수맥에 의한 세굴특성 분석

김준현 경기대학교 대학원 1995 국내석사

구조물로부터 흐름이 분리되어 자유낙하하는 수맥의 하류부에는 와(eddy)와 회전(vortex)등이 하상과 충돌하면서 국부세굴이 발생하여 하도의 안정뿐만 아니라 주변 구조물에 치명적인 피해를 일으키기도 한다. 고속도로를 횡단하여 설치하는 암거, 소규모 댐의 방수로, 하도내의 보 등의 하류부에서 세굴방지 대책으로는 감세지, 침강지, 사석보호공 등이 이용되고 있다. 이들을 설계할 때 세굴공 주위에 발생되는 사구를 고려하지 않고 있기 때문에, 방재공학적인 측면에서 이는 불안전한 설계조건이 된다. 단락부수맥의 하류부에서 사구존재 여부에 따른 세굴특성을 분석하기 위하여 유량(1ℓ, 2ℓ, 3ℓ), 하류수심(5cm, 10cm, 15cm) 및 하상재료(d_(50)=0.84mm, 2.3mm, 6m)를 변화시키면서 총 60회의 수리실험을 실시하였다. 분석된 항목은 평형 세굴깊이, 평형 세굴폭, 평형 세굴길이, 평형 사구높이 등으로 그 결과는 아래와 같다. 1) 유량이 증가할 수록 평형세굴깊이 뿐만 아니라 사구의 높이도 증가한다. 2) 하류수심의 증가로 평형세굴깊이가 감소하는 한계치가 있음을 확인하였다. 3) 평형세굴깊이와 사구의 높이는 선형적으로 증가하는 결과를 얻었다. 4) 평균입경이 작을수록 세굴공의 형태는 삼각형에 가깝고 그것이 클 수록 2차원 포물선형을 나타낸다. 5) 사구제거시에는 사구존재시보다도 평형세굴깊이의 2배, 세굴공 길이의 1.9배, 폭의 1.5배 정도의 세굴규모가 증가하고 있어서 단락부 하류부 하상보호공의 설계시 이 결과를 고려해야 한다고 판단된다. Local scour by eddies and vortices impinged in river bed occurs at the downstream of free-falling jet, and it gives fatal damage to neighboring hydrostructures as well as channel stability. Stilling basin, plunge pool, and riprap works are used as the protection facilities to local scour at the downstream of hydrostructures such as culvert, small dam, dammed pool inside of channel, and so on. Dune effects, deposited around the scour hole, are not considered the design of them, it is unstable design conditions in a view point of disaster prevention engineering. Hydraulic experiments of total 60 times were conducted to analyze the characteristics of scour with existence and removal of dune varying discharges (1ℓ, 2ℓ, 3ℓ), tailwater depths(5cm, 10cm, 15cm), and bed materials(d_(50)=0.84mm, 2.3mm, 6mm), respectively. The equilibrium depth of scour, the length of scour, the width of scour, and the height of dune were measured and analyzed in this study. The results are as follows; 1) As a discharge increases, not only the equilibrium depth of scour but also the height of dune increase. 2) Critical points which equilibrium depth of scour decreased or increased as tailwater depths increased were found in this experiment results. 3) Linear relationship between equilibrium depths and dune heights was suggested. 4) As a medium grain size is small, scour hole shape is similar with triangle. Inversely, is similar with parabola. 5) The removal of dune increased to scour magnitude in the equilibrium depth of scour 2 times, the length of scour 1.9 times, and the width of scour 1.5 times compared with the existence of dune. This effects may be considered the design of the river bed protection works at the downstream of free-falling jet.