과부하 합류맨홀의 에너지 손실 저감에 따른 도시홍수 침수범위 변화 분석 :Analysis of Urban Flood Inundation Range Considering Reduction of Energy Losses at Surcharged Combining Manholes

류택희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 류택희 (경기대학교, 경기대학교 대학원)

지도교수: 윤세의

발행연도: 2019

저작권: 경기대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2019

과부하 합류맨홀의 에너지 손실 저감에 따른 도시홍수 침수범위 변화 분석

류택희 토목공학과 2019.01 학위논문

2016

과부하 4방향 원형 합류맨홀에서의 손실계수 저감

류택희 , 김채린 , 김정수 외 1명 대한토목학회 학술대회 2016.10 학술대회자료

과부하 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 산정을 위한 실험 연구

류택희 , 김정수 , 윤세의 한국수자원학회논문집 2016.01 학술저널

4방향 합류맨홀 내부의 인버트 설치에 따른 손실계수 산정

류택희 , 김정수 , 윤세의 한국수자원학회 학술발표회 2016.01 학술대회자료

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도시지역에 내린 빗물은 관거, 맨홀, 물받이 및 우수토실 등의 관거 시설에 의하여 배수되며, 관거 시설의 하류부에 설치되는 4방향 합류맨홀에서의 과부하 흐름은 에너지 손실을 발생시켜 도심지의 침수피해를 가중시키는 주요 원인이므로 4방향 합류맨홀에서의 에너지 손실의 분석이 필요하다. 또한 관거 시설의 우수 배제 능력 분석은 도심지의 침수 예방 및 피해 저감 방안 제시를 위한 필요 요소이므로 기존의 침수해석보다 실제적인 침수범위를 모의하기 위하여 에너지 손실을 고려한 내수침수 분석이 필요하다. 본 연구에서는 현황조사 결과를 고려하여 수리실험 장치를 제작하였으며, 과부하 4방향 사각형 합류맨홀에서 에너지 손실을 저감 시킬 수 있는 인버트 형상 조건을 도출하기 위하여 Fluent 6.3모형으로 수치모의를 실시하였다. 선정된 수리실험 조건인 유출유량(Qout)에 대한 측면 유입유량(Qlat)의 비(Qlat/Qout)와 유출유량(2.0, 3.0, 4.0, 4.8ℓ/sec) 및 인버트 형상(십자형, 개선형) 등을 변화시키며 수리실험을 실시하였다. 또한 수리실험을 통하여 산정된 맨홀의 손실계수를 침수해석에 적용하여 맨홀 종류 별 손실계수 적용 유무에 따른 침수면적의 변화를 비교·분석하였다. 손실계수는 측면유량비(Qlat/Qout)가 0.5이상에서는 손실계수가 급격히 증가하였고, 유출유량과 맨홀의 형상에 대해서는 손실계수의 변화가 미미하였으며, 맨홀의 형상 및 유입유량 조건의 변화에 따라 0.4～0.8로 산정되었다. 또한 측면 유량비 변화에 따른 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 산정 실험식을 맨홀 형상(사각형, 원형)에 대해 각각 제시하였다. 맨홀 내에서 와류 발생으로 인한 증가된 손실계수를 저감시킬 수 있는 개선형 인버트를 제시하였으며, 흐름 개선을 위한 인버트는 5%∼28%의 손실계수가 감소하여 배수능력을 개선하는 것으로 분석되었다. 수리실험을 통하여 산정된 과부하 맨홀에서의 형상 및 인버트 설치에 따른 손실계수를 침수범위 분석에 적용한 결과 손실계수 적용에 따른 침수율(침수면적/유역면적) 차이는 0.6%～1.9% 이었으며, 인버트 적용에 의한 침수범위는 0.4%～0.9% 감소하는 것으로 분석되었다. 따라서 침수범위의 정확성을 향상하기 위해서는 과부하 맨홀에서의 손실계수를 적용하여야 하고 과밀 도심지에서의 침수 저감을 위해서는 개선형 인버트의 설치가 필요할 것으로 판단된다.

The stormwater in the urban area is drained by a sewer system consisting of conduits, manholes, street inlets, storm overflow chambers and connection pipes. The surcharged flow in the four-way junction manholes installed at the downstream of urban sewer system is the main cause of the energy loss, which increases the urban flood damage. Therefore, it is necessary to analyze the energy loss in the four-way junction manholes. In addition, analysis of the drainage ability of the sewer system is a necessary factor for flood prevention and inundation mitigation in urban areas. Therefore, it is necessary to analyze the inundation analysis considering energy loss at manholes in order to simulate the actual flood area rather than the existing flood analysis. In this study, hydraulic experimental apparatus was constructed considering the results of the field survey and literature research. Numerical simulations were carried out with the Fluent 6.3 model to derive the invert condition which can reduce the energy loss in the surcharged four-way combining square manhole. The hydraulic experiments were carried out according to the various conditions of the lateral flow rate(Qlat/Qout), discharge of outflow pipe(2.0, 3.0, 4.0, 4.8ℓ/sec), and invert shapes(cross and improve type). In addition, the head loss coefficients of the manholes estimated from the experiments was applied to the flooded analysis, and the changes of the flooded area with and without the application of the coefficients were compared and analyzed. The results indicate that head loss coefficients at surcharged 4-way combining manholes were estimated from 0.4 to 0.8. The head loss coefficients was increased sharply when the lateral flow ratio (Qlat/Qout) was over 0.5, but insensitive to the amount of inflow and the shape of manhole. The relation equations between the head loss coefficients and the lateral flow ratio were suggested in this paper. The improved invert was proposed to reduce the head loss coefficients due to the vortex generation in the manhole. This invert was analyzed to improve the drainage capacity by reducing the head loss coefficients of 5%～28% at 4-way junction manhole. As a result of applying the head loss coefficients according to estimated from the experiments to the analysis of the inundation range, the difference of the inundation rate(inundation area/basin area) by applying these coefficients was 0.6%～1.9% and the inundation range with applying the invert at manhole was reduced by 0.4%～0.9%. Therefore, the head loss coefficients at the surcharged manholes would be applied to improve the accuracy of the inundation range. In addition, it is necessary to install an improved invert in order to reduce flooding in an overcrowded city.

#과부하 합류맨홀 #4방향 합류맨홀 #손실계수 #도시홍수 침수범위

제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구내용 및 방법 6
제 2 장 기본이론 8
2.1 우수관거 손실계수 8
2.1.1 마찰손실 8
2.1.2 맨홀 에너지손실 9
2.1.3 합류맨홀 손실계수 12
2.2 수치 모형 14
2.2.1 FLUENT 모형 14
2.2.2 XP-SWMM 모형 16
제 3 장 4방향 합류맨홀의 손실계수 산정 19
3.1 수리실험 모형 19
3.1.1 시설기준 19
3.1.2 현장조사 21
3.1.3 수리실험 모형 제작 24
3.2 수리실험 조건 29
3.3 4방향 합류맨홀 손실계수 산정 31
3.3.1 사각형 합류맨홀 31
3.3.2 원형 합류맨홀 36
제 4 장 4방향 합류맨홀의 손실계수 저감방안 도출 41
4.1 십자형 인버트 41
4.1.1 사각형 합류맨홀 41
4.1.2 원형 합류맨홀 48
4.1.3 손실계수 변화 54
4.2 인버트 형상 개선을 위한 수치모의 56
4.2.1 Flunet 모형의 격자망 구성 56
4.2.2 수치모의 57
4.2.3 인버트 개선안 도출 60
4.3 개선 인버트의 에너지손실 저감효과 분석 62
4.3.1 인버트 평면형 62
4.3.2 인버트 단면형 67
제 5 장 손실계수를 적용한 침수범위 변화 분석 75
5.1 대상유역 현황 76
5.2 대상유역 특성 77
5.2.1 가평군 청평지구 77
5.2.2 가평군 읍내지구 78
5.2.3 상주시 함창지구 79
5.2.4 여수시 도원지구 80
5.2.5 광주광역시 상아지구 81
5.3 수치모형(XP-SWMM) 구축 82
5.3.1 입력자료의 구성 82
5.3.2 손실계수 적용 85
5.4 침수범위 변화 분석 88
5.4.1 손실계수 미적용시 침수범위 88
5.4.2 손실계수 적용시 침수범위 89
5.4.3 인버트 적용시 침수범위 90
5.4.4 침수범위 변화 결과 91
제 6 장 비교 및 고찰 96
6.1 맨홀형상에 따른 손실계수 96
6.2 유출유량 변화에 따른 손실계수 98
6.3 인버트 형상에 따른 손실계수 99
6.3.1 인버트 평면형 99
6.3.2 인버트 단면형 102
6.4 기존 손실계수와 비교 107
6.5 도시홍수 침수범위 109
제 7 장 결론 112
참고문헌 114
Abstract 120

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