수문운영을 통한 측수로형 여수로의 치수능력 개선방안 :Improvement of Flood Control Ability of Side Channel Spillway under the Gate Operating

주성식

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자료유형: 학위논문

저자정보: 주성식 (홍익대학교, 홍익대학교 대학원)

지도교수: 이승오

발행연도: 2013

저작권: 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

수문운영을 통한 측수로형 여수로의 치수능력 개선방안

주성식 토목공학과 2013.01 학위논문

2012

홍수조절능력을 확보한 측수로형 여수로의 유동특성 연구

주성식 , 임성빈 , 김수영 외 1명 대한토목학회 학술대회 2012.10 학술대회자료

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약 18,000개의 국내 농업용 댐은 기존 댐의 여수로 형식은 자연월류 측수로형 여수로가 99 %인 것으로 추산되고 있다. 그러나 과거 설계기준에 의해 건설되어 최근 국지적인 집중호우 및 기상이변에 대하여 대부분 홍수방어에 취약한 것으로 확인되고 있다. 이에 반해 집중호우나 태풍 등으로 저수지 파괴시 인명 및 재산피해는 계속적으로 높아지고 있다. 따라서 농업용 저수지의 합리적인 홍수방어능력 개선으로 저수지가 수리적,구조적 신뢰성과 안정성을 갖춘 시설물이 될 수 있도록 항구적인 대책 마련이 시급하다.
최근 한국수자원공사와 한국농어촌공사에서 치수능력증대사업을 추진 중이며, 구조적인 방안으로 보조여수로 신설, 여수로 확장 및 상류에 홍수조절용 댐 신설 등의 대책이 제시 및 시공되고 있으나 이러한 대책들은 중규모 이하의 댐에 적용하기에는 시공성 및 경제성 면에서 현실적인 어려움이 있다.
본 연구에서는 중규모 이하 댐의 치수능력을 향상시킬 수 있는 현실적인 방안을 강구하기 위하여 기존 측수로 여수로의 측벽에 수문을 설치하는 방안을 검토하였다. 국내 몇몇 적용사례들(달방댐, 담양댐 등)이 있으나 측벽에 수문 설치시 수문의 방류능력에 대한 연구와 측수로와 수문 방류수가 교차하는 조절부 내의 유동특성에 대한 연구가 부족한 실정이다.
댐 설계시 적용사례가 많은 Flow-3D를 이용한 3차원 수치해석을 통하여 수위별 방류량 산정 및 조절부의 수리학적 특성을 분석하였다. 상류수위에 따른 방류량을 산정하여 수문설치에 따른 방류량 공식을 도출하였고, 측수로형 여수로 측벽에 수문을 설치할 경우 측수로 조절부 내에서 복잡한 수리학적 변화를 분석하였다.
수치해석 결과, 수문과 측수로 동시방류시 조절부 내에서 교차흐름이 발생하고 측수로 방류량 증가에 따라 조절부 수위 상승으로 수문의 방류능력이 감소하지만, 수문 운영에 따라 측수로형 여수로 개축방안으로 홍수조절이 가능함을 확인하였다. 따라서, 측수로 여수로 측벽에 수문 설치함으로써 기존 농업용 댐에 홍수시 저수지의 수위조절을 통한 치수능력이 상대적으로 향상될 것으로 판단되며, 운영방법에 따라 평상시 댐 하류 용수 공급능력도 향상될 것으로 예상된다.

Spillway of approximate 18,000 agricultural dams in Korea is mostly, about 99%, an over-flow side channel spillway type, but they were built according to old design criteria and thus are vulnerable to flood protection against torrential rain or climatic changes occurred recently. Then damage to the people and properties when reservoir is destructed by torrential rain or typhoon has been increasingly growing. Thus, improvement of flood protection capacity on a long-term to make the reservoirs hydrologically and structurally stable and reliable is more than important.

Korea Water Resource Corporation and Korea Rural Community Corporation have been pushing ahead with water control capacity improvement program and as part of structural measures, construction or expansion of supplementary spillway and construction of flood-control dam at upper stream were proposed or implemented, but such measures are difficult to apply to medium or small size dam in terms of construct ability and cost efficiency.

This study, in a bid to seek the realistic measure to enhance the water control capacity of the medium or small size dams, is intended to install sluice gate on sidewall of existing spillway. Such method was once applied to some dams (Dalbang dam, Damyang dam) but the study on discharge capacity of the sluice gate when installed on sidewall and the flow characteristics inside the control part where side channel spillway and discharge water are crossing has yet to be put on track.

Discharge flow by water level was estimated and hydrologic characteristic of control part was evaluated using 3D numerical analysis with Flow-3D which has been applied to many dam designs. Discharge flow depending on water level at upper stream was estimated to develop the equation to calculate the discharge flow when sluice gate is installed and complex hydrologic variation inside the control part of side channel spillway when sluice gate is installed on sidewall of side channel spillway was analyzed.

As a result of numerical simulation, when discharged through sluice gate and side channel spillway simultaneously, interaction flow occurred inside the control part, when increase of side channel spillway discharge the water level of control part rise and the gate discharge ability reduced, but depending on the gate operation, side channel spillway could be obtained improvement of discharge capacity. Thus when sluice gate is installed on sidewall of side channel spillway-type spillway, it would be able to control the water level of the reservoir, thereby improving the water control capacity during flooding as well as the water supply capability at the downstream of the dam at normal condition depending on operation method.

제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 4
1.3 연구방법 및 범위 6
제 2 장 기본 이론 7
2.1 측수로형 여수로의 수리학적 특성 7
2.1.1 수리계산 기본원리 및 가정 7
2.1.2 공간적으로 변화하는 점변부등류의 기본 방정식 8
2.2 수위에 따른 방류량 산정 공식 12
2.2.1 측수로 방류 12
2.2.2 수문 방류 15
2.3 FLOW-3D 모형 23
2.3.1 모형의 개요 23
2.3.2 지배방정식 24
2.3.3 난류모형 26
2.3.4 수치기법 37
2.3.5 모형 검증 45
제 3 장 수치해석 49
3.1 수치해석의 목적 49
3.2 수치모형 구성 49
3.2.1 실험 여수로 구성 49
3.2.2 격자 구성 51
3.2.3 경계조건 구성 53
3.2.4 난류모형 선정 54
3.3 수치해석 결과 55
3.3.1 수위별 방류특성 분석 55
3.3.2 방류조건에 따른 조절부 수리학적 특성 분석 58
제 4 장 홍수시 수위별 방류량 산정 공식 66
4.1 수치해석 결과 검증 66
4.1.1 수문 단독 방류시 방류량 검토 66
4.1.2 측수로 단독 방류시 방류량 검토 68
4.2 방류량 산정공식 도출 69
4.2.1 측수로 방류능력 검토 70
4.2.2 수문-측수로 동시 방류시 방류능력 검토 72
제 5 장 홍수시 수문운영 방안 74
5.1 수문설치시 홍수조절 능력 분석 74
5.1.1 측수로 단독방류시 74
5.1.2 수문 운영시 75
5.1.3 수문-측수로 동시 방류시 76
5.2 홍수시 수문 운영 방안 검토 78
5.2.1 수문 운영 방안 검토 78
5.2.2 수문 운영 절차 78
제 6 장 결론 및 향후 연구과제 80
참 고 문 헌 83
영문요약 86

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