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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.52 No.3 pp.27-38
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2018.52.3.27

An Experimental Study on Changes in Sediment Storage Pattern and Peak Water Wave Regulated by the Deflecting Angle of Debris-flow Guide Bank

Jin-Hak Kim1†, Jung-Il Seo3†, Suk-Woo Kim2, Sang-In Lee3, Youn-Tae Lee2, Kun-Woo Chun2*
1Division of Forest Disaster Management, Department of Forest Conservation, National Institute of Forest Science, Seoul, 02455, Korea
2Department of Forest Resources, College of Forest and Environmental Sciences, Kangwon National University, Chuncheon, 24341, Korea
3Department of Forest Resources, College of Industrial Sciences, Kongju National University, Yesan, 32439, Korea

These authors contributed equally to this work.


Corresponding author: Kun-Woo Chun Tel: +82-33-250-8313 Fax: +82-33-252-8310kwchun@kangwon.ac.kr
January 6, 2018 March 5, 2018 April 10, 2018

Abstract


This paper summarized the results of flume experiment conducted to determine the sediment storage pattern and the peak water wave of debris flows in accordance with the changes in the deflecting angle of debris-flow guide bank, that guides debris flows to target space in urban areas. The result showed that the guide bank was very effective in guiding debris flows to target direction. In case of the deflecting angle was more than 30°, an energy loss, caused by collision between the thalweg of debris flows and the guide bank, occurred, thereby causing sedimentation. In particular, the sedimentation was gradually narrower and thicker as the deflecting angle increases from 0° to 30°. However, when the deflecting angle reached 45°, the debris flows were likely to run over the guide bank due to excessive reduction of cross-sectional flow area. When the deflecting angle was less than 30°, the peak water wave of debris flows was formed where the thalweg of debris flows and the guide bank met; the maximum sediment storage was formed in the upstream section of this point during the experiment; and the peak of sediment storage was observed at low level in the downstream section of this point after the experiment. However, in case of the deflecting angle was 45°, the maximum peak water wave was highest at the point with the maximum sediment storage formed during experiment, and thus it was not likely to be effective in guiding sediment by subsequent flow due to the intensive sedimentation. Although this study showed that the guide bank was effective for guiding debris flows to target direction, the future study with hydraulic interpretations should be necessary to optimize the designed height of the guide bank and to make standards for on-site field construction.



토석류 유도둑의 도류각에 따른 퇴적형태 및 충격파 위치의 변화에 관한 실험적 연구

김 진학1†, 서 정일3†, 김 석우2, 이 상인3, 이 윤태2, 전 근우2*
1국립산림과학원 산림방재연구과
2강원대학교 산림환경과학대학
3공주대학교 산업과학대학

초록


이 논문은 상류로부터 유입되는 토석을 도시생활권의 목표공간까지 유도하기 위한 유도둑의 도류 각 변화에 따른 토석류 퇴적형태 및 최대 충격파고의 변화를 파악할 목적으로 실시한 실내 모형실험 결과를 정리한 것이다. 실험결과, 유도둑이 상류에서 발생한 토석류를 목표로 하는 방향으로 유도하 는 데 매우 효과적인 것으로 파악되었다. 또한 유도둑의 도류각이 30° 이상일 경우 토석류의 유심이 유도둑과 충돌하여 에너지가 손실됨으로써 토석의 퇴적이 발생하였다. 특히, 유도둑의 도류각이 0° 에서 30°까지 증가할수록 퇴적토석의 폭이 점차 좁아지고 두꺼워지는 것으로 나타났으나, 유도둑의 도류각이 45°인 경우에는 지나친 통수단면의 감소를 초래하여 상류구간에서 토석퇴적의 집중도가 높 아 토석류가 유도둑을 월류하여 범람할 가능성이 높은 것으로 판단되었다. 한편, 유도둑의 도류각이 30° 이하일 경우 토석류의 최대 충격파고는 유심선과 유도둑이 만나는 지점에서 형성되고, 이 지점 을 기준으로 실험 중에 상류구간에서 최대의 토석퇴적이 형성되며, 실험 종료 후 하류구간에서 토석 퇴적의 피크가 낮게 형성되었다. 다만, 유도둑의 도류각이 45°인 경우에는 최대 충격파고가 실험 중 최대 토석퇴적이 발생한 지점에서 매우 높게 형성되는 것으로 나타나 토석이 집중적으로 퇴적되어 후속류 등에 의한 토석의 유도에 효과적이지 못할 것으로 판단된다. 비록 이번 연구를 통하여 유도 둑이 토석류 처리에 유효하다는 점은 확인되었지만, 토석류의 충격파고에 따른 유도둑의 적정 유효 고 설정에 관한 수리학적 연구가 추후 필요하며, 나아가 이러한 설계기준을 근거로 현지적용에 대한 시공기준을 정립하여야 할 것이다.



    Korea Forest Service
    2017061B10-1819-AB01 Kangwon National University
    520160106

    서론

    최근 지구온난화에 따른 이상기후로 집중호우가 빈번하게 발생하고 있으며, 이에 따라 도시생활권에 서 멀리 떨어진 전형적인 산지지역 뿐만 아니라 도 시생활권 주변의 산지에서도 산지토사재해가 발생하 여 그 피해가 점차 증가하고 있는 추세이다. 우리나 라에 있어서 최근 10년간(2007년~2016년)의 연평균 산사태발생량은 238ha로(Korea Forest Service, 2017), 강수량 또한 매년 증가하고 있어 그 피해가 가중되고 있다. 대표적인 사례로 2011년 7월에는 약 50mm/hr 이상의 집중호우로 인해 서울시 서초구 우면산과 강원도 춘천시 신북읍 마적산에서 대규모 산사태가 발생하여 사망 29명, 부상 28명의 인명피 해를 유발하였으며, 약 500억원의 복구비용이 소요 되었다(National Emergency Management Agency, 2012). 이와 유사한 국외 사례로, 2014년 8월 20일 일본 히로시마현에서 집중호우로 산사태가 발생하여 주택피해는 전파 25동, 반파 39동, 일부 파손 52동 및 침수 262동이 발생하였으며, 인명피해는 사망 60명, 실종 26명, 중상 7명 및 경상 36명이 발생하 였다(Kim & Chun, 2014).

    이러한 생활권 주변의 산지에서 토사재해가 발생 하면, 산지 내에서 시작된 산사태 및 토석류가 하 류로 유출되어 주거지역을 통과하는 과정에서 대규 모의 피해를 유발한다. 따라서 토지이용도가 높은 도시생활권에서 퇴사구간을 확보하기 어려운 지역 이나 입지조건이 불충분한 생활권 주변 산록지역에 사방시설을 시공하는 경우가 나타나고 있다. 특히, 최근 토사재해의 규모가 점차 대형화 될 뿐만 아니 라 발생빈도 역시 증가하고 있는 추세이므로(Chun, 2011;Kim et al., 2015), 기존의 사방공법을 도심 지역에 시공하였을 경우 유역특성에 따라 사방공작 물이 제 기능을 발휘․유지하는 데 한계가 있을 것으 로 판단된다. 따라서 이를 극복하기 위한 방안으로 다양한 사방시설물의 집약적 시공 및 통합적 관리가 요구되고 있는 실정이다.

    최근 일본에서는 사방댐을 시공하기 어려운 좁은 지역이나 사방댐의 설치조건이 충족되지 않는 지역 에서의 토석류 처리방안의 일환으로 토석류를 구성 하는 토석과 유수를 분리시키는 토석류 포착공사 (Gonda, 2009)와, 포착방식에서 벗어나 유해토사를 일시적으로 도로, 운동시설, 공원, 주차장 및 유사 지 등의 퇴적공간으로 유도하여 인명 및 재산피해를 최소화 할 수 있는 토석류 유도공사(Japan Sabo Association, 2005) 등을 시행하고 있다. 우리나라 에서도 이와 유사한 방법으로 토석과 유수를 분리시 키기 위한 토석류 포착공사를 기존의 바닥막이와 결 합한 연구를 수행한 바 있으며(Kim et al., 2016c), 이러한 토석류 포착공사의 하나인 철강재 바닥스 크린의 효용성 및 시공에 필요한 설계기준 정립을 위한 연구 또한 최근에 들어서나마 수행된 바 있 다(Kim et al., 2016a;2016b;2017a;2017b). 그 러나 토석류 유도공사의 경우 산지와 접하고 있는 주택조성지의 외연부에 제방을 쌓아 홍수류나 토 사 등을 유도하거나 제방 바깥쪽에 토사를 고정시 켜 제방 안쪽의 공간을 안전하게 보호하는 비교적 간단한 토석류 유도공사가 시행된 정도이며(Korea Forest Service, 2013), 아직 토석류 유도공사에 관 한 적합한 공법의 개발 및 현지 적용을 위한 세부적 인 연구는 진행되지 않았다.

    이러한 배경으로부터 이 연구에서는 재해취약구간 에 입지하고 있는 주택이나 도로 등의 보전대상을 토석류로부터 안전하게 보호하기 위하여 상류로부터 유입되는 토석을 목표공간까지 유도하기 위한 새로 운 형태의 사방시설물을 ‘유도둑(debris-flow guide bank)’이라고 명명하였다. 또한 이러한 유도둑에 의 하여 변화되는 토석류의 진행각도, 즉 도류각에 따 른 이동물질의 이동 및 퇴적 상황에 대한 변화를 모 형실험을 통하여 관찰하고, 이를 근거로 유도둑의 유효고 설정에 필요한 정량적 근거를 제시하고자 하 였다.

    재료 및 방법

    1 모형수로의 개요

    실험에 사용한 기본적인 모형수로의 제원은 Kim et al.(2016)a과 동일하다. 즉, 수로의 최상단부에는 길이 100cm, 폭 60cm, 높이 40cm 크기의 수문개 폐가 가능한 구조의 저수조를 수평하게 설치하였으 며, 이 저수조는 다시 유수의 진행방향에 따라 두 구간으로 나눈 후 전면부에는 실험용 공급재료를, 후면부에는 물을 각각 채워 토석류의 선단에 석력이 먼저 유하되는 모습을 재현할 수 있도록 하였다. 이 어서 저수조와 동일한 크기의 직선 수로 2개를 종단 방향으로 연결하였으며, 이중 상류수로는 토석류의 발생구간으로서 30°의 경사로, 하류수로는 토석류의 유하구간으로서 15°의 경사로 설정하였다. 또한 실험 과정을 30fps 단위의 디지털카메라로 촬영할 수 있도 록 수로의 측면을 10mm 두께의 투명 아크릴판으로 제작하였다. 다만, 이 실험에서는 Kim et al.(2016)a 과 달리 수로의 하단에 유도둑 모형을 설치할 수 있 도록 퇴적구간을 스테인리스 재질의 길이 180cm, 폭 180cm 크기로 제작한 후 유하구간인 수로와 연 결시켰다. 이때, 퇴적구간의 경사는 Ashida(1985)의 연구결과를 참고하여 2°로 설정하였다(Fig. 1).

    한편, 유도둑은 스테인리스 재질로 퇴적구간에 탈 부착이 가능하도록 제작하였다. 이때, 토석류 진행 방향으로 볼 때, 유하구간 우안의 최하단부를 꼭짓 점으로 하여 유입되는 토석류의 이동방향에 대하여 0°, 15°, 30° 및 45°의 도류각을 설정할 수 있도록 하였다. 또한 유도둑의 규모는 예비실험을 통하여 퇴적구간 내에서 공급재료의 퇴적형상을 모두 관측 할 수 있는 종단범위를 고려하여 길이를 150cm로, 유도둑의 도류각 별로 유수와 공급재료의 혼합물이 유도둑을 절대 월류하지 않도록 높이를 15cm로 결 정하였다. 그리고 각 도류각 별로 유도둑을 고정할 때에는 유도둑의 저면기초부로 누수되지 않도록 실 리콘 처리를 하였다.

    2 실험용 공급재료

    모형실험에 사용한 공급재료는 Kim et al.(2016a) 과 마찬가지로 과거 토석류 피해가 발생하였던 계류 의 규모 및 계상퇴적물 조사결과(Chun et al., 1997;Kim et al., 2011)를 참고로 하여 축척 1/90 크기의 토석을 사용하였으며, 공급재료의 최대입경 (D95)과 평균입경(D50)은 각각 9.49mm과 3.00mm이 다(Table 1).

    한편, 현장에 설치되는 사방시설의 기능을 실험적 으로 규명하기 위해서는 자연상태의 계류를 고려하 여 통상 이동상(移動床) 조건에서 검토한다. 그러나 이 연구에서는 유도둑의 도류각에 따른 토석류 구성 물질의 이동 및 퇴적 상황을 관찰하는 데 그 목적이 있기 때문에 수로의 바닥면은 고정상(固定床)으로 하였다.

    3 실험 및 분석

    이 연구에서는 ①유도둑을 설치하지 않는 경우 (무시설)와, 유도둑의 도류각이 토석류의 진행방향 으로부터 각각 ②0°, ③15°, ④30° 및 ⑤45°인 경 우 등, 총 5가지의 경우로 구분하여 실험을 진행하 였다. 그리고 20L의 물이 저류된 저수조의 후면부 와 실험용 공급재료가 충진된 저수조 전면부의 문을 동시에 개방하여 토석류를 재현하였으며, 수로의 측 면부에서 촬영한 30fps 단위의 디지털카메라 영상 자료를 활용하여 공급재료의 선단부가 30° 경사의 발생구간(상류수로)에서 충분히 가속된 후, 15° 경사 의 유하구간(하류수로)을 통과하기 이전에 이동속도 가 20km/hr에 도달하도록 하였다.

    한편, 실험이 종료된 후에는 퇴적구간에 퇴적된 공급재료의 형상을 정량화하였다. 먼저 가로 180cm, 세로 180cm의 전체 퇴적구간 중에서 Fig. 2와 같이 가로 180cm, 세로 100cm의 구간을 10×10cm 크기 의 격자로 구획하였으며, 이후 스케일자를 활용하여 종․횡단측량을 실시함으로써 퇴적지의 기복을 관측 하였다. 그리고 측량 후에는 평면 퇴적형상을 스케 치 하였으며, 이후 각 격자에 퇴적된 공급재료를 수 거하여 75℃의 건조기에서 48시간 건조시켜 수분을 완전히 제거한 후 그 무게를 측정하였다.

    또한 수로의 측면부에서 촬영한 30fps 단위의 디 지털카메라 영상자료를 재차 활용하여 퇴적구간에 서 유도둑을 따라 유하하는(토석을 포함한) 유수의 매 초당 토사퇴적의 형상과 최대 파고형상을 파악 하였다.

    이상의 모든 실험은 5회씩 반복한 후 평균값을 산 출하였다.

    4 통계분석

    본 연구에서는 모형실험에서의 5개 그룹에 대하여 일원분산분석(One-way ANOVA)을 통한 그룹 간 통계적 차이를 검토한 후, 유의한 경우 Tukey-HSD 를 이용하여 사후검정을 실시하였다. 이때, 통계적 유의수준은 α=0.05 수준으로 설정하였다.

    분석에 앞서 이 논문에서 사용된 모든 변수들은 Kolmogorov-Smirnov 검정에 의하여 정규성 검토 를 실시하였으며, 모든 통계처리는 SPSS Statistics 21을 이용하였다.

    결과

    1 유도둑의 도류각 변화에 따른 공급재료의 퇴적량 변화

    유도둑을 설치하지 않은 경우(무시설)와 도류각이 각각 0°, 15°, 30° 및 45°인 유도둑을 설치하였을 경우에 있어서 공급재료의 퇴적량 변화를 10×10cm 크기의 격자 단위로 실측한 결과는 Table 2와 같다. 먼저 유도둑이 설치되지 않은 경우의 평균 총 퇴적 토석량은 총 공급량 9,000g의 평균 64.2%의 해당하 는 5,775(±696)g로 나타났지만, 도류각이 0°, 15° 및 30°인 유도둑을 설치하였을 경우의 평균 총 퇴적 토석량은 각각 3,835g(42.6%), 4,387g(48.7%) 및 4,769g(53.0%)으로 나타났다. 즉, 유도둑이 설치됨 에 따라 전체적으로는 퇴적토석의 양이 감소하였지 만, 유도둑의 도류각이 커질수록 퇴적토석량이 점차 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 도류각이 45°인 유도둑의 경우에는 총 공급량의 60.6%에 해당하는 5,454(±729)g이 퇴적되는 것으로 나타나 무시설시 퇴적토석량과 통계적으로 유의한 차이를 나타내지는 않았다.

    2 유도둑의 도류각 변화에 따른 공급재료의 평면퇴적 형상 변화

    이러한 도류각의 변화에 따른 토석의 퇴적형상은 일정한 경향성을 나타내며 변화하고 있다(Table 2, Fig. 3). 먼저 토석이 50g 이상 퇴적되기 시작된 지 점을 살펴보면, 유도둑의 도류각이 0°, 15° 및 30° 인 경우 각각 30~40cm, 20~30cm 및 10~20cm로, 토석 퇴적구간의 최상부가 점차 상류구간으로 이동 하는 경향이 나타났다. 그러나 유도둑의 도류각이 45°인 경우에는 도류각이 30°인 경우와 마찬가지 로 10~20cm 구간에 퇴적의 시작점이 형성되었다. 이와 같이 시작된 토석의 퇴적은 유도둑의 도류각 이 0°, 15°, 30° 및 45°인 경우에 있어서 각각 70~80cm, 60~70cm, 50~60cm 및 40~50cm 구간 에서 퇴적토석량이 최대가 되었다.

    한편, 토석이 50g 이상 퇴적된 지점의 횡단폭을 살펴보면, 유도둑의 도류각이 0°, 15°, 30° 및 45° 인 경우에는 최대 폭 70cm, 60cm, 60cm 및 50cm 에 걸쳐 분포하는 것으로 나타났다. 또한 토석이 50g 이하 퇴적되어 있는 격자의 수를 살펴보면, 유 도둑의 도류각이 0°, 15° 및 30°인 경우에는 각각 31개, 27개 및 21개로 점차 감소하다가 도류각이 45°인 경우에 49개로 다시 증가하는 경향이 나타났 다. 그러나 토석이 150g 이상 퇴적되어 있는 격자의 수를 살펴보면, 유도둑의 도류각이 0°, 15°, 30° 및 45°인 경우 각각 3개, 13개, 16개 및 25개로 나타나 도류각의 증가와 함께 지속적으로 증가하는 경향이 나타났다.

    3 유도둑의 도류각 변화에 따른 공급재료의 종단퇴 적형상 및 충격파고의 변화

    유도둑을 따라 형성된 토석퇴적의 종단형상을 파악한 결과는 Fig. 4와 같다. 먼저 유도둑의 도류 각이 0°, 15°, 30° 및 45°일 경우에 있어서 실험종 료 후 토석이 퇴적된 종단형상의 피크점은 각각 65~80cm, 60~70cm, 45~55cm 및 40~50cm 구간 에서 형성되었다. 이는 전술한 최대 퇴적토석량의 형성구간(각각 70~80cm, 60~70cm, 50~60cm 및 40~50cm)과 거의 일치하는 결과이다.

    한편, Fig. 4는 유도둑의 도류각이 0°, 15°, 30° 및 45°일 경우에 있어서의 최대 충격파고의 형상 을 포함하고 있다. 즉, 충격파고의 피크구간은 유 도둑의 하류방향으로 각각 60~75cm, 50~60cm, 35~45cm 및 20~35cm 구간에서 형성되는 것으로 나타났다. 이는 실험종료 후 토석의 종단퇴적형상의 피크가 형성된 구간보다 약 5~20cm 정도 상류구간 에 형성된 것이다.

    이러한 토석의 퇴적과정과 충격파고의 관계는 유 도둑의 도류각에 따라 달리 나타났다. 먼저 유도둑 의 도류각이 0° 및 15°인 경우에는 최대 충격파고가 형성되는 지점의 상류구간에 걸쳐 실험 중에 큰 기 복 없이 퇴적이 얕게 진행되는 형태이다. 이러한 퇴 적구간은 최대 충격파고 지점을 기준으로 상류구간 에서는 후속류에 의해 침식이 발생하였으며, 하류구 간에서는 퇴적이 조장되는 것으로 나타났다. 반면, 유도둑의 도류각이 30°인 경우에는 실험 중에 최대 충격파고가 형성되는 지점의 직하류부에 토석퇴적이 선행되고, 이 구간부터 충격파고 지점의 직상류부까 지 퇴적이 점차 확대되는 형상을 나타냈다. 이후 후 속류의 영향으로 충격파고 지점의 상하류 전구간에 걸쳐 침식이 발생하는 것으로 나타났다. 마지막으로 유도둑의 도류각이 45°일 경우에는 최대 충격파고가 형성되는 지점 부근에서 실험 중에 토석의 퇴적이 집중되어 유수의 흐름이 제한되는 현상이 발생하였 다. 이후의 후속류에 의한 영향은 도류각이 30°인 경우와 동일한 현상을 나타냈다.

    고찰

    유도둑은 ①토석이 상류의 유하구간으로부터 하 류의 퇴적구간으로 이동하는 과정에서 그 설치방향 을 따라 유출하도록 유도하고, ②이 과정에서 유도 둑을 월류하지 않도록 함으로써 하류의 보전시설에 대한 안전을 확보할 목적으로 시공한다(Korea Forest Service, 2016).

    연구 결과, 유도둑의 도류각이 0°, 15° 및 30°일 때에는 무시설시에 비하여 토석의 퇴적량이 현격하 게 감소함으로써 유출량이 크게 증가하는 것으로 나 타났다(Table 2). 이는 수로의 공급재료가 퇴적구간 으로 이동하는 과정에서 유로의 확폭부를 중심으로 불규칙하게 확산되는 에너지를 목표로 하는 방향으 로 유도하는 데에 유도둑이 매우 유효하게 작용하는 것을 의미한다. 다만, 무시설시 및 유도둑의 도류 각이 0°와 15°인 경우에는 퇴적구간으로 확산되는 에너지가 유도둑에 충돌하기 이전에 이미 분산되고 (Fig. 3), 그로 인하여 불균일한 흐름인 편류가 형성 되는 지점을 중심으로 토석이 퇴적된 것으로 추정된 다. 그러나 유도둑의 도류각이 30°와 45°인 경우에 는 유수의 편류가 형성되기 이전에 유도둑과 충돌하 게 되며(Fig. 3), 이로 인하여 유도둑에 미치는 이동 물질의 충격력이 강하게 작용함으로써 유수의 에너지 가 손실되어 토석의 체류가 조장된 것으로 판단된다.

    이와 같은 과정에 의해 퇴적된 토석들은 후속 류의 흐름에도 지장을 주어 전체적인 토석의 퇴 적 폭 및 두께에 영향을 미치는 것으로 나타났다. Ashida(1985)의 연구결과에 따르면 도류각이 커질 수록 유도시설의 상류구간을 중심으로 토석이 두껍 고 좁게 퇴적되는 경향이 강하게 나타나는 것으로 알려져 있다. 이러한 경향은 유도둑의 설치구간(퇴 적구간)을 격자별로 구분하여 토석의 퇴적량을 분석 한 이번 연구에서도 동일하게 나타났다. 즉, 유도둑 의 도류각이 0°에서 30°까지 증가할수록 퇴적토석량 이 50g 이상인 구간의 폭이 점차 좁아지는 것으로 나타났다(Table 2). 그러나 유도둑의 도류각이 45°인 경우에는 유도둑의 상류구간부에 토석이 집중적으로 퇴적되어 급격한 통수단면의 감소를 조장하고, 결국 유도둑의 반대방향으로 50g 이하의 얕은 퇴적구간이 넓게 형성되었다(Table 2). 이는 유도둑의 현장시공 시 계상상승에 의한 범람이 발생할 가능성이 높다는 것을 의미하는 것으로, 유도둑의 도류각 설정에 참 고하여야 할 중요한 사항으로 판단된다.

    한편, 전술한 유도둑의 도류각에 따른 공급재료의 퇴적패턴은 토석류의 월류 방지를 전제로 한 유도둑 의 유효높이 결정에 매우 중요한 요소라 할 수 있 다. 최근 Korea Forest Service(2016)는 토석류 유 도시설에 관한 선행연구를 토대로 다음의 설계 기준 을 제안하였다. 즉, ①이동물질의 유량, 파고, 수심 등을 고려하여 여유고를 확보하고, ②1차 퇴적에 따 른 후속류의 소상(遡上)에 의하여 범람하지 않도록 주의하며, ③만곡부에서는 곡선 외향부의 수위상승 을 고려하여 둑의 높이를 결정해야 한다. 이번 연구 에서는 수로의 규모면에서 토석류 속도가 임의의 수 준에 도달하도록 하는 데에 초점을 맞추어 진행하였 기 때문에 충분한 등류수심을 확보하지 못하였고, 그로 인해 유수의 전파열(転波列)을 산출할 수 없었 다. 결국 유도둑 단면에서의 충격파고를 추정하여 유도둑의 유효고를 결정하는 일반화된 방법을 고안 하여 위의 설계 기준을 정량적으로 검토하는 데에는 한계가 있었다. 하지만, 이번 연구를 통하여 토석류 의 최대 충격파고는 유심선과 유도둑이 만나는 지점 에서 형성되고, 이 지점을 기준으로 그 상류구간에 서 토석류의 이동 중 최대의 토석퇴적이 형성되며, 이후 후속류의 영향으로 침식 및 유출이 발생하여 충격파고 지점 하류구간에서 토석류의 이동이 멈춘 후 토석퇴적의 피크가 낮게 형성되는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 3, Fig. 4). 따라서 이러한 충격파고 의 형성 위치를 고려하여 유도둑의 단면을 설계하되, 충격파가 영향을 미치는 특정 구간에 한하여 설계 시 충분한 유효고를 반영하게 되면 시공비의 과대산 정을 방지하는 동시에 구조물 및 보호대상물의 안정 성을 확보할 수 있을 것이다. 다만, 유도둑의 도류각 이 45°인 경우에는 최대 충격파고가 실험 중 최대 토석퇴적이 발생한 지점의 직상부가 아닌 최대 토석 퇴적 발생지점에서 매우 높게 형성되는 것으로 나타 났다(Fig. 4). 즉, 전술한 바와 같이 유도둑의 상류 구간에 토석이 집중적으로 퇴적되어 후속류 등에 의 하여 유출되는 이동물질의 유도에 효과적으로 작용 하지 못하게 된다는 실증적인 결과로 판단된다.

    결과적으로 이번 연구를 통하여 유도둑이 토석류 처리에 효과적이라는 점이 확인되었지만, 유도둑의 설치에 따른 보전대상물의 안전성 확보에 필요한 수 리학적 해석은 충분히 이루어지지 않았다. 따라서 토석류의 등류수심과 파고, 유도둑과의 충격 후 수 심, 충격파의 각도 등에 대한 추가연구를 통하여 토 석류 유도둑의 설계기준에 대한 구체적인 제시가 이 루어져야 할 것이다.

    감사의 글

    본 연구는 산림청(한국임업진흥원) 산림과학기술 개발연구사업의 지원에 의하여 수행되었으며(과제번 호: 2017061B10-1819-AB01), 부분적으로 강원대학 교 2017년도 전임교원 기본연구 지원사업(과제번호: 520160106)에 의해 이루어진 것입니다.

    Figure

    JALS-52-27_F1.gif

    Schematic diagram of the experimental flume.

    JALS-52-27_F2.gif

    Plan view of the debris-flow guide bank installed in the sediment storage section.

    JALS-52-27_F3.gif

    Plan views of sedimentation patterns regulated by presence and deflecting angle of debris-flow guide bank.

    JALS-52-27_F4.gif

    Longitudinal views of sedimentation and flow patterns regulated by deflecting angle of debris-flow guide bank. The values below bottom line represent the straight distances from upper edge line of sediment storage section.

    Table

    Composition of bed-materials supplied into the experimental flume

    Amount(g) of sediment stored in each pixel depending on the presence and deflecting angle of debris-flow guide bank

    *The 10-cm range values in top and left columns represent the distances from top-left corner of sediment storage section in the experimental flume, and the top columns connected to sediment transport section have distance ranging 30~90 cm from top-left corner of sediment storage section.
    *The darkness in each pixel denote the relative difference in amount of sediment stored in the limited(10×10 cm) segment: that is, the pixel ‘/Data/Org/10/Content/2018/vol_4855/JALS-52-27_T2-F1.gif ’, ‘ /Data/Org/10/Content/2018/vol_4855/JALS-52-27_T2-F2.gif’8, 0 ‘/Data/Org/10/Content/2018/vol_4855/JALS-52-27_T2-F3.gif ’8, 0 ‘ /Data/Org/10/Content/2018/vol_4855/JALS-52-27_T2-F4.gif’8 0and ‘/Data/Org/10/Content/2018/vol_4855/JALS-52-27_T2-F5.gif’ 80have sediment amount ranging 0~50 g, 50~100 g, 100~150 g, 150~200 g and 200~250 g, respectively.

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