KR20120066967A - 웅덩이형 수제의 시공 방법 - Google Patents

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KR20120066967A KR1020100128336A KR20100128336A KR20120066967A KR 20120066967 A KR20120066967 A KR 20120066967A KR 1020100128336 A KR1020100128336 A KR 1020100128336A KR 20100128336 A KR20100128336 A KR 20100128336A KR 20120066967 A KR20120066967 A KR 20120066967A
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Abstract

과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천 또는 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용됨으로써, 하안부의 에너지 저감을 통해 자연스러운 하안 형성을 촉진하고, 하도 중앙부의 소류력을 복원할 수 있으며, 또한, 자연 하안의 형성을 유도하고, 하도 중앙의 하상재료 이동성을 복원할 수 있으며, 하안 고유의 식생 활착을 촉진시킬 수 있는 웅덩이형 수제의 시공 방법이 제공된다. 웅덩이형 수제의 시공 방법은, a) 웅덩이형 수제의 설치 위치에 대응하여 저수로에 가물막이를 설치하는 단계; b) 웅덩이형 수제가 설치될 고수부지 및 저수로 부분의 터파기를 시행하는 단계; c) 저수로의 폭, 유속 및 소류력에 근거하여 웅덩이형 수제의 길이 및 폭을 결정하는 단계; d) 홍수량에 근거하여 수제 표고를 결정하는 단계; e) 수제 표고 및 하상 매설 깊이에 따라 웅덩이형 수제의 높이를 결정하는 단계; 및 f) 고수부지 매설 깊이 및 하상 매설 깊이 지점부터 웅덩이형 수제를 설치하는 단계를 포함하되, 웅덩이형 수제는 측면부 및 전면부가 웅덩이부를 형성하며, 웅덩이형 수제의 전면부의 전부 또는 일부를 폐쇄하여 웅덩이부를 형성한다.

Description

웅덩이형 수제의 시공 방법 {METHOD FOR CONSTRUCTING SPUR DIKE OF POOL TYPE}
본 발명은 수제에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천 또는 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용될 수 있는 웅덩이(Pool)형 수제(Spur dike)의 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하천이나 저수로 등에 설치되는 수제(Spur dike 또는 Groin)는 물의 흐름을 조절하여 유로의 폭과 수심을 유지하고 퇴적을 유도함으로써 제방과 하상을 보호하고, 저수로를 교정 및 고정하기 위하여 물의 흐름에 직각 또는 평행하게 설치하는 구조물을 말한다. 즉, 수제는 물의 흐름에 대하여 조도의 역할을 하여 유속을 감소시키고, 이로 인하여 유사 이송능력을 감소시키며, 또한 물의 흐름의 방향과 유로를 제어하는 기능을 수행한다.
이러한 수제는 그 구조에 따라 투과 수제와 불투과 수제로 분류되고, 물 흐름에 대한 방향에 따라 횡수제와 평행수제로 분류되며, 그 형태와 재료에 따라 말뚝수제, 뼈대수제, 콘크리트블록수제, 날개수제(Vane Groin) 및 밑다짐수제로 분류될 수 있다.
먼저, 투과 수제는 이러한 수제를 통하여 물의 흐름을 허용하는 구조로 유속이 감소된다. 이로 인하여 제방세굴을 방지하고 부유사의 퇴적을 유발한다. 또한, 불투과 수제는 이러한 수제를 통하여 물의 흐름을 허용하지 않는 구조로서 비월류형과 월류형으로 분류된다.
또한, 수제의 방향에 의하여 수제가 제방에서 하심을 향하여 흐름에 직각인 수제를 횡수제, 흐름방향과 평행한 수제를 평행수제라 하며, 예를 들면, 평행수제는 주로 흐름을 유도하기 위해서 채택된다.
또한, 그 재료와 형태에 따르면, 첫째, 대표적인 투과 수제인 말뚝수제가 있다. 말뚝수제는 목재 또는 철근 콘크리트말뚝을 하나 또는 여러 개의 말뚝 묶음으로, 한줄 또는 여러 줄로 박고, 말뚝을 종횡 또는 대각선 방향으로 연결하여 일체로 작용하도록 한다. 둘째, 침상수제로서, 하상을 덮는 형태의 수제로서 불투과수제로 설치되는 경우가 많다. 이때, 사용하는 재료에 따라 섶침 상수제, 이러한 섶침 상수제 위에 말뚝을 박고 침상위에 돌을 놓는 말뚝상치 수제, 사각형 목제틀에 돌을 채운 목공침상 수제, 사각형 철근 콘크리트틀에 돌을 채운 콘크리트방틀 수제가 있다. 셋째, 뼈대 수제는 목재나 철근콘크리트 부재로 만든 삼각형 또는 사각형틀을 여러 개 연결하고, 그 내부공간을 돌 등으로 채운 수제이다. 넷째, 콘크리트블록 수제는 콘크리트블록을 조합한 수제로서, 모양, 크기 및 투과도는 임의로 변경할 수 있다. 다섯째, 날개수제(vane groin)은 직사각형 판형상의 수제로서, 2?4개를 한 줄로 하여 흐름을 따라 여러 줄을 설치한다. 여섯째, 기타 재료 및 형태의 수제로서, 흙을 이용한 흙수제, 폐타이어를 이용한 타이어수제, 철재앵글을 육각형 모양으로 조립한 철재수제(jack) 등이 있다.
한편, 대한민국 등록특허번호 제10-0306394호에는 "자연형 하천의 수제조성 공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 자연형 하천의 수제조성 공법에 의하여 하천에 조성된 수제를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 자연형 하천의 수제조성 공법은, 먼저, 수제(10)를 조성하기 위하여 섶단(11)을 제작한다. 즉, 침엽수가지를 조밀하게 꼬아 내부를 만들고 외부는 맹아력이 있는 나뭇가지를 조밀하게 꼬아 섶단(11)을 제작한다.
다음으로, 물의 흐름 방향에 대하여 비스듬하게 하상을 일정 깊이 파내어 섶단 안착홈(13)을 형성하고, 섶단(11)을 섶단안착홈(13)에 삽입 및 안착시킨다. 즉, 섶단(11)이 완성되면 섶단(11)이 놓일 자리인 하상을 물의 흐름에 비스듬하게 15cm?30cm 정도의 깊이로 파내고, 그 안에 섶단(11)을 균형 있게 놓는다. 또한, 섶단(11)에는 다수개의 버드나무가지(12)를 삽목한다.
다음으로, 섶단(11)이 놓인 하상 부분에 부분적으로 토양을 채워준다. 즉, 삽목된 버드나무가지(12) 뿌리의 원활한 활착을 위하여 파여진 하상 부분에 부분적으로 토양을 채워준다.
다음으로, 섶단(11)을 하상에 고정시킨다. 즉, 섶단(11)의 고정을 위하여 섶단(11)의 상부로부터 하상까지 다수개의 나무말뚝(14)을 박아 하상에 섶단(11)을 고정시킨 후, 섶단(11)의 주변에 돌(15)을 쌓아 수제(10)를 완성한다. 여기서, 수제(10)의 길이와 높이, 수제(10)의 간격은 하천의 상태 즉, 흐름에 대한 저항, 하상의 변화, 하상고, 하폭 등에 따라 달라질 수 있다.
종래의 기술에 따른 자연형 하천의 수제조성 공법은, 하천에서의 물의 흐름을 조절하여 제방과 하상을 보호하는 수제의 기능적 측면뿐만 아니라 하안을 신속히 녹화하고 어류 등의 산란 장소를 제공하는 등 자연친화적인 수제를 조성할 수 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-0697506호에는 "조립형 수제"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 조립형 수제가 조립된 상태를 나타내는 도면이다.
종래의 기술에 따른 조립형 수제는 도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 단위 블록으로 형성되며, 이러한 단위 블록을 결합하여 조립형 수제를 완성하게 된다. 즉, 측면 4면에 조립홈(24)이 형성된 큰 육각면체(22), 및 상기 큰 육각면체(22) 상부에 상기 조립홈(24) 내에 대략 절반이 수용되는 크기를 가진 작은 육각면체(23)로 구성되며, 도 2의 b)에 도시된 바와 같이 각 몸체(21)간이 적층하여 조립 설치가 가능하다. 또한, 큰 육각면체(22) 저면에 십자형 통로를 설치하여 어류와 저서생물 등의 서식처가 될 수 있다.
또한, 끊임없이 변화하는 하천은 일정시간이 경과하면 수제의 위치를 변경시킬 필요가 있으며, 또는 잘못된 설치로 인하여 이동이 필요할 때, 항상 돌출된 상태에 있는 작은 육각면체(23)의 이동홈(25)을 통하여 몸체(21)에 별도의 손상 없이도 이동시킬 수 있다.
종래의 기술에 따른 조립형 수제에 따르면, 하안 침식을 방지하고 어소블록의 기능을 겸할 수 있으며, 콘크리트 구조체로 하여 조립 결합할 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따르면, 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천 또는 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용하기 어렵다. 즉, 전술한 자연형 하천의 수제 및 조립형 수제 등 종래의 기술에 따른 수제는 전면이 개방되어 하천수와 물리적으로 접촉되어 있는 구조이며, 이때, 수제 내부에서 순환류가 형성되고 유속이 약해지지만, 개방부가 물과 접촉함으로써 유속의 저감 정도가 매우 작다는 문제점이 있다.
1) 대한민국 등록특허번호 제10-0306394호(출원일: 1998년 09월 22일), 발명의 명칭: "자연형 하천의 수제조성 공법" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-0697506호(출원일: 2002년 08월 01일), 발명의 명칭: "조립형 수제" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-0970500호(출원일: 2010년 01월 15일), 발명의 명칭: "하천 만곡부 국소세굴 및 하안 침식방지 수제블록과 이를 이용한 날개형 수제공법" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-0746245호(출원일:2006년 09월 20일), 발명의 명칭: "생태적 수질정화 미디어 및 이를 갖는 수제 배석형 시스템"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천 또는 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용됨으로써, 하안부의 에너지 저감을 통해 자연스러운 하안 형성을 촉진하고, 하도 중앙부의 소류력을 복원할 수 있는 웅덩이형 수제의 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 자연 하안의 형성을 유도하며, 하도 중앙의 하상재료 이동성을 복원할 수 있고, 하안 고유의 식생 활착을 촉진시킬 수 있는 웅덩이형 수제의 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 웅덩이형 수제의 시공 방법은, a) 웅덩이형 수제의 설치 위치에 대응하여 저수로에 가물막이를 설치하는 단계; b) 상기 웅덩이형 수제가 설치될 고수부지 및 저수로 부분의 터파기를 시행하는 단계; c) 저수로의 폭, 유속 및 소류력에 근거하여 웅덩이형 수제의 길이 및 폭을 결정하는 단계; d) 홍수량에 근거하여 수제 표고를 결정하는 단계; e) 상기 수제 표고 및 하상 매설 깊이에 따라 상기 웅덩이형 수제의 높이를 결정하는 단계; 및 f) 고수부지 매설 깊이 및 하상 매설 깊이 지점부터 웅덩이형 수제를 설치하는 단계를 포함하되, 상기 웅덩이형 수제는 측면부 및 전면부가 웅덩이부를 형성하며, 상기 웅덩이형 수제의 전면부의 전부 또는 일부를 폐쇄하여 웅덩이부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 웅덩이형 수제는 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천이나 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용될 수 있다.
여기서, 상기 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 상기 웅덩이부의 하안을 형성하기 위해서 웅덩이형 수제의 전면부 전부를 폐쇄하며, 상기 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 웅덩이부 퇴적구간이 형성되며, 상기 웅덩이부 퇴적구간에 하안이 형성되어 하안 식생이 유입될 수 있다.
여기서, 상기 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 하안을 형성하고, 수생생물의 서식처 형성을 위해 웅덩이형 수제의 전면부 일부를 폐쇄하며, 상기 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 웅덩이부 퇴적구간 및 개방부 퇴적구간이 형성되며, 상기 웅덩이부 퇴적구간에 하안이 형성되어 하안 식생이 유입되고, 상기 개방부 퇴적구간의 나머지 부분에 유수 흐름이 약한 만 형태가 조성되어 수생생물의 서식, 피난 및 산란처의 역할을 할 수 있다.
여기서, 상기 b) 단계는 상기 웅덩이형 수제와 연결되는 고수부지는 50cm 이상의 폭 및 하상고+30cm 이상의 깊이로 터파기를 시행하고, 상기 웅덩이형 수제의 저수로 부분은 하상으로 30cm 이상의 터파기를 시행할 수 있다.
여기서, 상기 웅덩이형 수제는 평균 저수로 폭을 고려하여 수제의 길이가 결정되고 상기 수제의 길이에 대응하여 수제의 폭이 결정되며, 상기 웅덩이부의 개수는 적어도 3개 이상 설치될 수 있다.
여기서, 상기 c) 단계의 웅덩이형 수제의 길이는 웅덩이가 퇴적된 이후의 유속 및 소류력을 고려하여 상기 저수로 폭의 20~40%일 수 있다.
여기서, 상기 웅덩이형 수제의 측면부는 상기 저수로 폭 방향에 대해 20~30도의 경사각으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 웅덩이부는 측면부×전면부의 단위 웅덩이 면적이 적어도 2m×2m 이상이 되도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 웅덩이형 수제의 구성 재료는 호박돌, 사석, 콘크리트 구조물, 돌망태 중에서 선택되며, 상기 콘크리트 구조물은 적용 대상 하천이 급경사인 경우에 사용될 수 있다.
여기서, 상기 d) 단계의 수제 표고는 1년 빈도 홍수량의 수위가 최고점이 되도록 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 웅덩이형 수제의 시공 방법은, g) 상기 웅덩이형 수제와 상기 고수부지가 연결되는 고수부지 연결부의 상부를 보강하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고수부지 연결부는 2~3년 빈도 홍수량의 수위에 대응하는 고수부지 표고에 근거하여 상기 웅덩이형 수제에 사용되는 돌의 1.3배 크기의 돌을 쌓아 보강될 수 있다.
본 발명에 따르면, 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천 또는 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용됨으로써, 하안부의 에너지 저감을 통해 자연스러운 하안 형성을 촉진하고, 하도 중앙부의 소류력을 복원할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자연 하안의 형성을 유도하며, 하도 중앙의 하상재료 이동성을 복원할 수 있고, 하안 고유의 식생 활착을 촉진시킬 수 있다. 즉, 저수로 폭의 최소 20% 크기로 계획되어 퇴적이 완전히 유도된 이후에는 저수로 흐름 단면적의 20% 이상을 자연스럽게 막게 되며, 저수로 나머지 부분으로만 유수가 소통되어 흐름이 집중되고, 이에 따라 유속이 증가하고 결과적으로 소류력을 증가시킴으로써 하도 중앙의 하상재료의 이동성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 자연형 하천의 수제조성 공법에 의하여 하천에 조성된 수제를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 조립형 수제가 조립된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제가 설치된 경우를 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제 공법의 시공 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제의 퇴적 구간을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제의 수평 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제의 수평 형상을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제의 수직 형상을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제를 형성하기 위한 호박돌을 예시하는 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제를 형성하기 위한 사석을 예시하는 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제 공법은, 과대하게 확폭하여 소류력이 현저히 저하하여 하상 중앙 등에 새롭게 퇴적이 발생하는 하천에 적용되거나, 또는 유량에 비해서 하폭이 과도하여 평소에 수심이 낮은 하천에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제가 설치된 경우를 나타내는 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제 공법의 시공 과정을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제 공법은, 웅덩이형 수제(100)의 설치 위치에 대응하여 저수로(200)에 가물막이를 설치한다(S110). 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 웅덩이형 수제(100)의 설치부에서 종방향으로 상류 10m에서 하류 10m 이상, 그리고 횡방향으로 수제길이+5m 이상의 구간을 확보하여 가물막이를 설치한다.
다음으로, 상기 웅덩이형 수제(100)가 설치될 고수부지(300) 및 저수로(200) 부분의 터파기를 시행한다(S120). 즉, 상기 웅덩이형 수제(100)와 연결되는 고수부지(300)는 50cm 이상의 폭 및 하상고+30cm 이상의 깊이로 터파기를 시행하고, 상기 웅덩이형 수제(100)의 저수로(200) 부분은 하상으로 30cm 이상의 터파기를 시행한다.
다음으로, 저수로의 폭, 유속 및 소류력에 근거하여 웅덩이형 수제의 길이 및 폭을 결정한다(S130). 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제(100)는 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천이나 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용될 수 있다.
상기 웅덩이형 수제(100)는 측면부 및 전면부가 웅덩이부를 형성하며, 상기 웅덩이형 수제의 전면부의 전부 또는 일부를 폐쇄하여 웅덩이부를 형성하게 된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제(100)는 상향(또는 하향) 수제의 전면부를 폐쇄하여 웅덩이를 만든 형태 또는 상향(또는 하향) 수제의 일부를 폐쇄하여 웅덩이를 만들고 웅덩이 외측으로 수제가 돌출되어 있는 형태일 수 있다.
또한, 상기 웅덩이형 수제(100)는 평균 저수로 폭을 고려하여 수제의 길이가 결정되고 상기 수제(100)의 길이에 대응하여 수제의 폭이 결정되며, 상기 웅덩이부의 개수는 적어도 3개 이상 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 웅덩이형 수제(100)의 길이는 웅덩이가 퇴적된 이후의 유속 및 소류력을 고려하여 상기 저수로 폭의 20~40%일 수 있다. 또한, 상기 웅덩이형 수제(100)의 측면부는 상기 저수로 폭 방향에 대해 20~30도의 경사각으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 웅덩이부는 측면부×전면부의 단위 웅덩이 면적이 적어도 2m×2m 이상이 되도록 형성될 수 있다.
다음으로, 홍수량에 근거하여 수제 표고를 결정한다(S140). 이때, 상기 수제 표고는 1년 빈도 홍수량의 수위가 최고점이 되도록 설정될 수 있다.
다음으로, 상기 수제 표고 및 하상 매설 깊이에 따라 상기 웅덩이형 수제(100)의 높이를 결정한다(S150).
다음으로, 고수부지 매설 깊이 및 하상 매설 깊이 지점부터 웅덩이형 수제(100)를 설치한다(S160). 즉, 호박돌이나 사석을 배치하여 웅덩이형 수제(100)를 설치하거나, 또는 거푸집을 설치하여 웅덩이형 수제(100)의 형상을 조성할 수 있다. 예를 들면, 상기 웅덩이형 수제(100)의 구성 재료는 호박돌, 사석, 콘크리트 구조물, 돌망태 중에서 선택될 수 있으며, 허용 소류력을 계산하여 이동에 안전한 크기의 호박돌 및 사석을 선정할 수 있고, 또는 콘크리트 구조물로 형상을 재현하여 구성할 수도 있다.
다음으로, 상기 웅덩이형 수제(100)와 상기 고수부지(300)가 연결되는 고수부지 연결부의 상부를 보강한다(S170). 이때, 상기 고수부지 연결부는 2~3년 빈도 홍수량의 수위에 대응하는 고수부지 표고에 근거하여 상기 웅덩이형 수제(100)에 사용되는 돌의 1.3배 크기의 돌 쌓기로 보강될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천 또는 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용됨으로써, 하안부의 에너지 저감을 통해 자연스러운 하안 형성을 촉진하고, 하도 중앙부의 소류력을 복원할 수 있고, 자연 하안의 형성을 유도하며, 하도 중앙의 하상재료 이동성을 복원할 수 있고, 하안 고유의 식생 활착을 촉진시킬 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제의 퇴적 구간을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제의 수평 형상을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100a)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 측면부(110a) 및 전면부(120a)를 포함하며, 웅덩이부의 하안을 형성하기 위해서 웅덩이형 수제의 전면부(120a) 전부를 폐쇄한다. 즉, 상기 수제 전면부(120a) 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100a)는 도 6에 도시된 바와 같이 웅덩이부 퇴적구간(130a)이 형성되며, 상기 웅덩이부 퇴적구간(130a)에 하안이 형성되어 하안 식생이 유입될 수 있다.
이때, 웅덩이형 수제(100a)는 전면부(120a)가 폐쇄되어 저수로(200)의 물 흐름의 저항을 증가시킴으로써, 웅덩이부 내부의 유속을 크게 떨어뜨려서 홍수시 웅덩이부를 지나는 토사의 퇴적을 유도한다.
또한, 웅덩이 내부에는 순환류가 형성됨으로써 퇴적된 토사가 웅덩이 외부로 탈출하지 못하며 외부의 유사는 쌓이는 구조가 된다.
또한, 웅덩이 내부의 퇴적은 자연적으로 이루어지므로 인공적인 형태가 아닌 자연적 하안부를 만들게 되며, 물의 영향을 받는 하안 식생이 자연스럽게 정착될 수 있다. 즉, 물과 가깝고 퇴적이 고수부지 표고보다는 낮게 되므로 고수부지에 정착하는 육상생물은 활착하기 힘든 구조가 된다.
도 7을 참조하면, d1은 저수로의 폭을 나타내며, d2는 웅덩이형 수제(100a)의 길이, 즉, 측면부의 길이를 나타내고, d3은 전면부(120a)의 단위 길이를 나타내며, d4는 웅덩이형 수제(100a)가 하상에 매설되는 깊이를 나타낸다.
이때, 웅덩이형 수제(100a)의 길이(d2)는 웅덩이가 퇴적된 이후의 유속 및 소류력을 고려하여 저수로 폭의 20~40%로 결정하는 것이 바람직하며, 또한, 웅덩이형 수제(100)의 폭(d3)은 길이(d2)와 실질적으로 동일하게 결정되며, 경사각(α)은 20~30도 사이에서 형성될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제(100)는 구간 단위로 설치되는데, 즉, 하폭이 지나치게 넓고 수심이 적은 하천을 개선하기 위해서 적용되는 공법이므로 개선이 필요한 구간(수백 m~수 ㎞)에 계획하며 평균 저수로 폭을 고려하며 수제의 길이 결정되고 이에 따라 웅덩이형 수제의 폭이 결정된다. 이때, 웅덩이의 개수는 구간/수제의 폭으로 계산될 수 있고, 국부적으로 설치될 경우에는 최소 3개 이상의 설치가 필요하다.
또한, 웅덩이의 크기는 저수로 폭을 고려하여 현장 여건에 대응하는 평면 형태에 따라 결정되어야 한다. 다만 하천의 크기가 작아서 산정된 웅덩이의 규모가 약 2m×2m 이하가 되는 경우에는 경제성이 떨어질 수 있으므로, 측면부×전면부의 단위 웅덩이 면적이 적어도 2m×2m 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제의 수평 형상을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제는, 고수부지(300) 매립 길이(d5)는 최소 50cm 이상이 매립되도록 구성된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제의 높이, 즉, 수제 표고(H1)는 1년 빈도 홍수량의 수위(지배유량시 수위)가 최고점이 되도록 설정하며, 예를 들면, 하상에서 30cm 이상(d6+d7) 매설되도록 구성될 수 있다.
또한, 고수부지 연결부는 수위가 월류할 경우, 최대 유속이 발생하는 지점으로서, 2~3년 빈도 홍수량의 수위에 대응하는 고수부지 표고(H2)에 근거하여 웅덩이형 수제에 이용되는 돌(160)의 1.3배 크기의 돌(170)로 보강된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100a)는 저수로 폭의 최소 20% 크기로 계획되어 퇴적이 완전히 유도된 이후에는 저수로 흐름 단면적의 20% 이상을 자연스럽게 막게 되며, 저수로 나머지 부분으로만 유수가 소통되어 흐름이 집중되고, 이에 따라 유속이 증가하고 결과적으로 소류력을 증가시킴으로써 하상재료의 이동성을 증가시킬 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100b)를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100b)의 수직 형상을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100b)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 측면부(110b) 및 전면부(120b)를 포함하며, 하안을 형성하고, 수생생물의 서식처(150b) 형성을 위해 웅덩이형 수제의 전면부(120b) 일부를 폐쇄한다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전면부(120b) 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100b)는 웅덩이부 퇴적구간(130b) 및 개방부 퇴적구간(140b)이 형성되며, 상기 웅덩이부 퇴적구간(130b)에 하안이 형성되어 하안 식생이 유입되고, 상기 개방부 퇴적구간(140b)의 나머지 부분(150b)에 유수 흐름이 약한 만 형태가 조성되어 수생생물의 서식, 피난 및 산란처의 역할을 할 수 있다.
전술한 도 5에 도시된 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100a)는 하안 형성을 목적으로 하는 경우 적용되며, 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100b)는 하안형성 및 수생생물의 서식처 형성의 두 가지 목적으로 적용될 수 있다.
다시 말하면, 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100a)의 경우, 웅덩이부에 회전류가 발생하고 웅덩이 내부에 퇴적이 발생하여 자연스러운 하안이 형성되며 하안 식생이 유입될 수 있다. 또한, 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제(100b)의 경우, 웅덩이부에 회전류가 발생하고 개방부에도 일반적인 수제에서 나타나는 회전류가 발생한다. 웅덩이부는 전체적인 퇴적이 발생하여 전면 폐쇄한 경우와 마찬가지로 하안이 형성되며 하안식생이 유입되고, 개방부에는 일부 구간에 퇴적이 발생하고 개방부의 나머지 부분은 흐름이 약한 만 형태가 조성되어 수생생물의 서식, 피난, 산란처의 역할을 하게 된다.
한편, 소류력(Tractive force)이란 유속이 커지면서 강바닥의 토사와 자갈이 이동하는 것으로, 이동형식에 따라 구르면서 흐르는 전동(轉動), 미끄러지며 흐르는 활동(滑動), 위로 솟구쳐 이동하는 약동(躍動), 떠내려가는 부류(浮流)로 나눌 수 있다. 유수의 힘이 강바닥의 저항력보다 커졌을 때, 모래와 자갈을 이동시키므로, 이러한 소류력은 유수에 의하여 강바닥에 작용하는 마찰이라 할 수 있다. 이때, 수심과 수면기울기에 따라 소류력을 구할 수 있다.
구체적으로, 이러한 소류력의 식은 특히 홍수 때의 모래와 자갈의 이동을 알아내기 위한 기본적인 공식을 말한다.
먼저, 유수의 단면적을 A, 길이를 dx라고 한다면, ρ0 Adx ㅇI =
Figure pat00001
P dx가 되며, 여기서,
Figure pat00002
가 소류력이고, I는 수면기울기, P는 단면 A의 윤주(潤周), ρ0은 물의 단위중량이다. 이때, A/P=R을 경심(徑深)이라 하면, 소류력(
Figure pat00003
)는 τ=ρ0R로 표시될 수 있다. 또한, P ＞30R인 경우에는 R 대신에 수심(
Figure pat00004
)을 사용할 수도 있다. 이러한 경우, τ=ρ0
Figure pat00005
I로 된다. 이 식은 일반적으로 듸뷔아의 식이라 한다. 이에 따르면 소류력은 수심과 수면기울기에 의하여 구할 수 있다.
다시 말하면, 하상에 작용하는 소류력(
Figure pat00006
)은
Figure pat00007
로 주어지며, 이때,
Figure pat00008
는 수심을 나타내고,
Figure pat00009
는 마찰경사를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제는 퇴적에 의해 유수 단면적이 감소하고, 유속(V)이 증가하여 하천의 전체적인 소류력을 증가시키는 기능을 한다.
또한, V=Q/A이므로 저수로 만제유량 상황을 고려하면, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제는 최소 전체 저수로 면적의 20%를 감소시키므로 유속(V)은 1.25배 증가한다. 또한, 매닝 공식에 의해 유속(V)은
Figure pat00010
이므로 마찰경사는 1.56배 증가하고, 하상에 작용하는 소류력(
Figure pat00011
)도 소류력 계산식에 의해 1.56배 증가한다. 즉, 하상에 작용하는 소류력은 20% 정도의 흐름면적 감소에 대해서 1.56배 증가하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제(100)의 구성 재료는 도 11에 도시된 호박돌, 도 12에 도시된 사석, 콘크리트 구조물, 돌망태 중에서 선택될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제를 형성하기 위한 호박돌을 예시하는 사진이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제를 형성하기 위한 사석을 예시하는 사진이다.
호박돌(Boulder stone)은 하천이나 산에서 구할 수 있는 자연석 중에서 호박처럼 둥근 천연 석재로서, 통상적으로 지름이 18cm 이상인 돌을 말한다. 예를 들면, 호박돌은 수로의 사면보호, 연못바닥, 원로의 포장 등에 쓰인다. 도 11의 a)는 하천에 있는 호박돌을 나타내며, 도 11의 b)는 호박돌로 쌓아올린 담을 나타낸다.
도 12는 물의 흐름에 견딜 수 있는 큰 중량의 사석(捨石)을 나타내며, 사석은 막깬 돌중에서 유수에 견딜 수 있는 중량을 가진 큰 돌을 말한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제를 형성하기 위해서 호박돌과 사석은 큰 차이가 없지만, 친수적인 측면과 조경적인 측면에서 호박돌이 바람직하다.
또한, 생태적인 측면에서는 다공질 재료인 호박돌이나 사석이 콘크리트 구조물에 비해서 유리할 수 있다. 하지만, 적용 대상 하천이 급경사로서 설계 유속에 지지하기 위해서 1m 이상의 거석이 이용되는 경우, 웅덩이형 수제 자체의 폭이 커져서 웅덩이부의 크기가 지나치게 작아질 수 있으므로 이러한 경우 콘크리트 구조물로 웅덩이를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 돌망태를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 웅덩이형 수제를 형성할 수도 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 저수로 폭의 최소 20% 크기로 계획되어 퇴적이 완전히 유도된 이후에는 저수로 흐름 단면적의 20% 이상을 자연스럽게 막게 되며, 저수로 나머지 부분으로만 유수가 소통되어 흐름이 집중되고, 이에 따라 유속이 증가하고 결과적으로 소류력을 증가시킴으로써 하도 중앙의 하상재료의 이동성을 증가시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 웅덩이형 수제
200: 저수로(또는 하천)
300: 고수부지
100a: 전면부 전부 폐쇄 웅덩이형 수제
100b: 전면부 일부 폐쇄 웅덩이형 수제
110a, 110b: 수제 측면부
120a, 120b: 수제 전면부
130a, 130b: 웅덩이부 퇴적구간
140b: 개방부 퇴적구간
150b: 수생생물 서식처
160: 웅덩이형 수제용 사석(호박돌)
170: 고수부지 보강용 사석(호박돌)
H1: 수제 표고
H2: 고수부지 표고

Claims (17)

  1. a) 웅덩이형 수제의 설치 위치에 대응하여 저수로에 가물막이를 설치하는 단계;
    b) 상기 웅덩이형 수제가 설치될 고수부지 및 저수로 부분의 터파기를 시행하는 단계;
    c) 저수로의 폭, 유속 및 소류력에 근거하여 웅덩이형 수제의 길이 및 폭을 결정하는 단계;
    d) 홍수량에 근거하여 수제 표고를 결정하는 단계;
    e) 상기 수제 표고 및 하상 매설 깊이에 따라 상기 웅덩이형 수제의 높이를 결정하는 단계; 및
    f) 고수부지 매설 깊이 및 하상 매설 깊이 지점부터 웅덩이형 수제를 설치하는 단계
    를 포함하되,
    상기 웅덩이형 수제는 측면부 및 전면부가 웅덩이부를 형성하며, 상기 웅덩이형 수제의 전면부의 전부 또는 일부를 폐쇄하여 웅덩이부를 형성하는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웅덩이형 수제는 과도한 확폭으로 하상의 이동성이 교란된 하천이나 평시 유량이 작아서 수심 확보가 어려운 구간에 적용되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 상기 웅덩이부의 하안을 형성하기 위해서 웅덩이형 수제의 전면부 전부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전면부 전부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 웅덩이부 퇴적구간이 형성되며, 상기 웅덩이부 퇴적구간에 하안이 형성되어 하안 식생이 유입되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 하안을 형성하고, 수생생물의 서식처 형성을 위해 웅덩이형 수제의 전면부 일부를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전면부 일부를 폐쇄한 웅덩이형 수제는 웅덩이부 퇴적구간 및 개방부 퇴적구간이 형성되며, 상기 웅덩이부 퇴적구간에 하안이 형성되어 하안 식생이 유입되고, 상기 개방부 퇴적구간의 나머지 부분에 유수 흐름이 약한 만 형태가 조성되어 수생생물의 서식, 피난 및 산란처의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 웅덩이형 수제와 연결되는 고수부지는 50cm 이상의 폭 및 하상고+30cm 이상의 깊이로 터파기를 시행하고, 상기 웅덩이형 수제의 저수로 부분은 하상으로 30cm 이상의 터파기를 시행하는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 웅덩이형 수제는 평균 저수로 폭을 고려하여 수제의 길이가 결정되고 상기 수제의 길이에 대응하여 수제의 폭이 결정되며, 상기 웅덩이부의 개수는 적어도 3개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계의 웅덩이형 수제의 길이는 웅덩이가 퇴적된 이후의 유속 및 소류력을 고려하여 상기 저수로 폭의 20~40%인 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웅덩이형 수제의 측면부는 상기 저수로 폭 방향에 대해 20~30도의 경사각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 웅덩이부는 측면부×전면부의 단위 웅덩이 면적이 적어도 2m×2m 이상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 웅덩이형 수제의 구성 재료는 호박돌, 사석, 콘크리트 구조물, 돌망태 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 콘크리트 구조물은 적용 대상 하천이 급경사인 경우에 사용되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계의 수제 표고는 1년 빈도 홍수량의 수위가 최고점이 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    g) 상기 웅덩이형 수제와 상기 고수부지가 연결되는 고수부지 연결부의 상부를 보강하는 단계
    를 추가로 포함하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고수부지 연결부는 2~3년 빈도 홍수량의 수위에 대응하는 고수부지 표고에 근거하여 상기 웅덩이형 수제에 사용되는 돌의 1.3배 크기의 돌을 쌓아 보강되는 것을 특징으로 하는 웅덩이형 수제의 시공 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 웅덩이형 수제의 시공 방법에 의해 시공된 웅덩이형 수제.
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