KR101354452B1 - Ｌｉｄ 기술 검증용 소형―다중 강우―유출 모사기 - Google Patents

Ｌｉｄ 기술 검증용 소형―다중 강우―유출 모사기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강우강도 및 지속시간, 지표면 포장재질 등에 따른 침투효율을 분석할 수 있는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물과 토사유출량을 예측 및 정량화 할 수 있는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 관한 것이다. 특히 노즐을 교체할 수 있어 노즐의 종류에 따라 유량과 물입자의 크기, 분사각 등을 조절할 수 있으며, 장치의 크기가 콤팩트하여 설치조건의 제약이 작아 대부분의 장소에 적용가능하고, 대상 시료의 교체가 용이하여 작업준비시간이 비교적 짧고 건조 상태 및 습윤 상태의 모의가 가능하도록 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 관한 것이다.

Description

ＬＩＤ 기술 검증용 소형―다중 강우―유출 모사기{Small―Multiset Rainfall―Runoff Simulator for LID Technology Experiment}
본 발명은 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 관한 것으로, 오실레이터(oscillator)를 통해 균등한 강우분포를 재현할 수 있어 강우강도 및 경사도에 따른 지표면 및 지표하 유출의 총량을 정량화하여 물과 토사 유출량 등을 측정할 수 있게 할 뿐만 아니라, 장치의 크기가 콤팩트하며, 실내·외 등 설치조건의 제약이 작아 대부분의 장소에 적용가능하고, 대상 시료의 교체가 용이하여 작업준비시간이 비교적 짧고 건조 상태 및 습윤 상태의 모의가 가능하도록 한 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 관한 것이다.
급격한 도시화는 도시주변의 기후변화, 홍수지체시간의 감소, 첨두 유출량의 증가, 기저유출의 변화, 수질악화, 침투능 및 증발산량의 감소 등과 같은 문제를 유발시킨다. 또한 첨두 유출량의 증대 및 도달시간의 단축은 개발에 따른 이차적 토사유출의 증대와 함께 배수 구조물내의 퇴적을 유발하여 2차적인 도시홍수를 유발하는 원인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 저류시설과 침투시설등 우수유출저감시설들은 치수효과 적용을 위한 지침이 정부부처별로 차별화 되어 있으며, 정량적인 기준제시가 미흡하고 이를 활용하는 설계회사와 시공실적도 부족한 실정으로 강우 및 다양한 조건에 따른 유출총량을 정량화하여 물과 토사 유출량 등을 예측하는 정량적인 방법이 필요하다.
한편, LID(저영향개발 : Low Impact Development)는 이러한 도시화에 따른 물관리 쟁점을 해소하기 위한 대책으로서, 개발이전의 수문순환 상태를 모사하여 개발로 인한 영향을 최소화하고 물 순환구조를 개선하기 위한 것으로 최근 강우 유출관리의 키워드가 되고 있으며, 이러한 LID 요소기술들은 산재되어 있으나 시공에 적용하기 위한 효율성 검정 기술 개발은 세계적으로도 미비한 실정이다.
따라서 이를 해결하기 위해 적용할 수 있는 관련 선행기술로써, 특허문헌 1에서는 노즐의 진동주기를 일정하게 유지하여 강우의 강도 및 강우입자특성을 일정하게 함으로써, 실험의 일관성과 정확성이 향상되도록 구조가 개선된 이동식 자동진동조절 인공강우기에 관한 것으로 지면에 지지되는 프레임과, 프레임에 결합되며, 유체가 분사되는 노즐과, 노즐로 상기 유체를 공급하는 유체공급부와, 노즐을 진동시키는 자동진동조절기를 포함하여 노즐의 진동주기를 일정하게 유지하여 강우의 강도 및 강우입자특성을 일정하게 함으로써, 실험의 일관성과 정확성이 향상되도록 구조가 개선된 이동식 자동진동조절 인공강우기를 제안하고 있다.
하지만, 상기 특허문헌 1의 경우, 지면에 지지하는 프레임을 고정하여 유체를 분산시키는 방법으로 대상 시료의 면적에 따라 데드스페이스가 존재하는 문제점이 있었다.
한편, 특허문헌 2에서는 토목계측분야에 관한 것으로서, 강우에 따른 사면의 거동에 관한 시험을 하기 위한 인공강우 장치를 이용한 산사태 모형토조 시험기에 관한 것으로 사면이 조성되는 토조에 조성된 사면에 인공강우를 분사하여 강우를 재현하는 인공강우장치와 토조에 조성된 사면의 거동을 계측하는 계측장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공강우 장치를 이용한 산사태 모형토조 시험기를 제안하고 있다.
하지만, 상기 특허문헌 2의 경우, 지하유출은 배재한 시스템으로 구성되어 있어 단순히 강우강도 및 강우지속시간, 사면경사, 지반조건등 다양한 조건에서 지표유출 및 산사태만을 모의하는 문제점이 있었다.
: 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0058478호 "이동식 자동진동조절 인공강우기" : 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0073406호 "인공강우 장치를 이용한 산사태 모형토조 시험기"
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 오실레이터를 통해 동일한 강우분포를 유도하여 표준화되고 정량화된 지표면 및 지표하 유출을 통한 물과 토사 유출량 예측 및 검증할 수 있도록 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기를 제공하는데 있다.
특히, 노즐을 교체 가능하도록 설계하여 노즐의 종류에 따라 유량과 물입자의 크기, 분사각 등을 조절할 수 있으며, 강우강도 및 지속시간의 설정이 가능하며, 경사도를 조절할 수 있도록 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기를 제공하는데 있다.
또한, 장치의 크기가 콤팩트하며, 실내·외 등 설치조건의 제약이 작아 대부분의 장소에 적용가능하고, 대상 시료의 교체가 용이하여 작업준비시간이 비교적 짧고 건조 상태 및 습윤 상태의 모의가 가능하도록 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기를 제공하는데 있다.
본 발명은 토양의 특성에 따른 지표면 및 지표하 유출을 정량화하기 위한 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 있어서,
베이스 프레임(40);
상기 베이스 프레임(40)의 상측에 설치되어, 내부에 대상시료를 수용하는 시료부(30);
상기 시료부(30)의 배면에 설치되어 그 경사를 조절하는 경사조절부(20); 및
지지축(41)을 매개로 상기 베이스 프레임(40)의 일단에 결합되어, 상기 시료부(30) 측으로 모의강우를 분사하는 분사장치(10);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기를 과제의 해결 수단으로 한다.
여기서, 상기 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기는,
상기 시료부(30)의 상측 일단에 위치하여 대상 시료의 종류 및 정보를 제공하는 시료설명부(50);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시료부(30)는,
내부에 대상시료를 수용하는 시료박스(31); 및
상기 시료박스(31)의 일측면에 구성되어 지표면유출수를 유도하는 유도판(32);을 포함하여 구성되되,
상기 시료박스(31)의 하부면에는 지표하유출구(31a)가 천공되고,
상기 유도판(32)의 끝단에는 지표면유출구(32a)가 형성되며,
상기 유도판(32) 및 지표면유출구(32a)의 상부면에는, 상기 분사장치(10)로부터 분사되는 모의강우가 시료박스(31) 및 유도판(32)을 거치지 않고 지표면유출구(32a)로 직접유입되는 것을 차단하기 위한 차수판(33)이 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분사장치(10)는,
상기 지지축(41)의 일단에 설치되어 상기 시료부(30) 측으로 모의강우를 분사하는 분사노즐(11);
상기 분사노즐(11)을 소정각도로 요동회전시키는 오실레이터(12); 및
상기 분사노즐(11)에서 분사되는 모의강우의 분사강도, 분사지속시간 및 상기 오실레이터(12)의 RPM을 설정 및 제어하는 제어장치(13);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 의하면, 오실레이터를 통해 동일한 강우분포를 유도하여 표준화되고 정량화된 지표면 및 지표하 유출을 통한 물과 토사 유출량 예측 및 검증하기 위한 소형강우모사기 장치로 각 기층별 함수율 및 지표층 포장법에 따른 유출량 정량화 할 수 있는 효과가 있다.
특히, 노즐을 교체 가능하도록 설계하여 노즐의 종류에 따라 유량과 물입자의 크기, 분사각 등을 조절할 수 있으며, 강우강도 및 지속시간의 설정이 가능하며, 경사도를 조절할 수 있어 다양한 강우조건 및 토지조건의 경우를 모의 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 장치의 크기가 콤팩트하며, 실내·외 등 설치조건의 제약이 작아 대부분의 장소에 적용가능하고, 대상 시료의 교체가 용이하여 작업준비시간이 비교적 짧고 건조 상태 및 습윤 상태의 모의가 가능하도록 하여 실험의 효율을 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기의 사시도
도 2는 도 1에 따른 경사조절부의 측면도
도 3은 도 1에 따른 시료부의 사시도
도 4는 도 1에 따른 차수판의 사시도
도 5는 도 1에 따른 시료부에 대상시료를 충진시킨 상태를 나타낸 실물사진
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기의 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 경사조절부의 측면도이며, 도 3은 도 1에 따른 시료부의 사시도이고, 도 4는 도 1에 따른 차수판의 사시도이며, 도 5는 도 1에 따른 시료부에 대상시료를 충진시킨 상태를 나타낸 실물사진이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명은 베이스 프레임(40), 시료부(30), 경사조절부(20), 분사장치(10)를 포함하여 구성된다.
상기 베이스 프레임(40)은, 후술되어질 시료부(30), 경사조절부(20) 및 분사장치(10) 등을 지지위한 베이스로써, 실내·외 등 설치조건의 제약이 없도록 콤팩트한 사이즈로 제작되는 것이 바람직하다.
상기 시료부(30)는, 상기 베이스 프레임(40)의 상측에 설치되어, 내부에 대상시료를 수용하는 것으로, 시료박스(31) 및 유도판(32)을 포함하여 구성된다.
상기 시료박스(31)는 내부에 흙, 모래, 자갈 등 다양한 토양의 혼합과 콘크리트 및 투수성 콘크리트 등 다양한 대상시료를 수용하며, 대상시료에 따라 복수개로 설치될 수 있고, 그 하부면에 지표하유출구(31a)가 천공된다.
즉, 모의강우가 상기 대상시료를 통하여 지표하로 유출되는 유출수를 수집할 수 있도록 한다.
아울러, 상기 시료박스(31)에 의해 대상시료의 교체가 용이하여 작업준비시간이 비교적 짧고 건조상태 및 습윤 상태의 모의가 용이해진다.
그리고, 상기 유도판(32)은 상기 시료박스(31)의 일측면, 바람직하게는 시료박스(31)가 하향경사지는 부분에 구성되어 지표면유출수를 유도하는 것으로 그 끝단에 지표면유출구(32a)가 형성된다.
즉, 모의강우가 상기 대상시료를 통하지 않고 지표면으로 유출되는 유출수를 수집할 수 있도록 한다.
한편, 상기 유도판(32) 및 지표면유출구(32a)의 상부면에는, 후술되어질 분사장치(10)로부터 분사되는 모의강우가 시료박스(31) 및 유도판(32)을 거치지 않고 지표면유출구(32a)로 직접유입되는 것을 차단하기 위한 차수판(33)이 설치되어 실험데이터의 신뢰성을 높인다.
이때, 상기 시료박스(31)의 상부 측, 바람직하게는 상기 베이스 프레임(40)으로부터 30 ~ 40cm의 높이에 시료설명부(50)가 설치되어 대상 시료의 종류 및 정보를 제공할 수 있다.
상기 경사조절부(20)는 상기 시료부(30) 중 시료박스(31)의 배면에 설치되어 그 경사를 조절하는 것으로, 통상의 유압실린더, 스크류장치 등을 적용할 수 있으며, 또는 그 일단에 경사조절홈(21)을 형성시켜, 상기 시료박스(31)의 경사조절을 가능하게 할 뿐만 아니라 조절된 경사를 고정시킬 수 있도록 한다.
상기 분사장치(10)는 지지축(41)을 매개로 상기 베이스 프레임(40)의 일단, 바람직하게는 중앙부에 결합되어, 상기 시료부(30) 측으로 모의강우를 분사하는 장치로써, 분사노즐(11), 오실레이터(12) 및 제어장치(13)를 포함하여 구성된다.
상기 분사노즐(11)은 상기 지지축(41)의 일단에 설치되어 상기 시료부(30) 측으로 모의강우를 분사하는 것으로, 노즐의 종류를 가변시킴으로써, 유량과 물입자의 크기, 분사각 등을 조절할 수 있도록 한다.
상기 오실레이터(12)는 상기 분사노즐(11)을 소정각도로 요동회전시키는 공지된 진동자의 일종으로써, RPM을 조절하여 상기와 같이 분사노즐(11)을 소정각도록 요동회전시킬 수 있음에 따라 모의강우의 균일한 분배 및 분포를 유도할 수 있게 된다.
상기 제어장치(13)는, 상기 분사노즐(11)에서 분사되는 모의강우의 분사강도, 분사지속시간 및 상기 오실레이터(12)의 RPM을 설정 및 제어하는 것으로, 상기와 같은 제어장치(13)에 의해 모의강우의 분사강도, 지속시간, 오실레이터(12)의 RPM 등을 조절함으로써, 더욱 객관적이고 신뢰성 있는 실험데이터를 획득할 수 있게 된다.
즉, 상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기를 이용하여, 모의강우가 발생하여 지표면 및 지표하 유출이되는 과정을 살펴보면, 먼저 시료부(30)의 시료박스(31)에 대상시료를 채우고 경사조절부(20) 및 경사조절홈(22)을 이용하여 경사를 설정한 후, 제어장치(13)를 이용하여 모의강우의 분사강도, 분사지속시간 및 오실레이터(12)의 RPM을 설정하여 분사노즐(11)로부터 모의강우를 분사시킨다.
이때, 상기 분사된 모의강우 중, 대상시료의 지표하로 유출되는 유출수를 지표하유출구(31a)를 통해 수집하고, 별도로 모의강우가 상기 대상시료를 통하지 않고 지표면으로 유출되는 유출수를 지표면유출구(32a)를 통해 수집하여, 각각 수집된 유량을 측정해 대상시료의 침투효율 및 지표유출율을 산정하게 된다.
즉, 본 발명은 오실레이터(12)를 통해 동일한 강우분포를 유도하여 표준화되고 정량화된 지표면 및 지표하 유출을 통한 물과 토사 유출량 예측 및 검증하기 위한 소형강우모사기 장치로 각 기층별 함수율 및 지표층 포장법에 따른 유출량 정량화 할 수 있으며, 특히, 노즐을 교체 가능하도록 설계하여 노즐의 종류에 따라 유량과 물입자의 크기, 분사각 등을 조절할 수 있으며, 강우강도 및 지속시간의 설정이 가능하며, 경사도를 조절할 수 있어 다양한 강우조건 및 토지조건의 경우를 모의 할 수 있을 뿐만 아니라 장치의 크기가 콤팩트하며, 실내·외 등 설치조건의 제약이 작아 대부분의 장소에 적용가능하고, 대상 시료의 교체가 용이하여 작업준비시간이 비교적 짧고 건조 상태 및 습윤 상태의 모의가 가능하도록 하여 실험의 효율을 증가시키는 효과를 가지게 된다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10 : 분사장치 11 : 분사노즐
12 : 오실레이터 13 : 제어장치
20 : 경사조절부 21 : 경사조절홈
30 : 시료부 31 : 시료박스
31a : 지표하유출구 32 : 유도판
32a : 지표면유출구 33 : 차수판
40 : 베이스 프레임 41 : 지지축
50 : 시료설명부

Claims (4)

  1. 토양의 특성에 따른 지표면 및 지표하 유출을 정량화하기 위한 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기에 있어서,
    베이스 프레임(40);
    상기 베이스 프레임(40)의 상측에 설치되어, 내부에 대상시료를 수용하는 시료부(30);
    상기 시료부(30)의 배면에 설치되어 그 경사를 조절하는 경사조절부(20); 및
    지지축(41)을 매개로 상기 베이스 프레임(40)의 일단에 결합되어, 상기 시료부(30) 측으로 모의강우를 분사하는 분사장치(10);를 포함하여 구성되되,
    상기 분사장치(10)는,
    상기 지지축(41)의 일단에 설치되어 상기 시료부(30) 측으로 모의강우를 분사하는 분사노즐(11);
    상기 분사노즐(11)을 소정각도로 요동회전시키는 오실레이터(12); 및
    상기 분사노즐(11)에서 분사되는 모의강우의 분사강도, 분사지속시간 및 상기 오실레이터(12)의 RPM을 설정 및 제어하는 제어장치(13);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기는,
    상기 시료부(30)의 상측 일단에 위치하여 대상 시료의 종류 및 정보를 제공하는 시료설명부(50);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시료부(30)는,
    내부에 대상시료를 수용하는 시료박스(31); 및
    상기 시료박스(31)의 일측면에 구성되어 지표면유출수를 유도하는 유도판(32);을 포함하여 구성되되,
    상기 시료박스(31)의 하부면에는 지표하유출구(31a)가 천공되고,
    상기 유도판(32)의 끝단에는 지표면유출구(32a)가 형성되며,
    상기 유도판(32) 및 지표면유출구(32a)의 상부면에는, 상기 분사장치(10)로부터 분사되는 모의강우가 시료박스(31) 및 유도판(32)을 거치지 않고 지표면유출구(32a)로 직접유입되는 것을 차단하기 위한 차수판(33)이 설치되는 것을 특징으로 하는 LID 기술 검증용 소형-다중 강우-유출 모사기.
  4. 삭제
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