KR20120005081A - 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제방 내측의 호수나 하천의 물을 하류 측으로 방류할 때 단위 시간 당 방류량을 증가시켜 범람에 따른 홍수 피해나 홍수 지속에 따른 제방 붕괴를 방지할 수 있도록 수문의 구조를 개선한 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치를 제공하는 데 있으며, 또 하나의 목적은 기존의 수문에 간단한 구조물을 추가 장착하여 기존 수문 장치를 그대로 이용하여 단위 시간당 방류량을 증대시킨 수문장치를 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명은 들어올리는 방식으로 개폐되는 수문과, 그 수문을 개폐하기 위한 개폐장치를 포함하는 수문장치에 있어서, 상기 수문의 유입구 측 전면 하단을 호형의 곡면부로 형성하거나 또는 기존 수문의 전면 하단에 곡면부를 가진 철판을 용접이나 리벳팅하여 장착하는 것을 특징으로 한다.

Description

방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치{Floodgate device with improved discharge capacity}

본 발명은 수문에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체학적 특성을 반영하여 수문을 설계하여 단위 시간당 물의 방류 능력을 향상시킨 수문 장치에 관한 것이다.

일반적으로 하천, 저수지, 늪 등지에는 물을 일정한 유로 내로 제한하여 홍수 시 물의 범람을 방지하고 갈수(渴水)시 물을 효율적으로 활용하기 위한 치수용 제방이 축조된다.

또한 최근 강 하구의 갯벌을 간척하고자 하구뚝(제방)을 쌓아 거대한 담수호와 농지를 조성하는 개간 사업이 전국적으로 많이 시행되고 있다.

이와 같은 목적으로 축조한 제방의 일정 지점에는 수로를 형성하고, 이 수로에는 제방 내 호수나 하천의 저수량을 조절하기 위한 수문을 설치하여 갈수기에는 수문을 닫아 물을 저장하여 농업용수 및 산업용수의 안정적인 확보를 도모하며, 홍수 시 댐의 수위가 상승하여 붕괴 위험 때문에 방수가 필요할 때에는 수문을 열어 담수를 배출하여 일정 수위를 유지토록 되어 있다.

상기한 수문은 작동 형태에 따라 수직으로 개폐 작동하는 방식이나 또는 회전 개폐 방식등으로 구분되는 데, 본 발명은 그중 수직으로 개폐 작동되는 수문장치의 개선에 관한 것으로, 수문의 개폐장치로는 통상적으로 권양기가 사용된다.

수문을 개폐하는 권양기는 도 1에 도시하는 것과 같이 수문(100)을 들어올리는 방식으로 수문(100)을 개폐하는 장치로서, 유압 실린더(101) 로드(102)가 하측의 수문(100)과 연결되어 유압 실린더(101)의 로드(102)가 수축되면 수문(100)이 상승되어 개방이 이루어지고 유압 실린더(101)의 로드(102)가 신장되면 수문(100)이 하강되어 폐쇄가 이루어지도록 되어 있다.

그러나 종래 모든 수문(100)의 구조는 도시한 것처럼 하부 단면 구조가 4각형이어서 물의 유입부와 유출부가 각기 직각의 코너(108)(109)를 형성하고 있는 데, 이러한 수문(100)의 단면 구조가 물이 흐름에 대한 항력(흐름 저항)을 발생시켜 단위 시간당 물의 배출량을 낮추는 문제가 있어 갑작스런 폭우로 수위가 급격히 상승하는 홍수기 시 수문(100)의 개방 조작 타이밍을 놓치게 되는 경우 제방의 안전을 위협하고 물이 제방을 넘쳐 흘러 홍수를 유발하는 문제가 있었으나, 종래의 경우 일기 예보적 측면에만 관심 사항을 두고 그에 맞추어 수문 개방의 타이밍 관리에만 관심을 두었을 뿐 구조적 측면에서 수문의 물 배출 효율성의 향상이라는 측면에는 큰 관심이 없는 실정이다.

도2는 수문(100)을 개방하였을 때 담수가 수문(100) 하부의 개방부를 통해 배출될 때의 물의 유동 특성을 도시한 것으로서, 수문(100)의 하부 단면 구조가 4각형이어서 물의 유입부가 직각의 코너를 형성하고 있어 박리현상의 발생으로 개수로의 흐름이 수리학적으로 곡선의 흐름(C)을 나타내며, 수문(100)의 후단 모서리(109)를 기준하면 유선분리 흐름에 따른 수두 손실(△H)이 발생하여 물이 배출되는 유로 단면적이 축소됨으로써 개수로의 전체 단면적을 이용한 물배출이 안되어 단위 시간당의 물배출량이 적어지는 구조적 문제를 가지고 있으며(수두 Hb 참조), 이는 예상치 못한 폭우로 수위가 급상승하여 신속한 배수가 요구될 때 홍수 발생의 큰 요인이 될 수밖에 없는 것이다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 제방 내측의 호수나 하천의 물을 하류 측으로 방류할 때 수문으로 인하여 발생하는 항력(흐름 저항)을 줄여 단위 시간당 방류량을 증가시켜 홍수 피해나 제방 붕괴를 방지할 수 있도록 수문의 구조를 개선한 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은 기존의 수문에 간단한 구조물을 추가 장착하여 기존 수문 장치를 그대로 이용하여 단위 시간당 방류량을 증대시킨 수문장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 들어올리는 방식으로 개폐되는 수문과, 그 수문을 개폐하기 위한 개폐장치를 포함하는 수문장치에 있어서, 상기 수문의 유입구 측 전면 하단을 호형의 곡면부로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명은 들어올리는 방식으로 개폐되는 수문과, 그 수문을 개폐하기 위한 개폐장치를 포함하는 수문장치에 있어서, 상기 수문의 유입 측 전면 하단에 방류되는 물의 흐름을 호형의 곡면으로 유도하는 호형유도부재를 장착하며, 상기 호형유도부재의 상부로 상기 수문의 개방 시 수문이 상승하면서 물로부터 받게 되는 저항을 줄이도록 유도하는 상측 경사부재가 연장된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 호형유도부재 및 상측 경사부재를 지지하기 위하여 수문의 전면과의 사이에 형성되는 공간 내에는 플라스틱 프레임 구조물이 수용되게 장착된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 수문의 유입부 측 전면 하단이 호형의 곡면부로 형성되어 있어, 홍수 예방을 위해 수문을 열었을 때 방류되는 물이 수문 하단의 호형 곡면부의 안내를 받아 유선의 곡률과 근접하게 유동함으로써 개도부를 통과할 때 수문 후방에서의 수두 손실을 줄여 물이 가진 에너지 손실을 줄이는 효과가 있으며, 이로써 단위 시간당 방류량이 증대되어 신속하게 물을 방류하는 데 따라 홍수 등을 방지할 수 있는 것이며, 특히 수문장치를 새로운 설비로 전면 교체할 필요 없이 기존에 설치되어 있는 수문에 호형유도부재 만을 간단히 장착하여 동일한 효과를 얻을 수 있어 매우 경제적이다.

도1은 종래 구조의 수문장치를 나타낸 도면이다.
도2는 종래 구조의 수문을 개방하였을 때 담수가 수문 하부의 개방부를 통해 배출될 때의 물의 유동 특성을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명에 의한 수문장치를 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명 구조의 수문을 개방하였을 때 담수가 수문 하부의 개방부를 통해 배출될 때의 물의 유동 특성을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명에 의한 수문의 다른 실시예 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치를 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 수문장치(10)를 도시한 것으로서, 전체 외곽 형상이 정면에서 보아서 직사각형의 철 구조물로 형성되는 수문(11)과, 그 수문(11)을 상승 및 하강시켜 개폐하는 개폐장치(12)를 포함하여 구성되어 있으며, 제방(15)의 도중에 수로를 형성하고 그 수로를 개폐할 수 있게 설치된다.

상기 개폐장치(12)로는 나사축의 회전 구동 방식 등 여러가지 방식이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 가장 일반적으로 많이 사용하는 유압실린더(13)와 그 유압실린더(13)에 공급하는 유압의 방향 절환에 의해 상하로 출몰하는 피스톤로드(14)로 구성된 유압 방식이 일실시예로써 도시 및 설명되어 있다.

상기 수문(11)의 유입부 측 전면(16) 하단은 호형의 곡면부(17)로 형성된다는 점에서 본 발명이 종래 직각으로 형성되어 온 수문과 차별되는 특징을 가지고 있다.

상기와 같이 수문(11)의 유입부를 곡면 처리함으로써 도4에 도시하는 것처럼 수문(11)을 개방(상승)하였을 때, 물의 방류로 인해 상류 측 수심, 즉 호수 측의 수심은 점차 감소하게 되고 하류 측 수심은 점차 상승하게 된다.

그런데 본 발명의 경우 도시한 것처럼 방류되는 물이 호형 곡면부(17)의 안내를 받아 그 곡면부에 가깝게 유동이 일어남으로써 그것의 하류측 수두(Ha)가 도2에 도시한 종래 수문의 수두(Hb)보다 높게 나타나며( Ha 〉Hb ),이는 본 발명의 곡면 처리된 유입부에서 큰 저항 없이 호형으로 물의 흐름이 유도되어 종래 보다 더 넓은 수로 면적에 접하면서 개도부(18,수문이 열려 형성된 수로 개방 부분)의 평균 유속이 감소되고 그에 따라 에너지 손실이 작아져 단위 시간당 종래 보다 많은 물의 방류가 가능한 것이다.

도5는 기존에 설치된 수문장치를 그대로 이용하여 간단한 구조물을 덧붙이므로써 앞선 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있는 방안이다.

이와 같이 구성하는 이유는 실험 결과 본 발명을 적용하는 경우 15~25%의 방류량 증가 효과를 가져오는 것으로 나타났는 데, 그렇다고 하여 기존에 설치되어 있는 수문(100)들을 본 발명의 수문(11)으로 전부 교체하는 것은 경제적 측면에서 바람직스럽지 아니하기 때문에 호형 곡면부의 효과를 가져올 수 있는 간단한 구조물을 기존 수문(100)에 장착하여 동일 효과를 얻을 수 있도록 하는 것에 동 실시예의 의의가 있다.

이를 위해 기존 수문(100)의 유입부 측 전면(103) 하단에는 방류되는 물의 흐름을 호형의 곡면으로 안내하는 호형유도부재(104)를 장착하며, 상기 호형유도부재(104)의 상부로 상기 수문의 개방 시 수문이 상승하면서 물로부터 받게 되는 저항을 줄이도록 유도하는 상측 경사부재(105)가 연장되어 있다.

상기한 호형유도부재(104)와 상측 경사부재(105)는 금속판재로 형성된 수문(100)의 전면(103) 하단에 용접이나 리벳팅 장착할 수 있게 금속판 재질로 형성하며, 상측 경사부재(105)를 둔 것은 수문(100)이 상승할 때 받게 되는 물의 저항을 줄이기 위함이다.

그리고 상기 금속판 재질로 형성되는 호형유도부재(104)와 상측 경사부재(105)는 수문(100)이 닫힌 상태에서 큰 수압을 받게 되는 데, 이때의 수압에 의해 판재가 우그러드는 변형을 방지하기 위해 상기 호형유도부재(104) 및 상측 경사부재(105)를 지지하기 위한 목적으로 수문(100)의 전면(103)과의 사이에 형성되는 공간(106) 내에는 가로 세로로 교차하는 막대들에 의해 형성되는 플라스틱 프레임 구조물(107)을 설치하여 수압에 대항할 수 있게 하였으며, 프레임 구조물(107)을 플라스틱으로 형성하는 이유는 중량을 줄여 수문의 개폐 동력을 줄일 수 있기 때문이다.

이 같이 하면 기존의 수문 장치를 그대로 이용하여 간단한 구조물을 장착하는 것으로 수문의 구조를 개선할 수 있으며, 이로써 수문 작동시 단위 시간당 방류량을 늘릴 수 있어 홍수 예방 효과를 크게 볼 수 있는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10:수문장치 11:수문
12:개폐장치 13:유압실린더
14:피스톤로드 15:제방 16:수문의 전면 17:곡면부
100:수문 103:수문의 전면
104:호형유도부재 105:상측 경사부
106:공간 107:프레임 구조물
Ha:본 발명의 수두

Claims (3)

1. 들어올리는 방식으로 개폐되는 수문과, 그 수문을 개폐하기 위한 개폐장치를 포함하는 수문장치에 있어서, 상기 수문의 유입구 측 전면 하단을 호형의 곡면부로 형성하는 것을 특징으로 하는 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치.
   
2. 들어올리는 방식으로 개폐되는 수문과, 그 수문을 개폐하기 위한 개폐장치를 포함하는 수문장치에 있어서, 상기 수문의 유입 측 전면 하단에 방류되는 물의 흐름을 호형의 곡면으로 유도하는 호형유도부재를 장착하며, 상기 호형유도부재의 상부로 상기 수문의 개방 시 수문이 상승하면서 물로부터 받게 되는 저항을 줄이도록 유도하는 상측 경사부재가 연장된 것을 특징으로 하는 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 호형유도부재 및 상측 경사부재를 지지하기 위하여 수문의 전면과의 사이에 형성되는 빈 공간 내에는 플라스틱 프레임 구조물이 수용되게 장착된 것을 특징으로 하는 방류량 배출 능력을 향상시킨 수문장치.
   

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