KR100985172B1 - 국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하상지반에 고정된 다수의 기둥형 구조물로 구성되어, 주변 하상의 국부세굴(局部洗掘)을 유도함으로써 하도(河道)의 육역화(陸域化)를 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 통하여, 비교적 간소한 구성으로도 하도 육역화의 방지를 통한 하천 통수 기능의 효율적인 확보 및 유지가 가능할 뿐 아니라, 하천 형상의 유지를 통한 수변 생태환경의 보호 및 친수환경의 조성 효과 또한 확보할 수 있다.

하천, 육역화(陸域化), 기둥, 국부세굴(局部洗掘)

Description

국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공{Local scour induction type aggradation prevention work for river}

본 발명은 하상지반에 고정된 다수의 기둥형 구조물로 구성되어, 주변 하상의 국부세굴(局部洗掘)을 유도함으로써 하도(河道)의 육역화(陸域化)를 방지할 수 있도록 한 것이다.

침식과 퇴적이 반복되는 하천 형상의 자연적 변화 또는 수공구조물의 건설 및 수자원 사용량의 증감에 따른 하천 형상 및 유황의 인위적 변화 과정에서 하도상 특정 지점에서의 유사이송 양상이 급변할 수 있는데, 부유사(浮遊砂)의 침강은 촉진되는 반면 소류력(掃流力)은 급감하게 되어 결과적으로 활발한 퇴사(堆砂)가 이루어질 경우 해당 지역이 점차 하천으로서의 기능을 상실하게 되는 육역화 현상을 초래된다.

퇴사에 의한 육역화는 유량은 물론 유사량 또한 극적으로 증가하는 홍수시 급속하게 진행될 수 있는데, 홍수에 의한 육역화 진행 상태가 도 1에 표현되어 있 다.

도 1을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 하도 육역화는 하천 통수능의 심각한 저하를 야기할 뿐 아니라, 각종 수생 또는 수변식물의 서식처를 파괴하여 하천 생태환경의 보전 및 친수환경의 조성 측면에서의 수변공간 활용에 있어서도 심각한 문제점을 야기할 수 있다.

본 발명에서는 전술한 하도 육역화를 통제하기 위한 수단으로서, 하상 지반에 고정되는 기둥형 구조물을 설치하여 주변 하상의 국부세굴(局部洗掘, local scour)을 유도함으로써, 과다한 퇴사를 방지하고 적정 수준의 하상고를 유지할 수 있도록 한다.

즉, 본 발명은 하단이 하상지반에 관입되어 고정된 장주(長柱)형 기둥(1)으로 구성되어, 주변 하상의 국부세굴(局部洗掘)을 유도함을 특징으로 하는 국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공(防止工)으로서, 기둥(1)의 상류측 표면에는 하측으로 기둥(1)의 직경이 점차 축소되도록 경사가 형성되거나, 상기 기둥(1)은 하상지반에 관입되어 고정되는 기초관(20)과 이 기초관(20) 상부에 결합되는 상부관(10)으로 구성되되, 기초관(20)의 상단에는 내경이 하측으로 점차 축소되는 점축부(23) 및 점축부(23) 중심의 결합공(22)이 형성되고, 상부관(10)의 하단에는 상기 결합공(22)의 내경과 일치하는 외경의 결합돌부(11)가 형성됨을 특징으로 하는 국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공이다.

또한, 상기 기둥(1)은 하상지반에 관입되어 고정되는 원통형 기초관(20)과 이 기초관(20) 내부에 수납되는 중공(中空)의 수밀관체(水密管體)인 상부관(10)으로 구성되되, 기초관(20)의 내주면에는 내경이 상기 상부관(10)의 외경과 일치하는 다수의 환형돌부(24)가 형성되며, 상부관(10)의 상단부에는 리딩에지(leading edge)가 하천의 상류측을 향하는 수중익(水中翼)(12)이 설치됨을 특징으로 하는 국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공(防止工)이다.

본 발명을 통하여, 비교적 간소한 구성으로도 하도 육역화의 방지를 통한 하천 통수 기능의 효율적인 확보 및 유지가 가능할 뿐 아니라, 하천 형상의 유지를 통한 수변 생태환경의 보호 및 친수환경의 조성 효과 또한 확보할 수 있다.

본 발명의 상세한 구성 및 작용을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 교량의 교각으로 대표되는 장주(長柱)형 수류 장애물로 인한 하상의 국부세굴 현상을 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 교각 하부 하상의 국부세굴을 일으키는 주요 요소로서, 교각의 상류측 표면을 따라 형성되는 하강류, 교각 하부에 형성되는 마제형와류(馬蹄形渦流, horseshoe vortex) 및 교각 외주면과 직하류에 형성되는 후류와(wake vortex)를 들 수 있다.

하천의 수류가 교각과 충돌하면서 흐름방향과 횡방향의 유속은 감소되고 연직방향 유속이 형성되는 하강류는 교각 주위 침식의 주요 원인으로서, 흐름방향 유속이 수면에서 하상측으로 감소하므로 정체압 또한 하측으로 감소하여 교각 접근유 속에 육박하는 하강류가 형성된다.

하강류가 교각 하단부에서 분할되어 형성되는 마제형와류는 수평축을 형성하면서 교각 하부를 말발굽모양으로 감싸며 흐르게 되며 교각에서 분리된 유사입자를 이송하는데 주효한 역할을 수행한다.

교각 표면의 불안정한 전단층의 유체가 미끄러지고 회전하면서 발생되는 후류와는 수직축을 형성하며 교각 직하류에 비교적 광범위하게 발생된다.

이러한 교각 주변 유체의 거동으로 인한 세굴현상은 교각의 형상 및 규모, 홍수량 및 하상재료 등 다양한 요인에 의하여 그 심도 및 범위가 결정된다.

도 3은 도 1에서와 같이 육역화가 진행되는 지점에 장주형 기둥(1)을 설치하여 인위적으로 국부세굴을 유도함으로써, 홍수파가 통과하는 과정에서의 퇴사를 억제한 상태를 도시한 것으로서, 도 1과 비교하여 홍수발생 이전의 하천단면이 유지됨을 알 수 있다.

즉, 퇴사가 빈번하게 관측되거나 퇴사가 예측되는 지점의 하상지반에 다수의 기둥(1)을 타입하여 설치함으로써, 퇴사와 세굴의 균형을 유도함으로써 하천단면 및 하도형상을 유지하는 것이다.

도 4는 본 발명의 기둥(1)이 설치된 하천의 종단면도로서, 동 도면의 하부 도면에서와 같이, 기둥(1)의 상류측 표면에 경사를 형성함으로써 하강류의 유속을 확보하여 세굴을 촉진할 수 있다.

즉, 기둥(1)의 형상을 상광하협의 원뿔대형으로 구성함으로써 하강류의 형성시 유속손실을 최소화하고 제반 와류의 강도 또한 확보하여 세굴량을 극대화할 수 있도록 한 것이다.

이렇듯, 하도상 퇴사지점에 장주형 기둥(1)을 설치함으로써 비교적 간소한 구조물을 통하여 하도 육역화를 효과적으로 억제할 수 있으나, 소기의 하강류 및 와류의 형성을 위하여 기둥(1)의 상단이 홍수위 이상에 위치하는 것이 바람직하므로, 평시에는 수면위로 기둥(1)이 돌출되어 수변 경관을 저해하는 문제점이 있다.

이에, 도 5에서와 같이, 장주형 기둥(1)을 지반에 고정되는 기초관(20)과 기초관(20)에 결합되는 착탈식 상부관(10)으로 분할 구성하여 평시에는 상부관(10)을 탈거한 상태로 관리하고, 홍수기에만 상부관(10)을 결합하여 세굴을 유도할 수 있도록 구성한다.

즉, 도 6에서와 같이, 하상지반에 관입되어 고정되는 기초관(20)의 상단에는 내경이 아래쪽으로 점차 축소되는 점축부(23) 및 점축부(23) 중심에 기초관(20)과 동심(同心)의 결합공(22)이 형성되고, 상부관(10)의 하단에는 외경이 결합공(22)의 내경과 일치하는 결합돌부(11)가 형성되어, 이 결합돌부(11)가 결합공(22)에 결합됨으로써 기초관(20)에 상부관(10)이 고정되는 것이다.

상부관(10)의 하부에는 상부관(10) 내, 외부를 연결하는 통수공(33a)을 형성하여 수위 상승시 상부관(10) 내부로 하천수가 유입될 수 있도록 함으로써, 상부관(10)에 부압(浮壓)이 작용하여 기초관(20)으로부터 상부관(10)이 이탈되는 현상을 방지한다.

기초관(20) 상단의 점축부(23)는 도 5에서와 같이 크레인 등을 이용하여 기초관(20)에 상부관(10)을 결합하는 과정에서 결합돌부(11)를 결합공(22)으로 유도 하는 역할을 수행하며, 기초관(20) 하부의 관입부(21)는 하부가 개방된 잠함(潛函, caisson) 내지 케이싱(casing) 형태로 구성되어 외주면은 물론 내주면 또한 주변 지반과 접하도록 구성함으로써 주면마찰(周面摩擦)을 통한 지지력을 극대화할 수 있도록 한다.

한편, 도 6에서와 같이, 상부관(10)이 분리되는 평시에는 기초관(20) 상단에 덮개(29)를 결합하여 사고를 방지한다.

도 7 및 도 8은 평시에는 상부관(10)이 기초관(20) 내부에 수납되고, 홍수시 수위가 상승함에 따라 자력으로 상승하여 장주형 구조물을 구성하는 실시예로서, 중공(中空)의 수밀관체(水密管體)로 상부관(10)을 구성하고 상부관(10) 상단부에 수중익(水中翼)(12)을 설치함으로써, 수위가 상승하고 유속이 증가함에 따라 상부관(10)에 부력 및 양력(揚力)이 작용하도록 한 것이다.

기초관(20)의 내주면에는 내경이 상부관(10)의 외경과 일치하는 다단의 환형(環形)돌부(24)를 형성하여 유수에 의하여 상부관(10)에 작용하는 모멘트에 효과적으로 대처하면서도, 상부관(10)의 외주면과 기초관(20) 사이의 접촉면적을 최소화하여 마찰력을 저감함으로써 상부관(10)의 원활한 승강이 가능하도록 하였다.

이러한 승강식 상부관(10)이 결합되는 기초관(20)에 있어서도, 도 8에서와 같이, 하부에 하부가 개방된 케이싱(casing) 형태의 관입부(21)를 구성함으로써 하상지반에 견고하게 고정될 수 있도록 하며, 기초관(20)의 상단부에는 기초관(20) 내, 외부를 연결하는 통수공(33b)을 구성한다.

도 7 및 도 8의 승강식 상부관(10)은 평시에는 기초관(20) 내부에 수납된 상 태를 유지하게 되는데, 홍수시 수위 및 유속이 동반 상승할 경우 상부관(10)에는 부력과 함께 상부관(10) 상단의 수중익(12)에 의한 양력이 작용한다.

여기서 상부관(10)은 중공의 수밀관체로서 자체 부력만으로도 충분한 상승이 가능하나, 홍수기를 제외한 대부분의 기간에 기초관(20) 내부의 협소한 공간에 수납된 상태로 유지되는 바, 유사(遊砂) 및 각종 침착물에 의하여 상부관(10)이 기초관(20)에 결착될 수 있다.

이에 상부관(10) 상단부에 리딩에지(leading edge)와 테일링에지(tailing edge)각 각각 상류 및 하류를 향하는 수중익(水中翼)(12)을 설치하여, 상부관(10)에 부력과 함께 양력을 인가함으로써 더욱 원활한 상승이 가능하도록 한다.

이렇듯, 부력과 양력에 의하여 자력으로 상승되는 상부관(10)을 통하여 상부관(10)의 결합 및 탈거작업 없이도, 육역화 방지 기둥(1)의 효율적인 관리가 가능하다.

도 1은 하도 육역화현상 설명도

도 2는 기둥형 장애물에 의한 국부세굴현상 설명도

도 3은 본 발명이 적용된 하천의 홍수 전후 상태 횡단면도

도 4는 본 발명이 적용된 하천의 대표 종단면도

도 5는 본 발명의 착탈형 실시예 대표 단면도

도 6은 도 5 실시예의 부분절단 분해사시도

도 7은 본 발명의 승강형 실시예 부분절단 분해사시도

도 8은 도 7 실시예의 작동상태 대표 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

1 : 기둥

10 : 상부관

11 : 결합돌부

12 : 수중익(水中翼)

20 : 기초관

21 : 관입부(貫入部)

22 : 결합공

23 : 점축부(漸縮部)

24 : 환형(環形)돌부

29 : 덮개

33 : 통수공

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 하단이 하상지반에 관입되어 고정된 장주(長柱)형 기둥(1)으로 구성되어, 주변 하상의 국부세굴(局部洗掘)을 유도함을 특징으로 하는 국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공으로서, 상기 기둥(1)은 하상지반에 관입되어 고정되는 원통형 기초관(20)과 이 기초관(20) 내부에 수납되는 중공(中空)의 수밀관체(水密管體)인 상부관(10)으로 구성되되, 기초관(20)의 내주면에는 내경이 상기 상부관(10)의 외경과 일치하는 다수의 환형돌부(24)가 형성됨을 특징으로 하는 국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공에 있어서,

   상기 상부관(10)의 상단부에는 리딩에지(leading edge)가 하천의 상류측을 향하는 수중익(水中翼)(12)이 설치되어 수위가 상승하고 유속이 증가함에 따라 상부관(10)에 부력 및 양력(揚力)이 작용됨을 특징으로 하는 국부세굴 유도형 하도 육역화 방지공.

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