31. 침식성 수로의 안정설계 / 안정하도 설계*

문제) 2. 침식성 인공수로의 안정설계 방법에 대하여 설명하시오. 87-3

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1. 안정하도 설계 개요

   ⑴ 안정하도 : 하천이나 수로는 장기간에 걸쳐 국부적인 세굴과 퇴적을 거친 후 평형상태에 도달

                          ⇛ 바닥면의 토사공급과 토사유송이 같아져 안정상태를 유지

   ⑵ 안정하도는 침식 또는 퇴적이 발생하지 않는 상태를 유지하는 수리학적 조건으로 설계

                          ⇛ 최대/최소 유속으로 조절함

2. 안정하도 설계절차

   ⑴ 대상 하천의 지형측량 및 종·횡단

   ⑵ 안정하상의 설계를 위한 지배유량의 결정

   ⑶ 평면, 종·횡단 등 하상 변화조사분석과 어느 기간 동안의 하상변동량 추정

   ⑷ 유사량 추정

     - 소류사량 : Duboys, Schoklitsch, Shields 공식 등

     - 전유사량 : Eugelund/Hansen, Launsen, Colby, Yang, Toffalet, Einstein 공식 등

   ⑸ 평형하상경사의 추정

   ⑹ 하천구조물의 안정성 검토 ⇒ 검토결과, 안정하상을 이루지 못한다면 대책방안으로

     ① 하천의 경사를 완화하거나 낙차공 등의 하상유지공 설계

     ② 하천제방에 호안 등을 설치하여 세굴에 안전하도록 함

3. 안정하도 설계기법

  가. 최대허용유속법

   ⑴ 최대허용유속은 수로의 세굴을 방지하기 위한 기준유속이 되며,

        수로내 침전이나 수중식물의 번식을 막기 위한 하한 유속인 최소허용유속(통상 0.9m/sec) 이상을 고려하여 설계

   ⑵ 최대허용유속 : 수로를 형성하는 토사입자를 침식시키지 않을 최대유속

     ① 토사입자의 성질과 유수성질에 따라 크게 변화

     ② 토사입자 종류별 최대허용유속, 허용소류력, 조도계수 표 이용

     ③ 침전방지 및 식생번식 방지를 위한 최소유속

 나. 허용소류력법

   ⑴ 수로단면에 작용하는 최대소류력 < 허용소류력이 되도록 하는 방법

   ⑵ 한계소류력(허용단위소류력)은 토사입자가 이동을 시작하게 하는 순간에 입자가 받는 단위 면적당 힘으로

        정의한 바 있으나, 실제 수로에서는 토사속에 콜로이드 물질이나 유기물질이 섞여서 입자간의 부착력을

        증가시키므로 한계소류력(허용단위소류력)보다 큰 소류력이 작용해야만 토사가 이동

   ⑶ 안정수로 설계의 기준이 되는 허용단위소류력은 충분한 안전계수를 가지도록 결정하는 것이 바람직하며,

         비점착성 토사의 허용단위소류력으로 Lane은 조립사에 대해 다음 식을 제시

 다. 평형수로에 의한 방법

   ⑴ 해석적 방법에 의해서는 완벽한 안정설계가 불가하므로,

        순수 경험적인 방법으로 기설계되어 성공적으로 운영되고 있는 하천수로 제원과 수리학적 인자를 상관시켜

        일련의 설계공식을 유도하여 사용하는 방법

   ⑵ 평형수로 개념에 의해 발표된 최초의 공식 : Kennedy 공식

   ⑶ 평형수로 개념(regime concept, regime theory)에 의하면

        어떤 하천이나 수로는 장기간에 걸쳐 국부적인 세굴과 토적을 거친 후

        종국에는 그 경사와 단면의 크기 및 형상이 일정한 상태,

       즉 평형상태(equilibrium condition)에 도달하게 된다고 보며,

       이 상태에서는 바닥면의 토사공급과 토사유송율이 같아져서 수로바닥이 안정상태를 유지하는 것으로 간주

4. 결론

   ⑴ 하상은 근본적으로 끊임없이 변동하는 속성

   ⑵ 자연적 요인과 인위적 요인에 의해 하상변동이 발생함

   ⑶ 하도정비 시행시 하상변동 영향을 충분히 검토하여 안정하도가 되도록 계획을 수립해야 함

   ⑷ 하상변동은 Akikochi공식, Kubomasasi공식, Hec-6 등이 있으며, 최근 Hec-6 모형을 주로 사용하고 있음

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