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최근에는 하천환경에 대한 관심이 늘어나면서 고정보의 문제점을 보완하기 위하여 다양한 방식의 가동보가 개발되고 있다. 가동보가 설치된 하천의 흐름은 매우 복잡한 양상을 나타내며, 수위, 유속, 유량 등 흐름 전반에 걸쳐 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 영향은 하천의 흐름특성을 지배하기 때문에 보다 정확한 수리학적 해석이 필요하다. 또한 보 상류에 형성되는 델타(delta)는 홍수시 하천의 홍수위를 상승시키게 되며 보 하류에는 상류에서 공급되는 유사의 차단과 보를 통과하는 유속에 의해서 침식과 퇴적이 반복되고 흐름 및 하도의 불안정과 수리구조물의 안전을 위협하게 된다. 따라서 보 설계시 장기적으로 퇴적 토사를 적절히 예측하고, 주기적인 퇴적량 조사를 하여 퇴사의 발달 과정과 분포 등을 분석하여 필요시 보 운영 조건의 개선 등 적극적인 대책이 필요하다.
본 연구에서는 국내 중소하천에 가장 많이 설치되고 있는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 다양한 유량 변화에 대하여 수로경사와 보의 기립각도를 조절에 따라서 흐름조건을 완전월류 흐름조건과 수중위어 조건으로 분류하여 실내실험을 실시하였다. 또한 가동보에 의한 퇴사 과정에 대한 수리학적 특성을 파악하였다.
개량형 공압식 가동보의 흐름특성 분석 및 ...

최근에는 하천환경에 대한 관심이 늘어나면서 고정보의 문제점을 보완하기 위하여 다양한 방식의 가동보가 개발되고 있다. 가동보가 설치된 하천의 흐름은 매우 복잡한 양상을 나타내며, 수위, 유속, 유량 등 흐름 전반에 걸쳐 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 영향은 하천의 흐름특성을 지배하기 때문에 보다 정확한 수리학적 해석이 필요하다. 또한 보 상류에 형성되는 델타(delta)는 홍수시 하천의 홍수위를 상승시키게 되며 보 하류에는 상류에서 공급되는 유사의 차단과 보를 통과하는 유속에 의해서 침식과 퇴적이 반복되고 흐름 및 하도의 불안정과 수리구조물의 안전을 위협하게 된다. 따라서 보 설계시 장기적으로 퇴적 토사를 적절히 예측하고, 주기적인 퇴적량 조사를 하여 퇴사의 발달 과정과 분포 등을 분석하여 필요시 보 운영 조건의 개선 등 적극적인 대책이 필요하다.
본 연구에서는 국내 중소하천에 가장 많이 설치되고 있는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 다양한 유량 변화에 대하여 수로경사와 보의 기립각도를 조절에 따라서 흐름조건을 완전월류 흐름조건과 수중위어 조건으로 분류하여 실내실험을 실시하였다. 또한 가동보에 의한 퇴사 과정에 대한 수리학적 특성을 파악하였다.
개량형 공압식 가동보의 흐름특성 분석 및 유량계수 산정식 개발을 위한 실내실험 결과 완전월류 흐름 조건일 때의 유량계수(Cd)는 가동보의 높이, 즉, 기립각도에 따른 물리적 제원과 상류 접근흐름수두의 조건에 의하여 결정되는 것으로 나타났다. 그러나 수중위어 조건일 때의 유량계수는 완전월류 흐름 조건일 때와 달리 가동보의 물리적 제원보다는 상류 접근흐름수두와 상·하류 흐름조건에 의하여 결정되는 것으로 나타났다. 따라서, 주요 영향변수를 고려하여 다중회귀분석에 의한 완전월류 흐름 조건일 때와 수중위어 흐름 조건 일 때의 유량계수 산정식을 개발하고 측정된 유량계수와 본 연구에서 개발된 유량계수를 비교하여 현장 적용성을 검토하였다. 또한 2차원 수치모형인 Nays2D와 3차원 수치모형인 Delft3D를 이용하여 실내실험을 통해 측정된 유량계수와 수치모형을 이용해 계산된 유량계수의 비교 분석을 통해 수치모형의 적용성을 검증하였다. Nays2D 모형은 유량이 0.001∼0.101 m3/s 범위에서, Delft3D 모형은 0.0565~0.101 m3/s범위에서 개량형 공압식 가동보의 흐름특성 및 유량계수(Cd) 산정에 대한 적용성이 확인 되었다. 따라서 각 수치모형 별로 검토된 유량 범위 내에서 Nays2D 모형과 Delft3D 모형을 통한 개량형 공압식 가동보의 월류량 예측에 활용이 가능할 것이다.
가동보에 의한 퇴사거동을 분석한 결과는 보에 의해 형성되는 델타는 시간이 증가함에 따라 하류로 이동하며, 델타높이(hd)가 델타의 유효높이(hw)에 도달하였다. 또한 수로경사()보다 보의 높이(W)가 높을수록 델타의 전면경사는 완만하였다. 델타의 높이(hd)가 증가할수록 수심(h)은 감소하며, 델타의 이동속도(SD)도 감소하였다. 델타의 퇴적량(cm3/s)은 동일한 수로경사()일 때 보의 높이(W)가 클수록, 보의 높이(W)가 동일할 때 수로경사(i)가 완만할수록 델타의 발달을 억제되며, 보의 높이가 가장 큰 Run-3조건에서 델타의 발달을 억제할 수 있는 효과가 큰 것으로 나타났다. 또한 가동보 설치로 인한 퇴사거동을 분석한 결과 실내실험 결과와 Nays2D모형은 보의 각도(α)변화와 수로경사(i)의 변화를 잘 반영하고, 보에 의해 형성되는 델타의 위치, 델타의 길이와 델타의 높이가 비교적 일치하는 것으로 나타났다.

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