암거 설계 모형의 개발

Development of a culvert design model

구혜진, 전경수

정회원⋅고려대학교 공과대학 건축사회환경공학과 BK21 사업단 연구교수⋅E-mail :

skyjina@skku.edu

정회원⋅성균관대학교 공과대학 사회환경시스템공학과 교수⋅E-mail :

ksjun@skku.edu

Jin Hye Ku, Kyung Soo Jun

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요      지

도로 암거의 수리설계는 수문분석에 의하여 결정되는 설계홍수량을 도로나 철도로 범람되지 않는 상태, 즉 암거 상류부의 수위를 과다하게 상승시키지 않은 상태에서 안전하게 하류로 소통시킬 수 있는 가장 경제적인 암거의 단면을 결정하는 것이라 할 수 있다. 현재 암거의 수리설계는 지형 또는 현장 여건에 따라 암거흐름의 8형식 중 하나의 형식을 결정하고, 그 형식에 따라 도표(노모그래프)를 이용한 반복시산법 또는 도식에 의한 방법(방정식과 수리학 공식에 의한 방법)등을 이용하여 유입부 상류수위를 산정함으로써 이루어진다. 그러나 암거 내 흐름이 자유수면을 가지는 개수로의 흐름인 경우 도표 또는 간략화된 식을 이용해서는 정확한 흐름해석을 할 수 없다. 특히 암거는 수리학적으로 짧아 암거 내에 등류수심이 발생하지 않을 가능성이 높기 때문에, 수리형태에 따라 등류수심을 가정하여 해석하는 기존의 방법들은 정확한 해석 결과를 제시하지 못한다. 그러므로 본 연구에서는 보다 정확한 흐름해석을 수행하여 암거의 수리설계가 가능하도록 설계 모형을 개발하였다.

암거의 흐름해석은 암거내의 마찰력과 미소 손실을 무시하는 유입부 통제 흐름해석과 유입 및 유출손실뿐 아니라 마찰손실도 고려하는 유출부 통제 흐름해석으로 구분한다. 유입부 통제로 가정한 경우 유입부 잠수여부에 따라 주어진 방정식을 이용하여 상류수위를 산정하며, 유출부 통제로 가정한 경우 관수로 또는 개수로 흐름인지를 판별하고, 자유수면을 가지는 경우 부등류 해석을 통하여 암거 내 각 지점의 수심을 산정함으로써 상류수위를 결정한다. 유입부 및 유출부 통제로 가정하여 상류수위를 각각 계산하고, 상류수위가 더 크게 산정된 통제 방식이 암거의 흐름을 통제하는 것으로 한다.

이러한 암거의 흐름해석을 기반으로 하는 암거의 수리설계 과정은 다음과 같다. 우선, 횡단배수관(원형) 또는 수로암거(사각형)의 모든 표준단면에 대하여 흐름해석을 수행하여 설계변수인 상류수위와 상류수심의 암거높이에 대한 비율을 산정한다. 그러면 두 설계변수가 허용치(입력변수)를 초과하지 않는, 설계에 고려된 표준단면 중 가장 경제적인 단면을 결정할 수 있다.

핵심용어 : 부등류, 상류수위, 설계모형, 암거, 흐름해석

감사의 글

본 연구는 2019년도 정부의 제원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업입니다. 이에 감사드립니다.