설계구속인자를 고려한 자갈하상 하천의 안정하도 설계

Abstract

안정하도 설계는 상류에서 유입되는 유사량과 설계 단면에서 발생하는 유사량이 같아지는 조건을 만족하는 하도의 하폭, 수심, 경사를 결정하는 것을 의미한다. 따라서 안정하도를 설계할 때 가장 지배적인 영향을 미치는 변수는 단면 발생 유사량 계산을 위한 공식의 선정이다. 특히 자갈로 구성된 하상의 유사량을 산정할 경우 모래 하천을 기준으로 개발된 유사이송공식을 활용하게 되면 산정 값에서 큰 오차가 발생 할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 자갈하상에 적용가능 한 유사이송공식을 기존의 안정하도 설계 프로그램에 추가하여 자갈하천 안정하도 단면을 계산하였으며, 특히 설계구속인자가 존재할 경우에 대해 해석적 방법을 적용하여 안정하도 단면을 도출하였다. 그 결과, 하폭의 변화가 제한된 조건의 경우 가장 얕은 수심을 제시한 공식은 Ackers and White 공식이었으며, 자갈하상 공식인 Meyer-Peter and <TEX>$M\ddot{u}ller$</TEX> 공식의 경우 실제 하천 수심 2.4 m에 비해 0.8 m 깊은 수심이 발생하였다. 수심의 변화가 제한된 조건에서는 Engelund and Hansen 공식이 실제 하폭에 비해 약 2배 큰 하폭을 제시하였으며, Meyer-Peter and <TEX>$M\ddot{u}ller$</TEX> 공식의 경우 실제 하천 하폭 44 m 보다 약 20 m 큰 하폭을 제시하였다. Stable channel design is to determine the width, depth and slope for satisfying the condition that the upstream incoming sediment rate is equal to the sediment transport rate at the design channel. Therefore, the most sensitive variable when designing a stable channel is the selection of a sediment transport equation applied for the channel design. Especially if in the case of gravel beds the designer uses the equation developed by using the data of sand rivers, the calculation result of the stable channel section has large errors. In this study, the stable channel design has been applied to the gravel bed river using the previous stable channel design program with newly added the sediment transport equation for gravel beds; and the stable channel section considering design constraints has been produced by using the analytical method. As results, in the case of the application with the fixed width, the depth predicted by Ackers and White's equation was the shallowest and Meyer-Peter and <TEX>$M\ddot{u}ller's$</TEX> equation was 0.8 m deeper than the current section of 2.4 m. In the case of the application with the fixed depth, the width predicted by Engelund and Hansen's equation was twice wider than the current section and by Meyer-Peter and <TEX>$M\ddot{u}ller's$</TEX> equation was 20 m wider than the current section of 44 m.