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문제 정의
자료가 부족한 실정이다. 따라서 기존 연구의 문제점을 검토하고 이를 해결하기 위한 위어 연구 방향을 설정하고자 한다.
본 고에서는 기존의 횡월류위어 흐름의 기본 특성과 횡월류위어에 관련된 대표적인 연구성과를 검토하고, 이를 바탕으로 횡월류위어 유량계수 산정을 위한 연구 방향 설정에 대해서 서술하고자 한다.
가설 설정
월류량과 상류수심은 둘 다 운동량 방정식을 통해서 결정된다. 그리고 운동량보정계수(3)는 경험식에 의해 하류와 상류 사이의 변화가 선형이라는 가정으로 계산된다. 또한 위어 부의 수위는 위어를 따라서 계산되며, 한계수심 조건은 계산하지 않는다.
제안 방법
기존의 제안된 유량계수 식은 제한된 실험결과를 이용하여 회귀분석을 통해서 제안되었다. 이로 인해서 이전의 연구성과가 충분히 반영되었다고 보기 힘들며, 적용된 회귀분석방법이 적정하였는지 여부도 객관적으로 평가되었다고 보기 힘들다.
유량공급 수조 내에서는 수조 내의 정류판을 통해서 흐름을 안정시켜 실험수로로 일정한 유량이 공급되도록 한다. 실험수로 유출부는 KS 규격의 사각 예연위어를 설치하여 정확한 유량의 측정이 이루어지도록 한다. 수조 내의 사각 예연위어는 기초실험단계에서 유량을 측정하여 수위-유량 곡선을 보정할 계획이다.
실험은 먼저 일정 하폭을 조성하여 예연위어에 대하여 실시하게 되는데, 예연위어의 폭과 높이에 따라 다양한 흐름 조건을 적용하여 실험을 수행한다. 일정 하폭에 대한 예연위어에 대한 실험이 완료되면 광정위어를 설치하여 실험을 수행할 계획이며, 광정위어는 위어 폭, 경사, 높이를 변화시키면서 실험을 수행한다.
일정 하폭에 대한 예연위어에 대한 실험이 완료되면 광정위어를 설치하여 실험을 수행할 계획이며, 광정위어는 위어 폭, 경사, 높이를 변화시키면서 실험을 수행한다. 이와 같이 일정 하폭에 대한 예연위어와 광정위어에 대한 실험이 완료되면 실험 장치의 수정을 통해서 흐폭을 수정하고 다시 일련의 예연위어와 광정위어에 대한 실험을 수행한다.
횡 월류 위어의 형태는 크게 예연위어와 광정위어로 나누어 실험하며, 유량은 저유량 상태(200 1/sec 이하), 흐름 상태는 정상류(steady flow)로 한다. 주요 변수는 위어 길이, 위어 폭, 유량, 프루드 수, 하도폭 등으로 설정한다. 또 하나의 중요 변수인 하도경사는 그 영향이 크지 않으므로 일정 경사로 유지한다.
횡월류위어 유량계수 및 유량 산정에 대한 기존연구를 검토하여 연구방향을 설정하였다. 이상의 검토를 통해서 다음과 같은 중요한 점을 도출할 수 있었다.
대상 데이터
실험 장치는 크게 유량공급수조, 실험수로, 횡월류위어, 횡월류위어 배수로, 주수로 배수로로 구성되어 있다.
실험수로는 흐름의 안정을 고려하여 총 15m로 계획하였으며, 실험장치 모식도는 그림 5와 같다. 실험 장치는 크게 유량공급수조, 실험수로, 횡월류위어, 횡월류위어 배수로, 주수로 배수로로 구성되어 있다.
유량은 한국건설기술연구원 내의 고수조에서 공급받아 관수로를 통해서 유량공급수조로 공급된다. 유량공급 수조 내에서는 수조 내의 정류판을 통해서 흐름을 안정시켜 실험수로로 일정한 유량이 공급되도록 한다.
후속연구
기존 실험의 적용한계를 검증하고 축척효과를 최소화한 개선된 월류량 산정기법 및 유량계수 산정 식을 개발하기 위해서 국내에서 가용한 최대 유량을 활용한 실험 이 필요하다.
기존 월류량 산정기법과 유량계수 산정식의 신뢰도를 평가하고, 공식의 물리적 특성의 반영 여부를 검토하기 위해서 정밀한 예연위어 실험이 필요하다. 이 실험에서는 수위 및 유량, 평균 유속 등의 기본적 물리량 외에 보정계수 검토를 위해서 3차원 유속측정도 병행할 필요가 있다.
CRWR(2002)의 경우에는 몇 가지 조건에 대하여 실험하고 식을 제시하고 있으나 제 안식의 적용성은 충분히 검토되었다고 보기는 어렵다. 월류제 형식의 경우에는 바닥 마찰면의 영향이 예 연 위어보다 강하게 작용하므로 축척효과도 커서 모형실험과 실제 산정 유량의 차이가 클 가능성이 있으며, 예연위어에 형태적으로 다양한 설계인자가 있으므로이에 대한 연구가 필요하다.
지금까지의 연구 결과에 의하면 유량 계수 식은 크게 네 가지 형태를 가지고 있는데, 첫째는 Hager(1987)가 제시한 것과 같이 변수들이 분수 항의 형태를 취하는 경우이고, 두 번째는 Borghei(1999) 에 제안한 것과 같이 변수들이 합에 의해 계산하는 방식, May 등(2003)과 같이 변수들의 곱으로 나타나는 형식, 마지막으로 CRWR(2002)에서 제안한 것과 지수식으로 나타내는 방식이다. 유량계수 식의 형태에 따른 수리조건과 유량계수의 관계를 분석한다면 보다 개선된 유량계수 식의 산정을 기대할 수 있으나 이에 대한 연구가 부족한 것으로 판단된다. 또한 회귀 분석과정에서 물리적인 특성이 충분히 고려되었는지도 실제 위어의 자료를 통해서 검토해볼 필요가 있다.
필요하다. 이 실험에서는 수위 및 유량, 평균 유속 등의 기본적 물리량 외에 보정계수 검토를 위해서 3차원 유속측정도 병행할 필요가 있다.
즉, 급격한 유량의 유입이 예견된다면 에너지 방정식에 기초한 분석이 적합하지 않을 수 있을 것이다.
횡월류 부의 에너지 감소에 대한 고려 여부에 따라 기본방정식이 에너지 방정식 또는 운동량 방정식이 될 수 있는데 기본가정의 유효성은 적용하고자 하는 횡월류위어의 흐름 상태에 따라서 검토되어야 할 것이다. 즉, 급격한 유량의 유입이 예견된다면 에너지 방정식에 기초한 분석이 적합하지 않을 수 있을 것이다.
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