[논문]저류지의 규모 및 방류암거의 설계를 위한 간편프로그램 개발

이재준; 안재찬; 김병일

doi:10.3741/jkwra.2014.47.7.587

저류지의 규모 및 방류암거의 설계를 위한 간편프로그램 개발
Development of Simplified Computer Program for the Design of Size and Culvert Outlet in Detention Pond 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.47 no.7, 2014년, pp.587 - 598

이재준 (금오공과대학교 토목환경공학부) , 안재찬 (국립재난안전연구원 연구기획과) , 김병일 ((주)천마기술단 수자원부)

초록
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현재 저류시설과 같은 유출저감시설은 국내에 적용된 사례가 거의 없고, 구체적인 설치 기준 및 설계 방법에 대한 기준이 미비하며, 저감량을 정량화하는 것이 곤란한 문제점을 지니고 있다. 이에 따라 유출저감시설의 정량화 지표가 개발될 때까지 국내에서 보편화되어 있는 유역출구 저류시설인 저류지를 기본 저감시설의 형식으로 채택하고 추가적으로 침투형 저감시설을 최대한 적용하고 있는 실정이다. 이러한, 저류지의 설계는 저류용량 및 방류시설에 이르기까지 까다로운 절차를 거쳐 제원을 결정하고 있어 계획단계에서는 불필요한 인력 및 시간이 소모되기도 한다. 따라서 본 연구에서는 기존 FFC11-SimPOND 모형의 저류지 규모결정 과정과 방류암거의 간편설계절차를 일원화하여 계획단계에서 저류지 용량과 방류암거의 설계제원을 손쉽게 산출할 수 있도록 SimPOND-CO 모형을 구축하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently runoff reduction facilities such as detention ponds were rarely used and limited primarily to cases. A specific installation criteria and method of design for runoff reduction facilities is insignificant in our country. Also it has difficult problems with quantification. A detention pond being installed at outfalls and generalized in our country is adopted as basic form with infiltration facilities because quantification index for runoff reduction facilities have not been developed. A processing of detention pond design has to determinate storage volume and outlet form is very complex and wasting human resources and time in the planning step. In this study, we have been unified FFC11-SimPOND being able to simply calculate size with simplified design method of culvert outlet and made a computing model (SimPOND-CO) for practical users.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

를 이용하여 홍수조절부의 저류지의 규모를 결정하고 방류부의 암거의 설계는 암거유형을 원형 콘크리트관, 입구부 형상은 경사를 준 형태로 가정하였으므로 암거경사와 암거길이는 고려하지 않는 것으로 하였다. 따라서 암거 상류부 수위에 직접적인 영향을 미치는 설계유량, 암거직경과 개수 그리고 하류부 수위의 종합적인 관계를 분석한 방류구 암거의 단면적 A_cv와 상류부 수위 HW, 방류암거의 중앙부 수심 d_mid를 이용하여 Table 2와 같이 관련 변수들의 관계식에 의해 저류지의 규모 및 방류암거의 설계에 대한 간편기법을 제시하고자 한다.

가설 설정

HW와 HW′의 차이가 60 cm 이상 : (NG) → Step 15에서 D, n을 다시 가정한다.
Step 5: 개발전 유입첨두유량(첨두방류량) Q_op에 대한 방류구 직경 D를 관계식을 이용하여 가정한다.
Step 8: Step 7에서 구해진 첨두방류량 Q_op가 Step 1의 개발전 유입첨두유량 Q_op보다 작으면 다음 단계로 넘어가고, 그렇지 않으면 Step 5로 돌아가서 방류구 직경 D를 이전단계보다 작게 재가정하여 진행한다.
국내 저류지의 설계강우 임계지속기간은 대체로 40～230분정도로 나타나고 있으며, 도시유역에서 첨두유량 발생시각은 대략 2시간이내에 있으므로 저류지의 유입수문 곡선은 첨두유량발생 시간(t_p)은 2시간, 기저시간(T_b)은 3t_p로 설정하여 6시간으로 그려지는 Fig. 5와 같은 삼각형 수문곡선형태로 가정하고 유입첨두유량은 2000년 이래로 수행된 재해영향평가서와 사전재해영향성검토협의의 유입첨두유량의 범위 3.62～114.8 ㎥/s 중 3～60 ㎥/s의 범위의 값을 사용하였다. 나머지 모의 매개변수는 도로배수계획(The Korea Expressway Corporation, 1991)과 하천설계 기준(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2009) 등에 따라 설정하였다.
9 m로 결정하였다. 암거흐름 분류 8가지 중 평상시 저류지가 일정수위 이상의 저류량을 유지하고 있는 것으로 가정하고 즉, 암거 상류부가 잠수된 조건하에서 암거의 통제단면은 따로 구분하지 않고 저류지방류암거의 흐름을 가정하였다. Table 1은 본 연구에서 저류지의 규모 및 암류암거의 설계를 위한 간편기법의 기본조건과 가정사항으로 각 변수들의 활용범위를 나타낸 것이다.
저류지 제원의 경우 National Emergency Management Agency (2005)의 “재해영향평가 실무지침서” 상의 영구저류지 설계기준을 따라 Fig. 6과 같이 사면경사가 1 : 2인 사다리꼴로 가정하였으며, 방류구의 위치는 Sewerage Design Standard (2011)에서 명시하고 있는 퇴사위 0.3 m 이상을 기준으로 택하여 저류지 바닥면에서 0.3 m에 위치하는 것으로 결정하였다.

제안 방법

본 연구에서는 사용자의 편의를 위해 기존의 C++ 코드기반으로 저류지의 규모결정이 가능한 FFC11-SimPOND 모형에 방류암거의 간편설계절차를 추가하여 C# 코드로 구성된 SimPOND-CO 모형을 구축하였다. SimPONDCO 모형의 입력변수는 FFC11-SimPOND 모형의 입력 변수인 개발전 첨두유입량, 개발후 첨두유입량, 개발후 유입총량에 방류암거에 대한 입력변수인 퇴사위와 허용 상류단 수위, 하류단 수위, 바닥 표고, 마루 표고, 방류부 길이를 기본 입력변수로 설정하고 있으며, 산정결과는 재해영향평가 실무지침서의 침사지겸 저류지의 제원에 관련된 표와 영구저류지 및 부속시설물의 설계제원에 대해 작성하는 표의 항목을 고려하여 바닥 표고, 홍수위 표고, 마루 표고, 총 깊이, 저류용량, 저류지 면적, 사면 경사, 방류구 직경, 방류부 길이, 방류구 유입부 표고, 방류구 유출부 표고를 포함하도록 설정하였다. Fig.
본 연구에서는 Lee and Kwak(2008)이 제시한 저류지 홍수조절부의 규모결정을 간편하게 시행할 수 있는 FFC11-SimPOND 모형과 저류지 암거방류시설의 설계를 위해 암거흐름 형식 중 저류지의 상황에 적합한 방식을 채택하여 제반변수들간의 상호관계를 해석하여 제시한 Jang and Lee (2011)의 저류지 방류암거의 간편설계기법을 일원화하여 저류지 전반의 설계제원을 결정할 수 있는 하나의 과정으로 통합하였으며, 사용자의 편의를 위해 모형화를 통하여 SimPOND-CO 모형을 구축하였다.
본 연구에서는 사용자의 편의를 위해 기존의 C++ 코드기반으로 저류지의 규모결정이 가능한 FFC11-SimPOND 모형에 방류암거의 간편설계절차를 추가하여 C# 코드로 구성된 SimPOND-CO 모형을 구축하였다. SimPONDCO 모형의 입력변수는 FFC11-SimPOND 모형의 입력 변수인 개발전 첨두유입량, 개발후 첨두유입량, 개발후 유입총량에 방류암거에 대한 입력변수인 퇴사위와 허용 상류단 수위, 하류단 수위, 바닥 표고, 마루 표고, 방류부 길이를 기본 입력변수로 설정하고 있으며, 산정결과는 재해영향평가 실무지침서의 침사지겸 저류지의 제원에 관련된 표와 영구저류지 및 부속시설물의 설계제원에 대해 작성하는 표의 항목을 고려하여 바닥 표고, 홍수위 표고, 마루 표고, 총 깊이, 저류용량, 저류지 면적, 사면 경사, 방류구 직경, 방류부 길이, 방류구 유입부 표고, 방류구 유출부 표고를 포함하도록 설정하였다.
본 연구에서는 유역의 홍수량을 분담하는 저류지 설계의 기초계획단계에서 기존의 복잡한 과정을 관련 매개변수의 상관관계식으로 간략화하여 저류지 홍수조절부의 규모를 산정할 수 있는 FFC11-SimPOND 모형과 저류지방류암거의 간편설계절차를 통합하여 저류지 규모결정과 방류암거의 설계에 필용한 제원결정에 용이하고 실무에서 바로 적용 가능하도록 SimPOND-CO 모형을 제시하였으며, 본 모형을 통하여 저수지 추적과 방류암거의 수리학적 검토 및 유입구 또는 출구부의 전반적인 상황을 고려하여 정밀한 계산을 시행하는 노력과 시간을 덜어줄 수 있으리라 사료된다. 향후 SimPOND-CO 모형을 이용한 실 저류지의 설계과정을 비교하고 방류암거의 형태 및 방류시설(weir, pump 등)을 추가하여 모형을 보완할 예정이다.
저류지의 유입첨두유량에 대한 저류지 첨두방류량의 비인 첨두유량비 α와 저류지의 저류비 Sr, 저류지의 방류구조물 직경 D와 저류지의 최대허용수심 Hmax, 저류지 구형 바닥면적 A′과 저류지의 제형바닥면적 A 및 보정제형 바닥면적 Ac를 이용하여 홍수조절부의 저류지의 규모를 결정하고 방류부의 암거의 설계는 암거유형을 원형 콘크리트관, 입구부 형상은 경사를 준 형태로 가정하였으므로 암거경사와 암거길이는 고려하지 않는 것으로 하였다.

이론/모형

8 ㎥/s 중 3～60 ㎥/s의 범위의 값을 사용하였다. 나머지 모의 매개변수는 도로배수계획(The Korea Expressway Corporation, 1991)과 하천설계 기준(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2009) 등에 따라 설정하였다. 저류지 제원의 경우 National Emergency Management Agency (2005)의 “재해영향평가 실무지침서” 상의 영구저류지 설계기준을 따라 Fig.

후속연구

침사지겸 저류지의 규모와 방류시설의 규모는 반비례 관계를 가지며, 홍수조절 겸용인 침사지겸 저류지의 용량 결정 시에는 침사지겸 저류지의 용량이 최대가 되는 강우지속기간인 임계지속기간(critical duration)을 적용하여야 하므로, 시행착오법으로 방류 구조물의 최적 조합을 채택하여야 한다. 구체적으로는 여러 가지 방류시설 규모 및 개수의 조합에 대하여 모든 강우지속기간에 대하여 저수지 추적을 실시하여 첨두방류량이 개발 전 계획홍수량을 초과하지 않는 조건과 침사지겸 저류지의 총 깊이가 3.0 m를 초과하지 않는 조건을 동시에 만족하면서 침사지겸 저류지의 용량이 최대가 되는 최적 조합을 채택하여야 한다.
본 연구에서는 유역의 홍수량을 분담하는 저류지 설계의 기초계획단계에서 기존의 복잡한 과정을 관련 매개변수의 상관관계식으로 간략화하여 저류지 홍수조절부의 규모를 산정할 수 있는 FFC11-SimPOND 모형과 저류지방류암거의 간편설계절차를 통합하여 저류지 규모결정과 방류암거의 설계에 필용한 제원결정에 용이하고 실무에서 바로 적용 가능하도록 SimPOND-CO 모형을 제시하였으며, 본 모형을 통하여 저수지 추적과 방류암거의 수리학적 검토 및 유입구 또는 출구부의 전반적인 상황을 고려하여 정밀한 계산을 시행하는 노력과 시간을 덜어줄 수 있으리라 사료된다. 향후 SimPOND-CO 모형을 이용한 실 저류지의 설계과정을 비교하고 방류암거의 형태 및 방류시설(weir, pump 등)을 추가하여 모형을 보완할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하도내 저류(on-line) 방식의 영구저류지 제원 결정에서 어떤 잠류 영향을 고려해야 하는가?	하도내 저류(on-line) 방식의 영구저류지 제원 결정은 방류구의 하류단을 토사조절부의 상단으로 하는 침사지의 홍수조절부 제원 결정 과정과 동일하다. 영구저류지의 방류구 위치, 형식 및 규모는 하류수위(tailwater)에 의한 잠류영향을 고려하여 결정하여야 하며, 수위별 방류능력 산정시에 잠류영향을 고려하여야 한다. 이와 같은 잠류영향은 시행착오법을 적용하여야 하므로 잠류의 영향을 고려하지 않은 상태에서 채택된 임계지속기간에 대하여만 고려하도록 한다. 하류부 영향 검토에서 저감효과가 완벽한 것으로 확인하여야 하며, 추가적으로 저감효과가 계획 빈도는 물론 그 이하의 빈도에 대하여도 모두 만족되도록 하는 조건을 최대한 고려하여야 한다. 한편, 방류시설의 높이가 D인 사각형 형태의 유입구를 가진 orifice인 경우 저류지 수위에서 orifice 바닥까지의 수두가 1.
	유출저감시설의 문제점은 무엇인가?	현재 저류시설과 같은 유출저감시설은 국내에 적용된 사례가 거의 없고, 구체적인 설치 기준 및 설계 방법에 대한 기준이 미비하며, 저감량을 정량화하는 것이 곤란한 문제점을 지니고 있다. 이에 따라 유출저감시설의 정량화 지표가 개발될 때까지 국내에서 보편화되어 있는 유역출구 저류시설인 저류지를 기본 저감시설의 형식으로 채택하고 추가적으로 침투형 저감시설을 최대한 적용하고 있는 실정이다.
	우수유출 저감시설의 국내 도입 목적은 무엇인가?	1990년대에 각종 우수유출 저감시설은 도시화에 따른 첨두유출량의 증대와 도달시간의 단축을 완화하기 위해 국외로부터 도입되었다. 현재는 개발로 인해 발생되는 유출량의 증대량을 개발전의 상태로 저감시키기 위해 임시 또는 상시 저류하거나 침투시켜 유역전반의 치수대책으로 활용하고 있는 실정이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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