사이폰여수로의 안정적인 수위-유량 곡선도출을 위한 공기조절장치 개발 = Development of Air-regulator for stable H-Q curve deduction of siphon spillway
저자
김지성 ( Jisung Kim ) ; 이승오 ( Seungoh Lee ) ; 정석일 ( Suk-il Jung ) ; 송현구 ( Hyeongoo Song )
발행기관
학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2014
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
46-46(1쪽)
제공처
사이폰 여수로는 월류식 여수로보다 공간을 적게 차지하지만 많은 유량을 배제할 수 있다. 특히 상·하류 수두차가 클수록 배제량이 많으며, 별도의 구동장치 없이 작동하기 때문에 수문보다 운영상 유리한 점이 있다. 하지만 사이폰이 작동이 될 경우 저수지에 유입되는 홍수량과는 상관없이 상하류 수두차에 의해 방류량이 결정되기 때문에 하류 지역에 홍수피해가 날 수 있는 단점이 있다.
이런 문제를 극복하기 위해서 1922년에 인도에서 공기조절 사이폰여수로가 제시되었다. 2002년에는 K. Babaeyan-Koopaei에 의해 Air-slot 방식이 제시되었다. Air-slot 방식은 단일의 공기관을 통해서 유입되는 공기량을 보다 많이 들어가게 할 뿐만 아니라 저수지 수위에 따라 공기량을 조절할 수 있다.
한편 우리나라에서는 공기조절 사이폰여수로가 설치된 사례가 없으며, 1980년대 중반부터 시공의 간편함과 저렴한 비용 때문에 원형 강관 형태의 사이폰을 설치하고 있다. 이 원형의 사이폰에서는 주로 단일의 Air-vent에 의해 공기 공급이 일어나는데, 공기조절을 통해 유량 조절은 할 수 없고 단지 사이폰의 작동이 되는 수위를 결정하는 기능만 가지고 있다.
따라서 하류 홍수피해를 유발할 수 있는 사이폰 여수로의 단점을 극복하기 위해서는 공기조절여수로의 도입이 필요하나 원형 사이폰 여수로에 duck-mouth와 Air-slot 형태로 공기 조절을 할 수 있도록 제작하기는 힘들다. Air-slot 방식은 실무 설계에 적용할 수 있는 기준을 제시하지는 못하여 범용성이 떨어진다. 따라서 원형 강관의 사이폰여수로에 맞는 새로운 방식의 공기조절 장치와 설치 가이드라인이 필요하다.
본 연구에서는 K. Babaeyan-Koopaei가 제시한 Air-slot 방법과 duck-mouth 방법을 결합하여 철재 원형관에 적합한 Air-regulated siphon를 제시하고, 수리학적으로 유리한 형태가 무엇이며, 공기관의 배열이 어떠할 때 효과적인지 분석하여 설계에 적용하여 사용할 수 있도록 설계 기준을 제시하는 것이 목적이다.
본 연구에서 제시한 새로운 방식의 공기관의 효과를 보기위해서 Flow3D의 공기연행기능을 사용할 계획이다. 이런 검토를 위한 실험조건은 다양한 변수를 고려하기보다는 우리나라의 실정에 맞게 저수위 공기조절 사이폰를 대상으로 하고 상하류 수두차를 다양하게 설정하지 않고 단일의 수두차를 설정하여 연구를 할 계획이다. 그리고 사이폰 말단이 잠겨있지 않은 형태가 많으므로 사이폰 말단이 잠겨있지 않은 상태로 연구를 할 계획이다. 또한 Flow3D 모델의 검증은 기존의 사이폰 여수로 수리모형실험 데이터를 활용하여 할 계획이다.
이런 연구의 결과로서 새로운 공기조절 사이폰의 여수로는 웨어 흐름에서 사이폰흐름으로 변화되는 천이구간에서도 완만하게 유량이 증가하고 감소하는 형태가 될 것이다. 이런 공기조절 장치는 새롭게 설치하는 사이폰 여수로에 적용할 뿐만 아니라 기설된 사이폰 여수로에도 적용할 수 있어 활용성 측면에서 강점이 있다. 그리하여 사이폰 여수로의 수리학적 특성으로 인한 하류피해에 대한 불안을 해소할 뿐만 아니라 이상기후로 인해서 홍수량이 증대하는 저수지에 물넘이 확장의 좋은 대안이 될 것으로 기대된다.
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