KR20150137843A

KR20150137843A - 물순환 모의를 위한 ｌｉｄ-수리수문 효율성 검증기기

Info

Publication number: KR20150137843A
Application number: KR1020140066415A
Authority: KR
Inventors: 신현석
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-09
Also published as: KR101653757B1

Abstract

본 발명은 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기에 관한 것이다. 본 발명은, 강우차집장치(120); 고정밀 수위측정 수조(130); 및 하단부에 바퀴(111)를 달아 전후로 이동이 되는 강우모사기(110); 를 포함하며, 강우차집장치(120)로부터 유출된 유량관측을 위하여 고정밀 차압식 센서(131)를 포함한 고정밀 수위측정 수조(130)를 이용하여 수위를 관측하며, 관측된 수위를 데이터 로거(140)를 통해 검증 단말(150)로 전송하여 검증 단말(150)의 프로그램상에서 자동으로 연산된 유량값을 실시간으로 저장하도록 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기를 제공한다.
이에 의해, LID 기법에 따른 도시 물순환 모의 실험을 위해 개발된 요소기술의 수리수문 효율성 검증을 위하여 기존의 시설을 철거하고 새로운 기술을 시공할 필요 없는 이동 가능한 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은, 내부에 대상시료를 수용하는 시료부에 있어서 기존의 강우모사기가 고정이 되어 있어 직접적인 시공으로 물순환 모의 실험을 수행해야하는 한계점을 극복할 뿐만 아니라, 물순환 모의 실험 전 시료부에 대한 시공에 따른 시간적 제약과 다양한 케이스에 대한 물순환 모의 실험에 있어서 오랜 시간을 공들여야만 하는 한계점을 극복함으로써, 신속한 물순환 모의 실험이 가능한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은, 기존 검증 기기의 결과로 발생하는 유량 관측을 위한 수위 감지의 정밀도가 낮아 정량적인 분석을 하는데 있어서 많은 제약이 따르는 한계점을 극복하기 위한 고정밀 유량측정 수조 및 자동 유량 환산 방식을 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 종래의 수위 관측에 따른 수위 정보를 이용하여 실시간 유량으로 환산하는 수작업을 하는 번거로운 방식의 한계를 극복함으로써, 프로그램상에 자동적으로 관측된 수위를 수조 면적을 곱하여 유량으로 환산한 뒤 저장하는 편의성을 제공한다.

Description

물순환 모의를 위한 ＬＩＤ-수리수문 효율성 검증기기{Smart apparatus for verification of LID-hydrological hydraulic effeciency based on simulation water-cycle}

본 발명은 저영향 개발(Loe Impact Development, LID) 기법의 효율성 검증을 위한 실험분야에 관한 검증기기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 강우로 인하여 발생하는 유출량을 정량적으로 분석하여 LID 요소기술에서 강우에 따른 유출수 저감 효율을 평가하는 차세대 LID 수리수문 효율성 검증에 사용되는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기에 관한 것이다.

해외 및 국내에서는 도시 물순환 회복을 위하여 저영향 개발(Low Impact Development, LID) 기법을 도입하여 적용하고 있으며, LID 기법의 수리·수문 효율성 검증을 위하여 실증단지 구축을 통한 모니터링으로 국내외에서 적극적으로 추진하고 있다.

여기서 실증단지 구축은 단지 내 이미 시공된 요소기술에 대하여 국한된 범위에서 수리수문 효율성 검증 데이터를 생성하고 있다.

그러나 LID 기법은 도시 물순환 회복을 위하여 최근 가장 이슈가 되는 시공법이므로 많은 연구자들과 기업에서는 다양한 기법들을 연구하고 연구된 기술이 적용된 장치들이 개발되고 있으나, 새롭게 개발된 요소기술의 수리수문 효율성 검증을 위하여 기존의 시설을 철거하고 새로운 기술을 시공하는 것은 경제적으로 많은 제약이 따른다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 LID 수리수문 효율성 검증기기를 이용하여 시공 전 요소기술의 수리수문 효율성 검증을 실험을 시행하고 있으나, 기존의 LID 수리수문 검증기기는 시료 제작에 있어서 실험실 내에서 직접 시공하는 방법 이외에는 별다른 방법이 없었다.

또한, 기존 검증 기기의 결과로 발생하는 유량 관측을 위한 수위 센서의 경우는 정밀도가 낮아 정량적인 분석을 하는데 있어서 많은 제약이 따르며, 연속적인 강우모사를 위하여 정량펌프를 사용하지 못하는 실정으로 터빈식 펌프를 사용하는데 이 또한 매 가동 시 유입되는 유량은 다소 차이가 있다. 이러한 현상은 일반적인 급수환경의 경우에는 큰 문제가 되지 않지만 실험기반 급수환경에서는 미소한 차이가 잘못된 결과를 초래하게 되는 한계점이 있어 왔다.

[관련기술문헌]

1. 비점 및 LID 검정 모의기기(SMART LID-NPS SIMULATOR)(특허출원번호 제10-2012-0111993호)

2. 인공강우 장치를 이용한 산사태 모형토조 시험기(LANDSLIDE CALIBRATION CHAMBER TEST SET THAT USING ARTIFICIAL RAINFALL SIMULATOR)(특허출원번호 제10-2010-0135165호)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, LID 기법에 따른 도시 물순환 모의 실험을 위해 개발된 요소기술의 수리수문 효율성 검증을 위하여 기존의 시설을 철거하고 새로운 기술을 시공할 필요 없도록 하기 위한 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기를 제공하기 위한 것이다.

즉, 본 발명은 내부에 대상시료를 수용하는 시료부에 있어서 기존의 강우모사기가 고정이 되어 있어 직접적인 시공으로 물순환 모의 실험을 수행해야하는 한계점을 극복할 뿐만 아니라, 물순환 모의 실험 전 시료부에 대한 시공에 따른 시간적 제약과 다양한 케이스에 대한 물순환 모의 실험에 있어서 오랜 시간을 공들여야만 하는 한계점을 극복하도록 하기 위한 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은, 기존 검증 기기의 결과로 발생하는 유량 관측을 위한 수위 감지의 정밀도가 낮아 정량적인 분석을 하는데 있어서 많은 제약이 따르는 한계점을 극복하도록 하기 위한 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 종래의 수위 관측에 따른 수위 정보를 이용하여 실시간 유량으로 환산하는 수작업을 하는 번거로운 방식의 한계를 극복함으로써, 프로그램상에 자동적으로 관측된 수위를 수조 면적을 곱하여 유량으로 환산한 뒤 저장하는 편의성을 제공하도록 하기 위한 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기를 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기는, 강우차집장치(120); 고정밀 수위측정 수조(130); 및 하단부에 바퀴(111)를 달아 전후로 이동이 되는 강우모사기(110); 를 포함하며, 강우차집장치(120)로부터 유출된 유량관측을 위하여 고정밀 차압식 센서(131)를 포함한 고정밀 수위측정 수조(130)를 이용하여 수위를 관측하며, 관측된 수위를 데이터 로거(140)를 통해 검증 단말(150)로 전송하여 검증 단말(150)의 프로그램상에서 자동으로 연산된 유량값을 실시간으로 저장하도록 한다.

이때, 강우모사기(110)는, 유량공급시스템과 일체로 제작되며, 좌우 미동을 방지하기 위해 바닥에 설치된 I형 레일(112)에 의해 고정되어 이동하며, 이동 레일(112)을 통해 이동하는 바퀴(111)로 우레탄 육륜 트로리를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 강우모사기(110)는, 이동 범위로 6개의 바퀴 중 길이 방향(Lf)의 중앙에 형성된 두 개의 바퀴(111)를 중심축으로 설정시 전 후 각각 3.3m 씩 이동가능하도록 설계되는 것이 바람직하다.

또한, 강우차집장치(120)는, 강우모사기(110)의 전후 이동(중심축으로부터 전:3.3m, 후:3.3m)에 따라 호이스트(1)를 이용한 시료부(121)를 이루는 LID 검증 실험용 시료 프레임 셀(121a, 이하 시료 프레임 셀)에 대한 운반에 따라 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122) 내로 N 열 × M 행(N은 2, M은 3 이상의 자연수)으로 배열로 안착 되는 다수의 시료 프레임 셀(121a)로 이루어진 시료부(121); 를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 시료 프레임 셀(121a)은, 상부, 전면, 후면이 개방된 육면체 형상으로 형성되는 셀 베이스 프레임(121a-3); 을 포함하며, 시료 프레임 셀(121a)의 전면부(121a-1)와 후면부(121a-2)는, 시료 프레임 셀(121a)을 연속적으로 배열하여 사용하는 경우 접합면을 이루는 경우 셀 베이스 프레임(121a-3)으로부터 분리되어 개방이 수행되는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 시료 프레임 셀(121a) 상의 전면부(121a-1), 그리고 셀 베이스 프레임(121a-3) 상에서 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 외곽방향으로 측면부에 아크릴판을 형성하여, 부착하여 물순환 모의 실험 시 내부에서 일어나는 현상을 관찰하는 것이 바람직하다.

또한, 시료 프레임 셀(121a)의 바닥부(bt)는, 지하수 유출이 발생시 수조로 물을 배수하기 위하여 스텐리스 재질의 매쉬소재를 이용하며, 하중을 견디기 위한 보강재를 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)에 시료 프레임 셀(121a)을 안착시 전면부(121a-1) 및 후면부(121a-2) 탈부착 작업을 위해 좌측과 우측 시료 프레임 셀(121a)의 높이를 100mm 편차를 주는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 시료 프레임 셀(121a)은, 이동을 위하여 측면부에 인양고리(121a-4)를 용접하여 부착하며, 전면부(121a-1)과 후면부(121a-2)의 셀 베이스 프레임(121a-3)과의 탈부착을 위하여 볼트(121a-5)를 이용하여 조이고 푸는 구조를 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 시료 프레임 셀(121a)은, 내부에 함수비 측정을 위한 함수비 측정 장비(3)를 삽입할 수 있도록 매쉬 소재를 이용한 공간인 함수비 측정 장비 삽입단(2)이 형성되며, 함수비 측정 장비 삽입단(2)에 의해 형성된 공간은 시료 프레임 셀(121a) 내부의 횡압력 의해 왜곡되지 않도록 스테인리스 강관을 이용하여 프레임을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기는, LID 기법에 따른 도시 물순환 모의 실험을 위해 개발된 요소기술의 수리수문 효율성 검증을 위하여 기존의 시설을 철거하고 새로운 기술을 시공할 필요 없는 이동 가능한 구조를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기는, 내부에 대상시료를 수용하는 시료부에 있어서 기존의 강우모사기가 고정이 되어 있어 직접적인 시공으로 물순환 모의 실험을 수행해야하는 한계점을 극복할 뿐만 아니라, 물순환 모의 실험 전 시료부에 대한 시공에 따른 시간적 제약과 다양한 케이스에 대한 물순환 모의 실험에 있어서 오랜 시간을 공들여야만 하는 한계점을 극복함으로써, 신속한 물순환 모의 실험이 가능한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기는, 기존 검증 기기의 결과로 발생하는 유량 관측을 위한 수위 감지의 정밀도가 낮아 정량적인 분석을 하는데 있어서 많은 제약이 따르는 한계점을 극복하기 위한 고정밀 유량측정 수조 및 자동 유량 환산 방식을 제공한다.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기는, 종래의 수위 관측에 따른 수위 정보를 이용하여 실시간 유량으로 환산하는 수작업을 하는 번거로운 방식의 한계를 극복함으로써, 프로그램상에 자동적으로 관측된 수위를 수조 면적을 곱하여 유량으로 환산한 뒤 저장하는 편의성을 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100) 중 강우모사기(110)의 이동 레일(112)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100) 중 강우차집장치(120)의 시료부(121)에 대한 안착 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 시료부(121) 중 하나의 단위인 시료 프레임 셀(121a)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 시료 프레임 셀(121a)의 용도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시료 프레임 셀(121a)의 인양 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시료 프레임 셀(121a) 내의 함수비 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서의 강우 검증 유량 차집 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)에 의해 형성되는 유출 플롯(Runoff Plot)을 모두 사용할 경우 강우 검증 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에서의 강우 차집 선반(123)을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 강우 차집 선반(123)의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서 경사조절장치(160)를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 유량 관측 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 고정밀 차압식 센서(131)를 이용한 고정밀 유량측정 수조(130)를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14의 고정밀 차압식 센서(131)의 원리를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서의 검증 단말(150)로 구현된 UI(User Interface) 화면을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 의한 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서의 자동 유량환산 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)는 크게 강우모사기(110)의 하단부에 바퀴(111)를 달아 전후로 이동이 가능하며, 물순환 모의 실험 전 강우검증의 편의성을 위하여 강우차집장치(120)를 사용한다.

또한 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)는 정밀한 유량관측을 위하여 고정밀 수위측정 수조(130)를 이용하여 수위를 관측하며, 관측된 수위를 데이터 로거(통합 컨트롤러)(140)를 통해 검증 단말(150)로 전송하여 검증 단말(150)의 프로그램상에서 자동으로 연산된 유량값을 실시간으로 저장하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100) 중 강우모사기(110)의 이동 레일(112)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 2a에 도시된 강우모사기(110)와 유량공급시스템은 이동의 편의성을 위하여 일체형으로 제작하는 것이 바람직하다.

그리고 도 2b와 같이 강우모사기(110)의 좌우 미동을 방지하기 위해 바닥에 I형 레일(112)을 설치하여 고정단을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 도 2c 및 도 2d와 같이 이동 레일(112)을 통해 이동하는 바퀴(111)는 주행성과 레일 이탈을 방지하기 위하여 우레탄 육륜 트로리를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 강우모사기(110)의 이동 범위는 도 2a와 같이 6개의 바퀴 중 길이 방향(Lf)의 중앙에 형성된 두 개의 바퀴(111)를 중심축으로 전 후 각각 3.3m 씩 이동가능하도록 설계된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100) 중 강우차집장치(120)의 시료부(121)에 대한 안착 과정을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 내부에 대상시료를 수용하는 시료부(121)는 기존의 강우모사기(110)가 고정이 되어 있어 직접적인 시공으로 물순환 모의 실험을 수행한다. 이러한 이유로 물순환 모의 실험 전 시료부(121)에 대한 시공에 따른 시간적 제약과 다양한 케이스에 대한 물순환 모의 실험에 있어서 오랜 시간을 공들여야만 하는 한계점이 있어 왔다.

이에 따라, 도 2에서 살펴본 바와 같이, 강우모사기(110)를 전후 이동(중심축으로부터 전:3.3m, 후:3.3m)이 가능하게 설계하고, 호이스트(1)를 이용해 시료부(121)를 이루는 LID 검증 실험용 시료 프레임 셀(121a, 이하 시료 프레임 셀)을 손쉽게 운반이 가능하게 함으로써, 물순환 모의 실험 전 직접적인 시료 제작에 소모되는 시간을 단축하며 시료 프레임 셀(121a)에 미리 다양한 요소기술을 시공하여 시시각각 시료 프레임 셀(121a)의 구조를 변경하여 다양한 케이스의 검증 실험이 가능하도록 할 수 있는 장점을 제공한다.

도 4는 도 3의 시료부(121) 중 하나의 단위인 시료 프레임 셀(121a)의 구조를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)는 하나의 시료 프레임 셀(121a) 만을 이용하여 물순환 모의 실험이 가능하며, 2개 내지 5개의 시료 프레임 셀(121a)을 연속적으로 강우차집장치(120)의 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122) 내로 N 열 × M 행(N은 2, M은 3 이상의 자연수)으로 배열하여 이용이 가능하다.

시료 프레임 셀(121a)의 전면부(121a-1)와 후면부(121a-2)는 시료 프레임 셀(121a)을 연속적으로 배열하여 사용하는 경우 접합면을 이루는 경우 개방이 가능한 구조로 형성되며, 이를 위해 셀 베이스 프레임(121a-3)은 상부, 전면, 후면이 개방된 육면체 형상으로 형성된다.

한편, 여기서 시료 프레임 셀(121a) 상의 전면부(121a-1), 그리고 셀 베이스 프레임(121a-3) 상에서 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 외곽방향으로 측면부에 아크릴판을 형성함으로써, 부착하여 물순환 모의 실험 시 내부에서 일어나는 현상을 관찰할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 유출 도 5a와 같이 지표 유출, 지표하 유출, 지하수 유출을 위해 형성된다.

그리고, 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)은 토양 및 골재 그리고 콘크리트의 하중을 견디기 위하여 구조적으로 안정을 위하여 각 방향별로 보강재를 설치하며, 시료 프레임 셀(121a)의 바닥부(bt)는 지하수 유출이 발생시 수조로 물을 배수하기 위하여 스텐리스 재질의 매쉬소재를 이용하며, 그 하단에 하중을 견디기 위한 보강재를 설치하는 것이 바람직하다.

도 4a와 같이 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)에 시료 프레임 셀(121a)을 안착시 전면부(121a-1) 및 후면부(121a-2) 탈부착 작업이 용이하도록 좌측과 우측 시료 프레임 셀(121a)의 높이를 100mm 편차를 주는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 정면을 기준으로 좌측 시료 프레임 셀(121a)은 1,000(B) * 1,000(L) * 700mm(H), 우측 시료 프레임 셀(121a)은 1,000(B) * 1,000(L) * 600mm(H)로 설계되는 것이 바람직하다.

도 5는 도 4의 시료 프레임 셀(121a)의 용도를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 시료 프레임 셀(121a)의 이동을 위하여 측면부에 인양고리(121a-4)를 용접하여 부착하며, 전면부(121a-1)과 후면부(121a-2)의 셀 베이스 프레임(121a-3)과의 탈부착을 위하여 도 5a에 도시된 바와 같이 볼트(121a-5)를 이용하여 조일 수 있는 구조를 제공한다.

그리고 도 5b와 같이, 시료 구성의 상황에 따라 시료 프레임 셀(121a) 내에 셀 베이스 선반(121a-9)을 삽입하여 높이조절이 가능한 구조를 제공하며, 셀 베이스 선반(121a-9)의 변동 가능한 높이는 5cm, 10cm, 15cm, 20cm, 30cm으로 차등으로 제공될 수 있다.

셀 베이스 선반(121a-9)도 시료 프레임 셀(121a)과 동일하게 스텐리스 재질의 매쉬소재를 이용하여 침투량이 하부로 배수되도록 하였다.

그리고 셀 베이스 선반(121a-9)은 시료 프레임 셀(121a) 내부로 삽입을 용이하도록 하기 위한 상부면 양측단에 손잡이를 설치한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시료 프레임 셀(121a)의 인양 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 호이스트(1)로 이동시 인양고리(121a-4)의 변형을 방지하기 위하여 인양고리(121a-4) 사이에 강봉(121a-6)을 이용해 시료 프레임 셀(121a)을 들어올리는 것이 바람직하다.

또한, 시료 프레임 셀(121a)의 이동시 강봉(121a-6)의 미끌림으로 시료 프레임 셀(121a)에서 탈착되는 것을 방지하기 위하여 강봉(121a-6)에 도시된 바와 같이 각 인양고리(121a-4)와 고정부재(121a-8)에 의해 고정되는 안전 고리(121a-7)를 설치하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시료 프레임 셀(121a) 내의 함수비 측정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 시료 프레임 셀(121a) 내에 함수비 측정 장비(3)를 삽입할 수 있도록 매쉬 소재를 이용한 공간인 함수비 측정 장비 삽입단(2)을 형성한다.

함수비 측정 장비 삽입단(2)에 의해 형성된 공간은 시료 프레임 셀(121a) 내부의 횡압력 의해 왜곡되지 않도록 스테인리스 강관을 이용하여 프레임을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 또한 토양내 함수량의 오차를 줄이기 위해서는 매쉬 소재로 이루어진 함수비 측정 장비 삽입단(2)의 공간 내부에 시료에 쓰이는 재료를 동일하게 투입하며, 가능하면 다짐도 역시 동일하게 하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서의 강우 검증 유량 차집 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)에 의해 형성되는 유출 플롯(Runoff Plot)을 모두 사용할 경우 강우 검증 구조를 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 10은 도 9에서의 선반 구조로 형성되는 강우 차집 선반(123)을 나타내는 도면이다. 차집 선반(123) 위에는 차집대(124)가 시료 프레임 셀(121a)와 하나씩 상하로 매칭되어 형성된다.

먼저, 도 8 및 도 9를 참조하면, 강우분사를 위해 펌프에서 유입되는 유량은 유량계를 이용해서 유량확인이 가능하지만 실제 유입되는 유량은 계측값과 비교해 오차가 크다. 그러므로 실험 전 강우의 분사량 검증이 필요한데 이를 위해 PVC재질을 이용하여 1,000 * 1,000 * 10mm규모의 강우 차집 선반(123)을 제작하여 한 배관의 다섯 개의 노즐 중 하나의 노즐만을 사용하여 강우검증이 손쉽게 행해지도록 하였다.

그리고, 도 9 및 도 10을 참조하면, 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 N 열 × M 행(N은 2, M은 3 이상의 자연수)로 형성되는 단위 플롯(Plot)을 모두 사용할 경우 강우차집장치(120)를 나타낸다. 강우차집장치(120)는 1,000 * 1,000 * 10mm의 PVC 재질의 강우 차집 선반(123)과 경량 스텐리스 강관(KS D 3595, 부식 방지)를 이용하여 선반을 형성한다. 강우 차집 선반(123)의 높이는 때에 따라 시료의 표면 높이와 동일하게 다리의 높이 조절이 가능하도록 하며, 최대 1m~1.8m까지 높이 조절이 가능하는 것이 바람직하다.

도 11은 도 10의 강우 차집 선반(123)의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참조하면, 물순환 모의에 사용되는 강우계는 자연 상태의 강우 범위 분포에 맞춰서 버킷용량이 정해져 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)는 검증용 강우 차집 선반(123)을 이용하여 강우계의 사용 노즐에 따라 강우계 버킷용량을 정할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서 경사조절장치(160)를 설명하기 위한 도면이다. 도 12a를 참조하면, 기존의 경우 경사조절을 수동으로 돌려서 경사를 조절하였지만 오랜 시간을 들여야 하며 체력적으로 손실이 크다는 단점이 있다. 이에 따라 도 12b의 본 발명의 실시예에 따른 강우차집장치(120)의 경사도를 조절하는 경사조절장치(160)는 전동 모터(161)를 장착하여 경사를 조절하며 데이터 로거(통합 컨트롤러)(140)에 전동 모터 컨트롤러를 설치하여 단시간에 손쉽게 원하는 경사를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 데이터 로거(140)에 형성된 경사 센서를 이용하여 조작 시점에서 즉시 경사를 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 경사조절장치(160)는 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 일측을 승강시켜 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 기울기를 조절한다. 이는 전동 모터(161)로부터 회전력을 전달받은 볼스크류장치(162)가 너트하우징(163)과 체결되고, 너트하우징(163)의 일측 및 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 하부에 체결된 승강대(164)가 상하로 이동되도록 구성할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 유량 관측 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 고정밀 차압식 센서(131)를 이용한 고정밀 유량측정 수조(130)를 나타내는 도면으로, 도 14a는 고정밀 유량측정 수조(130)의 측면도, 도 14b는 고정밀 유량측정 수조(130)의 정면도, 도 14c는 고정밀 유량측정 수조(130)의 평면도이다.

먼저, 도 13을 참조하면, 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122) 및 시료 프레임 셀(121a)에 의해 형성되는 유출 플롯(Runoff Plot)은 강우에 의한 지표 및 지표하 그리고 지하수 유출수가 발생하는데(도 5 참조), 이를 고정밀 수위측정 수조(130)에 의해 차집하여 수위를 관측하며 실시간 유량으로 환산을 한다.

한편, 기존 검증기기는 부자식 센서로 수위를 관측하였으나, 도 13b와 같은 그래프와 같이 부자식 센서로 수조의 수위를 측정시 LID 요소기술에서 발생하는 유출수는 그 양이 미소하여 부자식 센서로 측정하는 수위는 정밀도가 낮은 관계로 시간적 혹은 정량적으로 정밀한 측정이 불가능하다.

이에 따라 도 14와 같이 본 발명에서의 고정밀 수위측정 수조(130)는 고정밀 차압식 센서(131)를 이용해 수위를 측정함으로써, 도 13c와 같이 정밀한 수위 측정이 가능한 장점을 제공한다.

도 15는 도 14의 고정밀 차압식 센서(131)의 원리를 나타내는 도면이다. 도 15를 참조하면, 고정밀 차압식 센서(131)는 압력소자(131a) 2개를 사용한 센서로, 저압부분을 구성하는 압력소자(131a)는 대기압과 접촉하며, 고압부분을 구성하는 압력소자(131b)는 수압을 받는 부분을 형성한다.

이후, 고정밀 수위측정 수조(130)에서 미리 설정된 데드 구간 까지를 물을 채운 다음 저압부와 수면에 받는 대기압을 기준압으로 설정하며, 시료 프레임 셀(121a)로부터 유출량이 발생하면 고정밀 수위측정 수조(130)로 유량이 차집됨에 따라, 수압이 증가하여 기준압인 대기압과의 차를 수위로 환산하는 방식이다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서의 검증 단말(150)로 구현된 UI(User Interface) 화면을 나타낸다. 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 의한 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서의 자동 유량환산 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 기존의 관측데이터 수집 프로그램은 펌프 유입유량, 강우, 수위만을 수신하여 저장함으로써, 관측된 수위를 이용하여 차집 수조의 면적을 곱하여 실시간 유량으로 환산하는 수작업을 하는 번거로운 방식을 사용한다. 이에 따라 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 검증 단말(150)의 프로그램상에 관측된 수위를 수조 면적을 곱하여 유량으로 자동적으로 환산한다.

또한, LID 요소기술에 발생하는 유출량은 미소하여 1㎡에 해당하는 수조면적에는 수위 변동량이 극히 적으므로, 수조 면적을 축소하여 사용할 경우가 있는데, 이때에는 유량 환산을 위하여 검증 단말(150)의 프로그램상에 고정밀 수위측정 수조(130)의 면적을 삽입하여 자동적으로 연산하는 것이 바람직하다.

이에 따른 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기(100)에서의 자동 유량환산 방법은 도 17과 같이, 고정밀 수위측정 수조(130) 상의 고정밀 차압식 센서(131)에 의한 관측 수위 측정이 수행된 뒤(S11), 측정된 관측 수위 데이터가 데이터 로거(140)로 전송되어(S12), 최종적으로, 검증 단말(150)로 전달됨으로써(S13), 검증 단말(150)의 프로그램에서 자동적으로 관측된 수위 데이터를 이용하여 고정밀 수위측정 수조(130)의 면적을 곱하여 실시간 유량을 환산한다(S14).

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1: 호이스트
2: 함수비 측정 장비 삽입단
3: 함수비 측정 장비
100: 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기
110: 강우모사기
111: 바퀴
112: 이동 레일
120: 강우차집장치
121: 시료부
121a: 시료 프레임 셀
121a-1: 전면부
121a-2: 후면부
121a-3: 셀 베이스 프레임
121a-4: 인양고리
121a-5: 볼트
121a-6: 강봉
121a-7: 안전 고리
121a-8: 고정부재
121a-9: 셀 베이스 선반
122: 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임
123: 차집 선반
124: 차집대
130: 고정밀 수위측정 수조
131: 고정밀 차압식 센서
131a: 압력소자
140: 데이터 로거(통합 컨트롤러)
150: 검증 단말
160: 경사조절장치
161: 전동 모터
162: 볼스크류장치
163: 너트하우징
164: 승강대

Claims

강우차집장치(120); 고정밀 수위측정 수조(130); 및 하단부에 바퀴(111)를 달아 전후로 이동이 되는 강우모사기(110); 를 포함하며,
강우차집장치(120)로부터 유출된 유량관측을 위하여 고정밀 차압식 센서(131)를 포함한 고정밀 수위측정 수조(130)를 이용하여 수위를 관측하며, 관측된 수위를 데이터 로거(140)를 통해 검증 단말(150)로 전송하여 검증 단말(150)의 프로그램상에서 자동으로 연산된 유량값을 실시간으로 저장하도록 하는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 1에 있어서, 강우모사기(110)는,
유량공급시스템과 일체로 제작되며, 좌우 미동을 방지하기 위해 바닥에 설치된 I형 레일(112)에 의해 고정되어 이동하며, 이동 레일(112)을 통해 이동하는 바퀴(111)로 우레탄 육륜 트로리를 사용하는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 1에 있어서, 강우모사기(110)는,
이동 범위로 6개의 바퀴 중 길이 방향(Lf)의 중앙에 형성된 두 개의 바퀴(111)를 중심축으로 설정시 전 후 각각 3.3m 씩 이동가능하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 1에 있어서, 강우차집장치(120)는,
강우모사기(110)의 전후 이동(중심축으로부터 전:3.3m, 후:3.3m)에 따라 호이스트(1)를 이용한 시료부(121)를 이루는 LID 검증 실험용 시료 프레임 셀(121a, 이하 시료 프레임 셀)에 대한 운반에 따라 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122) 내로 N 열 × M 행(N은 2, M은 3 이상의 자연수)으로 배열로 안착 되는 다수의 시료 프레임 셀(121a)로 이루어진 시료부(121); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 4에 있어서, 시료 프레임 셀(121a)은,
상부, 전면, 후면이 개방된 육면체 형상으로 형성되는 셀 베이스 프레임(121a-3); 을 포함하며,
시료 프레임 셀(121a)의 전면부(121a-1)와 후면부(121a-2)는, 시료 프레임 셀(121a)을 연속적으로 배열하여 사용하는 경우 접합면을 이루는 경우 셀 베이스 프레임(121a-3)으로부터 분리되어 개방이 수행되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 5에 있어서,
시료 프레임 셀(121a) 상의 전면부(121a-1), 그리고 셀 베이스 프레임(121a-3) 상에서 유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)의 외곽방향으로 측면부에 아크릴판을 형성하여, 부착하여 물순환 모의 실험 시 내부에서 일어나는 현상을 관찰하는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 6에 있어서, 시료 프레임 셀(121a)의 바닥부(bt)는,
지하수 유출이 발생시 수조로 물을 배수하기 위하여 스텐리스 재질의 매쉬소재를 이용하며, 하중을 견디기 위한 보강재를 설치하는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 7에 있어서,
유출 플롯(Runoff Plot) 프레임(122)에 시료 프레임 셀(121a)을 안착시 전면부(121a-1) 및 후면부(121a-2) 탈부착 작업을 위해 좌측과 우측 시료 프레임 셀(121a)의 높이를 100mm 편차를 주는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 4에 있어서, 시료 프레임 셀(121a)은,
이동을 위하여 측면부에 인양고리(121a-4)를 용접하여 부착하며, 전면부(121a-1)과 후면부(121a-2)의 셀 베이스 프레임(121a-3)과의 탈부착을 위하여 볼트(121a-5)를 이용하여 조이고 푸는 구조를 제공하는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.
청구항 4에 있어서, 시료 프레임 셀(121a)은,
내부에 함수비 측정을 위한 함수비 측정 장비(3)를 삽입할 수 있도록 매쉬 소재를 이용한 공간인 함수비 측정 장비 삽입단(2)이 형성되며,
함수비 측정 장비 삽입단(2)에 의해 형성된 공간은 시료 프레임 셀(121a) 내부의 횡압력 의해 왜곡되지 않도록 스테인리스 강관을 이용하여 프레임을 형성하는 것을 특징으로 하는 물순환 모의를 위한 LID-수리수문 효율성 검증기기.