강둑고장

River bank failure
영국의 하천 침식.

강둑 붕괴는 강둑에 작용하는 중력이 침전물을 함께 지탱하는 힘을 초과할 때 발생할 수 있다. 실패는 침전물 종류, 레이어링, 수분 함량에 따라 달라진다.[1]

모든 강둑은 침식을 겪지만 실패는 침식이 일어나는 위치와 속도에 따라 달라진다.[2] 강둑 고장은 주택 배치, 수포화, 강둑의 무게, 식생 및/또는 지각 활동에 의해 발생할 수 있다. 구조물이 강둑에 너무 가까이 쌓일 경우, 그 무게는 강둑이 지탱할 수 있는 무게를 초과하여 슬럼프를 일으키거나 이미 활성화되어 있을 수 있는 슬럼프를 가속화할 수 있다.[1][3] 이러한 스트레스에 더하면 관개 및 정화 작용에 의한 포화도가 증가하여 토양의 강도를 떨어뜨릴 수 있다.[4] 뿌리가 깊은 식물은 강둑의 강도를 높일 수 있지만, 풀과 얕은 뿌리의 식물로 대체하면 실제로 토양이 약해질 수 있다. 잔디밭과 콘크리트 진입로가 있으면 강둑에 유출물이 집중되어 강둑이 더욱 약해진다. 기초와 구조는 스트레스를 더욱 증가시킨다.[3] 각 고장 모드는 명확하게 정의되어 있지만, 고장 모드를 설정하기 위해서는 토양 유형, 은행 구성 및 환경에 대한 조사가 명확하게 정의되어야 하며, 이 중 여러 유형이 다른 시간에 동일한 영역에 존재할 수 있다. 고장이 분류되면 추가 침식을 방지하기 위한 조치를 취할 수 있다. 만약 지각 장애가 잘못되었다면, 그것의 영향에 대한 연구는 충적 시스템과 다른 스트레스에 대한 반응에 대한 이해에 도움이 될 수 있다.

설명

강둑은 세 구역으로 나눌 수 있다. 토우 존, 뱅크 존, 오버뱅크 구역 발가락 지대는 침식에 가장 취약한 지역이다.[2] 보통 수위와 낮은 수위 사이에 위치하기 때문에 조류와 에로스적 사건의 영향을 강하게 받는다.[2] 둑 지대는 보통 고수위 이상이지만 여전히 조류에 의해 주기적으로 영향을 받을 수 있으며, 사람과 동물의 왕래가 가장 많다. 오버뱅크 지역은 발가락과 뱅크 존의 내륙으로 경사에 따라 범람이나 엄포로 분류할 수 있다.[2] 강둑은 둑 재료의 특성에 따라 에로스적 활동에 대응한다. 가장 흔한 유형의 은행은 층화되거나 층간화된 은행으로, 응집력이 있는 층과 응집력이 없는 층으로 구성되어 있다.[5] 응집 토양이 둑의 발가락에 있다면, 그것은 겹겹이 쌓인 층의 후퇴율을 조절할 것이다. 응집력이 없는 토양이 둑의 발가락에 있다면 이 층들은 응집력이 있는 토양의 층에 의해 보호되지 않는다. Bedrock 은행은 보통 매우 안정적이고 점진적인 침식을 경험할 것이다. 응집력 있는 은행은 투과성이 낮기 때문에 수위가 낮아질 때 침식에 매우 취약하다.[2] 응집성 토양에서의 실패는 회전성 또는 평면성 토양에서 발생하며, 비접착성 토양에서 실패는 눈사태로 나타날 것이다.[5]

고장 모드

강 수위가 낮아져 산사태 발생

유압 유발 고장

물 표면 또는 그 아래에 있는 유압 작용은 침전물을 막아서 침식을 직접적으로 유발할 수 있다. 비코셔성 은행은 특히 은행 과소 절단과 침상 파괴, 기저 청소 등으로 인해 이러한 유형의 실패에 취약하다.[6]

유압 발가락 침식은 유속이 강의 굽이에서 둑 방향으로 흐르고 최고 속도가 바깥쪽 가장자리와 물의 중심 깊이에 있을 때 발생한다.[5] 원심력은 수면을 상승시켜 바깥쪽 굽이에서 가장 높으며, 중력이 물을 아래로 당기면서 구르는 나선형 나선형이 일어나 둑에 대한 하향 속도(영점력)가 나타난다.[2] 그것은 팽팽한 굴곡에서 가장 높을 것이다. 최악의 침식은 최대 곡률 지점에서 즉시 하류로 내려갈 것이다. 비접착 층이 있는 경우, 전류는 물질을 제거하고 응집성 물질의 캔틸레버 오버행(cantilever overhang)을 생성한다. 전단(shear)은 뱅크의 발가락에 있는 임계 전단(critical shear)을 초과하며, 입자가 침식된다. 이것은 결국 은행 후퇴와 실패를 야기한다.[2]

상층 응집층과 하층 비접착층으로 구성된 하천 제방의 하부절단

지오테크놀음

지질공학적 고장은 보통 은행이 수용할 수 있는 힘을 초과하는 은행에 대한 스트레스로 인해 발생한다. 홍수 수위로부터 정상 수위까지 낮아진 후 은행의 과포화가 한 예다. 포화 둑의 모공수압은 토양의 마찰전단 강도를 감소시키고 슬라이딩력을 증가시킨다.[5] 이러한 유형의 실패는 거친 갈린 토양처럼 빠르게 배수할 수 없기 때문에 가는 갈린 토양에서 가장 흔하다.[2] 이는 응집력이 없는 모래가 침식돼 은행자재가 훼손되고 은행 붕괴로 이어지는 등 이미 은행들이 불안정한 상태였더라면 더욱 강조될 수 있다.[5] 은행이 동결 해빙에 노출되었을 경우, 장력 균열이 은행 고장으로 이어질 수 있다. 지표면 아래 수분은 내부 전단력을 약화시킨다.[2] 모세관 작용은 또한 은행의 휴식의 각도를 기존의 은행 경사보다 낮게 감소시킬 수 있다. 이것은 비탈길을 지나쳐 흙이 마를 때 무너질 수 있다.[2]

배관 고장은 높은 지하수 침출 압력이 상승할 때 발생할 수 있으며, 유량도 증가할 수 있다. 이것은 은행의 일부의 붕괴를 초래한다. 실패는 보통 층화된 강둑 내 포화 층을 따라 선택적 지하수 흐름으로 인해 발생하며, 모래 렌즈는 보다 미세한 응집성 물질의 층 사이에 있다.[6]

텍토닉 고장

계곡 바닥 경사면의 변화는 지각변동으로 인해 발생할 수 있는 충적하천에 영향을 미칠 수 있다. 이것은 강둑의 고장을 야기하여 강 근처에 사는 사람들과 교량, 파이프라인 및 전선 교차로와 같은 구조물에 위험을 초래할 수 있다. 크고 빠르게 흐르는 강은 원래 유로를 유지해야 하지만, 낮은 구배는 경사 변화로 인한 영향을 더 크게 한다.[7] 지질학의 결과로 인한 둑의 실패는 강이 새로운 하천을 형성하는 것을 찬성하여 자신의 하천 수로를 버리는 아비스를 초래할 수도 있다.[7] 지각변동에 의한 항전은 높은 지대를 경험하는 강에서 가장 흔하게 나타나는데, 이 강에서는 은행 붕괴로 인해 액화작용과 지진으로 인한 골절로 인해 자연적인 제방이 상실되었다.[8]

중력파괴

중력 고장은 얕고 회전하는 슬라이드, 슬래브와 캔틸레버 고장, 지구 흐름과 건조하고 미세한 흐름을 포함한다. 주로 응집력 있는 둑에서 침전물을 분리해 충혈적으로 운반하는 과정이다.
얕은 고장은 재료 층이 은행 표면에 평행한 평면을 따라 이동하는 경우에 발생한다. 실패는 응집력이 낮은 토양의 전형으로 은행 각도가 내부 마찰 각도를 초과할 때 발생한다.[5] 기공수압이 과도하고 과부하가 걸려 강둑 밑이나 그 부근에서 중소형 블록이 강제 배출된다. 둑의 하반부에 있는 슬라브가 떨어져 나가 알코브 모양의 공동이 남게 된다. 고장은 보통 가파른 둑과 포화도가 높은 결속력 뱅크 재료와 관련이 있으며, 이를 통해 양의 모공 수압이 축적되고 구조물 내에 강한 침투를 가능하게 한다.[6]
팝업 실패는 기공수압이 과도하고 과부하로 인해 강둑 베이스나 근처에서 중소형 블록이 강제 배출되는 경우다. 둑의 하반부에 있는 슬라브가 떨어져 나가 알코브 모양의 공동이 남게 된다. 고장은 보통 가파른 둑과 포화도가 높은 결속력 뱅크 재료와 관련이 있으며, 이를 통해 양의 모공 수압이 축적되고 구조물 내에 강한 침투를 가능하게 한다. 기공수압과 과부하로 인해 강둑의 밑면이나 근처에서 중소형 블록이 강제 배출된다.[6]

슬래브 고장은 강 수로로 깊숙히 가라앉은 질량의 미끄러짐과 전방 토플링이다. 고장은 가파르고 낮은 높이, 미세한 결속력과 관련이 있으며 저유량 조건에서 발생한다. 은행 발가락의 긁힘, 은행 소재의 높은 모공 수압, 은행 윗부분의 장력 균열 등이 복합적으로 작용한 결과다.[6]

캔틸레버 고장은 돌출된 블록이 채널로 붕괴할 때 발생한다.[5] 실패는 은행이 과소 삭감을 경험한 후에 종종 발생한다. 고장은 보통 미세하고 거친 갈은 재질의 복합체에서 발생하며, 저유량 조건에서 활성화된다.[6]

건조하고 미세한 흐름으로 인한 고장은 일반적으로 저단층인 비코셔성 뱅크에서 발생한다. 이것은 마찰각 위로 국부 은행 각도를 증가시키고, 개별 곡물은 층을 이루면서 은행을 굴러 미끄러뜨리고 튕겨 내려간다. 축적은 보통 발끝에서 일어난다.[6]

습지 토류는 포화상태로 인해 둑의 한 부분의 강도 손실이 둑의 무게를 증가시키고 둑의 재료 강도를 감소시켜 흙이 점성액으로 흐르게 하는 현상을 일으킨다.[2] 이러한 유형의 고장은 보통 낮은 각도의 뱅크에서 발생하며, 영향을 받는 재료가 뱅크 아래로 흘러 발가락에 있는 재료의 로브를 형성한다.[6]

빔 고장은 오버행의 장력 균열의 결과로 발생하며, 오버행 블록의 하단부가 거의 수평의 고장 표면을 따라 고장 난 경우에만 발생한다.[6]

예

미주리 뉴 마드리드 지진으로 형성된 움푹 들어간 땅

1811–1812년 뉴 마드리드 지진

1811–12년 뉴 마드리드 지진은 미시시피 강에서의 지진에 의해 발생했으며, 뉴 마드리드 지진 지역(NMSZ)의 지각 활동으로 인한 은행 붕괴를 나타낸다.[9] NMSZ는 오늘날 약한 상태로 남아 있는 균열 시스템의 고장 결과로서, 결함과 지진 활동이 빈번하다.[9] 이번 지진으로 지표면 둑이 수면 위아래로 떨어져 배가 침몰할 정도로 큰 파도가 일었다.[7] 강물에 침전물이 떨어지면서 일부 물이 불어나기도 했지만, 또 어떤 때는 물이 둑을 덮치면서 미시시피 강둑의 넓은 지역이 한꺼번에 떨어지기도 했다.[7] 지진으로 인한 충격으로 미시시피 강 물이 역류하는 것이 보였다.[8] 많은 양의 침전물이 강으로 유입되었다. 은행 케이싱은 테네시 주의 멤피스만큼 강 하류로 보였다. 수직 상쇄는 비록 수명이 짧지만 난류의 주요 원인일 수 있다.[7]

노스웨스턴 미네소타 은행 붕괴

높은 흐름은 노스다코타 북동쪽에 있는 펨비나 강의 가파른 둑을 침식하여 높은 침전물 부하에 기여한다.

은행 붕괴는 홍강과 그 지류에 위치했다. 그것은 침식으로 인해 발생했고 슬럼프를 나타낸다. 이 지역에서 실패는 강둑이 모래나 자갈과 같은 저항성 퇴적물과 반대로 빙하와 호수 퇴적 때문에 점토로 이루어져 있기 때문이다.[1] 가장 일반적으로 슬럼프는 Sherack Formation에 존재하는데, Sherack Formation은 Huot과 Brenna Formations라고 불리는 덜 유능한 Formation에 자리잡고 있다.[1] 셰랙 포메이션은 실트와 클레이 라미네이션으로 구성되어 있으며, 브레나는 점토 퇴적물이다.[10] 이 덜 유능한 형태는 위에 있는 쉐랙 형성이 강 계곡에 의해 침식될 때 노출된다. 쉐락형성에도 균열이 생겨 밑흙에 약해지고 슬럼프에 빠질 수 있다. 형성지간(일반적으로 붉은 강 지역에서)의 노출 접촉과 따라서 이 접촉에 내재된 약점은 강둑의 대량 낭비를 야기한다.[11] 강둑 근처의 인간의 활동은 실패 위험을 증가시킨다.[1] 이러한 인간의 간섭 때문에 강의 최선의 방어는 강 주변의 불필요한 하중을 피하고 실패로 이어지는 문제에 대한 경각심을 높이는 것이다.[1] 고장이 발생할 경우, 비탈면의 지질학적 매개변수에 대한 이해가 필요하며, 근본 원인을 이해하기 위해 가장 많이 의존한다.[11] 이것은 토양의 플라스틱 한계와 액체 한계에 대한 값을 얻음으로써 달성될 수 있다.[1]

또한 흐름과 침전물 기여도 사이의 상호작용도 관심사다. 레드 강과 미네소타는 노스다코타 북동부의 펨비나 강으로부터 기부를 받는다.[10] 이 강은 침식률이 매우 높으며, 강둑의 광범위하고 가파른 침식을 초래한다. 이렇게 유출량이 증가하면 하천 유량이 증가하고 따라서 홍강과 같은 하류 침식 사건이 더 많이 발생한다.[10]

해결 방법

강둑 붕괴는 석회 안정화 및 옹벽, 바가지와 시트 쌓기, 깊은 초목, 풍로와 참호, 자루와 블록, 가비온과 매트리스, 토사시멘트, 강둑 근처의 구조물 건설을 피하는 것이 가장 일반적인 해결책이다.[12]

리랩

리랩

바위와 다른 물질로 만들어진 리랩으로, 강둑에서 에로스적 과정을 억제하는 방식으로 배열된다. 이 방법은 비용이 많이 들고 실패를 경험할 수 있지만 넓은 영역에 사용할 수 있는 능력이 있다.[3] 돌들이 너무 작아서 전단 응력을 견디지 못하고, 개별적인 돌의 제거로 인해 전체적인 바가지에 약해지거나, 바가지로 인해 은행의 측면 경사가 너무 가파르거나, 바가지로 인해 너무 균일한(작은 공간을 채울 만한 것은 아무것도 없음) 입자 침식을 겪을 때 실패가 나타난다. 실패는 슬럼프, 변환슬라이드 또는 변형슬럼프에 의해서도 발생할 수 있다.[12]

윈드로우와 참호

바람막이는 강둑에 침식에 강한 물질이 쌓이는 것으로, 묻으면 참호로 알려지게 된다. 침식이 이미 결정된 위치를 지속할 때, 이러한 풍로와 참호는 더 이상의 침식이 발생하지 않도록 하기 위해 둑과 함께 미끄러져 내려간다.[13] 이것은 다른 방법들이 실패로 이어질 수 있지만 높은 은행에서는 설치가 간단하기 때문에 최소한의 설계 작업이 필요함을 허용한다.[12] 단점으로는 창호와 참호가 침식에 강한 재질을 교차할 때까지 침식을 지속하는 것이 있다. 둑의 가파른 경사가 강의 속도를 높여주기 때문에 이 방법의 결과는 일관성이 없는 것으로 나타났다.[12]

자루를 이용한 강둑 수리

색스/블록

자루와 블록은 침수가 진행되는 동안 사용될 수 있으며, 자루는 자재로 채워져 있어 블록이 배수 및 식생 성장을 촉진할 수 있다. 이 방법은 모든 자루와 블록의 크기가 같아야 하기 때문에 노동력을 늘리고 필러 재료를 더 많이 필요로 한다.[12]

가비온아우 리벳

가비온과 매트리스

가비온이 쌓여 있고 직사각형의 철사 상자가 돌로 채워져 있다. 그것들은 물이 너무 빨라서 바가지 기술을 사용할 수 없을 때 가파른 경사면에서 유용하다. 이들은 비용이 많이 들고 노동집약적일 뿐만 아니라, 긍정적인 성과를 보이는 것으로 보였지만 손상과 그에 따른 유지보수에 대한 정기적인 검사를 필요로 한다.[13]

매트리스 가비는 넓고 얕은 바구니로, 식물의 성장을 위해 부드러운 강둑에 유용하다. 얕은 표면에 나란히 묶고 나란히 층을 이루며 침식 방지 담요를 만든다.[12]

관절형 콘크리트 매트리스는 미시시피강과 같은 큰 강에서 사용되며, 철봉으로 고정된 콘크리트 블록으로 구성되어 있다.[12] 좋은 평판을 가지고 재빨리 사용하기 때문에, 그들은 적절하게 배치되었을 때 강둑을 완전히 커버할 수 있다. 이는 결국 좋은 서비스 기록으로 이어진다.[12] 다만 열린 공간(8%)은 미세한 자재가 통과할 수 있도록 허용하고 블록 사이의 공간은 둑을 제거하는 원인이 될 수 있다.[13] 아쉽게도 매트리스 자체가 날카로운 곡선에 잘 맞지 않아 배치에 필요한 둑의 초목을 제거하는 데 비용이 많이 들 수 있다.[12]

토양시멘트

토사시멘트의 정확한 배치는 둑의 경사에 따라 달라질 수 있다.[14] 파도 작용이 높은 강에서는 파도에서 나오는 에너지를 소멸시키기 위해 계단 패턴이 필요할 수 있다.[12] 파동에너지가 낮은 조건에서는 시멘트를 경사면에 평행한 시트로 '도금'할 수 있다. 그러나 이 기법은 가파른 경사에서는 사용할 수 없다.[14] 토양 시멘트는 동결/토우 조건에서는 부정적인 영향을 미칠 수 있지만, 모래와 식물이 있는 은행에서는 강도와 불침투성이 거의 없어 긍정적인 효과가 발생할 수 있다.[12]

식물

은행 붕괴를 방지하기 위해 세 가지 주요 유형의 식물이 존재한다. 나무, 관목, 풀. 나무들은 깊고 빽빽한 뿌리 시스템을 제공할 것이고, 강둑이 수용할 수 있는 스트레스를 증가시킬 것이다. 관목들은 침식으로부터 보호막을 제공하기 위해 강둑에 숨겨져 있고, 좋은 식물 커버리지와 토양 안정성을 만들어낸다.[3] 절단부는 파시네로 묶어서 강둑과 평행하게 얕은 참호 속에 넣을 수도 있다.[12] 일반적으로 버드나무와 목화나무 기둥은 가장 유용한 재료지만, 섬유 제품 또한 부분적으로[13][15] 묻혀 제자리에 고정될 수 있다. 이 절개 묶음들은 통나무와 같은 구조를 만들어 내는데, 이것은 뿌리를 내리고 자라고 좋은 식물 커버리지를 만들어 낼 것이다. 이 구조물들은 토양을 제자리에 고정시키고 하천 둑이 침식되지 않도록 보호한다.[13] 에로스적 공정에 대항하기 위해 식물을 사용하는 것은 가장 노동 집약적인 방법일 뿐 아니라 가장 비용이 적게 드는 방법이다. 그것은 또한 서식지를 개선하고 미적으로 만족감을 준다. 그러나 가파른 둑에서는 나무들이 둑의 발가락을 안정시키지 못할 수도 있고, 나무 자체의 무게는 실패로 이어질 수도 있다. 얼음이 녹는 등의 조건에서도 식물을 재배하기 어렵다. 제대로 보호받지 못하면 야생동물과 가축이 식물에 피해를 줄 수 있다.[12]

참조

  1. ^ a b c d e f g Minnesota Geological Survey. "Riverbank collapse in northwestern Minnesota: an overview of vulnerable earth materials" (PDF). Retrieved October 9, 2013.
  2. ^ a b c d e f g h i j k "Modes and Causes of Bank Failure" (PDF). Retrieved October 8, 2013.
  3. ^ a b c d Cass County Government. "riverbank slumping". Retrieved 2013-11-20.
  4. ^ Granite environmental. "Riverbank Erosion Control Products".
  5. ^ a b c d e f g Nasermoaddeli, M; Pasche. "Modelling of Undercutting and Failure of Non-cohesive Riverbanks" (PDF): 1–7. Retrieved October 7, 2013. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  6. ^ a b c d e f g h i Talukdar, Bipul. "River Bank Erosion- A perspective" (PDF). Retrieved October 7, 2013.
  7. ^ a b c d e Schumm, Stanley (2000). Active Tectonics and Alluvial Rivers. Cambridge University Press. ISBN 0521661102.
  8. ^ a b Schumm, Stanley (1986). "Alluvial River Response to Active Tectonics". Active Tectonics: Impact on Society. Advances in Geophysics. Colorado State University. Retrieved October 7, 2013.
  9. ^ a b 1811–1812 뉴 마드리드 지진
  10. ^ a b c "Water Quality in the Red River of the North Basin" (PDF). USGS. U.S. Department of the Interior.
  11. ^ a b Schwert, Donald. "GEOLOGY UNDER THE FARGO-MOORHEAD REGION". NDSU.
  12. ^ a b c d e f g h i j k l m Holste, Nathan. "Riverbank Protection" (PDF). Retrieved October 8, 2013.
  13. ^ a b c d e Joint Biological Assessment. "River Maintenance Methods Attachment" (PDF). Retrieved 2013-11-24.
  14. ^ a b Hansen, k (2000). Construction of a Stair-Stepped Soil-Cement Bank Protection. Denver, Colorado: American Society of Civil Engineers. ISBN 978-0-7844-0500-0.
  15. ^ Granite environment. "Riverank Erosion Control Products".