감세지 설계

감세지란

감세지는 상류의 과잉 에너지를 소산시켜 하류 하상을 지키는 수리구조물이다.

댐이나 보의 여수로를 지나 빠르게 흐르는 물을 바닥 위에서 뛰어오르게 해 힘을 흩어 버린다.

이 현상을 도수(Hydraulic jump)라고 한다.

프루드 수와 도수

흐름의 상태는 프루드 수로 구분한다. 프루드 수는 관성력과 중력의 비다.

프루드 수가 1보다 크면 사류, 1보다 작으면 상류다.

도수 구간에서는 운동에너지가 난류와 기포로 바뀌어 손실된다.

예제 계산

상류 수심 1.5 m, 유속 12 m/s인 예제로 Fr1 을 구해 보자.

Fr1 은 약 3.13 이다. 사류이므로 도수 조건을 확인해야 한다.

이 값은 감세공형 적용 범위에 들어, 블록형 감세지를 검토한다.

감세지 형식

감세지는 도수형, 감세공형, 완경사 감세지로 나뉜다.

도수형은 Fr 이 클 때 쓰며, 길이가 길어져 공사비가 커진다.

감세공형은 중간 Fr 범위에서 블록으로 길이를 줄이지만, 캐비테이션과 진동을 점검해야 한다.

완경사 감세지는 Fr 이 낮고 하류 수위가 높은 경우에 쓰며, 공간 확보가 필요하다.

형식은 상류 Fr 과 수위 조건으로 먼저 정하고, 세부 치수는 도수 공식으로 계산한다.

설계 절차와 흔한 실수

감세지 설계는 네 단계로 진행한다. 먼저 Fr1 을 계산하고 공액수심 y2 를 구한다.

수심이 모자라면 끝턱을 설치해 수심을 확보하고, 블록과 감세지 길이를 정한다.

설계의 핵심은 공액수심을 하류 수심이 충분히 넘도록 맞추는 것이다.

흔한 실수는 도수 조건을 확인하지 않고, 공액수심과 대응수심을 혼동하는 것이다.

또 블록 효과를 무시하고 수평 바닥판 길이만 늘리는 것도 실수다.

정리와 직접 풀기

지금까지 본 내용을 정리한다.

감세지는 도수로 에너지를 소산시켜 하류 세굴을 막는 구조물이다.

도수는 Fr1 이 1보다 크고 하류 수심이 공액수심 이상일 때 생긴다.

고낙차에서는 공동현상과 진동, 양압력 때문에 적용이 제한된다.

정답은 사류다. Fr 이 1보다 크면 사류다.