• 한국수자원학회논문집
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• 제43권5호
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• pp.445-453
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• 2010

도시 우수 배수 시스템에서 우수 관거는 개수로 흐름 상태로 가정하여 설계되었기 때문에 합류맨홀에서의 에너지 손실은 일반적으로 중요하게 고려되지 않았다. 그러나 과부하흐름에서 에너지 손실은 관거의 배수능력을 저하시켜 도심지역의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 과부하 합류맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 합류맨홀에 대한 문헌조사 및 현장조사를 실시하여 실험장치를 제작하고 실험조건을 선정하였다. 선정된 실험조건인 맨홀 형상 조건(사각형, 원형), 유출유량($Q_3$)에 대한 측면유입유량($Q_2$)의 비($Q_2/Q_3$) 및 실험 유량(2.0, 3.0, $4.0{\ell}$/sec)을 변화시키면서 실험을 실시하였다. $Q_2/Q_3$가 증가할수록 손실계수가 증가하므로 과부하 합류맨홀에서의 손실계수는 측면 유입관로의 유입유량의 영향을 크게 받는다고 판단된다. 맨홀의 형상변화 및 유량변화에 따른 손실계수는 거의 동일하게 산정되었다. 또한, $Q_2/Q_3$와 손실계수의 관계식을 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권3호
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• pp.305-314
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• 2008

도시 우수 배수 시스템에서 우수 관거는 개수로 흐름 상태로 가정하여 설계되었기 때문에 맨홀에서의 에너지 손실은 일반적으로 중요하게 고려되지 않았다. 그러나 과부하흐름에서 에너지 손실은 관거의 배수능력을 저하시켜 도심지역의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 과부하 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 맨홀에 대한 문헌조사 및 현장조사를 실시하여 실험장치 제작과 실험조건을 선정하였다. 선정된 실험조건인 인버트 형상 조건(CASE A, B, C), 단차 조건(CASE I, II, III) 및 실험 유량($1.0\;{\sim}\;5.6\;{\ell}/sec$)을 변화시키면서 실험을 실시하였다. 맨홀 직경($D_m$)과 유입관경($D_{in}$)의 비($D_m/D_{in}$)가 증가할수록 손실계수가 증가하였으며, 맨홀 수심($h_m$)과 유입관거 직경($D_{in}$)의 비($h_m/D_{in}$)가 $1.0{\sim}1.5$일 때 손실계수가 가장 크게 산정되었다. 또한, CASE A, B, C의 평균 손실계수는 각각 0.45, 0.37, 0.3으로 산정되었다. 맨홀에 U자형 인버트를 설치하면, 원형 맨홀에서 에너지 손실을 저감시킬 수 있다. 또한 산정된 맨홀에서의 손실계수는 과부하흐름을 고려한 우수 관거 설계에 활용될 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.510-514
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• 2008

우수 관거 시스템에서 맨홀의 설치 시 연결관 내부와 맨홀의 내부는 여러 가지 수리학적 조건이 다르므로 수두손실의 발생이 필연적일 수밖에 없다. 현재 계획 또는 설계단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에는 연결관 내에서의 마찰손실만을 고려하여 설계를 수행하고 있으며, 맨홀에서의 수두 손실은 거의 대부분 고려되지 않고 있다. 단지 맨홀에서의 수두손실을 저감하기 위하여 하수도시설기준(환경부, 2005)상의 단차 및 인버트 규정만 있을 뿐, 우수 관거 설계에 직접적으로 필요한 적절한 맨홀의 손실계수가 제시되지 않고 있는 실정이다. 국외에서는 축소 수리 모형을 이용한 실험과 수치해석 기법 등을 이용하여 맨홀에서의 손실계수를 산정하는 연구가 꾸준히 진행되어 왔으나 국내에서는 맨홀의 손실계수 산정에 관한 연구가 미흡한 실정이며, 더욱이 맨홀에서의 손실계수 산정을 위한 상사성 적용에 관한 연구는 전무한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 맨홀의 축척 변화에 따른 손실계수의 변화를 분석하기 위하여 하수도시설기준(환경부, 2005)의 특 1호(사각형) 맨홀을 각각 1/2과 1/5로 축소 제작하고, 수리실험 장치를 제작하였다. Froude 상사 법칙을 적용하여 1/2의 축소 모형의 실험 조건을 1/5 축소 모형의 값으로 환산하였으며, 각 축소 모형에 대한 수리 실험을 실시하였다. 과부하된 맨홀의 손실계수를 예측하는데 Froude 상사법칙의 사용 가능성을 확인 하였으며, 1/2 축소 모형과 1/5 축소 모형에서 산정된 손실계수 값이 0.45로 일치하고 있으므로 우수 관거 시스템의 맨홀 설계 시, 축소 수리 모형실험에서 산정된 손실계수의 직접적인 적용이 가능하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1828-1832
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• 2008

우수 관거 시스템에서 흐름은 중력에 의해서 흐르고 개수로 흐름과 같이 처리된다. 그러나 유입유량이 관거의 만관 상태를 초과하거나 하류 흐름의 제한 때문에 발생하는 역류의 영향을 받는다면, 우수 관거 시스템은 과부하(surcharge) 상태의 압력흐름이 된다. 개수로 상태에서 맨홀에서의 수두 손실은 일반적으로 무시되지만, 과부하 맨홀에서의 수두손실은 중요하며, 우수 관거 시스템의 전체 손실에 중요한 부분을 차지하게 된다. 이러한 현상은 여러 개의 맨홀을 가지는 우수 관거 시스템에서 특히 중요한 사항이 된다. 현재 계획 또는 설계단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에서는 연결관의 마찰손실만을 감안하여 수행하고 있으며, 맨홀에서의 수두손실은 고려되지 않는 실정이다. 본 연구에서는 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 모형을 이용하여 과부하 원형 맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 계산된 손실계수는 수리모형 실험을 통하여 산정된 손실계수와 비교하였다. 수치 모형에 의해서 산정된 손실계수 값이 수리모형 실험에 의해서 산정된 손실계수 값보다 약간 크게 산정되었다. 앞으로 난류 모형의 매개 변수들의 조정을 통한 정확한 수치모의 연구가 필요하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.165-165
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• 2011

현재 계획 또는 설계 단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에는 연결관 내에서의 마찰손실만을 감안하여 수행하고 있으며, 맨홀에서의 에너지 손실은 고려되지 않는 실정이다. 그러나 연결관 내부와 맨홀의 내부는 여러 가지 수리학적 조건이 다르므로 에너지 손실이 발생하게 된다(최원석과 송호면, 2002). 더욱이 직선으로 연결된 중간맨홀보다 유입관과 유출관이 $90^{\circ}$의 각도로 접합된 합류맨홀은 연결 구조상 유수교란에 의한 에너지 손실이 커질 것으로 예상됨에도 불구하고 현재 실무에서 우수 배수시설의 설계 시 직선 연결맨홀과 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 손실을 구별하지 않고 사용하고 있는 실정이다. 그러므로 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 우수관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 과부하 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 또한 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 급격한 와류에 의해 발생하는 에너지 손실을 저감하기 위하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 내부 형상 및 접합 조건을 변화시켜 손실계수를 산정하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 에서의 손실계수 값과 수리모형에 의하여 산정된 손실계수 값이 거의 유사하게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.220-220
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• 2017

일반적으로 XP-SWMM 모형을 이용한 침수모의를 실시할 경우 과부하 맨홀에 손실계수의 적용 시와 미적용 시에 침수 범위의 차이가 상이함에도 불구하고 보다 실제적인 침수면적의 모의를 위하여 에너지 손실 적용에 대한 도시침수해석의 구체적인 연구가 미흡한 실정이다. 또한 과부하관거에서의 배수능력을 증대하기 위하여 설치되는 맨홀 내 인버트의 침수저감 효과에 대한 분석이 필요한 실정이다. 이원 등(2015)은 군자배수구역을 대상으로 손실계수의 적용 방안 및 손실계수 적용에 따른 침수면적의 변화를 분석하였으나, 맨홀의 형상 및 인버트의 설치유무에 대한 사항을 고려하지 않았다. 그러므로 기 산정된 과부하 맨홀에서의 손실계수를 적용 및 인버트 설치에 따른 침수범위 변화의 분석이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 손실계수 및 인버트 설치 여부에 따른 침수범위의 변화를 분석하기 위하여 도림천의 도림1배수분구를 대상으로 XP-SWMM을 활용하여 침수해석을 실시하였다. 김정수(2010)가 수리모형실험을 통하여 인버트를 설치하지 않은 기본형 맨홀에서 산정된 손실계수 0.61과 반원형, U자형 인버트를 각각 설치했을 시에 0.37, 0.30으로 산정된 손실계수를 XP-SWMM모형의 각 과부하 맨홀에 적용하였다. 침수모의 결과 과부하 맨홀에 손실계수를 적용하지 않은 경우의 침수면적은 21.14 ha로 모의되어 실제 침수면적과 약 60 % 정도의 일치율을 보였으나, 인버트를 설치하지 않은 기본형 맨홀의 손실계수를 적용한 경우의 침수면적은 37.12 ha로 모의되어 실제 침수면적인 35.65 ha와 거의 유사하게 나타났다. 또한 반원형 인버트를 고려한 경우의 침수면적은 28.04 ha, U자형 인버트 설치를 고려한 경우의 침수면적은 25.90 ha로 모의되었다. 인버트를 미적용한 경우의 침수면적과 비교하면 침수면적이 각각 24 %, 30 % 감소하였다. 따라서 도시 침수피해를 저감하기 위해 과부하 맨홀에 인버트를 설치한다면 맨홀내의 에너지 손실이 저감되고 배수능력이 향상되어 침수피해 면적과 침수심을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2011

맨홀 및 관로에 퇴적되는 유사는 우수관거의 통수능을 감소기키고 우수관거 시스템의 효율을 저하시켜, 맨홀에서 역류를 발생시켜 저지대 침수의 한 원인인 되고 있다. 또한 관거내에서 유수가 일정한 유속을 확보하지 못하면 오염물이 침전되고, 관거내 유하시간이 길어져 침전물 부패로 인한 황화물질 및 악취 등이 발생할 수 있다. 따라서 우수 및 하수관거 시스템에서 유사와 관련된 주된 연구는 관거내의 유사거동 특성을 규명하고자 하는 것이었다. 그러나 맨홀과 관련하여서는 맨홀내의 오염물 지체시간 및 확산 특성분석이 전부였고, 유사의 퇴적 및 배출 등과 관련된 거동특성 연구는 매우 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 유입관과 유출관이 $90^{\circ}$로 접합된 맨홀을 대상으로 수리실험을 실시하고, 맨홀형태(사각형, 원형), 유사유입형태(연속주입, 일정기간주입), 유사종류(주문진표준사, 모래), 유사유입량 및 맨홀내부형상 변화에 따른 맨홀내 유사퇴적량을 확인하였다. 실험결과 그림 1과 같이 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서는 유사유입형태와 무관하게 유입유사량이 증가할수록 퇴적량 또한 증가하였다. 그러나 유사퇴적량은 사각형맨홀보다 원형맨홀에서 적었다. 이는 관거가 $90^{\circ}$로 접합된 맨홀내에서의 유사거동 양상은 우선 유입되는 유사가 맨홀바닦에 퇴적되고 와류에 의해 부유되는 유사가 유출관을 통해 배출되는데 사각형맨홀에 비하여 원형맨홀에서 와류가 더 크게 형성되기 때문인 것으로 판단된다. 유사가 일정기간주입되는 경우 원형맨홀 내부에 퇴적되는 유사량은 거의 없었다. 사각형맨홀내부에 벤칭을 설치한 경우 설치전과 비교하여 퇴적량은 50%이상 저감되었고, 일정기간주입시에는 벤칭 설치 후 유사퇴적량은 거의 없었다. 유입유사가 모래인 경우 맨홀내 퇴적량은 주문진표준사와 비교하여 증가하였다. 모래는 주문진 표준사와 비교하여 중량이 크다. 따라서 같은 흐름조건에서 주문진표준사와 비교하여 부유되는 유사량이 적고, 배출되는 유사량 또한 적었다. 유량과 관거유속이 동일한 조건에서 유출관과 유입관이 일직선상으로 연결된 중간맨홀내부에 퇴적된 주문진표준사의량과 비교하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 퇴적량이 상대적으로 적었다. 이 또한 앞서 기술한 와류의 영향으로 판단된다. 일반적으로 $90^{\circ}$접합맨홀내부에서 발생하는 와류가 중간맨홀보다 크고, 이로 인해 에너지손실은 커지지만 유사거동과 관련하여서는 와류가 크게 발생하는 맨홀조건에서 퇴적량이 적음을 실험적으로 확인하였다.