만곡수로 내 수리구조물에 따른 난류흐름 특성변화 실험 연구

• 영문명: An experimental study on the effect of a hydraulic structure on the turbulent flow in a meandering channel
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 이동훈(Lee Dong Hun) 김수진(Kim Su Jin) 강석구(Kang Seok koo)
• 간행물 정보: 『3. 한국방재학회 학술대회논문집』2015년, 133~133쪽, 전체 1쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2015.02.25

국문 초록

수충부란 하천형상의 영향으로 유수가 제방에 부딪혀 유속이 상대적으로 상승하는 구간을 말한다. 특히 만곡의 수충부에서는 만곡부 외측에 빠른 유속이 발생하여 제방의 침식을 야기하므로 유속의 흐름 방향을 적절히 조절하여 피해를 줄이는 수리구조물의 설계가 필요하며 대표적으로 수제를 들 수 있다. 수제는 유속을 제어하여 제방이나 하안의 침식으로부터 보호하는 기능 외에도 수생 생물들의 서식처를 제공하고 수제역 내의 재순환 영역이 하천생태 개선의 도움을 주는 등 다양한 기능들로 국내 및 국외에서 활발히 연구되고 있다. 국내에서는 직선 수로에서 수제의 방향, 투과율 변화에 따른 흐름 분리 영역, 선단유속과 선단흐름각에 대한 연구가 수행되었다. 하지만 만곡 수로의 경우, 만곡부 내 이차류 거동에 초점을 맞춘 연구가 진행되었을 뿐, 만곡 하천에서의 수제 설치로 인해 생기는 흐름 변화를 파악하고 그 효용성을 판단하기에는 부족한 실정이다. 국외의 경우, 만곡부에서 변형된 수제(vane, barb)을 설치하여 하상 형상의 변화와 3차원 흐름 패턴과 난류 특성에 대하여 정량적인 수치로 제시하였지만 변형된 수제를 설치하였다는 점에서 한계를 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 만곡수로에서 수리구조물의 설치로 인한 유속의 변화와 그에 따른 난류 인자들의 변화 파악하여 수충보를 보호하는 데 그 목적이 있다. 본 연구에서는 수로 길이 24.4m 주수로폭 0.5m 비탈면경사 1:2, 수로경사 2%의 사행수로에서 실험을 수행하였다. 단일수제의 설치 여부에 따라 두 가지 실험으로 나누어 수행하였으며, 하류수위 0.25m, 유량 0.13m3/sec로 흐름조건을 동일하게 하였다. 평균수심을 특성길이로 산정한 Reynolds 수는 1.35×105으로 수로 내 흐름이 난류 특성을 띄기에 충분히 큰 값을 보였다. 유속의 흐름 특성을 파악하기 위해서 Acoustic Doppler velocimeter(ADV)를 사용하였으며 흐름방향의 수직 단면에 대하여 횡방향과 수심방향에 따라 등간격으로 나누어진 65지점에서 3차원 유속을 측정하였다. 측정된 유속은 이차류와 Reynolds 전단강도와 난류운동에너지를 파악하는 데 이용되었다. 실험결과, 수리구조물 설치로 인해 만곡부 외측에서의 유속이 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 주수로에서 제방을 향했던 유속 벡터 또한 그 편각이 감소함을 확인할 수 있었다.

키워드

수제 만곡수로. 제방 침식 난류 acoustic Doppler velocimeter (ADV)