Experimental Analysis of the Parameters Governing Scour in Plunge Pool with Cohesionless Bed Material

침강지내 비점성하상의 세굴 지배인자에 대한 실험적 해석

Because the existing scour prediction formulas for plunge pools of pipe culverts and spillways give a wide range of predicted scour depths, it is difficult to estimate actual scour depths. A review of literature showed that wide range of predicted values was caused mostly by lack of thorough analysis of the scour mechanism. In this study, the effects of the parameters govering scour were examined, and the scour potentials were measured. The major variables govering scour were the velocity and size of jet impinging into the plunge pool, the submerged weight of bed material, the ratio of jet size to bed material size, the tail watr depth of the plunge pool, and the angle of jet impact on water surface. The ratio of jet size to bed material size to bed material size was found to be another significant parameter affecting scour for larger bed materials. A densimetric Froude nember of the bed material in incipient motion was formulated. This number represented the scour potential of the jet at the point where the bed material was tested.

기연구 발표된 수많은 세굴 예측공식들은 여수로나 관암거 하류의 침강지내에서 발생하는 실제 세굴 깊이나 세굴 방지에 필요한 최소 침강지수심을 예측하기가 불가능할 정도로 광범위한 예측치를 나타내고 있다. 이같은 광범위한 예측 세굴 깊이는 대부분 세굴 지배인자에 대한 심도깊은 연구의 부족에 따른 인자들의 지나친 단순화에 기인하고 있다는 것을 문헌조사를 통하여 알수 있었다. 따라서 본 연구는 실험을 통하여 세굴을 지배하는 주요 지배인자들의 영향을 검토하였다. 문헌조사로부터 찾을 수 있었던 세굴 지배인자는 침강지수심, ?의 크기와 폭기정도, 하상입자의 입도분포 및 노출도 등이었으며 본 연구에서는 ?의 수리학적 특성 및 침강지 수면에서의 입사각, 침강지의 기하학적 특성, 그리고 ?의 크기 및 하상입자 크기의 영향을 중점적으로 검토하였다. 그 결과 침강지 수심과 ?의 수리학적 특성 및 기하하적 특성, 그리고 하상입자의 크기 등이 세굴을 지배하는 주요인자임을 알 수 있었다. 특히 기존 실험연구들의 광범위한 세굴 예측치는 ?의 크기와 하상입자의 크기에 대한 기하학적 상사법칙을 무시함에 기인하였음을 발견하였다.