횡월류위어를 천변저류지 등의 유입부에 설치하기 위해서는 정확한 월류량을 산정하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 실제 하천에 적용성이 높을 것으로 판단되는 사다리꼴 수로의 광정횡월류위어에 대한 수리실험을 실시하였고, 유량계수산정을 위하여 상류 Froude수, 위어높이, 위어길이, 본류수로폭, 수로경사 등을 고려하였다. 분석결과 광정횡월류위어에서 $h/y_u$, $L/y_u$, $Fr_u$의 중요도가 큰 것을 확인하였고, 다중회귀분석을 통해 유량계수식을 제시하였다. 또한 기존 연구자들의 실험자료와 본 실험의 연구자료를 비교하였으며, 측정된 월류량과 계산된 월류량을 비교하여 유량계수식의 적용성을 확인하였다.
횡월류위어를 천변저류지 등의 유입부에 설치하기 위해서는 정확한 월류량을 산정하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 실제 하천에 적용성이 높을 것으로 판단되는 사다리꼴 수로의 광정횡월류위어에 대한 수리실험을 실시하였고, 유량계수산정을 위하여 상류 Froude수, 위어높이, 위어길이, 본류수로폭, 수로경사 등을 고려하였다. 분석결과 광정횡월류위어에서 $h/y_u$, $L/y_u$, $Fr_u$의 중요도가 큰 것을 확인하였고, 다중회귀분석을 통해 유량계수식을 제시하였다. 또한 기존 연구자들의 실험자료와 본 실험의 연구자료를 비교하였으며, 측정된 월류량과 계산된 월류량을 비교하여 유량계수식의 적용성을 확인하였다.
To install the side weirs in inlet of washland construction, it is necessary to calculate more accurately the discharges over side weir. In this study, the hydraulic experiments were performed in broad crested side weirs that installed trapezoidal channel and that considered more applicable to the a...
To install the side weirs in inlet of washland construction, it is necessary to calculate more accurately the discharges over side weir. In this study, the hydraulic experiments were performed in broad crested side weirs that installed trapezoidal channel and that considered more applicable to the actual river. Upstream Froude number in the main channel and weir height, length, width and slope of main channel were considerd for estimation of discharge coefficient of broad crested side weir. Experimental results show that the discharge coefficient of broad crested side weir depend on, and. New estimated equation for the discharge coefficient are suggested through the multiple regression analysis and its applicability is confirmed by comparing estimated and measured discharges over side weirs.
To install the side weirs in inlet of washland construction, it is necessary to calculate more accurately the discharges over side weir. In this study, the hydraulic experiments were performed in broad crested side weirs that installed trapezoidal channel and that considered more applicable to the actual river. Upstream Froude number in the main channel and weir height, length, width and slope of main channel were considerd for estimation of discharge coefficient of broad crested side weir. Experimental results show that the discharge coefficient of broad crested side weir depend on, and. New estimated equation for the discharge coefficient are suggested through the multiple regression analysis and its applicability is confirmed by comparing estimated and measured discharges over side weirs.
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문제 정의
또한 유역의 상류에 위치한 소하천의 경우 본류의 Froude수가 1이 넘는 경우가 발생할 수 있으나 사류 흐름조건에서의 연구는 미진한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 사다리꼴 수로의 사다리꼴 광정횡월류위어를 사용하여 상류, 사류 흐름조건에서 수리실험을 실시한 후 그 측정결과를 이용하여 상류의 Froude수, 위어높이, 위어길이, 본류폭, 하도 경사를 고려한 유량계수식을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 사다리꼴 개수로에 광정횡월류위어를 설치하고 본류의 흐름조건, 횡월류위어의 기하하적 형상변화에 대한 수리실험을 수행하였다. 측정된 실험자료를 바탕으로 과거 연구자들의 연구결과와 비교 분석하고 광정횡월류위어에 대한 유량계수 산정식을 제안하였고, 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
가설 설정
앞서 언급한 바와 같이 본 연구는 De Marchi의 유량계수산정이론을 근거로 하였으므로, 횡월류위어부에서 비에너지가 일정하다는 가정을 수용하였다. 따라서 본 연구의 실험결과에 대해 일정에너지 가정을 검토하였다. Fig.
앞서 언급한 바와 같이 본 연구는 De Marchi의 유량계수산정이론을 근거로 하였으므로, 횡월류위어부에서 비에너지가 일정하다는 가정을 수용하였다. 따라서 본 연구의 실험결과에 대해 일정에너지 가정을 검토하였다.
제안 방법
광정횡월류위어의 유량계수를 산정하기 위하여 사다리꼴 횡월류위어를 사용하였다. 횡월류위어는 위어마루높이(h)를 0.
그리고 중요도가 가장 높은 h/yu, L/yu의 조합만으로도 결정계수가 0.903으로 나타나 적용성이 있을 것으로 판단되며, Fru를 계산하지 않고도 유량계수를 산정할 수 있으므로 적용의 간편성을 고려하여 다음과 같은 간단식을 함께 제안한다.
수위 및 유속측정 구간은 횡월류위어 상하류단으로부터 각각 3.7 m 떨어진 지점까지로 0.2 m 간격으로 측정하였으며, 횡월류위어부는 0.05 m간격으로 수심을 추가 측정하였다. 이때 수심측정은 포인트게이지를 이용하였으며, 유속은 2차원 전자식유속계(KENEK, VM801-H)를 이용하여 측정하였다.
0 m로 변화시켜 실험하였다. 실험에서 사용한 본류의 유량조건은 20~35 l/sec였으며, Fru와 h/yu를 변화시키기 위해 하상경사를 0.1~1.5%로 변화시켰다. 이때 실험조건은 h/yu는 0.
05 m간격으로 수심을 추가 측정하였다. 이때 수심측정은 포인트게이지를 이용하였으며, 유속은 2차원 전자식유속계(KENEK, VM801-H)를 이용하여 측정하였다.
본 연구에서는 사다리꼴 개수로에 광정횡월류위어를 설치하고 본류의 흐름조건, 횡월류위어의 기하하적 형상변화에 대한 수리실험을 수행하였다. 측정된 실험자료를 바탕으로 과거 연구자들의 연구결과와 비교 분석하고 광정횡월류위어에 대한 유량계수 산정식을 제안하였고, 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
고수조에는 유량을 조절하기 위한 예연위어가 설치되어 있으며, 하류단에는 수심조절을 위한 수문이 설치되어 있다. 횡 월류위어의 횡월류량을 측정하기 위하여 횡월류된 유량이 유도수로를 통하여 저수조로 유입되도록 하였고, 저수조에 예연위어를 설치하였다.
광정횡월류위어의 유량계수를 산정하기 위하여 사다리꼴 횡월류위어를 사용하였다. 횡월류위어는 위어마루높이(h)를 0.06 m로, 측면경사를 1:1로 고정시키고, 위어폭(L)은 0.2, 0.4, 0.6, 1.0 m로 변화시켜 실험하였다. 실험에서 사용한 본류의 유량조건은 20~35 l/sec였으며, Fru와 h/yu를 변화시키기 위해 하상경사를 0.
014가 되도록 조도블럭을 설치하였다. 횡월류위어는 흐름의 안정을 위하여 수로 상류단으로부터 6.5 m 하류에 설치하였으며, 횡월류위어의 높이는 0.06 m, 횡월류위어 마루부 이후 사면 경사는 1：2로 제작하였다. 고수조에는 유량을 조절하기 위한 예연위어가 설치되어 있으며, 하류단에는 수심조절을 위한 수문이 설치되어 있다.
대상 데이터
모형수로의 재질은 포맥스이며, HEC-RAS 모의결과와 비교하여 조도계수가 약 0.014가 되도록 조도블럭을 설치하였다. 횡월류위어는 흐름의 안정을 위하여 수로 상류단으로부터 6.
사다리꼴 단면의 수로에 대한 횡월류위어 실험을 위해 Fig. 3과 같은 길이 14.0 m, 폭 0.6 m, 높이 0.2 m, 사면 경사 1:1의 가변경사 개수로 실험장치를 이용하였다.
데이터처리
여기서, a는 절편의 추정치이며, b, c, d, e, f는 회귀계수이다. 본 연구에서는 위식을 기본방정식으로하여 각 매개변수의 중요도를 확인하기 위하여 각각의 매개변수들을 조합한 35개의 case에 대하여 다중회귀분석을 시행하였으며, Table 3에 일부 결과를 수록하였다(여기서, V는 변수의 개수, R2은 결정 계수).
성능/효과
1. De Marchi의 일정비에너지가정을 검토하기 위하여 횡월류위어의 상하류단 사이의 본류 비에너지차를 검토한 결과, L/B가 5.0, 3.0, 2.0, 1.0일 때 각각 4.6%, 4.4%, 4.5%, 2.2%로 모두 5% 이하로 나타나 상류와 사류를 모두 실험한 본 연구에서도 일정비에너지 가정은 타당한 것으로 나타났다.
2. Fru와 h/yu의 변화에 대한 CM의 변화를 분석한 결과, 전체 실험결과는 특별한 경향성이 없는 것으로 나타났으며 L/B에 따라 구분하여 살펴보면 L/B가 클 경우에는 Fru가 증가할수록 CM이 증가하는 경향을 보이고, L/B가 작아지면 Fru가 증가할수록 CM은 감소하는 경향을 보였다. 이는 예연횡월류위어와 비교되는 광정횡월류위어의 특징으로 판단된다.
3. 본 연구의 실험을 통해 측정한 횡월류량과 각 연구자들에 의해 제안된 유량계수식에 의한 계산월류량을 비교한 결과 21.7~61.6%의 편차를 보였으며, 이는 과거 연구자들이 대부분 사각형 수로의 예연횡월류위어에 대한 연구를 수행하였고, 본 연구는 사다리꼴 수로의 광정횡월류위어에 대한 연구를 수행한 때문으로 판단되다.
4. 다중선형회귀식을 기본식으로하여 각 변수들의 중요도를 확인하기 위하여 35개 case에 대하여 다중회귀분석을 실시하여 y/hu, L/yu, Fru, S0, L/B의 순으로 중요도가 높음을 확인하였고, 중요도가 낮은 변수를 제외한 h/yu, Lyu, Fru의 함수로 횡월류위어의 유량계수식을 채택하였으며, h/yu, L/yu의 함수로 간단식을 제안하였다.
7%로 나타났다. 따라서 상류와 사류를 모두 실험한 본 연구에서도 일정비에너지의 가정이 타당한 것으로 판단되었다.
4는 횡월류 위어의 상하루단에서 측정된 본류의 수심과 유속을 이용하여 계산한 비에너지의 차를 보여주고 있으며, E1과 E2는 각각 횡월류위어 상류단과 하류단의 본류에서의 비에너지이다. 본 연구의 실험조건에서 평균 비에너지차는 L/B가 5.0, 3.0, 2.0, 1.0일 때 각각 4.6%, 4.4%, 4.5%, 2.2%로 나타나 5%이하였다. El-Khashab과 Smith(1976)는 흐름조건이 상류인 경우 평균 비에너지차를 5%로 예측하였고, Ranga Raju 등(1979)은 평균 2%의 값을 추정하였으며, Borghei 등(1999)의 연구에서는 평균 비에너지차가 3.
분석결과, 5개의 변수를 모두 포함했을 경우 결정계수가 가장 높게 나타났으나, 4개의 변수를 포함한 결과와 큰 차이를 보이지 않는다. 이는 실질적으로 변수가 추가되더라도 중요한 변수로서 역할을 못한다는 것을 의미하므로, 중요한 역할을 하는 변수와 그렇지 않은 변수를 구분할 필요가 있다.
후속연구
본 연구에서는 제한된 실내 실험수로에서 수행된 연구결과이기 때문에 이 연구결과를 실제에 적용하기 위해서는 향후 다양한 조건의 실험과 하천현장에서의 지속적인 연구가 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
횡월류위어에 대해 다양한 관점에서 연구가 수행되어야 하는 이유는?
저류지의 유입부에 설치되는 횡월류위어는 유량관리, 에너지소실, 유량전환, 수심규제, 홍수통제 등의 수단으로 많은 나라에서 사용되는 가장 전통적이고 단순한 수공구조물이다 (남기영 등, 2010). 횡월류위어는 흐름방향에 수직으로 설치된 일반적인 위어와 달리 흐름방향에 평행하게 설치되기 때문에 다양한 관점에서 연구가 수행되어야 하나, 횡월류위어에서 발생하는 복잡한 흐름특성 때문에 다른 수공구조물에 비해 연구가 미진한 상태이며, 지금까지의 주된 연구주제는 횡월류위어의 유량계수에 관한 경험식을 개발하는 것이었다.
저류지의 유입부에 설치되는 횡월류위어는 무엇인가?
저류지의 유입부에 설치되는 횡월류위어는 유량관리, 에너지소실, 유량전환, 수심규제, 홍수통제 등의 수단으로 많은 나라에서 사용되는 가장 전통적이고 단순한 수공구조물이다 (남기영 등, 2010). 횡월류위어는 흐름방향에 수직으로 설치된 일반적인 위어와 달리 흐름방향에 평행하게 설치되기 때문에 다양한 관점에서 연구가 수행되어야 하나, 횡월류위어에서 발생하는 복잡한 흐름특성 때문에 다른 수공구조물에 비해 연구가 미진한 상태이며, 지금까지의 주된 연구주제는 횡월류위어의 유량계수에 관한 경험식을 개발하는 것이었다.
국내에서 홍수피해 경감을 위해 제방증고, 하천개수 등의 구조적 대책에 의존하는 이유는?
최근 우리나라에서는 지구온난화에 의한 기상이변, 도시화로 인한 불투수면적 증가, 제방 직강화 위주의 하천정비사업 등으로 인해 유출량이 크게 증가하여 홍수피해잠재능이 지속적으로 증가하고 있다. 때문에 홍수피해 경감을 위해 제방증고, 하천개수 등의 구조적 대책에 의존하고 있으나, 수로 내에서 홍수를 관리하는 방법은 극한 홍수재해에 취약한 한계성을 지니고 있다(전경수 등, 2010).
참고문헌 (19)
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