• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.378-382
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• 2007

본 연구는 교각의 국부 세굴심 추정 공식들의 정확성과 적용성을 분석하고, 현장 상황에 적합한 공식을 선정하기 위한 연구이다. 이를 위해 비교적 널리 알려진 26개의 세굴심 추정 공식들을 선정하였다. 이들 선정된 공식들을 미 지질조사국에서 작성한 교각 세굴 데이터베이스(BSDMS)에 수록된 493개 교각 세굴 측정값들 중에 246개의 측정값들에 적용하여 각 공식들의 우열을 검토하였다. 각 공식들을 이용하여 계산한 세굴심과 측정 세굴심을 비교하여 각 자료별 불일치율을 계산하였다. 계산된 불일치율을 통계 처리하여 불일치율의 기하 평균과 기하 표준편차를 구하여, 각 공식의 우수성과 적용성을 검토하였다. 또한, 각 공식들을 구성하는 주요 변수들을 분석하고, 각 변수의 변화에 따라 세굴심 추정치가 어떻게 변화하는가를 분석하였다. 분석 결과, 모든 공식들의 불일치율의 기하 평균이 1보다 상당히 큰 것을 보여주고 있다. 즉, 모든 공식들이 실측치보다 세굴심을 과대 추정한다는 의미이다. 정확성의 면에서 보면 불일치율의 기하 평균이 1에 가깝고 기하 표준편차가 작은 공식들이 우수한 공식들이다. 이런 점에서 CSU (HEC-18) 공식, Chitale 공식과 Larras 공식, Hancu 공식 등이 차례로 우수한 공식으로 들 수 있다. 연구 결과는 또한 기존의 여러 연구에서 좋은 결과를 보인 Froeclich 공식이 세굴심을 대체적으로 과소 추정하는 경향이 있음을 보여 주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.521-521
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• 2012

우리나라는 산악지역이 국토의 대부분을 차지하고 있어 전체유역을 놓고 볼 때 대하천이 차지하는 부분보다는 중소하천이 차지하는 부분이 상대적으로 크고, 교량의 길이가 짧은 소교량이 수적으로 많은 부분을 차지하고 있다. 그중에서도 특히 중소하천의 유량은 시간적으로 매우 빠르게 변화하며 유속 또한 급속히 빨라져 하상의 변형이 순식간에 일어나고 있다. 이와 같은 시간적, 공간적인 호우특성과 지형특성으로 인하여 중소하천에 위치한 교량은 특히 세굴에 매우 취약함을 보여주고 있다. 하천에 건설되는 교량의 수명이나 안정성에 세굴이 미치는 영향은 매우 크며, 특히 우리나라와 같이 홍수 시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴 사고를 초래할 수 있다. 현재 국내 소하천에 설치된 교량은 약 3,470개소(지방도 기준)로 다양한 하부구조로 설계되어 있다. 이렇게 하천 내에 세워진 교량과 같은 횡단 구조물들은 그 크기에 상관없이 하천의 형태에 영향을 미치게 된다. 그중에서 교량 세굴은 하천 횡단구조물로 인하여 발생되는 가장 중요한 문제 중의 하나로써 교량 건설 시 교각에 영향을 주는 세굴을 예측하고 방어하기 위하여 다양한 방정식을 통하여 신설교량의 교각세굴을 예측한다. 하지만 대부분의 교량 세굴 공식들은 실험실에서의 실험 결과를 토대로 개발되었기 때문에 이들 공식들이 산정한 국소 세굴량이 얼마나 정확한지는 실제 현장 관측 자료와의 비교를 통해서만 검증할 수 있다. 세굴 공식들의 산정 결과를 현장 실측자료와 비교하는 연구는 그 동안 다양하게 시도되었으나, 통일된 결론에는 도달하지 못하고 있다. 본 연구에서는 기존의 세굴깊이 산정 시 일반적으로 사용되어지고 있는 세굴공식들 중 소하천 교량 규모에 적용 가능한 공식들을 선별하고, 각 세굴심 추정공식에 속한 변수별 특성분석을 위하여, 5가지의 독립변수를 설정하여 국부세굴의 현장 측정값과 예측공식의 비교결과에 대하여 불일치율을 비교분석하였다. 그 결과, 모든 공식들의 불일치율의 기하 평균이 1보다 큰 것을 보여주고 있다. 즉, 모든 공식들이 과대 추정의 의미로 정확성면에서 우수한 공식들은 불일치율의 기하 평균이 1에 가깝고 기하 표준편차가 작은 공식들이 나타났으며, 이런 점에서 Froehlich 공식, Inglis-Poona II, Blench-Inglis I, Breusers 공식 등의 기하평균이 1에 가장 근접한 결과를 나타내었다. 각 세굴공식 세굴심 산정결과의 불일치율을 각각 5가지의 변수별로 도시하여 분석하였으며, 그 결과로 소하천에 대하여 적용 가능한 공식과 소하천에 적용 시에는 과다추정의 우려가 있는 공식으로 분류되어 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.393-393
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• 2016

자갈하천 만곡부에서 하상의 세굴심을 파악하는 것은 하천의 수공구조물 안전설계를 위해 고려할 중요한 요소이다. 모래하천에서 만곡부의 국부세굴에 대한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 자갈하천 만곡부의 세굴심에 대한 연구는 부족한 실정이다. 만곡부 세굴심은 하천경사, 하상재료, 유로형태 등에 따라서 다르다. 따라서 하천 만곡부의 세굴심을 산정하기 위한 공식들은 지배적인 독립변수로 사용되고 있는 유량, 유속 또는 Froude수, 수심, 하상재료의 직경 등에 따라 분류할 수 있다. 세굴심과 단위폭당 유량의 관계는 Lacey (1930), Abbott (1963), Blench (1969), Neill (1973)의 공식이 있다. 만곡부에 접근하는 상류부에서 Froude 수와 만곡부의 세굴심의 관계는 Liu et. al (1961), Zeller (1981), Mussetter (1994)의 공식이 있다. 또한 만곡부의 수심-세굴심 또는 하상재료의 직경과 세굴심의 관계를 나타내는 공식이 USBR, USACE, FHA 등에서 사용되고 있다. 하상재료와 세굴의 관계공식은 하천 만곡부에서 세굴심은 하상재료에 따라 발생될 수 있는 최대 크기가 정해져 있다고 본 것이다. 하상재료는 하천의 유사이송능력과 유역의 유사공급능력을 반영하기 때문에 하천의 수리특성을 나타낼 수 있는 변수이나 하상재료의 평균입경 특성에 영향을 미치는 수리학적인 요인들이 너무 많고 간접적이라는 한계가 있다. 자갈하상 하천에서 Mussetter, Liu, Abbott 공식은 세굴발생에 대한 한계조건을 반영하지 못하고 대부분 세굴심을 과대 추정한다. 자갈하천에서 Zeller 및 Lacey 공식과 USACE 방법에 의한 세굴심은 적용성이 있다고 볼 수 있는 유량조건이 있다. 이같이 대부분 세굴심 공식이 모래하천에서 개발되었기 때문에 자갈하천의 만곡부 세굴심을 산정하기 위해서는 하상재료의 특성이 반영되어야 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권6호
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• pp.529-536
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• 2016

본 연구는 급경사 자갈하상 만곡수로의 이동상 수리실험을 이용하여 만곡부 최대세굴심 산정공식들의 적용성을 평가하였다. 평균입경 43mm의 하천자갈을 $90^{\circ}$ 만곡 급경사 개수로에 포설하고 유량과 하상경사에 따른 만곡부의 최대세굴심을 조사하고 세굴심 공식으로 산정한 최대세굴심과 비교하였다. 자갈하상 만곡부 국부세굴은 유입부의 하상경사 0.02이상 $F_r$ 0.95이상에서 발생하였다. 이 수로에서 Lacey공식과 Zeller공식을 제외한 기존 세굴심 산정공식들은 최대세굴심을 과대 추정하는 것으로 나타났다. 하상재료를 고려한 Lacey공식과 접근경사와 만곡도를 반영한 Zeller공식은 급경사 자갈하상 만곡부의 최대세굴심 평가에 적용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.93-105
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• 1993

본(本) 연구(硏究)에서 24개의 국부세굴공식(局部洗掘公式)을 이용(利用)하여 금강수계내(錦江水系內) 보청천(報靑川)에서의 교각설치(橋脚設置)에 따른 국부(局部) 세굴심도(洗掘深度)를 산정(算定)하여 서로 비교(比較) 하였는 바, 이때 24개의 국부세굴공식(局部洗掘公式)들은 무차원화(無次元化)된 공식(公式) 형태(形態)에 따라 6개의 그룹으로 구분(區分)되었다. 국부(局部) 세굴공식(洗掘公式) 적용자료(適用資料)로는 금강수계내(錦江水系內) IHP 대표측정지점(代表測定地點)인 산성, 이평, 산계 지점(地點)에 설치(設置)된 교량자료(橋梁資料)들과 실측(實測)된 하상자료(河床資料)들을 이용하였다. 하상자료(河床資料)들은 교량설치지점(橋梁設置地點)의 유향방향(流向方向)으로 좌안, 중앙부, 우안의 대표지점(代表地點)으로부터 시료(試料)를 채취(採取)하여 체가름 분석(分析)을 실시(實施)한 결과(結果)를 사용(使用)하였으며, 수리학적(水理學的) 자료(資料)로는 1982년(年)부터 1991년(年)까지 IHP 자료(資料)로 관측(觀測)된 최대(最大) 홍수위(洪水位) 및 최대(最大) 홍수위(洪水位)일때의 유속(流速)을 이용(利用)하였으며 교각자료(橋脚資料)들은 현장(現場)에서 실측(實測)된 자료(資料)를 이용(利用)하였다. 또한, 추후 보청천내(報靑川內) 교각(橋脚) 설치(設置)에 따른 국부(局部) 세굴(洗掘)을 검토(檢討)하기 위한 적절(適切)한 세굴공식(洗掘公式)을 제안(提案)하기 위하여 보청천(報靑川)과 흐름조건(條件)이 유사(類似)한 하천(河川)에서 실측(實測)된 129개의 국부세굴자료(局部洗掘資料)와 비교(比較)하였으며, 이를 통하여 Arunachalam 공식(公式), Shen-Karaki III 공식(公式), Jain-Fischer 공식(公式)이 보청천내(報靑川內) 세굴심도(洗掘深度) 산정(算定)을 위하여 비교적(比較的) 적절(適切)한 공식(公式)으로 판단(判斷)되었다. 또한 Inglis-Lacey 공식(公式)과 Shen-Karaki II 공식(公式)은 Fr의 수(數)가 0.3 이상인 비교적(比較的) 빠른 흐름에서 적용(適用)이 가능(可能)하며, Froehlich 공식(公式), Laursen I 공식(公式), Laursen II 공식(公式), Neill 공식(公式), Melville 공식등(公式等)은 Fr의 수(數)가 0.3 이하의 비교적(比較的) 느린 흐름에서 적용(適用)이 가능(可能)하고, Blench 공식(公式)이나 Inglis-Poona 공식(公式)은 Froude 수(數)에 따라 변화(變化)가 상당히 커서 적용(適用)하지 않는 것이 바람직한 것으로 판단(判斷)되었다. 또한 Sarma-Krishnamurthy 공식(公式), Ahmad 공식(公式), Coleman 공식(公式), Varzeliotis 공식(公式), Larras 공식(公式), Bata 공식(公式), Chitale 공식(公式), Venkatadri 공식(公式), Basik-Basamily-Ergun 공식(公式), U.S.G.S. 공식(公式), Shen I 공식(公式)들은 실측(實測)된 국부(局部) 세굴심도(洗掘深度)에 비하여 지나치게 적게 세굴심도(洗掘深度)를 산출(算出)하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.49-59
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• 1999

우리 나라의 세굴현황을 파악하고 교량설계에 대한 기초자료를 제공하기 위하여 중부지방의 중·소하천에 위치한 교량에 대하여 실시한 세굴조사 자료를 분석하였다. 현장실측은 주로 세굴에 영향을 미치는 물리량들, 즉 수심, 유속, 교각폭, 및 길이, 세굴깊이, 접근각 등을 중심으로 이루어졌다. 지역적으로는 경기도 용인·광주지역, 홍천강의 서면지역, 청평·포천지역, 연천지역, 청주북일지역으로 구분하였으며 교각도 타원과 원형으로 구분하였다. 이들로부터 세굴깊이와 수심, 접근각 도는 Fuoude수 등주요 인자들과의 관계를 도출하였으며 또한 기존의 제안된 세굴공식에 이들을 적용시켜 세굴깊이를 산정하였다. 또한 실측된 세굴깊이와 비교하여 우리 나라에 적용가능한 세굴공식을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2015

강이나 하천에 이수 및 치수의 목적으로 소규모 댐이나 보 등의 수리구조물을 설치한다. 수리구조물의 상하류부에는 하천 하상의 극심한 침식인 국부세굴현상을 방지하여 수리구조물의 안정성을 확보하기 위해 하상보호구조물을 설치하는데, 특히 하류부에 설치하는 하상보호구조물에는 크게, 다양한 형식과 크기의 물받이공, 에너지 감세공, 그리고 끝턱구조물 등이 이에 속한다. 지금까지 국내 외 수리구조물 설계지침에서는 하상보호공의 적절한 길이규모를 산정하기 위한 다양한 공식이 개발 및 적용되었지만, 최근 들어 다양한 목적을 위해 복잡해진 수리구조물의 형식과 다양한 운영방식에 따른 수리학적 분석내용이 적절하게 반영되지 않은 경험공식이 대부분 적용되었다. 따라서 예상보다 매우 큰 하상유실이 발생 하여, 하상보호구조물의 설치역할을 제대로 수행하지 못하고 오히려 수리구조물의 안정성에 위협을 주는 주요한 요인이 되었다. 그리고 최근 국내에는 4 대강 유역에 16개 중 대규모의 다목적 보가 설치되었으나 앞서 언급한 바와 같이 미흡한 설계지침을 기반으로 설치된 보 및 하상보호구조물의 기능이 저하되어 극심한 세굴현상이 발생하였다. 또한 이를 보강하기 위한 추가적인 공사 등으로 경제적인 손실을 야기하였다. 반면 외국의 최근 설계지침에는 하상보호구조물 하류부에서 발생하는 평형최대세굴심의 규모를 고려하거나 흐름 및 난류분포를 고려한 수리학적 분석이 반영되어 있지만 국내 설계지침에는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 국내 설계지침의 한계를 조사하고 현재 외국에서 적절하게 제안되어 적용 중인 하상보호구조물 설계지침을 검토하였다. 특히 수리학적 거동특성과 유사분포 특성이 고려된 최대세굴심 산정공식과 설계지침을 검토하였고, 평형상태에 도달한 세굴공 내에서의 수리학적 특성을 고려하여 하상보호구조물의 길이를 적절히 산정할 수 있는 기존 연구결과를 토대로, 하상보호구조물 길이 산정공식을 제안하였다. 본 연구에서 검토된 외국 설계지침과 함께 수리학적 거동특성이 고려된 하상보호구조물의 길이 산정공식은, 향후 수리구조물의 안정성 확보를 위한 하상보호구조물의 설계에 반영될 필요가 있으며, 이를 통해 수리구조물의 효율적이고 경제적인 유지관리를 위해 적절히 활용될 수 있다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제7권2호
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• pp.83-89
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• 2020

본 연구는 상류 하상경사 변화에 따른 고정보 하류 세굴 영향을 분석하기 위한 수리실험이다. 하상경사 0%, 2%, 3%, 4%, 7%, 10%에 대한 수리실험을 수행하였으며, 모든 조건에 대해 0.117 ㎥/s의 유량을 동일하게 적용하였다. 보 하류 세굴특성을 정량적으로 분석하기 위해 광대역 레이저 스캐너를 이용하여 세굴심, 세굴길이, 세굴 부피 등을 측정하였다. 또한 세굴실험 결과와 기존 보 하류 물받이 길이 설계기준 공식에 따른 계산결과를 비교하여 물받이 길이 설계의 적정성에 대한 검토를 수행하였다. 보 하류부 국부세굴 영향을 분석한 결과 하상경사가 커질수록 세굴길이 및 세굴심이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 실험치와 물받이 설계 공식을 비교한 결과, 상류 측 하상경사가 없는 경우 국립건설시험소 공식 및 블라이 공식 모두 허용치 내에 분포하는 것을 확인할 수 있었지만 보 상류 하상경사가 점차적으로 커질수록 실험치와 기존 설계 공식을 통해 얻은 값들을 비교했을 때 약간의 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

• 물과 미래
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• 제27권1호
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• pp.123-131
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• 1994

댐 여수로(Spillway)나 파이프 암거(Pipe Culvert)로부터 방류되는 \ulcorner은 수공구조물 하류부의 에너지 감소 목적으로 사용되는 감세지내의 세굴을 유발하며 수공구조물의 기초부위까지 세굴이 진행되면 수공구조물의 구조적 안정성까지 위협하게 된다. 따라서 감세지내의 세굴을 예측하기 위한 많은 연구와 경험적 공식들이 발표되었으나 공식별 예측범위가 너무 넓어 감세지 설계에 적용할 수 있는 공식의 선정이 사실상 불가능하다. 본 연구는 세굴에 영향을 미치는 인자들을 분석할 수 있도록 사각형 감세지내에서 원형수중\ulcorner을 사용한 새로운 실험방법의 개발과 실험을 통해 \ulcorner의 크기와 하상물질의 크기비가 세굴을 지배하는 주요인자인 사실을 알아내고, 각종 세굴 지배인자와 침강지내의 \ulcorner확산 및 \ulcorner모멘텀 이론을 이용한 두 개의 \ulcorner확산 지역에 대하여 네가지의 반이론적 세굴 예측공식을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1987년도 제29회 수공학연구발표회논문초록집
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• pp.87-87
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• 1987

교각은 때때로 국소세굴에 의헤 손상을 받는다. 교각구조의 국소세굴 문제는 광범위하게 연구되었지만, 세굴심을 정량적으로 산정하는 것은 어렵다. 본연구는 정적세굴 조건하에서 여러형태로 배치된 반원 및 장방형 교각주변의 국소세굴에 대한 것으로 차원해석을 통하여 세굴심은 $$, $$ 및 $$등에 관계됨을 파악하여 무차원 시간에 따른 무차원 세굴심의 변화(토사수, 교각경과 길이, 영각의 영향), 와도, 저항력에 따른 세굴심의 변화들이 세굴심산정공식을 얻기위해 설험적으로 연구되었으며 최재 세굴심 산정공식이 얻어졌다.