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위어 설치각도에 따른 흐름특성 및 하도 변화의 실험적 분석
Experimental Analysis of Flow Characteristics and Bed Changes Over Oblique Weirs 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.4 no.4, 2017년, pp.245 - 254  

장창래 (한국교통대학교 토목공학과) ,  김기정 (한국교통대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 실내실험을 통해 위어의 설치 각도 변화에 대한 위어 상하류에서 흐름특성 변화와 하도 변화를 정량적으로 분석하였다. 위어의 설치 각이 증가함에 따라 위어의 길이는 증가하지만, 위어의 유효길이는 감소하였다. 위어 상류에서는 유사가 퇴적되어 배수가 형성되는 지점에서 델타가 발달하고, 하류로 이동하였다. 델타의 이동속도는 위어에 가까워질수록 감소하며, 크기는 증가하였다. 무차원 위어의 길이가 증가함에 따라, 무차원 사주의 파장이 감소하고, 무차원 사주의 파고는 증가하였다. 무차원 사주의 파장이 증가함에 따라 무차원 사주의 파고는 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the flow characteristics and bed changes in the upstream and downstream of weirs with the variation of the weir angels are investigated quantitatively through the laboratory experiments. As the angle of weir increases, the effective weir length decreases. Delta is developed by the sed...

주제어

#사주   #델타   #위어 유효길이   #경사형 위어  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 경사형 위어에 의한 흐름 및 하도변화 과정을 파악하기 위한 실험을 수행하기 위하여 위어 설치각도는 0°, 15°, 30°, 45°의 4가지 조건을 설정하였다.
  • 수심은 얕고 유속은 상대적으로 빠르므로, 직접 유속을 측정하는 데에는 한계가 있다. 따라서 particle을 이용하여 디지털카메라로 찍은 후에서 영상을 분석하여 유속을 추정하였다. 하상고 변화는 각 시간별로 흐름을 정지시킨 후에 흐름의 종방향으로 0.
  • 그러나 하천을 횡단하는 위어나 보에 의하여 하류에서 발생하는 사주에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 실내실험을 통해 위어의 설치 각도 변화에 대한 위어 상하류에서 흐름특성 변화와 사주의 거동을 정량적으로 분석하였다.
  • 본 연구에서는 실내실험을 통해 위어의 설치 각도 변화에 대한 위어 상하류에서 흐름특성 변화와 하도 변화를 정량적으로 분석하였다. 위어의 설치 각이 증 가함에 따라 경사형 위어의 유효길이는 감소하였다.
  • 위어 상류에서 델타의 거동을 파악하기 위하여, 무차원 델타 이동속도 (V*)와 무차원 델타의 높이 (H*)의 관계를 분석하였으며, 이에 대한 정의는 다음과 같다.
  • 8 cm이고 높이가 12 cm 인 강화형 압축 목판으로 제작하여 설치하였다. 하도 변화를 파악하기 위하여 평균 입경이 0.8 mm 인 주문진 표준사를 15 cm 두께로 수로바닥에 포설하였다. 수로 상류에서 실험수로로 유입되는 물이 일정하게 정상상태 (steady state)로 유지 될 수 있도록 실험수로 유입구에 wire mesh를 설치하였으며, 수로 하류단 수위는 tail gate로 조절되었다 (Fig.
  • 따라서 particle을 이용하여 디지털카메라로 찍은 후에서 영상을 분석하여 유속을 추정하였다. 하상고 변화는 각 시간별로 흐름을 정지시킨 후에 흐름의 종방향으로 0.2 m, 횡방향으로 0.01 m 간격으로 laser profiler를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

  • 측벽은 강화 유리로 되어 있으며, 경사가 조절되는 가변형 경사수로이다. 경사형 위어는 상부 폭이 1.8 cm이고 높이가 12 cm 인 강화형 압축 목판으로 제작하여 설치하였다. 하도 변화를 파악하기 위하여 평균 입경이 0.

  • 3. 실내실험

    실험수로의 길이는 10.0 m이고, 폭이 0.6 m이며, 깊이가 0.5 m이다. 측벽은 강화 유리로 되어 있으며, 경사가 조절되는 가변형 경사수로이다.

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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하상유지시설을 설치하거나, 이수 및 친수 목적으로 하천을 횡단하는 보나 위어를 설치하는데 이런 구조물의 문제점은? 경사가 급한 중소하천에서 하상경사를 완화시켜 하천의 종단과 횡단형상을 유지하기 위하여 하상유지시설을 설치하거나, 이수 및 친수 목적으로 하천을 횡단하는 보나 위어를 설치한다. 그러나 이러한 구조물은 흐름을 지체시켜서 상류와 하류에 급격한 수위차를 발생시킨다. 상류에서는 유속이 느리고, 유사가 퇴적되어 수위를 상승시켜서 상류 저지대에 내수침수를 일으킨다.
경사형 위어의 길이는 무엇에 영향을 받는가? 경사형 위어의 길이는 설치된 각도가 증가함에 따라 길어진다. 무차원 위어 길이 (L*) 변화에 대한 무차원 사주의 파장(LB*) 관계를 파악하는 것은 위어의 설치 각도에 대한 하류 하천에서 변화를 분석하는데 중요하다.
하상유지시설을 설치하는 이유는? 경사가 급한 중소하천에서 하상경사를 완화시켜 하천의 종단과 횡단형상을 유지하기 위하여 하상유지시설을 설치하거나, 이수 및 친수 목적으로 하천을 횡단하는 보나 위어를 설치한다. 그러나 이러한 구조물은 흐름을 지체시켜서 상류와 하류에 급격한 수위차를 발생시킨다.
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참고문헌 (11)

  1. Borghei, S.M., Vatannia, Z., Ghodsian, M. and Jalili, M.R. (2003). Oblique ractangular sharp-crested weir. Proceeding of the Institution of Civil Engineers (ICE). 156 (WM2): 185-191. 

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  3. Crosato, A. and Mosselman, E. (2009). Simple physics-based predictor for the number of river bars and the transition between meandering and braiding. Water Resour. Res., 45, W03424, doi:10.1029/2008WR007242. 

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  4. Ikeda, S. (1984). Prediction of alternate bar wavelength and height. J. Hydraul. Engrng., ASCE 110(4): 371-386. 

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  7. Lauchlan, C. (2004). Experimental investigation of bed-load and suspended-load transport over weirs. J. Hydraulic Res. 42(5): 549-555. 

  8. Seminara, G. and Tubino, M. (1989). Alternate bar and meandering: Free, forced and mixed interactions, in River Meandering, Water Res. Monogr., vol. 12, edited by S. Ikeda and G. Parker, AGU, Washington, D.C., pp. 267-320. 

  9. Tingey S.E. (2011). Discharge coefficients of oblique weir, MSc. Thesis, Utah State University. 

  10. Tuyen, N.B. (2007), Flow over oblique weir, MSc. Thesis, Delft university of technology. 

  11. Wols, B., Wim Uijttewaal, W., Robert-Jan Labeur, R.-J. and Stelling, G. (2006). Rapidly varying flow over oblique weirs. Proc. International Conference on HydroScience and Engineering, ISBN:0977447405. 

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