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폭이 넓은 개수로에서의 예연횡월류위어 유량계수 산정
Evaluation of Discharge Coefficients for Sharp Crested Side Weir in Wide Channel 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, B. 수공학, 해안 및 항만공학, 환경 및 생태공학, v.28 no.5B, 2008년, pp.449 - 458  

이동섭 (한국건설기술연구원 하천해안연구실) ,  김창완 (한국건설기술연구원 하천해안연구실)

초록
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본 연구의 목적은 De Marchi 유량계수 $C_M$의 개념을 이용하여 상대적으로 폭이 넓은 개수로에서 실험적으로 상류 조건의 직사각형 예연횡월류위어 유량계수에 대한 상류 프루드수, 위어 높이, 위어 길이, 본수로 폭의 영향을 확인하는 것이다. 수로 실험과 차원해석을 통하여 도출된 네 가지 중요 영향 변수, $Fr_1$, $h/y_1$, L/B, $L/y_1$의 영향을 관찰하고, 실험 결과를 바탕으로 새로운 예연횡월류위어 유량계수 산정식을 제안하였다. 분석 결과 폭이 넓은 개수로에서 예연횡월류위어 유량계수에 대한 $Fr_1$의 영향은 감소하는 것을 확인하였으며, $h/y_1$, L/B, $L/y_1$의 중요도가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 기존 연구자들의 실험 자료와 본 연구의 실험 자료를 비교 분석하여 기존 예연횡월류위어 유량계수 산정식의 적용성을 개선하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is investigating experimentally the effect of upstream Froude number, weir height, weir length, and main channel width on the discharge coefficient of rectangular sharp crested side-weirs under subcritical flow conditions in a relatively wide rectangular open channel based on the De March...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 기존 연구자들에 비하여 상대적으로 폭이 넓은 실험 수로를 사용하여 상류 흐름 조건에서 상류 프루드수, 위어 높이, 위어 길이, 본류 폭에 의한 예연횡월류위어 유량계수에 대한 영향을 확인하고자 한다. 또한 측정된 실험 자료를 이용하여 기존에 개발된 횡월류위어 유량계 수식을 개선하며, 측정 자료에 근거하여 보다 보완된 새로운 유량계수 산정식을 제안하고자 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 기존 연구자들에 비하여 상대적으로 폭이 넓은 실험 수로를 사용하여 상류 흐름 조건에서 상류 프루드수, 위어 높이, 위어 길이, 본류 폭에 의한 예연횡월류위어 유량계수에 대한 영향을 확인하고자 한다. 또한 측정된 실험 자료를 이용하여 기존에 개발된 횡월류위어 유량계 수식을 개선하며, 측정 자료에 근거하여 보다 보완된 새로운 유량계수 산정식을 제안하고자 한다.
  • 본 연구에서는 상대적으로 폭이 넓은 직사각형 개수로에 예연횡월류위어를 설치하고 횡월류위어 유량계수에 대한 주요 무차원 변수의 영향을 확인하기 위하여 수리 실험을 수행하였다. 측정된 실험 자료를 바탕으로 기존 연구자들의 실험 자료와 비교 분석하고 예연횡월류위어 유량계수에 대한 기존 산정식의 적용성을 개선하였으며, 각 무차원 변수의 영향을 분석하여 예연횡월류위어 유량계수에 대한 새로운 산정식을 제안하였다.

가설 설정

  • De Marchi는 횡월류위어 흐름을 해석하기 위하여 횡월류위어에 대한 공간변화류 방정식을 풀고, 비에너지를 일정하다고 가정하여 변화류 함수(varied flow function)에 근거한 횡월류위어 월류부에서의 본류의 수표면 변화에 대한 해석해를 개발하였으며, 이를 이용하여 유량계수를 산정하였다(Henderson, 1966). De Marchi는 유량계수를 산정하기 위하여 횡월류위어의 길이 방향을 따라 위어의 유량계수가 변하지 않고 일정하다고 가정하였고, 기존 횡월류위어 유량계수 산정식들은 이러한 De Marchi의 가정에 근거하고 있다.
  • 즉, 비에너지 E가 횡월류위어 전 구간에 대하여 일정하다고 가정할 수 있다는 것을 의미한다. 이에 따라 위어의 길이 방향을 따라 변하지 않는 일정한 크기의 위어 유량계수 CM을 가정하고(CM을 흔히 De Marchi 유량계수라 부른다), 본류를 1차원 직사각형 수로로 가정하여, De Marchi는 식(5)와 같은 해석해를 구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
횡월류위어란? 횡월류위어는 제방이나 수로의 양안에 설치되어 유량을 전환시키거나, 일정 이상의 초과 유량을 월류시켜 배제하는 용도로 사용되는 수리구조물이다. 이러한 횡월류위어는 주로 관개용 수로 및 방수로나 저류지 등 홍수 피해 경감 시설의 유입구에 주로 사용된다.
횡월류위어는 어디에 사용되는가? 횡월류위어는 제방이나 수로의 양안에 설치되어 유량을 전환시키거나, 일정 이상의 초과 유량을 월류시켜 배제하는 용도로 사용되는 수리구조물이다. 이러한 횡월류위어는 주로 관개용 수로 및 방수로나 저류지 등 홍수 피해 경감 시설의 유입구에 주로 사용된다. 횡월류위어에서의 월류량은 본류의 수위에 따라 변하며 본류의 수위가 위어 마루고 이상으로 증가하면 월류하기 시작한다.
횡월류위어의 월류량 예측이 어려운 이유는? 횡월류위어 월류 흐름은 횡월류위어의 제원이 다양하고, 횡월류위어가 설치된 본류의 횡단면이 위어의 설치 지점에 따라 변하기 때문에 이로 인하여 횡월류위어 주변부 흐름의 수리학적인 특성이 변하므로 가장 복잡한 흐름 형태 중의 하나로 알려져 있다. 이러한 횡월류위어 흐름을 해석하는 것은 매우 어려운 것으로 생각되어 왔다.
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참고문헌 (14)

  1. Borghei, S.M., Jalili, M.R., and Ghodsin. M. (1999) Discharge coefficient for Shape-crested side weir in subcritical flow. Journal of hydraulic engineering, ASCE, Vol. 125, No. 10. pp. 1051-1056 

  2. Cheong, H.F. (1991) Discharge coefficient of lateral diversion from traperzoidal channel. Journal of irrigation and drainage engineering, ASCE, Vol. 117, No. 4. pp. 461-475 

  3. Frazer, W. (1957) The behaviour of side weirs in prismatic rectangular channels. Proc. Institution of Civil Engineers, London, England, Vol. 6, pp. 305-327 

  4. Hager, W.H. (1987) Lateral outflow over side weirs. Journal of hydraulic engineering, ASCE, Vol. 113, No. 4. pp. 491-688 

  5. Hager, W.H. and Volkart, P.U. (1986). Distribution channels. Journal of hydraulic engineering, ASCE, Vol. 112, No. 10. pp. 935-953 

  6. Henderson, F.M. (1966) Open channel flow. Macmillan Publishing Co., New York, N.Y. 

  7. Jalili, M.R. and Borghei, S.M. (1996) Discussion of 'Discharge coefficient of rectangular side weir', by Singh, D. Manivannan and T. Satyanarayana. Journal of irrigation and drainage engineering, ASCE, Vol. 122, No. 2. pp. 132 

  8. James, W. and Mitri, H. (1982) Modeling side-weir diversion structures for stormwater management. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 9, pp. 197-205 

  9. Ramamurthy, A.S. and Carballada, L (1980) Lateral weir flow model. Journal of Irrigation and Drainage Division, ASCE, Vol. 106, No. 1, pp. 9-25 

  10. Ranga Raju, K.G., Prasad, B., and Gupta, S.K. (1979) Side weir in rectangular channel. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, Vol. 105, No. 5, pp. 547-554 

  11. Singh, R., Manivannan, D., and Satyanarayana, T. (1994) Discharge coefficient of rectangular side weirs. Journal of irrigation and drainage engineering, ASCE, Vol. 120, No. 4. pp. 814-819 

  12. Subramanya, K. and Awasthy, S.C. (1972) Spatially varied flow over side-weirs. Journal of the hydraulic division, ASCE, Vol. 98, No. 1. pp. 1-10 

  13. Swamee, P.K. (1988) Generalized rectangular weir equations. Journal of hydraulic engineering, ASCE, Vol. 114, No. 8. pp. 945-949 

  14. Swamee, P.K., Pathank, S.K., Mohan, M., Agrawal, S.K., and Ail, M.S. (1994) Subcritical flow over rectangular side weir. Journal of hydraulic engineering, ASCE, Vol. 120. No. 1. pp. 212-217 

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