TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
가. 게이트가 전개 또는 반개상태로 사용될 경우에는 방수구에서 유출되는 분출수의 도수는 접속 수로내에서 일어나도록 함이 바람직하다. 접속수로가 짧고 분출수가 급류부에 도달하는 경우에는 유수가 수로저면에서 이탈되지 않도록 수로저면을 설정할 필요가 있다.
나. 물넘이와 방수로를 병설하는 경우의 합류는 접속 수로내에서 하는 것이 바람직하다.
다. 급류부의 선형은 직선이고 균일한 경사가 바람직하나 부득이 곡선으로 하는 경우는 유선에서 벗어나지 않도록 설계해야 한다.
라. 방사류부는 급류부의 말단과 감세지를 연결하는 부분인 동시에 수로 폭과 바닥경사의 변화부이다. 방사류부의 주된 기능은 다음과 같다.
(가) 방사류부에 낙차를 집중하고 급류부 경사를 완만하게 하여 유속을 억제한다.
(나) 감세지로의 유입폭을 확대하여 단위폭당 운동량을 감소시킨다.
(다) 유입폭의 조절에 의해 감세지 시점의 프루드 수를 조절하여 양호한 도수상태가 되도록 한다.
(라) 방사류부에는 유선에서 벗어나지 않도록 하기 위하여 다음과 같은 곡선을 삽입하는 것이 바람직하다.
㉮ 급경사의 경우
· 급류공의 방사류부에 사용하는 삽입곡선을 사용한다. (「낙차공 및 급류공」을 참조)
㉯ 완경사의 경우
· 수심의 4～5배 이상의 반경을 갖는 원호를 삽입한다.
③ 방수로의 수면추적
가. 한계수심이 발생하는 지점(지배단면)은 방수 게이트에서의 유출수가 수중유출인 경에는 방수 게이트를 급류부 시점으로 하고, 자유유출인 경우에는 게이트 직하류의 축류(縮流)단면으로 한다. 수리계산은 지배 단면을 기점으로 하여 축차계산법을 사용하여 하류로 향하여 계산한다.
나. 급류부 유속은 고속류로 되기 때문에 특별히 방수로의 측벽고 산정에는 공기혼입에 의한 수면상승을 고려함과 동시에 충분한 여유고를 확보해야 한다.
다. 또 급류부를 암거로 하는 경우는 공기연행에 의한 통수방해를 막기 위한 통기공 등의 흡입·배기공 또는 밸브를 설치할 필요가 있다.
(6) 감세공의 설계
① 방수로 말단에는 원칙적으로 감세공을 설치해야 한다. 단, 방류수가 하천, 호소 등의 시설을 파손할 위험이 없는 경우는 감세공 설치를 생략할 수 있다.
② 감세공은 설계방류량 이하의 유량에서는 충분한 감세효과를 얻지 못하는 경우가있으므로 설계방류량의 1/2～1/4 정도의 유량에 대하여 충분한 검토를 하여야 한다.
③ 감세공에는 여러 종류의 형식이 있다. 따라서 감세공 형식선정에는 각각의 감세공형식의 수리특성, 수로본체의 감세공과의 위치관계(거리, 표고차 등), 감세공 부근 의 지형, 수리특성(방류하천의 수위 등) 및 방류하천의 상황 등의 제 요소를 충분히 고려하여 적절하게 선정하는 것이 바람직하다. (「KDS 67 10 00 농업용 댐」참조)
4.6.5 조절지
(1) 조절지는 용·배수 계획상 발생하는 유량 또는 수위의 시간적 변동에 대하여 수로의 기능을 탄력적으로 조절할 수 있도록 수로조직내에 설치된다.
(2) 조절지 설계는 수로조직 전체의 물 관리상 필요한 이수기능을 충분히 발휘하도록 조절지의 설치위치, 용량규모, 구조형식 등에 대하여 검토하고 수로조직 전체의 공사비 및 관리비가 경제적으로 되도록 해야 한다.
(1) 용수계획에 있어 말단에서의 조작은 물 수요에 따라 게이트 밸브조작이 이루어지나 취수구 또는 간·지선 수로에서는 이러한 물 수요에 대하여 여러 측면에서 조절을 고려하면서 수로 통수량에 적합한 게이트 밸브조작이 이루어진다.
(2) 조절지는 송수의 수요와 공급의 균형을 잘 확보하는 것, 즉 취수량, 수로 통수량 및 용수량 등 3가지가 균형을 이루도록 조절함으로써 물 관리상 발생하는 무효방류나 불균형을 방지함과 동시에 수로기능을 유기적이고 탄력적으로 유지하기 위하여 설치하는 저수지이다.
(3) 조절지의 주요 효과는 다음과 같다.
① 조절지 상류부의 간선수로단면을 축소할 수 있다 (배수로의 경우 조절지 하류의 배수단면을 축소할 수 있다).
② 수로조직을 단순화하여 관리의 생력화를 기할 수 있다.
③ 하천에서 취수하는 경우 시설관리용수량을 최소화할 수 있다.
④ 물의 분배가 원활하여지고 물의 조작손실을 적게 할 수 있다.
⑤ 조절지 상류수로의 유지보수, 사고대책 등에 있어 탄력적 운용이 가능하다.
⑥ 관개조직의 탄력성을 증가시켜 수로말단지역관개를 원활하게 한다.
⑦ 배수로에서는 홍수조절이 되는 경우도 있다.
⑧ 용·배수펌프의 효율적 운전계획을 세울 수 있다.
⑨ 관로내의 공기연행을 방지할 수 있다.
4.6.5.2 조절지의 위치선정
(1) 조절지의 설계는 수로의 입지조건, 관개지역과의 수위관계 등을 고려하여 수로조직에서 요구되는 기능을 충분히 발휘하도록 배치계획을 검토해야 한다.
(2) 특히 물관리면에서 고려하면 관개구역내의 수로에서는 짧은 구간에 많은 조절지를 설치하는 것이 이상적이나 전체적인 경제성을 고려하면 비효율적 설계가 되므로 시설비 및 물 관리의 제 사항을 충분히 검토하여 적정하게 조절지를 배치하는 것이 필요하다. 또 기존의 저수지를 조절지로 이용하여 수로에 연결할 수 있다면 효율적이다.
(3) 따라서 조절지를 설계할 때는 미리 수로조직내에 있는 기존 저수지의 위치, 규모,시설상태 등을 상세히 조사하여 이용가능성을 충분히 검토해야 한다.
4.6.5.3 조절지의 규모
(1) 조절지 규모는 수원용량으로부터 말단의 물이용 조직까지의 전체적 관련성을 고려하여 종합적으로 검토해야 한다.
(2) 조절지는 1일 유량변동을 조절하는 경우, 기간별로 3～5기의 유량변동을 조절하는 경우 및 용수도달시간을 고려하는 물 관리상 필요한 경우의 3가지로 대별된다.
(3) 조절지 용량은 상류 통수량, 하류 사용수량의 시간차, 용수도달시간에 따라서 필요한 저류량을 수원저수지와 같이 유입유출의 차의 누계량으로 구한다.
① 1 일 유량변동을 조절하는 경우 및 시간별로 3～5기의 유량변동을 조절하는 경우 조 절지 용량에 대하여는 KDS 67 40 00 농지관개편을 참조한다.
② 용수도달시간을 고려한 물 관리상 필요한 경우
가. 물 관리상 필요한 조절용량은 다음과 같다. 즉 수로계 상류부에 개수로가 있으면 상류에서 통수량을 변화시켜도 그 영향이 늦어 도달시간을 필요로 한다. 이에 대하여 관수로에서는 그 영향이 예민하므로 도달시간을 필요로 하지 않는다. 이 때문에 물 관리상 조절 불가능한 하류의 용수 변동량과 상류 용수로의 용수도달시간, 시설조작에 필요한 시간 등을 토대로 용량을 결정한다.
나. 이들 중 용수도달시간은 수로바닥 길이, 수로바닥 기울기, 유량 변동량, 게이트조작 방법 등에 따라 크게 좌우되므로 개수로 구간에 대하여는 부정류 해석에 의하여 검토한다.
다. 개략적인 용량은 용수도달시간을 산정하여 이 도달시간에 변동량을 곱하여 산정할 수 있다. 상세한 것은 KDS 67 40 00 농지관개편을 참조한다.
4.6.5.4 조절지의 설계
(1) 조절지는 소요목적 및 기능을 충분히 발휘함과 동시에 안전하면서 경제적인 시설이되도록 계획되어야 한다.
(2) 조절지의 설계는 조절지 위치의 지형, 지질 및 조절지 규모를 고려하여 적절한 구조형식을 선정해야 한다.
(3) 조절지는 하천 등을 가로막는 등 비교적 대규모로 설치하는 댐 형식과 팜폰드와 같은 수조형식으로 구별된다.
① 댐 형식
가. 댐 형식의 조절지는 KDS 67 10 00 농업용댐을 참조하여 설계한다.
② 수조 형식
가. 수조의 형식은 현지여건에 적합하도록 결정해야 하지만 일반적으로 기성 제품을 사용하는 수조에는 원형, 현장 타설 철근콘크리트의 경우는 상자형으로 하는 것이 많다.
나. 조절지는 부등침하, 누수 등에 대하여 안전한 구조로 한다. 특히 관수로와 접속하는 경우는 하류수로에 미치는 영향을 고려하고 지진에 대한 주의와 함께 토사 및 쓰레기 등이 하류 관수로에 유입되지 않는 구조로 한다.
다. 팜폰드와 같이 배수조로 사용되는 것은 유효저수심(최고, 최저 수위차) 1～3m를 표준으로 한다. 수심이 너무 커지면 급수압력에 변화가 생겨 관수에 지장을 주므로 얕고 넓은 수조로 설치하는 것이 바람직하다.
라. 수조에는 물넘이를 설치하여 위험시에 안전대책을 강구해야 한다.
마. 수조의 여유고는 설계최고저수위(물넘이의 둑마루표고+월류수심)에 0.3m 이상을 더 한 것으로 한다. 또 설계최저수위에서 바닥까지의 높이는 0.15m 정도의 여유를 두는 것이 바람직하다.
4.6.6 배수문, 배수통문
(1) 배수문, 배수통문은 내수 배제, 외수 역류방지 등을 위하여 주로 배수로 말단에 설치한다.
(2) 배수문, 배수통문의 설계는 계획배수량 및 내외 수위조작 등으로 통수단면을 결정하고 기초지반의 지지력과 풍파 등을 고려하여 안전한 구조로 하여야 한다.
(1) 배수문, 배수통문은 내수배제를 목적으로 하천, 해안 또는 해안의 제방을 횡단하여 설치되는 구조물로서 게이트를 설치하여 홍수시 또는 만조시의 외수위가 높을 때는 게이트를 닫아 외수의 역류를 방지하고 외수위가 낮을 때는 게이트를 열어서 내수를 배제하는 것이다.
(2) 용·배수 겸용수로에서는 용수수위를 확보하기 위하여 설치하는 경우도 있다.
(3) 일반적으로 상부가 개방되어 게이트 전후가 개수로 형식으로 되어 있는 것을 배수문,제방 밑에 설치되는 암거 형식으로 되어 있는 것을 배수통문, 단면이 작은 것을 배수통관이라 한다. 그러나 본 기준에서는 배수통문, 배수통관을 총칭하여 배수통문으로 취급한다.
(4) 이들의 설치는 지구 배수계획을 토대로 내외수위의 관계를 조사 검토하여 적절히설치하는 것이 바람직하다. 배수문, 배수통문은 목적을 충족하고 충분한 기능을 확보함과 동시에 안전성, 경제성, 시공성, 관리의 편리성을 갖는 설계를 해야 한다.
(5) 일반적으로 배수문, 배수통문은 제방의 일부를 점유하며 그 접속점은 수리적, 구조적으로 약점이 될 수 있으므로 설계, 시공에 특히 유의해야 한다.
(6) 상세한 것은「KDS 67 45 00 농지관개편 배수편」을 참조한다.
4.6.6.2 배수문, 배수통문의 구성
(1) 배수문, 배수통문은 그 목적, 규모에 따라 여러 종류의 형식이 있으나 구성을 대별하면 다음과 같다.
① 배수문의 구성
가. 관리교 나. 조작실 및 조작기계시설 다. 커튼월 (curtain wall) 라. 보기둥 마. 측벽 바. 저판 사. 게이트 아. 지수벽 (cutoff wall) 자. 접속옹벽 차. 물받이 (apron) 카. 기초 타. 호안공 및 바닥 보호공
② 배수통문의 구성
가. 관 체 나. 기 초 다. 흉 벽 (breast wall) 라. 날개벽 마. 물받이 바. 지수벽 사. 문기둥 아. 게이트( 문비) 자. 게이트 개폐장치(권양기 spindle) 차. 관리교 카. 호안공 및 바닥 보호공
4.6.6.3 설계의 기본
(1) 위치의 선정
① 배수목적을 충분히 발휘하기 위하여 배수지구의 지형, 배수계통 등을 조사하여 가능 한 한 효율이 높은 배수가 되도록 지구의 최저위부에 선정한다.
② 기초지반이 연약한 곳은 지지력이 작고 부등침하가 발생하기 쉬우므로 지반에 대한지질조사를 충분히 하여 가장 양호한 위치를 선정한다.
③ 파랑, 고조 등의 충격을 받지 않는 지점을 선정한다.
④ 하천유사 및 토사퇴적에 의한 장애를 받지 않는 지점을 선정한다.
⑤ 하폭, 제방비탈의 급변부 혹은 하천바닥이 불안정한 곳은 되도록 피하는 것이 바람직하다.
(2) 바닥높이의 결정
① 배수문, 배수통문의 바닥높이는 배수를 위해서는 낮을수록 효과적이지만 바닥높이를 너무 낮게 하면 공사비가 증가할 뿐만 아니라 문턱에 토사퇴적 등에 의하여 게이트 조작에 지장을 초래하고 홍수시 역류를 일으킬 뿐만 아니라 배수능력을 감소시키게 된다. 또 하천을 횡단하는 배수문은 바닥높이가 적절하지 않으면 하천바닥이 심하게 변동하게 된다.
② 하천바닥변동은 구조물 안전에 큰 영향을 미치므로 바닥높이 결정에는 하천 유황,배수능력 등을 충분히 조사하여 결정한다. 더욱이 하천법의 적용을 받는 경우는 「하천법」이나 「하천설계기준」등에 의하여 결정해야 한다.
(3) 통수단면
① 통수면적은 유역면적, 강우량, 담수면적 및 내외수위를 충분히 고려하여 산정해야 한다.
② 유출량 산정은 「KDS 67 45 00 농지배수편」을 참조한다. 배수문,배수통문의 통수단면은 하천의 설계홍수량 또는 수로의 설계유량을 안전하게 유하시킬 수 있는 능력을 갖도록 할 뿐만 아니라 배수본천 및 제방에 나쁜 영향을 미치지 않도록 통수 단면적을 확보할 필요가 있다.
(4) 배수문의 설계
① 배수문 설계는 「KDS 67 65 00해면간척편」및「KDS 67 15 00 취입보편」을 참조한다.
(5) 배수통문의 설계
① 배수통문 관체는 암거구조로 되어 있어 보수, 보강이 곤란하므로 설계시에는 특히강도와 내구성을 충분히 갖는 구조로 해야 한다.
② 종단방향의 하중분포는 제방 밑에 매설하므로 균일하지 않고 지반조건이 다른 경우 도 많다. 따라서, 구조설계시에는 횡단방향 검토는 물론 종단방향의 지반반력, 응력 등에 대해서도 충분히 검토할 필요가 있다.
③ 날개벽은 관체와 상류수로 사이에 있어 제방을 보호하기 위하여 설치하는 것이다.
④ 관체와 날개벽은 재하조건이 서로 다르기 때문에 관체와 날개벽을 일반구조물로 하 면 접합부에 무리가 생기게 되므로 관체와 날개벽과는 분리하여 설계하는 것이 바람직하다.
⑤ 흉벽은 날개벽과 같이 제방 흙쌓기 보호, 제방내로의 침투수 침투방지 등을 위하여 설치하는 것이며 날개벽에서 제체내로 보통 1.0～1.5m 정도 좌우로 연장하여 설치한다.
⑥ 더욱이 안전을 위하여 흉벽 기초에 지수판을 타설하는 일도 있다. 또 외수측 흉벽 은 게이트의 개폐장치를 유지하는 문기둥과 일체로 하는 것도 있다.
4.7 분수공, 합류공 및 계측시설
4.7.1 분수공
(1) 분수공의 설치는 수로조직의 설계시 검토한 용수계통이나 분수공의 통폐합계획, 지역의 용수관행이나 지역주민의 의향 등을 배려한 분수계획 및 노선배치가 이루어지도록 하는 동시에 소정의 기능을 갖춘 분수공이 되도록 배려해야 한다. 따라서 설계에서는 수리계획, 물관리방식, 수로형식 등을 고려한 분수공의 형식, 규모 및 설치수등 수로조직에 기초하여 설계상의 유의사항에 대하여 확인한 다음 시설을 설계한다.
(2) 설치개소의 선정은 유지관리 및 구조 설계상 다음사항에 유의하여 선정한다.
① 지반이 양호한 지점일 것
② 수익지에서 가까워 분수공의 유지·관리가 편리한 지점일 것
③ 높은 성토 또는 깊은 절토는 가급적 피할 것
④ 재해가 발생할 염려가 없는 지점일 것
⑤ 시공이 용이한 지점일 것
⑥ 수류가 안정되어 있는 지점일 것
⑦ 필요한 수두를 얻을 수 있는 지점일 것
(3) 또한 분수공은 물관리계획에 기초한 주수로나 주수로로부터의 분수량을 파악·제어하기 위한 유량계측시설이나 통신시설을 병설하는 경우가 있다. 따라서 이들 분수계획에서 요구되는 유량계측시설 등의 기능을 감안하면서 설계해야 한다.
4.7.1.1 분수공의 분류
(1) 분수공형식을 그 기능의 적응성에 의해 분류하면 다음 <그림 4.7-1>과 같다.
<그림 4.7-1> 분수공의 형식
① 비례분수공
가.비례분수공은 주수로의 유량, 수위가 변화되어도 분수비율을 일정하게 유지하는 분수공이다. 대표적인 분수공으로서는 분수격벽식 분수공, 사류분수공 및 원통분수공 등 이 있다.
(가) 분수격벽식 분수공
㉮분수격벽식 분수공은 분수격벽에 의해서 소정의 비율로 분배하는 것으로서 구조가 간단하고 시설의 건설비가 싸다. 분수에 의한 손실수두는 다른 비례분수공에 비해서 상당히 작지만 하류수로의 수위변동의 영향을 받아 분수비가 변화되기 쉽기 때문에 지선수로측에서 게이트에 의한 조작이 필요하다 (그림 4.7-2).
㉯ 또한 이 분수공에는 분수격벽이 레일 등을 따라서 자동적으로 수로 횡단방향으로 이동하여 분수비를 변화시킬 수 있는 것도 있다.
<그림 4.7-2> 분수격벽식 분수공의 예
(나) 사류분수공
㉮사류분수공은 수로의 일부에 사류구간을 설치하여 하류수로의 영향을 방지하고 격벽에 의해 소정의 분수비로 분수하는 분수공이다. 분수격벽식 분수공이 상하류 수로의 수위변동의 영향을 받는데 비해, 사류분수공은 분수격벽 상류에서 사류를 발생시킴으로써 하류수로의 수위변동 영향이 상류에 전달되지 않고 분수비의 정확성을 확보할 수 있다. 웨어에 의해 통수단면적을 축소시켜 한계류를 발생시킴으로써 유속분포가 균일하게 되어 분수의 정확도가 향상된다. 또한 웨어의 상류수심을 측정하여 정확한 유량 파악이 가능해지는 등의 장점이 있는 반면 수로 도중에 사류구간을 만들기 때문에 분수격벽식 분수공에 비해 시설용지나 손실수두가 많이 발생하고 소량 분수시에는 충격파가 발생하기 때문에 정밀도가 저하되는 등의 단점이 있다 (그림 4.7-3, 그림 4.7-4).
<그림 4.7-3> 분수비가 변화되는 사류분수공의 예
<그림 4.7-4> 사류분수공의 예
(다) 원통분수공
㉮ 원통분수공은 수로의 유수를 역사이폰 관로 등을 이용해서 원통형 수조의 중앙부로 용출시켜 정수에 가까운 상태로하여 소정의 분수비로 분할한 원주상의 웨어를 월류시켜서 분류하는 것이다. 이 분수공을 설계할 때는 분수로의 단면, 기울기를 결정할 때 수리설계상의 주의가 필요하며, 원주 위에 설치하는 웨어의 월류수심이 원주 전체에 걸쳐 균등하도록 특히, 수리적인 배려가 필요하다. 또한 분수로측의 영향에 의해 소정의 분수비를 얻을 수 없는 경우가 있으므로 주의해야 한다 (그림 4.7-5).
㉯ 비례분수공의 특징을 표 4.7-1에 나타냈다.
② 조작식 분수공
가.게이트, 밸브 등의 유량조절장치를 갖춘 것으로서 구조가 단순하고 배수조건에 탄력적으로 적용할 수 있다. 반면 배수관리에 일손이 많이 필요하며 분수량은 상하류 수위에 따라서 불안정해지기 쉽다. 또한 분수관리조직이 갖추어지지 않은 경우는 분수가 잘 이루어지지 않을 위험이 있다. 대표적인 분수공으로서는 게이트식 분수공, 더블오리피스 게이트 분수공 등이 있다. 또한 telemeter 등 원격집중관리방식의 분수공도 이 분수방식에 포함된다.
나.본선의 상류수위 일정 체크 게이트 혹은 하류수위 일정 체크 게이트와 조작식 분수공을 조합하면 조작회수가 감소되어 분수관리의 생력화가 가능하다.
<표 4.7-1> 비례분수공의 장단점
<그림 4.7-5> 원통분수공의 예
③ 정량분수공
가.정량분수공은 주수로의 유량 및 수위가 변화되어도 그 분수공에 설정된 분수량을 거의 일정하게 유지하는 자동분수량 조절장치를 갖춘 것으로서 물관리가 용이하고 효율적인 배수가 가능한 반면 시설비가 다른 것에 비해 높아진다. 대표적인 분수공으로서는 일정수위를 확보하기 위한 상하류수위 조절 게이트와 distributor(배분기)와의 조합 또는 디스크 밸브 혹은 플로트 밸브에 의해 분수 후의 수위를 조절하여 일정한 수위를 유지하는 것이 있다 (그림 4.7-6 및 그림 4.7-7).
나. 또한 하류수위제어방식에 적용하는 게이트를 이용하여 분수 후의 수위를 일정하게 유지하여 항상 정량의 분수 또는 취수가 가능한 방식도 있다.
<그림 4.7-6> Distributor
<그림 4.7-7> 디스크 밸브와 Distributor의 조합
4.7.1.2 설계의 기본
(1) 분수공의 형식선정
① 분수공의 형식은 물관리방식 및 수위·유량방식, 수로형식에 적합하도록 선정 한다.
② 지선분수량과 간선유량의 비인 분수비에 따라서 그 형식을 선정한다. 분수비가 20% 정도 이상의 경우는 분수격벽식 분수공, 사류분수공, 원통분수공 등의 선정을 검토하고, 그 이하의 경우는 게이트식 분수공, 더블오리피스 분수공 등에 대해서 검토한다.
③ 분수공 유량을 계측할 필요가 있는 경우 상호조합이 용이한 분수공 형식, 유량계측방식을 선정한다.
(2) 분수공설계의 유의점
① 분수공의 설계는 다음 항목에 유의해서 설계하는 것이 바람직하다.
가. 견고하여 잘 고장나지 않고 내구성이 있는 구조로 한다.
나. 시설비 및 유지관리비가 저렴한 것으로 한다.
다. 분수공에 의해 상하류의 수리현상이 심하게 변화되지 않는 구조로 한다.
라. 분수공은 원칙적으로 설계유량을 기초로 설계하지만, 각 분수공의 기능과 목적에 따라서 설계유량 이외의 최다빈도유량, 최소유량 등의 유량에 대해서도 분수량을 검토한다.
마. 분수에 의한 손실수두는 가급적 적고, 그러나 유지관리면에서 조정이 간편한 것을 선정한다.
바. 분수공 형식은 가능한 한 통일시켜 물관리를 효율화하고 분수의 정도를 균일화하도록 한다.
사. 자유수면을 갖는 분수공에서는 조압, 공기의 배제, 침사지 및 여수로 등의 기능을부여할 수 있으므로 수두배분과 겸용기능에 대해서도 배려한다.
아. 분수공에 사용되는 밸브류의 선택에 따라서는 큰 수격압이 발생하여 관체가 파괴되는 원인이 되므로 밸브의 개폐속도에 대해서도 검토한다.
자. 분수공 스탠드의 규모는 서징에 의한 수면진동 및 관로 seal의 확보를 고려하여 결정한다.
(3) 분수공별 설명
① 게이트 분수공
가. 수문식 분수공
(가)수문유출인 경우의 유량계수는 수문의 종류에 따라 큰 차이가 있다. 또한 수문으로 부터의 유출형태에 따라서 그림 4.7-8과 같이 (a) 자유유출(수문으로부터의 유출수맥이 사류로서, 하류의 흐름이 도수에 연결된다), (b) 수중유출(유출수맥이 하류수면 아래로 잠입)으로 나누어진다.
(나)수문유출의 유량공식이 많이 제안되어 있지만 여기에서는 자유유출, 수중유출 모두에 적용할 수 있는 식 (4.7-1)을 사용한다.
<그림 4.7-8> 수문
<그림 4.7-9> 수문의 유량계수
식 4.7-1은 인양게이트에 대한 Henry의 실험식으로 유량계수 Ca와 h1/d, h2/d와의 관계를 그림 4.7-9와 같다.
여기서, Q: 분수량 (m3/s)
Ca: 유량계수로 그림 4.9.9에 의해 구한다.
b, d: 게이트의 내부공간 폭, 개도높이 (m)
h1: 게이트 상류 수심 (m)
h2: 게이트 하류 수심 (m)
Cc: 수축계수
한편, 식 4.7-1은 게이트의 개도를 구하는 경우나 게이트 상류 또는 하류수심을 구하는 경우에는 부적당하며, 이와 같은 경우에는 식 4.7-2 및 식 4.7-3을 사용할 수 있다.
또한 식 4.7-2 및 식 4.7-3은 유량계수에 따라 결과의 편차가 크기 때문에 완성 후에 실험치를 구하는 등 수정작업이 필요한 경우도 있다.
㉮ 자유유출의 경우
㉯ 수중유출의 경우
C1,2: 유량계수, 橫田에 의하면 h1/d > 2.5인 경우는 모두 0.62～0.66이다.
h1: 주수로(게이트의 상류) 수심 (m)
h2: 분수로(게이트의 하류) 수심 (m)
나. 통관식 분수공
(가) 주수로로부터 관로로 분수하는 경우는 식 (4.7-4)에 의해 구할 수 있다.
A: 분수관의 통수단면적 (m2)
f e : 유입손실계수 (표 4.9.2)
f : 관의 마찰손실계수
n : 분수관의 조도계수
L: 분수관의 길이 (m)
D: 분수관의 관경 (m)
h: 주수로수위와 통관출구수위의 차 (m)
g: 중력가속도 (9.8 m/s2)
f o : 유출손실계수 ( f o = 1.0)
(나) 그림 4.7-10과 같이 주수로의 측벽에 직접 분수관을 접속하여 분수로에 분수하는 경우 유입손실계수 f e는 표 4.7-2와 같다.
<그림 4.7-10> 통관식 분수공의 형상
<표 4.7-2> 통관식 분수공의 유입에 따른 손실계수()
② 더블오리피스 게이트 분수공
가. 개요
(가) 더블오리피스 게이트 분수공은 정수두형 분수공이라고도 일컬어지는 것으로 앞면의 제1게이트(유량게이트)로 오리피스의 개구면적을 설정하고, 제2게이트(수위조절게이트)로 주수로와 조정수조의 수위차를 일정(5～6m 정도)하게 조절하여 필요한 수량을 분수하는 것이다. 공간이 허용되는 한 유입부의 길이(주수로 설계수심의 1.5배 이상)를 충분히 확보하여 제1게이트를 주수로 측벽으로부터 떨어트림으로써 분수유량을 안정시킨다. 또한 주수로와 조정수조의 수위차가 과대하거나 혹은 제1, 제2 두 게이트 사이의 수조의 크기가 과소한 경우에는 수조의 수면이 요동처서 소정의 수위차를 얻을 수 없게 되므로 수조의 크기 (ℓ)은 다음 식을 만족시켜야 한다. ℓ≥(2.25～2.75) a 또는 제1게이트 상류의 수심은 s≥(2.5～4) a (그림 4.9.11) 이상이 바람직한 것으로 알려져 있다.
<그림 4.7-11> 더블오리피스 게이트의 예
나. 수리계산
유량측정 게이트 및 수위조절 게이트부의 유량은 다음의 산정식으로 계산한다.
(가) 유량측정 게이트부
여기서, Q 1: 유량측정 게이트부의 유량 (m3/s)
h 1: 주수로의 수위와 조정수조의 수위차 (m) (0.05～0.06 정도)
A1: 통수단면적 (m2)
단, 유량계수는 USBR(미개척국)에 의하면 C=0.65～0.70의 범위이며,
본서에서는 0.65를 채용한다.
(나) 수위조절 게이트부
㉮ 분수관에 접속하는 경우
· 더블오리피스 게이트가 분수관에 접속되는 경우에는 수위조절 게이트부의 유량 Q 2는 식 (4.7-6)을 이용해서 구한다.
여기서, Q2: 수위조절 게이트부의 유량 (m3/s) 단, Q 1=Q 2
A2: 분수관의 통수단면적 (m2)
f e : 유입손실계수 ( f e=0.5)
f o : 유출손실계수 ( f o=1.0)
f : 마찰손실계수
D: 분수관의 내경 (m)
h: 조정수조의 수위와 출구수위의 수위의 차이며 (m), 보통 0.3m로 한다.
㉯ 개수로에 접속하는 경우
· 더블오리피스 게이트가 분수로(개수로)에 접속하는 경우는 수위조절 게이트부의 유량 Q 2는 유량측정게이트부의 유량계산식인 식 (4.7-5)를 이용해서 구할 수 있다.
· 단, 이 경우 유량계수 C는 0.65～0.75로 한다.
· 또한 유량계수는 0.65를 적용하는 것으로 하지만 이 값은 측정에 의해 확인하는 것이 바람직하다.
③ 분수격벽식 분수공
가. 분수격벽식 분수공의 성능은 분수공의 구성보다 오히려 하류 분수로의 배수의 영향이 분수비를 지배하는 인자이다.
나. 하류분수로의 지배단면에서 상류방향으로 배수계산을 실시하여 분수비가 설계값이 되도록 유량을 부여한 경우 양 분수로의 배수에 의한 에너지 높이가 분기점에서 일치되도록 설계한다. 따라서 분수공 부분보다도 하류수로의 단면형, 조도계수, 기울기 등의 설계가 중요하다.
다. 분수공의 통수단면은 원칙적으로 장방형으로 하고, 분수격벽의 위치는 양측벽으로 부터 분수비에 비례하는 거리에 설치한다.
라. 분수점의 상하류에는 수로폭 또는 수심의 10배 이상의 정류구간(수로폭·바닥높이를 변화시키지 않는 구간)을 마련함으로써 수리적으로 안정된 분수를 할 수 있다.
(가) 단면계산
분수로의 수심 및 유속은 상하류수로와 거의 같은 정도로 가정하고 간선쪽, 지선쪽의 분수로의 폭을 결정한다.
(나) 기본치수
분수격벽식 분수공의 기본구성도는 그림 4.9.12와 같고 기본치수는 식 (4.9.7)～(4.9.13)에 의해 구한 값 이상으로 한다.
<그림 4.7-12> 분수격벽식 분수공의 기본 구성도
분수로의 폭
상류측 정류부의 길이 L 1 ≥ 10W 또는 10 d (4.7-9)
하류측 정류부의 길이 L 2 ≥ 10W1 또는 10 d 1 (4.7-10)
L 3≥10W2 또는 10 d 2
d: 상류측 정류부의 수심 (m)
d 1, d 2: 하류측 정류부의 수심 (m)
정류부의 길이 L=L 1+L 2, L'=L 1+L 3 (4.7-11)
상류측의 접속수로 (4.7-12)
하류측 접속수로 (4.7-13)
여기서, W: 수로폭 (m)
t: 분수격벽 두께 (m)
ℓ1: 상류측 접속수로 (m)
ℓ2: 하류측 접속수로 (m)
ℓ3: 하류측 접속수로 (m)
(다) 여유고
상류수로의 측벽고에 분수격벽식 분수공의 측벽고를 맞추는 것이 바람직하다.
(라) 분수격벽식 분수공의 손실수두
분수격벽식 분수공은 일반적으로 다음의 손실수두를 생각한다.
㉮ 마찰에 의한 손실수두
㉯ 단면변화에 의한 손실수두
이상의 손실수두를 계산하고 분수격벽식 분수공 및 하류수로의 단면을 결정한다.
④ 사류분수공
사류분수공은 다음의 제조건에 유의해서 설계한다.
가. 각 분수로 모두 완전월류로 한다.
각 분수로 중 가장 수위가 높은 분수로는 식 (4.7-14)를 만족시킨다 (그림 4.7-13).
여기서, h 1: 상류측 웨어마루기준 수심 (m)
h 2: 하류측 웨어마루기준 수위 (m)
K1: 정수. 단, 하류수로바닥의 기울기가 1:5일 때 K1 = 0.68
<그림 4.7-13> 사류분수공의 상하류수심
나. 웨어에 의해 상승되는 수위는 상류설계수위 이내로 한다.
웨어의 월류량공식과 배수계산에 의해 구한 수위가 설계수위 이내인지 여부를 검토한다.
다. 웨어마루에서의 수평방향 유속분포를 균일하게 한다.
웨어 상류단면적 A1과 웨어마루 단면적 A2의 단면축소율이 클수록 유속분포는 균일해 진다. 웨어 상류쪽에 충분한 길이의 장방형단면 직선정류구간을 설치하고 정류구간과 상류수로사이에 점확부를 설치한다.
라. 웨어 상류수로바닥은 1:5 정도의 기울기로 하고, 분수의 정밀도를 높이기 위해 웨어마루는 수평으로 시공한다.
마. 웨어 하류수로바닥 기울기는 완만할수록 완전월류의 범위가 넓어지고 (식 (4.7-14)의 K1값이 크다), 웨어에 의한 손실수두(웨어 상하류의 수위차)가 작아지기 때문에 소량분수의 경우에 격벽위치를 분수비 만으로 결정하는 것은 위험하다. 이와 같은 경우에는 다른 형식의 분수공을 검토하거나 수리실험 등에 의해 유황을 확인하여 검토해야 한다.
바. 분수를 위한 격벽상류단 위치는 원칙적으로 한계수심이 발생하는 위치의 하류에 설치한다.
사. 웨어 직하류에서 도수를 발생시킨다.
아. 웨어의 직하류에 설치하는 정수지에서 월류수맥이 노출된 상태로 그대로 유하하는 것으로 가정하는 경우 수맥의 수심(사류)에 대한 공액수심(상류)이 하류수로의 수심 (정수지 바닥을 기준으로 측정)보다 5～10% 정도 작아지도록 정수지 바닥높이를 결정한다. 또한 이 검토에서는 설계유량 이외의 유량에 대해서도 시산할 필요가 있다.
(4) 단면계산
① 웨어높이
수로 중에 설치한 월류웨어 상에서 사류를 발생시키는 조건으로 상하류간의 손실수두를 무시한 경우 식 (4.7-15)가 성립해야 한다 (그림 4.7-14).
여기서, H1, H2 : 상하류 수로의 수심 (m)
V1, V2 : 상하류 수로의 유속 (m/s)
Hz : 웨어높이 (m)
Hd : 상하류 수로의 고저차 (m)
<그림 4.7-14> 광정웨어 단면도
단, 우변의 하류측 수로의 비에너지로 2개의 분수류 중 큰 비에너지를 갖는 수로를 기준으로 계산하는 것이 좋다.
웨어높이 Hz는 식 (4.7-15)로부터 유도된 식 (4.7-16)에 의해 구할 수 있다.
② 한계수심 및 한계유속의 계산
한계수심 및 한계유속은 「완전월류되는 월류웨어마루에서의 수심은 그 유수가 갖는 에너지를 가지고 흘려보낼 수 있는 유량이 최대가 되는 값을 취한다」라고 하는 Belanger의 법칙을 적용해서 식 (4.7-17) 및 식 (4.7-18)로 구한다.
여기서, Hc : 한계수심 (m)
Vc : 한계유속 (m/s)
g: 중력가속도 (9.8m/s2)
③ 웨어폭의 결정
그림 4.7-14의 Ⅰ～C 단면간에 베르누이의 정리를 적용하면,
여기서, Hf : 마찰손실수두 (m)
Ⅰ～C간의 마찰손실수두를 무시하면 유량 Q는,
따라서 웨어폭 B는 식 (4.7-22)에 의해 구할 수 있다.
(5) 격벽의 위치
격벽을 종단방향으로 사류부인 하류측 웨어마루 부근에 설치한다.
횡단방향으로는 분수격벽식 분수공과 같이 분수비에 의해 결정하는데, 식 (4.7-23)으로 구한다.
여기서, Q, B: 분수전의 유량 (m3/s) 폭 (m)
B 1, B 2: 분수후의 폭 (m)
Q 1, Q 2: 분수후의 유량 (m3/s)
격벽의 높이는 측벽높이에 맞춘다.
(6) 정수지 바닥높이와 길이
<그림 4.7-15> 노출사류의 수면형
① 웨어의 하류단의 수심 h o는 식 (4.7-24)에 의해 구한다.
D를 가정해서 h o를 산출한다.
② h o에 대한 공액수심 h m은 식 (4.7-25)로 구한다.
(7) 여유고
상류수로측 측벽높이에 사류분수공의 측벽고를 맞추는 것이 바람직하다.
4.7.2 합류공
(1) 합류공은 배수로에서 주로 필요한 것으로, 합류지점에서 양쪽의 바닥높이가 같고 흐름의 상태가 모두 상류로서 합류되도록 하는 것이 중요하다.
(2) 수로의 바닥 기울기, 유속 및 합류점 부근의 지형조건을 고려하여 안전한 시설이 되도록 설계해야 하며, 유의사항은 다음과 같다.
① 간선·지선수로의 합류공은 가능한 한 간선수로의 흐름 방향에 맞도록 설치하며 간선수로 내의 불필요한 난류를 방지하도록 한다.
② 배수로는 강우의 도달시간이 각 수로마다 다르기 때문에 유황 및 지수면적으로부터 합류점에서의 합류상황의 시간적 경과를 계산에 의해 구하며 설계유량을 안전하게 유하하도록 한다.
③ 합류수로의 각각의 유속은 상호간에 비슷하게 하며 극단적으로 다르게 하는 경우에는 상류에 수위조정시설 및 낙차공 또는 급류공을 설치하고 다시 조정할 필요가 있다.
④ 합류공 내에서는 동일 높이로 하여 낙차가 없는 구조로 하는 것이 바람직하다.
⑤ 경사지에서 합류공을 설치할 경우는 월류에 의한 피해도 예상되기 때문에 그 대책에 충분히 주의해야 한다. 통상 합류공 부근에는 합류지, 집수지, 토사저류 시설을 설치하지만 경사지점에서 이러한 구조물은 비교적 크게 설치하는 것이 바람직하다.
4.7.2.2 취입부 수로의 설계
(1) 상류 단면에서 합류 후 단면으로 연결시켜 취입부 수로(트랜지션)의 설계를 하고 손실수두를 계산한다. 지선의 합류선형은 아래의 <그림 4.7-16>와 같이 하는 것이 바람직하다.
<그림 4.7-16> 지선의 합류선형
<그림 4.7-1>에서,
B 1: 수로폭 (계획수면폭을 가정) (m)
l 1: 3( B 1+ B 3 ) 정도 (m)
L: 합류공의 길이 L= l 1+ l 2 (m)
θ: θ≤ 60 ·
합류공의 손실수두계산에서는 합류에 의한 손실수두와 마찰에 의한 손실수두를 계산한다.
① 합류에 의한 손실수두
h l : 합류에 의한 손실수두 (m)
v 1: 본선수로 상류측 유속 (m/s)
v 2: 지선수로 유속 (m/s)
θ : 간선과 지선이 이루는 각도 ( ° )
② 마찰에 의한 손실수두
h f : 마찰손실수두 (m)
I 1 , I 3 : 본선 상하류의 동수기울기
L : 합류공의 길이 (m)
4.7.2.3 낙구공
(1) 낙구공은 기능상 합류공과 같은 합류시설의 일종이다. 낙구공은 낙차를 동반하여 간선수로에 유입하는 구조물이며 본선수로에 통관이나 콘크리트 2차제품 수로 등을 사용하여 수로주변으로부터 본선에 비교적 소유량을 유입시키는 경우나 반복수를 본 선수로에 환원시키는 경우에 설치한다.
(2) 낙구의 형상은 흐름의 수로단면 내 분포를 균일하게 하며 감세공의 기능을 완전하게 하기 위해 원칙적으로 장방형 단면으로 하지만 배수로의 경우에는 낙구단면과 상류수로단면이 동일한 형상을 갖기 때문에 사다리꼴의 형상으로 하는 사례가 많다. 또한 좁히거나 보를 설치하지 않기 때문에 저하배수(低下背水)를 발생시키고 유속이 필요 이상으로 증가하기 때문에 상류취부수로의 구조에 따라서는 비탈면 및 수로바닥에 보호공이 필요하다.
(3) 설계에 있어서는 합류공과 같이 본선수로에의 영향이 적게 되도록 해야 한다. 특히 낙구공은 낙차를 동반하여 본선수로에 유입하기 때문에 다량의 물을 유입시키는 경우에는 낙구에서의 에너지를 상류에서 감소시켜 유입시킨다.
(4) 또한 다량의 토사를 포함한 물에 대해서는 본선수로에 토사의 퇴적이 예상되기 때문에 상류에서 토사를 침전시킨 후 유입시킨다. 일반적으로 소규모의 낙구공에 대해서는 토사저류시설을 설치하여 에너지 감소와 토사침전을 도모한다.
(5) 한편 낙구에서의 유속의 증가에 동반하여 낙구 상류수로의 유속이 증가하고 이로 인해 상류수로에 악영향이 예상되는 경우나 낙구에서 낙차가 큰 경우에는 낙하 및 비산 등으로 간선수로 호안에 생길 악영향에 대비해 보호시설을 설치할 필요가 있다.
4.7.2.4 분·합류공의 수리설계
(1) 분합류공의 설계는 용수·배수의 구별이나 지형·입지조건, 유량규모, 수리조건을 검토하여 수리적으로 부적합이 생기지 않도록 해야 한다.
(2) 분합류공의 수리설계는 각종 손실수두의 경우 계산식을 이용하여 적절하게 설계하지만 특수한 형상이나 구조에서 수리현상이나 손실수두의 산정이 곤란한 경우에는 필요에 따라 수리모형 실험을 하고 확인을 하는 것이 바람직하다.
① 수리계산조건
가. 기존 터널 및 사이펀(본선)에 따라 바이패스 수로의 신설이 계획되어 있으며 수리설계상 본선 및 바이패스수로의 공종 및 구조는 그림 4.9.18에 나타낸 바와 같다.
(가) 분합류공의 본선과의 취부각도는 원칙적으로 θ= 17 ·로 한다.( θ= 17 ·는수리모형실험으로부터 정한 것이며 이것 이외의 경우 시설의 중요도에 따라 수리모형실험에 따르는 것이 필요하게 되는 경우도 있다).
(나) 분합류공의 형식은 규정의 것으로 하며 그림에 나타낸 바와 같이 개수로 한쪽에서 수로로부터 부드러운 형태로 연결한다.
(다) 본선측의 수로바닥 높이는 규정의 것으로 한다.
(라) 바이패스 터널 또는 사이펀은 만류로 하고 원칙적으로 폐쇄완화공을 설치한다.
② 본선 터널의 수리계산
가. 상하류 개수로 A점 및 H점의 바닥높이, 에너지 표고 및 B～G까지의 바닥높이는 알고 있는 것으로 한다.
나. 본선하류 폐쇄완화공 시점(E점)의 수리제원은 하류개수로 시점(H점)의 수리제원을 알고있는 것으로 하고 시산에 의한 부등류계산으로 구한다.
다. 본선 터널 내는 등류로 취급하며 나)에서 구한 하류 폐쇄완화공시점 (E점)의 수심과 터널시점 D '점의 수심은 같은 것으로 한다.
라. D '점의 수리제원을 알고 있는 것으로 하고 상류개수로 종점 A점의 수리제원을 부등류계산에 의해 구한다.
마. 상류개수로의 등류계산에 의해 구한 A점의 에너지 표고보다도 하류에서 구한 에너지표고가 낮은 경우에는 그 차를 잔여수두 ( h 0 )로 본선터널에 보류시킨다.
바. 반대로 높은 경우에는 상하류 개수로 바닥높이를 조정한다.
<그림 4.7-17> 본선 및 바이패스 수로 평면도
<그림 4.7-18> 본선 및 바이패스 수로의 공종 및 구조
<그림 4.7-19> 본선 터널의 공종
<그림 4.7-20> 본선 사이펀의 공종
③ 본선 사이펀의 수리계산
가. A점 및 H점의 수리제원 및 B점에서 G점까지의 바닥높이는 알고 있는 것으로 한다.
나. 본선 사이펀은 만류로서 일반적으로 Manning 공식에 의해 마찰손실, 굴곡손실을 계산한다.
다. A점에서 D점간 및 E점에서 H점간에 대해서는 아래와 같이 계산한다. 이 때 사이펀내 유속 및 개수로 시종점의 유속, 에너지 표고는 알고 있는 것으로 한다.
마찰손실 h f = 1/2 (본선 사이펀 마찰손실기울기+개수로 바닥기울기)×(AD간 길이 또는 EH간 길이)
단면변화손실 h g = 0.2(개수로 유속수두-본선 사이펀 유속수두)
라. 하류측(H점)에서 상류측으로 계산하여 누적된 A점의 에너지 표고가 상류개수로의 등류계산에 의해 구한 A점의 에너지표고보다도 낮은 경우에는 그 차분을 잔여수두 ( h 0 )로 본선 사이펀에 보류시킨다.
마. 반대로 높은 경우에는 상하류 개수로 바닥높이를 조정한다.
④ 바이패스터널·사이펀 수리계산
시설배치설명도에 관해서는 그림 4.3.18을 참조할 것.
가. 분합류공, 취부공 및 바이패스 터널·사이펀의 마찰손실, 단면변화손실 및 굴곡손실은 Manning 공식에 의해 계산한다.
나. 분합류공의 마찰손실 및 단면변화손실은 다음과 같다. 이 때 취부공 마찰손실 기울기는 I f= (n ·V/ R 2/3 ) 2 이다. 한편 단면변화손실은 수리모형실험으로부터 구한다.
마찰손실 h f = 1/2(개수로 기울기+취부공마찰손실 기울기)×(분류공 또는 합류공의 평면길이)
단면변화손실 h g = 0.2(개수로유속수두-취부공유속수두)+ h ‘
h ' : 정수 분류공 0.005 m
합류공 0 m
다. 손실의 합계가 AH간 이용가능수두보다 큰 경우는 바이패스직경 또는 상하류 개수로 바닥높이를 조정한다.
라. 상하류 개수로 바닥높이를 조정해서 바이패스터널·사이펀의 손실배분을 행하는 경우에는 본선측이 계획유량일 때 대하여 재검토한다.
⑤ 바이패스 수로의 분합류부는 생각할 수 있는 최소유량을 통수할 때에도 만류상태가 유지되도록 충분한 seal 높이를 취한다.
4.7.3 계측시설
(1) 분수공 및 조정시설 등 수로의 주요 부분에는 용수이용의 효율화를 위해 적절한 정밀도와 안정된 기능을 갖는 유량계측시설을 설치함으로써 분수량, 분수위 등을 파악하고 합리적인 배수관리, 관리비의 절감, 수로시설의 보전과 재해방지 등을 도모해야 한다.
(2) 유량계측시설은 수로내의 통수량을 감지하는 동시에 이것을 알려주는 기능을 갖는 것으로 유량계측시설에서 얻은 정보는 이것을 적절히 처리하여 효율적으로 물관리를 해야 한다.
(3) 유량계측기의 선정은 수질, 순간유량과 적산유량 중 어느 쪽에 중점을 둘 것인가, 필요한 정밀도는 얼마인가, 계측치의 표시 및 그 정보의 기록이나 전송 필요성 등을 고려한다. 유량계측기의 설치는 상하류측에 각각 필요한 길이의 직선부분을 확보하고, 관수로에서는 상시 만수되는 지점을 선정한다.
(4) 유량계측시설은 설치장소 및 목적으로부터 다음과 같이 분류된다.
① 분수공에 부설하는 유량계측시설
가. 각 분수로에 유입하는 유량의 확인
나. 순간유량의 파악
② 간지선수로의 중요한 장소에 설치하는 유량계측시설
가. 관리 잉여수 발생 감지
나. 유량부족 감지
③ 간지선수로의 중요한 장소에서 휴대용으로 계측하는 것
가. 부정기 유량파악
나. 유량계측기의 검증
다. 경제성 확인
(5) 또한 유량계측시설을 선정할 때는 분수·유량계측시설의 관리운용체제, 감시체제, 기록 및 제어조작수단 등을 고려하여 수로조직의 관리수준에 맞고 합리적인 물관리와 물의 유효이용을 도모할 수 있는 형식을 선정해야 한다.
(6) 관리수준의 설정과 유량계측시설 선정의 유의사항은 다음과 같고, 이 기준에 적합한 유량계측시설을 선정해야 한다.
① 관리조작방법 면에서의 검토
② 감시 및 기록체계 면에서의 검토
③ 제어수단 면에서의 검토
4.7.3.2 계측시설의 분류와 적용 유량공식
유량계측시설을 각각의 측정대상을 기준으로 분류하면 다음과 같다.
(1) 차압식 유량계
차압식 유량계는 수축기구의 종류에 따라 오리피스, 노즐, 벤튜리 유량계로 분류된다. 각 차압식 유량계의 유량공식은 다음과 같다.
①벤튜리형 유량계
h: 상류부와 수축부의 압력수두차 (m)
μ: 0.95～1.00
D 1: 상류부의 직경 (m)
D 2: 수축부의 직경
② 오리피스형 유량계
α: 유량계수
A: 개구면적 (㎡)
h: 액주계 값 (m)
ρ: 측정관로내의 물의 비중
ρ' : 액주계내의 액체비중
(2) 전기식 유량계
각종 전기식 유량계를 비교하면 아래 <표 4.7-3>과 같다.
<표 4.7-3> 각 전기식 유량계의 특징
(3) 웨어식 유량계
① 파샬 플륨 유량계
파샬 플륨 유량계는 개수로 중간에서 단면을 축소하고, 그 점축부에 의해 웨어와 유사한 흐름을 발생시키고 유량을 구하는 것이다. 파샬 플륨은 다음과 같은 특징이 있으므로 설계시 유의해야 한다.
가. 손실수두가 웨어식 유량계 중에서 비교적 작다.
나. 접근유속에 의한 영향이 웨어식 유량계 중에서도 비교적 작다.
다. 시설의 마무리의 양부나 규격의 오차가 유량측정 오차에 크게 영향을 미친다.
라. 취수 게이트·오리피스 등에 가까운 곳에서는 이용할 수 없다.
마. 일반적으로 완전월류로 설계한다. 또한 하류수로의 배수의 영향에 의해 물에 잠기는 상태가 될 우려가 있는 경우는 검토가 필요하다.
바. 곡선수로의 하류는 피하고, 직선부에 설치한다.
사. 계측용 구간을 흐르는 유속이 전후의 수로보다 빨라지기 때문에 유사의 영향은 적다. 그러나 상류수로 바닥에 토사가 퇴적되어 있는 경우는 기능을 발휘할 수 없다.
② 각종 웨어식 유량계
웨어식 유량계는 충분히 유효한 수두를 얻을 수 있는 곳에 설치해야 한다. 수로중간에 설치하는 경우는 접근유속에 의한 변화 등 상당히 정밀도가 떨어진다. 또한 수맥이 웨어에 부착되지 않도록 충분한 공기를 공급해야한다. 적용하는 유량공식은 웨어 형식에 따라 다르다.
가. 삼각웨어 (직각 이하의 삼각웨어)
<도변공식>
θ=60°에 대해서
나. 직각삼각웨어
<沼知·黑川·淵澤공식>
h=10～30cm의 범위에서 매우 정도가 높다.
적용범위는 0.5m≤B≤1.2m, 0.1≤D≤0.75m, 0.07m≤h≤0.26m(단, h≤B/3)이다. 이 범위에서 본식의 예상오차는 ±1.4%이다.
다. 사각웨어
<板谷·手島공식>
적용범위는 0.5m≤B≤6.3m, 0.15m≤b≤5m, 0.15m≤D≤3.5m, 0.06m≤b·D/B2, 0.03m≤h≤0.45 b m이다. 본식의 예상오차는 ±1.4%이다.
라. 전폭웨어
<石原·井田공식>
Q: 월류량 (㎥/s)
B: 웨어폭 (m)
D: 수로바닥으로부터 웨어 월류부까지의 높이 (m)
b: 월류부폭 (m)
h: 월류수심 (m)
ε: 보정항
여기서, D≤1m일 때 ε=0
D>1m일 때 ε=0.55(D-1)
적용범위는 B≤0.5m, 0.3≤D≤2.5m, 0.03m≤h≤0.8m(단, h≤D 이고 h≤B/4)이다.
이 범위에서의 예상오차는 ±1.8%이다.
③ 수축수로식 및 광정웨어식 유량계측시설 (Long-throated flumes and Broad-crested weirs)
수축수로식 및 광정웨어식 유량계측시설은 파샬 플륨과 같이 개수로 중간에 수축부 또는 웨어를 설치하여 한계류를 발생시켜 직상류부의 수심을 계측함으로써 비교적용이하게 좋은 정밀도로 유량을 측정할 수 있는 것이다.
본 유량계측시설은 파샬 플륨의 결점인 구조제원이 복잡하고 세밀한 규격이 요구되는 것을 개선하여 농업용수와 같이 많은 수의 분수공의 유량을 용이하게 측정할 수 있도록 만든 것으로 1900년대부터 각종 유사한 형식이 고안되었으며, 그 후 점점 개량되어 현재 세계적으로 널리 이용되는 형식이다.
이 형식의 특징은 임의의 수로단면과 수축부나 웨어부의 각종 형상, 규격에 대해서 유량과 수심 혹은 손실수두의 관계가 설계, 시공 후에도 전산처리할 수 있도록 개발이 진행되었으며, 또한 각종 형상(예를 들면 장방형, 포물선형, 삼각형, 사다리꼴형, 원형 등등)에 대한 규격과 유량 폭이 제시되어 있다.
정도는 4～5% 정도로 양호하지만 수중유출의 경우에는 낮아지기 때문에 원칙적으로 한계류로 설계한다.
기본유량공식 (장방형단면)
Cd : 수축계수 Cd=0.93+0.1H1/L
bc : throat부의 수로폭 (m)
h 1: 관측지점에서의 수심 (m)
Cv: 유속수두계수
H1: 관측지점에서의 에너지높이 (m)
L: throat부의 길이 (m)
또한, h 1대신에 H1을 측정하는 경우
0.1〈H1/L〈1.0
A1: 관측지점에서의 통수단면적 (㎡)
A*: throat부에서의 통수단면적 (㎡)
4.8 보호시설 및 안전시설
4.8.1 보호시설
4.8.1.1 비탈면 보호공
① 비탈면 보호공이란 수로의 건설에 의해 생기는 절토 또는 성토 비탈면을 외적 조건에 의한 침식이나 풍화로부터 보호하기 위해 식생이나 구조물로 비탈면을 피복하거나 흙막이 구조물로 비탈면 안정 대책을 세우는 것이다.
② 자세한 설계기준은 “KDS 11 00 00” 지반설계기준을 참고한다.
4.8.1.2 배수구조물
(1) 횡단배수공
① 횡단배수공의 분류
가. 횡단배수공은 다음 <그림 4.8-1>에 나타낸 바와 같이 분류된다.
<그림 4.8-1> 횡단배수공의 분류
가. 횡단암거, 횡단사이펀
(가) 횡단암거, 횡단사이펀은 수로조직의 일부로 충분히 안정성, 내구성이 있어야 하며 유지관리가 용이한 구조로 해야 한다.
(나) 횡단암거, 횡단사이펀의 통수단면은 유량계산에 의해 구할 수 있지만 소유량의 경우는 대단히 작은 단면이 되어 유입토사의 배제가 곤란하게 된다. 토사퇴적이 없는 경우 또는 길이가 짧고 출입구로부터 토사의 배제가 가능한 경우를 제외하고 유지관리상 필요최소단면으로 1:3.0 이하로 한다.
(다) 관체는 수로바닥판 밑면으로부터 60cm 이상 떨어지는 것이 바람직하다. 언더드레인이 있는 경우는 그 기능에 지장이 없도록 한다.
(라) 사이펀 입구부에는 원칙적으로 토사저류공, 스크린을 설치한다.
나. 오버슈트
(가) 오버슈트는 수로조직의 일부로서 충분한 안전성, 내구성이 있으며 유지관리가 용이해야 한다.
(나) 오버슈트의 밑면과 수로수면과의 사이에 최소 30cm 공간을 갖는 것이 바람직하다.
(다) 일반적으로 대유량에 대해서는 개수로형식이, 소유량에 대해서는 관수로형식이 이용 된다.
(라) 오버슈트의 하류는 통상 급경사의 경우가 많기 때문에 적절한 감세공의 설치가 필요하다.
(2) 유입공
① 유입공의 분류
가. 유입공은 아래와 같이 분류된다
(가) 보통유입공
㉮ 보통유입공은 수로인접지역의 유출수를 수로내에 유입시키는 것이며 일반적으로 소유역(집수면적이 대략 1㏊ 이하)의 경우에 적용한다.
(나) 측구유입공
㉮ 수로부지내의 절토면 및 소단의 우수 등은 원칙적으로 측구에 의해 수로외로 배제 한다. 그러나 절토구간이 길게 계속되는 경우 지형에 따라 배제가 곤란하면 측구유입공을 특별하게 설치하는 것이 필요하다.
가. 유입공의 설계에 있어서는 다음 사항에 유의할 필요가 있다.
(가) 원칙적으로 용수로에는 배수를 유입시키지 않지만 수로의 건설에 의해 차단된 지역 의 배수를 횡단시키는 것이 지형적 또는 기타 이유에 의해 곤란한 경우 어쩔 수 없이 유입시킨다.
(나) 유입하는 물이 장래에도 수질오염, 토사유입 등의 염려가 없는 배수인지 아닌지를 충분히 검토한다.
(다) 횡단배수로 하는 것이 현저하게 비경제적인 경우에 설치한다.
(라) 유입량의 최대허용량은 수로의 여유고가 0.10m 이상이 되는 범위까지를 기준으로 한다.
(3) 배수구
① 배수구는 비탈면 보호공과 병용하는 경우 및 관리도로 측구와 같이 수로 및 제시설의 보호를 위해 설치한다.
② 배수구의 목적을 고려하여 배수량에 따라 배수구의 형식 및 규모 등을 정하지만 종단기울기가 급한 개소에 설치하는 경우에는 주변에 도수, 월류에 의한 피해를 일으키지 않도록 유의할 필요가 있다.
4.8.2 안전시설