보는 하천의 대표적 횡단구조물로써 보 상·하류의 낙폭으로 인해 발생하는 유속을 적절히 감세하지 못할 경우 하류하상에 피해를 야기할 수 있다. 이에 보의 설치위치 및 규모에 따른 적절한 감세시설의 설치가 필수적이다. 본 연구에서는 다기능 보 하류의 세굴현상에 대한 해결책으로 ‘Hydraulic Design of Navigation Dams’(USACE, 1987)에서 감세시설로 권장하는 2차 감세지(Secondary Stilling Basin)를 보에 적용하여 하류의 감세효과를 검토하였다. 3차원 수치모의를 통해 2차 감세지의 효과를 판단하기 위해 하도, 다기능 보, 2차 감세지를 반영하여 지형을 구축하였다. 수치모의는 상·하류의 수위차가 최대로 발생하는 관리수위 조건에서 수행하였으며, 보 하류의 수위, 유속분포, 바닥전단응력, Froude 수 등의 수리특성 검토를 수행하였다. 모의결과를 바탕으로 보로부터의 거리에 따른 최대유속 등을 산출하고, 2차 감세지의 감세효과를 확인하였다. 또한 2차 감세지의 형상(상·하류 경사 및 폭)을 변화시키며 바닥보호공 끝단에서 작용하는 전단응력과 하상의 소류력을 비교하여 하상이 평형 상태에 도달할 수 있는 적정모델을 제시하였다. 2차 감세지를 활용한 감세효과의 검증을 통해 홍수기에 보 하류에 발생하는 세굴 피해의 저감이 가능하며, 2차 감세지의 현장적용 시 기존 세굴된 지형을 활용할 수 있어 보수 및 보강 비용의 절감이 기대된다.

본 연구에서는 보형식에 따라 발생되는 수리학적 현상을 분석하기 위하여 수리실험을 수행하였으며, 보 형식은 월류형 고정보와 하단방류형 가동보를 대상으로 하였다. 두가지 다른 형식의 보에서 발생하는 도수를 포함한 직하류 흐름 특성을 비교하고, 하단방류형 가동보를 설치할 경우 발생되는 직하류부 구간의 수위, 유속 및 에너지 변화 등 수리학적 특성을 분석하였다. 또한 하단방류형 가동보 직하류에서 발생되는 흐름을 제어하기 위하여 감세공 설치 위치 및 높이의 효율성을 분석하였다. 그 결과 방류 후 보 직하류에서 하단방류형 가동보의 경우 월류형 고정보와 유사한 도수(Hydraulic jump)가 발생되는 것으로 분석되었으나, 보 직하류 사류구간의 증가로 인하여 전체적인 도수길이는 증가되는 것으로 나타났으며 이는 Froude 수에 비례하는 것으로 분석되었다. 하상에 영향을 미치는 사류구간을 줄이기 위하여 도수를 사전에 유도시키도록 감세공 설치를 검토하였으며, 감세공을 설치할 경우 미설치시보다 단위길이당 에너지 감소효과는 Froude 수가 1.7 이상에서 더 효과적인 것으로 나타났다. 감세공의 설치에 있어서 설치 높이는 에너지 감소효과에 민감한 것으로 나타났으며 본 실험 결과 감세공의 높이는 하류 자유흐름 수심의 10%에서 가장 효과가 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구를 통하여 분석한 결과 하단방류형 가동보 직하류의 하상보호를 위해 도수현상의 길이를 줄이는 방법으로 효과적인 감세공 설치를 통해 에너지를 줄이는 방법을 활용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.