사이펀 여수로의 작동방식

사이펀 여수로는 강우시 방류와 예비 방류(사전 방류)의 두가지 작동 방식이 있습니다.

강우 방류

  • 비가 내려 저수지로 많은 물이 유입되고 저수지 수위가 높아져 방류
  • 만수위 이상에서 작동

사전 방류

  • 이상홍수가 예보되는 경우, 저수지 수위를 낮추어 홍수조절용량을 확보하기 위해 방류
  • 만수위 이하에서 방류

강우시 사이펀여수로의 작동은 저수지 수위가 만수위 이상으로 높아져 자연월류가 발생함에 따라 시작됩니다.
자연월류에 의해 공기혼입과 공기연행이 일어나 사이펀 작용이 발달하며 결국 사이펀 만관흐름으로 방류하게 됩니다.
사전방류시 사이펀여수로 작동은 바이패스를 열어 물을 유입시켜고, 공기혼입과 공기연행(동영상)을 일어나  사이펀 작용이 발달함에 따라 시작됩니다. 점차 사이펀 작용이 활발해지고 결국 사이펀 만관 흐름으로 방류됩니다.

강우시 그리고 사전방류시 사이펀여수로의 작동원리에 대한 자세한 설명을 아래에서 살펴보시기 바랍니다.

강우시 사이펀여수로 작동원리

평상시 : 만수위 유지

평상시 저수지 만수위까지 저류합니다.

강우시 1 단계 : 자연 월류
작동원리_강우시_1단계

비가 내려 저수지로 물이 유입되면 저수지 수위가 올라가고, 만수위보다 높게 되면 사이펀 여수로를 통해 월류흐름이 발생합니다.
월류흐름은 하류 수조의 물과 충돌하며 관내 공기를 끌고 들어가고(공기혼입, air entrainment) 물과 함께 하류로 흘러나갑니다(동영상).
에어벤트가 열려 있으므로 빠져나간 공기만큼 에어벤트를 통해 공기가 유입되어 관내 압력은 대기압이 유지됩니다.

강우시 2 단계 : 에어벤트 자동 차단
작동원리_강우시_2단계

월류흐름에 의해 혼입된 관내 공기는 하류로 물과 함께 흘러나갑니다. 저수지 수위가 더 상승하여 에어밴트 입구까지 물에 잠기면, 사이펀여수로의 유입부, 유출부, 에어벤트가 모두 물에 잠기게 되어 사이펀 여수로 내부의 공기는 외부와 차단됩니다.
에어벤트 입구가 잠겨 더 이상 공기가 유입될 수 없으므로 빠져나간 공기만큼 관내 압력은 낮아지고 음압이 형성됩니다.

강우시 3단계 : 사이펀 발달, 관내 음압 형성
작동원리_강우시_3단계

월류흐름과 공기연행이 계속되며 더 많은 공기가 빠져나가 관내 압력은 더욱 감소하게 됩니다.
사이펀 여수로의 관내 압력이 낮아짐에 따라서 사이펀 여수로의 유입부와 유출부를 통해 물이 올라오고 관내 수위가 상승하며 사이펀 여수로는 점점 물이 차오르게 됩니다.

강우시 4단계 : 사이펀 여수로 작동
작동원리_강우시_4단계

계속된 월류흐름과 공기연행에 의해 마침내 관내 공기가 다 빠져나가고 만관이 되어 관수로 흐름이 형성됩니다.
월류흐름은 월류수심에 따라 방류량이 증가하지만 관수로 흐름인 사이펀 여수로 방류량은 저수지 수위와 하류수위의 수위차에 따라 증가하므로 월류흐름에 비해 많은 양을 방류할 수 있습니다.

만관으로 작동후 저수지의 수위가 내려가 에어밴트 입구가 열리게 되면, 에어벤트를 통해 공기가 유입되고 그에 따라 관내 압력이 대기압으로 회복되면서 사이펀 만관 흐름은 없어지고 월류흐름으로 바뀌게 됩니다. 저수지의 수위가 만수위 이하로 내려가면 월류흐름도 없어져 방류를 멈추게 됩니다.

사전방류시 사이펀여수로 작동원리

이상강우가 예보되면, 저수지 수위를 낮추고 낮춰진 수위만큼 홍수조절용량을 확보하기 위해 예비방류를 하게 됩니다.
자연월류가 아닌 바이패스를 통한 흐름으로 사이펀 여수로를 작동시킵니다.

사전방류 1단계 : 바이패스 흐름

에어밴트 밸브를 잠궈 에어벤트를 통한 공기유입을 차단하고, 바이패스 밸브를 열어 저수지의 물이 바이패스를 통해 관내로 유입되도록 합니다.
유입된 물은 하류 수조의 물과 충돌하며 관내 공기를 끌고 들어가(공기혼입, air entrainment) 함께 하류로 흘러나갑니다(동영상).

사전방류 2단계 : 관내 음압 형성, 월류흐름 발생
작동원리_사전방류_2단계

바이패스 흐름에 따라 공기연행이 계속되며, 많은 양의 관내 공기가 빠져나갑니다. 에어벤트 밸브가 잠겨 공기가 유입될 수 없으므로, 빠져나간 공기만큼 관내 압력은 낮아져 음압이 형성됩니다.
계속된 바이패스 흐름에 따라 사이펀 여수로 관내 압력은 음압으로 점점 낮아져며, 유입부와 유출부를 통해 물이 올라오게 되고, 관내 수위가 상승하며 바이패스 흐름과 더불어 월류흐름이 발생합니다.

사전방류 3단계 : 사이펀 발달
작동원리_사전방류_3단계

월류흐름에 따라 공기연행이 계속되며 더 많은 공기가 빠져나가 관내 압력은 더욱 감소하게 됩니다.
사이펀 여수로 관내 압력이 낮아짐에 따라서 관내 수위가 더 높이 상승하며 사이펀 여수로는 점점 물이 차게 됩니다.

사전방류 4단계 : 사이펀 여수로 작동
http://siphon.stikorea.co.kr/wp-content/uploads/작동원리_평상시_만수위.jpg

계속된 월류흐름과 공기혼입에 의해 마침내 관내 공기가 다 빠져나가고 만관이 되어 관수로 흐름이 형성됩니다.
월류흐름은 월류수심에 따라 방류량이 증가하지만 관수로 흐름인 사이펀 여수로 방류량은 저수지 수위와 하류수위의 수위차에 따라 증가하므로 월류흐름에 비해 많은 양을 방류할 수 있습니다.

저수지의 수위가 내려가 원하는 수위에 다다르면 에어밴트 밸브를 열어 공기를 유입시킵니다. 에어벤드를 통해 공기가 유입되면 관내 압력이 대기압으로 회복되면서 사이펀 만관 흐름은 월류흐름으로 변하게 되고 약 1분내외에 월류흐름도 없어지게 됩니다. 이후 바이패스 밸브를 잠궈 방류를 멈춥니다.