건설 및 분류: 수력 발전소, 댐, 수문, 펌프장

1. 수력 발전소의 배치 형태
수력 발전소의 일반적인 배치 형태는 주로 댐형 수력 발전소, 하상형 수력 발전소, 그리고 수로 변경형 수력 발전소로 나눌 수 있다.
댐형 수력 발전소: 댐을 이용하여 강의 수위를 높여 수두를 집중시키는 방식입니다. 주로 강의 중상류 고산 협곡에 건설되며, 일반적으로 중고낙차 수력 발전소입니다. 가장 일반적인 배치 방식은 댐 부지 근처의 저수댐 하류에 수력 발전소를, 댐 뒤쪽에는 수력 발전소를 배치하는 것입니다.
하상 수력 발전소: 발전소, 수문, 댐이 하상에 일렬로 배치되어 물을 함께 가두는 형태의 수력 발전소입니다. 주로 강의 중하류에 건설되며, 일반적으로 저낙차 고유량 수력 발전소입니다.
수로를 이용한 수력 발전소: 하천 구간의 낙차를 집중시켜 발전 수두를 형성하는 수력 발전소입니다. 유량이 적고 하천의 종방향 경사가 큰 중상류 지역에 주로 건설됩니다.

2. 수력발전 허브 건물의 구성
수력 발전소 허브 프로젝트의 주요 건물에는 물 저장 구조물, 방류 구조물, 유입 구조물, 도수로 및 방수로 구조물, 평탄 수위 조절 구조물, 발전, 변전 및 배전 건물 등이 포함됩니다.
1. 물 저장 구조물: 물 저장 구조물은 강을 차단하고, 빗방울을 모아 저수지를 형성하는 데 사용되며, 댐, 수문 등이 있습니다.
2. 방류 구조물: 방류 구조물은 홍수를 방류하거나, 하류 용수를 공급하거나, 저수지의 수위를 낮추기 위해 사용되며, 대표적인 예로는 여수로, 여수로 터널, 하부 배출구 등이 있습니다.
3. 수력 발전소 취수 구조: 수력 발전소의 취수 구조는 물을 도수로로 유입시키는 데 사용되며, 압력식 심수 취수구, 천수 취수구 또는 무압력식 개방형 취수구 등이 있습니다.
4. 수력 발전소의 취수 및 방류 구조물: 수력 발전소의 취수 구조물은 저수지에서 터빈 발전기로 발전용수를 이송하는 데 사용되며, 방류 구조물은 발전에 사용된 물을 하류 하천으로 방류하는 데 사용됩니다. 일반적인 구조물로는 수로, 터널, 가압관 등이 있으며, 횡단 구조물로는 수로교, 암거, 역사이펀 등이 있습니다.
5. 수력 발전용 평수 구조물: 수력 발전용 평수 구조물은 가압 도수로의 서지 챔버 및 비가압 도수로 끝단의 압력 수조와 같이 수력 발전소 부하 변화로 인해 발생하는 유량 및 압력(수심) 변화를 안정화하기 위해 도수로 또는 하류 구조물에 사용됩니다.
6. 발전, 변환 및 배전 건물: 수력 터빈 발전기 장치 및 제어 장치를 설치하는 주 발전소(설치 부지 포함), 보조 설비를 위한 보조 발전소, 변압기를 설치하는 변압기 야드, 고전압 배전 장치를 설치하는 고전압 개폐 장치를 포함합니다.
7. 기타 건물: 선박, 나무, 물고기, 모래 막힘, 모래 유출 등

댐의 일반적인 분류
댐은 강을 막아 물의 흐름을 차단하는 댐뿐만 아니라 저수지, 강 등의 물을 막는 댐을 의미합니다. 분류 기준에 따라 다양한 분류 방법이 있을 수 있습니다. 공학적으로 댐은 크게 다음과 같은 유형으로 나뉩니다.
1. 중력댐
중력댐은 콘크리트나 돌과 같은 재료로 건설되는 댐으로, 주로 댐 본체의 자중을 이용하여 안정성을 유지합니다.
중력댐의 작동 원리
수압 및 기타 하중 작용 하에서, 중력댐은 주로 댐 자체 무게에 의해 발생하는 미끄럼 방지력을 이용하여 안정성을 확보합니다. 동시에, 댐 본체의 자중으로 발생하는 압축 응력은 수압으로 인한 인장 응력을 상쇄하여 강도를 확보합니다. 중력댐의 기본 단면은 삼각형입니다. 평면상에서 댐의 축은 일반적으로 직선이지만, 지형, 지질 조건 또는 허브 배치 요구 사항에 맞춰 상류 방향으로 작은 곡률을 가진 꺾인 곡선이나 아치형으로 배치될 수도 있습니다.
중력댐의 장점
(1) 구조적 기능이 명확하고 설계 방법이 간단하며 안전하고 신뢰할 수 있습니다. 통계에 따르면 중력댐의 실패율은 다양한 유형의 댐 중에서 상대적으로 낮습니다.
(2) 지형 및 지질 조건에 대한 강력한 적응성. 중력댐은 강 계곡의 어떤 모양에도 건설할 수 있습니다.
(3) 허브에서의 홍수 방류 문제는 쉽게 해결할 수 있습니다. 중력댐은 월류 구조물로 만들거나 댐 본체의 높이에 따라 배수구멍을 설치할 수 있습니다. 일반적으로 다른 여수로나 배수 터널을 설치할 필요가 없으며 허브 배치가 간결합니다.
(4) 건설용 물길 전환에 편리합니다. 건설 기간 동안 댐 본체를 물길 전환에 사용할 수 있으며 일반적으로 추가 물길 전환 터널이 필요하지 않습니다.
(5) 편리한 시공.

중력댐의 단점
(1) 댐 본체의 단면 크기가 크고, 사용된 재료의 양이 많습니다.
(2) 댐 본체의 응력이 낮아 재료 강도를 충분히 활용할 수 없습니다.
(3) 댐 본체와 기초 사이의 접촉 면적이 넓어 댐 바닥에서 높은 양압이 발생하여 안정성에 불리합니다.
(4) 댐 본체의 부피가 크고, 시공 기간 동안 콘크리트의 수화열과 경화 수축으로 인해 불리한 온도 및 수축 응력이 발생합니다. 따라서 콘크리트 타설 시 엄격한 온도 제어 조치가 필요합니다.

2. 아치 댐
아치댐은 암반에 고정된 공간적 껍질 구조물로, 상류 방향으로 볼록한 아치형을 이루며, 아치 상단 단면은 상류 방향으로 수직 또는 볼록한 곡선 형태를 나타낸다.
아치댐의 작동 원리
아치댐 구조는 아치 효과와 보 효과를 모두 가지고 있으며, 댐이 받는 하중은 아치 작용으로 인해 양쪽 제방으로 부분적으로 압축되는 반면, 나머지 부분은 수직 보의 작용을 통해 댐 하단의 암반으로 전달됩니다.

아치댐의 특징
(1) 안정성 특성. 아치댐의 안정성은 중력댐처럼 자중으로 안정성을 유지하는 것이 아니라 양쪽 아치단의 반력에 주로 의존한다. 따라서 아치댐은 댐 건설 부지의 지형 및 지질 조건에 대한 요구 조건이 높을 뿐 아니라 기초 처리에 대한 요구 조건도 엄격하다.
(2) 구조적 특징. 아치댐은 높은 차수의 부정정 구조물로서, 과부하 용량이 크고 안전성이 높다. 외부 하중이 증가하거나 댐의 일부에 국부적인 균열이 발생할 경우, 댐 본체의 아치와 보의 작용이 스스로 조정되어 댐 본체 내부의 응력 재분포가 이루어진다. 아치댐은 전체적으로 공간적인 구조를 가지며, 경량이고 탄성이 뛰어난 본체를 갖는다. 또한, 실제 시공 경험을 통해 내진 성능도 우수함이 입증되었다. 게다가, 아치는 주로 축 방향 압력을 받는 추력 구조물이므로 아치 내부의 굽힘 모멘트가 상대적으로 작고 응력 분포가 비교적 균일하여 재료의 강도를 최대한 발휘할 수 있다. 경제적인 관점에서 볼 때, 아치댐은 매우 우수한 댐 유형이다.
(3) 하중 특성. 아치댐 본체에는 영구적인 팽창 이음매가 없으며 온도 변화와 기반암 변형은 댐 본체의 응력에 상당한 영향을 미칩니다. 설계 시 기반암 변형을 고려하고 온도를 주요 하중으로 포함해야 합니다.
아치댐은 얇은 단면과 복잡한 기하학적 형상 때문에 시공 품질, 댐 재료 강도 및 누수 방지 요건이 중력댐보다 더 엄격합니다.

3. 흙-암석 댐
토석댐은 흙과 돌과 같은 현지 재료로 만들어지는 댐으로, 역사상 가장 오래된 유형의 댐입니다. 토석댐은 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있으며 빠르게 발전하고 있는 댐 건설 방식입니다.
흙댐이 널리 적용되고 개발된 이유
(1) 현지 및 인근에서 자재를 구할 수 있어 시멘트, 목재, 철강을 대량으로 절약하고 건설 현장의 외부 운송량을 줄일 수 있습니다. 거의 모든 종류의 흙과 돌을 사용하여 댐을 건설할 수 있습니다.
(2) 다양한 지형, 지질 및 기후 조건에 적응할 수 있습니다. 특히 혹독한 기후, 복잡한 공학 지질 조건 및 고강도 지진 지역에서는 토석댐이 실제로 유일하게 실현 가능한 댐 유형입니다.
(3) 대용량, 다기능, 고효율 건설기계의 개발은 토석댐의 다짐밀도를 높이고 토석댐의 단면적을 줄이며 건설진행을 가속화하고 비용을 절감하며 고토석댐 건설의 발전을 촉진했습니다.
(4) 지반역학 이론, 실험 방법 및 계산 기술의 발전으로 분석 및 계산 수준이 향상되고 설계 진행이 가속화되었으며 댐 설계의 안전성과 신뢰성이 더욱 보장되었습니다.
(5) 고경사, 지하공학구조물, 고속수류에너지소산 및 토석댐 침식방지와 같은 지원공학사업을 위한 설계 및 시공기술의 종합적인 개발은 토석댐의 건설과 보급을 가속화하는 데 중요한 촉진 역할을 해왔습니다.

4. 사석댐
암석댐은 일반적으로 돌을 던지거나, 채우거나, 굴리는 등의 방법으로 건설하는 댐의 한 종류를 말합니다. 암석은 투수성이 있기 때문에 흙, 콘크리트, 아스팔트 콘크리트와 같은 불투수성 재료를 함께 사용해야 합니다.
사석댐의 특징
(1) 구조적 특징. 다짐된 사석의 밀도가 높고 전단 강도가 높아 댐 경사를 비교적 가파르게 할 수 있다. 이는 댐의 성토량을 줄일 뿐만 아니라 댐 바닥의 폭도 줄여준다. 따라서 수송 및 배수 구조물의 길이를 그에 따라 줄일 수 있고 허브의 배치를 더욱 콤팩트하게 하여 공사량을 더욱 줄일 수 있다.
(2) 시공 특성. 댐 본체의 각 부분의 응력 상황에 따라 사석체를 여러 구역으로 나누어 각 구역의 석재 종류 및 다짐도에 대한 요구 사항을 다르게 설정할 수 있다. 댐 중심부의 배수 구조물 시공 시 굴착된 석재를 충분하고 합리적으로 활용하여 비용을 절감할 수 있다. 콘크리트 사석댐은 우기나 혹한과 같은 기후 조건의 영향을 덜 받아 비교적 안정적이고 정상적인 시공이 가능하다.
(3) 운영 및 유지 관리 특성. 다짐된 암석 채움재의 침하 변형은 매우 작습니다.

펌프장
1. 펌프 스테이션 엔지니어링의 기본 구성 요소
펌프장 프로젝트는 그림과 같이 주로 펌프실, 배관, 취수 및 배수 시설, 변전소로 구성됩니다. 펌프실에는 펌프, 송전 장치, 동력 장치로 이루어진 설비와 보조 장비 및 전기 장비가 설치됩니다. 주요 취수 및 배수 시설에는 취수 및 취수 시설, 그리고 취수 및 배수 저수조(또는 급수탑)가 포함됩니다.
펌프장의 배관은 유입관과 유출관으로 구성됩니다. 유입관은 수원과 펌프의 흡입구를 연결하고, 유출관은 펌프의 배출구와 배수구를 연결하는 배관입니다.
펌프장이 가동되면, 물은 유입 건물과 유입관을 통해 펌프로 유입됩니다. 펌프에 의해 가압된 물은 배출 수조(또는 저수조) 또는 파이프라인 네트워크로 보내져 물을 끌어올리거나 운반하는 목적을 달성합니다.

2. 펌프 스테이션 허브 배치도
펌프장 허브 설계는 다양한 조건과 요구사항을 종합적으로 고려하여 건물의 종류를 결정하고, 상대적인 위치를 합리적으로 배치하며, 건물 간의 상호 관계를 관리하는 것을 목표로 합니다. 허브 설계는 주로 펌프장의 기능에 따라 결정됩니다. 펌프실, 유입 및 유출 배관, 유입 및 유출 건물 등 주요 설비의 배치 방식은 펌프장마다 달라야 합니다.
배수로 및 수문 등의 부속 건물은 주 프로젝트와 조화를 이루어야 합니다. 또한, 종합적인 활용을 고려하여 역 구내에 도로, 선박, 어류 이동 통로가 필요한 경우, 도로 교량, 선박 갑문, 어류 이동 통로 등의 배치와 주 프로젝트와의 연관성을 고려해야 합니다.
펌프장의 다양한 기능에 따라 펌프장 허브의 배치는 일반적으로 관개용 펌프장, 배수용 펌프장, 배수 및 관개 겸용 펌프장 등 몇 가지 전형적인 형태를 포함합니다.

수문은 물을 가두고 방류량을 조절하기 위해 문을 사용하는 저수두 수리 구조물입니다. 강, 운하, 저수지, 호수 둑에 흔히 설치됩니다.
1. 일반적으로 사용되는 수문의 분류
수문이 수행하는 작업에 따른 분류
1. 수문: 홍수를 막거나 수위를 조절하거나 방류량을 제어하기 위해 강이나 수로에 설치됩니다. 강바닥에 설치된 수문은 하천 차단문이라고도 합니다.
2. 취수문: 강, 저수지 또는 호수의 둑에 설치되어 물의 흐름을 조절합니다. 취수문은 취수구 또는 운하 수문이라고도 합니다.
3. 홍수 우회 수문: 주로 하천의 한쪽에 설치되며, 하류 하천의 안전 방류 용량을 초과하는 홍수를 홍수 우회 구역(홍수 저류지) 또는 수로로 방류하는 데 사용됩니다. 홍수 우회 수문은 양방향으로 물이 통과할 수 있으며, 홍수가 끝난 후 물이 저장되었다가 이곳에서 하천으로 방류됩니다.
4. 배수문: 하천 제방을 따라 건설되는 경우가 많으며, 내륙이나 저지대의 농작물에 피해를 주는 침수를 방지하는 역할을 합니다. 배수문은 양방향으로 작동합니다. 하천 수위가 내륙 호수나 저지대의 수위보다 높을 때는 주로 물을 차단하여 농경지나 주거 지역의 침수를 막습니다. 하천 수위가 내륙 호수나 저지대의 수위보다 낮을 때는 주로 침수 방지 및 배수 기능을 수행합니다.
5. 조문: 바다 어귀 근처에 설치되며, 만조 시에는 닫혀 해수가 역류하는 것을 막습니다. 간조 시에는 문을 열어 물을 방류하여 양방향으로 물의 흐름을 차단하는 특징이 있습니다. 조문은 배수문과 유사하지만, 작동 빈도가 더 높습니다. 외해의 조위가 내해의 조위보다 높을 때는 문을 닫아 해수가 내해로 역류하는 것을 막고, 외해의 조위가 내해의 조위보다 낮을 때는 문을 열어 물을 방류합니다.
6. 모래 배출 게이트(모래 배출 게이트): 탁한 강물에 설치되며, 유입 게이트, 제어 게이트 또는 수로 시스템 앞에 쌓인 퇴적물을 배출하는 데 사용됩니다.
7. 또한, 얼음 덩어리, 부유물 등을 제거하기 위해 제빙 게이트와 하수 게이트가 설치되어 있습니다.

수문실의 구조적 형태에 따라 개방형, 흉벽형, 암거형 등으로 나눌 수 있다.
1. 개방형: 수문을 통과하는 물의 흐름면이 막히지 않아 방류량이 많습니다.
2. 흉벽형: 문 위쪽에 흉벽이 있어 물이 막힐 때 문에 가해지는 힘을 줄이고 물이 막히는 범위를 넓힐 수 있습니다.
3. 암거형: 수문 앞에 가압식 또는 비가압식 터널 본체가 있고, 터널 상단은 흙으로 메워져 있습니다. 주로 작은 수문에 사용됩니다.

게이트 유량의 크기에 따라 대형, 중형, 소형의 세 가지 형태로 나눌 수 있습니다.
유량이 1000m3/s를 넘는 대형 수문;
유량 100~1000m³/s의 중형 수문;
용량이 100m³/s 미만인 소형 수문.

2. 수문의 구성
수문은 크게 상류 연결부, 수문실, 하류 연결부의 세 부분으로 구성됩니다.
상류 연결부: 상류 연결부는 물의 흐름을 수문실로 원활하게 유도하고, 양쪽 제방과 하상을 침식으로부터 보호하며, 수문실과 함께 누수 방지용 지하 윤곽을 형성하여 누수 발생 시 양쪽 제방과 수문 기초의 누수 방지 안정성을 확보하는 데 사용됩니다. 일반적으로 상류 연결부는 상류 측벽, 바닥재, 상류 침식 방지 홈, 그리고 양쪽 측면의 사면 보호 시설을 포함합니다.
수문실: 수문의 주요 부분으로, 수위와 유량을 조절하고 누수 및 침식을 방지하는 기능을 합니다.
게이트실 부분의 구조는 게이트, 게이트 교각, 측면 교각(방파벽), 바닥판, 흉벽, 작업교, 교통교, 호이스트 등으로 구성됩니다.
수문은 수문을 통과하는 유량을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 수문은 수문 하부판에 설치되어 수문 입구를 가로지르며 수문 기둥에 의해 지지됩니다. 수문은 유지보수용 수문과 서비스용 수문으로 나뉩니다.
작업 게이트는 정상 작동 중 물을 차단하고 방류량을 조절하는 데 사용됩니다.
유지보수용 수문은 유지보수 작업 중 일시적으로 물을 가두는 데 사용됩니다.
게이트 교각은 만 입구를 분리하고 게이트, 흉벽, 작업교 및 교통교를 지지하는 데 사용됩니다.
수문 교각은 수문, 흉벽, 그리고 수문 교각 자체의 물 보유 능력이 받는 수압을 바닥판으로 전달합니다.
둑벽은 작동 게이트 위에 설치되어 물을 가두는 데 도움을 주고 게이트의 크기를 크게 줄입니다.
제방은 가동식으로 제작할 수도 있으며, 대규모 홍수 발생 시 제방을 개방하여 방류량을 늘릴 수 있습니다.
바닥판은 격실의 기초로서, 격실 상부 구조물의 무게와 하중을 기초로 전달하는 역할을 합니다. 연약 지반 위에 건설된 격실은 주로 바닥판과 기초 사이의 마찰력에 의해 안정화되며, 바닥판은 누수 방지 및 침식 방지 기능도 수행합니다.
작업교와 교통교는 리프팅 장비 설치, 게이트 작동, 해협을 가로지르는 교통 연결 등에 사용됩니다.

하류 연결부: 수문을 통과하는 물 흐름의 잔여 에너지를 제거하고, 수문 밖으로 물 흐름이 균일하게 확산되도록 유도하며, 유속 분포를 조절하고 유속을 늦추어 수문 밖으로 물이 흐른 후 하류 침식을 방지하는 데 사용됩니다.
일반적으로 이는 감세 웅덩이, 하류 침식 방지 수로, 하류 측벽 및 양쪽 경사면 보호 시설을 포함합니다.