KR20110108568A - 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로에 관한 것으로, 본 발명에 따른 사이펀여수로는 저수조에서 제방의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부와, 상기 경사유입부에서 연장되어 제방을 타고 넘는 연장부와, 상기 연장부에서 제방의 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부를 갖는 사이펀본체와; 저수조에서 제방을 관통하여 상기 경사유출부로 연결되는 바이패스관과; 상기 바이패스관을 통한 물의 유동을 제어하는 개폐밸브와; 상단부가 상기 사이펀본체에 연통되고 하단부가 상기 저수조 내측으로 연장되도록 설치되며, 각각의 하단부가 저수조에서 상이한 높이에 위치하는 복수개의 수위조절용 에어벤트관과; 상기 각각의 에어벤트관을 통한 공기 유동을 제어하는 복수개의 에어벤트 개폐밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로{siphon spillway capable water level control}

본 발명은 저수지 또는 댐의 수위를 자동으로 조절할 수 있는 사이펀여수로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저수지 또는 댐의 수위가 설정된 수위 이상이 되었을 때 관내 압력 변화에 의해 저장되어 있던 물을 하류로 자동으로 배출시켜 수위를 조절하는 사이펀여수로에 있어서, 저수지 또는 댐의 수위를 다단으로 조절하여 물을 효과적으로 이용할 수 있는 사이펀여수로에 관한 것이다.

국내의 농업 관계용수의 안정적인 확보와 홍수의 사전 예방을 위해 다목적 댐 등의 건설이 이루어지고 있으나, 이는 엄청난 예산과 오랜 기간이 소요되는 대규모 건설공사로 중소 규모의 관계용수용 저수지나 수중보의 개선에는 그 적용이 어려운 실정이다. 또한 국내 농업 관계용 저수지의 약 70% 정도가 매우 오래된 노후시설로 태풍 및 장마의 집중호우와 같은 돌발적 자연재해에는 거의 무방비로 노출되어 자연상황에 의지하게 되는 형편이다. 더군다나 지구 온난화에 의해 태풍의 발생이 전에 비해 빈번해지고 그 위력 또한 강력해졌으며 국지성 집중호우의 발생빈도도 높아지면서 집중호우로 홍수위마저 상상을 초월하는 경우가 많아지게 되었다.

이에 따라 농업 관계용수용 소규모 댐이나 저수지 또는 지방하천의 적정한 수위 조절을 위한 경제적이고도 효율적인 여러 방안이 시도되고 있으며, 이의 한가지 방안으로 구동장치가 없어 전력이 필요하지 않게 되어 작업인력이 필요없고, 유지비용이 저렴하면서도 설치 및 작동이 간편한 사이펀 원리를 이용한 사이펀여수로가 제안되었다.

이러한 사이펀여수로의 일례로 등록특허공보 제0640142호(2006년 10월 24일 등록)에 개시된 사이펀 홍수 예방장치가 있다. 상기 사이펀 홍수 예방장치는 하나의 사이펀여수로에 길이 가변이 가능한 수위조절관을 장착하여 이 수위조절관의 길이를 조절함으로써 저수지의 가변적 수위 조절이 가능하도록 하고 있다.

상기 등록특허의 사이펀 홍수 예방장치는 그 구조가 매우 복잡하고, 설치 및 유지 관리가 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하고, 설치 및 유지 관리가 용이하며, 저수지나 댐의 수위를 원하는 수위로 여러 단계로 조절이 가능하도록 하여 물의 효과적인 이용을 도모하고, 충분한 용수의 공급 및 홍수 조절을 원활하게 할 수 있는 사이펀여수로를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 저수조에서 제방의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부와, 상기 경사유입부에서 연장되어 제방을 타고 넘는 연장부와, 상기 연장부에서 제방의 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부를 갖는 사이펀본체와; 저수조에서 제방을 관통하여 상기 경사유출부로 연결되는 바이패스관과; 상기 바이패스관을 통한 물의 유동을 제어하는 개폐밸브와; 상단부가 상기 사이펀본체에 연통되고 하단부가 상기 저수조 내측으로 연장되도록 설치되며, 각각의 하단부가 저수조에서 상이한 높이에 위치하는 복수개의 수위조절용 에어벤트관과; 상기 각각의 에어벤트관을 통한 공기 유동을 제어하는 복수개의 에어벤트 개폐밸브를 포함하여 구성된 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로를 제공한다.

본 발명에 따르면, 사이펀본체에 연결되는 복수개의 수위조절용 에어벤트관및 에어벤트 개폐밸브의 간단한 구성에 의해 저수조 내의 수위가 다단계로 조절될 수 있다. 따라서, 갈수기에는 수자원확보방안으로 기존 저수지의 저수용량을 최대한으로 증대시킬 수 있으며, 호우기에는 홍수와 집중호우에 대비하여 저류능력 및 방류능력을 최대한으로 증대시킬 수 있게 되어 홍수에 의한 제방붕괴의 위험을 없앨 수 있는 이점이 있으며, 구동장치가 없어 전력이 거의 필요하지 않고, 사용인력이 필요없어 유지비용이 저렴한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 사이펀여수로의 다단계 수위 조절을 위한 에어벤트관 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사이펀여수로의 구성을 나타낸 것으로, 본 발명의 사이펀여수로는 저수조(W)에서부터 제방(D)을 타고 넘어와 저수조(W) 외부의 하류까지 연장되는 원형관 구조의 사이펀본체(10)와, 상기 사이펀본체(10)의 중간부분에 연결되는 바이패스관(20)과, 상기 사이펀본체(10)의 상단부에 연결되는 복수개의 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33) 및 각각의 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)을 통한 공기 흐름을 제어하는 에어벤트 개폐밸브(V1, V2, V3)를 포함하여 구성된다.

상기 사이펀본체(10)는 저수조(W)에서 제방(D)의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부(11)와, 상기 경사유입부(11)에서 연장되어 제방(D)을 타고 넘는 연장부(12)와, 상기 연장부(12)에서 제방(D)의 외측 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부(13)로 이루어진다. 그리고, 상기 경사유출부(13)의 내측에는 소정 간격으로 디플렉터(40)가 설치된다. 상기 디플렉터(40)는 사이펀본체(10) 내로 초기에 흐르는 물이 충돌하면서 하부로 흘러내리는 폭포작용을 발생시키고, 이 폭포효과에 의해 사이펀본체(1) 내의 공기를 배제하여 사이펀본체(1) 내부가 진공상태로 되면서 완전한 사이펀효과가 나타나게 하는 기능을 한다.

상기 바이패스관(20)은 일단이 저수조(W) 내에 위치하며, 타단이 제방(D)을 수평하게 관통하여 상기 사이펀본체(10)의 경사유입부(11)와 연통된다. 상기 바이패스관(20)은 저수조(W) 내에서 소정의 높이에 설치되어, 저수조(W) 내의 수위가 만수위에 도달하기 전에 저수조(W) 내의 물을 사전 배출하는 기능을 한다. 상기 바이패스관(20)에는 바이패스관(20)을 통해 저수조(W)의 물이 경사유입부(11)로 흘러가는 것을 제어하는 개폐밸브(21)가 설치된다.

상기 복수개의 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)은 일단이 사이펀본체(10)의 연장부(12) 상부에 연결되고, 타단이 하측으로 연장되어 저수조(W) 내부에 위치하되, 각각의 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)의 하단부는 저수조(W)에서 상이한 높이에 위치한다. 이 실시예에서 상기 복수개의 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)은 상기 사이펀본체(10)의 연장부(12) 상단에 연결되는 하나의 관에서 분기된 구조로 이루어지지만, 이와 다르게 복수개의 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)들이 모두 개별체로 되어, 복수개의 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33) 각각이 상기 연장부(12)의 상부에 개별적으로 연결될 수도 있다.

그리고, 이 실시예에서 상기 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)들은 모두 3개가 구성되는데, 이해를 돕기 위하여 하단부가 가장 낮은 위치에 위치하는 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)부터 차례로 제1수위조절용 에어벤트관(31), 제2수위조절용 에어벤트관(32), 제3수위조절용 에어벤트관(33)으로 명하여 설명하며, 제1수위조절용 에어벤트관(31)을 통한 공기 흐름을 제어하는 개폐밸브를 제1에어벤트 개폐밸브(V1), 제2수위조절용 에어벤트관(32)을 통한 공기 흐름을 제어하는 개폐밸브를 제2에어벤트 개폐밸브(V2), 그리고 제3수위조절용 에어벤트관(33)을 통한 공기 흐름을 제어하는 개폐밸브를 제3에어벤트 개폐밸브(V3)로 명하여 설명한다. 상기 제1,2,3에어벤트 개폐밸브(V1, V2, V3)들은 작업자에 의해 수동으로 유로를 개폐하는 기계식 밸브를 사용하여 구성될 수도 있지만, 외부에서 인가되는 전기에너지에 의해 유로를 개폐하는 전자식 밸브를 사용하여 구성될 수도 있다.

상기 제1수위조절용 에어벤트관(31)의 하단부는 상기 바이패스관(20)과 동일하거나 약간 높은 위치에 위치하며, 제2수위조절용 에어벤트관(32)의 하단부는 제1수위조절용 에어벤트관(31) 하단부와 제3수위조절용 에어벤트관(33) 하단부의 대략 중간부분에 위치하고, 제3수위조절용 에어벤트관(33)의 하단부는 상기 연장부(12)의 최하단부보다 일정 거리 이상(예컨대 20㎝ 정도) 높은 위치에 위치한다.

상기와 같이 제1,2,3수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)의 하단부가 서로 상이한 높이에 위치하게 되면, 저수조(W) 내의 수위가 제1,2,3수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)의 하단부에 순차적으로 도달하면서 제1,2,3수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)의 하단부를 순차적으로 막게 된다. 이에 따라 제1,2,3수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33) 중 개방 상태로 되어 있는 것들이 차단되면서 사이펀본체(10) 내로의 공기 흐름이 차단되어 사이펀본체(10) 내부가 진공 가능한 상태가 되고, 수위 조절이 다단계로 이루어질 수 있게 된다. 이러한 제1,2,3수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)에 의한 다단계 수위 조절 기능에 대해서 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 집중호우나 장마와 같은 많은 양의 강우량이 예상되어 저수지나 댐의 수위가 만수위에 도달하기 이전에 사전 배출할 필요가 있을 경우, 바이패스관(20)의 개폐밸브(21)를 개방(open)시키고, 제1에어벤트 개폐밸브(V1)를 개방(open) 상태로 하며, 제2에어벤트 개폐밸브(V2) 및 제3에어벤트 개폐밸브(V3)를 폐쇄(close) 상태로 한다. 이 때, 저수조(W) 내의 수위가 점차 높아져 바이패스관(20)의 높이에 도달하면 저수조(W) 내의 물이 바이패스관(20) 내로 유입된 후 사이펀본체(10)의 경사유출부(13)로 유동한다. 상기 경사유출부(13) 내로 유입된 물은 디플렉터(40)에 수충되어 하부로 흐르면서 폭포작용을 일으키게 되고 이러한 폭포효과에 의해 사이펀본체(10) 내의 공기가 물과 함께 외부로 배출된다. 이 상태에서 저수조(W)의 수위가 제1설정수위(L1)에 도달하여 저수조(W) 내의 물이 제1수위조절용 에어벤트관(31)의 하단부를 막게 되면, 제1수위조절용 에어벤트관(31)을 통한 공기 흐름이 차단되어 더 이상 사이펀본체(10) 내로는 공기가 유입되지 않는 상태가 된다. 이 때, 전술한 것처럼 바이패스관(20)을 통해 경사유출부(13) 내로 유입된 물의 폭포작용에 의해 사이펀본체(10) 내의 공기는 지속적으로 배출되므로 사이펀본체(10) 내부가 진공 상태로 된다. 상기 사이펀본체(10) 내부가 진공 상태로 됨에 따라 수초 내지 수십초 사이에 저수조(W) 내의 물은 진공 상태의 사이펀본체(10), 즉 경사유입부(11)를 통해서 유입된 후 연장부(12) 및 경사유출부(13)를 차례로 통과하며 외부로 신속하게 배출된다. 따라서, 저수조(W) 내의 수위는 대략 제1수위조절용 에어벤트관(31)의 하단부 높이 정도로 유지될 수 있게 된다.

그리고, 저수조(W)의 수위를 제2수위조절용 에어벤트관(32)의 하단부 높이 정도로 유지하고자 할 경우, 바이패스관(20)의 개폐밸브(21)를 개방(open)시키고, 제2에어벤트 개폐밸브(V2)를 개방(open)시키고, 제1에어벤트 개폐밸브(V1) 및 제3에어벤트 개폐밸브(V3)를 폐쇄(close) 상태로 한다. 여기서, 상기 제1에어벤트 개폐밸브(V1)는 제2에어벤트 개폐밸브(V2)보다 먼저 물에 잠기므로 폐쇄 상태로 하지 않고 개방 상태로 하여도 상관없다. 이와 같이 바이패스관(20)의 개폐밸브(21)와 제1,2,3에어벤트 개폐밸브(V1, V2, V3)의 개폐 상태를 조정한 상태에서 저수조(W) 내의 수위가 바이패스관(20) 높이에 이르면, 전술한 것처럼 저수조(W) 내의 물이 바이패스관(20) 내로 유입된 후 사이펀본체(10)의 경사유출부(13)로 유동하고, 상기 경사유출부(13) 내로 유입된 물은 디플렉터(40)에 수충되어 하부로 흐르면서 폭포작용을 일으켜 사이펀본체(10) 내의 공기가 물과 함께 외부로 배출된다. 그러나, 이 때 상기 제2에어벤트 개폐밸브(V2)가 열린 상태로 놓여 있기 때문에 제2수위조절용 에어벤트관(32)을 통해서 외부 공기가 사이펀본체(10) 내로 유입되고, 따라서 사이펀본체(10) 내부가 진공 상태로 되지는 않으므로 바이패스관(20)을 통해서만 물이 배출된다.

이 상태에서 저수조(W)의 수위가 제2설정수위(L2)에 도달하여 제2수위조절용 에어벤트관(32)의 하단부에 도달하게 되면, 제2수위조절용 에어벤트관(32)의 하단부가 물에 잠겨 제2수위조절용 에어벤트관(32)을 통한 공기 흐름이 차단되고, 곧이어 사이펀본체(10) 내부는 진공 상태가 된다. 이에 따라, 저수조(W) 내의 물이 사이펀본체(10)를 통해서 신속하게 배출되면서 저수조(W) 내의 수위가 제2수위조절용 에어벤트관(32)의 하단부 높이 정도로 유지될 수 있게 된다.

다음으로, 봄에 농사용 관계용수를 공급하거나 강우량이 적은 동절기 등에 저수조(W)의 수위를 만수위(L3)로 유지하고자 할 경우, 바이패스관(20)의 개폐밸브(21)를 폐쇄시켜 바이패스관(20)을 통한 물의 흐름을 완전히 차단하고, 제3에어벤트 개폐밸브(V3)를 개방(open)시킨다. 이 때, 제1에어벤트 개폐밸브(V1) 및 제2에어벤트 개폐밸브(V2)는 폐쇄(close)되는 것이 바람직하나, 제1에어벤트 개폐밸브(V1) 및 제2에어벤트 개폐밸브(V2)가 제3에어벤트 개폐밸브(V3)보다 먼저 물에 잠겨 공기 흐름이 차단되므로 폐쇄 상태로 하지 않고 개방 상태로 하여도 상관없다. 이 경우, 저수조(W) 내의 수위가 만수위에 도달하기 전에는 저수조(W) 내의 물은 외부로 배출되지 않고 계속 저수조(W) 내에 저장된다.

저수조(W) 내의 수위가 만수위 바로 아래에 도달하면, 저수조(W) 내의 물이 사이펀본체(10)의 경사유입부(11)를 통해 유입된 후 연장부(12)의 바닥면을 따라 경사유출부(13)로 흘러가기 시작한다. 상기 연장부(12)를 통해 경사유출부(13) 내로 흘러내리는 물은 전술한 것처럼 디플렉터(40)에 수충되어 흘러 내려가면서 폭포작용을 하게 되면서 사이펀본체(10) 내의 공기를 배제시킨다. 이 때, 저수조(W) 내의 물이 만수위(L3)가 되어 상기 제3수위조절용 에어벤트관(33) 하단부를 막게 되면, 제3수위조절용 에어벤트관(33)을 통한 공기 흐름이 차단되어 사이펀본체(10) 내부가 진공 상태로 되고, 사이펀본체(10) 전체를 통해서 물이 신속하게 배출된다.

이와 같이, 본 발명의 사이펀여수로는 상기 제1,2,3수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)들의 하단부가 저수조(W) 내의 물의 수위에 따라 순차적으로 막히면서 공기 흐름이 차단되고, 사이펀본체(10) 내부가 진공 상태가 될 수 있는 조건을 만들게 된다. 따라서, 저수조(W) 내의 물의 수위를 원하는 대로 여러 단계로 조절할 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 수위조절용 에어벤트관(31, 32, 33)이 3개로 구성되었지만, 이와 다르게 조절하고자하는 수위에 따라 2개로 구성되거나, 4개 이상으로 구성될 수도 있을 것이다.

전술한 본 발명에 따른 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로에 대한 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제시된 것으로 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.

10 : 사이펀본체 11 : 경사유입부
12 : 연장부 13 : 경사유출부
20 : 바이패스관 21 : 개폐밸브
31, 32, 33 : 제1,2,3수위조절용 에어벤트관
V1,V2, V3 : 제1,2,3에어벤트 개폐밸브
40 : 디플렉터

Claims (3)

1. 저수조에서 제방의 마루까지 상향경사지게 연장되는 경사유입부와, 상기 경사유입부에서 연장되어 제방을 타고 넘는 연장부와, 상기 연장부에서 제방의 비탈면을 따라 하향연장되는 경사유출부를 갖는 사이펀본체와;
   저수조에서 제방을 관통하여 상기 경사유출부로 연결되는 바이패스관과;
   상기 바이패스관을 통한 물의 유동을 제어하는 개폐밸브와;
   상단부가 상기 사이펀본체에 연통되고 하단부가 상기 저수조 내측으로 연장되도록 설치되며, 각각의 하단부가 저수조에서 서로 다른 높이에 위치하는 복수개의 수위조절용 에어벤트관과;
   상기 각각의 에어벤트관을 통한 공기 유동을 제어하는 복수개의 에어벤트 개폐밸브를 포함하여 구성된 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 수위조절용 에어벤트관들 중 하단부가 가장 높은 위치에 위치하는 수위조절용 에어벤트관의 하단부는 상기 사이펀본체의 연장부의 최하단부보다 일정 거리 이상 높은 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수위조절용 에어벤트관들 중 하단부가 가장 낮은 위치에 위치하는 수위조절용 에어벤트관의 하단부는 상기 바이패스관과 동일하거나 높은 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 다단계 수위 조절이 가능한 사이펀여수로.
   

Images