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문제 정의
- 본 연구에서는 교각주변에 부유잡목 집적시 유속증가에 따른 흐름특성을 수리실험을 통해 분석하였다. 유속의 증가에 따른 최고수위변화율과 최고유속변화율은 그림 3과 그림 4와 같으며 부유잡목이 설치된 교각 주변에서 발생하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 총 수로 연장 11m, 수로폭이 1m인 직선수로장치를 이용하여 교각주변에 부유 잡목 집적시 유속증가에 따른 흐름특성을 분석하였다. 유량공급은 지하저수조에 저류된 물은 펌프를 가동하여 고수조로 유입되며, 고수조에서 수로의 유입조로 유입되며 유량모식도는 그림 1과 같다.
- 상류경계조건은 고수조로부터 유입된 유량이 유입조의 5개 정류판을 거쳐 안정화되어 수로로 유입되게 하였으며, 하류경계조건은 수로 하단에 위어를 조절하여 수로내 일정한 수위를 유지시키도록 하였다. 이로 인하여 수위는 홍수위 16.
- 5m위치에 교각을 설치하여 교각 설치위치를 기준으로 상류 측으로 2m, 하류 측으로 2m까지 총 4m지점을 측정하였다. 수위는 16개 단면을 수로폭 각 10cm씩 9분할 측정하였으며 최고수위지점인 측정지점 no. 8번 지점의 좌우교각 앞부분을 포함하여 총 146지점이며 유속은 ADV-11000 유속계의 측정 범위에 영향 때문에 9개 단면을 각 5분할하여 45지점을 측정하였다.
- 실험 case는 부유잡목의 개도비를 70%로 평균수위를 16.2cm로 동일하게 고정한 상태에서 크기 H(높이)×B(폭)(mm×mm)을 50×500, 62.5×400, 83.3×300, 125×200로 집적하였고 이때의 H/B비는 0.1, 0.15, 0.28, 0.63으로 이에 대한 유속증가에 따른 수위 및 유속의 변화를 측정하였다 평균 유속은 각각 44cm/sec, 57cm/sec, 72cm/sec, 84cm/sec로 변화시켰으며 실험 유량은 0.073CMS, 0.091CMS, 0.116CMS, 0.136CMS이다.
- 실험에 사용되는 수위측정은 드릴포인트게이지를 사용하였으며, 유속측정 장비로는 초음파유속계(ADV-11000)를 사용하였다. 실험측정위치는 상류로부터 4.5m위치에 교각을 설치하여 교각 설치위치를 기준으로 상류 측으로 2m, 하류 측으로 2m까지 총 4m지점을 측정하였다. 수위는 16개 단면을 수로폭 각 10cm씩 9분할 측정하였으며 최고수위지점인 측정지점 no.
- 상류경계조건은 고수조로부터 유입된 유량이 유입조의 5개 정류판을 거쳐 안정화되어 수로로 유입되게 하였으며, 하류경계조건은 수로 하단에 위어를 조절하여 수로내 일정한 수위를 유지시키도록 하였다. 이로 인하여 수위는 홍수위 16.2cm로 고정하였으며 유량 변화에 따라 유속을 증가시켜 흐름특성 변화를 분석하였다. 또한, 하상은 그림 2와 같이 자갈을 포설하여 교각설치부분의 단차를 줄였으며 자갈의 입경은 약 2cm이며 비중은 2.
대상 데이터
- 136CMS이다. 실험 case는 예비실험을 포함하여 총 20case를 실시하였다.
- 실험에 사용되는 수위측정은 드릴포인트게이지를 사용하였으며, 유속측정 장비로는 초음파유속계(ADV-11000)를 사용하였다. 실험측정위치는 상류로부터 4.
성능/효과
- 교각 설치 후 유속을 44cm/sec, 57cm/sec, 72cm/sec, 84cm/sec로 변화함에 따라 평균 수위에 비해 각각 상류부에서는 수위가 최고 4.07%, 6.23%, 10.06%, 10.56% 상승하였으며 교각설치 직상류부에서는 최고 8.82%, 12.04%, 20.56%, 25.00% 상승하여 큰 수위변화가 나타났음을 알 수 있었다. 교각 하류부에서는 수위의 변화가 최고 0.
- 76% 정도로 매우 큰 증가를 나타냈다. 또한 교각 직하류에서는 최대 7.59%, 21.88%, 5.60%, 27.71% 정도로 매우 큰 유속증가를 나타났다.
- 78% 상승하였다. 또한 교각설치 주변에서는 부유잡목 미설치 경우에 비해 각각 최고 10.00%, 16.44%, 23.24%, 30.28% 수위상승이 일어나는 것을 알 수 있었다. 또한 유속이 증가됨에 따라 하류부의 유속 44cm/sec, 57cm/sec, 72cm/sec에서는 각각 0.
- 99% 상승하였다. 또한 교각설치 주변에서는 부유잡목 미설치 경우에 비해 각각 최고 12.20%, 17.84%, 26.00%, 수위상승이 일어나는 것을 알 수 있었다. 또한 유속이 증가됨에 따라 하류부 각각의 유속 44cm/sec, 57cm/sec에서는 각각 0.
- 89% 상승하였다. 또한 교각설치 주변에서는 부유잡목 미설치 경우에 비해 각각 최고 8.50%, 14.93%, 22.03%, 29.11%정도 수위상승이 일어나는 것을 알 수 있었다. 또한 유속이 증가됨에 따라 하류부에서는 유속이 44cm/sec일 때 0.
- 수위변화율은 증가하는 현상을 보였지만 유속변화율은 감소하는 현상을 보였다. 또한 부유잡목의 높이(H)가 깊어질수록 수위변화율은 가장 적었으나 유속변화율은 가장 크게 증가 함을 보였으며 부유잡목을 월류하는 흐름보다 부유잡목을 피해 흐르는 현상이 크게 나타나 교각과 교각사이의 유속이 증가하여 교각 주변의 세굴 및 하상변화 가능성이 클 것으로 판단된다.
- 또한, 수위의 경우에는 부유잡목이 설치됨에 따라 상류는 수위가 상승하였고 부유잡목 설치주변은 매우 큰 증가를 나타났으며, 하류는 수위가 하강되는 것으로 나타났다. 유속의 경우에는 상류부에서는 감소를 보였으나 교각설치 주변에서는 매우 큰 증가를 나타났다.
- 유속변화는 부유잡목 미설치 시에 비해 각각 상류부에서는 최대 16.36%, 25.07%, 19.92%, 26.12% 정도로 비슷한 감소를 보였으나 교각설치 주변에서는 최대 111.09%, 98.07%, 78.92%, 64.11% 정도로 매우 큰 증가를 나타냈다. 또한 교각 직하류에서는 유속이 44cm/sec일 때는 8.
- 유속변화는 부유잡목 미설치 시에 비해 각각 상류부에서는 최대 9.52%, 25.53%, 20.97%, 22.95% 정도로 감소를 보였으나 교각설치 주변에서는 최대 137.52%, 139.47%, 105.60%, 90.76% 정도로 매우 큰 증가를 나타냈다. 또한 교각 직하류에서는 최대 7.
- 유속변화는 부유잡목 미설치 시에 비해 각각 상류부에서는 최대 9.91%, 25.91%, 20.29%, 22.95% 정도로 감소를 보였으나 교각설치 주변에서는 최대 123.98%, 112.44%, 88.08%, 71.37% 큰 증가를 보였다 또한 교각 직하류에서는 유속이 44cm/sec일 때 4.02% 감소되었지만 그 외에는 최대 6.56%, 5.15%, 17.74% 정도로 유속이 증가되었다.
후속연구
- 부유잡목이 교각에 집적됨으로 인해 수위증가와 유속변화가 크게 나타났으며 이로 인한 피해를 최소한 하기 위하여 향후 부유잡목 차단시설을 설계함에 있어 보다 경제적이고 효율적인 가이드라인을 제시할 수 있을 것이라고 판단된다.
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