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저류지 방류암거의 간편설계기법
A Simplified Design Method of Culvert Outlet for Detention Pond 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.44 no.4, 2011년, pp.263 - 273  

장주영 (금오공과대학교 대학원 토목공학과) ,  이재준 (금오공과대학교 토목환경공학부)

초록
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근래 이상기후에 의한 강우량 증대와 도시화에 따른 첨두유출량의 증대 및 도달시간의 단축은 하류 지점의 빈번한 범람을야기시키고 있으며 저류지와 같은 우수유출저감시설을통해 이상의 문제를해결하고자한다. 그러나현재 국내의 저류지에 관한 대부분의 연구는 저류지 용량에 중점을 두고 있으며, 저류지의 유출량을 방류할 수 있는 방류시설에 관한 연구는 미미한 실정이며 저류지의 방류시설로 주로 활용되고 있는 암거의 설계는 도로배수계획(한국도로공사, 1991)에 따라 설계되고있어서저류지에적용하기에는 무리가있다. 따라서본 연구에서는저류지 방류에적합한 암거설계기법을 개발하기 위하여 암거흐름 분류 중 암거상류부 수위가 잠수된 조건하에서 암거흐름을 모의 분석하고, 그 결과를 바탕으로 저류지 방류암거의 간편설계기법을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently increased rainfall by abnormal climate, risen peak runoff by urbanization, and shorten time of concentration are causing frequent overflow at downstream basin. This problem will be solved through the runoff reduction facilities like detention pond. However so far, most studies about detenti...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 4. 본 연구에서 제시된 관계식과 결과를 종합하여 간편하게 저류지 암거방류시설을 설계할 수 있는 간편설계기법을 개발하여 제시하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 저류지 설계와 연계하여 실무에서 바로 적용 가능한 저류지 암거방류시설의 설계를 위해 암거흐름 형식 중 저류지의 상황에 적합한 방식을 채택하여 제반변수들 간의 상호관계를 해석하고 도표 및 그림으로 제시하고자 한다. 또한 기존의 경험적인 반복과정을 통해 산출되는 불편함을 해소하기 위해 단계별 설계절차를 이용한 간편설계기법을 개발하고자 하며, 유역의 홍수량을 분담하는 저류지 설계의 마지막 단계인 방류시설 제원 결정시 암거내의 수리학적 검토와 유입구 또는 출구부의 전반적인 상황을 고려하여 정밀한 계산을 시행하는 노력을 덜어줄 수 있을 것이다.
  • 본 연구에서는 이미 암거설계 매개변수들의 관계를 모의하는 과정에서 암거유형을 원형 콘크리트관, 입구부 형상은 경사를 준 형태로 이미 결정하였으며, 3장의 분석결과 암거경사와 암거길이는 고려하지 않는 것으로 하였다. 따라서 암거 상류부 수위에 직접적인 영향을 미치는 설계유량, 암거직경과 개수 그리고 하류부 수위의 종합적인 관계를 분석함으로써 저류지 암거방류 시설의 간편설계기법을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 유역의 홍수량을 분담하는 저류지 설계의 최후 단계인 방류시설 제원 결정시 실무에서 바로 적용 가능한 저류지 방류암거시설의 간편설계기법을 개발하여 제시하였으며, 이 기법을 이용하면 관내의 수리학적 검토와 유입구 또는 출구부의 전반적인 상황을 고려하여 정밀한 계산을 시행하는 노력을 덜어줄 수 있을 것이다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • (2)에 의해 산정된 단면적과 비슷한 크기의 암거직경(D)과 개수(n)를 가정하고, 가정된 D와 n에 해당하는 단면적 A′을 구한다.
  • 따라서 Eq. (2)은 암거설계기법 개발 시 유량에 대한 적절한 단면적을 산정하는 식으로 사용될 것이다.
  • HW와 HW ′의 차이가 60 cm 이상 :(NG) → Step 3에서 D, n을 다시 가정한다.
  • HY-8모형에서 암거경사는 상류부 수위에는 영향을 주지 않으며, 경사변화에 따라 암거내 유속의 변화를 주어 암거해석을 하도록 고안되어 있어서 경사변화에 대한 상류부 수위변화가 나타나지 않는 것으로 분석하였다. 따라서 본 연구에서도 암거경사는 상류부 수위에 영향을 주지 않는 것으로 가정하고, 저류지 암거방류시설의 간편설계 기법 개발 시 암거경사는 고려하지 않는 것으로 하였다. 그러나 암거경사에 따라 암거내 유속의 변화가 크므로 저류지 방류암거 설계 시 암거경사는 도로배수계획(한국도로공사, 1991)에 따라 최소경사 0.
  • 본 연구에서는 Table 1의 암거흐름 분류 중 평상시 저류지가 일정수위 이상의 저류량을 유지하고 있는 것으로 가정하고 즉, 암거 상류부가 잠수된 조건하에서 암거의 통제단면은 따로 구분하지 않고 저류지 방류암거의 흐름을 모의 분석하였다. 모의 분석에 앞서 2000년 이후 작성된 재해영향평가서 상의 저류지 자료와 하천설계기준(한국수자원학회, 2005), 재해영향평가 실무지침서(소방방재청, 2005), 도로배수계획(한국도로공사, 1991) 등을 참고하여 저류지 제원 및 암거설계 매개변수를 결정하였으며, 암거수리해석 프로그램으로는 HY-8모형(FHWA, 2009)을 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국외의 저류지에 관한 연구동향은 어떠한가? 저류지에 관한 연구동향을 살펴보면, 국외의 경우 저류지의 규모와 용량에 관해서 David and Bedient(1980)는 호우빈도와 토지이용조건, 저류지 운영법에 따른 저류지의 규모결정에 관한 수학적인 해석을 시행하였고, Russell (1980)은 농촌지역에서 개발된 후 도시지역에 대해 수정된 유출추적모형을 저류지 추적에 적용하여 저류지의 형태에 관한 일반적인 결론을 도출하였으며, Guo and Urbonas(1996)는 Runoff Capture Ratio를 이용하여 저류지의 용적에 관한 사항을 연구하였으며, Bohler and Hahn (2005)은 TR-20과 HEC-HMS모형을 이용하여 강우빈도에 따른 저류용적의 변화에 대한 분석을 실시하였다.
국내의 저류지에 관한 연구동향은 어떠한가? 국내의 경우에는 2000년 이전까지는 이종태 등(1991)의 도시와 영향을 고려한 유수지의 계획모형, 이재준 등 (1993)의 우수관거 및 유수지 설계를 위한 임계지속기간, 이정식 등(1995)의 도시유역에서 지체저류시설의 수문학적 설계에 관한 연구가 보고되었을 뿐 아직 미흡한 실정이었으나, 2000년 이후에 들어서 홍수방재와 환경의 중요성이 부각되면서 활발한 연구가 진행되고 있다. 윤여진과 이재철(2001)은 저류비의 개념을 이용하여 산정된 저류지 용량과 강우지속기간에 따른 저류지의 최대 용적을 비교 분석하여 저류지 설계 시 적정용량 산정 방법을 제안하였다. 김대근과 고영찬(2005)은 합리식을 바탕으로 한 저류지 계획모형을 이용하여 우수저류조 용량 산정에 관한 연구를 수행하였다. 이재준과 김호년(2008)은 저류지의 위치선정에 따라 유출저감효과를 분석하였으며, 이재준과 곽창재(2008)는 저류지 설계를 위한 관련변수 해석을 실시하여 저류지를 설계함에 있어서 기존의 많은 제반사항과 저류지 추적을 시행하지 않고 간편한 설계를 할 수 있는 저류지의 간편설계기법을 제시하였다.
저류지는 어떤 구조물인가? 1990년대에 들어 각종 우수유출 저감시설의 활용으로 이상의 문제를 저감하고자 하는 노력들이 시작되었으며, 현재 신규개발지에 저류지와 같은 우수유출 저감시설 설치를 법제도적으로 의무화 하고 있어, 전국적으로 천여개소의 저류지가 시설되어 있거나 계획 중에 있다. 저류지는 개발로 인해 증가된 첨두유출량을 개발전의 상태로 저감시키기 위하여 임시 또는 상시 저류하거나 저류능력 이상의 유출량에 대해서는 암거방류시설을 통해 하류부의 하천 또는 하도로 방류시키는 역할을 수행하는 수공구조물로서 일반적으로 저류지 계획 및 설계는 저류지 용적에 대해 초점을 맞추고 있을 뿐 방류암거시설에 대한 구체적인 설계는 이루어지지 않고 있는 실정이다.
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참고문헌 (22)

  1. 구혜진, 전경수(2008). “암거 설계 모형의 개발.” 2008년도 한국수자원학회 학술발표회 논문집, 한국수자원학회, pp. 645-649. 

  2. 김대근, 고영찬(2005). “도심지 소유역에 적용 가능한 우수저류조의 용량 산정에 관한 연구.” 상하수도학회지논문, 상하수도학회, 제19권, 제5호, pp. 619-624. 

  3. 소방방재청, 한국방재협회(2005). 재해영향평가 실무지침서. 

  4. 유동훈, 엄호식(2001). “원형 암거의 간편설계.” 2001년 한국수자원학회 학술발표회 논문집, 한국수자원학회, pp. 685-690. 

  5. 윤여진, 이재철(2001). “계획강우의 지속기간에 따른 저류지용량의 산정.” 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제34권, 제5호, pp. 415-426. 

  6. 이길성, 진락선(2003). “사각형 암거 설계를 위한 프로그램의 개발.” 2003년도 대한토목학회 학술발표회논문집, 대한토목학회, pp. 2686-2689. 

  7. 이재준, 이정식, 전병호, 이종태(1993). “우수관거 설계를 위한 계획강우의 임계지속기간; 서울 지역을 중심으로.” 한국수문학회지, 한국수문학회, 제26권, 제2호, pp. 49-57. 

  8. 이재준, 김호년(2008). “도시유역 저류지 위치에 따른 우수유출저감효과 분석.” 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제28권, 제5B호, pp. 535-546. 

  9. 이재준, 곽창재(2008). “우수유출저감용 저류지의 간편설계기법 개발.” 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제41권, 제7호, pp. 693-700. 

  10. 이정식, 이재준, 김규호, 오석호(1995). “도시유역에서 지체저류시설의 수문학적 설계에 관한 연구.” 한국수문학회지, 한국수문학회, 제28권, 제2호, pp. 159-173 

  11. 이종태, 윤세의, 이재준, 윤용남(1991). “도시화 영향을 고려한 유수지 계획모형.” 한국수문학회지, 한국수문학회, 제24권, 제4호, pp. 78-83. 

  12. 한국수자원학회(2005). 하천설계기준 해설. 

  13. 한국도로공사(1991). 도로배수계획. 

  14. 행정자치부 (2000-2008). 각종 개발사업 재해영향평가서. 소방방재청. 

  15. Bohler, B.A., and Hahn, E.M. (2005). “Sensitivity of Detention Basin Volume to Rainfall Input.” 2005 World Water and Environmental Resources Congress, EWRI 2005, pp. 15-19. 

  16. Dasika, B. (1995). “New approach to design of culverts.” Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 121, No. 3, pp. 261-264. 

  17. David, P.S., and Bedient, P.B. (1980). “Detention Storage for Urban Flood Control.” Journal ofWater Resources Planning and Management Division, ASCE. Vol. 106, No. WR2, pp. 413-425. 

  18. Guo, Y., and Urbonas, B. (1996). “Maximized Detention Volume Determined by Runoff Capture Ratio.” Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 122, No. 1, pp. 33-39. 

  19. Hager, W.H. (1998). “Generalized culvert design diagram.” Journal of Irrigation and Drainage Engineering. Vol. 124, No. 5, pp. 271-274. 

  20. Russell, M.G. (1980). “Analysis of Detention Basin Systems.” Water Resources Bulletin, Vol. 16, No. 5, pp. 824-829. 

  21. U.S Federal HighWay Administration (FHWA) (1985) Hydraulic Design of Highway Culverts. 

  22. U.S Federal HighWay Administration (FHWA) (2009) HY 8, Culvert Hydraulic Analysis Program, Version 7.2. 

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