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Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2014;14(3):311-318.
Published online June 30, 2014.
유사배제를 위한 역쐐기 천공형 래버린스 보의 최적 설계인자 도출
김수영, 임장혁, 이승오
Estimating Optimal Design Factors of Reverse-Wedge Hole Type Labyrinth Weir for Exclusion of Sediments
Sooyoung Kim, Jang Hyuk Im, Seung Oh Lee
Abstract
Various transverse artificial structures have been constructed in rivers and streams. A weir, one of representative transverse structures, plays a significant role in maintaining the upstream depth of water and securing water resources. However, it has generic disadvantage of undermining sediment continuity due to sediment deposition at direct upstream of weir. Because of these things, ecosystems of the weir downstream could be effected or disturbed. In this study a trapezoidal Labyrinth weir was modified to increase sediment exclusion efficiency upstream, called as the Sediment Exclusion Labyrinth weir (SEL weir). Various effective factors, the ratio of hole area (a/A), the hole number (n) and the ratio of height of holes and weir ($h_{hole}/h_w$), were examined in order to find optimal design factor with numerical simulation. As numerical results, when the ratio of hole area was less than 0.069, the reduction rate of upstream height was less than 3.0%, where the upstream water depth was approximately was maintained. When the hole numbers became 4, the maximum accumulated sediment exclusion efficiency was occurred. However, the role of hole number was not played important to accumulated sediment exclusion efficiency. And the maximum accumulated sediment exclusion efficiency was occurred at $h_{hole}/h_w=0.1$. In this study, it is expected to increase sediment exclusion efficiency and availability with relatively simple and easy modification in terms of construction and management. In the future, the validation of design adequacy and sediment exclusive efficiency will be asked through construction of model and prototype using design factors presented in this study.
Key Words: Sediment continuity; Sediment exclusion efficiency; Labyrinth weir; Numerical simulation
요지
하천에 설치된 대표적인 횡단구조물인 보(Weir)는 수심을 유지시켜주고 수자원(Water resource)확보에 많은 역할을 하는 구조물이다. 그러나 보는 보의 직상류에 유사(sediment)를 퇴적시키는 단점을 가지고 있다. 이는 보의 하류로는 유사가 전달되지 않아 유사연속성(sediment continuity)을 저해하며 이로 인해 보 하류부 생태계에 영향을 미치게 되며 자칫 생태계의 교란을 야기할 수도 있다. 본 연구에서는 일반형 사다리꼴 래버린스 보를 개선하여 유사배제효율(Sediment exclusion efficiency)을 증가시킨 유사배제형 래버린스 보를 제안하였다. 천공의 면적비, 개수, 높이비를 주요변수로 설정하여 변화시켜가면서 수치모의하여 수심유지효과와 유사배제효율에 대한 최적 설계인자를 도출하였다. 그 결과 역쐐기 천공형에 대한 설계인자인 천공면적비는 0.069 이하 일 때, 상류수심의 감소율이 3.0%이하로 수심유지효과가 보존되는 것으로 나타났으며, 천공개수는 월류벽면 당 4개 일때 최대누적유사배제효율을 나타냈으나 큰 영향을 미치지는 못했다. 천공의 높이비($h_{hole}/h_w$)는 0.1일 때 최적인 것으로 나타났다. 본 연구에서는 제안된 역쐐기 천공형 유사배제형 래버린스 보는 상대적으로 간단한 시공만으로 유사배제효과를 기대할 수 있으므로 활용성이 높을 것으로 판단되며 추후 설계인자를 이용한 시공을 통해 설계인자 설정의 적절성과 유사배제효율 등의 검증이 가능할 것이다. 또한 생태적인 효과에 대한 검증도 함께 이뤄진다면 그 활용성은 더 증가될 것으로 판단된다.
핵심용어: 유사연속성; 유사배제효율; 래버린스 보; 수치모의


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