KR102486262B1 - 누수 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템은, 제체의 사면에 배치되고 상기 제체로부터 유출되는 수분을 감지하여 신호를 전송하는 감지부; 상기 감지부와 결합되고 상기 감지부가 외부의 수분과 접촉하는 것을 차단하는 차단부; 및 상기 감지부로부터 신호를 수신하는 연산부;를 포함하고, 상기 감지부는 상기 확산부에 의해 직접 접촉하지 않는 영역의 수분을 감지하고, 상기 연산부는 상기 신호를 통해 상기 제체의 누수 영역을 특정할 수 있다.

Description

누수 모니터링 시스템{leakage monitoring system}

누수 모니터링 시스템이 개시된다. 구체적으로, 제체 사면에서 누수 구간을 탐지할 수 있고 동시에 사면을 보호할 수 있는 누수 모니터링 시스템이 개시된다.

하천제방 누수는 하천 외수위가 상승하여 제체 또는 기초지반을 통해 제내지 측으로 침투수가 유출하는 현상을 말한다. 이때, 제체 누수는 침윤선이 제내지 비탈면에 도달하여 침투수가 유출하는 것으로 심각할 경우 제방붕괴를 야기시킨다. 하천제방 제체 누수의 원인은 제방 단면이 너무 작은 경우, 제방이 사질토 또는 조립토를 다량으로 포함한 토사로 만들어지고 제외지 또는 중심부에 물막이벽이 없는 경우, 제체를 충분히 다지지 않은 경우, 두더지 등의 동물에 의해 구멍이 뚫린 경우, 제체 내에 매설되어 있는 구조물과의 접합부에 흐름이 생기는 경우 등이 있다.

한편, 기초지반 누수는 파이핑 현상으로도 불리며, 치수상 문제가 되기 때문에 유선망, 침투압, 누수량 등을 검토하여 충분한 대책을 강구해야 한다.

제방에서 발생되는 침투거동은 제내지와 제외지의 수두차에 의하여 발생되며, 이러한 침투현상으로 인해 유선이 집중되어 파이핑이 되면 결과적으로 제방 제체의 안정성을 감소시켜 붕괴를 유발시킬 수 있다. 또한, 일반적으로 정상류 상태일 때보다 홍수나 집중 호우에 의한 비정상류 상태일 때 붕괴가 일어나므로 비정상류 상태의 침투거동을 파악하는 것이 중요하다.

하지만, 비정상류 상태의 침투거동은 시간 변화에 따라 제방 제체의 함수비 및 간극수압의 변화가 급격히 발생된다. 이를 측정하기 위해서는 정확한 함수비 또는 간극수압계가 필요하며, 기존의 지점형 센서로는 이와 같은 침투거동 현상을 정확히 파악하는데 한계가 있다. 지점형 센서의 단점을 개선하기 위하여 최근 분포형 센서에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

일본공개특허 제2001-108492호에는 제방 감시 시스템에 관한 발명이 개시되어 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지 기술이라고 할 수는 없다.

일 실시예에 따른 목적은 TDR 기법을 이용하여 제체 사면에서 누수구간을 탐지할 수 있는 누수 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 제체의 월류에 대한 붕괴를 예방하기 위해 안정성을 평가하고 제체 사면을 보호할 수 있는 누수 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 목적은 저비용으로 장기간 누수 모니터링이 가능하고 제체에 적용이 용이한 누수 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템은, 제체의 사면에 배치되고 상기 제체로부터 유출되는 수분을 감지하여 신호를 전송하는 감지부; 상기 감지부와 결합되고 상기 감지부가 외부의 수분과 접촉하는 것을 차단하는 차단부; 및 상기 감지부로부터 신호를 수신하는 연산부;를 포함하고, 상기 차단부는 상기 감지부가 상기 제체의 수분에만 반응하게 하고, 상기 연산부는 상기 신호를 통해 상기 제체의 누수 영역을 특정할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 감지부 및 차단부 사이에 배치되고 상기 제체의 사면과 접촉하는 확산부를 더 포함하고, 상기 확산부는 투수성 재료로 구성되어 수분을 인접한 상기 감지부로 확산시키고, 상기 감지부는 상기 확산부에 의해 직접 접촉하지 않는 영역의 수분을 감지할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 감지부는, 상기 제체의 사면에 서로 이격 배치되는 복수 개의 TDR전송선; 상기 TDR전송선에 전자기파 신호를 공급하고 상기 TDR전송선으로부터 되돌아오는 반사파를 수신하여 상기 신호의 왕복 속도를 측정하는 반사계; 상기 TDR전송선과 상기 반사계 사이에 배치되어 각 상기 TDR전송선으로부터의 신호를 제어하는 스위치박스; 및 상기 스위치박스와 상기 반사계 사이에 배치되어 상기 신호를 전달하는 동축케이블;을 포함하고, 상기 반사계는 상기 연산부로 측정값을 전송할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 차단부는 불투수성 재료로 구성되고, 상기 차단부는 상기 사면을 전체적으로 커버하여 상기 제체를 보강할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 차단부의 외측면에 배치되는 보호부를 더 포함하고, 상기 보호부는 상기 차단부의 파손을 방지할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템은, 제체의 사면에 이격 배치되는 복수 개의 TDR전송선으로 구성되고 각각의 TDR전송선을 통해 상기 제체의 수분을 감지하여 전기적 신호를 전송하는 감지부; 각각의 상기 TDR전송선 사이에 배치되고 상기 제체의 사면과 접촉하는 확산부; 및 상기 감지부로부터 상기 신호를 수신하여 상기 제체의 누수 영역을 특정하는, 연산부;를 포함하고, 상기 확산부는 상기 감지부가 접촉하지 않는 영역의 수분을 인접한 상기 TDR전송선으로 확산시킬 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 확산부의 외측면에 배치되는 차단부를 더 포함하고, 상기 차단부는 불투수성 재료로 구성되어 상기 감지부 또는 상기 확산부가 외부로부터 수분과 접촉하는 것을 차단할 수 있다.

일 측에 의하면, 상기 차단부의 외측면에 배치되는 보호부를 더 포함하고, 상기 보호부는 상기 차단부를 보강할 수 있다.

일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템에 의하면, TDR 기법을 이용하여 제체 사면에서 누수구간을 탐지하는 효과가 있다.

일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템에 의하면, 제체에 대한 안정성을 평가하고 제체 사면을 보호하여 월류에 의한 제체의 붕괴를 예방하는 효과가 있다.

일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템에 의하면, 저비용으로 장기간 누수 모니터링이 가능하고 제체에 적용이 용이한 효과가 있다.

일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템의 감지부와 차단부를 도시한다.
도 3은 도 2의 A-A를 따라 취한 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템의 단면도이다.
도 4는 도 3에 보호부가 더 설치된 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템을 도시한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

누수는 저수지 제체의 안정성에 영향을 주는 주요 붕괴인자 중 하나로써, 누수영역은 제체 내 어느 위치에서나 발생할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)은 저비용으로 제체(B)의 단면 전체에 대해 누수영역 모니터링할 수 있는 TDR 기법을 활용할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 도 2는 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)의 감지부(100)와 차단부(200)를 도시한다. 도 3은 도 2의 A-A를 따라 취한 감지부(100) 및 차단부(200) 사이에 확산부(400)가 배치되어 있는 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)의 단면도이다. 도 4는 도 3에 보호부(500)가 더 설치된 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)을 도시한다.

도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)은 감지부(100), 차단부(200), 및 연산부(300)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 감지부(100)는 제체(B)의 사면에 배치될 수 있다. 감지부(100)는 사면과 접촉하도록 배치되어, 사면으로 유출되는 또는 사면에 존재하는 수분을 감지할 수 있다. 수분이 감지되는 경우, 감지부(100)는 전기적 신호를 연산부(300)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 감지부(100)는 TDR 기법을 이용하여 제체(B)의 누수 구간을 탐지할 수 있다. 또한, 스위치 방식을 도입함으로써, 임의의 특정 구간에 누수 발생시, 직관적 또는 간편한 해석 방법으로 저비용의 상시계측 모니터링이 가능하다.

구체적으로, 감지부(100)는 TDR전송선(110), 반사계(120), 스위치박스(130) 및 동축케이블(140)을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, TDR전송선(110)은 복수 개로 마련되고 각각의 TDR전송선(110)은 제체(B)의 사면에 서로 이격 배치될 수 있다. 예를 들어, 각각의 TDR전송선(110)은 일정한 간격을 설정하여 사면 상에 횡방향 또는 종방향으로 설치될 수 있다. 이와 같이 배치된 TDR전송선(110)은 제체(B)의 내부가 아닌 표면의 수분을 감지할 수 있다.

반사계(120)는 TDR전송선(110)에 전자기파 신호를 공급할 수 있다. 또한, TDR전송선(110)으로부터 되돌아오는 반사파를 수신하여 신호의 왕복 속도를 측정할 수 있다. 반사계(120)는 측정값을 연산부(300)로 전송할 수 있다.

스위치박스(130)는 TDR전송선(110)과 반사계(120) 사이에 배치될 수 있다. 스위치박스(130)는 각각의 TDR전송선(110)으로부터의 전송되는 신호를 제어할 수 있다. 예를 들어, 스위치박스(130)는 반사계(120)로부터 TDR전송선(110)에 공급되는 신호를 선택적으로 전달하거나 TDR전송선(110)으로부터 반사계(120)로 전송되는 신호를 선택적으로 전달하도록 제어할 수 있다.

동축케이블(140)은 스위치박스(130)와 반사계(120) 사이에 배치될 수 있다. 동축케이블(140)에 의하여 반사계(120)는 TDR전송선(110)과 연결될 수 있다. 즉, 동축케이블(140)은 TDR전송선(110) 및 반사계(120)의 신호를 전달할 수 있다.

전술한 바와 같이, TDR 기법을 사용하는 감지부(100)를 마련함으로써, 저비용으로 장기간 누수를 모니터링할 수 있다. 또한, 기존의 제체(B)에도 용이하게 적용할 수 있다.

또한, 제체(B)의 사면에 TDR전송선(110)을 복수로 배치하여 제체(B)의 누수를 감지할 때 중요하게 고려되어야 할 점은 강우에 의한 영향을 배제하는 것이라 할 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, TDR전송선(110)에 차단부(200)를 복합적으로 사용할 수 있다.

도 2를 참조하면, 차단부(200)는 감지부(100)와 결합될 수 있다. 차단부(200)는 제체(B)의 사면에 배치되는 TDR전송선(110) 상에 배치될 수 있다.

또한, 차단부(200)는 불투수성의 지반신소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 차단부(200)는 지오멤브레인(geomembrane)으로 마련될 수 있다.

이러한 차단부(200)는 제체(B) 또는 TDR전송선(110)이 외부의 수분과 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 빗물 등에 의해 제체(B)의 함수량 또는 TDR전송선(110)의 전송하는 신호가 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 즉, 차단부(200)는 TDR전송선(110)이 제체(B)의 수분에 의해서만 신호를 전송하게 할 수 있다.

또한, 차단부(200)는 사면을 전체적으로 커버하여 제체(B)를 보강할 수 있다. 국내의 제체(B)들을 대부분 노후화되어 월류에 의한 붕괴 위험이 존재한다. 따라서, 차단부(200)를 설치함으로써, 월류에 의한 제체(B)의 붕괴를 예방할 수 있다.

전술한 바와 같이, 차단부(200)는 월류 시 제체(B)를 보호할 수 있다. 또한, 차단부(200)의 내측면에 TDR전송선(110)을 부착함으로써, 제체(B)에서 발생하는 누수에 의한 특성에만 반응하도록 제어할 수 있다. 결국, 신호의 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.

따라서, 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)은 TDR전송선(110) 및 차단부(200)를 복합적으로 적용하여, 월류 시 붕괴 가능성이 높은 소규모 저수지의 경우에도 누수 방지 및 제체 보호의 두 가지 목적을 달성할 수 있다.

도 1을 다시 참조하여, 연산부(300)는 감지부(100)로부터 전송되는 신호를 수신할 수 있다. 연산부(300)는 신호를 통해 제체(B)의 누수 영역을 특정할 수 있다. 예를 들어, 연산부(300)는 신호의 파형에 따라 TDR전송선(110)의 길이 방향으로 제체(B)의 구간을 나누고, 길이 방향의 평균 함수량을 연산할 수 있다.

결국, 연산부(300)는 길쭉한 TDR전송선(110)의 길이 방향 중 어느 위치에서 국부적인 누수가 발생하는지 추적할 수 있다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)은 확산부(400)를 더 포함할 수 있다.

확산부(400)는 TDR전송선(110) 및 차단부(200) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 확산부(400)는 제체(B)의 사면과 접촉하도록 복수 개의 TDR전송선(110) 사이사이에 배치될 수 있다. 또한, 확산부(400)는 투수성 지반신소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 확산부(400)는 지오텍스타일(geotextile)로 마련될 수 있다.

이러한 확산부(400)와 접촉한 영역에 존재하는 수분은 확산부(400)를 따라 방사 방향으로 확산될 수 있다. 즉, 확산부(400)와 접촉하게 된 수분은 인접한 TDR전송선(110)을 향해 퍼져 나가서, 결국 TDR전송선(110)에 도달할 수 있다. 이에 따라, 감지부(100)는 TDR전송선(110)이 직접 접촉하지 않는 영역의 수분을 감지할 수 있다.

결국, 확산부(400)에 의해 연산부(300)는 국부적인 제체(B)의 누수 영역을 보다 정확하게 도출할 수 있다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 누수 모니터링 시스템(10)은 보호부(500)를 더 포함할 수 있다.

보호부(500)는 투수성 또는 불투수성의 지반신소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 보호부(500)는 지오텍스타일로 마련될 수 있다. 이러한 보호부(500)는 차단부(200)의 외측면에 배치될 수 있다. 보호부(500)는 외력 등 외부 요인에 의한 차단부(200)의 파손을 방지할 수 있다.

상기와 같은 구성을 포함하는 누수 모니터링 시스템(10)은 TDR 기법을 이용하여 제체 사면에서 누수구간을 탐지할 수 있다. 또한, 누수 모니터링 시스템(10)은 제체에 대한 안정성을 평가함과 동시에 제체 사면을 보호하여 월류에 의한 제체의 붕괴를 예방할 수 있다. 또한, 누수 모니터링 시스템(10)은 저비용으로 장기간 누수 모니터링이 가능하고 제체에 적용이 용이한 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 누수 모니터링 시스템
100: 감지부
110: TDR전송선
120: 반사계
130: 스위치박스
140: 동축케이블
200: 차단부
300: 연산부
400: 확산부
500: 보호부

Claims (8)

1. 제체의 사면에 배치되고 상기 제체로부터 유출되는 수분을 감지하여 신호를 전송하는 감지부;
   상기 감지부와 결합되고 상기 감지부가 외부의 수분과 접촉하는 것을 차단하는 차단부; 및
   상기 감지부로부터 신호를 수신하는 연산부;
   를 포함하고,
   상기 차단부는 상기 감지부가 상기 제체의 수분에만 반응하게 하고,
   상기 연산부는 상기 신호를 통해 상기 제체의 누수 영역을 특정하며,
   상기 감지부 및 차단부 사이에 배치되고 상기 제체의 사면과 접촉하는 확산부를 더 포함하고,
   상기 확산부는 투수성 재료로 구성되어 수분을 인접한 상기 감지부로 확산시키고,
   상기 감지부는 상기 확산부에 의해 직접 접촉하지 않는 영역의 수분을 감지하며,
   상기 감지부는 상기 제체의 사면에 서로 이격 배치되는 복수 개의 TDR전송선을 포함하고,
   상기 확산부는 상기 제체의 사면과 접촉하도록 복수 개의 TDR전송선 사이사이에 배치되며,
   상기 감지부는,
   상기 TDR전송선에 전자기파 신호를 공급하고 상기 TDR전송선으로부터 되돌아오는 반사파를 수신하여 상기 신호의 왕복 속도를 측정하는 반사계;
   상기 TDR전송선과 상기 반사계 사이에 배치되어 각 상기 TDR전송선으로부터의 신호를 제어하는 스위치박스; 및
   상기 스위치박스와 상기 반사계 사이에 배치되어 상기 신호를 전달하는 동축케이블;
   을 더 포함하고,
   상기 반사계는 상기 연산부로 측정값을 전송하며,
   상기 차단부는 불투수성 재료로 구성되고,
   상기 차단부는 상기 사면을 전체적으로 커버하여 상기 제체를 보강하며,
   상기 차단부의 외측면에 배치되는 보호부를 더 포함하고,
   상기 보호부는 상기 차단부의 파손을 방지하는, 누수 모니터링 시스템.
   
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