[표지]
요약문
Executive Summary
목차
I. 연구개요 21
제1장 연구 개요 23
1. 연구 필요성 23
2. 연구목표 24
3. 연구내용 및 범위 25
4. 사업과의 연계성 30
5. 연구성과 활용방안 및 기대효과 32
6. 국내외 기술동향 33
II. 하천시설물 설계기법 개발 47
제2장 제방침식 방지기술 개발 방향 49
1. 국내 호안 피해사례 및 설계현황 조사·분석 49
2. 국내·외 호안 설계동향 및 비교 분석 52
3. 예비실험을 통한 기존 호안 설계기법 검토 59
4. 호안 실험기법 개발 및 실험준비 70
제3장 경질성 호안 수리실험 및 설계기법 개발 81
1. 경질성 호안 수리실험 81
2. 호안공 검증 실규모 수리실험 118
제4장 연질성 호안 설계기법 개발 127
1. 제방식재 연구동향 조사 및 분석 127
2. 식생호안 안정성 평가 및 설계기술 134
3. 제방설계를 위한 홍수파형 결정 145
제5장 하도(만곡) 특성을 고려한 호안공종별 안정성 평가기술 개발 159
1. 하도 만곡특성에 따른 호안 안정성 평가 및 설계기술 159
제6장 제방침식방지 호안설계기법 제안 181
1. 모멘트 안정해석 181
2. 호안 설계기법 제안 189
III. 하천시설물 설계프로그램 개발 195
제7장 하천흐름 및 유사해석모형 평가 및 개발방향 설정 197
1. 국내·외 연구동향 197
2. 1차원 흐름해석 모형 및 하상변동 모형 개요 200
3. 2차원 흐름해석 모형 개요 207
4. 수치모형 평가 및 개발방향 검토 218
제8장 하천흐름 해석모형 개발 221
1. 1차원 흐름해석 모듈 개발 221
2. 2차원 흐름해석 모형 개발 243
3. 1, 2차원 흐름해석 연계방안 검토 258
제9장 하천시설물 설계 프로그램 개발 263
1. 하천시설물 설계프로그램 개발 263
IV. 결론 277
제10장 결론 279
제11장 참고문헌 283
서지자료 292
Bibliographic Data 293
판권기 294
표 1.1. 총괄연구내용 25
표 1.2. 연차별 연구내용 25
표 1.3. 1차년도 세부 연구 추진일정 27
표 1.4. 2차년도 세부 연구 추진일정 27
표 1.5. 3차년도 세부 연구 추진일정 28
표 1.6. 최종년도(2013년) 세부 연구 추진일정 29
표 1.7. 하천흐름 및 유사이송 수치모형 해외연구 동향 45
표 2.1. 침식 사례의 세부 분류 및 원인 51
표 2.2. 호안 설계 경험식 55
표 2.3. 실험조건 63
표 2.4. 사석공 이탈시 대표유속 비교 66
표 2.5. 기존 사석호안 공식에 접근유속과 국부유속을 적용시 안전율 68
표 2.6. 수리실험에 적용된 사석 제원 71
표 2.7. 제안된 호안공종별 최적 경험식 72
표 3.1. 실험모형 제원 88
표 3.2. 돌망태 호안 실험조건 90
표 3.3. 호안재료에 따른 붕괴특성 100
표 3.4. 직선수로 사석크기별 대표유속 114
표 3.5. 직선수로 블록크기별 대표유속 115
표 3.6. 돌망태 호안 사석크기별 대표유속 117
표 3.7. 호안공 검증실험 실험조건 123
표 3.8. 실험측정 결과 125
표 4.1. 지질학적 분석에 고려된 주요인자 128
표 4.2. 수치해석 방법별 계산 가능한 수리량 132
표 4.3. 하도의 세그먼트 분류와 특징 136
표 4.4. 유속의 주요한 보정항목 140
표 4.5. 양양 남대천 식생공 내·외력 산정 결과 141
표 4.6. 강릉 남대천 식생공 내·외력 산정 결과 141
표 4.7. 홍천강 내촌천 식생공 내·외력 산정 결과 142
표 4.8. 전단응력 지속시간(t) 산정결과 143
표 4.9. 허용침식깊이(Zbrk) 민감도 분석 결과(이미지참조) 144
표 4.10. 한강 수계 대상지점 148
표 4.11. 낙동강 수계 대상지점 148
표 4.12. 금강 수계 대상지점 149
표 4.13. 섬진강 수계 대상지점 149
표 4.14. 영산강 수계 대상지점 149
표 4.15. 한강 수계 대상지점의 기설제방고 및 여유고 150
표 4.16. 낙동강 수계 대성지점의 기설제방고 및 여유고 150
표 4.17. 금강 수계 대상지점의 기설제방고 및 여유고 151
표 4.18. 섬진강 수계 대상지점의 기설제방고 및 여유고 151
표 4.19. 영산강 수계 대상지점의 기설제방고 및 여유고 151
표 4.20. 한강 수계 합성홍수파형 155
표 4.21. 낙동강 수계 합성홍수파형 156
표 4.22. 금강 수계 합성홍수파형 156
표 4.23. 섬진강 수계 합성홍수파형 156
표 4.24. 영산강 수계 합성홍수파형 157
표 5.1. 실험수로 제원 165
표 5.2. 만곡부 호안 실험조건 167
표 5.3. 곡률반경 및 사석크기별 대표유속 176
표 5.4. 직선 및 만곡수로 사석크기별 대표유속 177
표 6.1. 안정인자 계산 방법 183
표 6.2. 안정인자 계산 방법 184
표 6.3. 안정인자 계산 방법 185
표 6.4. 안정인자 계산 방법 186
표 6.5. 안정인자 계산 방법 188
표 6.6. 기존 호안 설계식 189
표 6.7. 기존 호안설계식 적용을 통해 산정된 안전율 190
표 6.8. 호안설계식 제안 192
표 8.1. 횡월류유량 유량계수 CM 산정공식(이미지참조) 236
표 8.2. 국내 유역종합치수계획 강변저류지 계획 및 홍수조절효과 238
표 8.3. 밀양강수계 강변저류지 제원 238
그림 1.1. 연구개발 목표 24
그림 1.2. 연구 수행체계 29
그림 1.3. 거시 기술로드맵 30
그림 1.4. 세부기술간 상관도 31
그림 1.5. 호안공종별 설치분포 33
그림 1.6. 일본 하천제방설계지침(일본 건설성, 2000) 호안공 설계세목 39
그림 1.7. 하천흐름 및 유사이송 해석을 위한 해외개발모형 44
그림 2.1. 제방붕괴 유형 50
그림 2.2. 1987년부터 2006년까지의 제방붕괴사례 분석 결과 51
그림 2.3. 강우와 하천수의 침투에 의한 하천제방 피해의 발생과정 53
그림 2.4. 기존 호안 설계 경험식 비교 56
그림 2.5. 예비실험수로 평면도 60
그림 2.6. 예비실험수로 전경 61
그림 2.7. 실험수로내 비탈면에 설치된 사석공 61
그림 2.8. 유량공급수조 및 수위-유량 수문곡선 62
그림 2.9. 예비실험 수로내 측정지점 63
그림 2.10. 사석공 붕괴재현 64
그림 2.11. 예비실험시 수심평균유속 분포 65
그림 2.12. 사석크기별 이탈유속 분포와 접근유속에 대한 이탈유속 비교 67
그림 2.13. 실험수로 제원 71
그림 2.14. 실험수로 제원 72
그림 2.15. 호안블록 수리특성치 시험 개요 73
그림 2.16. ASTM 콘크리트 블록 호안 안정성 평가 실험수로 74
그림 2.17. 다목적 실험수로 제작과정 75
그림 2.18. 직선 실험수로 제작과정 76
그림 2.19. 호안 안정성 평가 시험수로 개요 78
그림 2.20. 호안 안정성 시험수로 제작과정 79
그림 3.1. 돌망태 설치전경 및 활용 형태 83
그림 3.2. 직선수로 개요 85
그림 3.3. 돌망태 호안 87
그림 3.4. 호안 실험수로 측정계획 91
그림 3.5. 실험용 1차원 및 2차원 유속계 92
그림 3.6. 돌망태 호안 측정계획 94
그림 3.7. 실험용 1차원 유속계 및 디지털 포인트 게이지 94
그림 3.8. 직선수로 사석호안 붕괴 96
그림 3.9. 직선수로 블록호안 붕괴 98
그림 3.10. 돌망태 호안 이탈과정 101
그림 3.11. 직선수로 사석크기별 수심평균유속 분포 103
그림 3.12. 직선수로 사석크기별 2차원 유속 분포 104
그림 3.13. 직선수로 블록크기별 수심평균유속 분포 107
그림 3.14. 직선수로 블록크기별 2차원 유속 분포 108
그림 3.15. 돌망태내 사석크기 0.01 m 조건에서의 수심평균유속 분포 110
그림 3.16. 돌망태내 사석크기 0.02 m 조건에서의 수심평균유속 분포 111
그림 3.17. 돌망태내 사석크기 0.03 m 조건에서의 수심평균유속 분포 112
그림 3.18. 직선수로 사석호안 이탈시 실험 유속 비교 114
그림 3.19. 직선수로 블록호안 이탈시 실험 유속 비교 115
그림 3.20. 직선수로 사석호안 이탈시 실험 유속 비교 117
그림 3.21. 안동 하천실험센터 전경 118
그림 3.22. 블록 호안공 실험구간 선정 119
그림 3.23. 호안공 검증 실험수로 개요 120
그림 3.24. 호안공 설치 수로 전경 121
그림 3.25. 실험수로별 설치된 제원별 블록호안 121
그림 3.26. 유량공급수조 및 수심계 122
그림 3.27. 횡단 측정계획 123
그림 3.28. 종단 측정계획 124
그림 3.29. 호안 검증실험 125
그림 4.1. 식생 뿌리의 보강효과를 분석하기 위한 좌표계 129
그림 4.2. 수목 너비에 따른 제방파괴의 비율 129
그림 4.3. Sacramento강의 제방식재 현황 및 피해사례 130
그림 4.4. 침식에 대한 안정성 조사 순서도 135
그림 4.5. 일련구간 세분 개념 138
그림 4.6. 유역면적 대비 지속시간 관계 143
그림 4.7. 각 지점 민감도 분석 144
그림 4.8. Mononobe방법을 이용한 홍수지속시간 결정 146
그림 4.9. 침투해석을 위한 홍수파형 결정 방법 147
그림 4.10. 한강대교 지점 합성홍수파형 작성 과정 152
그림 4.11. 낙동 지점 합성홍수파형 작성 과정 153
그림 4.12. 부강 지점 합성홍수파형 작성 과정 153
그림 4.13. 압록 지점 합성홍수파형 작성 과정 154
그림 4.14. 나주 지점 합성홍수파형 작성 과정 155
그림 5.1. 만곡수로 설계동향 161
그림 5.2. 만곡형태에 따른 유속분포 162
그림 5.3. 만곡수로 개요 163
그림 5.4. 만곡수로 실험수로 개요 164
그림 5.5. 곡률반경별 만곡수로 측정계획 168
그림 5.6. 만곡부 호안 이탈과정 170
그림 5.7. 곡률반경 2.5 m 사석공 이탈시 수심평균유속 분포 172
그림 5.8. 곡률반경 3.5 m 사석공 이탈시 수심평균유속 분포 173
그림 5.9. 만곡수로 사석크기별 수심평균유속 분포 174
그림 5.10. 만곡수로 사석크기별 2차원유속 분포 175
그림 5.11. 직선수로 사석호안 이탈시 실험 유속 비교 177
그림 5.12. 직선 및 만곡수로 사석호안 붕괴시 실험 유속 비교 179
그림 6.1. 비탈면 비점착성 입자에 작용하는 분력도 182
그림 6.2. 비탈면 비점착성 입자에 작용하는 분력도 182
그림 6.3. 비탈면 비점착성 입자에 작용하는 분력도 184
그림 6.4. 구형 블록에 작용하는 분력도 186
그림 6.5. 비탈면 비점착성 입자에 작용하는 분력도 187
그림 6.6. 호안공종 실험 추정값과 측정값 비교 191
그림 6.7. 만곡수로 비교 및 보정계수 α 제안 193
그림 7.1. 하천횡단구조물 입력 201
그림 7.2. 측방향 월류 구조물 202
그림 7.3. 강변저류지의 입력용적 202
그림 7.4. 하천횡단구조물 월류 유량 계산 세부사항 203
그림 7.5. 준정상류 입력창 205
그림 7.6. 준정상류 수문곡선 205
그림 7.7. 홍수시 등수위도 209
그림 7.8. 홍수시 등수심 및 유속벡터 209
그림 7.9. 보 주위 등수위도 209
그림 7.10. 보 주위 등수심 및 유속벡터 210
그림 7.11. 수제 주위 등수위도 210
그림 7.12. 수제 주위 등수심 및 유속벡터 210
그림 7.13. 홍수시 등수위도 212
그림 7.14. 홍수시 등수심 및 유속벡터 212
그림 7.15. 보 주위 등수위도 213
그림 7.16. 보 주위 등수심 및 유속벡터 213
그림 7.17. 수제 주위 등수위도 213
그림 7.18. 수제 주위 등수심 및 유속벡터 214
그림 7.19. 홍수시 등수위도 216
그림 7.20. 홍수시 등유속도 216
그림 7.21. 보 주위 등수위도 216
그림 7.22. 보 주위 등유속도 217
그림 7.23. 수제 주위 등수위도 217
그림 7.24. 수제 주위 등유속도 217
그림 7.25. 1, 2차원 연계수치모형 적용 개념도 219
그림 8.1. 가중 4점 음해법 격자망 224
그림 8.2. 하천구간의 개요도 226
그림 8.3. 4대강 다기능보 수문 형태 및 수리모형 구축을 위한 흐름 개념도 227
그림 8.4. 기존 FLDWAV 가동수문 방류량 산정개념 228
그림 8.5. 완전 오리피스 조건 229
그림 8.6. 불완전 오리피스 조건 230
그림 8.7. 수중 위어 조건 231
그림 8.8. 한계류 조건 231
그림 8.9. 위어 흐름 조건 232
그림 8.10. 낙동강 다기능보 수문 운영에 따른 보 상·하류 수위변화 233
그림 8.11. 나주강변저류지 운영에 따른 홍수위변화 234
그림 8.12. 유량계수 CM의 비교(이미지참조) 237
그림 8.13. 일반화된 강변저류지 제원 239
그림 8.14. 수로 단면도 239
그림 8.15. 실험수로 및 저류지 평면도 240
그림 8.16. Case 1 부정류 수문곡선 검보정 결과 241
그림 8.17. Case 2 부정류 수문곡선 검보정 결과 242
그림 8.18. 1차원 흐름에 대한 유한체적법의 변수 정의 개념도 245
그림 8.19. Block-structured 기법을 활용한 하천의 수치격자 생성 결과 249
그림 8.20. 1차원 정상류 모의결과 비교 250
그림 8.21. 90° 만곡부가 존재하는 실험수로의 정상류 흐름모의 251
그림 8.22. 만곡수로 수치모의결과 251
그림 8.23. 만곡수로 주요단면 수치모의결과 비교 252
그림 8.24. 홍수터에 교대가 설치된 복합수로 253
그림 8.25. 복단면수로에 설치된 구조물 주변 수치모의결과 비교(조건 48) 254
그림 8.26. 복단면수로에 설치된 구조물 주변 수치모의결과 비교(조건 55) 255
그림 8.27. 단면이 변화하는 사행수로 256
그림 8.28. 사행수로 수치모의를 위한 수치격자 256
그림 8.29. 사행수로의 유속분포 수치모의결과 비교 257
그림 8.30. 사행수로 수치모의 수위 및 유속결과 257
그림 8.31. WSPC 연계모형 개념도 258
그림 8.32. 1차원, 2차원 및 연계모형 모의결과 비교 259
그림 8.33. WSPC 기반 연계모형 모의결과 및 수위관측결과 비교 259
그림 8.34. 하천의 흐름현상을 고려한 1, 2차원 연계모형 개념도 260
그림 8.35. 1차원, 2차원 수치격자 및 1, 2차원 연계 수치격자 261
그림 8.36. 연계모형 결과의 상대오차 분석 261
그림 8.37. 모형연계기법에 따른 흐름모의결과 비교 262
그림 9.1. 하천시설물 설계프로그램 초기 화면 263
그림 9.2. 1차원 해석모듈 초기화면 264
그림 9.3. 하천선형 입력 265
그림 9.4. 하천단면자료 입력 265
그림 9.5. 다기능보 제원 입력 266
그림 9.6. 강변저류지 제원 입력 267
그림 9.7. 1차원 흐름모의 단면생성 267
그림 9.8. 수문자료 입력 268
그림 9.9. 1차원 흐름해석 수행 269
그림 9.10. 수치모의 결과 분석 269
그림 9.11. 흐름결과를 활용한 공종별 설계제원 산정 270
그림 9.12. 2차원 해석모듈 초기화면 271
그림 9.13. 2차원 지형자료 입력 271
그림 9.14. 하상마찰계수 입력 272
그림 9.15. 하상변동 특성 입력 272
그림 9.16. 2차원 경계조건 입력 273
그림 9.17. 2차원 수치모의 수행 273
그림 9.18. 2차원 흐름모의결과 분석 274
그림 9.19. 2차원 수치모의결과를 활용한 호안공 설계제원 산정 275