[논문]경사형 및 계단형 보의 유량계수 산정을 위한 실험연구

강준구; 김종태

doi:10.3741/jkwra.2016.49.12.961

경사형 및 계단형 보의 유량계수 산정을 위한 실험연구
Experimental study on the discharge coefficient of slope-type and step-type weirs 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.49 no.12, 2016년, pp.961 - 969

강준구 (한국건설기술연구원 하천실험센터) , 김종태 (한국건설기술연구원 하천실험센터)

초록
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최근 들어 보의 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 구조물 설치가 요구되면서 고정보의 형태도 다양하게 제안되고 있다. 그러나 실무에 적용하기 위한 횡단구조물의 설계 가이드라인은 매우 한정적이다. 따라서 본 연구는 국내 중소하천에 설치된 고정보의 물리적 제원 변경에 의한 수리적 특성을 분석함으로써 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 고정보의 유량계수 산정을 위한 기초자료를 제공하는데 목적이 있다. 이를 위해 경사형 및 계단형 보에 대해 crest 변화에 따른 기본적인 유량계수를 도출하였으며 수위-유량 관계 곡선을 개발하였다. 또한 유량과 crest 등과 같은 수리학적조건을 변화시켜 자유 흐름 조건 및 잠긴 흐름 조건의 흐름특성을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Due to the recent requirement of installing low-head structures considering environmental aspects, various types of fixed weir have been suggested. However, the design guideline of transverse structures for practical application is very limited. The purpose of the present study is to analyze the hydraulic properties of the fixed weirs installed at the small and middle sized rivers of Korea depending on the physical specifications to provide fundamental data that may be reflected to the design of a low-head fixed weir considering the relevant environmental aspects. The basic discharge coefficient of slope-type and step-type weirs depending on change of crest was estimated, and a stage-discharge curve was developed. In addition, the flow properties under free flow and submerged flow conditions were analyzed by varying the hydraulic conditions such as discharge and crest.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 국내 중소하천에 설치된 유량계측의 가능성을 도출 고정보의 형상조건과 수리적 특성을 다양화하여 실험을 수행하고 저낙차형 고정보의 유량측정 기능 확보를 위한 유량계수 산정을 목적으로 하였다. 이를 위해 친환경구조물 중 가장 일반적인 경사형 및 계단형 보에 대해 crest 변화에 따른 기본적인 유량계수를 도출하였으며 수위-유량 관계 곡선을 개발하였다.

제안 방법

차원해석(Dimensional Analysis)은 그 방정식의 차원은 동일하다는 차원 동차성에 기초하는 방법으로 물리현상을 표현하는 변수의 수를 줄이는데 유용한 방법이다. 본 연구에서는 보 형태 및 crest 변화에 대한 자유 흐름과 잠긴 흐름의 수리학적 분석 및 흐름 변화를 이해하기 위해 일반적인 유량공식을 사용하여 차원해석을 실시하였다.
)를 도출하였으며 자유 흐름 및 잠긴 흐름 조건의 흐름특성을 분석하였다. 실험은 각 보의 형태별 crest 길이에 따라 총 4개의 case로 나누어 수행하였다. 실험 결과 자유 흐름 조건에서 crest가 증가할수록 h/H_w대비 C_d는 감소하는 경향을 보였다.
따라서 본 연구는 국내 중소하천에 설치된 유량계측의 가능성을 도출 고정보의 형상조건과 수리적 특성을 다양화하여 실험을 수행하고 저낙차형 고정보의 유량측정 기능 확보를 위한 유량계수 산정을 목적으로 하였다. 이를 위해 친환경구조물 중 가장 일반적인 경사형 및 계단형 보에 대해 crest 변화에 따른 기본적인 유량계수를 도출하였으며 수위-유량 관계 곡선을 개발하였다. 또한 유량과 crest 등과 같은 수리학적 조건을 변화시켜 자유 흐름 조건 및 잠긴 흐름 조건의 흐름특성을 분석하였다.

대상 데이터

보는 일반적으로 물을 담는 목적과 수면경사를 조절하는 기능으로 주로 활용되고 있지만 구조물 주변 흐름에서 한계류가 발생하므로 이론적으로 유량을 측정할 수 있는 기능이 추가된다. 본 연구는 중소하천의 설치된 보를 이용한 유량계측의 가능성을 도출하기 위한 목적으로 국내 중소하천에 주로 설치되어 보 형태를 대상으로 진행되었다.
수리모형실험은 폭 0.4 m, 총 길이 10.0 m, 높이 0.5 m인 가변경사 사각형 수로에서 수행하였으며, 고수조를 통해 유량을 조절하였다(Fig. 2). 수로 바닥은 철제이며 좌우 측벽은 강화 유리로 제작되어 실험 중 수면 형상이나 공기방울의 거동 등을 육안으로 관찰하기에 용이하도록 하였다.

성능/효과

실험 결과 자유 흐름 조건에서 crest가 증가할수록 h/H_w대비 C_d는 감소하는 경향을 보였다. 또한 계단형 보에 비해 경사형 보의 C_d가 크고 넓은 범위로 나타났으며 경사형 보는 crest 길이에 따라 C_d의 변화가 계단형 보 보다 큰 것으로 나타났다. 잠긴 흐름에서는 상·하류 수심비 (h_d/h)인 가 증가할수록 유량감소계수 (C_s)는 감소하는 것으로 나타났다.
실험은 각 보의 형태별 crest 길이에 따라 총 4개의 case로 나누어 수행하였다. 실험 결과 자유 흐름 조건에서 crest가 증가할수록 h/H_w대비 C_d는 감소하는 경향을 보였다. 또한 계단형 보에 비해 경사형 보의 C_d가 크고 넓은 범위로 나타났으며 경사형 보는 crest 길이에 따라 C_d의 변화가 계단형 보 보다 큰 것으로 나타났다.
또한 계단형 보에 비해 경사형 보의 C_d가 크고 넓은 범위로 나타났으며 경사형 보는 crest 길이에 따라 C_d의 변화가 계단형 보 보다 큰 것으로 나타났다. 잠긴 흐름에서는 상·하류 수심비 (h_d/h)인 가 증가할수록 유량감소계수 (C_s)는 감소하는 것으로 나타났다. 또한 잠긴흐름 발생시의 C_s와 h_d/h그래프를 확인한 결과, 경사형은 h_d/h가 60.

후속연구

92 × 10^-2으로 나타났다. 향후 본 연구 결과는 중소하천 내 보를 월류하는 흐름구조에서 유량 측정을 위한 기초 자료가 될 것으로 판단되며 추가적으로 계단 형태 및 계단 수에 따른 흐름패턴 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고정보란 어떻게 정의되는가?	고정보는 하천에 가장 많이 설치되어 있는 하천구조물 중 하나로써 각종 용수의 취수, 주운 등을 위하여 수위를 높이고 조수의 역류를 방지하기 위하여 하천의 횡단방향으로 설치하며 제방의 기능을 갖지 않는 시설로 정의된다(Korea Water Resources Association, 2005). 그러나 최근 들어 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 구조물 설치가 요구되면서 고정보의 형태도 다양하게 제안되고 있다.
	계단형상의 구조물은 어떠한 목적으로 설치되고 있는가?	그러나 계단형상의 구조물은 보 형태보다는 주로 급경사 수로인 댐 여수로에서 사류 구간의 에너지 감쇄와 수질정화 효과를 목적으로 설치되고 있다(Chanson, 2001; Ohtsu et al., 2001).
	저낙차형 고정보의 유량계수 산정을 위해 사용된 방법은 무엇인가?	따라서 본 연구는 국내 중소하천에 설치된 유량계측의 가능성을 도출 고정보의 형상조건과 수리적 특성을 다양화하여 실험을 수행하고 저낙차형 고정보의 유량측정 기능 확보를 위한 유량계수 산정을 목적으로 하였다. 이를 위해 친환경구 조물 중 가장 일반적인 경사형 및 계단형 보에 대해 crest 변화 에 따른 기본적인 유량계수를 도출하였으며 수위-유량 관계 곡선을 개발하였다. 또한 유량과 crest 등과 같은 수리학적 조 건을 변화시켜 자유 흐름 조건 및 잠긴 흐름 조건의 흐름특성을 분석하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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