침사지 설계

침사지란 무엇인가

침사지는 유역에서 유입되는 토사와 유송잡물을 걸러내는 시설이다.

하류 취수구와 도수관, 저수지에 닿기 전에 토사를 잡아 두는 것이 목적이다.

설계를 잘못 잡으면 준설이 잦아지고 하류 시설이 막히므로 실무에서 핵심이다.

구성요소와 흐름

구성은 유입조절부, 토사조절부, 홍수조절부, 유출조절부로 나뉜다.

유입조절부는 흐름을 고르게 나눠 와류와 편류를 막는다.

침전부는 흐름을 잔잔하게 하여 설계 입경의 토사를 가라앉힌다. 가라앉은 토사는 퇴사저류부에 쌓인다.

홍수조절부는 홍수를 일시 저류하고, 유출조절부는 수위와 유출량을 제어한다.

침전부 수면적 산정

침전부 수면적은 설계 유량을 토사의 침강속도로 나눠 구한다.

여기서 Q는 설계 유량, vs는 설계 입경 토사의 침강속도다. 실제 설계에서는 난류 영향과 여유를 보정한다.

예제로 계획 취수량 1.0 ㎥/s, 체류시간 15분을 가정하면 필요 저류량은 900㎥다.

유효 수심 3 m이면 평면 면적은 V를 h로 나눈 300㎡가 된다.

소요용량 산정

소요용량은 퇴사저류부, 홍수조절부, 유출조절부 용량을 합해 정한다.

퇴사저류부는 토사유입량, 설계 유사포착률, 준설주기로 정한다.

홍수조절부는 홍수수문곡선과 홍수조절량으로 따로 정한다.

퇴사 저류량만으로 계산하는 것은 흔한 실수다. 각 부의 용량을 구분해 적는다.

침사지의 종류

침사지는 설치 목적과 구조 형식에 따라 여러 유형으로 나뉜다.

세굴형은 취수 설비 보호가, 토사 포착형은 하류 수질과 하천 퇴적 방지가 목적이다.

제진형은 유출부에 제진시설을 두어 부유잡물이 많은 하천에 쓴다.

취수용 침사지는 체류 시간과 평균 유속, 유효 수심의 기준을 따른다.

정리와 직접 풀기

먼저 침사지의 역할을 정리한다. 토사와 유송잡물의 하류 유출을 줄이는 저류 구조다.

침전부 수면적은 설계 유량을 침강속도로 나눠 구하고, 소요용량은 세 부분의 합이다.

직접 풀어 보자. 침강속도가 같을 때 유량 변화가 수면적에 주는 영향을 생각해 보자.

수면적은 유량에 비례하고 침강속도에 반비례한다는 점을 기억한다.