과부하 4방향 원형 합류맨홀에서의 손실계수 분석

Analysis of Head Loss Coefficients at Surcharged Four-way Combining Manhole with Circular Shape

최근 도시유역의 중ㆍ하류부에 주로 설치되는 4방향 원형 합류맨홀에서 발생하는 과부하 흐름에 의한 에너지 손실은 도심지 침수피해를 가중시키는 주요 원인이다. 과부하 4방향 원형 합류맨홀에는 각 유입관의 유입유량조건에 따라 맨홀내의 흐름 양상이 크게 변화되며 에너지손실의 변화도 크게 발생된다. 도심지 침수 피해를 방기하지 위해 과부하 맨홀에 관한 연구는 꾸준히 진행되어 왔지만 맨홀의 유입관이 한 개 혹은 두 개로 구성된 제한된 조건에서의 연구만 수행되고 있는 실정이다. 4방향 원형 합류맨홀에서 유량조건의 다양한 구성은 기존의 중간맨홀 및 3방향(T형) 합류맨홀의 결과를 포함하는 확장된 조건에서의 연구를 가능하게 해준다. 따라서 4방향 원형 합류맨홀의 유입관 유입유량 변화에 따른 에너지 손실 변화 분석과 손실계수 산정에 관한 연구가 수행되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 과부하 원형 합류맨홀에서의 에너지 손실 변화를 분석하기 위하여 하수도시설기준(환경부, 2011)을 준용하여 4방향 원형 합류맨홀 직경 및 관경을 1/5로 축소 한 수리실험 장치를 제작하였다. 실험 조건은 유입관(주 유입관 및 양측면 유입관)의 유입유량비를 10% 간격으로 변화시킨 40case의 유량조건을 선정하여 유입관의 유입유량비 변화에 따른 다양한 손실계수를 산정하였다. 실험결과 중간맨홀에서 0.38의 가장 낮은 손실계수가, 90° 접합맨홀에서 1.56의 가장 높은 손실계수가 산정되었다. 또한 합류맨홀(T형, 4방향)의 경우 1.19~0.41의 범위에서 손실계수가 산정되었으며 측면 유입유량이 한쪽으로 편향될수록 보다 큰 손실계수를 나타냈다. 유입관의 유입유량 조건 변화에 따른 손실계수를 산정하여 손실계수 범위도를 작성하였으며, 과부하 4방향 합류맨홀에서 모든 흐름변화를 고려할 수 있는 손실계수 산정식을 제시하였다. 제시된 산정식은 유입관의 유입유량이 변화하는 배수 시스템의 설계 및 검증에 적용이 가능할 것으로 판단된다.