정수이다.
② 투과성 수제
가. 하폭에 대한 첫 번째 수제길이 계산식은 다음과 같다.
(5.2)
여기서 B는 하폭을 나타낸다.
나. I번째 수제길이 계산식은 아래와 같다.
(5.3)
여기서 은 I 번째 수제길이, 은 상류측 바로 위에 위치한 수제길이, C는 계수, P는 수제가 하천횡단면에 차지하는 면적비이다.
㉮ 수제가 하천횡단면을 차지하는 면적비(P)의 계산
(5.4)
여기서 P는 수제가 하천횡단면을 차지하는 면적비, 은 수제의 개수와는 상관없이 수제를 통과한 다음의 평균유속(), 는 수제 설치 전의 평균유속()이다.
㉯ 계수()의 계산
계수 는 다음과 같이 수제 최하류부의 유속에 따라 달라진다.
(5.5)
여기서 는 수제 최하류부 설치구간의 평균유속, 는 수제 설치 전의 평균유속, 는 계수, 는 수제가 하천횡단면에 차지하는 면적비이다.
라. 수제의 길이에서 고려해야 할 점은 수제길이가 지나치게 길면 하안 및 상하류에 나쁜 영향을 가져오는 경우가 많고 수제 자체의 유지관리에도 문제가 된다. 반면, 수제길이가 너무 짧으면 수제의 기능을 충분히 발휘할 수 없으므로 길이에 대해 서는 현장시험 또는 모형실험을 통하여 충분한 검토가 필요하다.
⑵ 간격
① 불투과성 수제
가. 수제의 간격은 길이에 비례하여 결정하며 상류측 수제 앞부분에서의 흐름이 하류하안에 도달하기 전에 하류측 다음 수제가 저항하도록 정해야 하고 유로경사, 유향, 사행 등을 고려하여 결정한다.
나. 수제의 간격은 일반적으로 Winkel 식을 사용하여 다음과 같이 결정한다.
(5.6)
여기서 는 최대 수제간격(m), 는 수류가 수제의 앞부분에서 다음 수제의 하단부쪽으로 편위하는 각도(보통 평균값 6°6′), B는 하폭(m), b는 저수로 폭(m), 그리고 은 수제길이(m)를 각각 나타낸다.(그림5.7 참조)
(그림 5.7) Winkel 식에 의한 수제 간격
다. 실제로 하류측의 수제와 하안 만곡의 영향 등을 고려하여 다음의 값을 취한다.
(5.7)
여기서 L은 수제간격(m)이고, ,,은 식(5.6)에 나타낸 것과 같다. 또한 Tominaga 에 의해 제안된 완류하천에서의 직선부, 요안부, 철안부에 따른 경험식을 이용하기도 한다.
㉮ 직선부
㉯ 요안부
㉰ 철안부
(그림 5.8) 수제의 간격
② 투과성 수제
가. 수제수리모형실험에 따른 수제간격 L은 다음식 에 따른다.
(5.8)
나. 는 계수, 는 수제형태와 하상저항에 따른 계수(하상이 단단한 경우 이고, 하상이 모래인 경우 ), 은 수제길이(m), P는 수제가 하천횡단면에 차지하는 면적비, 는 수류와 하천이 이루는 각도, 은 수제 하류부의 평균유속(), 는 수제 설치전의 평균유속()이다.
5.9 수제공법
⑴ 수제공법의 종류
① 말뚝박기 수제 : 투과수제의 대표적인 공법으로서 나무말뚝이나 철근 콘크리트 말뚝을 사용하며 완류하천에 많이 설치된다. 각각의 말뚝은 가급적 균등하게 유수저항을받도록 배열하고, 세굴에 대하여 충분히 견딜수 있어야 한다. (그림 5.9 참조)
② 침상 수제 : 침상 수제에는 섶침상 수제, 목공침상, 콘크리트 방틀, 개량목공, 말뚝상치 수제 등이 있다. 침상 수제는 불투과 수제로 설치되는 경우가 많기 때문에 비교적 굴요성이 부족하고 채움돌이 유실될 우려가 있으므로 주의해야 한다.
가. 섶침상 수제 : 대소하천의 구별없이 횡수제, 평행수제로서 주로 중류부의 완만한 곳이나 완류하천에서 많이 사용된다.
나. 말뚝상치 수제(Krippen 수제) : 섶침상 위에 말뚝을 박고 침상 위에 조약돌을 놓은 것으로서 말뚝의 열수, 열간격, 말뚝지름, 말뚝길이, 채움돌의 높이, 돌망태와 섶침상의 층수 등은 설치장소의 하천상태를 고려하여 결정한다.
다. 목공침상 수제 : 급류하천에서 섶침상은 가벼워 유실되기 쉬우므로 목공침상이 사용된다.
라. 콘크리트 방틀 개량수제 : 목공침상의 채움돌들을 콘크리트 블록으로 대체하거나 또는 물 밖으로 노출되는 부분의 방틀재나 전체 방틀재를 철근 콘크리트로 대체한 것이다.
(그림 5.9) 말뚝박기 수제설치 예
(그림 5.10) 뼈대ㆍ틀류수제의 형태
③ 뼈대ㆍ틀류 수제 : 투과수제로서 하천 중류로부터 상류에 걸쳐 자주 사용되며 하상이 말뚝박기가 곤란한 자갈, 조약돌 등으로 되어 있을 경우와 급류부에 주로 사용된다. 뼈대ㆍ틀류 수제는 다른 수제와 비교해서 일반적으로 연속체를 이루지 않고 단독으로 설치하므로 유수저항에 대해 고려할 필요가 있다. 최근에는 내구성과 강도가 큰 철근 콘크리트나 테트라폿을 사용하기도 한다.
④ 콘크리트블록 수제 : 콘크리트블록을사용한 수제로서 형태, 치수, 투과도 등을 자유로이 변경시킬 수 있는 장점을 가지고 있지만 블록 주변의 세굴이 커서 전도, 유실의 위험을 내포하고 있다. 사용되는 블록의 형태는 (그림 5.11)과 같이 이중 Y자형블록, 십자 블록, 테트라폿 등이 있다.
블록 블록 테트라폿(Neyrpic)
(그림 5.11) 콘크리트 블록 수제의 블록 형태
⑵ 수제공법의 선정
하도의 평면형, 종횡단형, 유량, 유속, 하상재료, 하상변동의 경향 등을 조사하여 공법을 결정하고 다음 사항에 유의한다.
① 기존의 하도가 지나치게 넓고 난류가 발생되고 있어서 유로를 고정시킬 필요가 있는 곳에서는 어느 정도 긴 수제가 필요하다. 그러나 너무 길면 유지가 곤란하므로 주의가 필요하다.
② 수충부의 보호를 목적으로 설치하는 곳에서는 크고 긴 수제를 선정하면 대안에 새로운 수류를 발생시키므로 길이가 짧은 투과성의 밑다짐 수제를 설치하는 것이 좋다.
③ 저수로가 좁은 하천 또는 하폭이 좁은 하천에서는 밑다짐 수제를 제외하고 수제를 설치하지 않는 것이 좋다.
④ 완류하천에서 수심유지 또는 저수로 고정의 위해 수제를 설치할 경우에는 홍수량의 유하능력 검토는 물론 고수부지의 유지를 위한 저수로의 유하능력과 법선에 대해서도 충분히 고려해야 한다.
⑤ 완류하천에서는 말뚝박기 수제가 조도, 투과도 등을 비교적 자유롭게 결정할 수 있기 때문에 많이 이용된다. 급류하천에서는 하상재료의 조도가 커서 말뚝박기 수제를설치하기 곤란할 경우가 많기 때문에 자중에 의해 유수에 저항하도록 하상에 콘크리트 수제, 콘크리트블록 수제 등을 설치한다.