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1 Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers Vol. 59, No. 1, pp. 97~107, January 2017 DOI : ISSN eissn 척산천의다기능어도의구조해석 Structural Analysis of Multipurpose Fishway in Chuksan River 이영재 * 이정신 ** 김문기 ** 박성식 *** 장형규 **, Lee, Young Jae Lee, Jung Shin Kim, Mun Gi Park, Sung Sik Jang, Hyeong Kyu Abstract In this study, the validity and applicability of the multipurpose fishway which has been constructed for the upstream migration of fish at Chuksan river in Uljin is assessed and analyzed by a commercial software. The upper slab types of fishway in this investigation are reinforced concrete slab (S1 type) and reinforced concrete slab with steel plate (S2 type). The three different sizes of subway passage (0.8 m 0.1 m, 0.8 m 0.2 m, 0.8 m 0.3 m) and velocities (0.6 m/s, 1.2 m/s, 1.8 m/s) of Chuksan fishway was investigated and compared for the Chuksan in government design code. The analysis showed that the maximum stress and bending moment of S1 type decreased 1~21 % and 12~27 % compared to the Chuksan in government design code, respectively. Also, the maximum stress of and bending moment of S2 type decreased 11~32 % and 27~39 %. From the numerical analysis, it was found that the S2 type was greatly effective and the subway passage size of 0.8 m 0.2 m was most safe. This result can be utilized to be the basic data for design of the Multipurpose fishway. Keywords: multipurpose fishway; Chuksan in Government Design Code; reinforced concrete slab (S1 type); reinforced concrete slab+steel slab (S2 type); subway passage Ⅰ. 서론 최근국민경제의급격한성장에따른신도시건설, 대규모아파트단지건축등으로강수량은증가하지않고있지만생활용수등은크게증가하고있다. 이같은사회적요구에충족하기위해서는불가피하게하천을가로질러보나댐을건설할수밖에없는실정이다. 하천에보나댐건설로서식지의생태교란이발생하고각종물고기들이산란을위하여이동하는자연질서를방해함으로써물고기나수생생물에심각한하천생태계파괴현상을초래하고있다. 최근에는하천을이수, 치수대상으로보는관점에서수생태환경의건강성을위해지속적인관심과보존을해야할대상으로인식이바뀌고있다. 이러한움직임속에각종하천, * Professor, Civil Engineering, Kyungpook National University ** Graduate Student, Department of School of Architectural, Civil, Environmental and Energy Engineering, Kyungpook National University *** Associate Professor, Civil Engineering, Kyungpook National University Corresponding author Tel.: Fax: hjada@hanmail.net Received: August 22, 2016 Revised: October 31, 2016 Accepted: December 8, 2016 댐관련사업시환경에미치는영향의최소화및훼손된생태계의복구가부각되고있다. 어도설치와관련한수리, 수문학적연구가미흡한실정이어서어도의수리학적특성이명확히밝혀져있지않고어류의소상시기에필요한하천유량결정기준도확실치않다. 종전에건설된문제점은퇴적물차단시설과지하이동통로가미비된형태이다. 홍수때유량과동반되어유입되는모래, 자갈, 큰돌, 나뭇가지, 각종비닐류등이어도입구를봉쇄및파괴와갈수기때낮은수위에도물고기가이동이가능하게지하이동통로를설치하여사계절물고기이동이가능하게개선된다기능어도에대한활발한연구가필요하다 (Cho, 2013; Lee, 2014). 보나댐이건설된시설물근처에는유속이급격하게느려서녹조등이발생되어생태계, 환경등부정적문제까지지적하였다 (Jang et al., 2011; Lee et al., 2014; Ministry of Environment, 2015; Ryu et al., 2015). 내수면어업법과하천설계기준에서는하천에신설되는구조물에는물고기의이동통로인어도를설치하라고법제화되어있지만현재우리나라에국가하천과지방하천의보는전국 34,012개소이고어도는 5,081개소로전국평균어도설치율이 14.9 % 에불과하다 (Kim et al., 2011). 최근건설되고있는어도의대부분은아이스블록어도형식인데어도블록하부중앙에구멍을뚫어물고기가지나갈수있게하는것이특허라고하지만홍수시자갈, 모래등퇴적물유입으로입구가 한국농공학회논문집제 59 권제 1 호,

척산천의다기능어도의구조해석 봉쇄되어어도의기능을제대로수행하지못하고있는심각성을지니고있다 (Korea Water Resources Corporation et al., 2004). 기존조립식아이스블록어도들은구조해석이누락되어정확한응력검토가요망된다 (Lee, 2013, 2014).

물고기들이알을낳거나먹이를찾기위하여한곳에서다른곳으로떼지어이동하는형태를회유성이라한다. 다기능어도는하천상류에서유입되는자갈, 모래, 나뭇가지, 각종쓰레기등이어도에퇴적되는것을방지하는퇴적물차단시설, 낮은수심에도물고기의이동이가능한지하이동통로, 상부슬래브, 물고기들이상, 하류로이동시휴식공간과대피처기능을하는집어시설, 용수이용을위한수문등 5가지의시스템으로구성된어도이다.

2 척산천의다기능어도의구조해석 봉쇄되어어도의기능을제대로수행하지못하고있는심각성을지니고있다 (Korea Water Resources Corporation et al., 2004). 기존조립식아이스블록어도들은구조해석이누락되어정확한응력검토가요망된다 (Lee, 2013, 2014). 국내의소하천의대부분은홍수때단며칠만수심을유지하는데그때는물고기및수생생물들이산란 ( 짝짓기 ) 을위해이동하는시기가아닌것이중요한생태학적사실이다. 국내에는산란을위해바다에서하천으로이동하는소하성물고기인연어, 은어등과반대로하천에서바다에가서산란하는강하성물고기인뱀장어등이있다 (Jang, 2012). 물고기들이알을낳거나먹이를찾기위하여한곳에서다른곳으로떼지어이동하는형태를회유성이라한다. 다기능어도는하천상류에서유입되는자갈, 모래, 나뭇가지, 각종쓰레기등이어도에퇴적되는것을방지하는퇴적물차단시설, 낮은수심에도물고기의이동이가능한지하이동통로, 상부슬래브, 물고기들이상, 하류로이동시휴식공간과대피처기능을하는집어시설, 용수이용을위한수문등 5가지의시스템으로구성된어도이다. 다기능어도의중요한기능으로는은어, 뱀장어, 산천어등은 5월초순에연어는 11월초순으로계절적으로건조기또는갈수기이지만지하이동통로구비로산란하기위해이동하는데문제가없다. 지자체에서발주한어도관련기준식은어도가보의작은부속시설이고건설비용이보에비해 10 % 이내인원인이기술발전에큰장애요소이다. 이같은문제들은전문적인 S/W에의한구조해석검토는커녕관행과경험뿐으로응력검토가등한시되어왔다. 어도건설후물고기들의모니터링분야는어도의구조가어떤어류의이동조건에적절한지를조사하였으나 (Kim et al., 1994, 1996; Park, 2001) 어도의시설분야에대한연구는대단히미흡한실정이다 (Park et al., 2008; Lee, 2011). 옵셋배플형암거식어도를설치전과비교에서유속 1.2 m/s 경우에서는높이 5 cm의옵셋배플설치후유속의저감으로피라미의소상성공률이 20 % 개선됨을확인하였다 (Park et al., 2008). 최근에갈수기에도적절한형태인다기능어도에대한연구가진행되고있다 (Cho, 2013; Kim, 2013). 2011년 11 월에농수산식품부에서주최한 1차국가어도세미나에특별초청된일본의전문가는어도는단순블록이아닌지하이동통로등시스템으로구성되어야함을주장하였다 (Watanabe Sigeru, 2011). 따라서본연구에서는경북울진군척산천에 2013년경상북도에서발주한기준식 ( 이하 기준식 이라칭함 ) 과시공성이증대되고있는다기능어도의상부슬래브에적용된 2 가지재료의시험변수를적용한후국제적으로공인된구조전용 S/W인 SAP2000 해석값의비교를통해안전성을검토하였다. Ⅱ. 어도현황 1. 국내어도현황 국내에건설된어도는다기능어도, 아이스블록식어도, 계단식어도, 도벽식어도, 버티컬슬롯식어도등이있다. Fig. 1 은다기능어도로최근개발되었고갈수기때발생하는문제점과퇴적물을차단하는기능이있다. 아이스블록어도는 Fig. 2 (1) 처럼철근콘크리트로구성된일종의슬래브에경사도를 1/20으로시공하여그위에어도블록을장착한것에불과하다. Fig. 3은도벽식어도로하천수량이적은갈수기때어도로물이흐르지않아물고기들이이동을못하는문제점이있다. Fig. 4는계단식어도로높은낙차와낮은수심으로물고기들이이동하지못하는문제점이있다. 기존건설된어도들은한국의소하천이산란기에수량확보가부족한환경을망각한체어도전문가의자문없이대부분설계자의상상과상식의관행으로설계하였다 (Korea Water Resources Corporation et al., 2004). 뿐만아니라어도슬래브의아이스 Fig. 1 Multipurpose (Gyeongsangbuk-do gumi-si hyeonggokdong) (1) Fig. 2 Ice-harbor block (Gyeongsangbuk-do uljin-gun Wangpi River) (2) 98 Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 59(1),

이영재 이정신 김문기 박성식 장형규 블록어도의문제점은퇴적물차단시설의부재로홍수때유입되는자갈, 모래로인해어도입구가봉쇄되어주변까지퇴적되는심각한문제점과지하이동통로가없기때문에홍수때풍부한수량이있는단며칠을제외하고는물이부족하여물 Fig. 3 Rock-ramp (Gyeongsangbuk-do uljin-gun pyeonghae-eup) Fig.

2의동그라미점선표기중 (1) 은아이스블록어도이고 (2) 는물고기가이동하는 hole이며특허내용중에일부이다. Table 1은아이스블록어도, 다기능어도, 계단식어도, 도벽식어도, 버티컬슬롯식어도의특성을비교한내용이다.

3 이영재 이정신 김문기 박성식 장형규 블록어도의문제점은퇴적물차단시설의부재로홍수때유입되는자갈, 모래로인해어도입구가봉쇄되어주변까지퇴적되는심각한문제점과지하이동통로가없기때문에홍수때풍부한수량이있는단며칠을제외하고는물이부족하여물 Fig. 3 Rock-ramp (Gyeongsangbuk-do uljin-gun pyeonghae-eup) Fig. 4 Stairs (Jeonbuk-do Jangsu-gun) 고기의이동이불가능한단점을가지고있다. 또한유량이많은경우어도블록의상부돌출부로인해강한기포가발생되어이동하는물고기들이질식되는문제점은생태계의보존을위해개선이요망된다. Fig. 1의동그라미점선표기는퇴적물차단시설이고 Fig. 2의동그라미점선표기중 (1) 은아이스블록어도이고 (2) 는물고기가이동하는 hole이며특허내용중에일부이다. Table 1은아이스블록어도, 다기능어도, 계단식어도, 도벽식어도, 버티컬슬롯식어도의특성을비교한내용이다. 아이스블록어도, 계단식어도, 도벽식어도, 버티컬슬롯식어도에는물고기들이산란기가갈수기에는수심확보가가능한시설인지하이동통로가없으며홍수때빠른유속으로동반된자갈, 모래, 나뭇가지등각종유입물들로어도출구부가봉쇄되는것을방지하는퇴적물차단시설등이없다. 다기능어도는지하이동통로와퇴적물차단시설등이구비된시스템화된어도이다. 그리고계단식어도는어도내의유황이고르지못하고도벽식어도는어도내수심을 20 cm 이상으로할경우수리시설물에서배출되는수량이많아용수손실이크고어도내의유속이고르지못하다. 버티컬슬록식어도는다양한물고기가이용하기어려운구조이다. 기존건설된계단식과도벽식, 아이스블록어도들은홍수때빠른유속으로인하여기하급수적으로급증된수압의영향은어도내의안전성을저하시키는구조적인문제점을발생시켜 Fig. 5처럼환경폐기물로전락시켜버렸다. 실제로건설된어도중구조해석없이주먹구구식의응력계산및수압변수의누락으로잘못건설된사례들도빈번하다. Fig. 5는구조해석미비로인해유실된어도의사진이다. 또한최근준공된영천보현산댐이나영주댐등어느곳에도어도는건설되어있지않다. 이처럼어도부재에따른생태 Table 1 Comparison of characteristics for two fishways Subway passage Debris preventive device Remarks Ice-harbor block None None Multipurpose A function enables the movement of fish in (level of less than 10 days of the year) a dry season. During a flood surge in gravel, sand, sticks, vinyls a fishway by the flow that is halfway so that they would not block the entrance to the blocking function. Ice-habor block is on the Slab. It is not system of fishway. Debris preventive device + subway passages + Upper slab + Is systematized by a fish luring facilities. Stairs None None This uneven flow in the fishway. Rock-ramp None None Vertical Slot None None The water depth more than 20 cm emissions a lot of the water. Uneven flow velocity in the fish way. The water depth more than 20 cm emissions a lot of the water. It is difficult to use a variety of fish. 한국농공학회논문집제 59 권제 1 호,

척산천의다기능어도의구조해석 Fishway was destroyed by incorrect water pressure calculation (a) Structure analysis incomplete when hurricane lst to sight (b) The lack of durability: designing insolvency (Flood when

5 Two pictures are collapsed fish-way scene during a flood because they ignore design parameters such as water pressure 기능이부족하여각종물고기등수생생물들의산란에방해받거나전멸되면서생태계가교란되기때문에영국, 독일처럼댐에도긴급히어도설치가요구된다.

4 척산천의다기능어도의구조해석 Fishway was destroyed by incorrect water pressure calculation (a) Structure analysis incomplete when hurricane lst to sight (b) The lack of durability: designing insolvency (Flood when missing cases) Fig. 5 Two pictures are collapsed fish-way scene during a flood because they ignore design parameters such as water pressure 기능이부족하여각종물고기등수생생물들의산란에방해받거나전멸되면서생태계가교란되기때문에영국, 독일처럼댐에도긴급히어도설치가요구된다. 더이상의물고기종의전멸방지를위해급기야 2015년 2월내수면어업법은보건설시어도를미설치시에는 1년이하의징역형이나일천만원이하의벌칙조항까지개정하여어도의기능이생태계보존의가치를인식하는세계적인흐름을반영한듯하다. 세계적인추세인녹색정책의수행에따른생태환경보존을위해서는태풍과폭우의외압에견디는안정된어도시설의설계가급선무이다. 2. 외국어도현황영국스코틀랜드는 1950년도피트로커리댐에는북태평양에서회귀하는연어를보호하기위하여댐어도가건설되어있다. 준공당시견학통로까지설치하여학생들의과학체험장으로다양하게이용하고있다. 영국에서개발된 Borland식어도는영국의스코틀랜드에서는목표로한 Atlantic salmon 이잘이용하는성공적인어도로평가되지만같은형식의어도를스페인에서는영국의것을설계시공한사람들이설계했는데도실패했다. 그이유는대상어종이영국에서는 Atlantic salmon이었으나스페인에서는 Arosa와대서양뱀장어등어종이달랐으며어도의입구가잘못되었다는보고가있다. 프랑스는라인강에감스하임어도를건설하여세계인의관심을끌고있다. 같은라인강선상에있는독일은 4년에걸쳐 2014 년세계최대시설인이프하임어도를모델링하여준공하였다. 독일의모젤강을제외한유럽의어도시설들은입장료까지징수하고있다. 미국의어도는태평양연안하천의회유성어류인연어의이동환경을보호하기위하여북서부지역은오레곤주콜롬비아강본류에많은어도가설치되어있으며동부지역의대서양연안은주로아메리칸청어의회유를위하여뉴햄프셔주와매사추세츠주에걸쳐있는매리맥강등에어도가많이설치되어있는데대부분중소형댐들이며연안과가 까운지역의댐들이다. 호주의경우어도가설치된것은 1925 년부터 1980년대중반사이에계단식어도가 40여개가설치되었다. 이들어도는호주에서식하는은농어와같은길이 40~60 cm, 무게 8 kg 정도의어종을대상으로하고있다. 이지역의어도는유럽의영향을많이받고있으나호주의하천특성을잘반영하고있다. 일본에서가장최근에설치하고설계가가장좋다고하는북해도의니부다니댐의어도는 1996 년부터운영을시작했는데설계상의실수로제대로운영되지못하고있었다. 니부다니댐어도는총 30~40억엔의공사비가들은최신의어도이며 6 m의내수위의변화에적응하기위한길이 60.1 m, 폭 2 m 무게 505톤의가동부가있는데가동부의공사비만도 13억엔이들은일본에서자랑하는어도인데유영력이매우좋은송어도어도를잘이용하지못하고있었다. 이유는발전소방류구바로옆에어도를설치하여발전방류수가어도입구를가로질러배수하게되어물고기가어도입구를찾지못하기때문이었다. Ⅲ. 연구의내용및방법최근기후변화에따른영향으로태풍의발생빈도가증가한다. 이에따라유량이증가하여홍수피해가발생함으로써하천구조물의안전성에영향을미친다 (Jun, 2013). 구조해석없이설치된어도블록보다는정확한안전성이검증된다기능어도와같은시스템형태가요구되는시점이다. 본논문에서는다기능어도의안전성검토를위해 2013년에완공된경북울진군척산천 ( 이하 척산천어도 라칭함 ) (Gyeongbuk Province, 2013) 을선정했다. 해석변수는다기능어도의상부슬래브 ( 지하이동통로의천정부에서상부의슬래브까지높이 ) 와지하이동통로출구부 ( 지하이동통로상류측입구 ), 측벽 ( 하상기초에서보까지높이 ) 등 3가지부재의안전성을검토한다. 다기능어도에대한 100 Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 59(1),

5 이영재 이정신 김문기 박성식 장형규 최근시공사례는 2013년도에경북구미시봉곡천에 3개소, 동년울진군척산천에 2개소가건설되었지만본연구에기준된어도는규모가제일큰척산천제 2어도를선정하였다. 해석변수는척산천어도의실제지하이동통로규격인가로 세로 0.8 m 0.2 m 와상부슬래브는철근콘크리트슬래브 (Reinforced Concrete Slab, 이하 콘크리트슬래브 라칭함 ) 와철근콘크리트 + 스틸슬래브 (Reinforced Concrete Slab + Steel Concrete Slab, 이하 강판콘크리트슬래브 라칭함 ) 슬래브두께는 0.1 m, 스틸두께는 m이다. 지하어도는철근콘크리트이고두께는 0.1 m이다. 유속은은어, 치어는유영력의한계유속이 1.2~1.8 m/s 정도를참고하여대표적인토종깃대종인피라미의평균유영력 1.2 m/s를기준으로하였다. 유속변수는피라미의유영력을고려하여 0.6 m/s, 1.2 m/s, 1.8 m/s으로선정하였다. 지하이동통로규격은가로 세로를각각 0.8 m 0.1 m, 0.8 m 0.2 m, 0.8 m 0.3 m로결정하여 SAP2000으로구조해석을통해상부슬래브, 측벽, 지하이동통로출구부의최대응력과모멘트값을기준식과비교하여안전성을해석하였다. Ⅳ. 다기능어도구조해석 1. 해석개요본논문에서는안전성에영향을미칠수있는실험변수인상부슬래브의구성재료 2가지, 유속 3가지, 지하이동통로규격 3가지를척산천에수행한기준식과비교하기위하여해석을수행하였다. Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9는울진군척산천에시공된다기능어도의도면이다. Fig. 6은상부슬래브콘크리트슬래브, Fig. 7은강판콘크리트슬래브이다. 콘크리트슬래브에적용된강재는 STS 316으로서두께는 m이며, 상부슬래브의구성재료인콘크리트슬래브나강판콘크리트슬래브에시공된콘크리트두께가 0.33 m일때의단면형상과다기능어도측면도면을나타내었다. Fig. 8은어도하부철근배치도로어도본체는철근 D16을사용하여설계하였다. Fig. 9는척산천다기능어도측면도이다. 2. 초기하중및경계조건 실제설계수압에대해다기능어도를대상으로유속 0.6 B 0.33m B H stainless H 0.005m Fig. 6 S1 type Fig. 7 S2 type Fig. 8 Fishway placement of rebar 22m Exit Entrance Fig. 9 Side View Multipurpose Fishway in Chuksan River 한국농공학회논문집제 59 권제 1 호,

척산천의다기능어도의구조해석 m/sec, 1.2 m/sec, 1.8 m/sec를식 (1) 과같이수압으로변환하여적용하였다. (1) 22 m, 폭 2.4 m를모델링하였다. 상부슬래브재료, 유속, 지하이동통로규격을변수로하여모델링하였다. 격자수는조인트 6,827, 셀 10,794, 프레임 43,292개를상회했다.

결과및고찰 1. 안전성평가본연구에서는안전성평가를위해상부슬래브는 2가지재료와지하이동통로규격과유속을변수로하여상부슬래브와지하이동통로, 측벽을평가하기위하여최대응력과최대휨모멘트를검토하였다. (a) (b) Fig.

6 척산천의다기능어도의구조해석 m/sec, 1.2 m/sec, 1.8 m/sec를식 (1) 과같이수압으로변환하여적용하였다. (1) 22 m, 폭 2.4 m를모델링하였다. 상부슬래브재료, 유속, 지하이동통로규격을변수로하여모델링하였다. 격자수는조인트 6,827, 셀 10,794, 프레임 43,292개를상회했다. 척산천다기능어도의기준식과안전성을비교하기위한규격과실험변수는 Table 3과같다. 여기서, P는동압력, 는밀도, 는유속이며, 경계조건으로는바닥면은고정절점을적용하였고, 수압을받는부분은자유절점을적용하였다. 어도구조해석변수는 Table 2와같다. 3. 해석모델링다기능어도의구조안전성을검증하기위해 Fig. 10과같이구조해석전문프로그램인 SAP2000으로어도본체길이 Ⅴ. 결과및고찰 1. 안전성평가본연구에서는안전성평가를위해상부슬래브는 2가지재료와지하이동통로규격과유속을변수로하여상부슬래브와지하이동통로, 측벽을평가하기위하여최대응력과최대휨모멘트를검토하였다. (a) (b) Fig. 10 FEM modeling Table 2 The Structure Analysis of Factors Fishway body Velocity Size of subway passage Analysis Concrete, Steel Concrete 0.6 m/sec, 1.2 m/sec, 1.8 m/sec 0.8 m 0.1 m, 0.8 m 0.2 m, 0.8 m 0.3 m Upper slab, Side wall, Exit part (Maximum stress, ) Table 3 Analysis conditions Fishway Chuksan River Fishway S1 type S2 type Length 22 m 22 m 22 m Width 2.4 m 2.4 m 2.4 m Width of wall 0.30 m 0.30 m 0.30 m Size of subway passage (B H) Velocity of flow Elastic modulus 0.8 m 0.2 m 1.2m/sec Es = MPa, Ec = m 0.1 m 0.8 m 0.2 m 0.8 m 0.3 m 0.6 m/sec 1.2 m/sec 1.8 m/sec Es = MPa, Ec = m 0.1 m 0.8 m 0.2 m 0.8 m 0.3 m 0.6 m/sec 1.2 m/sec 1.8 m/sec Es = MPa, Ec = Strength design criteria fck = 24 MPa fck = 24 MPa fck = 24 MPa 102 Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 59(1),

7 이영재 이정신 김문기 박성식 장형규 가. 상부슬래브본논문에서는상부슬래브인경우에는강판이없는슬래브이다. 척산천어도는강판콘크리트슬래브형식으로상부슬래브아래에두께 5 mm의강판으로구성했다. 콘크리트슬래브하부에거푸집이소요된다. 슬래브하부에서공간높이가 600 mm~950 mm로낮기때문에시공시주의가요구된다. 콘크리트슬래브와강판콘크리트슬래브는유속별로기준식과비교하기로하였다. 강판콘크리트슬래브의최대응력은 MPa로나타나콘크리트슬래브보다 %, 최대휨모멘트도강판콘크리트슬래브가 N mm로나타나콘크리트슬래브보다 % 적게나타났다. 이는콘크리트슬래브보다강판콘크리트에 5 mm 강판을슬래브하단에배치했기에응력증가의요인인것으로판단된다. 또한콘크리트슬래브와강판콘크리트슬래브양쪽에똑같이 0.6 m/s, 1.2 m/s, 1.8 m/s로증가시최대응력도증가하는경향이다. 이는척산천에건설된다기능어도가안전성측면에서신뢰되는설계임을시사하고있다. 해석인자에반영된하중은유속이작용했을경우이다. 상부슬래브의해석결과척산천에건설된다기능어도의지하이동통로규격 0.8 m 0.2 m, 유속 1.2 m/s와유속 1.8 m/s, 0.8 m 0.2 m 일때최대응력과비교한결과 0.8 m 0.3 m, 유속 1.2 m/s 일때콘크리트슬래브에서는 %, 강판콘크리트슬래브에서는 % 적게나타났고지하이동통로규격 0.8 m 0.2 m, 유속 1.2 m/s와유속 1.8 m/s, 0.8 m 0.2 m 일때최대휨모멘트를비교한결과 0.8 m 0.3 m, 유속 1.2 m/s 일때콘크리트슬래브에서는 %, 콘크리트슬래브 + 강판콘크리트슬래브에서는 % 적게나타났다. 따라서, 유속을 1.2 m/s로하여구조해석한결과상부슬래브는최대응력과최대휨모멘트가지하이동통로규격이 0.8 m 0.3 m 일때보다 0.8 m 0.2 m일때가척산천어도가안전성으로더유리한것으로판단된다. 나. 측벽측벽재료변수는콘크리트슬래브, 강판콘크리트슬래브일때, 유속별로분류하여측벽의최대응력과최대휨모멘트값중가장큰값에대하여비교분석하였다. 강판콘크리트슬래브의최대응력은 MPa로나타나콘크리트슬래브보다 % 적게나타났다. 측벽의최대응력은허용응력 9.6 MPa 보다적은값으로나타나안전성에유리한것으로판단된다. 측벽의최대휨모멘트는강판콘크리트슬래브가 0.16 N mm로나타나콘크리트슬래브보다 % 정도적게나타났다. 척산천에건설된다기능어도의지하이동통로규격 0.8 m 0.2 m, 유속 1.2 m/s 와유속 1.8 m/s, 0.8 m 0.2 m 일때최 대응력을비교한결과콘크리트슬래브에서는 %, 강판콘크리트슬래브에서는 % 적게나타났다. 최대휨모멘트는지하이동통로규격 0.8 m 0.3 m, 유속 1.8 m/s 일때콘크리트슬래브에서는 %, 강판콘크리트슬래브에서는 % 적게나타났다. 측벽의해석결과에서나타냈듯이최대휨모멘트의경우지하이동통로규격이 0.8 m 0.3 m 가 0.8 m 0.2 m보다척산천어도의안전성에더유리한것으로판단된다. 다. 지하이동통로출구부다기능어도의핵심은물고기들이산란기에도수량확보가가능한것이므로척산천에도강판콘크리트슬래브타입에지하어도가구비되어있기때문에척산천기준식과해석값을비교한결과는안전성을검토하는데주요한지표가된다. 국내하천에대표적인물고기인피라미의유영력은 1.2 m/s 이지만중요한희귀성물고기인연어, 은어등의유영력이 1.8 m/s이상이다. 다기능어도는산란기에지하이동통로의수심유지가중요한지표가되기때문에척산천어도의안전성을검토하기위해서비교유속을 1.8 m/s로선정한것은무리가없는것으로판단된다. 척산천에시공된다기능어도의지하이동통로규격은 B와 H가 0.8 m와 0.2 m 이다. 콘크리트슬래브, 강판콘크리트슬래브일때, 유속별로분류하여지하이동통로출구부의최대응력과최대휨모멘트를나타낸결과는 Fig. 11, 12와 Table 4와같다. 강판콘크리트슬래브의최대응력은 MPa로나타나콘크리트슬래브보다 % 정도적게나타났다. 지하이동통로출구부의최대응력은허용응력인 9.6 MPa 보다적은값으로나타나안전성에유리한것으로판단된다. 지하이동통로출구부의최대휨모멘트는강판콘크리트슬래브가 N mm로나타나콘크리트슬래브보다평균 % 정도유리한것으로나타났다. 지하이동통로출구부의해석결과척산천에시공된다기능어도의지하이동통로규격 0.8 m 0.2 m, 유속 1.2 m/s와규격 0.8 m 0.3 m 유속 1.2 m/s일때최대응력을비교한결과 0.8 m 0.2 m, 유속 1.2 m/s 일때콘크리트슬래브에서는 %, 강판콘크리트슬래브에서는 % 로적게나타났다. 최대휨모멘트는지하이동통로규격 0.8 m 0.2 m, 유속 1.2 Table 4 The and for Exit Part S2 type (0.8 m 0.3 m, 1.8 m/s) MPa Allowed Stress 9.6 MPa N mm 한국농공학회논문집제 59 권제 1 호,

척산천의다기능어도의구조해석 Fig. 11 The for Exit Part (S2 type (0.8 m 0.3 m, 1.8 m/s)) Fig. 12 The for Exit Part (S2 type (0.8 m 0.3 m, 1.8 m/s)) m/s일때보다유속 1.2 m/s, 0.8 m 0.3 m 일때콘크리트슬래브에서는 38.

8 척산천의다기능어도의구조해석 Fig. 11 The for Exit Part (S2 type (0.8 m 0.3 m, 1.8 m/s)) Fig. 12 The for Exit Part (S2 type (0.8 m 0.3 m, 1.8 m/s)) m/s일때보다유속 1.2 m/s, 0.8 m 0.3 m 일때콘크리트슬래브에서는 %, 강판콘크리트슬래브에서는 % 적게나타났다. 제시한변수들은어도의유영력이 0.8~1.8 m/s이내이므로연어, 칠성뱀장어등의유영력이보통 0.8~2.0 m/s이기때문에다기능어도가일부국지성물고기들이나회귀성물고기들의소상에는문제가없는것으로판단된다. 이는 (Watanabe Sigeru, 2012) 와유사한경향을보이고있다. Fig. 11, 12는최대응력이발생되는지점은지하이동통로최상류부이며어도출구부의최대응력을분석한결과 MPa 였고허용응력은 9.6 MPa로서안전율은 4.7으로분석되었다. 2. 콘크리트슬래브형태와강판콘크리트슬래브형태의응력분석 Fig. 13은해석변수지하이동통로출구부에대한유속과지하이동통로규격과재료별각각의최대응력값을나타낸것이다. 유속이 1.8 m/s일때지하이동통로규격이 0.8 m 0.2 m 보다 0.8 m 0.3 m일경우콘크리트슬래브의최대응력이 1.852배, 지하이동통로규격이 0.8 m 0.3 m일경우강판콘크리트슬래브의최대응력이 1.726배크게나타났다. 은어치어의유영력의한계유속은 1.6~1.8 m/s이지만토종깃대종 Fig. 13 Comparison of Analysis between S1 type Exit Part and S2 type Exit Part by Velocity 인피라미의유영력 1.2 m/s이므로본연구의대상어종은피라미를기준으로하였다. 일반적으로해석결과값이적게나타나는것이유리하다. 본연구에서는단순하게응력해석에국한된것이아니다. 국내에서는최초로신뢰성이뛰어난 SAP2000에의한안전성을검토하여강력한수압발생시어도출구부주변이허용응력초과시피복주변의균열발생유무를검토하고안전성에영향을미치는요소들을기준식과비교한것이다. 따라서분석결과지하이동통로규격 0.8 m 0.3 m 보다척산천어도의지하이동통로규격인 0.8 m 0.2 m 가최대응력이유리하므로척산천어도의지하이동통로출구부안전성이유리한것으로판단된다. 104 Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 59(1),

9 이영재 이정신 김문기 박성식 장형규 Fig. 14는해석변수상부슬래브에대한유속과지하이동통로규격과재료별각각의최대휨모멘트값을나타낸것이다. 지하이동통로규격별로비슷한경향을보였으며유속이 1.8 m/s일때지하이동통로규격이 0.8 m 0.2 m 보다 0.8 m 0.1 m일경우콘크리트슬래브의최대휨모멘트가 %, 지하이동통로규격이 0.8 m 0.1 m일경우강판콘크리트슬래브의최대휨모멘트가 % 적게나타났다. 분석결과콘크리트슬래브, 강판콘크리트슬래브 Subway일때가척산천어도의지하이동통로규격인 0.8 m 0.2 m 보다최대휨모멘트가유리하므로척산천어도의상부슬래브에보완이요구되는것으로판단된다. Fig. 15는해석변수측벽에대한유속과지하이동통로규격과재료별각각의최대휨모멘트값을나타낸것이다. 유속이 1.8 m/s 일때지하이동통로규격이 subway 보다 0.8 m 0.2 m Fig. 14 Comparison of Analysis between S1 type and S2 type by Velocity Fig. 15 Comparison of Analysis between S1 type Sidewall and S2 type Sidewall by Velocity Fig. 16 Comparison of Analysis between S1 type Exit Part and S2 type Exit Part by Velocity 일경우콘크리트슬래브의최대휨모멘트가 %, 강판콘크리트슬래브의최대휨모멘트가 % 적게나타났다. 측벽분석결과지하이동통로규격 0.8 m 0.1 m 보다척산천어도의지하이동통로규격인 0.8 m 0.2 m의최대휨모멘트가유리하므로척산천어도의지하이동통로측벽안전성이유리한것으로판단된다. Fig. 16은해석변수지하이동통로출구부에대한유속과지하이동통로규격과재료별각각의최대휨모멘트값을나타낸것이다. 지하이동통로규격별로비슷한경향을보였으며유속이 1.8 m/s일때지하이동통로규격이 0.8 m 0.3 m 보다 0.8 m 0.2 m일경우콘크리트슬래브의최대휨모멘트가 %, 강판콘크리트슬래브의최대휨모멘트가 % 적게나타났다. 분석결과지하이동통로규격 0.8 m 0.3 m 보다척산천어도의지하이동통로규격인 0.8 m 0.2 m의최대휨모멘트가유리하므로척산천어도의지하이동통로출구부안전성이유리한것으로판단된다. 척산천어도를구조해석한결과지하이동통로규격 0.8 m 0.2 m, 1.2 m/s, 강판콘크리트슬래브를기준으로상부슬래브의최대응력과최대휨모멘트는각각 %, %, 측벽은 %, % 적게, 지하이동통로출구부는 %, % 적게나타났기때문에척산천지하이동통로규격 0.8 m 0.2 m일때안전성이확보되는것으로판단된다. 3. 해석결과와기준식과의비교기준식은응력을계산하는식을엑셀로계산한것이고해석값은 SAP2000으로구조해석한결과값이다. 이를비교하여안전성과경제적인다기능어도의안전성평가를위해척산천 Table 5와같이나타냈다. 국내하천에서식하며국지적인회유를하는토종깃대종인피라미의유영력이 1.2 m/s이므로이것을지하이동통로유속의지표로선정하여해석한결과를기준식과비교분석하였다. Table 5에있는용어는다음과같다. C는기준식, S1 type은어도의상부슬래브가철근콘크리트시공된형식, S2 type은어도의상부슬래브가철근콘크리트 + 강판이다. 상부슬래브 C를기준으로 S1과 S2를분석한결과 S1의최대휨모멘트와최대응력은각각 4~15 %, 4~40 % 적게나타났고 S2의최대휨모멘트와최대응력은각각 7~26 %, 10~45 % 적게나타났다. 측벽 C를기준으로 S1과 S2를분석한결과 S1은최대휨모멘트와최대응력이각각 3~46 %, 3~36 % 적게나타났고 S2 는최대휨모멘트와최대응력은각각 15~54 %, 11~43 % 적게나타났다. 한국농공학회논문집제 59 권제 1 호,

10 척산천의다기능어도의구조해석 Table 5 Analysis comparison of stress and Velo-city of flow (m/s) Size of subway Passage (B H, m) Division C: Chuksan in Government Design Code Chuksan in Government Design Code (less than C called) Upper Slab Exit Part Analysis by SAP2000 (S1 type) Upper Slab Exit Part Analysis by SAP2000 (S2 type) Upper Slab Sidewall Sidewall Sidewall Exit Part 지하이동통로출구부 C를기준으로 S1과 S2를분석한결과 S1의최대휨모멘트와최대응력은각각 1~21 %, 12~27 % 적게나타났고 S2의최대휨모멘트와최대응력은각각 11~32 %, 27~39 % 적게나타났다. S2 일때가구조안전성이확보되는것으로판단된다. 국내하천에건설된 5,400여개의어도들중지하이동통로출구부가홍수, 폭우시동반된큰돌, 자갈, 모래등으로봉쇄및파괴되어어도기능이불가능한어도들은퇴적물차단시설과지하통로가구비되어야어도기능확보와유지관리의가능성도시사된다. 또한설계단계에서 3차원구조해석을통한안전성확보가필요한것으로판단된다. Ⅵ. 결론본연구는다기능어도안전성을규명하기위해척산천기 준식과해석값으로비교검토한결과는다음과같다. 1. 지하이동통로출구부는기준식과비교시콘크리트슬래브의최대휨모멘트와최대응력은각각 1~21 %, 12~27 % 적게나타났고강판콘크리트슬래브의최대휨모멘트와최대응력은각각 11~32 %, 27~39 % 적게나타났다. 2. 측벽을기준식과비교시콘크리트슬래브는최대휨모멘트와최대응력이각각 3~46 %, 3~36 % 적게나타났고강판콘크리트슬래브는최대휨모멘트와최대응력은각각 15~54 %, 11~43 % 적게나타났다. 3. 상부슬래브를기준식과비교시콘크리트슬래브의최대휨모멘트와최대응력은각각 4~15 %, 4~40 % 적게나타났고강판콘크리트슬래브의최대휨모멘트와최대응력은각각 7~26 %, 10~45 % 적게나타났다. 4. 지하이동통로출구부를구조해석한결과척산천에적용한 106 Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 59(1),

11 이영재 이정신 김문기 박성식 장형규 어도규격 0.8 m 0.2 m 가어도시설물의안전성에유리한것으로판단된다. 5. 국내의소하천의어도는콘크리트슬래브보다강판콘크리트슬래브가안전성이유리하게나타났으므로한국의하천에지하이동통로가구비된다기능어도설계단계시기초자료로서의활용이기대된다. 사사본연구는경북대학교에서시행한 2012년도학술연구비에의해수행되었습니다. 이에감사드립니다. REFERENCES 1. Cho, S. H., The Durability Analysis of Multi-Functional Fishway. Graduate School of Science and Technology, Kyungpook National University (in Korean). 2. Gyeongbuk Provice, The project of Flood District Improvement in Chuksan River. Construction & Disaster Division (in Korean). 3. Jang, M. H., Fishway the way for the fish- the fish do indeed use. Journal of the Korea Water Resources Association 45(6): (in Korean). 4. Jang, S. H., S. J. Lee, H. K. Park, Critical factor on Summer Algae Growth in Dam Reservoirs. Joint Conference of KSWW & KSWQ in Autumn (in Korean) 5. Jun, K. W., Analysis of Flood Level Variation in Oship Stream Using HEC-RAS: Focuses on the Impact of the Typhoon Sanba. Journal of the Korea Contents Association 13(2): (in Korean). 6. Kim, J. H. and C. Kim, Research of Hydraulic Properties for fishway of Stairs type. Journal of the Korea Water and Wastewater Works Association 27(2): (in Korean). 7. Kim, J. H., Hydraulic Characteristics by the shape of the partition of Stairs Type Fishway. Korea Water Resources Association Symposium 29(6): (in Korean). 8. Kim, T. H., The Stability Analysis of Korean Multifunctional Fishway. Graduate School of Science and Technology, Kyungpook National University (in Korean). 9. Korea Water Resources Corporation, Korea Environment Institute, 2004 (in Korean). 10. Kim, J. O. and G. S. Jang, National census and even build Status Information System (NFIS) even nationwide. Journal of the Korea Water Resources Association 44(7): (in Korean). 11. Lee, S. J., J. W. Kim, H. J. Lee, J. H. Han, and S. M. Han, Effect of Dam and Reservior Increase Discharge for Algal Bloom Control. Joint Conference of KSWW & KSWQ in Spring (in Korean). 12. Lee, Y. J., Proposal of New Fishway type for Domestic. Korean Society of Civil Engineers 59(2): (in Korean). 13. Lee, Y. J., Stability Analysis of Multi-Functional Fishway with Underground Passage. Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection 18(6): (in Korean). 14. Ministry of Environment, Annual Report and the corresponding generation of birds (in Korean). 15. Park, S. D., Assessment of Migratory fish Jumping up by Eco-hydraulic Experiments (I). The ladder-type of Fishway Korea Water Resources Association Symposium 34(4): (in Korean). 16. Park, S. Y., S. J. Kim, J. W. Choi, and B. M. Yoon, A Study on Hydraulic Characteristics of Culvert Fishway with offset Baffles and Fish Passage Effect. Journal of the Korea Water Resources Association 41(1): (in Korean). 17. Ryu, S. H., I. C. Lee, T. Y. Jang, and K. H. Kim, Analysis of Water Quality Variation by Weir Construction in the Nakdong River Basin. The Korean Society For Marine Environment and Energy in Autumn (in Korean). 18. Watanabe Sigeru, Japanese Fishway Management Status including Resident Participation, The First Symposium of National Fishway Management, Korea Rural Community Cooperation (in Korean). 한국농공학회논문집제 59 권제 1 호,

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<322DB3EDB9AE2E687770> 어도 설계 실무 (Design of Fishway) 1. 머리말 2. 어도 설계의 기본 이론 3. 어류이동의 생태학적 특성 4. 어도 설계의 수리학적 기법 5. 어도의 설계 및 설치사례 참 고 문 헌 헌 제12회 수공학 웍샵 그림 2.2 자연형 어도의 예 제12회 수공학 웍샵 그림 2.3 어도 내부에 돌을 설치한 모습 그림 2.4 어도 바닥에 돌을 설치한