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A Study on the Design of Artificial Stream for Riverbed Filtration in Multi-purpose Filtration Pond

다목적 여과저류지에서의 하상여과용 인공하천 설계연구

  • Sohn, Dong-Hoon (Department of Environmental Engineering, Yeungnam University) ;
  • Park, Jae-Young (Water Resources Investigation & Planning Department, Korea Water Resources Corporation) ;
  • Kim, Seung-Hyun (Department of Environmental Engineering, Yeungnam University)
  • 손동훈 (영남대학교 환경공학과) ;
  • 박재영 (한국수자원공사 조사기획처) ;
  • 김승현 (영남대학교 환경공학과)
  • Received : 2011.04.28
  • Accepted : 2011.07.26
  • Published : 2011.07.29

Abstract

In order to find the best design of artificial stream for the riverbed filtration in multi-purpose filtration pond, a mathematical model was developed employing the energy line and the Manning's formula and was analyzed by the Euler's technique. Various design factors were investigated through scenario analyses of the artificial stream using the model. Results showed that the appropriate slope of the stream bottom was 2/10,000 and the appropriate infiltration rate at the streambed was $2.5m^3/m^2-day$ for the pond with the area of 100 ha, and that the Manning's roughness coefficient in this case was expected to be about 0.026 and the maximum water-depth was less than 1m. It was also shown that the longer the artificial stream the more advantageous it became for the riverbed filtration. Furthermore, results showed that it was not an efficient way to prevent clogging of the streambed by increasing the flow velocity of the stream and that the performance was higher near a weir with a large head drop.

다목적 여과저류지에 하상여과를 적용하기 위한 인공하천의 최적설계를 찾기 위해서 하천수의 에너지경사와 Manning의 평균유속공식을 이용하여 물 흐름에 대한 수학적 모델을 수립하였고, Euler의 방법을 이용한 수치해법으로 해석하였다. 모델을 이용하여 다양한 시나리오에 대한 모사를 수행함으로써 하상여과용 인공하천의 여러 설계요소를 검토하였다. 검토결과 면적이 100 ha인 강변저류지의 경우, 인공하천의 종단경사는 2/10,000, 하상에서의 침투율은 $2.5m^3/m^2-day$가 적당한 것을 알 수 있었다. 이 경우 수심은 1 m 이내이고 하상에서의 Manning의 조도계수는 0.026 정도로 예측되었으며, 인공하천의 길이가 길수록 유리함을 알 수 있었다. 한편, 인공하천에 빠른 유속을 발생시킴으로써 하상여과에 수반하는 하상의 폐색을 방지하는 방법은 효율적이지 않음을 알 수 있었고, 낙차가 큰 보의 주변에서 본 설비의 효율이 더 좋아짐을 알 수 있었다.

Keywords

References

  1. 오규창, "사례를 통한 천변저류지 계획시 고려하상," 물과 미래, 40(4), 20-26(2007).
  2. 4대강 살리기 추진본부, "4대강 살리기 마스터플랜," 국토해양부(2009. 7).
  3. 대구광역시, "상수도사업 100년," (2006).
  4. 김승현, "우리나라에서 강변여과와 하상여과의 비교," 대한환경공학회지, 29(10), 1154-1162(2007).
  5. Todd, D. K., "Ground Water Hydrology, Chap. 11," John Wiley & Sons, Inc.(1959).
  6. Kanarek, A. and Michail, M., "Groundwater recharge with municipal effluent: DAN region reclamation project, Israel," Water Sci. Technol., 34(11), 227-233(1996). https://doi.org/10.1016/S0273-1223(96)00842-6
  7. Bouwer, H., Rice, R. C. and Escarceca, E. D., "High-rate land treatment I : Infiltration and hydraulic aspects of the Flushing Meadows project," J. WPCF, 46(5), 834-843(1974a).
  8. Bouwer, H., Lance, J. C. and Riggs, M. S., "High-rate land treatment II : Water quality and economic aspects of the Flushing Meadows project," J. WPCF, 46(5), 844-859(1974b).
  9. Bouwer, H. and Rice, R. C., "Renovation of wastewater at the 23rd Avenue rapid infiltration project," J. WPCF, 56(1), 76-83(1984).
  10. Cho, C. M., "Oxygen consumption and denitrification kinetics in soil," Soil Sci. Soc. Am. J., 46, 756-762(1982). https://doi.org/10.2136/sssaj1982.03615995004600040018x
  11. 김승현, 정장식, "하상여과를 이용한 금호강 수질개선 연구," Environmental Research(영남대학교 환경문제연구소) 18(2), pp. 73-86(1999).
  12. 성치돈, 안규홍, 이용훈, 공인철, 김승현, "하상여과를 이용한 하천수질 개선연구-모델전개 및 모델 매개변수 결정," 대한환경공학회지, 25(4), 486-494(2003a).
  13. 성치돈, 안규홍, 이용훈, 공인철, 김승현, "하상여과를 이용한 하천수질 개선연구-모델해석 및 검증, 민감도 분석," 대한환경공학회지, 25(5), 580-587(2003b).
  14. Ahn, K.-H., Moon, H.-J. and Kim, S.-H., "A Kinetic Analysis of Organic Release from the Aquifer Soil in Riverbank/bed Filtration," Environ. Eng. Res., 10, 199-204(2005). https://doi.org/10.4491/eer.2005.10.4.199
  15. 김승현, 손동빈, 안규홍, "하상여과를 이용한 투수계수 감소현상 연구," 대한토목학회지, 25(4B), 301-308(2005).
  16. 안규홍, 손동빈, 김승현, "하상여과 모형에서 유기물과 질소의 제거," 대한환경공학회지, 27(5), 525-534(2005a).
  17. 안규홍, 문형준, 김경수, 김승현, "하상여과의 집수관 모형에서 잔류수두와 유입율 분포에 관한 실험연구," 대한환경공학회지, 27(12), 1305-1310(2005b).
  18. 김승현, "하상여과의 수평집수관에서 축방향 설계유속-모형실험결과의 실규모 적용," 대한환경공학회지, 28(8), 884-887(2006).
  19. 김우철, 김승현, "하상여과 모형에서 수평집수관의 조도계수," 대한환경공학회지, 29(2), 176-183(2007).
  20. Kim, S.-H., Ahn, K.-H. and Ray, C., "Distribution of discharge intensity along small-diameter collector well laterals in a model riverbed filtration," J. Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, pp. 493-500(2008).
  21. Hubbs, S., Ball, K., Haas, D. L. and Robison, M. J., "Riverbank filtration construction options considered at Louisville, Kentucky," in "Riverbank Filtration-Improving source-water quality," edited by Ray, C., Melin, G., and Linsky, R.B., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht(2002).
  22. Yang, C. T., "Sediment Transport-Theory and Practice," Krieger Publishing Company, Malabar, Florida(2003).
  23. Hwang, Ned H. C., Houghtalen, R. J., "Fundamentals of hydraulic engineering system," 3rd ed., Prentice Hall(1996).
  24. Chow, Ven Te, "Open-channel hydraulics," McGraw-Hill Book Company(1959).
  25. 경산시, "경산시 금호강 하상여과공법 적용을 위한 예비 타당성조사 학술용역 보고서," (2006. 6).
  26. Streeter, V. L., "Fluid Mechanics," 2nd ed., McGraw-Hill Book Company, Inc.(1958).
  27. Kreyszig, E., "Advanced Engineering Mathematics," 8th ed., Wiley, New York(1999).
  28. Fletcher, C. A. J., "Computational techniques for fluid dynamics, volume I," 2nd ed., Springer-Verlar, New York(1991).
  29. 경상북도, "하상여과를 이용한 오염부하량 저감방안에 대한 학술연구용역 보고서," (2007, 8).
  30. Pescod, M. B., "Wastewater treatment and use in agriculture-FAO irrigation and drainage paper 47," FAO, Rome (1992).
  31. 안수한, 수리학, 동명사(2000).

Cited by

  1. An Experimental Study on the Behavior of Phenol, 1,4-dioxane and Diazinon along the Travel Distance in Riverbank Filtration vol.35, pp.6, 2013, https://doi.org/10.4491/KSEE.2013.35.6.436
  2. An Experimental Study on the Clogging of Sand Filter in a Model Filtration-Pond vol.35, pp.9, 2013, https://doi.org/10.4491/KSEE.2013.35.9.681