본 연구에서 검토 대상으로 삼은 수문형상을 토대로 통과유량이 가장 많은 수문구조물 형 식을 선정하기 위하여 <그림 3-4-3-1> 및 <그림 3-4-3-2>에 보인 것처럼 최소단면의 바닥 길 이를 축소하여 제작한 모형 여섯 가지에 대하여 각각 사석마운드가 설치되어 있는 경우와 없는 경우의 수두차와 유량의 관계 곡선을 도시하였다.
수치 및 수리모형실험의 결과 모두 수문구조물 최소단면의 폭이 전체 폭의 80%인 경우에 통과유량이 더 많았다. 그 세 가지 모형은 최소단면의 바닥 높이가 조금씩 다른데, 이 모형 들 사이의 통수성능 차이는 크게 나타나지 않았다. 그러나 이 두 그림을 자세히 살펴보면,
W80H21L14M00/W80H21L14M50 모형에 비해서는 W80H29L14M00/ W80H29L14M50 또는
W80H38L14M00/W80H38L14M50의 모형의 통과유량이 근소하게 더 큼을 알 수 있다. 이 두
가지 중에서는 수치모형실험에서는 W80H38L14M00/ W80H38L14M50의 결과가 약간 더 우 수하며, 수리모형실험에서는 W80H29L14M00/ W80H29L14M50의 결과가 약간 더 우수한 것 으로 보인다. 그러나 이 정도의 차이는 수치 및 수리모형실험에서 개입되는 오차의 범위 내 에 드는 매우 미세한 것이라고 할 수 있다.
이러한 점을 고려하여 이 연구에서는 W80H29L14M00 모형을 효율이 가장 좋은 최종적인 수문 형상으로 선정하였다. <그림 3-4-3-3>에 W80H29L14M00 모형의 도면을 제시하고 <그림
3-4-3-4>에는 수두차에 대한 통과유량 및 유량계수 값의 수치 및 수리모형실험 결과를 비교
하여 제시하였다. <그림 3-4-3-3>의 도면에서 알 수 있듯이 고효율의 수문형상은 기존의 벤츄 리형 또는 컬버트 형 수문의 중간 형태에 가깝다. 즉, 평면적으로는 수문의 통수단면적을 넓 게 하기 위하여 내측으로 좁아지지 않고 직선형 측벽으로 유입부와 유출부가 연결되며 측면 적으로는 최소단면 구간의 바닥이 여터 바닥보다 높이 솟아오르게 볼록한 형태이다.
이 수문구조물의 유량계수는 ≤0.5 m 범위 내에서 사석마운드가 설치되지 않았을 경우 에는 수치모형실험의 결과는 조위에 따라 2.4~2.6 사이의 값을 가지며, 수리모형실험의 결과
는 2.7~2.8 사이의 값을 가진다. 한편, 사석마운드가 설치된 경우에는 수치모형실험의 결과는
2.2~2.4 사이의 값을 가지며, 수리모형실험의 결과는 2.3~2.6 사이의 값을 가진다. 이상의 결
과를 근거로 하여 이 연구에서는 수문의 유량계수를 사석마운드의 유무에 따라 사석마운드 가 있는 경우에는 2.3의 값을, 없는 경우에는 2.5의 값을 쓰는 것을 권장한다. 그러나 사석마 운드가 있는 경우의 유량계수인 2.3도 기존에 설계사업 등에서 컬버트형 수문의 유량계수로 알려진 1.3을, 벤츄리형 수문의 유량계수로 알려진 1.8을 주로 사용하였던 것에 비교하면 각 각 77% 및 28% 증가한 것이다. 특히 과거의 벤츄리형 수문과 비교할 때, 본 연구에서 제안 하는 고효율 수문의 통수단면적이 더 크기 때문에 통수단면적의 증가율을 고려하면 통과유 량의 증가율은 이보다 더 커지게 된다.
<그림 3-4-3-1> 고효율 수문형상 도출을 위한 수문모형의 통과유량 비교 (사석마운드 설치하지 않은 경우)
수치모형실험 결과 수리모형실험 결과
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
DH (m) 0
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
W70H21L14M00 W70H29L14M00 W70H38L14M00 W80H21L14M00 W80H29L14M00 W80H38L14M00 LW
LW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
DH (m) 0
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
W70H21L14M00 W70H29L14M00 W70H38L14M00 W80H21L14M00 W80H29L14M00 W80H38L14M00 LW
MW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
DH (m) 0
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
MW
MW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
DH (m) 0
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
HW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
DH (cm) 500
1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
HW
HW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
DH (cm) 500
1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
<그림 3-4-3-2> 고효율 수문형상 도출을 위한 수문모형의 통과유량 비교 (사석마운드 설치한 경우)
수치모형실험 결과 수리모형실험 결과
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
0 500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
W70H21L14M50 W70H29L14M50 W70H38L14M50 W80H21L14M50 W80H29L14M50 W80H38L14M50 LW
LW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
0 500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
W70H21L14M50 W70H29L14M50 W70H38L14M50 W80H21L14M50 W80H29L14M50 W80H38L14M50 LW
MW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
0 500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
MW
MW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
0 500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
HW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (cm)
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
HW
HW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (cm)
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
W80H29L14M00 / T10a W80H29L14M50 / T10b
<그림 3-4-3-3> W80H29L14M00 및 W80H29L14M50 모형의 단면도
W80H29L14M00 / T10a W80H29L14M50 / T10b
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
W: Experimental B : Numerical
+,: LW -/: MW (*: HW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
500 1000 1500 2000 2500
Q (m3/sec)
W: Experimental B : Numerical
+,: LW -/: MW (*: HW
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Cd
+,: LW -/: MW (*: HW W: Experimental
B : Numerical
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 DH (m)
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Cd
+,: LW -/: MW (*: HW W: Experimental
B : Numerical
< 3-4-3-4> W80H29L14M00 W80H29L14M50