KR101604772B1 - 다목적 개수로형 lid 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다목적 개수로형 LID 실험장치에 관한 것이다. 본 발명은 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙을 적용하여 대상 유역모형을 구축하고, 해당 유역에 대하여 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있도록 하고, 강우(降雨)에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 발생되는 유출량, 함유된 부유물질의 총량 분석이 가능하도록 하는 한편, 침투도랑과 같은 토사로만 이루어져 있는 요소기술 같은 경우에 유입되는 유출수로 인하여 발생되는 표면토의 침식 및 세굴 현상과 다짐도 및 침투량 증감의 상관관계를 보다 정밀하게 분석할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 상부면이 개방되고, 내부에 시험대상인 시료가 채워지며, 바닥면에는 다수개의 지하수유출공이 형성되는 한편, 측면부에는 마개에 의하여 개폐되는 다수개의 지표하유출공이 형성된 LID 실험베드와; 상기 LID 실험베드의 앞쪽 끝부분 외측 상방에 설치된 상태에서 상기 LID 실험베드에 물을 흘려보내는 집수조와; 상기 집수조와 접하는 LID 실험베드의 앞쪽 끝부분에 일체로 형성되어 상기 집수조로부터 LID 실험베드쪽으로 유입되는 물을 정류시키는 정류조와; 상기 LID 실험베드상의 지하수유출공을 통하여 유출되는 물이 유출관을 통하여 집수되도록 하는 침투조를 포함하여 구성된다.

Description

다목적 개수로형 LID 실험장치{Multi-purposed open-channel type LID-hydraulic facility experiment}

본 발명은 다목적 개수로형 LID 실험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙(相似法則:Similarity law)을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대한 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있도록 하고, 강우(降雨)에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 발생되는 유출량, 함유된 부유물질의 총량 분석이 가능하도록 하며, 침투도랑과 같은 토사로만 이루어져 있는 요소기술 같은 경우에 유입되는 유출수로 인하여 발생되는 표면토의 침식 및 세굴 현상과 다짐도 및 침투량 증감의 상관관계를 보다 정밀하게 분석할 수 있도록 하는 한편, 다양한 수리실험을 수행할 수 있도록 한 다목적 개수로형 LID 실험장치에 관한 것이다.

최근, 도시지역이나 농업지역 등에서의 개발활동이 가져오는 총체적인 영향과 이에 수반하여 발생되는 강우유출량과 오염물질에 의하여 수계(하천, 강, 호수)의 수질이 결정되고 있다.

특히, 도시지역의 경우에는 무분별한 개발과 성장으로 인하여 비점오염물질(Non-point pollutant)의 발생량이 증가하는 반면에, 발생된 비점오염물질을 자연적으로 처리하는 기능을 갖는 숲, 녹지, 늪지 등이 개발과 함께 파괴되면서 비점오염물질의 자연적인 처리가 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다.

또, 도시개발에 따라 광대한 면적의 지표면이 아스팔트나 콘크리트로 포장되면서 지표유출이 아닌 침투를 통해 표층을 따라 발생하는 지표하(地表下)유출의 비율이 점점 감소하고 있으며, 지하수층으로 이동하는 지하수유출도 감소하고 있다.

이처럼 도시지역 내에서 불투수 면적의 비율이 높아짐에 따라 총 유출량이 상승되고 있으며, 이로 인하여 기권(氣圈)·암권(岩圈)·수권(水圈) 사이를 끊임없이 순환하는 물의 순환과정을 지칭하는 수문적 순환조건이 변화되면서 물순환 체계가 파괴되고, 도시지역 내의 비점오염원이 함께 유출되어 하천 환경과 생태계에 악영향을 미치고 있다.

이에 따라 이러한 수생태계 및 자연계를 보호하기 위하여 강우시 발생하는 비점오염물질을 저감시키기 위한 저감시설의 설치가 확대되고 있다.

한편, 이러한 도시화에 따른 물관리 문제점을 해소하기 위한 대책으로서, 개발이전의 수문적 순환 상태를 모사하여 개발에 따른 영향을 최소화하고, 물 순환구조를 개선하고자 하는 저영향개발(LID: Low Impact Development)기법에 대한 관심이 높아지고 있다.

상기한 LID 기법은 유역의 지형 및 토질특성을 반영하여 물 순환구조를 개선하기 위한 유역개발기술과, 강우유출양상을 유지시킬 수 있는 소규모의 기술을 조합하여 자연상태의 수문적 순환 기능을 유지하는 녹색공간과 자연형 공간을 조성하는 공간활용기술 및 강우 유출수의 지하침투를 증대시켜 유역단위의 홍수유출량을 저감시킬 수 있도록 하고 유역의 비점오염원을 저감시키며 건천화(乾川化)를 방지하는 등의 저영향개발 기술로 분류될 수 있다.

상기한 LID 요소기술에 대하여 강우를 모사하고 그에 따른 유출수를 분석하여 효율성을 평가하는 방법이 많이 이루어져 왔는바, 종래에는 X, Z축의 2차원적인 요소만 고려되는 단순 격자형 조합으로 실험을 수행하여 평가하고 있는 실정이다.

그러나, 유역은 형상에 따라 다양한 변수로 X, Y, Z축 3차원적인 복잡한 흐름이 발생하기 때문에 종래의 2차원적인 요소만 고려되는 단순 격자형 조합만으로는 이에 대한 정확하고 정밀한 분석이 매우 어렵다는 문제가 있으며, 이에 따라 LID기법에 대한 효율성을 실증하기 위하여 수문적 순환과 유역 특성을 고려할 수 있는 실험시설 및 기기가 필수적인 실정이다.

한편, 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0073406호에서는 '인공강우 장치를 이용한 산사태 모형토조 시험기(이하 '선행기술1'이라 함)'가 제안되었다.

상기 선행기술1은 도 1에 도시된 바와 같이, '강우에 따른 사면의 거동에 관한 시험을 하기 위한 것으로, 사면이 조성되는 토조; 상기 토조에 조성된 사면에 인공강우를 분사하여 강우를 재현하는 인공강우장치; 상기 토조에 조성된 사면의 거동을 계측하는 계측장치를 포함하는 것'을 그 기술적 구성의 요지로 하며, 모형시험을 실시하여 사면에 침투하는 강우에 대하여 지속적인 강우특성과 투수특성에 따른 사면 거동, 강우에 따른 산사태 발생시 강우강도, 강우지속시간, 사면 경사, 지반조건 등에 따른 파괴원인의 분석을 통하여 산사태 발생 및 산사태 붕괴특성을 예측하고 사면설계 및 개발을 통한 피해저감에 유용하게 활용할 수 있도록 한 것'이다.

또, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1195403호에서는 '산사태 유형별 흐름특성 재현을 위한 실내 모형시험장치(이하 '선행기술2'라 함)'가 제안되었다.

상기 선행기술2는 도 2에 도시된 바와 같이, '산사태 유형별 흐름특성 재현을 위한 실내 모형시험장치에 관한 것으로, 사면붕괴 후 활동(slide)-토석사태(debris avalanche)-토석류(debris flow)로 이어지는 전과정을 플룸의 경사각, 폭 및 길이를 자유롭게 조절함으로써 산사태 유형별 흐름특성 재현할 수 있도록 한 것'이다.

또, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1270559호에서는 '비점 및 LID 검정 모의기기(이하 '선행기술3'이라 함)'가 제안되었다.

상기 선행기술3은 도 3에 도시된 바와 같이, '시험대상인 시료가 채워지고 상부면이 개방된 토조가 적어도 하나 이상 포함되고, 상기 토조의 상부와 측부 및 하부에는 각각 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공이 구비된 베이스프레임부와 급수관 및 분사노즐을 구비하고, 상기 베이스프레임부의 상부에서 물을 분사시키는 강우장치부 및 상기 지표유출공과 지표하유출공 및 지하수유출공을 통해 배출되는 각각의 유출수의 양을 측정하는 계측부를 포함하되, 상기 베이스프레임부의 하부에는, 지면에 고정설치되고 상기 베이스프레임부를 회동가능하게 지지하는 지지프레임부와 상기 베이스프레임부의 일측을 승강시키는 경사조절부가 더 구비되도록 한 것'으로서, 일정한 강우조건 하에서 대상시료에 대한 수문순환의 요소인 지표유출량과 지표하유출량 및 지하수유출량을 각각 산출하여 수문량을 용이하게 측정할 수 있으며, 유역경사와 상류의 지표유출을 함께 고려하여 유역특성이 반영된 세밀한 시험 및 검정이 가능하고, 동일한 기상조건과 유역특성에 대해 서로 다른 시료를 동시에 시험 및 검정할 수 있을 뿐만 아니라, 원격으로 장치의 모든 조작이 가능하고 관련 자료를 용이하게 수집할 수 있도록 하는 것이다.

그러나, 상기한 선행기술1 내지 3은 각각 해당 발명의 목적에 맞는 신뢰성 있는 실험데이터를 확보하도록 하고 있으나, 해당 유역에 대한 LID 기법을 적용할 때 발생하는 현상, 유출수 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴 그리고 퇴적과 같은 현상, 발생되는 유출량에 함유된 부유물질의 총량 및 유출수로 인한 표면토의 침식 및 세굴과 같은 현상과 다짐도, 침투량 증감의 상관관계 분석 등을 용이하게 실시할 수 없으며, 별도의 수리실험을 수행할 수 없어 그 적용범위가 매우 제한적이라는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0073406호, "인공강우 장치를 이용한 산사태 모형토조 시험기". 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1195403호, "산사태 유형별 흐름특성 재현을 위한 실내 모형시험장치". 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1270559호, "비점 및 LID 검정 모의기기".

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 유역(流域)단위에서 하천을 중심으로 상사법칙을 적용하여 대상 유역모형을 구축한 상태에서 해당 유역에 대하여 저영향개발(LID: Low Impact Development) 기법을 적용할 때 발생하는 현상을 관찰할 수 있도록 한 새로운 다목적 개수로형 LID 실험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강우(降雨)에 따른 유출수의 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴(洗掘) 그리고 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있도록 함과 동시에 발생되는 유출량, 함유된 부유물질의 총량 분석이 가능하도록 한 새로운 다목적 개수로형 LID 실험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 침투도랑과 같은 토사로만 이루어져 있는 요소기술 같은 경우에 유입되는 유출수로 인하여 발생되는 표면토의 침식 및 세굴 현상과 다짐도 및 침투량 증감의 상관관계를 보다 정밀하게 분석할 수 있도록 한 새로운 다목적 개수로형 LID 실험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 수리실험용 개수로를 이용하여 다양한 수리실험을 수행할 수 있도록 한 새로운 다목적 개수로형 LID 실험장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상부면이 개방되고, 내부에 시험대상인 시료가 채워지며, 바닥면에는 다수개의 지하수유출공이 형성되는 한편, 측면부에는 마개에 의하여 개폐되는 다수개의 지표하유출공이 형성된 LID 실험베드와; 상기 LID 실험베드의 앞쪽 끝부분 외측 상방에 설치된 상태에서 상기 LID 실험베드에 물을 흘려보내는 집수조와; 상기 집수조와 접하는 LID 실험베드의 앞쪽 끝부분에 일체로 형성되어 상기 집수조로부터 LID 실험베드쪽으로 유입되는 물을 정류시키는 정류조와; 상기 LID 실험베드상의 지하수유출공을 통하여 유출되는 물이 유출관을 통하여 집수되도록 하는 침투조를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드의 상방에는 LID 실험베드에 채워지는 물의 수위를 측정하는 다수개의 수위센서가 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되고, LID 실험베드의 내측에는 내부에 채워지는 시료의 깊이에 따른 함수량(含水量)을 측정하는 다수개의 함수량센서가 LID 실험베드의 깊이방향 및 길이방향을 따라 설치된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드는 경사조절부재에 의하여 기울기를 조절할 수 있도록 구성된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드의 상방에는 급수파이프 및 분사노즐을 구비한 강우모사기가 이동가능하게 설치되도록 구성된 특징을 갖는다.

상기 LID 실험베드의 뒷부분 외측에는 LID 실험베드의 길이방향을 따라 흐르는 지표유출수가 수용됨과 동시에 상기 지표유출수에 함유되는 부유물질을 걸러주는 침사조 및 상기 침사조와 연통되게 형성된 상태에서 침사조로부터 배출되는 지표유출수가 차(次)집수조로 공급되도록 하는 유출조가 설치된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 유출조와 연통되는 침사조상의 배출공의 안쪽 아랫부분에는 메쉬(Mesh)가 설치되고, 상기 메쉬의 윗부분에는 부유물질을 걸러주기 위한 토목섬유가 설치된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 경사조절부재는 LID 실험베드의 앞부분 좌우 외측면으로 돌출된 브래킷상의 나사부에 나사결합된 상태에서 수직으로 세워져 설치되며, 모터의 구동에 따라 제자리 회동되면서 LID 실험베드의 앞부분이 상승 또는 하강되도록 하는 리드스크류(Lead screw)와; 상기 리드스크류의 상단부와 LID 실험베드의 측면 외측으로 형성된 안내판상에 종방향으로 끼워진 상태에서 리드스크류의 제자리 회동에 따른 LID 실험베드의 승강동작이 안정적으로 이루어지도록 하는 가이드봉과; 상기 LID 실험베드의 뒷부분 저면을 가로질러 설치되며, 설치면에 놓여지는 받침대상의 축받이에 끼워지는 피봇축으로 이루어진 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드의 상부면 양쪽 가장자리에는 강우모사기와 수위센서가 이동가능하게 결합되는 지지판이 설치되되, 상기 지지판의 상부 길이방향 중심선상에는 강우모사기 지지대의 하단에 설치된 로울러가 끼워지는 이동홈이 형성되고, 상기 양쪽 지지판의 마주하는 안쪽 상부면에는 수위센서 지지대의 하단부가 결합된 상태에서 이동되도록 하는 가이드레일이 돌설된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드의 선단과 후단 사이에는 다수개의 구획판이 끼워져 LID 실험베드의 내부 공간이 길이방향을 따라 다수의 공간으로 구획되도록 하고, 상기 집수조 및 정류조의 내부에는 상기 LID 실험베드에 구획·형성되는 각각의 공간의 폭에 대응하여 다수개의 구획판이 끼워져 결합된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 정류조의 전면에는 LID 실험베드로 유입되는 물의 유량을 정량적으로 측정하기 위하여 전폭 위어판(Weir), 사각 위어판, 삼각 위어판중에서 선택된 어느 하나의 위어판이 설치되도록 구성된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 집수조의 전면 하부에는 LID 실험베드의 앞부분이 아랫쪽으로 하강되어 수평상태가 되거나 기울기가 낮아지게 설치된 경우 LID 실험베드에 대한 급수가 효율적으로 이루어지도록 하기 위하여 밸브에 의하여 개폐되는 다수개의 급수관이 설치되도록 구성된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 정류조의 내부에는 단일 또는 다수개의 정류판이 설치되며, 상기 집수조로부터 급수된 물이 낙하되는 위치에 해당되는 정류조의 내부에는 물의 낙하에너지를 감쇄시키기 위한 다수개의 구체(球體)가 채워지는 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드에는 별도로 제작된 단일 또는 복수개의 수리실험용 개수로가 설치되며, 상기 수리실험용 개수로는 앞부분 내측에는 정류조로부터 유입되는 물의 흐름을 제어하는 수문이 상하방향으로 개폐되도록 설치되고, 상기 수리실험용 개수로의 뒷부분의 중심부에는 밸브에 의하여 개폐되는 유량조절관이 설치된 특징을 갖는다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드의 후단부는 하부의 경첩에 의하여 상하방향으로 회전되면서 개폐되게 설치되고, 면상에는 수리실험용 개수로의 유량조절관이 끼워지는 관통공이 형성된 특징을 갖는다.

본 발명을 적용하면, 단일의 LID 실험베드상에서 강우의 강도와 유역의 경사도 및 지표면을 모델링한 시료의 특성을 달리하면서 다양한 조건에 따라 수문적 순환과정을 시뮬레이션할 수 있다는 효과가 있다.

또, 해당 유역에 대한 LID 기법을 적용할 때 발생하는 현상, 유출수 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴 그리고 퇴적과 같은 현상, 발생되는 유출량에 함유된 부유물질의 총량 및 유출수로 인한 표면토의 침식 및 세굴과 같은 현상과 다짐도, 침투량 증감의 상관관계 분석 등을 용이하게 실시할 수 있으며, 보다 신뢰성이 높은 데이터를 확보할 수 있다는 효과가 있다.

또, 지표수유출과 지표하유출 및 지하수유출이 정확하게 검출됨에 따라 기상 조건 및 유역 환경 조건에 따른 수문적 순환과정이 정밀하게 분석될 수 있으며, 비점오염물질 저감시설과 LID 요소 기술에서 핵심인 저류효과와 물의 손실이 명확하게 규명될 수 있슴에 따라 비점오염물질 저감시설과 LID 요소기술을 효과적으로 개발할 수 있게 된다.

또, 본 발명을 적용하면 별도로 제작된 수리실험용 개수로를 LID 실험베드에 위치시킨 상태에서 다양한 형태의 수리실험을 육안으로 관찰하면서 수행할 수 있어 그 적용 범위가 한층 확장된다는 효과가 있다.

도 1은 선행기술1을 나타내는 구성도이다.
도 2는 선행기술2를 나타내는 구성도이다.
도 3은 선행기술3을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다목적 개수로형 LID 실험장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다목적 개수로형 LID 실험장치를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다목적 개수로형 LID 실험장치를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에서 LID 실험베드의 내부공간이 구획판에 의하여 구획되는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에서 집수조 및 정류조의 내부공간이 구획판에 의하여 구획되는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에서 집수조 및 정류조에 위어판이 설치되는 상태를 나타내는 정면도이다.
도 10은 본 발명에서 집수조 및 정류조에 적용되는 위어판을 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 11은 본 발명에서 LID 실험베드의 기울기에 따른 급수상태를 나타내는 측면도이다.
도 12는 본 발명에서 정류조에서 유량을 안정화시키는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명에 적용되는 침사조와 유출조를 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명에 적용되는 LID 실험베드를 구분하여 사용하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 15는 본 발명에서 LID 실험베드의 상방에 이동형 강우모사기가 설치된 상태를 나타내는 측면도이다.
도 16은 본 발명에서 LID 실험베드의 양쪽 가장자리면에 지지판이 설치되고, 상기 지지판에 수위센서 지지대와 강우모사기 지지대가 이동가능하게 결합된 상태를 나타내는 부분 확대 정면도이다.
도 17은 본 발명에서 LID 실험베드에 수리실험용 개수로가 설치되는 것을 나타내는 분리 사시도이다.
도 18은 본 발명에 적용되는 수리실험용 개수로의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 19는 본 발명에서 LID 실험베드상에 설치되는 수리실험용 개수로를 이용하여 다양한 종류의 수리 실험을 실시하는 상태를 나타내는 측면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 4 내지 도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 다목적 개수로형 LID 실험장치(10)에서는 내부에 시험대상인 시료(12)가 채워지는 LID 실험베드(20)가 구비된다.

상기 LID 실험베드(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 깊이를 가지며 상부면이 개방된 장방형의 상자형태로 이루어지는데, 그 바닥면에는 지하수 유출량을 차집할 수 있도록 하는 다수개의 지하수유출공(22)이 일정 간격으로 형성되는 한편, 양쪽 측면부 아랫쪽에는 지표하 유출량을 차집할 수 있도록 하는 다수개의 지표하유출공(24)이 형성되도록 구성된다.

상기 LID 실험베드(20)의 측면부 아랫쪽에 형성되는 지표하유출공(24)은 마개(26)에 의하여 개폐되도록 구성된다.

상기 LID 실험베드(20)는 다양한 크기로 제작할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 너비가 3m, 길이가 10m 되도록 구성하였으며, 도 6과 도 7 및 도 14에 도시된 바와 같이, 너비를 1m 간격으로 3등분하여 필요에 따라 각각 시료(12)를 동시에 실험을 하거나 하나의 라인만을 시공하여 실험을 수행할 수 있다.

또, 도 6에 도시된 바와 같이, 상사법칙을 이용하여 상기 LID 실험베드(20)의 내부공간을 1m×1m의 격자 단위로 구획한 후 각각의 공간에 시료를 미리 제작하여 여러 가지 형태로 조합하여 실험을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 LID 실험베드(20)상의 지하수유출공(22)과 지표하유출공(24)은 각각 1m간격으로 형성되도록 구성하였다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드(20)의 앞쪽 끝부분 외측 상방에는 상기 LID 실험베드(20)에 물을 흘려보내는 집수조(28)가 설치되고, 상기 집수조(28)와 접하는 LID 실험베드(20)의 앞쪽 끝부분에는 상기 집수조(28)로부터 LID 실험베드(20)쪽으로 유입되는 물을 정류시키는 정류조(30)가 일체로 형성되도록 구성된다.

또, 상기 LID 실험베드(20)의 아랫쪽에는 상기 LID 실험베드(20)의 바닥면에 형성된 지하수유출공(22)을 통하여 유출되는 물이 유출관(22a)을 통하여 이송된 후 집수되도록 하는 침투조(32)가 설치된다.

또, 상기 LID 실험베드(20)의 뒷부분 외측에는 LID 실험베드(20)의 길이방향을 따라 흐르는 지표유출수가 수용됨과 동시에 상기 지표유출수에 함유되는 부유물질을 걸러주는 침사조(34) 및 상기 침사조(34)와 연통되게 형성된 상태에서 침사조(34)로부터 배출되는 지표유출수가 수용된 후 차(次)집수조로 공급되도록 하는 유출조(36)가 설치된다.

본 발명에서 상기 유출조(36)와 연통되는 침사조(34)상의 배출공(34a)의 안쪽 아랫부분에는 도 13에 도시된 바와 같이, 메쉬(Mesh:34b)가 설치되고, 상기 메쉬(34b)의 윗부분에는 부유물질을 걸러주기 위한 토목섬유(34c)가 설치될 수 있다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드(20)의 상방에는 LID 실험베드(20)에 채워진 시료(12)의 윗부분을 흐르는 물의 수위를 측정하는 다수개의 수위센서(38)가 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되고, 상기 LID 실험베드(20)의 내측에는 내부에 채워지는 시료(12)의 깊이에 따른 함수량(含水量)을 측정하는 다수개의 함수량센서(40)가 LID 실험베드(20)의 깊이방향 및 길이방향을 따라 설치되도록 구성된다.

한편, 상기 LID 실험베드(20)는 경사조절부재(42)에 의하여 기울기를 조절할 수 있도록 구성되며, 상기 LID 실험베드(20)의 상방에는 급수파이프(44) 및 분사노즐(46)을 구비한 강우모사기(48)가 이동가능하게 설치되도록 구성된다.

상기 LID 실험베드(20)의 기울기를 조절하는 경사조절부재(42)를 구성하기 위하여 상기 LID 실험베드(20)의 앞부분 좌우 외측면으로부터 바깥쪽으로 브래킷(50)이 돌출되게 형성되고, 상기 브래킷(50)의 중심부에는 나사부(52)가 형성된다.

상기 브래킷(50)상의 나사부(52)에는 모터(M)의 구동에 따라 제자리 회동되면서 LID 실험베드(20)의 앞부분이 상승 또는 하강되도록 하는 리드스크류(Lead screw:54)가 나사결합된 상태에서 수직으로 세워져 설치된다.

또, 상기 리드스크류(54)의 상단부와 LID 실험베드(20)의 측면 외측으로는 별도의 안내판(56)이 형성되고, 상기 안내판(56)상에는 리드스크류(54)의 제자리 회동에 따른 LID 실험베드(20)의 승강동작이 안정적으로 이루어지도록 하는 가이드봉(58)이 종방향으로 끼워지도록 구성되는 한편, 상기 LID 실험베드(20)의 뒷부분 저면에는 설치면에 놓여지는 받침대(60)상의 축받이(62)에 끼워지는 피봇축(64)이 가로질러 설치되도록 구성된다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드(20)의 상부면 양쪽 가장자리에는 강우모사기(48)와 수위센서(38)가 이동가능하게 결합되는 지지판(66)이 설치되는데, 상기 지지판(66)의 상부 길이방향 중심선상에는 강우모사기 지지대(48a)의 하단에 설치된 로울러(48b)가 끼워지는 이동홈(68)이 형성되고, 상기 양쪽 지지판(66)의 마주하는 안쪽 상부면에는 수위계 지지대(38a)의 하단부가 결합된 상태에서 이동되도록 하는 가이드레일(70)이 돌설되도록 구성된다.

한편, 상기 LID 실험베드(20)의 선단과 후단 사이에는 LID 실험베드(20)의 내부 공간이 길이방향을 따라 다수의 공간으로 구획되도록 하기 위하여 다수개의 구획판(72)이 끼워져 결합될 수 있다.

또, 이에 대응하여 상기 집수조(28) 및 정류조(30)의 내부에도 상기 LID 실험베드(20)에 구획·형성되는 각각의 공간의 폭에 대응하여 다수개의 구획판(72')이 끼워져 결합될 수 있다.

본 발명에서 상기 집수조(28)의 전면 하부에는 LID 실험베드(20)의 앞부분이 아랫쪽으로 하강되어 수평상태가 되거나 기울기가 낮아지게 설치된 경우 LID 실험베드(20)에 대한 급수가 효율적으로 이루어지도록 하기 위하여 밸브에 의하여 개폐되는 다수개의 급수관(28a)이 설치되도록 구성된다.

또, 상기 집수조(28) 및 정류조(30)의 전면에는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 LID 실험베드(20)로 유입되는 물의 유량을 위어공식을 이용하여 정확하게 정량적으로 측정하기 위하여 전폭 위어판(Weir), 사각 위어판, 삼각 위어판중에서 선택된 어느 하나의 위어판(74)이 설치되도록 구성된다.

상기 위어판(74)은 3∼6mm의 두께를 갖는 내구성이 강한 철판 혹은 스테인리스 강판으로 제작되는 것이 바람직하며, 급수시 물이 위어판(74)을 따라 흐르지 않고 자유낙하되도록 하기 위하여 위어판(74)은 공기와 접촉되어야 하는데, 이를 위하여 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 위어판(74)의 월류부(74a)의 가장자리는 전체 두께 5mm를 기준으로 할 때 유수(流水)방향으로부터 약 2mm의 평면구간과 그 뒤 45°기울기의 사면구간이 형성되도록 한다.

또, 상기 위어판(74)의 강도를 위하여 유수방향과 반대방향인 바깥측면에 보강판(74b)을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 정류조(30)의 내부에는 단일 또는 다수개의 정류판(30a)이 설치되며, 상기 집수조(28)로부터 급수된 물이 낙하되는 위치에 해당되는 정류조(30)의 내부에는 물의 낙하에너지를 감쇄시키기 위한 다수개의 구체(球體:30b)가 채워질 수 있다.

본 발명에서 상기 LID 실험베드(20)에는 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 별도로 제작된 단일 또는 복수개의 수리실험용 개수로(76)가 설치될 수 있다.

상기 수리실험용 개수로(76)의 앞부분 내측에는 정류조(30)로부터 유입되는 물의 흐름을 제어하는 수문(78)이 상하방향으로 개폐되도록 설치되고, 상기 수리실험용 개수로(76)의 뒷부분의 중심부에는 밸브에 의하여 개폐되는 유량조절관(80)이 설치되도록 구성된다.

본 발명에서 상기 침사조(34)와 접하는 LID 실험베드(20)의 후단부는 아랫부분이 힌지결합되어 상하방향으로 개폐되고, 면상에는 수리실험용 개수로(76)의 유량조절관(80)이 끼워지는 관통공이 형성되도록 구성될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 작용은 다음과 같다.

본 발명에 따른 다목적 개수로형 LID 실험장치(10)를 이용하여 LID기법을 실증하고자 하는 경우, LID 실험베드(20)의 내부에 대상이 되는 시료(12)를 채워 넣고, 경사조절부재(42)를 이용하여 상기 LID 실험베드(20)의 기울기를 조절한 상태에서 집수조(28)의 전면에 형성된 위어판(74)을 통하여 정류조(30) 내로 물을 급수한다.

상기 정류조(30)로 유입된 물은 정류조(30)의 전면에 설치된 위어판(74)을 통하여 LID 실험베드(20) 내의 시료(12)의 윗부분을 통하여 흐르게 되는데, 이 과정에서 물은 시료(12)의 표면 내측으로 침투된 후 일부는 LID 실험베드(20)의 바닥면에 형성된 지하수유출공(22)을 통하여 배출된 후 상기 지하수유출공(22)과 연통되게 설치된 유출관(22a)을 통하여 이송된 후 침투조(32)에 수용된다.

또, 상기 시료(12)의 내측으로 침투된 물의 일부는 LID 실험베드(20)의 측면 아랫부분에 형성된 지표하유출공(24)을 통하여 배출되며, 상기 시료(12)의 윗부분을 흐르는 지표유출수는 LID 실험베드(20)의 후단을 통하여 침사조(34)로 유입된다.

이와 같이 지하수유출공(22)과 지표하유출공(24) 및 LID 실험베드(20)의 후단을 통하여 배출되는 지하수유출량과 지표하유출량 및 지표유출량은 별도의 계측기에 의하여 측정된다.

한편, 이와 같이 LID 실험베드(20)로 유입되어 흐르는 물의 수위는 수위센서(38)에 의하여 측정되며, 상기 시료(12)의 깊이에 따른 함수량센서(40)에 의하여 계측된다.

또, 상기 침사조(34)로 유입되는 지표수에는 물의 흐름에 따른 침식 및 세굴현상에 따른 부유물이 함유되는데, 상기 지표유출수에 함유된 부유물은 침사조(34)내에 설치되는 토목섬유(34c)와 메쉬(34b)에 의하여 여과된 후 침사조(34)의 바닥면에 가라앉게 되고, 부유물이 여과된 지표유출수는 침사조(34)상의 배출공(34a)을 통하여 유출조(36) 내로 유입된 후 차(次)집수조로 순환·공급된다.

이에 따라 지표유출수의 정량적인 측정시 오차를 크게 줄일 수 있게 되는 것은 물론, 유출수 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴 그리고 퇴적 현상과 발생되는 유출량에 함유된 부유물질의 총량 및 유출수로 인한 표면토의 침식 및 세굴과 같은 현상과 다짐도, 침투량 증감의 상관관계 분석 등을 한층 용이하게 실시할 수 있으며, 보다 신뢰성이 높은 데이터를 확보할 수 있게 된다.

한편, 실험대상이 되는 유역에 상황에 맞추어 상기 LID 실험베드(20)의 기울기를 임의로 조절할 수 있는데, 이 경우 상기 경사조절부재(42)를 구성하는 모터(M)를 정해진 방향으로 구동시키면, 상기 모터(M)의 회전력을 전달받아 브래킷(50)상의 나사부(52)에 나사결합된 리드스크류(54)가 왼쪽 또는 오른쪽으로 제자리 회동됨에 따라 상기 LID 실험베드(20)의 앞부분이 LID 실험베드(20)의 뒷부분 저면에 가로질러 설치된 피봇축(64)을 중심으로 하여 윗쪽으로 들어 올려지거나 아랫쪽으로 하강되면서 기울기가 조절되며, 상기 LID 실험베드(20)의 승강동작은 가이드봉(58)의 작용에 의하여 안정적으로 이루어지게 된다.

이와 같이 하여 상기 LID 실험베드(20)가 수평상태가 되거나 그 기울기가 낮아지는 경우에는 도 11에 도시된 바와 같이, 집수조(28)의 위어판(74)을 통하여 급수가 이루어지도록 하는 대신에 집수조(28)의 전면 하부에 설치된 급수관(28a)을 통하여 급수가 이루어지도록 한다.

한편, 상기한 집수조(28)의 위어판(74) 또는 급수관(28a)을 통하여 정류조(30) 내로 급수가 이루어지는 경우, 물이 낙하되는 위치에 해당되는 정류조(30)의 내부에 채워지는 다수개의 구체(30b)에 의하여 물의 낙하에너지가 감쇄되면서 난류의 형성이 방지되고, 이후 정류판(30a)에 의하여 정류된 상태로 LID 실험베드(20)내로 물이 공급됨에 따라 보다 정밀한 계측이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

상기한 집수조(28) 및 정류조(30)의 전면에는 전폭 위어판(Weir), 사각 위어판, 삼각 위어판중에서 선택된 어느 하나의 위어판(74)이 설치되기 때문에 상기 집수조(28) 또는 정류조(30)로부터 LID 실험베드(20)내로 공급되는 물의 양을 위어공식에 따라 정량적으로 정확하게 측정할 수 있게 된다.

또, 강우시의 수문적 순환관계를 예측하고자 하는 경우, 상기 LID 실험베드(20)의 상방에 급수파이프(44)와 분사노즐(46)로 이루어지는 다수개의 강우모사기(48)를 이동가능하게 설치된다.

이를 위하여 도 4와 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 강우모사기(48)를 지지하는 양쪽의 강우모사기 지지대(48a)의 하단에 설치된 로울러(48b)를 LID 실험베드(20)의 상부 양쪽 가장자리면에 설치된 지지판(66)상의 이동홈(68)에 맞추어 끼우면 그 설치가 완료되며, 이 상태에서 상기 강우모사기 지지대(48a)를 이동홈(68)을 따라 이동시켜 LID 실험베드(20)상에서의 강우위치를 임의로 설정할 수 있게 된다.

또, 상기 LID 실험베드(20)상에 설치되는 수위센서(38)의 설정위치를 조절하고자 하는 경우에는, 도 16에 도시된 바와 같이, 수위센서 지지대(38a)의 하단부를 상기 양쪽 지지판(66)의 마주하는 안쪽면으로부터 윗쪽으로 돌설된 가이드레일(70)에 맞추어 끼운 상태에서 상기 가이드레일(70)의 길이방향을 따라 이동시키면 상기 LID 실험베드(20)상에서의 수위센서(38)의 위치를 임의로 설정할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 사용한 후 상기 LID 실험베드(20)를 세척하고자 하는 경우 상기 LID 실험베드(20)의 후단부를 아랫쪽으로 개방시킨 상태에서 LID 실험베드(20)의 내부를 세척할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 다양한 형태의 수리실험이 수행될 수 있는데, 이를 위하여 상기 LID 실험용 베드(20)에는 도 17에는 단일 또는 복수개의 수리실험용 개수로(76)가 설치된다.

상기 수리실험용 개수로(76)는 도 17 내지 도 19에 도시된 바와 같이 외부에서 수리현상을 육안으로 세밀하게 관찰할 수 있도록 투명 아크릴재질로 형성되며, 앞부분 내측에 정류조(30)로부터 유입되는 물의 흐름을 제어하기 위하여 상하방향으로 개폐되는 수문(78)이 설치되는 한편, 후단부에 밸브에 의하여 개폐되는 유량조절관(80)이 설치된 구조를 갖는다.

상기와 같이 LID 실험베드(20)상에 수리실험용 개수로(76)가 설치된 상태에서는 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 수리실험용 개수로(76)의 내부에 실험목적에 맞추어 다양한 형태의 구조물을 위치시킨 상태에서 상기 수문(78)을 개방시키면 상기 구조물의 형태에 따른 물의 흐름현상을 육안으로 관찰하면서 실험할 수 있는 것이다.

이 때, 상기 수리실험용 개수로(76)를 구성하는 유령조절관(80)은 상기 LID 실험베드(20)의 후단면에 형성된 관통공을 통하여 끼운 후 수리실험용 개수로(76)의 후단에 끼워 결합하거나 내부와 연통되게 부착시킬 수 있게 된다.

본 발명에 첨부되는 도 19에서는 구조물을 이용한 도수현상(Hydraulic jump)실험, 유출량 조절을 통한 도수현상 실험, 전폭 위어판을 이용한 에어포켓(Air pocket)현상 실험, 급축소/급확대 수리 실험의 경우를 순차적으로 예시하였으나, 상기 수리실험용 개수로(76)를 이용한 수리실험이 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 본 발명에서는 강우의 강도와 유역의 경사도 및 지표면을 모델링한 시료(12)의 특성을 달리하면서 다양한 조건에 따라 수문적 순환과정을 시뮬레이션할 수 있게 된다.

또, 별도로 제작된 수리실험용 개수로(76)를 LID 실험베드(20)에 위치시킨 상태에서 다양한 형태의 수리실험을 수행할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따르면, 해당 유역에 대한 LID 기법을 적용할 때 발생하는 현상, 유출수 증감에 따라 하천에서 발생하는 침식, 세굴 그리고 퇴적과 같은 현상, 발생되는 유출량에 함유된 부유물질의 총량 및 유출수로 인한 표면토의 침식 및 세굴과 같은 현상과 다짐도, 침투량 증감의 상관관계 분석 등을 용이하게 실시할 수 있으며, 보다 신뢰성이 높은 데이터를 확보할 수 있게 되는 것이다.

10 : 다목적 개수로형 LID 실험장치
12 : 시료 20 : LID 실험베드
22 : 지하수유출공 24 : 지표하유출공
26 : 마개 28 : 집수조
30 : 정류조 32 : 침투조
34 : 침사조 36 : 유출조
38 : 수위센서 40 : 함수량센서
42 : 경사조절부재 48 : 강우모사기
50 : 브래킷 52 : 나사부
54 : 리드스크류 56 : 안내판
58 : 가이드봉 60 : 받침대
64 : 피봇축 66 : 지지판
68 : 이동홈 70 : 가이드레일
72,72' : 구획판 74 : 위어판(Weir)
76 : 수리실험용 개수로 78 : 수문
80 : 유량조절관 M : 모터.

Claims (14)

1. 상부면이 개방되고, 내부에 시험대상인 시료(12)가 채워지며, 바닥면에는 다수개의 지하수유출공(22)이 형성되는 한편, 측면부에는 마개(26)에 의하여 개폐되는 다수개의 지표하유출공(24)이 형성된 LID 실험베드(20)와;
   상기 LID 실험베드(20)의 앞쪽 끝부분 외측 상방에 설치된 상태에서 상기 LID 실험베드(20)에 물을 흘려보내는 집수조(28)와;
   상기 집수조(28)와 접하는 LID 실험베드(20)의 앞쪽 끝부분에 일체로 형성되어 상기 집수조(28)로부터 LID 실험베드(20)쪽으로 유입되는 물을 정류시키는 정류조(30)와;
   상기 LID 실험베드(20)상의 지하수유출공(22)을 통하여 유출되는 물이 유출관(22a)을 통하여 집수되도록 하는 침투조(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 LID 실험베드(20)의 상방에는 LID 실험베드(20)에 채워지는 물의 수위를 측정하는 다수개의 수위센서(38)가 길이방향을 따라 이동가능하게 설치되고;
   상기 LID 실험베드(20)의 내측에는 내부에 채워지는 시료(12)의 깊이에 따른 함수량(含水量)을 측정하는 다수개의 함수량센서(40)가 LID 실험베드(20)의 깊이방향 및 길이방향을 따라 설치된 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 LID 실험베드(20)는 경사조절부재(42)에 의하여 기울기를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 LID 실험베드(20)의 상방에는 급수파이프(44) 및 분사노즐(46)을 구비한 강우모사기(48)가 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 LID 실험베드(20)의 뒷부분 외측에는 LID 실험베드(20)의 길이방향을 따라 흐르는 지표유출수가 수용됨과 동시에 상기 지표유출수에 함유되는 부유물질을 걸러주는 침사조(34) 및 상기 침사조(34)와 연통되게 형성된 상태에서 침사조(34)로부터 배출되는 지표유출수가 차(次)집수조로 공급되도록 하는 유출조(36)가 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 유출조(36)와 연통되는 침사조(34)상의 배출공(34a)의 안쪽 아랫부분에는 메쉬(Mesh:34b)가 설치되고;
   상기 메쉬(34b)의 윗부분에는 부유물질을 걸러주기 위한 토목섬유(34c)가 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 경사조절부재(42)는 LID 실험베드(20)의 앞부분 좌우 외측면으로 돌출된 브래킷(50)상의 나사부(52)에 나사결합된 상태에서 수직으로 세워져 설치되며, 모터(M)의 구동에 따라 제자리 회동되면서 LID 실험베드(20)의 앞부분이 상승 또는 하강되도록 하는 리드스크류(Lead screw:54)와;
   상기 리드스크류(54)의 상단부와 LID 실험베드(20)의 측면 외측으로 형성된 안내판(56)상에 종방향으로 끼워진 상태에서 리드스크류(54)의 제자리 회동에 따른 LID 실험베드(20)의 승강동작이 안정적으로 이루어지도록 하는 가이드봉(58)과;
   상기 LID 실험베드(20)의 뒷부분 저면을 가로질러 설치되며, 설치면에 놓여지는 받침대(60)상의 축받이(62)에 끼워지는 피봇축(64)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 LID 실험베드(20)의 상부면 양쪽 가장자리에는 강우모사기(48)와 수위센서(38)가 이동가능하게 결합되는 지지판(66)이 설치되며;
   상기 지지판(66)의 상부 길이방향 중심선상에는 강우모사기 지지대(48a)의 하단에 설치된 로울러(48b)가 끼워지는 이동홈(68)이 형성되고;
   상기 양쪽 지지판(66)의 마주하는 안쪽 상부면에는 수위센서 지지대(48a)의 하단부가 결합된 상태에서 이동되도록 하는 가이드레일(70)이 돌설된 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 LID 실험베드(20)의 선단과 후단 사이에는 다수개의 구획판(72)이 끼워져 LID 실험베드(20)의 내부 공간이 길이방향을 따라 다수의 공간으로 구획되고;
   상기 집수조(28) 및 정류조(30)의 내부에는 상기 LID 실험베드(20)에 구획·형성되는 각각의 공간의 폭에 대응하여 다수개의 구획판(72')이 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 집수조(28) 및 정류조(30)의 전면에는 LID 실험베드(20)로 유입되는 물의 유량을 정량적으로 측정하기 위하여 전폭 위어판(Weir), 사각 위어판, 삼각 위어판중에서 선택된 어느 하나의 위어판(74)이 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 집수조(28)의 전면 하부에는 LID 실험베드(20)의 앞부분이 아랫쪽으로 하강되어 수평상태가 되거나 기울기가 낮아지게 설치된 경우에 상기 LID 실험베드(20)에 대한 급수가 효율적으로 이루어지도록 밸브에 의하여 개폐되는 다수개의 급수관(28a)이 설치되는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 정류조(30)의 내부에는 단일 또는 다수개의 정류판(30a)이 설치되며;
    상기 집수조(28)로부터 급수된 물이 낙하되는 위치에 해당되는 정류조(30)의 내부에는 물의 낙하에너지를 감쇄시켜 난류가 발생되지 않도록 하기 위한 다수개의 구체(球體:30b)가 채워지는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 LID 실험베드(20)에는 별도로 제작된 단일 또는 복수개의 수리실험용 개수로(76)가 설치되며;
    상기 수리실험용 개수로(76)는 앞부분 내측에 정류조(30)로부터 유입되는 물의 흐름을 제어하는 수문(78)이 상하방향으로 개폐되도록 설치되고;
    상기 수리실험용 개수로(76)의 뒷부분의 중심부에는 밸브에 의하여 개폐되는 유량조절관(80)이 설치된 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 LID 실험베드(20)의 후단부는 하부의 경첩에 의하여 상하방향으로 회전되면서 개폐되게 설치되고, 면상에는 수리실험용 개수로(76)의 유량조절관(80)이 끼워지는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 다목적 개수로형 LID 실험장치.

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