본 연구에서는 임하다목적댐의 비상여수로 설계를 위하여 수리모형실험과 수치모형실험을 수행하였다. 수치모의에는 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하였다. 비상여수로 설계를 위하여 접근수로부, 월류웨어부, 천이부 및 도류부, 그리고 감세부로 나누어 수리모형실험과 수치모형실험의 수리현상 결과를 비교하였다. 최적의 비상여수로 설계를 위하여 기본계획안에 대하여 모의하고 이에 대한 보완점과 문제점들을 찾아내고 해결책을 제시하였다. 수치모의를 통하여 수리모형실험에서 쉽게 수행하기 어려운 다양한 조건을 모의하고 최적의 결과에 찾아 이를 수리모형실험으로 검증함으로써 비상여수로 기본설계안을 도출하였다.
본 연구에서는 임하다목적댐의 비상여수로 설계를 위하여 수리모형실험과 수치모형실험을 수행하였다. 수치모의에는 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하였다. 비상여수로 설계를 위하여 접근수로부, 월류웨어부, 천이부 및 도류부, 그리고 감세부로 나누어 수리모형실험과 수치모형실험의 수리현상 결과를 비교하였다. 최적의 비상여수로 설계를 위하여 기본계획안에 대하여 모의하고 이에 대한 보완점과 문제점들을 찾아내고 해결책을 제시하였다. 수치모의를 통하여 수리모형실험에서 쉽게 수행하기 어려운 다양한 조건을 모의하고 최적의 결과에 찾아 이를 수리모형실험으로 검증함으로써 비상여수로 기본설계안을 도출하였다.
Hydraulic and numerical models were applied to design the emergency spillway of ImHa multipurpose Dam. For the numerical model, FLOW-3D was used to evaluate the three-dimensional flow in the spillway. The results of hydraulic model were compared with those of the numerical model which were separated...
Hydraulic and numerical models were applied to design the emergency spillway of ImHa multipurpose Dam. For the numerical model, FLOW-3D was used to evaluate the three-dimensional flow in the spillway. The results of hydraulic model were compared with those of the numerical model which were separated into four zones such as approaching zone, weir zone, transition & tunnel chute zone, and dissipator zone. Moreover, for optimum design of the spillway, the hydraulic and numerical models were performed for the basic plan. Solving the problems of the basic plan, the optimized alternative design was proposed. The numerical models for various conditions of the spillway were performed, which is not always feasible in the hydraulic models. Verified by using the hydraulic models, the optimum alternative design was proposed.
Hydraulic and numerical models were applied to design the emergency spillway of ImHa multipurpose Dam. For the numerical model, FLOW-3D was used to evaluate the three-dimensional flow in the spillway. The results of hydraulic model were compared with those of the numerical model which were separated into four zones such as approaching zone, weir zone, transition & tunnel chute zone, and dissipator zone. Moreover, for optimum design of the spillway, the hydraulic and numerical models were performed for the basic plan. Solving the problems of the basic plan, the optimized alternative design was proposed. The numerical models for various conditions of the spillway were performed, which is not always feasible in the hydraulic models. Verified by using the hydraulic models, the optimum alternative design was proposed.
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문제 정의
본 연구에서는 임하댐 치수능력 증대사업의 일환으로 비상여수로의 접근수로부, 월류부, 천이부및 도류부, 감세부에서의 각종 수리현상 및 수리학적인 거동을 수리 및 수치모형실험을 토대로 검토하였다. 기본계획안의 비상여수로에 대한 수리 및 수치모형실험을 통하여 문제점을 찾고 그 문제점을 해결하기 위하여 다양한 케이스의 수치모형실험을 수행하여 최적의 설계안을 도출한 후에이를 수리모형실험을 통하여 검증하였다.
본 연구에서는 임하댐의 안전을 위하여 PMF(가능최대홍수량, Probable Maximum Flood)시 홍수 배출능력 증대를 위한 비상여수로 설계에 중점을 두었다. 이를 위해 수리모형실험과 수치 모의실험을 수행하였으며 비상여수로의 주요부분에 대한 모의 결과를 비교하여 최적의 비상여수로 설계안을 도출하였다.
제안 방법
하류하천등에 대한 검토를 수행하였다. 기본계획안에 대한 수리모형실험을 통하여 문제점을 도출하고 다양한 수리모형실험과 수치모형실험결과와의 비교를 통해 기본설계안을 도출하였다 .
수치모형실험은 3차원 유동해석 프로그램으로 자유표면과 경계면 표현이 우수한 FLOW-3D# 사용하였다. 기본계획안을 개선하기 위해서 접근수로 지형학적 형상 개선, Pier 형상변화, Rooster Tail 저감 방안 마련, 천이부 단면각도 변화에 따른 수면 상승효과 감소, 도류부 종단 경사 변경, Flip Bucket의 기능성 확보, 정수지 설치로 하류 하천 유황 개선을 통한 하류하천유황 검토 등 다양한 3차원 수치모의를 수행하였다. 수리모형실험을 위한 모형은 실제 지형구조물을 1/70으로 축소하였고.
기본계획안의 문제점을 파악하고 해결책을 모색하기 위하여 수치모형실험과 수리모형실험을 수행하였다. 수치모형실험은 3차원 유동해석 프로그램으로 자유표면과 경계면 표현이 우수한 FLOW-3D# 사용하였다.
기본계획안의 비상여수로에 대한 수리 및 수치모형실험을 통하여 문제점을 찾고 그 문제점을 해결하기 위하여 다양한 케이스의 수치모형실험을 수행하여 최적의 설계안을 도출한 후에이를 수리모형실험을 통하여 검증하였다. 기본계획안을 검토하여 기본설계안을 도출할 경우 수치모형실험과 수리모형실험의 장단점을 파악하여 두가지 방법을 적절히 병행하여 활용하여야 하며각각의 적용한계를 설계자가 정확히 이해하여 설계에 반영하여야 한다.
기본계획안을 개선하기 위해서 접근수로 지형학적 형상 개선, Pier 형상변화, Rooster Tail 저감 방안 마련, 천이부 단면각도 변화에 따른 수면 상승효과 감소, 도류부 종단 경사 변경, Flip Bucket의 기능성 확보, 정수지 설치로 하류 하천 유황 개선을 통한 하류하천유황 검토 등 다양한 3차원 수치모의를 수행하였다. 수리모형실험을 위한 모형은 실제 지형구조물을 1/70으로 축소하였고. 기존여수로를 포함하는 저수지.
증대를 위한 비상여수로 설계에 중점을 두었다. 이를 위해 수리모형실험과 수치 모의실험을 수행하였으며 비상여수로의 주요부분에 대한 모의 결과를 비교하여 최적의 비상여수로 설계안을 도출하였다.
수위상승이 과다하였다. 이에 천이각을 축소(#)하고 단면형상변화구간을 연장 (14.7-46.7m)하고 천이부경사를 완화(1:2一1:4.5)하여 천이부 및 도류부의 흐름상태를 개선하였다. 그림 7은 천이부 및 도류부의 수리모형실험 결과를 도시하고 있다.
72m의 부압이 발생하였다. 이에 피어폭을 축소(8.8-6.0m)하고 Pier nose 형상을 개선(사각형一유선형)하였으며 월류웨어부 경사를 개선(1:1—1:2/3)하여 통수능을 향상시키고 부압을 제거하고 유량을 균등분배하여 도류부의 유황을 현저히 개선시켰다. 그림 5에 수리모형실험 결과를 비교하였으며 그림 6에는 기본계획과 기본설계안에 대한 비교를 하였다.
대상 데이터
본 연구의 적용대상은 임하다목적댐으로 위치는 그림 1과 같다. 임하댐은 1984년 기본계획이 수립되어 건설되었으며 기본계획 수립당시와 2003년 수문학적 안정성 평가시의 임하댐 유역의 빈도별 강우량 및 홍수량은 표 1과 같다.
성능/효과
기본설계안에서는 Pier로부터 상류90m 직선수로부를 형성한 결과 좌안과 우안에서 발생하는 와류 현상이 발생하지 않았으며, 월류웨어 유입유황의 안정화를 도모하여 유입유량의 균등배분을 이룩함으로써 통수능을 개선시켰다. 그림 3, 4는 월류웨어부 수치 및 수리모형실험 결과이다.
표 1에서 보는 바와 같이 가능최대강우량은 32%, 가능최대홍수량은 96% 증가된 것으로 나타났다. 즉 가능최대홍수량이 댐 건설시에 비해 거의 두 배 가까이 증가하였으며, 기존 여수로의 방류능력으로는 증가된 홍수량에 대한 배제능력이 모자라 수문학적 안정성이 크게 부족한 것으로 분석되었다.
임하댐은 1984년 기본계획이 수립되어 건설되었으며 기본계획 수립당시와 2003년 수문학적 안정성 평가시의 임하댐 유역의 빈도별 강우량 및 홍수량은 표 1과 같다. 표 1에서 보는 바와 같이 가능최대강우량은 32%, 가능최대홍수량은 96% 증가된 것으로 나타났다. 즉 가능최대홍수량이 댐 건설시에 비해 거의 두 배 가까이 증가하였으며, 기존 여수로의 방류능력으로는 증가된 홍수량에 대한 배제능력이 모자라 수문학적 안정성이 크게 부족한 것으로 분석되었다.
후속연구
기본계획안을 검토하여 기본설계안을 도출할 경우 수치모형실험과 수리모형실험의 장단점을 파악하여 두가지 방법을 적절히 병행하여 활용하여야 하며각각의 적용한계를 설계자가 정확히 이해하여 설계에 반영하여야 한다. 본 연구는 향후 수리모형실험과 수치모형실험을 활용하여 수리구조물을 설계하는데에 도움이 될 것으로 사료된다.
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