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[국내논문] 과부하 합류맨홀에서의 손실계수 산정을 위한 실험적 연구
An Experimental Study for Estimation of Head Loss Coefficients at Surcharged Combining Junction Manholes 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.43 no.5, 2010년, pp.445 - 453  

김정수 (경기대학교 대학원 토목공학과) ,  최현수 (경기대학교 대학원 토목공학과) ,  윤세의 (경기대학교 토목공학과)

초록
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도시 우수 배수 시스템에서 우수 관거는 개수로 흐름 상태로 가정하여 설계되었기 때문에 합류맨홀에서의 에너지 손실은 일반적으로 중요하게 고려되지 않았다. 그러나 과부하흐름에서 에너지 손실은 관거의 배수능력을 저하시켜 도심지역의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 과부하 합류맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 합류맨홀에 대한 문헌조사 및 현장조사를 실시하여 실험장치를 제작하고 실험조건을 선정하였다. 선정된 실험조건인 맨홀 형상 조건(사각형, 원형), 유출유량($Q_3$)에 대한 측면유입유량($Q_2$)의 비($Q_2/Q_3$) 및 실험 유량(2.0, 3.0, $4.0{\ell}$/sec)을 변화시키면서 실험을 실시하였다. $Q_2/Q_3$가 증가할수록 손실계수가 증가하므로 과부하 합류맨홀에서의 손실계수는 측면 유입관로의 유입유량의 영향을 크게 받는다고 판단된다. 맨홀의 형상변화 및 유량변화에 따른 손실계수는 거의 동일하게 산정되었다. 또한, $Q_2/Q_3$와 손실계수의 관계식을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Energy loss at manholes, often exceeding friction loss of pipes under surcharged flow, is considered as one of the major causes of inundation in urban area. Therefore, it is necessary to analyze head losses at manholes, especially in case of surcharged flow. Hydraulic experimental apparatus which ca...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 관거의 방향이 변하는 곳, 단차부의 접합, 관거가 합류하는 부분에 설치되는 합류맨홀에서의 손실수두 측정을 위한 실험조건을 선정하기 위하여 현장조사 및 문헌조사를 실시하였으며, 그 결과를 이용하여 Fig. 2와 같은 실험장치를 제작하였다. 수리모형의 총 길이는 약20m 이며, 고수조, 정류용수조(A, B), 아크릴관로, 아크릴맨홀, 차집통 및 액주계로 구성되어있다.
  • 본 연구에서는 우수 배수 시스템의 설계 및 시공에 일반적으로 사용되는 과부하 합류맨홀의 손실계수를 산정하고 에너지 손실의 저감방안을 제시하기 위하여 문헌 조사를 실시하였으며, 조사결과를 바탕으로 수리실험 장치를 제작하였다. 과부하 합류맨홀에서의 손실계수의 산정을 위하여 하수도시설기준(환경부, 2005)의 사각형 맨홀은 특 1호 맨홀, 원형 맨홀은 표준 1호 맨홀을 선정하여 1/5 축소모형으로 맨홀을 제작하였다.
  • 본 연구에서는우수 배수시스템의 설계및 시공에 일반적으로 사용되는 합류맨홀의 손실계수를 산정하기 위해 문헌 조사를 실시하였으며, 조사결과를 바탕으로 수리실험 장치를 제작하였다. 과부하 합류맨홀에서 손실계수의 산정을 위하여 하수도시설기준(환경부, 2005)의 사각형 맨홀은 특 1호 맨홀, 원형 맨홀은 표준 1호 맨홀을 선정하여 1/5 축소모형으로 맨홀을 제작하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반적으로 우수 배수시스템에서의 흐름은 무엇의 지배를 받는가? 일반적으로 우수 배수시스템에서의 흐름은 중력의 지배를 받게 되므로 개수로 흐름과 같이 간주된다. 그러나 유입유량이 증가하여 관거가 만관되거나 하류부에서 흐름의 제한 등에 의해 역류의 영향을 받는다면 우수 배수 시스템의 맨홀은 과부하(surcharge) 상태의 압력흐름이 된다.
우수 배수 시스템의 설계 및 시공에 일반적으로 사용되는 과부하 합류맨홀의 손실계수를 산정하고 에너지 손실의 저감방안을 제시하기 위하여 문헌 조사를 실시하였으며, 조사결과를 바탕으로 수리실험 장치를 제작한 결과는? 1. 유출유량(Q3)에 대한 측면유입유량(Q2)의 비(Q2/Q3)의 변화에 따른 과부하 합류맨홀의 손실계수는 0.4∼1.5로 산정되었으며, Q2/Q3가 증가함에 따라 직선유입관로의 손실계수(K13)의 변화는 미미하였으나, 측면유입관로의 손실계수(K23)는 Q2/Q3가 증가함에 따라 크게 증가하였다. 2. 과부하 합류맨홀의 손실계수(K)는 Q2/Q3가 0.5 이상이 되면 급격히 증가하는 경향을 보이고 있다. 이는 Q2/Q3가 0.5 이하일 경우에는 직선유입관로의 영향을 받다가 Q2/Q3가 0.5 이상이 되면 측면 유입관로의 영향을 받아 손실계수가 크게 증가하는 것이라 판단된다. 3. 과부하 합류맨홀의 형상과 유입유량의 변화에 따라 합류맨홀에서의 손실계수(K)는 거의 동일한 값을 나타내고 있으므로, 과부하 합류맨홀에서 발생하는 수두손실은 맨홀의 형태와 유입유량의 변화에 영향을 받지 않는다고 판단된다. 4.유출유량(Q3)에 대한 측면유입유량(Q2)의 비(Q2/Q3) 변화에 따른 과부하 합류맨홀에서의 손실계수 산정 실험식을 Eqs. (5) and (6)과 같이 제시하였다.
우수 배수시스템은 무슨 시설들로 구성되어 있는가? 그러므로 우수 배제 증력을 증가시킬 수 있는 합리적이고 경제적인 우수 배수시스템의 설계 및 시공은 매우 중요하다. 우수 배수시스템은 관거, 맨홀(manhole), 우수토실, 물받이(오수, 우수 및 집수받이) 및 연결관 등을 포함하는 시설들로 구성되어 있다. 여기서 맨홀은 우수 배수시스템의 유지와 관리를 위하여 일정거리마다 설치되고 있으며, 맨홀은 관거의 기점, 방향, 경사 및 관경 등이 변하는 곳, 단차가 발생하는 곳, 관거가 합류하는 곳에는 반드시 설치된다.
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참고문헌 (10)

  1. 윤세의, 김정수, 송주일(2008a). "과부하 원형맨홀에서의 손실계수 산정을 위한 실험적 연구." 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제41권, 제3호, pp. 305-314. 

  2. 윤세의, 김정수, 송주일(2008b). "과부하 사각형 맨홀의 배수능력 증대에 관한 실험적 연구." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제22권, 제6호, pp. 619-625. 

  3. 윤세의, 김정수, 송주일(2009). "과부하 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 배수능력 증대에 관한 실험적 연구." 대한상하수도학회지, 대한상하수도학회, 제23권, 제4호, pp. 447-458. 

  4. 최원석, 송호면(2002) "하수맨홀의 수리학적 특성에 관한 연구." 대한상하수도학회.한국물 환경학회 공동 추계학술발표회논문집, 대한상하수도학회, pp. 13-16. 

  5. 환경부(2005). 하수도시설기준. 

  6. Johnston, A.J., and Volker, R.E. (1990). "Head loss at junction boxes." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 116, No. 3, pp. 326-341. 

  7. Lindval, G. (1984). "Head loss at surcharged manholes with a main pipe and a $90^{\circ}$ lateral." Proceeding of 3rd International Conference on Urban Storm Drainage, pp. 137-146. 

  8. Sangster, W.M., Wood, H.W., Smerden, E.T., and Bossy, H.G. (1959). "Pressure changes at open junction in conduits.", Bulletin No. 41, Engineering Experiment Station, Univ. of Missouri, Columbia. 

  9. Wang, K.H., Cleveland, T.G., Towsley, C., and Umrigar, D. (1998). "Head loss at manholes in surcharged sewer systems." Journal of the American Water Resource Association, AWRA, Vol. 34, No. 6, pp. 1391-1400. 

  10. Zhao, C.H., Zhu, D.Z., and Rajarattnam, N. (2006). "Experimental Study of Surcharged Flow at Combining Sewer Juntion." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 132, No. 12, pp. 1259-1271. 

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