취수 공법  장단점 비교

사이펀 취수시설 작동원리

사이펀 취수시설은 관내 물이 가득차 있는 상태로 흐르는 관수로 유동으로 평상시 방류밸브가 닫힌 상태로 유지됩니다.  취수시 방류밸브를 열면 수위차에 의해 저수지의 물이 방류되고, 방류밸브를 닫으면 취수가 중단됩니다.
겨울철에는 동파 방지를 위해 사이펀 취수시설에서 물을 빼내고, 겨울이 지나 동파 위험이 사라지면 다시 물을 가득 채워 사이펀 취수시설을 운영합니다. 또한 사이펀 취수시설의 유지보수나 관리작업을 위해서도 물을 비우고 작업이 끝나면 다시 물을 가득 채웁니다.

사이펀 취수시설 물채우기

1 단계 : 양수기 이용, 방류관 물채움

사이펀 취수시설의 물을 채우는 1단계로서 에어벤트와 제체 상단 밸브는 열고 하류의 방류밸브는 닫습니다. 그후 양수기를 이용하여 저수지의 물로 사이펀 취수시설을 채웁니다. 방류부 관로에 물이 차면서 관내 공기는 에어벤트를 통해 빠져나갑니다. 방류부 관로가 가득차면 양수기를 정지시키고 에어벤트를 닫습니다.

2 단계 : 방류밸브 개방, 관내 음압 생성

2단계로서 에어벤트를 닫아 외부 공기와 단절시킨 후 방류밸브를 엽니다.
방류밸브가 열리며 방류관로에 있던 물은 방류밸브를 통과하여 빠져나가고 그에 따라 관내의 압력은 음압이 됩니다. 관내 압력이 음압으로 변하게 되면 유입관로쪽의 물은 음압에 의해 빨려 올려져 수위가 상승하게 됩니다.

3 단계 : 수위상승, 목부 월류 발생

방류관로의 물이 계속 빠져나가며 관내의 압력은 더 큰 음압이 되고 유입관로의 수위는 점점 높아지게 됩니다. 유입관로에서 올라온 물이 목부를 넘어 방류관로로 흘러가는 목부 월류가 나타납니다.

4 단계 : 사이폰 흐름(압력관수로) 형성

유입관로에서 목부를 넘어간 흐름은 방류관로로 흐르면서 방류관로의 공기와 함께 방류밸브를 통과하여 빠져나가고 물이 가득찬 압력관수로 흐름인 사이펀 흐름이 형성됩니다.
관내 물이 가득차게 되면 저수지 수위와 방류부의 높이차로 흐름이 계속 유지됩니다. 방류밸브를 잠그면 관내 압력은 음압, 물이 가득찬 상태로 정지하게 됩니다.

필요시 방류밸브를 열면 수위차에 의해 다시 사이펀 흐름이 발생하며, 방류밸브를 잠그면 흐름이 멈춥니다.

사이펀 취수시설 물빼기

사이펀 취수시설의 물을 비울때는 방류밸브를 열기 전에 에어벤트를 엽니다. 에어벤트를 열면 음압인 사이펀 취수시설로 공기가 들어가  관내 압력을 대기압으로 만듭니다. 이때 방류부 관로는 방류밸브가 닫혀있으므로 빠져나가지 못하고 유입부 관로는 열려있으므로 제체 마루에서 저수지로 물이 빠져나가 유입부 관로는 물이 없게 됩니다. 그 후 방류밸브를 열어 방류부 관로의 물을 제거합니다. 유입관로와 방류관로 전영역에 물을 비워 겨울철 동파에 대비하거나 유지보수, 관리작업을 수행합니다.

사이펀 취수시설에 적용되는 관련 특허는 다음과 같습니다.
 사통·복통 대체용 다수의 취수구를 이용한 취수시스템(제10-1683462호)
 사통·복통 대체용 부력장치를 이용한 경동식 취수시스템(제10-1683464호)
 공기유입방지 및 고양정 흡입이 가능한 월류형 취배수 장치(제10-2008204호)
 싸이펀 작동 유발부를 가지는 싸이펀 장치(제10-1566915호)

소규모 농업용 저수지의 취수시설은 대부분 사통과 복통을 연결하는 구조로 되어 있습니다.
복통은 저수지 사수위보다 낮은 위치에, 저수지 중앙부를 관통하여 설치되어 큰 토압을 받는 상태이므로 내부 균열이 생긴다면 토사유출의 위험이 있고, 제체의 토사와는 이질적인 콘크리트 구조물이므로, 접촉면을 따라 유로가 형성될 수 있는 취약점이 있습니다.
또한 소규모 저수지에 설치된 복통은 내경 800mm미만으로 작아서, 정밀안전진단을 통한 노후도 파악과 보수･보강 등의 선제적 재해대비도 어렵습니다.

기존 취수시설(사통,복통)의 문제점

<그림 I2> 사이펀 취수시설 개념도

기존 취수시설인 사통, 복통과 달리 제체를 관통하지 않고 사이펀 현상을 이용하여 제체 위를 월류하여 흐르기 때문에 노후화에 따른 제체 누수나 토사유출 등의 문제점을 근원적으로 없앤 취수시설입니다.
또한 밸브외의 동작하는 부분이 없어 고장이 적고 육상관리가 가능하므로 유지관리 비용도 적습니다. 복통 설치시보다 순공사비의 39%를 절감할 수 있고 유지관리비를 고려하여도 27%가 더 경제적이라고 평가되었습니다.(출처 : 농어촌공사 2017-05 지식나눔, 조절식 사이펀 여수로 개발)

사이펀 실험 및 검증 페이지에서는 사이펀의 기술적인 안정성과 성능을 확보하기 위해 시행하고 있는 각종 실험과 수치해석 및 3차원 형상 모델링 검증 등 다양한 기술자료를 살펴볼 수 있습니다.

• 수리모형 실험
• 수치해석 검증
• 3차원 CAD 형상 모델검증

연구개발

사이펀 여수로 및 취수시설은 시설 내부에 음압이 작용하는 특수한 수공 구조물로서, 초기 작동시, 사이펀 현상이 발생함에 따라서 관내부에 자유수면 흐름이 생성되고 점차 관수로 흐름으로 변하는 복잡한 흐름이 발생하며, 이에 대한 체계적인 해석은 이론적으로 매우 어려운 분야 중 하나입니다.

당사에서는 FLOW-3D를 이용한 3차원 수치모델 실험과 수리모형 실험을 통해 사이펀 여수로와 사이펀 취수시설에 대한 연구와 신기술 개발에 노력하고 있습니다.