KR102139517B1 - 퇴적물의 통과 수로로 겸용되는 어도를 가춘 낙차공 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천에 마련되는 낙차공에 관한 것으로서, 하천을 가로질러 설치되고 수직으로 연장되어 상류와 하류 사이에 낙차를 형성하는 본체; 본체의 저면으로부터 하류측으로 연장되어 본체로부터 하류로 낙하하는 물을 받는 물받이; 본체로부터 하류측으로 하향 경사져 마련되는 어도 수로; 어도 수로의 입구로부터 상류측으로 연장되어 설치되는 상류 보호공; 및 어도 수로의 출구로부터 하류측으로 연장되어 설치되는 하류 보호공을 포함하고, 어도 수로의 입구는 본체의 상면이 하측으로 홈의 형태로 절개되어 마련되고, 어도 수로의 입구에는 선택적으로 개폐되는 수문이 마련되며, 본체의 상면은 어도 수로 입구의 양측에서 어도 수로를 향하여 하향 경사지게 형성되고, 상류 보호공의 상면은 어도 수로의 입구 바닥면과 연속되게 형성되며, 하류 보호공의 상면은 어도 수로의 출구 바닥면과 연속되게 형성되는 것이다.

Description

퇴적물의 통과 수로로 겸용되는 어도를 가춘 낙차공{Drop structure having fish ladder usable as sediment passage}

본 발명은 낙차공에 관한 것으로서, 구체적으로는 낙차공에 의해 가로 막히는 상하류 사이에 물고기가 오고가는 통로가 되는 어도를 갖추되, 어도가 낙차공의 상류에 퇴적되는 모래 등의 퇴적물을 하류로 흘려보내는 퇴적물의 통과 수로로 겸용될 수 있는 구조의 낙차공에 관한 것이다.

낙차공은 하천에서 수위를 안전하게 저하시키고 과잉 에너지를 감소시킬 목적으로 설치되는 연직 또는 경사진 수로의 구조물로서, 경사가 급한 하천에서 하상의 안정을 목적으로 설치하는 구조물이다. 낙차공은 용수의 확보를 목적으로 하천의 유수를 가두어 수위를 높이는 보와 달리, 주로 하천 중에 경사가 급한 부분이 있어 자연 상태로는 세굴 및 침식이 발생할 가능성이 높을 때 설치하는 것이다.

통상의 계단형 낙차공은 하천을 가로지르게 설치되는 구조물이 유수를 막고 하천의 유수는 이 낙차공 위로 넘쳐 흘러 하류로 낙하하여 흐르게 된다.

이러한 낙차공은 보나 댐과 마찬가지로 낙차공의 상하류 사이에서 어류가 이동하는 것을 방해하기 때문에, 어류가 낙차공의 상하류 사이에서 이동할 수 있는 어도를 설치할 필요가 있다.

통상의 어도는 어류가 상류로 헤엄쳐 올라갈 있을 정도의 완만한 경사를 갖는 수로로 마련되는데, 어도가 적절히 마련되어 어류가 이 어도를 이용하여 원활히 이동하는 경우에도 어도의 입구와 출구는 조류가 어류를 사냥하는 장소가 되어 버리는 문제가 있다..

또한, 낙차공은 상류에서 유입되는 토사를 저류하고 하류로 배출하지 않기 때문에 상류 구간에는 낙차공의 상단까지 토사가 퇴적되는 문제가 발생하고 하류에는 국부적인 세굴이 발생하는 문제가 있다.

대한민국 특허공보 제10-0781134호(문헌 1)에서는 고무보를 개시하는데, 고무보는 하천을 가로질러 고무 튜브를 설치하고, 고무 튜브에 공기를 주입하여 하천을 가로막고, 퇴적된 토사의 유출이 필요할 때에는 고무 튜브로부터 공기를 빼내어 상류에 퇴적된 토사가 유출되도록 한다.

그러나, 이러한 문헌 1의 고무보는 수위를 높여서 유수를 가두는 보로서 기능하기에 적합한 것이고 낙차공의 기능을 하기에는 부적합할 뿐만 아니라, 토사의 배출을 위해 고무 튜브를 수축시킴으로써 급격한 물의 흐름을 유발한다는 문제점이 있다.

대한민국 특허공보 제10-0781134호 (문헌 1) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0432314호 (문헌 2)

본 발명은 하천을 가로질러 설치되는 낙차공의 구조를 제공하려는 것이다.

본 발명은 종래의 낙차공의 문제점을 고려하여, 낙차공의 상하류 사이에 어류가 이동할 수 있는 어도를 갖춘 낙차공의 구조를 제공하려는 것으로서, 어류가 이동하기에 적절한 구조를 가지면서 어도를 통한 어류의 이동에서 어류가 조류에 포획되지 않는 구조의 어도를 가춘 낙차공의 구조를 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 종래 기술에서 낙차공의 상류에 토사가 퇴적되는 문제를 해결하여, 낙차공 상류에 퇴적되는 토사를 하류로 흘려보낼 수 있는 구조의 낙차공을 제공하려는 것이다.

전술한 본 발명의 과제를 해결하는 수단으로서, 본 발명의 발명자들은 낙차공 상하류로 어류가 이동하는 통로인 어도 수로를 마련함과 동시에 이 어도 수로가 낙차공 상류에 퇴적되는 토사를 하류로 배출하는 통로가 될 수 있는 구성을 안출하였다.

본 발명에 따른 낙차공은.

하천을 가로질러 설치되고 수직으로 연장되어 상류와 하류 사이에 낙차를 형성하는 본체;

본체의 저면으로부터 하류측으로 연장되어 본체로부터 하류로 낙하하는 물을 받는 물받이;

본체로부터 하류측으로 하향 경사져 마련되는 어도 수로;

어도 수로의 입구로부터 상류측으로 연장되어 설치되는 상류 보호공; 및

어도 수로의 출구로부터 하류측으로 연장되어 설치되는 하류 보호공;

을 포함하고,

어도 수로의 입구는 본체의 상면이 하측으로 홈의 형태로 절개되어 마련되고, 어도 수로의 입구에는 선택적으로 개폐되는 수문이 마련되며,

본체의 상면은 어도 수로 입구의 양측에서 어도 수로를 향하여 하향 경사지게 형성되고,

상류 보호공의 상면은 어도 수로의 입구 바닥면과 연속되게 형성되며, 하류 보호공의 상면은 어도 수로의 출구 바닥면과 연속되게 형성되는 것이다.

이러한 구성에 따르면, 하류 보호공의 상면, 이 상면과 연결되는 어도 수로의 출구로부터 상류 보호공의 하면과 연결되는 어도 수로의 입구 및 이 입구와 연결되는 상류 보호공의 상면까지 어류가 이동하는 어도가 형성된다.

낙차공의 상류에는 본체에 의해 물이 저류되어 있고, 본체의 상면에서 가장 낮은 부분으로 넘쳐 흐르게 되는데, 본체의 상면은 어도 수로 입구의 양측에서 어도 수로를 향하여 하향 경사지게 형성되므로, 수문 및 그 근방의 본체 상면을 넘어 흐르게 된다.

이러한 구성에 따라, 유량이 적고 하폭이 넓은 하천에서도 물길이 어도 수로를 향하여 형성된다.

수문을 개방하면, 어도 수로의 입구로 물이 유입되어 어도 수로를 따라 출구로 흐르고, 어류는 이 어도 수로를 따라 낙차공 상하류 사이에서 이동할 수 있으며, 상류에 퇴적되는 토사도 어도 수로를 통하여 하류로 배출된다.

특히, 낙차공의 상류에는 하류로 흐르는 물이 어도 수로의 입구측으로 흐르도록 유도되어 물길이 형성되어 있으므로, 어도 수로를 따라 상류로 이동한 어류가 이동하기 용이하다. 또한, 수문의 개폐에 의해 어도 수로가 선택적으로 개방되므로, 조류의 활동이 없는 야간에 어도 수로를 개방함으로써 어류의 이동시에 조류에 의해 포획되는 일이 감소하게 된다.

아울러, 수문을 열어 어도 수로를 개방함으로써 어도 수로를 통하여 하류로 토사가 배출됨으로써 상류에 토사가 퇴적되어 하상고를 높이는 일이 방지된다.

본 발명의 부가적 특징으로서, 상류 보호공과 하류 보호공의 상면 및 어도 수로의 바닥면에는 사석이 부착되는 것으로 구성할 수 있다. 이러한 사석은 유속을 낮추어서 어도 수로를 통한 어류의 이동을 용하게 해주고, 어류가 경사진 어도 수로에서 상류로 올라갈 때에 도약을 위한 받침대가 될 수도 있다.

또한, 본 발명의 부가적 특징으로서, 상류 보호공 또는 하류 보호공의 선단은 평면상의 테두리가 반원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.

이렇게 함으로써 상류 보호공을 통하여 어도 수로의 입구 쪽으로 흐르는 물의 흐름이 원활하게 되고, 어도 수로를 통하여 배출되는 물이나 토사의 흐름도 하류 보호공의 선단에서 원활하게 된다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 낙차공의 구성을 보여주는 사시도와 평면도이다.
도 3은 도 2의 선 A-A에 따른 종단면도이다.

이하, 첨부 도면 도 1 내지 도 3을 함께 참조하여 본 발명의 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 본 발명에 따른 낙차공의 실시예를 설명한다.

본 실시예의 낙차공은 하천을 가로질러 설치되는 것으로서, 하천의 유량이 평저수시에는 초당 0.1 ㎥ 내외이고 홍수시에는 초당 유량이 수천 ㎥ 수준인 국내의 중소규모의 하천에 설치되는 것이지만, 이러한 유량 수준은 예시적인 것이다.

낙차공은 하천을 가로질러 설치되고 수직으로 연장되어 상류와 하류 사이에 낙차를 형성하는 본체(10), 본체(10)의 저면으로부터 하류측으로 연장되어 본체의 상단으로부터 낙하하는 유수를 받는 물받이(13), 본체(10)로부터 하류측으로 하향 연장되는 어도 수로(30), 어도 수로(30)의 입구로부터 상류측으로 연장되어 설치되는 상류 보호공(20), 어도 수로(30)의 출구로부터 하류측으로 연장되어 설치되는 하류 보호공(40) 및 어도 수로(30)의 입구에 설치되는 수문(34)으로 구성되어 있다.

본체(10)는 하천의 바닥으로 위쪽으로 수직으로 마련되는 콘크리트 구조물이며 상측으로 갈수록 두께가 좁아지는 형태를 가지고 있다.

본체(10)의 저면(12)은 각각 상하류측으로 연장되어 하류 측에서는 물받이(13)를 형성하고 있다. 물받이는 낙차공을 통하여 떨어지는 유수에 의해 하류가 침식되지 않도록 보호하는 기능을 하는 것이다.

본체(10)의 상면은 경사지게 형성되어 있다. 도면에서는 본체(10)의 전체 상면이 경사진 것으로 도시되어 있지만, 상면의 일부만이 경사지게 형성할 수도 있다.

본체의 상면(11)은 어느 하나의 지점을 향하여 양측에서 하향 경사져 있으며 경사면이 서로 만나는 지점에는 홈이 형성되어 이 부분이 어도 수로(30)의 입구(35)를 형성하고 있다. 환언하면, 본체의 상면(11)은 어도 수로의 입구(35)를 향하여 양측에서 하향 경사지게 형성되어 'V' 자 형태를 이루고 있다.

이로써, 어도 수로의 입구(35)는 본체의 경사진 상면(11)에서 가장 낮은 부분보다도 높이가 낮게 되며, 낙차공 상류의 물은 어도 수로의 입구(35)로 유입되어 어도 수로(30)를 따라 흐르게 된다.

수문(34)은 어도 수로의 입구(35)에 마련되어 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았지만, 수문은 전도식으로 구성되어, 도 3에서 점선으로 도시한 바와 같이, 개방 시에 어도 수로(30)의 하류를 향하여 전도되어 개방되어서, 낙차공 상류의 물이 어도 수로(30)로 유입되어 흐르게 된다.

전도식 수문을 개페하는 구조는 널리 알려진 것이므로 구체적으로 설명하지 않는다. 수문(34)은 유압 장치 등에 의해 개폐될 수 있는데, 이러한 유압 장치 등은 별도의 제어기(미도시)에 의해 자동적으로 개폐될 수 있다. 예컨대, 야간 시간 대에는 수문(34)이 전도되어 어도 수로의 입구(35)가 개방되어 상류로부터 물이 유입되어 어도 수로(30)를 따라 하류로 흐르며 어류가 이동할 수 있고, 주간에는 폐쇄되도록 제어될 수 있으며, 홍수나 장마 시와 같이 하천의 유량이 급격히 증가하는 때에는 개방되도록 제어할 수 있다

어도 수로(30)는 물이 흐를 수 있는 바닥면(31)이 본체의 상면(11)에 마련된 입구(35)로부터 하류 보호공(40)의 상면(41)까지 연장되어 형성되어 있고, 그 바닥면(31)이 하류 보호공(40)의 상면(41)과 연속되는 표면을 이루게 된다.

어도 수로(30)는 본체(10)와 일체의 콘크리트 구조물로 이루어지며, 바닥면(31)의 폭방향 양측으로 상향 설치되는 측벽(33)이 마련되어, 측벽(33)과 바닥면(31)으로 둘러싸이는 공간이 본체 상면(11)에 마련되는 입구(35)로부터 하류 보호공(40)의 상부면(41)과 만나는 출구(36)까지 연장되어, 이 공간을 통하여 낙차공의 상류로부터 물이 입구(35)로 유입되어 출구(36)로 흘러내리게 되어 있고, 이 공간을 통하여 어류가 이동하게 된다.

평저수시의 유량이 초당 0.1 m³ 정도인 소규모 하천에 설치되는 낙차공의 경우에는 어도 수로(30)의 폭을 0.5 m 정도로 하고, 사석을 부착한 어도 수로의 바닥면을 매닝 조도 계수가 0.035 정도로 되게 하며, 경사를 1/4 정도로 형성하면, 어도 수로(30)에서 수심 0.1 m을 갖는 물 흐름을 형성할 수 있어서, 어류가 이동하기에 충분한 유량과 수심이 확보된다.

어도 수로의 측벽(33)은 높이가 0.3 m 이상인 것이 바람직하다. 측벽에 의해 어도 수로에서의 수심이 유지되며, 특히 토사가 배출될 때에 어도 수로를 통하여 하류로 유출되는 토사의 흐름이 유도된다.

상류 보호공(20)과 하류 보호공(40)은 본체(10)와 함께 콘크리트 구조물로 형성되어 있다.

상류 보호공(20)은 상면(21)이 어도 수로의 입구(35)에서의 바닥면(31)과 같은 높이로 형성되어 있고, 상류의 하상고에 맞추어져 있다.

상류 보호공(20)은 어도 수로의 입구(35) 측에서는 평면상에서 직사각형이지만, 상류측의 선단은 반원형으로 형성되어, 상류 보호공(20) 측으로 흘러오는 하천의 유수가 균일하게 흐를 수 있게 되어 있다.

하류 보호공(40)도 상류 보호공(20)과 같은 형태로 형성되어 있고, 그 상면(41)의 높이가 하류의 하상고에 맞추어져 있다. 하류 보호공(40)에서 하류를 향한 선단은 반원형으로 이루어져서, 어도 수로(30)를 따라 흘러내려온 물이 하류 보호공(40)을 떠날 때 균일한 흐름을 형성하게 되어 있다.

상류 보호공(20)과 하류 보호공(40)의 선단은 반원형 외에도 타원형과 같이 물의 흐름에 급격한 변화를 주지 않은 완만한 곡선 형태로 이루어질 수 있다.

한편, 상류 보호공(20)의 상면(21)과 하류 보호공의 상면(41) 및 어도 수로(30)의 바닥면(31)에는 사석(22, 32, 42)이 부착되어 있다. 사석들은 물의 흐름을 방해하여 유속을 낮추는 기능을 하여 어류의 이동을 용이하게 함과 동시에 어류가 하류로부터 어도 수로(30)를 따라 상승할 때에 도약할 수 있는 받침대의 역할도 하게 된다.

도면에서 설명하지 않은 부호 1은 하천에 퇴적되어 하천 바닥을 이루는 토사를 지칭하는 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 실시예의 낙차공의 작용에 대해 도 3의 단면도를 참조하여 설명한다.

도 3에는 하천의 유량이 평저수시이고 수문(34)이 폐쇄되어 있는 상태의 수위가 표시되어 있다.

수문(34)의 상단의 높이와 본체의 상면(11)에서 가장 낮은 부분의 높이는 평저수 시의 낙차공 상류의 수면 높이(B)에 맞추어진다. 또한, 하류에서 물받이(12)이 상면은 하류의 수면 높이(C)에 맞추어 형성되어 있다.

수문(34)이 폐쇄되어 있을 때에는 낙차공 상류에 유입되는 물은 수문(34)의 상단과 본체의 상면(11)을 넘어 물받이(12) 또는 어도 수로의 바닥면(31)을 따라 하류로 흐르게 된다.

도 3에서 이점쇄선으로 도시한 바와 같이, 수문(34)이 어도 수로의 바닥면(31)으로 전도되어 개방되면 상류로부터의 물은 전도된 수문(34)을 넘어 어도 수도(30)의 입구를 통과하여 수로의 바닥면(31)을 따라 어도 수로의 출구(36)로 흐르고, 하류 보호공(40)의 상면(41)을 따라 하류로 흘러간다.

갈수기와 홍수기의 유량 차이가 큰 중소형 하천은 갈수기에는 넓은 하상폭에 비해 유량이 적으므로 어류가 이동하기에 적합한 물길이 형성되지 않을 수 있다.

그러나, 본 실시예의 낙차공이 설치된 하천에서는 본체의 상면(11)이 수문(34)을 향하여 하향 경사져서 'V'자 형태를 이루게 되어, 수문의 개방시나 폐쇄시의 어느 경우에도 수문쪽으로, 즉 상류 보호공(20)을 향하여 물길이 형성되어 있게 되므로, 수문(34)이 개방되어 어류가 이동할 때에 어도 수로(30)의 입구에서 이동하기 용이하게 된다.

또한, 물은 상류 보호공의 상면(21)을 따라 유입되고 하류 보호공(40)의 상면(41)을 따라 유출되므로, 낙차공의 상하류에서 물의 흐름에 따른 세굴이 방지된다.

수문(34)이 개방되어 상류의 물이 어도 수로(34)를 따라 흐를 때에 상류에 퇴적되어 있는 토사도 어도 수로를 통하여 하류로 흐르게 된다. 토사는 상류의 하상고에 맞추어 설치된 상류 보호공(20)의 상면을 따라 어도 수로의 출구를 통하여 하류로 배출되어, 낙차공의 상류에는 토사가 하상고를 초과하는 높이까지 퇴적되지 않는다.

특히, 홍수시에는 다량의 토사가 하천의 흐름을 따라 하류로 이동하고, 낙차공의 상류에 퇴적되어 낙차공 상류에서의 하상고가 높아지는 원인이 되는데, 본 실시예의 낙차공에서는 홍수시에 수문(34)을 개방함으로써 토사가 하류로 배출될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 낙차공의 구성과 기능에 따르면, 어도 수로(34)는 어류가 낙차공의 상하류 사이에서 왕래할 수 있는 기능을 하는 것과 함께 낙차공의 상류에 토사가 퇴적되어 하상고를 높이는 것을 방지하여 준다.

한편, 어도가 마련된 보나 낙차공에서 어도 수로의 입구나 출구에는 조류가 어류를 포획하는 장소가 된다.

그러나, 본 실시예의 낙차공의 어도 수로(30)는 수문(34)의 개폐에 따라 작동하므로, 조류가 활동하는 주간에는 수문(34)을 폐쇄하여 어류가 어도 수로를 통하여 이동하지 않게 하고, 야간에 수문(34)을 개방하여 어도 수로(30)를 통하여 상류로부터 하류로 물이 흐름으로써 어류가 이동할 수 있게 된다.

이러한 수문의 개폐는 제어기에서 시간을 설정하여 두고 자동으로 개폐되게 할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예의 낙차공의 구성과 작용을 설명하였는바, 이러한 실시예는 하나의 예시일 뿐이고, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 범위에서 다양한 변경과 구성 요소의 부가가 가능하다.

10: 본체 20: 상류 보호공
30: 어도 수로 34: 수문
40: 하류 보호공

Claims (5)

1. 하천에 마련되는 낙차공으로서,
   하천을 가로질러 설치되고 수직으로 연장되어 상류와 하류 사이에 낙차를 형성하는 본체;
   본체의 저면으로부터 하류측으로 연장되어 본체로부터 하류로 낙하하는 물을 받는 물받이;
   본체로부터 하류측으로 하향 경사져 마련되는 어도 수로;
   어도 수로의 입구로부터 상류측으로 연장되어 설치되는 상류 보호공; 및
   어도 수로의 출구로부터 하류측으로 연장되어 설치되는 하류 보호공;
   을 포함하고,
   어도 수로의 입구는 본체의 상면이 하측으로 홈의 형태로 절개되어 마련되고, 어도 수로의 입구에는 선택적으로 개폐되는 수문이 마련되며,
   본체의 상면은 어도 수로 입구의 양측에서 어도 수로를 향하여 하향 경사지게 형성되어, 수문의 폐쇄 시에 상류에 저류된 물은 수문 및 수문 근방의 본체 상면을 넘어 흐르고, 수문의 개방 시에는 어도 수로의 입구로 유입되어 어도 수도를 따라 출구로 흐르고,
   상류 보호공의 상면은 어도 수로의 입구 바닥면과 연속되고 낙차공 상류의 하상고에 놓이도록 마련되며, 하류 보호공의 상면은 어도 수로의 출구 바닥면과 연속되고 낙차공 하류의 하상고에 놓이도록 마련되는 것인 낙차공.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상류 보호공과 하류 보호공의 상면 및 어도 수로의 바닥면에는 사석이 부착되는 것인 낙차공
4. 청구항 1에 있어서,
   수문은 전도식 수문이며, 개방 시에 어도 수로의 하류를 향하여 전도되어 개방되는 것인 낙차공.
5. 청구항 1에 있어서,
   상류 보호공 또는 하류 보호공의 선단은 평면상의 테두리가 반원형 또는 타원형으로 형성되는 것인 낙차공.
   
   

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