KR100795399B1 - 개량된 하수도의 우수 토실 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합류식 하수도에서 하수를 차집하기 위한 차집관로의 우수토실에 관한 기술이다.

본 발명은 합류식 하수도의 우수토실에서 우천시 차집 관로로 유입하는 모래 유입량과 협잡물의 양을 줄이고, 하수 정체 부를 없게 하여 악취를 적게 하고, 우천시에도 하수도시설 기준에서 규정한 3Q의 하수량을 차집할 수 있는 협잡물과 모래유입이 적은 하수도의 우수토실을 제공하기 위하여 제안하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여,

양쪽에 둑을 가진 하수가 흐르는 하천에 있어서,

하천의 폭과 동일한 폭을 가지도록 우수토실 수로벽을 설치하고, 우수토실 수로바닥은 입구부는 하천의 바닥 높이와 같게 정하고, 우수토실 수로 바닥보다 높이를 더 높게 한 안내 바닥은 하부로 갈수록 폭을 넓게 하되, 수로 위어 부근에서는 반원형의 끝을 가지게 하고, 우수토실 수로 바닥은 하류로 갈수로 폭이 좁아지게 하고, 수로 위어 앞에서부터 반원형의 수로를 형성하여 수로 상류 쪽으로 스크린 위어 끝까지 연장되게 설치하였다.

우수토실 수로 벽의 한쪽에는 개구부를 형성하여 스크린 위어를 설치하고 스크린 위어 위에는 하향으로 45∼60°의 경사각을 가진 경사 스크린 바를 일정한 간격으로 설치하고, 스크린 위어를 지난 위치에는 모래 침전실을 설치하고, 모래 침전실의 출구 벽에는 차집 오리피스로 개구를 형성하였고, 차집 오리피스 다음에는 차집실을 설치하되, 차집 오리피스와 차집실 앞쪽 사이에는 차집 위어를 설치하였고, 차집실 하부에는 차집 관로를 연결하였다.

본 발명은 우수토실 수로바닥에 정체하는 하수가 없어 부패로 인한 악취발생이 없고, 협잡물과 모래가 차집관로로 유입되는 것을 방지하여 차집관로와 하수처리장을 보호하고, 우천시에도 계획된 하수량만 차집할 수 있는 효과가 있다.

Description

개량된 하수도의 우수 토실{Improved storm overflow chamber}

도 1 은 본 발명의 구성 상태를 나타낸 평면도

도 2 는 본 발명의 폭이 넓은 하천에 적용한 구성 상태를 나타낸 평면도

도 3 은 본 발명의 구성 상태를 나타낸 종단면도

도 4 는 본 발명의 스크린 부를 나타낸 설명도

도 5 는 본 발명의 수위관계를 예시한 설명도

도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1. 우수토실 수로벽 1-1. 안쪽 수로벽 1-2. 안내 수로벽

2. 우수토실 수로바닥 2-1. 안내 바닥

2-2. 원형수로 2- 3. 모래 저류벽 2-4. 수로 위어

3. 스크린 위어

4. 경사 스크린 바

5. 모래 침전실

6. 차집 오리피스

7. 차집실

8. 차집 위어

9. 차집관로

가. 상류수로 나. 하류수로

본 발명은 하수도 시설의 차집관로에 설치하는 우수토실에 관한 기술이다.

종래의 합류식 우수토실은 하수와 빗물을 함께 처리하기 때문에 우천시에는 빗물에 의하여 하수량이 크게 증가하여 평상시에 하천의 수로 바닥에 퇴적된 모래나 자갈 등이 하수의 유속 증가에 의하여 떠내려 오거나 주변의 산이나 구릉, 농경지로부터 흘러온 많은 양의 모래와 협잡물이 하수와 함께 우수토실로 유입되었다.

종래의 우수토실은 하수를 차집 관로로 차집(유입시키기)하기 위하여 바닥에 차집을 위한 구멍 또는 차집을 위한 홈을 수로 바닥에 횡으로 설치하고 이를 격자형 스크린 바로 덮어서 우천시에 하천 바닥에 흐르는 토사가 차집관로 내로 과다하게 유입하여 이것이 차집 관로내에 침전하여 퇴적 되거나 하수처리장으로 유입되어 되어 관로의 폐색, 하수처리장의 배관 및 펌프 설비의 마모촉진, 하수처리 시설의 용량 감소등 많은 문제를 야기하였고, 격자형 스크린에 협잡물이 부착하여 차집구멍 입구를 막아서 하수 유입량을 감소기키거나 하는 문제를 야기하였고, 또한 비가 많이 올 때는 하천 수위가 높아져서 계획된 하수량 보다 훨씬 많은 하수가 차집되어 하수처리장의 용량을 초과하여 처리를 어렵게 하고, 차집관로나 하수관에서 하수가 역류하는 문제도 야기하였다.

당사의 실용신안 등록 제 2001919900000호(2000.05.31)합류식 하수도의 우수 토실은 모래 유입 및 협잡물 유입을 방지하는 효과는 우수하였으나 하수가 우수토실의 바닥 하류에서 정체하여 악취 발생이 증가하고, 우천시에 계획된 하수량만 차집하는 기능이 없어 우천시에 과다한 하수가 차집관로 및 하수처리장으로 유입되는 문제가 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 모래 및 협잡물이 차집관로로 유입하는 것을 방지하고, 하수의 정체부가 없게 하여 부패로 인한 악취발생을 방지하고, 우천시 계획된 하수량만을 차집하는 개량된 우수토실을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

양쪽에 둑을 가진 하수가 흐르는 하천에 있어서,

하천의 폭과 동일한 폭을 가지게 하거나 안내 수로 벽과 안쪽 수로벽을 가지게 하여, 우수토실 수로벽을 미리 정한 길이가 되게 설치하고;

우수토실 수로바닥은 입구부는 하천의 바닥 높이와 같게 정하고, 우수토실 수로 바닥보다 높이를 수로위어 높이만큼 더 높게 한 안내 바닥은 하부로 갈수록 폭을 넓게 하되, 수로 위어 부근에서는 반원형의 끝을 가지게 하고, 우수토실 수로 바닥은 하류로 갈수로 폭이 좁아지게 하고, 수로 위어 앞에서부터 반원형의 수로를 형성하여 수로 상류 쪽으로 스크린 위어 끝까지 연장되게 설치하고;

수로 위어의 높이는 시간 최대 하수량일 때를 기준으로 정하고, 우수토실 수로 벽의 한쪽에는 개구부를 형성하여 스크린 위어를 설치하고 스크린 위어의 위에 는 하향으로 45∼60°의 경사각을 가지고, 우천시 최고 수위까지 연장되게 경사 스크린 바를 일정한 간격으로 평행하게 설치하고;

스크린 위어를 지난 위치에는 모래 침전실을 설치하고, 모래 침전실의 출구 벽에는 차집 오리피스로 개구를 형성하였고, 차집 오리피스 다음에는 차집실을 설치하되, 차집 오리피스와 차집실 앞쪽 사이에는 차집 위어를 설치하였고, 차집실 하부에는 차집 관로를 연결하고, 차집 오리피스 윗면보다 차집 위어 높이를 10mm이상 높게 하고; 및

차집 오리피스(6)의 전후 수위 차는 우천시 하수량이 통과할 때의 수위 차에 대하여 시간 최대 하수량이 통과할 때의 수위 차가 1/9배가 되게 하는 것을 포함하는 개량된 하수도의 우수토실을 제공한다.

본 발명의 구성은 다음과 같다.

하천의 상류수로(가)에서 하수가 흐르면 하수량이 시간최대 하수량이 될 때 까지는 하수는 우수토실 수로바닥(2)로 유입되어 수로위어(2-4)의 높이만큼 더 높게 설치된 안내바닥(2-1)에 의하여 하류로 갈수록 좁아지도록 구획되어진 우수토실 수로 바닥(2)를 따라 흘러내려가 원형수로(2-2)에서 방향을 틀어 상류 쪽을 향해 흘러서 스크린 위어(3)을 넘어서 모래 침전실(5) 들어 가고 이 하수는 차집 오리피스(6)을 통과하여 차집 위어(8)을 넘어서 차집실(7)로 흘러 들어가고 차집실(7)에 연결된 차집관로(9)로 유입되어 하수처리장으로 이송된다.

시간 최대 하수량일 때 까지는 수로 위어(2-4)에 월류가 일어나지 않으므로 유입된 하수는 전량 스크린 위어(3)을 통하여 차집관로(9)로 이송되므로 하수에 포 함된 모래는 하수의 유속이 작아지는 모래 침전실(5)에서 침전되고, 협잡물은 경사스크린 바(4)에 걸리게 된다.

따라서 평상시에는 우수토실 관리자가 정기적으로 우수토실의 경사 스크린 바(4)와 모래 침전실(5)을 점검하여 협잡물 및 모래를 인력으로 퍼서 제거 한다.

평상시에는 하수 중에 협잡물이나 모래가 많이 포함되어 있지 않으므로 경사 스크린 바 나 모래침전실의 유지관리에 큰 노력이 요구되지는 않는다.

우천시가 되어 하천의 수위가 높아지면 스크린 위어(3)은 물에 잠기게 되고 차집 오리피스(6) 전후의 수위차는 거의 하천 수위와 비슷하게 커진다.

그러나 차집 오리피스(6)는 물속에 잠겨있어서, 차집 오리피스(6)을 통과하는 유속은 차집 오리피스(6)의 전후 수위 차의 제곱근에 비례하는 특성을 가지고 있고, 우천시의 차집 오리피스 전후의 수위 차(지형여건에 의하여 정해짐)에 대하여 시간 최대 하수량이 통과 할 때의 수위 차가 1/9배가 되게 정하였고, 우천시 하수량은 하수도 시설 기준에서 시간 최대 하수량의 3배가 되도록 규정하고 있으므로, 우천시에 차집 오리피스를 통과하는 유속은 , 차집 오리피스 전후의 수위 차가 시간 최대 하수량이 통과 할 때의 수위 차의 9배의 제곱근인 3배가 되며, 차집 오리피스의 단면적은 일정하므로 통과하는 하수량도 3배가 된다.

또한 우수토실에 유입된 하수는 원형 수로2-2)를 지나 스크린 위어(3)으로 역 방향으로 흐르기 때문에 우수토실의 수로 어느 부분에도 정체부가 없어서 하수의 정체로 인한 악취를 방지 할 수 있다.

아울러 우천시가 되어 하수량이 증가하면 하수는 우수토실 안내 바닥(2-1)보 다 수위가 많이 높아지므로 하수의 흐름은 우수토실 수로벽(1)의 양쪽 벽 안에서 균등하게 빠른 속도로 흐르게 되고, 스크린 위어(3)에 설치한 경사 스크린 바(4)는 하향으로 45∼60°의 경사를 가지고 있으며 그 개구면적은 스크린 위어 길이 와 경사 스크린 바의 높이를 곱한 것으로 그 개구 면적이 매우 커서 우천시 하수량이 경사 스크린 바를 통과하는 유속은 모래가 가라앉는 유속이하로 매우 작게 된다.

따라서 빠른 속도로 하수와 함께 하천의 길이 방향으로 흐르던 하수 속에 포함된 모래는 큰 운동에너지를 가지고 있는데, 스크린 위어 부에서 경사 스크린 바를 통과하려면 방향을 135∼155°로 거의 반대로 급격히 변경하여야 하고, 경사 스크린 바를 통과하는 유속은 매우 느리기 때문에 큰 운동에너지를 가진 모래는 관성력에 의하여 하천으로 흘러 내려가고 경사 스크린 바를 통과하지 못하게 됨으로 모래 침전실 및 차집관로에는 하수중의 모래가 거의 유입되지 못한다.

더 나아가 우천시에 하수와 함께 흘러 내려온 협잡물도 큰 운동에너지를 가지고 있고 그 형체가 커서 흐르는 물에 노출될 경우 그 저항력도 매우 크게 되는데 경사 스크린 바(4)를 통과하는 유속은 매우 작고 우수토실에서 하천 방향으로 흐르는 유속은 매우 크기 때문에 협잡물은 그 큰 관성력으로 하천으로 떠내려가며 간혹 경사 스크린 바에 부착 하더라도 경사 스크린 바가 하향으로 설치되어 있어서 미끄러지기 쉽게 되어 있고, 협잡물은 부피가 커서 흐르는 하수에 의하여 큰 저항력을 받으므로 부착되었던 협잡물은 경사 스크린 바에서 분리되어 흘러 내려가게 되어 모래 침전실 및 차집관거로는 유입되지 못한다.

이하 도면에 의하여 특정한 경우의 예를 들면 다음과 같다.

검토조건 :

* 시간 최대 하수량(Qh) : 9,750 ㎥/일( 0.1128 ㎥/s)

* 우천 시 하수량 (Qs) : 29,250 ㎥/일( 0.3385 ㎥/s)

* 우천시 하수 수위 : 1.6 m

* 시간 최대 하수량일 때의 수로 위어 높이 : 0.13m

* 우수토실 수로 폭 : 4m

위와 같은 조건을 가진 우수토실에 대하여 설명하면 다음과 같다.

스크린 위어 길이 계산;

Lsw = Qh / ( K × hw ^1.5)

여기서, Lsw : 스크린 위어 길이 , m

Qh : 시간 최대 하수량, 0.1128 ㎥/s

hw : 스크린 위어의 시간 최대 하수량에서의 월류수위, 0.13m

K : 스크린 위어의 유량계수, 1.5

Lsw = Qh / ( K × hw ^1.5) = 0.1128 /( 1.5 × 0.13^1.5)= 1.605m

차집 오리피스의 단면적 및 크기 계산(4각 오리피스 기준);

Ag = Qh ÷ v

v = C × ( 2 × g × hd ) ^0.5

여기서, Ag : 차집 오리피스의 단면적, ㎡

Qh : 시간 최대 하수량, 0.1128 ㎥/s

v : 차집 오리피스 부 통과 유속, m/s

g : 중력 가속도, 9.8

hd : 차집 오리피스 전후의 수위 차, 0.168 m(미리 정함)

C : 오리피스의 유량계수, 0.65

Ag = Qh ÷ v = Qs ÷ C × (2 × g × hd ) ^0.5 = 0.1128 ÷ 0.65 × ( 2 × 9.8 × 0.168 ) ^0.5 = 0.0957㎡

차집 오리피스 폭 B는 B = Ag ^0.5 = 0.0957 ^0.5 = 0.3093m

차집 위어 길이의 계산;

Lcw = Qh / ( K × hw ^1.5)

여기서, Lcw : 차집 위어 길이 , m

Qh : 시간 최대 하수량, 0.1128 ㎥/s

hw : 차집 위어의 시간 최대 하수량에서의 월류수위,

0.178m(미리 정함)

K : 차집 위어의 유량계수, 1.5

Lcw = Qh / ( K × hw ^1.5) = 0.1128 /( 1.5 × 0.178^1.5)= 1.0018m

차집 위어의 우천시 하수량 통과시의 월류 수위 계산;

hcwm = (Qs / ( K × Lcw )) ^(1/1.5)

여기서, hcwm : 우천시 하수량 통과시 차집 위어 월류수위,m

Qs : 우천시 하수량, 0.3385 ㎥/s

Lcw : 차집 위어 길이 , 1.0018m

K : 차집 위어의 유량계수, 1.5

hcwm = (Qs/ ( K × Lcw )) ^(1/1.5) = 0.3705 m

차집 오리피스(4각)의 우천시 수위일 때의 통과 량 계산;

시간최대 하수량이 흐를 때 스크린 위어의 뒤쪽 위어 끝에서의 수면 높이가 0.1m 낮다고 하면, 우천시에는 스크린 위어가 잠수되므로 차집 오리피스의 전단 수위는 하천 우천시 수위 1.6에 0.1을 더한 1.7m가 된다.

한편 차집 오리피스 후단의 수위는 차집위어의 월류 수위이고 이 수위는 시간 최대 하수량에서 0.178m이고 우천시 하수량에서 0.3705m이므로 0.19mrk 높아진다.

따라서 차집 오리피스 전후의 수위 차는 1.7- 0.19 = 1.51m가 된다.

이때의 통과유량은,

Qs = Ag × v = Ag × C × ( 2 × g × hd ) ^0.5 = 0.0957 × 0.65 × ( 2 × 9.8 × 1.51 ) ^0.5 = 0.3385 ㎥/s 로서 주어진 조건의 우천시 하수량과 동일하다.

따라서 본 발명의 개량된 하수도의 우수토실은 시간 최대 하수량 및 우천시 하수량을 정확하게 차집 할 수 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명의 개량된 하수도의 우수토실은 동일한 구조를 가지되 그 재료를 철근 콘크리트, 강화 플라스틱, 스테인레스 강판 등으로 공장에서 미리 제작하여 현장에 설치함으로서, 설치 공사 기간을 단축할 수도 있다.

본 발명은 도면을 기준으로 설명하여 특정한 조건을 가진 개량된 하수도의 우수토실에 대하여 주로 설명하였으나 이는 당업자에 의하여 무수한 변형 및 변경이 가능하며 이 모든 변경과 변형은 본 발명의 보호범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명의 개량된 하수도의 우수토실은 하수 정체 부를 없애서 하수의 정체에 따른 부패가 일어나지 않게 하여 악취가 방지되고, 우천시 모래나 협잡물이 차집 관로 내로 유입되는 것을 방지하고, 우천시에도 시간 최대 하수량의 3배만 차집 할 수 있어 하수처리장의 운전을 용이하게 하고 차집관로 및 하수처리장의 배관 및 펌프 류의 마모를 방지하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 양쪽에 둑을 가진 하수가 흐르는 하천에 있어서,

   하천의 폭과 동일한 폭을 가지게 하거나 안내 수로 벽(1-2)과 안쪽 수로벽(1-1)을 가지게 하여, 우수토실 수로벽(1)을 설치하여 수로를 형성하고;

   우수토실 수로바닥(2)의 입구부는 하천의 바닥 높이와 같게 정하고, 안내바닥(2-1)의 높이는 우수토실 수로바닥(2)보다, 미리정한 수로위어(2-4)의 높이만큼 더 높게 평면으로 형성하되, 하부로 갈수록 폭을 넓게 하고, 반원형의 수로위어(2-4) 부근에서는 반원형의 끝을 가지게 하고, 우수토실 수로바닥(2)는 하류로 갈 수로 폭이 좁아지게 하고, 수로 위어(2-4) 앞에서부터 반원형으로 원형수로(2-2)를 형성하고, 수로 상류 쪽으로 스크린 위어(3) 까지는 직선수로로 형성하여, 평상시에는 하수가 원형수로를 지나서 스크린 위어(3)을 통하여 흐르면서 유기물과 하수는 정체가 생기지 않도록 하여, 하수의 부패 및 악취발생을 방지하고,

   수로 위어(2-4)의 높이는 시간 최대 하수량일 때를 기준으로 정하고, 우수토실 수로벽(1)의 아래쪽의 한쪽에는 개구부를 형성하고 이 개구부의 아래 부분에 스크린위어(3)를 형성하고, 스크린 위어(3)의 위에는 하향으로 45∼60°의 경사각을 가지고, 우천시 최고 수위 높이 이상의 길이를 가진 경사 스크린 바(4)를 일정한 간격으로 평행하게 설치하여, 평상시에는 하수가 이 개구부의 스크린 위어(3) 및 경사스크린 바(4)을 통하여 흐르면서 하수중의 협잡물은 경사스크린 바(4)에 걸려서 제거하게하고, 우천 시에는 하천의 길이방향으로 빠르게 흐르는 하수가 경사스크린 바(4)에 걸린 협잡물을 자연적으로 세척하게하고, 스크린 위어(3)을 지난 위치에는 모래 침전실(5)를 설치하여 하수중에 포함된 모래를 침전시켜서 제거하고, 모래 침전실(5)의 출구 벽에는 차집 오리피스(6)으로 개구를 형성하고, 차집 오리피스(6) 다음에는 차집실(7)을 설치하되, 차집 오리피스(6)과 차집실(7)의 앞쪽 사이에는 차집 위어(8)을 설치하고, 차집실(7)의 하부에는 차집 관로(9)를 연결하고, 차집 오리피스(6)의 윗면보다 차집 위어 높이를 더 높게 하고, 차집 오리피스(6)의 전후 수위 차는 우천시 하수량이 통과할 때의 수위차에 대하여 시간 최대 하수량이 통과할 때의 수위 차가 1/9배가 되게 계획함으로서, 우천시에도 계획된 최대 하수량만큼을 통과시키게 한 것을 특징으로 하는 개량된 하수도의 우수토실.
2. 청구항 1에 있어서, 우수토실의 재료를 철근 콘크리트 또는 강화 플라스틱 또는 스테인리스 강판으로 하여 공장에서 미리 제작하여 현장에 설치할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 개량된 하수도의 우수토실.

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