신월빗물저류배수시설의 수직유입구 설계조건에 따른 유입특성 분석 연구 A study on vertical inlet of inflow characteristics of the Shinwol rainwater storage & drainage system by design condition원문보기
대심도 저류 및 배수터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 원활한 홍수 유입을 위해 적정한 규모의 수직유입구가 요구되어진다. 접선형 수직유입구 설계 시 유입구의 능력을 평가하는 중요인자로 Yu and Lee(2009)가 지배유량개념을 소개하였는데, 본 연구에서는 서울시에 설치하고자 하는 신월빗물저류배수시설의 수직유입구 3개소를 대상으로 수리모형실험을 실시하고 제안된 지배유량 개념의 적정성을 평가하였다. 지배유량 이론식($Q_{cp}$)을 이용하여 실제 측정된 지배유량($Q_{cm}$)과 비교 분석하였는데, 그 결과 이론식 대비 66~69%로 이론식이 지배유량을 과대 산정하는 것으로 평가되었다. 지배유량 이론식의 과대산정 원인을 분석하기 위하여 Yu and Lee (2009)가 사용한 자료들과 본 연구에서 측정된 자료들을 활용하여 지배유량비($Q_{cm}/Q_{cp}$)를 3가지 영역으로 분류하고 각 인자에 대한 민감도 분석을 실시하였다. Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량식은 접선형 수직유입구 설계인자인 B, z, ${\beta}$, e/B에 대한 영향만 고려하였으나 ${\theta}$, L과 연계된 변수들로 복합적으로 고려하는 식의 개선이 필요한 것으로 판단된다.
대심도 저류 및 배수터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 원활한 홍수 유입을 위해 적정한 규모의 수직유입구가 요구되어진다. 접선형 수직유입구 설계 시 유입구의 능력을 평가하는 중요인자로 Yu and Lee(2009)가 지배유량개념을 소개하였는데, 본 연구에서는 서울시에 설치하고자 하는 신월빗물저류배수시설의 수직유입구 3개소를 대상으로 수리모형실험을 실시하고 제안된 지배유량 개념의 적정성을 평가하였다. 지배유량 이론식($Q_{cp}$)을 이용하여 실제 측정된 지배유량($Q_{cm}$)과 비교 분석하였는데, 그 결과 이론식 대비 66~69%로 이론식이 지배유량을 과대 산정하는 것으로 평가되었다. 지배유량 이론식의 과대산정 원인을 분석하기 위하여 Yu and Lee (2009)가 사용한 자료들과 본 연구에서 측정된 자료들을 활용하여 지배유량비($Q_{cm}/Q_{cp}$)를 3가지 영역으로 분류하고 각 인자에 대한 민감도 분석을 실시하였다. Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량식은 접선형 수직유입구 설계인자인 B, z, ${\beta}$, e/B에 대한 영향만 고려하였으나 ${\theta}$, L과 연계된 변수들로 복합적으로 고려하는 식의 개선이 필요한 것으로 판단된다.
In this study, the hydraulic model test was performed for the 3 vertical inlets of the Shinwol rainwater storage & drainage system that Seoul City plans to install, and the control discharge value actually measured was analyzed comparing to the value obtained using the theoretical control discharge ...
In this study, the hydraulic model test was performed for the 3 vertical inlets of the Shinwol rainwater storage & drainage system that Seoul City plans to install, and the control discharge value actually measured was analyzed comparing to the value obtained using the theoretical control discharge equation suggested by Yu and Lee (2009). In the results, it was 66~69% compared to the value obtained from theoretical equation showing that the control discharge value according to the theoretical equation is calculated excessively. The sensitivity analysis by design factor was performed using 3 models conducted in this study and 15 hydraulic experiment models conducted in existing research Yu and Lee (2009). The sensitivity analysis of control discharge equation was performed by dividing $Q_{cm}/Q_{cp}$ into 3 ranges. The suggested equation considered only the influence on the tangential intake structure design factor B, z, ${\beta}$, e/B, so ${\theta}$, L considered complex influence suggested equation needed to be more improved.
In this study, the hydraulic model test was performed for the 3 vertical inlets of the Shinwol rainwater storage & drainage system that Seoul City plans to install, and the control discharge value actually measured was analyzed comparing to the value obtained using the theoretical control discharge equation suggested by Yu and Lee (2009). In the results, it was 66~69% compared to the value obtained from theoretical equation showing that the control discharge value according to the theoretical equation is calculated excessively. The sensitivity analysis by design factor was performed using 3 models conducted in this study and 15 hydraulic experiment models conducted in existing research Yu and Lee (2009). The sensitivity analysis of control discharge equation was performed by dividing $Q_{cm}/Q_{cp}$ into 3 ranges. The suggested equation considered only the influence on the tangential intake structure design factor B, z, ${\beta}$, e/B, so ${\theta}$, L considered complex influence suggested equation needed to be more improved.
본 연구에서는 대심도 터널의 접선형 수직유입구의 유입성능 분석을 위하여 ‘신월 빗물저류배수시설’을 원안으로 수리모형실험을 수행하였으며, Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량 이론식의 문제원인 분석을 위하여 각 인자별 민감도 평가를 실시하였다.
제안 방법
수리모형실험을 통하여 실측 지배유량(Qcm)를 측정하였고, Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량 이론식(Qcp)과 비교 ․ 분석 하였으며, 지배유량 비교를 통하여 대심도 터널의 접선형 수직유입구 설계시 적정 설계를 위한 인자비를 제안하였다.
대상 데이터
신월 빗물저류배수시설은 서울특별시 강서구 및 양천구 일대 유역에 설치 시공 중에 있으며, 총길이 약 4.5 km, 수직유입구 직경은 4.8 m, 주 관로인 저류배수터널의 직경은 6.9 m이다.
이론/모형
본 연구의 수리모형실험에서는 Froude 상사법칙을 사용하였으며, 연구 대상인 수직유입구 내에서의 흐름은 관성력 중력이 지배력이다. 수리모형의 축척은 수평축척 1/50, 연직축척 1/50, 왜곡도 1을 가지는 정상모형으로 제작하였으며, Froude 상사법칙에 의한 수리량 환산비는 다음 Table 1과 같다.
성능/효과
3) Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량 이론식의 과다선정 원인을 분석하기 위하여 민감도 평가를 실시하였다. QQcm/Qcp를 3가지 영역으로 구분하여 민감도 분석을 실시하였는데 3가지 Model 모두 B, z, e/B(e - const·)와 e/B(B - const·)가 Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량 이론식에 미치는 영향이 비슷하며 Qcm/Qcp의 비가 증가할수록 β의 영향은 감소하는 것으로 분석되었다.
본 연구에서 이용한 Model은 Yu and Lee (2009)가 접합부에서 도수가 발생하지 않을 조건으로 제안한 Qc < Qf를 모두 만족하지만 Model 1에서는 접합부에서 도수가 발생하는 것으로 측정되었다. 이는 저유량에서는 사류상태를 유지한 체 접근수로에서 접합부로의 유입이 발생하지만 고유량에서는 접근수로와 접합부에서 모두 상류상태 인 것으로 분석되었다.
2) Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량 이론식이 재배유량을 과대 산정하는 것으로 분석되었다. 지배유량 이론식의 과대산정은 대심도 터널 접선형 수직유입구 설계시 적정한 규모 산정을 위하여 사용하기에 한계가 있음을 확인하였다.
후속연구
4) 따라서 Yu and Lee (2009)가 제안한 지배유량 이론식의 B, z, β, e/B에 대한 영향만 고려하였으나 θ, L과 연계된 변수들로 복합적으로 고려하는 식의 개선이 필요한 것으 로 판단된다. ;
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대심도 저류 및 배수터널에 요구되어 지는 것은?
대심도 저류 및 배수터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 원활한 홍수 유입을 위해 적정한 규모의 수직유입구가 요구되어진다. 접선형 수직유입구 설계 시 유입구의 능력을 평가하는 중요인자로 Yu and Lee(2009)가 지배유량개념을 소개하였는데, 본 연구에서는 서울시에 설치하고자 하는 신월빗물저류배수시설의 수직유입구 3개소를 대상으로 수리모형실험을 실시하고 제안된 지배유량 개념의 적정성을 평가하였다.
대심도 저류 및 배수터널이란?
대심도 저류 및 배수터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 원활한 홍수 유입을 위해 적정한 규모의 수직유입구가 요구되어진다. 접선형 수직유입구 설계 시 유입구의 능력을 평가하는 중요인자로 Yu and Lee(2009)가 지배유량개념을 소개하였는데, 본 연구에서는 서울시에 설치하고자 하는 신월빗물저류배수시설의 수직유입구 3개소를 대상으로 수리모형실험을 실시하고 제안된 지배유량 개념의 적정성을 평가하였다.
기존 하천유역의 저류능력 한계를 극복하기 위해 외국에서 활용하고 있는 것은?
최근의 기후 변화가 홍수의 특성과 피해 양상을 과거와는 다르게 변화시키고 있을 뿐 아니라 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류능력이 감소하였다(Kim and Lee, 2005). 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔는데, 특히 미국, 홍콩, 일본에서 지하공간을 이용한 대심도 터널을 홍수 방어 구조물로 적극적으로 활용하고 있다.
참고문헌 (8)
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Kim, C. W., and Lee, D. S. (2005). "Necessity of bypass for flood damage reduction in urban area." Journal of Korean society of civil Engineers, Vol. 53, pp. 43-49.
Kim, C. W. (2008). Design guideline of Bypass, Construction & Transportation R&D Report GOVP1200956857, Ministry of Construction & Transportation, pp. 50
Oh, J. O. (2014). A study on drop shaft inflow characteristics of the deep tunnel by design condition. M. S. dissertation, Inje University, Gimhae, Gyeongsangnam-do, Korea, pp. 73-96.
Oh, J. O., Park, J. H., and Park, C. K. (2014). "A study on drop shaft control discharge of the deep tunnel by design condition." 2014 KWRA research conference.
Oh, J. O., Park, J. H., and Park, C. K. (2015). "Study on the control discharge characteristics of the tangential intake structure of the deep tunnel storage system in Korea." 36th IAHR World Congress. Hague, Netherlands.
Yu, D. Y., and Lee, H. W. J. (2009). "Hydraulics of Tangential Vortex Intake for Urban Drainage." Journal of hydraulic engineering, Vol. 135, pp. 164-174.
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