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산지하천 만곡부에서 하상변동과 접근경사를 고려한 편수위 산정공식에 관한 실험적 연구

An Experimental Study on Superelevation Estimation Considering Riverbed Variation and Approach Slope in Mountainous River Bends

  • 조재웅 (Cho, Jaewoong, 강릉원주대학교 일반대학원)

초록/요약 도움말

하천 만곡부에서 유속, 곡률반경, 수면폭 등의 변수를 고려한 편수위 산정공식들이 다양하게 제시되어 있다. 그러나 유속이 빠른 산지하천의 만곡부에서는 범람과 국부세굴에 따른 홍수피해가 여전히 빈발하고 있어서 급경사 산지하천에 적합한 편수위 산정공식이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 자갈하상 만곡부에서 국부세굴에 의한 하상변동과 접근수로 경사가 편수위에 미치는 영향을 실험적으로 조사하고 분석하며, 이를 고려한 새로운 편수위 산정공식을 제안한다. 이를 위하여 폭이 1.4 m이고 길이는 만곡부의 상류 접근부 수로길이 8 m, 만곡외측 5.1 m, 만곡내측 2.9 m, 하류 유출부 수로길이 8 m인 90˚ 만곡 직사각형 단면 개수로에서 평균입경 4.3 cm의 하상재료를 수로바닥에 깔고 이동상 수리실험을 실시하였다. 이 실험에서는 접근부, 만곡부, 유출부의 하상경사를 1/50과 1/100으로 변화시키며 국부세굴, 접근경사와 편수위의 관계를 조사하였다. 수리실험결과 만곡부의 하상변동은 접근경사 1/50, 접근유속 1.0 m/s 이상에서만 발생하였으며, 만곡부의 편수위는 하상변동이 증가함에 따라 감소하였고 접근경사가 완만할수록 증가하였다. 만곡부의 편수위 산정에 대한 기존 공식들은 수면폭, 중력가속도, 유속, 곡률반경, Fr 수 등을 매개변수로 이용하고 있다. 본 연구에서는 만곡부 하상변동을 편수위 산정공식에 반영하기 위하여 세굴심과 세굴폭의 관계를 분석하고 만곡부 세굴에 의한 유수단면변동의 개념을 제안하였다. 또한 경사에 따른 만곡부 상류 접근수심과 접근유속의 관계와 접근경사가 편수위에 미치는 영향을 분석하고 편수위 산정공식에 접근경사를 도입하였다. 결과적으로 기존 공식에서 매개변수로 사용되는 수면폭, 중력가속도, 유속, 곡률반경에 유수단면변동과 접근경사를 추가하여 만곡부 편수위 산정공식을 개발하였으며, 산지하천 현장에서 측정한 편수위에 적용한 결과 이 공식의 적용성을 확인하였다. 본 연구결과는 산지하천 만곡부의 안전설계에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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목차 도움말

국문요약 ⅰ
차 례 ⅲ
List of Figures ⅴ
List of Tables ⅹ


제 1 장 서 론 1
1.1 연구목적 및 배경 1
1.2 연구동향 3
1.2.1 편수위 3
1.2.2 만곡부 세굴 5
1.3 연구방법 및 범위 6

제 2 장 만곡부의 수리특성 8
2.1 기하학적 특성 8
2.2 흐름특성 11
2.3 만곡부의 편수위 13
2.4 만곡부 세굴 21

제 3 장 수리실험 및 결과 28
3.1 수리실험 환경 28
3.1.1 개수로 실험장치 28
3.1.2 측정 장비 33
3.1.3 하상 재료 35
3.2 실험 방법 40
3.2.1 실험 조건 및 시나리오 40
3.2.2 실험 방법 42
3.3 수리실험 결과 45
3.3.1 편수위 48
3.3.2 하상변동 52

제 4 장 편수위 산정 공식 개발 및 적용 58
4.1 수리특성 분석 58
4.1.1 수리특성과 편수위 58
4.1.2 수리특성과 하상변동 63
4.2 기존 이론과의 비교 64
4.2.1 기존 편수위 공식과의 비교 64
4.2.2 기존 세굴깊이 산정 공식과의 비교 67
4.3 하상변동과 접근경사를 고려한 편수위 산정 공식 개발 72
4.3.1 하상변동의 영향 적용 72
4.3.2 접근경사의 영향 적용 75
4.3.2 편수위 산정 공식 제안 80
4.4 제안된 편수위 산정 공식의 적용 및 평가 89

제 5 장 고 찰 95

제 6 장 결 론 99

참고문헌 102

Abstract 110

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