• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
• /
• v.20 no.5
• /
• pp.20-26
• /
• 2019

Where hydraulic structures are to be installed over the entire width of a river or stream, usually a bed protection structure is to be installed. However, a local scour occurs in which the river bed downstream of the river protection system is eroded due to the influence of the upstream flow characteristics. This local scour is dominant in the flow and turbulence characteristics at the boundary of the flow direction and in the material of the bed materials, and may gradually become dangerous over time. Therefore, in this study, we compared the turbulence patterns in the local scour hole at the downstream of the river bed protection with the results of the analysis of the mobile bed experiment, and compared with the application of OpenFoam, a three dimensional numerical analysis model. The distribution of depth-averaged relative turbulence intensities along the flow direction was analyzed. In addition to this result, the stabilization of scour hole was compared with the bed shear stress and Shields parameter, and the results were compared by changing the initial turbulent flow conditions. From the results, it was confirmed that the maximum depth of generation of the three-stage was dominantly developed by the magnitude of depth-averaged relative turbulence intensity rather than the mean flow velocity. This result also suggests that design, construction or gate control are needed to control the depth-averaged relative turbulence intensities in order to reduce or prevent the local scour faults that may occur in the downstream part of the bed protection.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.45-45
• /
• 2020

하천 횡단구조물 하류부에서는 고유속 및 ±압력에 의해 하상재료가 유실되는 세굴현상이 발생한다. 이러한 세굴을 방지하기 위해 횡단구조물 하류부에는 석재, 콘크리트 및 콘크리트 블록 등을 설치 및 포설하여 하상보호공을 설치한다. 하상보호공을 설치하면 설치된 부분은 세굴이 방지 되지만, 하상보호공 끝단 이후에는 지반이 노출되어 있어 노출된 지반에서 고유속 흐름 및 압력변화에 의한 세굴이 발생하는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 하상보호공 끝단 즉, 하상이 노출된 지반에서 압력변화에 따라 하상재료가 유실되므로 압력에너지를 감쇄시키기 위한 하상보호장치를 개발하였다. 개발한 하상보호장치는 본래 다수개가 열을 지어 메트릭스 형태로 설치되도록 하여야 하지만 실험 여건상 단일체로 수리실험을 진행하였다. 하상보호장치는 상판과 하판이 조립된 형태이며 상판과 하판 사이에 이격공간이 구비되어있다. 하상보호장치 검증을 위해 상판과 하판에 쓰이는 판은 수로재질과 같은 아크릴로 제작하였으며, 하상재료의 공극률을 반영하여 다공성 판으로 제작하였다. 다공판의 전체 구멍 면적 대비 판 면적은 35 % 로 동일하다. 상판 구멍 지름 15.0 mm, 4.5 mm 2가지로 제작하였으며, 하판 구멍 지름 3.0 mm 으로 동일하다. 압력변화가 큰 곳에서 작은 곳으로 물이 이동하게 되므로 고유속 수리조건에서 상판과 하판 사이에서의 압력변화를 측정하기 위해 판 중간에 압력계를 설치하였다. 하상보호장치 설치지점 앞 0.3 m 부근에 PIV를 설치하여 유속을 측정하였다. 실험결과 상판의 구멍 직경(15.0 mm)이 클 경우 상판부 압력이 하판부로 전달되어 하판에서 측정되는 압력이 증폭 되었으며, 상판의 다공성 구멍 직경(4.5 mm)이 작을 경우 상판부에서 하판부로 전달되는 압력이 감소하여 하판에서 측정되는 압력이 감소하였다. 상판과 하판의 다공성 구멍의 직경을 적절한 사이즈로 조절하면 상판부의 압력이 하판부로 전달되는 것을 막고 압력에 의해 하상에서 흡출되는 유사를 막을 수 있는 것으로 판단되며 추후 상판과 하판의 다공성판 구멍 직경의 상대적 차이에 따른 압력 감소효율에 관한 연구가 필요하다고 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.41 no.4
• /
• pp.445-454
• /
• 2008

Many countermeasures for local scour at bridge piers constructed on the river and sea have been developed and researched to protect piers against local scour. The most commonly employed method is riprap protection, which is sometimes required the filter installation between riprap and base layers. However, the construction of stone filters are really hard to perform in the field, require the high cost, or sometimes are impossible. The experimental modeling is conducted to analyze the riprap failure modes and the stability of riprap protection without filters based on the different approach velocity and riprap layer thickness conditions. Also, the stability index to evaluate the performance of riprap protection is developed using the experimental results. The cover and thickness of the riprap layer play a very important role in the stability and thicker riprap layers can prevent a total disintegration of the riprap layer effectively, especially due to winnowing failure.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.31 no.3
• /
• pp.269-277
• /
• 1998

Laboratory flume experiments to investigate the characteristics of the flows and local scour around circular bridge pier in a curved channel are performed. In this study, the effect of a circular collar device for controlling the depth of scour is examined. The scour depth with a collar is about 40% of the scour depth without collar in the straight course of the flume while it is about 44% of the scour depth without collar at the location of 150' in the curved channel. As the results of experiments using the collar of which diameter is twice of pier, the reduction of scour depth is the most effective in a straight channel when the location of collar is 0.2h( h:depth) below the channel bottom. And, the reduction of scour depth is the most effective in a curved channel when the location of collar is 0.1h below the channel bottom.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.43 no.5
• /
• pp.433-443
• /
• 2010

Drop structures that span the entire width of channels are installed to alleviate channel grades and have been constructed widely in Korean rivers. Aprons are normally installed and integrated with drop structures and bed protections are added on the downstream part of aprons to protect both drop structures and aprons. Scour occurring on aprons is reported to provide various habitats such as ripples and pools in natural rivers. This study focuses on the scour characteristics on an apron integrated with a drop structure and the subsidence of a riprap protection. The scour depth on the downstream part of the drop structure is found to increase with the increase of unit discharge; however, to decrease as the tail water depth gets deeper. Based on the experimental measurements, the subsidence of the riprap scour protection is calculated with respect to the thickness of riprap. Finally, the dimensionless empirical equation to quantify the subsidence of the riprap scour protection without filters at downstream of the vertical drop is suggested.

• Journal of Wetlands Research
• /
• v.13 no.3
• /
• pp.677-686
• /
• 2011

This study proposes a formula to calculate length of river bed protection through experimental research and an experimental plant has been installed to investigate the parameters which influence the length of scouring in the river after overflowing the weir. Through hydraulic experiments, the critical velocity, difference of water level between upstream and downstream and height of weir have been selected as independent variables. And new formula to calculate a length of river bed protection is suggested as the result of this study in the consideration of complex weir that consists of movable and fixed weir. The new formula is verified through additional experiments. Results of this study can be used for weir structures' construction and maintenance plans.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
• /
• v.8 no.5
• /
• pp.111-117
• /
• 2008

Recent climate changes have increased flood damage on bank and revetment. However design standard for revetment that is the one of the most important facility for flood protection is not enough in Korea. In this study, destruction of rock revetment in Guryecity caused by the flood on Aug 2007 was inquired by analysis using 2D hydraulic simulation model SMS and the propriety of established plan for protection of rock revetment was evaluated. For this purpose, the ranges of protection facility for revetment was calculated by two methods. The one is normal method to calculate range of pier scour protection facility, and the other is a method of the standard for river design in Korea. The results of both methods are compared to evaluate the established plan.

• KCID journal
• /
• v.7 no.1
• /
• pp.79-87
• /
• 2000

• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 2011.02a
• /
• pp.98-98
• /
• 2011

중소규모 하천에서 많이 설치되어 있는 경사형보를 대상으로 하류부 세굴에 대한 수리모형실험과 수치모의를 통하여 경사형보 하류부 세굴특성과 세굴영향인자들에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 수리모형실험은 폭 0.8m, 길이 20m의 가변경사 직선 개수로에서 1 : 2(H/L)경사를 가지는 경사형보의 높이, 월류수심, 하류부 수심 변화에 따른 최대 세굴심과 세굴길이의 변화를 관측하였고, 수치모의는 유사이동 모의가 가능한 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 이용하여 경사형 보의 경사 변화에 따른 하류부 세굴특성을 모의하였다. 수리모형실험 결과 최대 세굴심 및 세굴길이에 가장 영향을 크게 미치는 인자는 월류고이며, 하류부 수심은 최대 세굴심과 세굴길이의 감소효과 뿐만 아니라 세굴공의 형상에도 영향을 미쳤다. 낙하류의 유입 각도가 예연보에 비하여 작은 경사보는 예연보에 비하여 수평방향 유속이 상대적으로 증가하여 세굴길이가 증가하였으며 이로 인하여 세굴공 하류부 천이영역의 사면경사가 상대적으로 완만하게 형성되었다. 세굴공의 상류부에 재순환 영역이 발생되어 천이영역에서 이송되는 유사의 최대세굴심 발생 위치에 퇴적되는 현상을 방해하며 세굴공의 모양은 완전히 발달된 이중(double) 세굴공을 생성하였으며, 특히 낙하류의 유입각도와 하류부 수위의 영향으로 하류수심($h_t$)과 낙차고(H)의 비($h_t/H$)가 1.0 미만인 경우에 이중(double) 세굴공이 발생하였다. 경사형보의 경사각 영향에 따른 하류부 세굴 영향은 3차원 수치모형을 이용하여 모의하였으며, 경사각을 1V/2H, 1V/3H, 1V/4H로 변화시키며 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 경사각이 증가할수록 최대 세굴심은 증가하는 경향을 보이고 그에 따른 증가율은 감소하였다. 보 높이, 월류고, 하류부 수심, 경사각 변화에 따른 세굴심의 변화는 상대민감도 방법을 이용하여 비교하였으며 주요 영향인자에 대한 민감도비는 월류고가 보 하류부 세굴에 가장 큰 영향을 미치고, 경사각, 보 높이, 하류부 수심 순이다. 특히 보 하류부의 수심은 음의 민감도를 보이며, 이는 보 하류부 수심이 증가할수록 세굴심이 감소하는 것을 의미한다. 추후 보완 실험 및 수치모의를 추가 활용한다면, 경사형보 하류부 물받이 및 하상보호공 설계를 위한 정량적인 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.175-175
• /
• 2011

하천을 횡단하는 구조물은 흐름을 지체시켜 상 하류에 급격한 수위차를 발생시키며, 이에 동반되는 국부유속의 증가는 제방 및 하상을 세굴시킨다. 제방 및 하상 세굴은 하천횡단구조물의 구조적 안정성에 영향을 주어 불안정한 상태에 이르게 할 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 하상유지시설 및 제방 보호공 등의 대책을 하천설계기준에 제시하고 있다. 하천설계기준에는 하천횡단구조물 보호시설의 종류, 설치길이 등이 명시되어 있으나, 보호공 제원 선정에 대한 구체적인 설계공식을 제시하지 않아 보완이 필요한 상황이다. 보호공 제원 선정 설계기준은 설계유속을 1차원 단면평균 유속으로 활용하는 국외의 설계공식을 활용할 수 있다. 그러나, 하천횡단구조물 주변의 흐름은 매우 복잡하므로 국외 설계공식을 그대로 적용하기에 앞서서 이에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 하천횡단구조물 주변의 흐름을 2차원 수치모형으로 재현하고 그 결과를 1차원 수치모의 결과 및 수리실험 관측결과와 비교하였다. 실험수로에 각기 다른 제원의 보호공을 설치하고 관측한 임계상태의 수리상황을 1, 2차원 수치모형으로 재현하였다. 각각의 모형에서 도출된 수리상황 결과를 비교 분석하여 보호공 제원 결정 공식을 검토하였다. 또한, 실제 하천구간에 임의의 보와 수제를 설치하고, 계획홍수량에서의 흐름특성을 비교하였다. 1, 2차원 모형에 의하여 도출된 관계를 분석함으로써, 하천횡단구조물 설계시 적용할 수 있는 보호공 제원 결정 설계공식을 제안하였다.