1. 서 론
최근 들어 치수 기능만을 위한 공학적 효율 위주의 하천관리 정책에서 벗어나 이수, 환경, 친수 기능 개선을 포함한 생태하천으로의 복원사업이 이루어지고
있다(Lee et al., 2007). 과거보다 하천 환경을 중요시하면서 친환경적인 둔치 조성과 저수로 복원이 진행되고 있으나, 하천의 제방을 포함한
하천경사면 및 주요 구조물 주변에 여전히 다수의 콘크리트 제품을 사용하고 있다. 콘크리트 제품에
의한 호안공법은 획일화된 형태로 인해 친수공간으로서의 하천경관 특성을 잘 반영하지 못하고 있다. 이와 같은 문제점을 보완하기 위해 사석, 목재, 식생
등의 다양한 재료를 이용한 생태호안공법을 개발하여 시공하고 있으나, 수리적 안정성에 대해 정량적인 평가가 이루어지지 못 하고 있다(Choi, 2001).
호안공법의 적용에 대한 객관적이고 구체적인 선정기준이 없어 설계자의 주관적인 판단에 의해 공법이 결정되고 있으며, 소류력 검토를 통해 공법을 결정하고
있으나 수충부, 비수충부 등 구간별 적용 방법 등에 대한 구체적인 설계기법의 개발이 미흡한 실정이다(Hwang et al., 2008). 최근에 개발된
다양한 생태복원공법은 여러 중소업체에서 충분한 기술적인 검토를 거치지 않고 양산하고 있는 실정이어서 각 공법에 대한 구조적, 수리적인 안정성 검토와
식생 활착성 등이 제대로 평가되고 있지 않은 실정이다(Kim, 2006).
하천복원에 대한 관심이 하천의 기능 중 환경 기능만을 강조하는 방향으로 이루어져서는 안 되며, 전통적인 치수적 접근 방식에 대한 새로운 평가에서 출발해야
한다(Park, 2009). 국내의 호안 블록은 치수적 및 생태적 중요성에도 불구하고 대부분의 블록이 이론이나 기초적인 실험에 의해 개발된 것이 아니고
경험 및 모방에 의해 개발되었고 수리 실험에 의해 특성이 제시된 경우가 없다. 현재 실제 하천에 적용된 대부분의 호안 블록에 대한 수리 특성이 불명확한
상태로 수리안정성에 대해서 충분히 검증되었다고 보기 어려운 상태이며, 최근 국내에서 다양한 친환경 호안 블록 제품이 개발되어 하천 현장에 적용되고 있으나 수리 특성이 명확하게 제시되지 않은 상태로 시공되는 실정이다(Lee et al., 2011).
본 연구에서는 고속수로를 개발하여 호안블록에 대한 한계유속 실험을 수행하였다. 생태하천 무독성 호안블록의 수리적 안정성 평가에 적용할 수 있는 기존의
경험식을 검토하였고, 실험결과의 통계적 분석을 통하여 실제 하천에서 적용 가능한 신규 공법의 수리적 안정성에 관한 경험식을 제시하였다.
2. 이론적 배경
일반적으로 수중에서의 비점착성 입자의 이동은 입자의 중량과 입경 및 흐름특성에 의한 마찰속도에 영향을 받게 되며 하상의 입자가 받는 힘은 항력(drag
force) 및 양력(lifting force)과 입자의 수중중량이다. 사석의 안정에 관한 식은 크게 하천에서 제방, 하상보호, 세굴방지 등의 목적과
바다에서 호안 또는 방조제의 축조에 따라 투하하는 사석의 안정성에 기초를 둔 연구가 대부분이다(Choi and Park, 2011). 사석의 안정성에
관한 공식은 크게 하천에서의 안정성과 바다에서 매립지 조성을 위한 최종체절구간의 사석투하에 따른 안정성에 관한 식으로 구분할 수 있다.
Isbash (1935)는 구조물이 없는 흐름에 사석을 떨어뜨려 하류로 쓸려가지 않는 사석의 크기 및 중량을 결정하는 경험식을 평균유속 개념으로 Eq. (1)과 같이 제안하였다.
(1)
여기서, 은 사석을 움직일 수 있도록 하는 최소유속(m/s), 은 사석의 비중, 은 사면의 경사각, 은 공칭직경(m), 는 Isbash 계수로 조밀하게 채워진 사석의 경우 1.4, 느슨하게 채워진 사석의 경우 0.7, 사석이 노출된 경우 0.86, 흙에 묻힌 경우 1.2를 사용한다. Isbash 공식은 완전한 흐름의 경우 유속변화에 따라 사석의 규모를 결정하는 식으로 수심과 사석직경의 관계(y/d)가 5～10의
범위 내에서 유용하게 사용되고 있다(Choi and Lee, 2008). Fig. 1은 Isbash 곡선으로 사석크기에 따른 한계유속을 알 수 있다(NRCS,
2007).
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Fig. 1. Rock Size for Isbash Curve (Isbash, 1935)
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USACE (1991)에서는 하상 보호공으로 사석을 이용할 경우 초기에는 평탄한 하상에 대해서 사석의 중량과 유속에 대한 간략한 관계식을 이용하여
입경을 결정하는 Eq. (2)를 개발하였으며, 차원해석과 실험을 통하여 새로운 관계식으로 재료의 중량을 고려하였다(Eq. (3) 참조).
(2)
(3)
여기서, 는 마찰속도(m/s), 는 사석의 단위중량(kg/m3), W는 사석의 중량(kg)을 나타낸다.
CDH (1970)은 Eqs. (4)∼(5)에 나타낸 바와 같이 해안 및 하천에서 호안, 수제공 등에 관한 설계기준으로 사석 크기에 대한 공식을 제시하였다(Choi
and Park, 2011).
(4)
(5)
여기서, 는 사석 쌓기 각도(70°), 는 흐름방향과 수평인 구조물의 사면각도를 나타낸다.
ASCE (1975)은 통과입경을 50%로 한 으로 실험을 실시하여 Eq. (6)를 제안하였으며, 유속(V)는 제방에서 3.0 m 떨어진 거리에서의 평균유속(m/s)을 나타낸다.
(6)
Jansen et al. (1979)은 방조제 축조시 끝막이 공사에서 모래 또는 흙주머니가 사용된 사례를 중심으로 유도되었다(Eqs. (7)∼(8)
참조). 이 공식은 접근유속과 공사에 사용된 재료의 상대밀도의 함수로 구성되어 있으며, 수중에서 안착된 모래주머니의 중량이 흐름에 충분히 견딜 수
있도록 하기 위한 설계식이다. 이 공식은 접근유속계수 가 주된 변수이며, 사석의 공칭직경 및 중량을 계산 할 때 이용되는 식이다(Choi and Park, 2011).
(7)
(8)
여기서, 는 접근유속계수로서 일반적인 흐름일 경우 1.1, 난류현상이 심한 경우 1.4로 구별되어 사용된다. 는 사석의 밀도이며, 는 사석의 직경이다.
Maynord 공식은 미공병단 수로시험소(USACE, 1991)에서 개발된 이 식은 하상보호공으로 사석을 이용할 경우 초기에는 평탄한 하상에 대해서 사석의 중량과 유속에 대한 간략한 관계식을 이용하여 입경을 결정하다가 점차 수심과 사석의 안식각 등을 고려하기 시작했다. 나아가 차원해석과 실험을 통하여 새로운 관계식을 제시하였는데, 수심
및 유속, 재료의 중량을 고려하였으나 기존 공식은 통과입경을 에 대하여 제시한 반면, Maynord 등(1989)의 식은 유속의 2.5승 및 3승에 비례하는 식을 통과입경을 에 대해서 제시하였으며, Eqs. (9)∼(10)과 같다.
(9)
(10)
여기서, 는 사석에 관한 안정성 계수로 보통 0.3을 쓰며(Stefano et al., 1998), 은 30% 통과입경, 는 수심, V는 평균유속(m/s)이다.
Neill는 유속의 2.5승 공식으로 50% 통과입경 제시하였다(Neill, 1976). Neill 공식은 세굴심 산정하는데 많이 사용하는 공식이다.
(11)
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Fig. 2. Specification of High-Speed Channel
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3. 실험방법
Fig. 2는 본 연구에서 사용한 고속수로의 제원을 나타낸 것으로 총 길이 6 m, 수로구간 5 m로서, 수로의 폭과 높이는 각각 0.3 m이다.
최대유속은 경사를 주었을 때 3.5 m/s까지 구현할 수 있으며, 수평 경사에서는 2.8 m/s까지 구현이 가능하다. 수로의 유입부에 부착된 5개의
호스를 대형 펌프에 연결하였으며, 각 호스 연결부에 부착된 5개의 밸브를 통하여 유량을 조절하였다. 수문을 통하여 수심과 유속을 조절하였으며, 고
유속에서 난류발생을 최대한 방지하기 위하여 수문에 고무패킹 및 고정 장치를 설치하였다. 안정화를 위해서 수로의 4 m 지점에 블록을 설치하여 실험을
실시하였다. 유속조절로 인하여 블록이 움직이기 시작할 때 밸브 조절을 멈추고 블록을 수로에서 제거한 후에 유속을 측정하였다. 고 유속에서 유속을 측정하기위해
현장용 프로펠러 유속계를 이용하였다. 본 연구에서는 호안블록의 한계유속을 구하기 위해 수로의 경사를 주지 않고 수평 상태에서 실험을 수행하였다.
호안블록을 만들 때 사용한 무독성 접착제는 파자마 열매에서 추출한 식물성 폴리우레탄으로 자연생태계에 악영향이나 토양과 물을 오염시키지 않는다. 블록을
만들 때 사용한 사석의 직경은 5 mm, 13 mm, 20 mm로 무독성 접착제를 이용하여 제작하였으며, 다공성의 형태를 가지게 된다. 3가지 타입의
블록을 이용하여 각각 10가지의 크기를 만들어 30개의 블록을 제작하였으며, 13 mm 사석을 이용하여 블록 높이에 따른 한계유속을 측정하기 위하여
높이 7 cm와 9 cm로 20개의 블록을 추가적으로 제작하여 총 50개의 블록으로 실험을 수행하였다. Table 1은 실험조건을 나타낸 것으로 블록의
크기, 블록을 만들 때 사용한 사석의 크기, 블록의 높이의 조건으로 총 50개의 블록을 이용하여 실험을 수행하였다.
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(a) 5 mm Riprap
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(b) 13 mm Riprap
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(c) 20 mm Riprap
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Fig. 3. Types of Riprap
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Block Size (cm)
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9×9×5
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11×11×5
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13×13×5
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15×15×5
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17×17×5
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Diameter (cm)
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7.40
|
8.45
|
9.45
|
10.40
|
11.31
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Block Size (cm)
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19×19×5
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21×21×5
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23×23×5
|
25×25×5
|
27×27×5
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Diameter (cm)
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12.18
|
13.02
|
13.83
|
14.62
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15.39
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Fig. 4. Specification of 5 mm Riprap Block (5 cm Height)
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Block Size (cm)
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9×9×5
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11×11×5
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13×13×5
|
15×15×5
|
17×17×5
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Diameter (cm)
|
7.40
|
8.45
|
9.45
|
10.40
|
11.31
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Block Size (cm)
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19×19×5
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21×21×5
|
23×23×5
|
25×25×5
|
27×27×5
|
|
Diameter (cm)
|
12.18
|
13.02
|
13.83
|
14.62
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15.39
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Fig. 5. Specification of 13 mm Riprap Block (5 cm Height)
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Block Size (cm)
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9×9×5
|
11×11×5
|
13×13×5
|
15×15×5
|
17×17×5
|
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Diameter (cm)
|
7.40
|
8.45
|
9.45
|
10.40
|
11.31
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Block Size (cm)
|
19×19×5
|
21×21×5
|
23×23×5
|
25×25×5
|
27×27×5
|
|
Diameter (cm)
|
12.18
|
13.02
|
13.83
|
14.62
|
15.39
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Fig. 6. Specification of 20 mm Riprap Block (5 cm Height)
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Block Size (cm)
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9×9×7
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11×11×7
|
13×13×7
|
15×15×7
|
17×17×7
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|
Diameter (cm)
|
8.28
|
9.46
|
10.58
|
11.63
|
12.65
|
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Block Size (cm)
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19×19×7
|
21×21×7
|
23×23×7
|
25×25×7
|
27×27×7
|
|
Diameter (cm)
|
13.62
|
14.56
|
15.47
|
16.36
|
17.22
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Fig. 7. Specification of 13 mm Riprap Block (7 cm Height)
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Block Size (cm)
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9×9×9
|
11×11×9
|
13×13×9
|
15×15×9
|
17×17×9
|
|
Diameter (cm)
|
9.00
|
10.29
|
11.50
|
12.65
|
13.75
|
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Block Size (cm)
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19×19×9
|
21×21×9
|
23×23×9
|
25×25×9
|
27×27×9
|
|
Diameter (cm)
|
14.81
|
15.83
|
16.82
|
17.78
|
18.72
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Fig. 8. Specification of 13 mm Riprap Block (9 cm Height)
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4. 실험결과 분석
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Table 1. Experimental Conditions
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Riprap Diameter (mm)
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Block Height (cm)
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Block Size (W×L) (cm)
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5
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D1
|
5
|
H1
|
9 × 9
|
S01
|
|
11 × 11
|
S02
|
|
13 × 13
|
S03
|
|
13
|
D2
|
7
|
H2
|
15 × 15
|
S04
|
|
17 × 17
|
S05
|
|
19 × 19
|
S06
|
|
20
|
D3
|
9
|
H3
|
21 × 21
|
S07
|
|
23 × 23
|
S08
|
|
25 × 25
|
S09
|
|
27 × 27
|
S10
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4.1 비중 분석
Fig. 9는 블록을 제작할 때 사용한 사석과 블록상태일 때 비중을 측정한 결과이다. 블록의 비중은 크기별로 10번의 측정 후 평균을 구하였다. 5
mm 사석의 비중은 2.74, 13 mm 사석의 비중은 2.56, 20 mm 사석의 비중은 2.84로 나타났다. 블록을 제작할 때 사용한 사석은 국내에서
흔한 화강암으로 일반적인 화강암의 비중(평균 2.75)과 비슷하게 나타났다. 호안블록의 비중은 각각의 사석보다 낮게 나타났으며, 이는 호안블록의 공극으로
인한 것이다. 호안블록을 구성하는 사석의 크기가 작을수록 비중이 낮은 것은 각 사석의 비중의 차이와 호안블록을 구성하는 공극의 차이에 기인하는 것으로
판단된다. 비중은 각각의 공식을 이용한 사석과 호안블록의 한계유속을 비교하기 위해 사용되었다.
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Fig. 9. Specific Gravity of Riprap and Revetment Block
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4.2 사석 입경에 따른 한계유속
고속수로 수리실험을 통하여 사석의 평균입경에 따른 호안블록의 한계유속을 측정하였다. Fig 10은 각각 평균입경 5 mm, 13 mm, 20 mm
사석으로 만들어진 호안블록의 실험결과를 나타낸 것으로 5 mm 사석의 최대크기(27 cm × 27 cm)의 호안블록의 한계유속은 2.05 m/s이며,
13 mm 사석의 최대크기(27 cm × 27 cm)의 호안블록의 한계유속은 2.18 m/s이며, 20 mm 사석 최대크기(27 cm × 27 cm)의
호안블록의 한계유속은 2.24 m/s로 나타났다, 사석의 크기가 커질수록 한계유속이 크게 나타났으며, 이는 블록의 사석 평균입경이 증가하면서 이에
따라 블록의 비중이 커져서 한계유속이 큰 것으로 판단된다. 그러나 이와 같은 효과는 블록의 크기에 따른 영향보다는 미미한 것으로 나타났다.
4.3 블록 높이에 따른 한계유속
13 mm 사석을 사용한 호안블록의 높이별로 한계유속을 측정하였다. 호안블록의 높이를 각각 5 cm, 7 cm, 9 cm로 제작하였다. 호안블록은
최소 9 cm × 9 cm에서 최대 27 cm × 27 cm로 제작하였으며, Fig 11은 호안블록의 높이별로 각 블록의 공칭직경에 따른 한계유속을
나타낸 것이다. 블록 높이에 따른 한계유속을 보면 최소크기(9 cm × 9 cm)의 호안블록에서는 블록의 높이가 클수록 한계유속이 작게 나타났다.
이는 블록의 높이가 클수록 공칭직경이 크지만, 유수면적이 커져서 사석이 받는 항력도 커지기 때문인 것으로 판단된다. 하지만 최대크기(27 cm ×
27 cm)의 호안블록에서는 높이가 큰 블록의 한계유속이 더 높았다. 즉 블록의 공칭직경이 작을 때에는 유수단면적에 의한 항력에 지배를 받았지만 공칙직경이
커질수록 사석의 중량에 의하여 한계유속이 커지는 것을 확인할 수 있었다.
4.4 무독성 호안블록의 한계유속 공식 유도
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(a) Block of 5 mm Riprap
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(b) Block of 13 mm Riprap
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(c) Block of 20 mm Riprap
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Fig. 10. Relationship between Critical Velocity and Riprap Diameter
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(a) Block Height - 5 cm
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(b) Block Height - 7 cm
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(c) Block Height - 9 cm
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Fig. 11. Relationship between Critical Velocity and Block Height
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본 연구에서는 사석과 호안블록의 특성에 관하여 차원해석을 실시하고, 호안블록의 한계유속에 대한 선형 회귀분석을 수행하여 Eq. (12)와 같은 새로운
형태의 공식을 유도하였다. 차원해석에서는 직육면체의 블록을 구형으로 가정한 것을 보정하기 위한 공칭직경을 사용하였다. 공칭직경은 Isbash(1935)에서
제시한 블록과 동일한 부피를 갖는 구의 직경(Ds)과 공칭직경(Dn)의 관계식을 이용하였으며, Eq (13)과 같다. 사석의 비중과 블록의 비중을
이용하여 블록의 공극 특성을 나타내고자 하였으며, 이를 통하여 한계 유속을 구함으로 일정한 크기의 하천 유속을 견딜 수 있는 호안블록의 공칭직경을
구할 수 있도록 하였다. Fig. 12에 나타낸 바와 같이 신뢰성 있는 회귀분석을 통한 적합한 공식을 유도하기 위하여 잔차분석을 통해 이상치를 제거하였다.
Fig. 12의 y축은 한계유속(m/s)의 제곱이며, x축은 (블록의 비중 / 사석의 비중) × 공칭직경 × 중력가속도이다. 블록 비중을 사석 비중으로
나눈 값은 호안블록을 제작할 때 사용한 사석의 크기에 따라 블록의 공극이 변하고 동일
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Fig. 12. Relationship between Critical Velocity and Nominal Diameter of Revetment Block
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한 공칭직경을 갖는 호안블록이라도 공극에 따른 중량과 한계유속의 변하므로 이와 같은 영향을 반영하기 위한 것이다.
(12)
(13)
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Fig. 13. Comparison of Calculated Critical Velocity with Measured Data
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Table 2. Experimental Results
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Case No.
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Nominal Diameter
(cm)
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Critical Velocity
(m/s)
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Critical
Tractive Force
(kgf/m2)
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Specific Gravity
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Froude Number
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D1H1S01
|
7.40
|
1.22
|
174.30
|
2.41
|
1.74
|
|
D1H1S02
|
8.46
|
1.42
|
202.87
|
2.41
|
2.03
|
|
D1H1S03
|
9.45
|
1.50
|
214.30
|
2.41
|
2.14
|
|
D1H1S04
|
10.40
|
1.60
|
228.59
|
2.41
|
2.29
|
|
D1H1S05
|
11.31
|
1.72
|
245.73
|
2.41
|
2.46
|
|
D1H1S06
|
12.18
|
1.81
|
258.59
|
2.41
|
2.59
|
|
D1H1S07
|
13.02
|
1.86
|
265.73
|
2.41
|
2.66
|
|
D1H1S08
|
13.83
|
1.95
|
278.59
|
2.41
|
2.79
|
|
D1H1S09
|
14.62
|
2.01
|
287.16
|
2.41
|
2.87
|
|
D1H1S10
|
15.39
|
2.05
|
292.88
|
2.41
|
2.93
|
|
D2H1S01
|
7.40
|
1.3
|
185.73
|
2.45
|
1.86
|
|
D2H1S02
|
8.46
|
1.43
|
204.30
|
2.45
|
2.04
|
|
D2H1S03
|
9.45
|
1.54
|
220.01
|
2.45
|
2.20
|
|
D2H1S04
|
10.40
|
1.60
|
228.59
|
2.45
|
2.29
|
|
D2H1S05
|
11.31
|
1.70
|
242.87
|
2.45
|
2.43
|
|
D2H1S06
|
12.18
|
1.84
|
262.87
|
2.45
|
2.63
|
|
D2H1S07
|
13.02
|
1.90
|
271.45
|
2.45
|
2.71
|
|
D2H1S08
|
13.83
|
2.06
|
294.31
|
2.45
|
2.94
|
|
D2H1S09
|
14.62
|
2.09
|
298.59
|
2.45
|
2.99
|
|
D2H1S10
|
15.39
|
2.18
|
311.45
|
2.45
|
3.11
|
|
D3H1S01
|
7.40
|
1.28
|
182.87
|
2.50
|
1.83
|
|
D3H1S02
|
8.46
|
1.40
|
200.01
|
2.50
|
2.00
|
|
D3H1S03
|
9.45
|
1.52
|
217.16
|
2.50
|
2.17
|
|
D3H1S04
|
10.40
|
1.61
|
230.02
|
2.50
|
2.30
|
|
D3H1S05
|
11.31
|
1.78
|
254.30
|
2.50
|
2.54
|
|
D3H1S06
|
12.18
|
1.89
|
270.02
|
2.50
|
2.70
|
|
D3H1S07
|
13.02
|
1.94
|
277.16
|
2.50
|
2.77
|
|
D3H1S08
|
13.83
|
2.11
|
301.45
|
2.50
|
3.01
|
|
D3H1S09
|
14.62
|
2.13
|
304.31
|
2.50
|
3.04
|
|
D3H1S10
|
15.39
|
2.24
|
320.02
|
2.50
|
3.20
|
|
D2H2S01
|
8.28
|
0.61
|
87.15
|
2.45
|
0.87
|
|
D2H2S02
|
9.46
|
1.30
|
185.73
|
2.45
|
1.86
|
|
D2H2S03
|
10.58
|
1.64
|
234.30
|
2.45
|
2.34
|
|
D2H2S04
|
11.63
|
1.83
|
261.45
|
2.45
|
2.61
|
|
D2H2S05
|
12.65
|
1.91
|
272.88
|
2.45
|
2.73
|
|
D2H2S06
|
13.62
|
1.94
|
277.16
|
2.45
|
2.77
|
|
D2H2S07
|
14.56
|
1.95
|
278.59
|
2.45
|
2.79
|
|
D2H2S08
|
15.47
|
2.17
|
310.02
|
2.45
|
3.10
|
|
D2H2S09
|
16.36
|
2.28
|
325.74
|
2.45
|
3.26
|
|
D2H2S10
|
17.22
|
2.44
|
348.59
|
2.45
|
3.49
|
|
D2H3S01
|
9.00
|
0.56
|
80.01
|
2.45
|
0.80
|
|
D2H3S02
|
10.29
|
0.71
|
101.44
|
2.45
|
1.01
|
|
D2H3S03
|
11.50
|
1.44
|
205.73
|
2.45
|
2.06
|
|
D2H3S04
|
12.65
|
1.53
|
218.59
|
2.45
|
2.19
|
|
D2H3S05
|
13.75
|
1.95
|
278.59
|
2.45
|
2.79
|
|
D2H3S06
|
14.81
|
1.99
|
284.30
|
2.45
|
2.84
|
|
D2H3S07
|
15.83
|
2.02
|
288.59
|
2.45
|
2.89
|
|
D2H3S08
|
16.82
|
2.22
|
317.16
|
2.45
|
3.17
|
|
D2H3S09
|
17.78
|
2.53
|
361.45
|
2.45
|
3.61
|
|
D2H3S10
|
18.72
|
2.67
|
381.45
|
2.45
|
3.81
|
4.5 기존 공식과의 비교
본 연구에서 개발된 공식을 검토하기 위하여 기존에 나온 한계유속공식(CDH, Neill, Isbash 0.86, Isbash 1.4, ASCE, Maynord
V2.5, Maynord V3)과 비교하였다. 다른 공식과 본 연구에서 개발된 공식에 사용한 사석의 비중은 화강암의 비중인 2.75로 가정하여 계산하였다.
본 연구에서 개발한 회귀분석 식에 쓰인 비중은 13 mm 사석으로 만든 블록으로 가정하였으며, 사석의 비중 2.75에 블록의 비중 2.45를 나누어
계산하였다. Fig. 13은 개발된 식에 의한 한계유속으로 사석 직경을 25 cm로 확장하여 다른 공식들과 비교 분석 하였다. 비교한 결과 Isbash
공식의 y' 계수 0.86범위의 유속과 비슷한 결과를 나타났으며, 다른 공식들과 비교하였을 때 그 범위 안에 포함되며, 어느 정도 타당성이 있다고
판단된다.
Table 2는 실험조건에 따른 결과를 나타낸 것으로 블록을 만들 때 사용한 사석의 크기가 클수록 블록의 한계유속이 커졌으며, 한계소류력도 커지는
것을 확인할 수 있다. 블록을 제작할 때 사용하는 사석의 크기가 클수록 블록의 비중은 증가하여 한계유속이 커지는 것으로 판단된다. 블록과 일반사석을
같은 크기로 비교하면 블록의 공극 때문에 비중이 작아 한계유속은 낮을 것으로 판단된다. 다공성 블록이 하천의 호안보호공으로 사용될 경우 공극에 의해
식생활착으로 안정성은 더 증가할 것으로 판단된다.
국내에서 하천호안 설계할 때 사석에 대한 한계유속 및 소류력을 평가되고 있지만, 다양한 친환경 호안 블록 제품의 수리 특성이 제시되지 않은 상태이다.
본 연구를 통하여 블록의 수리 특성의 겸험식을 제공하며, 하천 설계에 유용하게 활용되었으면 한다. 본 연구에서 사용한 수로보다 크게 제작하여 소류력
측정기기를 이용하여 호안 블록의 소류력을 측정할 계획이며, 안동 하천실험센터에서 원형실험을 수행할 계획이다.
5. 결 론
최근 하천계획을 수립함에 있어서 친환경적인 공법을 적용하기 위한 제도적 기틀이 마련되었고 여러 가지 신규 공법들이 계획 및 시공되고 있지만 종합적인
자료와 축적된 기술의 부족으로 어려움을 겪고 있으며, 기술적인 검토를 거치지 않고 시공된 블록 및 공법으로 인해 홍수로 인한 피해가 빈번히 발생하고
있다. 본 연구에서는 고속수로를 개발하여 신규 무독성 호안공법에 대한 수리실험을 통하여 현장의 적용성을 위한 한계유속 실험을 하여 이론적인 토대를
제시하고자 하였다.
(1)최고 유속이 3.5 m/s인 고속수로에서 한계유속 실험을 하였으며, 작은 유속에서 한계유속을 측정하였던 단점을 보완하여 고유속에서의 실험을 통하여
한계유속을 측정하였다.
(2)블록을 만들 때 쓰이는 사석크기로 인한 한계유속을 측정하였으며, 사석크기가 클수록 한계유속이 커지는 것을 알 수 있었으며, 블록의 높이가 커질수록
한계유속이 높은 것을 알 수 있었다. 직경이 커질수록 한계유속이 커졌으며, 사석크기가 클 경우 블록의 비중이 크기 때문에 한계유속이 큰 것으로 판단된다.
(3)회귀분석을 이용하여 신규 한계유속공식을 유도하였으며, Isbash 공식과 비교하였을 경우 한계유속의 결과가 비슷한 경향을 띄는 것을 알 수 있었으며,
본 연구에서 수행한 고속수로를 수리실험이 신뢰성이 있는 것을 확인할 수 있었다.
(4)실험결과를 회귀분석하여 신규 공식을 유도하였으며, 공칭직경에 따른 한계유속의 범위를 제시하였다. 무독성 소재를 이용한 호안블록의 안정성을 평가하기
위해서 추후 연구에서는 소류력 측정기기를 개발하고, 이를 이용하여 한계소류력을 측정할 예정이다.