Abstract
A V-shaped riffle is an artificial hydraulic structure haying two wings from the streamside with a narrow opening in between. It is usually made of crushed stones or large boulders. It limits channel width and accelerates the flow through the constricted section causing a local scour just downstream. The V-shaped riffle provides with a unique aquatic habitat by forming a pool and sandbars around the pool edge, increasing local morphologic, hydraulic and sedimentological diversity. This study investigates experimentally the scour characteristics of the V-shaped riffle in the sandbed stream and proposes a predictive equation for the scour. Total 45 cases of experiments were conducted to examine the effect of hydraulic factors and configuration of V-shaped riffle on the geometry of scour holes. From the comparison of the experimental results of this study with the predictive equation of spur dike by Breusers and Raudkivi(1991), it is found that their predictive equation of spur dike underestimates the maximum scour depth downstream of the V-shaped riffle. h new predictive equation for the maximum scour depth was developed using the non-dimensional hydraulic and geometrical variables. The parameters used in the proposed equations were determined using the experimental data. The analysis reveals that the scour depth is dependent dominantly on the Froude number at the opening of the V-shaped riffle, while the angle of riffle and the opening width also affect the scour depth. The proposed equation for the scour of V-shaped riffle well agrees with the experimental data. It can be used for estimating the scour of the V-shaped riffle in sandbed streams.
V형 여울은 하천 양안에 설치하여 여울의 가운데로 물의 흐름을 집중시켜 하도 중앙 직하류에 세굴로 인한 소(pool)를 형성하는 역할을 하는 인공 여울이다. V형 여울의 설치 목적은 평탄화된 하도에 소를 형성시켜 갈수시 어류의 서식처 노는 피난처를 제공하고, 홍수시에는 유속이 약한 구간을 발생시켜 어류의 피난처를 제공하는 것이다. 본 연구에서는 V형 여울의 수리 모형 실험을 실시하여 각 조건에 따른 세굴심을 측정하여 세굴 특성을 분석하였고, 나아가 수리량 조건 및 V형 여울 형태와 세굴 간의 정량적인 관계를 실험 결과로부터 도출하였다. 또한 V형 여울과 형태가 유사한 수제에서의 세굴심에 대한 기존의 연구 결과와 V형 여울의 경우를 비교하였다. 그 결과 Breusers와 Raudkivi(1991)가 제안한 수제에서의 세굴심 예측식은 V형 여울에서의 세굴심을 과소평가하지만 V형 여울께서의 세굴 특성을 일부 반영하는 것으로 나타났다. V형 여울의 세굴에 영향을 주는 인자들의 무차원화를 통해 V형 여울에서의 세굴심 예측식을 제안하였고 제안된 예측식은 V형 여울의 적용에 있어서 세굴심을 추정하는데 사용될 수 있고 판단된다. V형 여울의 세굴에 지배적인 영향을 주는 인자는 여울 중앙에서의 프루드 수이고, 그밖에 여울과 흐름의 각도와 여울 개구부의 폭도 부분적으로 영향을 준다.
