여수로

여수로는 할당된 저류공간에 수용할 수 있는 용량을 초과하는 홍수량 또는 전환댐
에서 전환계통의 용량을 초과하는 홍수량을 안전하고 효율적으로 방류하는 월류수
로로서 접근수로, 조절부, 도수로, 감세공 및 방수로의 5개 부분으로 구성되며, 각
부분은 설계홍수량을 안전하게 소통시킬 수 있는 단면을 가져야 하고 지형, 지질에
가장 적합한 형식과 구조를 선정해야 한다.

【해 설】
1. 접근수로
접근수로는 저수지에서 조절부에 이르는 수로이다. 콘크리트댐의 월류 여수로의 경우에
는 필요없으나 필댐에서와 같이 댐 접안부(接鞍部), 산등성이 또는 안부(鞍部)에 설치되
는 경우에는 접근수로가 필요하다. 접근유속은 작게 하고 수로의 만곡과 천이는 완만하게
하여 수두손실(여수로의 방류량 감소를 초래하므로)을 줄이고 여수로상의 흐름을 균일하
게 한다.

2. 조절부
여수로의 조절부는 여수로 물넘이 부분이다. 이는 저수지로부터 방류를 제한 또는 차단
하고 방류량을 조절한다. 조절부의 구조는 웨어, 오리피스, 또는 관의 형태이다. 조절부는
설치 위치와 모양에 따라 여러 가지 형태를 갖는다. 평면상에서 보면 직선, 곡선 반원형,
U자형 또는 원형이 된다. 월류부는 칼날웨어, 오지(ogee), 광정웨어 등 여러 형태이다. 오
리피스의 유입부는 직각, 곡선 및 나팔형이다.

조절부의 주요 형식과 특징은 다음과 같다.
가. 조절수문(제수밸브 포함)의 유무에 의한 분류
1) 조절형
이는 여수로 조절부에 수문이나 제수(制水) 밸브 등을 설치하여 저수지로부터의
방류를 조절하는 방법으로서, 콘크리트 댐, 대규모 필댐 등에 채용된다. 수문조작
이 적절하지 않을 경우에는 비조절형 여수로 보다도 나쁜 결과가 될 수도 있으며,
인위적인 홍수를 초래하게 할 가능성도 있다. 따라서 완전한 유지관리와 조작을
기대할 수 있는 대규모의 저수지 이외에는 이러한 형을 피하는 것이 바람직하다.
2) 비조절형
이는 여수로 조절부에 수문, 제수밸브 등의 유량 조절시설을 설치하지 않은 형식으로
방류량은 웨어나 오리피스 등의 수리특성에 따르게 된다. 이 형식은 유지관리비가 적게
들므로 소규모의 농업용 저수지의 여수로에 많이 사용되고 있다.
그러나 이러한 형은 댐의 안전, 수몰 문제, 필요한 댐 여유고와의 관계 등으로 월류수
두를 크게 취할 수 없는 경우에는 얕은 월류수심 때문에 긴 웨어가 필요하게 되어 지형
에 적합한 설계가 곤란한 경우가 많다.
상술한 바와 같이 물넘이 조절부의 두가지 형은 각기 장․단점이 있으므로 저수지의
규모, 목적, 공사비 및 완전한 유지관리의 가능성 등 여러 가지 관련된 요소를 고려하여
조절부의 형을 결정한다.

나. 조절부의 수리특성에 의한 분류
1) 월류형 조절부
급경사 여수로의 대표적인 형으로, 여수로 유입부에 월류웨어를 설치하여 댐체에 대하
여 직각방향으로 도수로의 중심선에 평행하게 유입시키는 구조이다. 대규모의 여수로에서
수문 조절인 경우 이러한 형이 많이 채택된다.
2) 측수로 유입형 조절부
이는 월류웨어를 설치하되 웨어를 월류한 물은 웨어에 평행하게 굴착한 옆도랑에 유입
시켜 유향을 수로 중심선에 따라 변경하여 흐르게 하는 형이다. 방류해야 할 홍수량이 큰
여수로에서는 적합하지 않은 형이다.
3) 사프트형 조절부
여수로 조절부가 원형, 나팔형 모양 및 사각형의 웨어 마루로 되어, 그 둘레에서 넘어
오는 물을 연직 또는 경사를 갖는 사프트로 낙하시켜서, 댐 접(안)부에 굴착한 터널 또는
댐 본체 밑에 설치한 암거를 통하여 유하시키는 형이다. 구조상 물넘이내의 낙하부, 만곡
부 등에 부압이 발생할 수 있으며, 이러한 형은 시공과 유지관리 등에 난점이 있다. 또한
공동현상, 사프트안의 소용돌이, 공기혼입, 진동 등이 설계과정에서 고려되어야 한다.

3. 도수로 (급경사수로)
도수로는 여수로 조절부의 말단(천이부 하류끝)에서부터 감세공 시점에 이르기 까지의
급경사 수로이며, 개수로, 터널, 암거, 개수로와 터널의 병용 등 여러 가지 형이 있다. 도
수로가 설치될 산바닥의 비탈이 완만하고 경암반이 지표면에서 얕을 경우는 일반적으로
개수로가 유리하다. 지형조건이 불리하여 다소 곤란한 점이 있더라도 되도록 개수로를 채
택하는 것이 수리적, 구조적으로 가장 안전하다. 그러나 굴착량이 많아 비경제적인 경우
또는 도수로 공사중에 임시배수로의 일부로 이용하는 것이 매우 경제적인 경우에는 터널
또는 개수로 터널의 병용식을 택할 수 있다.

4. 감세공
여수로를 통해서 물이 흐르게 되면 저수지 수위에서 하류하천 수위에 이르는 수두에
해당하는 위치에너지는 높은 운동에너지로 변환된다. 이러한 고유속의 흐름이 장애물에
부딪치면 매우 큰 압력으로 나타나 댐하류단의 세굴, 침식 또는 인접구조물의 손상을 주
게 된다. 따라서 이러한 피해를 야기하지 않고 저수지로부터의 방류를 하류하천에 이르도
록 하는 수단이 필요하고 이러한 수단을 감세공이라 한다. 감세공에는 감세지(Stilling
basin), 롤러 버킷(Roller bucket), 플립 버킷(Flip bucket) 등이 채택된다.

5. 방수로
방수로는 감세공으로 부터 하류하천에 이르는 수로이다. 경우에 따라서는 유도 수로만
굴착하여 놓고 홍수가 유하할 때의 침식작용으로 필요한 수로단면이 형성되도록 하는 경
우도 있다. 어느 경우에 있어서도 하류 수위상승으로 인하여 감세공의 기능이 약화되지
않도록 해야 한다.

3.2.1 접근수로
여수로 접근수로에서의 유속은 4m/sec 이하가 되도록 한다. 평면형은 흐름에 교란
이 생기지 않도록 여수로를 향하여 완만하게 점차적으로 축소시킨다.
웨어마루에서 접근수로 바닥까지의 깊이는 웨어마루에서의 설계수두의 1/5 이상이
되도록 한다.

【해 설】
1. 접근수로에서 유속이 과대하면 유입손실수두가 증대될 뿐 아니라 충격파가 발생하여
수면이 동요하며, 공기가 혼입하여 통수능력을 저하시키고 흙모래가 유입하므로 접근유속
의 한계는 4m/sec 이하로 한다.
2. 접근수로의 수심은 월류수심, 유량 등을 감안하여 결정한다.
3. 접근수로의 평면형을 결정하는데 일정한 기준은 없으나 이 부분의 흐름 상태는 조절
부 하류에서의 흐름 상태에 영향을 미치므로, 평면형의 결정에는 신중을 기해야 한다. 특
히, 급경사형 여수로의 일부 형식에서는 조절부의 정류작용이 약해서 접근수로에서 발생
한 편류가 도수로나 감세공까지 계속되어, 감세공의 기능을 감소시키는 수가 있다. 따라
서 큰 여수로에 대해서는 수리모형실험을 통하여 흐름의 상태를 개선할 필요가 있다.

3.2.2 조절부
3.2.2.1 월류웨어
여수로의 웨어는 원칙적으로 그 평면형이 직선형이고, 효율이 높은 단면형이어야 한
다. 조절형 여수로에서는 설계 홍수량 뿐만 아니라 수문을 부분적으로 열었을 때의
유량도 감안하여 부압이 발생하지 않도록 웨어의 단면형과 수문의 위치를 결정해야
한다.

【해 설】
1. 여수로의 조절형에는 월류웨어와 수로유입형이 있으나 후자는 대규모 필댐에서 지형
상으로 부득이한 경우에 이용되므로 전자에 대해서만 해설한다.
여수로의 방류능력은 접근수로, 조절부, 도수로 등 각 부분의 용량에 따라 영향을 받는
다. 도수로는 지형상 급경사일 경우가 많고 또 여수로용량은 조절부의 크기에 지배되는
경우가 많으며, 조절부 유입구에서 한계수심이 될 때가 많다. 조절부의 곡률 반경이 작거
나 하류 천이부와 도수로의 형상이 특수한 경우에는 수리모형 실험을 하여 그 용량을 확
인해야 한다.

2. 월류웨어
여수로 유입부에서 홍수방류량을 조절하고 방류를 효율적으로 하기 위하여 월류웨어가
많이 채용된다. 웨어의 단면형은 칼날웨어에서 형성된 월류 수맥의 하부 경계와 같은 형
상을 갖는다. 이는 최적 유량을 얻는데 이상적인 형상이다. 웨어의 단면은 월류수두, 웨어
상류면의 경사 및 웨어의 높이에 따라 다르게 된다.

3.2.2.2 측수로 여수로
측수로 여수로는 원칙적으로 설계홍수유량에 대하여 웨어의 어느 부분도 수중웨어
가 되지 않도록 설계한다. 또 이상홍수에 대해서는 측수로내의 수면이 그의 최상류
단에서 월류수심의 2/3 보다 높지 않도록 설계되어야 한다.

【해 설】
측수로의 단면으로는 사다리꼴이 가장 보편적이다. 폭과 수심의 비가 크면 즉, 측수로의폭이 수심에 비하여 커서 수로내의 수심이 작게되면 수로내의 흐름과 유입흐름의 혼합․확산이 빈약하게 된다. 폭과 수심의 비가 작은 단면형을 갖는 수로가 수리학적으로 좋은 결과를 제공한다. 그러므로 수로바닥의 폭을 최소로 함이 필요하다. 측수로는 암반
기초에 두고 콘크리트 라이닝을 한다. 측수로내에서 유입흐름과의 효과적인 혼합을 확실
하게하고 특히 유량이 작을 때 가속 또는 난류의 발생 가능성을 피하기 위해서는 깊은
수심과 작은 유속(상류흐름)을 유지해야 한다. 이를 위해서는 측수로의 바닥경사를 완만
하게 해서 한계경사 보다 작게하거나 측수로 하류단에 지배단면을 설치해야 한다. 지배단
면은 한계흐름을 발생하도록 측수로 폭을 감소시키거나 바닥의 표고를 높이므로서 얻을
수 있다. 지배단면의 주요 목적의 하나는 수로에 충분한 수심을 유지하도록 하류단에 한
계흐름을 제공하는 것이다. 즉 측수로의 하류단에 설치되는 지배단면의 목적은 수로에 충
분한 수심을 유지하여 월류로 유입되는 물에 대한 물방석을 제공해서 도수로에 유입되기
전에 유입흐름의 에너지를 대부분 감세시키기 위함이다.

                                                                     <그림 3.2-1> 측수로 여수로 단면도

3.2.2.3 천이부
여수로의 천이부는 조절부로부터 유하량으로 인하여 조절부 상류에 불합리한 수위
상승 또는 저하배수가 생기지 않도록, 또 천이부내에 불합리한 수면저하, 심한 난류
가 일어나지 않고 유하하도록 설계해야 한다. 예상되는 이상홍수유량에 대하여도 수
위유량곡선 등이 현저히 변동하지 않도록 하여야 한다.

【해 설】
급경사 여수로에서 조절부는 댐과 직접 연결되므로 월류수심이 제한을 받지 않도록 일
반적으로 폭을 넓게 한다. 측수로 여수로의 수로는 보통 비대칭 사다리꼴 단면이기 때문
에 도수로 단면으로서는 적당치 못하다. 따라서 경제적인 여수로를 설계하기 위하여 조절
부와 도수로 사이에 천이부를 설치한다. 이 시설은 여수로 전체에 큰 역할을 하거나 홍수
유하능력에 영향을 주고 흐름을 지배하므로 이 계획과 설계는 특히 주의를 요한다. 천이
부의 평면 모양은 도수로의 흐름과 여수로의 방류능력에 큰 영향을 미치므로 편류를 방
지하고 안정된 흐름을 유지하도록 조절부, 천이부, 도류부가 동일축에 있도록 한다.
천이부의 단면 변화를 결정하는 일정한 법칙은 없지만 흐름이 비교적 급류인 경우는
<그림 3.2-2>과 같이 천이부시점과 종점의 최외측 유선을 연결하는 직선이 수로중심선
과 거의 12°30'의 각을 이루는 것을 편의상 취하고 있다. 지형상 이 이상의 각도를 취하
여야 할 때는, 흐름의 개선을 위하여 수리모형실험이 필요하고 설계에서는 천이부에서의
수리능력 변화를 충분히 검토해야 한다. 유량이 변동함에 따라 조절부 이외에 새로운 지
배단면이 생겨 이 점의 수리능력이 여수로 전체의 수리능력을 규제할 가능성이 있다. 이
와 같은 평면형을 설계함에 있어서는 종단면형의 결정이 특히 중요하다.

<그림 3.2-2> 천이부의 폭변화

 

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