R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717CTAP-C115126-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 기후변화에 따른 돌발홍수 대비 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-06-22 ~ 2018-06-21 | |||||
| 연구책임자 | 이창훈 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 400,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 세종대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
<방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 아이디어> 1. 단일 사이펀 여수로에서 방류량 조절 1) air slot 공기량 조절 - 2000년대 초 영국에서 air slot을 이용한 사이펀 여수로에 대한 연구 수행됨 - 그 연구에서 수위 상승시와 하강시 동일한 방류량을 갖는 장점이 있으나, 특정 수위에서 방류량을 조절하지 못하는 한계가 있음 - 본 연구에서 air slot에서의 공기 유입구 면적을 조절하여 특정수위에서도 유량조절이 가능한 사이펀 여수로를 제안함 - 본 연구에서 제안한 사이펀 여수로의 수위-유량곡선은 공기 유입량 조절을 통해 저수지 수위(h)에 따른 유량(Q)의 조절이 가능함 2) air vent 높이 및 air slot 공기량을 복합적으로 조절 - air slot의 공기량을 조절하는 방법은 수위-유량곡선의 기울기 조정이 가능하지만 air vent 높이가 고정되어 사이펀 작용이 시작하는 저수지 수위가 고정되어 있음 - air slot의 공기량을 고정한 체 air vent 높이를 조절하면 사이펀이 시작하는 수위 조절이 가능함 - 더 나아가 air vent 높이와 air slot의 공기량을 복합적으로 조절하면 수위-유량곡선의 기울기도 조절하여 더 정밀하고 유연한 유량 제어가 가능함 2. 다열 사이펀 여수로에서의 방류량 조절 1) 사이펀 별로 air vent 높이 차등 - 다열 사이펀 여수에서 air vent 높이를 달리 두어 각 사이펀 여수로가 작동하는 저수지 수위를 달리 함으로써 저수지 수위가 상승함에 따라 순차적으로 사이펀이 작동함 - 저수지의 수위-유량 관계곡선은 계단식으로 상승함 - 저수지 수위가 높을 때 모든 사이펀에서 방류하고, 저수지 수위가 낮을 때 일부 사이펀에서만 방류하여 하류 측에 과다한 사이펀 여수로 방류량에 의한 홍수피해를 방지할 수 있음 - 본 아이디어는 인위적인 조작 없이 자동적으로 방류량을 조절할 수 있다는 장점이 있음 2) air vent 높이 차등 및 air slot 공기량 조절 - 사이펀 별로 air vent의 높이를 차등한 방식은 저수지 수위가 상승할 때와 하강할 때 동일한 수위에서 다른 유량을 배출하는 단점이 있음 - 사이펀 별로 air vent 높이를 차등하고 air slot을 사용할 경우 다열 사이펀 여수로에서 더 효율적으로 방류량 조절이 가능함 - air vent 높이를 조절하여 완만한 경사의 수위-유량 곡선을 구할 수 있고 air slot을 사용하여 수위 상승시나 하강시에 동일한 수위-유량 곡선을 갖는 사이펀 여수로의 설계가 가능 - 더 나아가 사이펀 별로 air vent 높이를 차등하고 air slot의 공기량을 조절할 경우 수위-유량곡선의 기울기도 연속적으로 조절하여 더 정밀하고 유연한 유량 제어가 가능함 <방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 운용지침서 작성> 1. 시나리오 선정 - 과거 자료 조사를 통해 가능한 홍수 시나리오 분석 - 사이펀 여수로의 상류측이 홍수에 취약한 경우와 하류측이 취약한 경우, 수문곡선 형상 등 다양한 시나리오 검토 및 선정 2. 시나리오에 따른 사이펀 여수로 운용 지침 작성 - 사이펀 상류측이 홍수에 취약한 경우에는 air vent 높이를 전체 사이펀에 걸쳐 낮추어 사이펀 가동이 낮은 저수지 수위에서 발생하도록 하며, 하류측이 홍수에 취약한 경우에는 사이펀에 비교적 높은 저수지 수위에서 가동되지 않도록 air slot의 개구율을 조절하는 등의 구체적인 지침 제시 [최종목표] 최종 목표 - 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 개발 * 기술개발을 위한 다양한 아이디어를 도출하고, 도출된 아이디어는 이론적인 검토, 3차원 수치해석 및 수리모형실험을 통해 검증 * 검증된 아이디어는 특허 출원 및 등록을 통해 기술 활용이 가능한 기업에 기술이전을 하며, 운용지침을 작성하여 제시 세부 목표 - 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 성능평가 - 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 기술 특허 출원 - 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 운용 지침서 [연구내용 및 범위] ○ 주관연구기관(세종대학교 산학협력단) 1) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 성능평가 (3차원 수치해석) - 도출된 아이디어에 대한 수치해석 모델 구축함 - FLOW-3D 등 3차원 수치해석 모형 활용함 - 예비실험 수행함 2) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 특허 출원함 - 국내외 사이펀 여수로 연구사례 조사함 - 단일 사이펀 여수로에서 유량 조절 방법 아이디어 도출함 3) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 운용지침서 작성함 - 과거 자료 분석을 통해 가능한 홍수 시나리오 분석함 - 위험도에 기반한 검토 시나리오 구축함 4) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 성능 평가함 (3차원 수치해석) - 수치해석 모델 검？보정함 - 신형식 사이펀 여수로의 방류량 조절 능력 검토함 5) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 특허출원함 - 단일 사이펀 여수로에서 유량 조절 방법 아이디어 추가 도출함 - 도출된 아이디어 특허 출원함 6) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 운용지침서 작성함 - 운용지침에 포함될 사이펀 여수로 조절장치 결정함 (air vent, air slot 등) - 도출된 기술개발 결과의 타당성 자문 구함 - 다양한 자문의견 반영을 통해 개발된 기술의 효율성 향상 기함 ○ 공동연구기관(한국농어촌공사 농어촌연구원) 1) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 성능 평가함 (수리모형실험) - 도출된 아이디어의 실현가능성, 시작품 제작 방향 등을 검토함 - 모형제작을 위한 적정 scale, 유량 등 사전 검토함 - 수리모형실험을 통해 수위-유량 관계곡선을 제시함 (예비실험) 2) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 특허출원함 - 국내외 사이펀 여수로 설치 사례 조사함 - 다열 사이펀 여수로에서 유량 조절방법 아이디어 도출함 3) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 운용지침서 작성함 - 구축한 시나리오에 따른 수리모형실험 방법 검토함 - air slot, air vent, bypass 등 다양한 사이펀 장치들을 조합한 운용 시나리오 검토함 4) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 성능 평가함 (수리모형실험) - 수리모형실험을 통한 신형식 사이펀 여수로의 방류량 조절 능력 검토함 5) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 특허 출원함 - 다열 사이펀 여수로에서 유량 조절 방법 아이디어 도출함 - 도출된 아이디어 특허 출원함 6) 방류량 조절이 가능한 사이펀 여수로 운용지침서 작성함 - 수리모형실험을 통해 주관연구기관에서 구축한 시나리오의 실현 가능성 여부 판단함 |
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| 색인어 | 한글 | 사이펀 여수로 | 방류량 조절 | 돌발홍수 | 저수지 | 설계 |
| 영문 | siphon spillway | outflow control | sudden flood | reservoir | design | |
| 최종보고서 | 최종보고서_세종대학교(이창훈).pdf | |||||