• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.6
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• pp.529-536
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• 2016

The existing methods to estimate the maximum scour depth in the bend of steep gravel bed channel have been evaluated by the hydraulic movable-bed experiments. In the $90^{\circ}$ bend steep-slope channel paved with the fluvial gravels which are uniform in size and have a mean diameter of 43mm, the maximum scour depths due to the flow discharge and the gradient of bed slope have been investigated and compared with the scour depth computed from the equations. The local scour has occurred in conditions that the bed slope is steeper than 0.02 and the $F_r$ is greater than 0.95. Except Lacey's equation and Zeller's equation, the existing methods computing the maximum scour depth overestimate the maximum scour depth in the steep channel with the very coarse gravel bed. However, Lacey's equation with the bed material size and Zeller's equation considering the approach channel gradient and the bend angle may be relatively used to estimate the scour depth in bend of the steep gravel-bed river.

• Journal of Wetlands Research
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• v.13 no.3
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• pp.677-686
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• 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 Korean Society of Disaster and Security
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• v.12 no.3
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• pp.51-57
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• 2019

In recent years, the occurrence of localized torrential rain has increased due to the increase in heavy rainfall and massive typhoons caused by abnormal weather. As a result, the flow rate of small and medium-sized rivers in Korea is rapidly increasing, affecting the safety of bridges and increasing the risk of scour. However, the domestic bridge construction technology does not reflect the watershed characteristics of domestic rivers because the bridge scour depth calculation formula developed overseas is used to calculate the bridge scour depth. Therefore, this study is a basic study for prevention of bridge damage according to scouring phenomenon, and a comparative analysis was performed between the experimental data measured through hydraulic model test and the scour depth formulas applied in Korea. In addition, the statistical analysis between experimental data and scour depth formula shows that Coleman's (1971) formula estimates the best scour depth. The results of this study are expected to be used to calculate more accurate bridge scour depth in river design and bridge design.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.13 no.10
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• pp.4845-4852
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• 2012

This research calculated the scour depth of bridge according to inflow and outflow changes of stream's flood discharge and curves by applying scour depth formula for piers and abutments, and by comparing and examining them, evaluated the applicability of scour depth formulas. Overall, if the angles of flood discharge and inflow and outflow increase, the deviation rate of scour depth in bight increased. Especially the deviation rate was 58% at the inflow and outflow angle of $105^{\circ}$ that the bridge plan for this geography need careful examination. Next, as a result of calculating the deviation rate of scour depth at the bight by scour depth formulas, in case of pier, Andru formula showed 58% deviation rate, Laursen formula showed 26% deviation rate, and CSU. formula showed 17% deviation rate. In the case of abutment, Froehlich formula shows 44% deviation rate that when applying above scour depth formulas, scour depth calculation considering repairable characteristics of bight is necessary. Finally, about inflow and outflow angles of $45^{\circ}{\sim}135^{\circ}$ that showed big deviation rate of scour depth, this research performed regression analysis of deviation rates of scour depth due to flood discharge to suggest the regression formula.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1701-1705
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• 2007

국부세굴은 수공구조물 주변에서의 국부적인 흐름변화가 그 원인이라 할 수 있으며 이러한 변화는 교각 또는 교대의 하상재료를 굴착하여 이동시키는 침식작용의 결과이다. 이러한 교량의 교각 또는 교대, 그리고 교각을 지지하는 구조물에서 발생하는 국부세굴은 교량의 수명과 안정성에 좋지 않은 영향을 미쳐 재산상의 피해를 줄뿐만 아니라 교량 붕괴 사태 등으로 인한 대형 인명사고를 초래하는 원인이 될 수도 있다. 따라서 국부세굴의 경향을 예측하고 분석하는 것은 교량 구조물이나 수중 구조물의 설계에 있어서 매우 중요한 과업이다. 이러한 국부세굴을 예측하고 분석하는데 있어서 국내에서는 일정한 흐름조건에 대한 최종세굴심을 예측하는데 초점이 맞추어져 있다. 하지만 국부세굴은 하상재료에 따라 세굴이 진행되는 속도가 다르며 세굴의 진행은 시간 의존적인데 반해 국내에서의 국부세굴의 예측과 분석은 최종세굴심 산정에 초점이 맞추어져 있다. 이에 본 연구에서는 보다 실질적이고 경제적인 국부세굴 경향을 예측할 수 있도록 다양한 하상재료에 대한 시간에 따른 세굴 변화의 특성을 파악하고 분석하였다. 이를 위해 하상재료에 따라 수리실험을 실시하였고, 이를 통해 하상재료에 따른 세굴심의 시간적 변화 곡선을 구하였다. 이렇게 구한 하상재료에 따른 세굴심의 시간적 변화 곡선을 통해 하상재료별 평형세굴심 산정하였고, 산정한 평형세굴심과 기존 세굴심 산정공식을 이용하여 입자별 세굴심을 산정하여 비교 분석하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.13 no.3
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• pp.93-105
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• 1993

In this paper, the maximum scour depths at piers located in the Bo Cheong Stream, which is a tributary in the Geum River System, were calculated and compared using 24 local pier scour equations. The equations were classified as six groups by non-dimensional types of equations. The geometric data in the stream bed and pier data at San Seong, Yi Pyung and San Gye, which are IHP data collection stations, were utilized for applying the scour equations. The geometric data in the stream bed were obtained by analyzing the bed material sampled in three stations which are in the left side, middle and right side for stream direction. The maximum flow velocities at maximum flow depths which were measured from 1982 to 1991, were used as the hydraulic flow data. The pier data for predicting pier scour depths were measured in the fields. The maximum pier scour depths calculated using the equations were compared with the held scour depths measured in the streams or rivers in the world. Arunachalam, Shen-Karaki III, Jain-Fischer equations are selected as the proper local scour equations for predicting the maximum local scour depths at piers in the Bo Cheong Stream. Inglis-Lacey and Shen-Karaki II equations are applicable in case of rapid flows conditions in which Froude number is over 0.3. Froehlich, Laursen I, Laursen II, Neill, Melville equations are applicable in the slow flow conditions in which Froude number is less than 0.3. Blench equation or Inglis-Poona equation varies rapidly by changing Froude numbers. Therefore the equations should not be used without careful considerations in selecting the applicable ranges. The maximum local scour depths calculated using Sarma-Krishnamurthy, Ahmad, Coleman, Varzeliotis, Larras, Bata, Chitale, Venkatadri, Basik-Basamily-Ergun, U.S.G.S., Shen I equations are usually less than the scour depths measured in the fields.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.12 no.1
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• pp.1-9
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• 2019

The basic analysis of Soil and structural mechanics for the bridge substructure affected by the flow of water is sufficient in the construction of such bridges, but the stability of scour resulting from hydraulic phenomena is insufficient. In addition, it is not enough to estimate the scour depth of the bridge which reflects the watershed characteristics of the domestic river because it uses the formula for calculating the scour depth of the overseas piers in calculating the scour depth of the bridge. In this study, the application of the CSU (1993) formula, which is currently applied to the national river design criteria, was reviewed between the two formulas after calculating the scour after calculating the scour by applying another bridge deck scour calculation formula to take into account the uncertainty in the calculation of scour. In this study, in addition to the CSU (1993) formula, which is currently applied to Korean river design criteria, another scour depth calculation formula is applied to calculate uncertainty in scour depth calculation, was reviewed between the two formulas. The review confirmed that the SSE (%) showed a difference of at least 2.08%, up to 91.23%, and SSEn(%) at least 0.19%, up to 415.91%, when compared to the measured depth of the pier based on the hydraulic model experiment and the depth of the pier calculated with the nine scour depth formulas in use. In other words, it is confirmed that there are many differences between the scouring formulas of piers. The results of this study are expected to be used to estimate scour depth in future river design.