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문제 정의
- 본 연구에서는 빗물받이의 규모와 설치간격의 적정성을 유출해석 모형 및 수리모형실험을 통하여 분석함으로서 빗물 받이 시설의 적정 설계기준을 위한 이론적 근거와 기초실험자료를 제시하였다.
제안 방법
- 도로폭은 편도 2차선인 6m와 편도 4차선인 12m의 경우에 대해 각각 실험을 하였다. 2차선 실험에서는 4차선 도로폭을 축소시키기 위하여 앵글과 비닐을 이용하여 횡방향 흐름을 차단시키고 실험을 실시하였다. 또한 노면에 흐르는 빗물의 흐름각을 측정하기 위해 가로, 세로 각각 20cm인 정사각형 모양의 격자를 만들어 흐름각을 측정하였다.
- 4m의 앵글로 제작하였고, 실험장소와 실험기간이 실외와 여름이라는 제한사항 을 고려하여 열과 작업성 및 강도가 강한 PVC관을 선택하여 설치하였다. 길이 방향으로 1.2m마다 보강대를 만들어 PVC판의 휨을 최대한 방지하였으며 아스팔트의 조도계수를 상사법칙에 따라 계산된 조도로 맞추기 위해 체가름으로 채집한 모래를 PVC판에 부착시켰다. 도로면의 횡단경사, 종단경사를 조절하기 위해 도로면 하부 모형틀에 유압잭(Jack) 을 설치하여 경사를 조절하였다.
- 노면에서 우수의 이동경로를 파악하기 위하여 그림 1과 같은 인공강우장치가 부착된 실험 설비를 제작하였다. 이는 Froude 상사법칙을 이용한 1/5의 축소 모형이다.
- 노면의 유출특성을 분석하기 위하여 Froude 상사법칙을 이용한 M5로 축소된 노면 수리모형 실험을 실시하였으며, 실험조건은 빗물받이 간격은 10, 20, 30m, 도로의 폭은 6, 12m, 강우강도는 180, 200mm/hr, 도로의 종경사는 0, 2, 4, 6%, 횡경사는 2%, 빗물받이의 외부 유입부 규격은 40 x 50m 이다. 실험결과를 요약하면 다음과 같다.
- 2m마다 보강대를 만들어 PVC판의 휨을 최대한 방지하였으며 아스팔트의 조도계수를 상사법칙에 따라 계산된 조도로 맞추기 위해 체가름으로 채집한 모래를 PVC판에 부착시켰다. 도로면의 횡단경사, 종단경사를 조절하기 위해 도로면 하부 모형틀에 유압잭(Jack) 을 설치하여 경사를 조절하였다. 또한 유압잭의 경사조절은 한계가 있으므로 이를 보안하기 위해 지지대에 경사조절 스 프링 장치를 만들어 여러 경사를 재현할 수 있도록 제작하였다.
- 도로의 종경사 4, 횡경사 1, 빗물받이 간격 3, 강우강도 2 및 도로폭 2 경우에 대하여 총 48회의 실험을 실시하였고, 원형과 모형의 Froude 상사성은 표 2와 같다.
- 2차선 실험에서는 4차선 도로폭을 축소시키기 위하여 앵글과 비닐을 이용하여 횡방향 흐름을 차단시키고 실험을 실시하였다. 또한 노면에 흐르는 빗물의 흐름각을 측정하기 위해 가로, 세로 각각 20cm인 정사각형 모양의 격자를 만들어 흐름각을 측정하였다. 빗물받이 간격에 따른 효율 계산은 총 유출량에 대한 차집총량의 비로 나타내었으며 이를 식으로 나타내면 다음 식으로 정의하였다.
- 도로면의 횡단경사, 종단경사를 조절하기 위해 도로면 하부 모형틀에 유압잭(Jack) 을 설치하여 경사를 조절하였다. 또한 유압잭의 경사조절은 한계가 있으므로 이를 보안하기 위해 지지대에 경사조절 스 프링 장치를 만들어 여러 경사를 재현할 수 있도록 제작하였다. 유입부 모형은 상사법칙을 적용하여 가로 10cm, 세로 8cm의 모형을 만들었고, 차집유량은 39 x 39 x 30cm의 아크릴 통으로 측정하였고, 월류량은 47.
- 빗물받이 규모가 40 X 50cm, 간격이 10m, 도로의 종경사 2%, 2차선 도로에서 180mm"의 강우강도에 의한 유출량은 약 90%가 차집되고 있으며 종경사가 4%인 경우에는 차집효율이 70% 미만임을 알 수 있다. 본 실험에서는 차집효율을 10m와 20m의 간격인 경우에는 각각의 빗물받이의 평균 효율을 사용하였으며, 측구의 횡경사는 2%로 고정하였다. 그러나 측구의 횡경사가 차집효율에 크게 영향을 미치고 있음을 감안하면 측구 횡경사를 증가시키면 차집효율은 증가될 것으로 판단된다.
- 우수받이의 차집능력에 대한 국내의 연구 내용은 미흡한 상태이다. 우수받이 설치 간격은 건설교통부의 하수도 기본계획 지침 및 설계기준에서는 20m 정도 에 1개 이하의 비율로, 환경부의 하수도 설계기준에서는 대략 20〜30m정도로 도로폭 및 경사 둥을 고려하여 적당한 간격으로, 토지공사의 단지계획실무편람에서는 30m이내로, 단지조성공사 설계 및 적산기준에는 물이 고이기 쉬운 장소나 가각부 낮은 지점에 20〜30m으로 제시하였다. 이렇듯 국내의 우수받이 규모 및 설치 간격에 대한 기준은 도로의 폭원 별, 경사도별, 종류별 각각에 대한 설치규정이 미흡한 상태이다.
- 또한 유압잭의 경사조절은 한계가 있으므로 이를 보안하기 위해 지지대에 경사조절 스 프링 장치를 만들어 여러 경사를 재현할 수 있도록 제작하였다. 유입부 모형은 상사법칙을 적용하여 가로 10cm, 세로 8cm의 모형을 만들었고, 차집유량은 39 x 39 x 30cm의 아크릴 통으로 측정하였고, 월류량은 47.5 x 47.5x 100cm의 아크 릴 통으로 측정하였다. 관측자의 안전을 고려하여 모형틀의 외곽에 보강대를 설치하여 C-Clamp로 고정시켰다.
- 표 1의 노면 실험의 조건 및 실험 횟수를 보면 강우강도는 차집량과 월류량을 더한 유량을 합리식으로 ( Q = 0.2778 - C-I- A) 역산하여 결정하였고, 종경사는 0, 2, 4, 6의 총 4 case의 조건이고, 횡경사는 우리나라 도로의 표준 경사인 2%이며, 빗물받이 간격은 10, 20, 30m 간격으로 하였다. 도로폭은 편도 2차선인 6m와 편도 4차선인 12m의 경우에 대해 각각 실험을 하였다.
- 12)에 수록되었다. 표 3에 선택된 도로폭, 길이, 경사에 대하여 실험도로의 첨두유량과 본 연구의 실측치와 비교하였다. 표 3 에서 도로길이 10m, 폭이 6m, 종경사 0%의 경우에 SWMM의 모형에 의한 첨두유량의 계산 치는 3.
대상 데이터
- 실험장치의 제원은 길이 15m, 폭 3m, 높이 3m의 조립식 앵글로 인 공강우장치의 틀을 제작하여 내경 25mm의 PVC관에 30cm 간격으로 Sprinkler# 설치하여 인공강우장치를 설치하였 다. 도로 모형의 제원은 길이 10m, 폭 2.4m의 앵글로 제작하였고, 실험장소와 실험기간이 실외와 여름이라는 제한사항 을 고려하여 열과 작업성 및 강도가 강한 PVC관을 선택하여 설치하였다. 길이 방향으로 1.
- 2778 - C-I- A) 역산하여 결정하였고, 종경사는 0, 2, 4, 6의 총 4 case의 조건이고, 횡경사는 우리나라 도로의 표준 경사인 2%이며, 빗물받이 간격은 10, 20, 30m 간격으로 하였다. 도로폭은 편도 2차선인 6m와 편도 4차선인 12m의 경우에 대해 각각 실험을 하였다. 2차선 실험에서는 4차선 도로폭을 축소시키기 위하여 앵글과 비닐을 이용하여 횡방향 흐름을 차단시키고 실험을 실시하였다.
- 이는 Froude 상사법칙을 이용한 1/5의 축소 모형이다. 실험장치의 제원은 길이 15m, 폭 3m, 높이 3m의 조립식 앵글로 인 공강우장치의 틀을 제작하여 내경 25mm의 PVC관에 30cm 간격으로 Sprinkler# 설치하여 인공강우장치를 설치하였 다. 도로 모형의 제원은 길이 10m, 폭 2.
이론/모형
- 모형의 계산치는 SWMM을 사용하였으며 이에 관한 상세한 내용은 상습침수 해소를 위한 하수도시설기준 재검토(서울특별시, 2002. 12)에 수록되었다. 표 3에 선택된 도로폭, 길이, 경사에 대하여 실험도로의 첨두유량과 본 연구의 실측치와 비교하였다.
성능/효과
- 2) 종경사", 우수받이 간격 및 강우강도가 증가할수록 차집효율은 감소하였다.
- 1) SWMM에 의한 유량의 계산치와 실측치는 비교적 잘 일치하고 있었으며, 이 결과는 우수받이 간격의 결정에 기초자료가 될 수 있다고 판단된다.
- 3) 2차선 도로에 40 X 50cm 규모의 빗물받이를 10m 간격으로 설치하면 종경사 4% 이하에서는 80% 이상의 유량을 빗물받이를 통하여 차집할 수 있다고 판단된다. 그러나 본 실험에서는 측구의 횡경사를 도로의 횡경사와 같이 2%로 고정하여 실험한 결과이므로 차집효율이 측구의 횡경사의 증가에 따라 크게 증가하는 결과가 측구 실험에서 밝혀진 사실을 고려할 때 측구의 횡경사를 증가시키면 차집효율이 높아질 것으로 생각된다.
- 3) 2차선 도로에 40 X 50cm 규모의 빗물받이를 10m 간격으로 설치하면 종경사 4% 이하에서는 80% 이상의 유량을 빗물받이를 통하여 차집할 수 있다고 판단된다. 그러나 본 실험에서는 측구의 횡경사를 도로의 횡경사와 같이 2%로 고정하여 실험한 결과이므로 차집효율이 측구의 횡경사의 증가에 따라 크게 증가하는 결과가 측구 실험에서 밝혀진 사실을 고려할 때 측구의 횡경사를 증가시키면 차집효율이 높아질 것으로 생각된다. 앞으로 실측치에 관한 추가적인 분석이 요 구된다,
- 본 실험에서는 차집효율을 10m와 20m의 간격인 경우에는 각각의 빗물받이의 평균 효율을 사용하였으며, 측구의 횡경사는 2%로 고정하였다. 그러나 측구의 횡경사가 차집효율에 크게 영향을 미치고 있음을 감안하면 측구 횡경사를 증가시키면 차집효율은 증가될 것으로 판단된다.
- 2 Us가 되었다. 노면의 도로길이가 10m일 때 실측치 유량이 3.5~6.2 s이며 계산치 유량은 3.7~6.6s의 범위에 있음을 알 수 있었으며 비교적, 실험치와 계산치는 잘 일치하고 있었다.
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