댐방류경보방송의전달특성및적정위치선정에관한연구김대군 김재수 원광대학교건축학부 A Study on Travelling Characteristics and Choice of Proper Location of Dam Discharge Alarm Broadcasting Dae-Goon Kim Jae-Soo Kim Division of Architecture, Wonkwang University 요약 : 19 년대이후연강수량의변동폭이커짐에따라유량조절을통해가뭄과홍수를방지하기위한댐이건설되었다. 이러한댐의경우, 일정저수량이되면수량을조절하기위해수문을개방하여저수지내많은양의물을방류하게되는데이때강또는강주변의주민및행락객들의생명과재산등의큰피해가발생할수있다. 따라서이러한피해를예방하고알리기위해울리는경보방송은방류소음이나주변의환경적인요인에영향을받지않고사람들에게명료하게전달될수있어야하지만지금까지별다른연구없이경험적으로설치하다보니경보방송이효과적으로전달되지못하고그전달거리또한정확히알수없었다. 이러한관점에서본연구는다목적댐중의하나인대청댐의방류소음과경보방송의거리별측정및분석을통하여주파수별특성과음압레벨을파악해보고이를토대로 Cadna-A 라는시뮬레이션프로그램을이용하여추가경보방송지의적정위치를예측해보았다. 이러한결과는향후경보방송의설계및설치시유용한자료를제공할것으로사료된다. Key Words : Discharge Noise, Dam, Alarm Broadcasting, Cadna-A ABSTRACT : After 19s, in accordance with getting bigger in changing range of annual rain precipitation, those dams were built in order to prevent any drought and flood through the regulation of flux. In case of such dam, when it reaches to some definite pondage, for its regulation of water volume, numerous volume of water in the reservoir should be discharged by opening the floodgate, at this time a severe damage can be occurred to those lives and properties of the residents and tourists at the river or riverside. Accordingly, despite the sounding alarm broadcasting for prevention and notice such damage could be clearly travelled to those people without influence by the discharging noise or other neighboring environmental factor, since it was only empirically installed without any peculiar research until now, the alarm broadcasting could not effectively travel, and the travelling distance also could not known correctly. On such point of view, this Study has ever grasped the characteristics by frequencies and its sound pressure level about the discharge noise and the alarm broadcasting of Daechung Dam, one of multipurpose dams through the measurement and analysis by distances, and based on this, also has ever presupposed the proper location of additional alarm broadcasting spot using a simulation program named Cadna-A. 주제어 : 방류소음, 댐, 경보방송, Cadna-A 1) 1. 서론 댐내의수량을조절하기위하여방류가이루어지거나강우등으로강수량이급격히증가하게되면급류가발생하게되어강또는강주변의사람들에게생명과재산등의큰피해가발생할수있다. 이러한피해를방지하기위하여작동되는경보방송은방류소음이나주변의환경적인요인에영향을받지않고사람들에게명료하게전달될수있어야하지만지금까지별다른연구없이경험적으로설치하다보니경보방송이효과적으로전달되지못하고그전달거리또한정확히알수없었다. 따라서경보방송의미인지로인한재산 Corresponding author E-mail: soundpro@wku.ac.kr Tel: 63-8-6712 Fax: 63-843-782 및생명의피해가급증하고있는시점에서본연구에서는다목적댐중의하나인대청댐의방류소음과경보방송의거리별측정및분석을통하여주파수별음압레벨을파악해보고이를토대로 Cadna-A 라는시뮬레이션프로그램을이용하여추가경보방송지의적정위치를예측해보았다. 2. 경보방송지의개요및소음특성측정방법 2.1 경보방송측정지의개요 Fig 1.(a) 는대청댐의조정지모습으로대청댐은연간 1,649 ⁶ m3의용수공급을하고있고대전과청주지역으로용수를공급하기위한도수로와시설용량,kw(45,kw 2 기 ) 의수력발전소가있다. 조정지경보소는폴 (Pole) 형태의위성스피커가설치되어있으며위성통신방식이다. Fig 1.(a) 는조정지수문을
나타내고 있으며 Fig 1.(b)는 경보소 스피커의 모습으 로 앰프출력은 W이며 민원이 발생할 경우를 대비 하여 W만을 사용하고 있다. 남서방향으로 m떨어진 조정지 경보소에서 하류 서쪽방향 m간격으로 측정하였다. Fig 3. measuring point of discharge noise & alarm broadcasting. (a) floodgate of 3. 방류소음과 경보방송의 특성. 시간응답파형과 시간대별 음압레벨 Fig 4.는 각 방류소음지점의 시간응답파형과 시간대별 음압레벨을 나타낸 것이다. (b) speaker of alarm office in waveform Fig 1. photograph of measuring point. time history curve alarm 2.2 방류소음 및 경보방송 측정방법 측정 환경은 온도 18.9, 습도 9%, 풍향 동풍, 풍속 2.4m/s, 시간당 15mm의 비가 내리는 기상 환경에서 댐의 수문이 개방되어 물이 방류되었을 때 음압레벨을 측정하였다. 측정시 소음계의 위치는 강변에 바로 인접 한 곳에 지면으로부터 1.5m의 높이에 삼각대로 고정하 여 설치하였다. 측정방법은 Fig 2.와 같이 소음계 (B&K사, Type 2236)를 통해 들어오는 신호를 DAT(Sony사, PCM-D)로 현장에서 녹음하였으며, 녹음된 신호를 1dB사의 2채널 실시간 소음분석기 (Realtime Frequency Analyzer)인 Symponie를 이용 하여 분석하였다. office in control place.1.7.1.7.1.7.1.7.1.7.1.7 m m m m m Fig. 2. measuring instrument & photograph. Fig 4. time history curve & waveform of discharge 방류소음과 경보방송의 측정지점은 Fig 3.과 같이 일 정한 거리를 지정하여 설치하였으며 수문을 기준하여 noise. - 2 -
.1.7.1.7.1.7.1.7.1.7.1.7 Fig 4. 에서방류소음의시간응답파형을보면수문앞은음압레벨이커서변동폭이크지만수문으로부터멀어질수록변동폭이감소하는것을알수있다. 또한시간이력곡선을보면지속발생하는방류소음으로인해음압레벨의큰변동없이각지점에서측정된음압레벨이유지되고있다. Fig 5. 는각경보방송측정지점의시간응답파형과시간대별음압레벨을나타낸것이고방송내용은다음과같다. 대청댐사무소에서알려드립니다. 지금부터댐의수문을열어강수위가높아질것입니다. 따라서급류가발생되므로강또는강가에계시는주민여러분께서는대단히위험하오니지금즉시강밖안전한곳으로대피하여주시기바랍니다. 다시한번알려드립니다. 지금부터댐의수문을열어강수위의상승이예상됩니다. 따라서급류가발생되므로강또는강가에계시는주민여러분께서는대단히위험하오니지금즉시강밖안전한곳으로대피하여주시기바랍니다. Fig 5. 에서경보방송의시간응답파형을보면경보방송이작동되는경보소에서는음압레벨의변동폭이크지만거리가멀어질수록변동폭이감소하는것을알수있다. 또한시간이력곡선도거리가멀어질수록음압레벨이감소하고있음을알수있다. 따라서폭우시댐의수문을개방하여방류를하게되는경우방류소음으로인해조정지경보소에서어느정도거리가이격되면경보방송을인지하지못해사람들의피해가발생할수있을것으로사료된다. 3.2. 주파수특성 Fig 6. 은방류소음의주파수별특성을분석하여나타낸것이다. alarm office in m m m m m alarm waveform time history curve SPL (db) office in control place 31.5 125 315 1.25 k 2 k 5 k 5 k 8 k 1 k k db(a) 1/3 Octave band(hz) Fig 6. frequency characteristic of discharge noise. m Fig 6. 의방류소음의주파수별특징을살펴보면저주파수대역에서높은음압레벨을보이고고주파수대역으로갈수록감소하는것을알수있다. Fig 7. 은방류소음의거리별음압레벨을나타낸것이다. m 66.6 m 61.2 55.8 53.8 49.7 42.2 y = -.946x 2-3.8661x + 69.85 R 2 =.979 m alarm office in m m m m m Fig 7. distance by SPL of discharge noise.(db(a)) m Fig 5. time history curve & waveform of alarm broadcasting. Fig 7. 의방류소음의거리별음압레벨을보면 66.6~42.2dB(A) 로나타나거리가멀어질수록약간씩감소하는특성을보이고있다. 이는조정수문을개방하여방류시와류에의해소음레벨이증가하다가이후거리가멀어져그영향이약해지기때문이다. 이러한측정자료를토대로회귀분석해보면예측식은 y = -.946χ 2-3.8661χ + 69.85 로설명력은약 98% 의높은상관성을보이고있다. Fig 8. 은경보방송의주파수별특성을분석하여나타낸것이다.
alarm office in m m m m m Prediction equation (discharge noise) Prediction equation (alarm broadcasting) SPL (db) 5dB(A) 61.8dB(A) 56.8dB(A) y = 1.175x 2-16.899x + 3.26 R 2 =.9879 y = -.946x 2-3.8661x + 69.85 R 2 =.979 31.5 125 315 1.25 k 2 k 5 k 5 k 8 k 1 k k db(a) 1/3 octave band (Hz) alarm office in m m m m m 418m Fig 8. frequency characteristic of alarm broadcasting. Fig 8. 을보면조정지경보소의경우 2~2kHz 대역에서높은음압레벨을보이고있다. 그러나거리가멀어지면이러한특성은약해지며저주파수가높고고주파수는낮아지는방류소음의특성을보이고있다. 이러한이유는거리가멀어짐에따라경보방송이전달되지않고방류소음의영향을받기때문인것으로사료된다. Fig 9. 는경보방송의거리별음압레벨을나타낸것이다. 88.4 alarm office in 73.8.4 56.2 y = 1.175x 2-16.899x + 3.26 R 2 =.9879 m m m m m Fig 9. distance by SPL of alarm broadcasting. (db(a)) 42.8 Fig. comparison in distance by SPL of discharge noise & alarm broadcasting by Prediction equation. Fig. 을보면조정지경보소지점은높은음압레벨을가지지만 m 지점부터는확연히감소하여경보방송과방류소음의음압레벨차가감소하는것을알수있다. 저주파수대역이높은음압레벨을보이는방류소음은그특성상 2~2kHz 대역에서높은음압레벨을가진경보방송의전달력에영향을줄수있으며경보소로부터거리가멀어짐에따른경보방송의음압레벨감소로영향이커질것으로사료된다. 본연구에서경보방송이방류소음에의해방해를받지않고명료하게경보방송을인식할수있는음압레벨차를약 5dB(A) 로설정하였다. 이는사람에게전혀다른느낌을줄수있는소리의크기차이를국내생활소음규제기준과각종소음규제기준에서약 5dB(A) 로보고있기때문이다. 따라서예측식을통하여경보방송이방류소음에방해받지않는최대거리를보면경보방송이 61.8dB(A), 방류소음이 56.8dB(A) 로 5dB(A) 차가나는 418m 지점임을알수있다. 4. 시뮬레이션을이용한경보방송의적정위치선정 Fig 9. 을보면 88.4~42.8dB(A) 로나타났는데 m 지점까지는급격히감소하다가그이후지점부터는완만히감소함을알수있다. 이러한측정자료를토대로회귀분석해보면예측식은 y = 1.175χ 2-16.899χ + 3.26 으로설명력은약 99% 의높은상관성을보이고있다. 3.3. 방류소음과경보방송의음압레벨비교 Fig. 은방류소음과경보방송의음압레벨을예측식을이용하여비교한것이다. 4.1. 경보방송의음향파워측정경보방송이전달되는거리를예측하기위해서는경보방송의음향파워레벨을정확히파악할필요가있다. 자유공간에서발생하고있는경보방송을 Fig 11. 과같이스피커로부터 m 이격된위치에서경보방송의음압레벨을측정하면다음과같은식을사용하여경보방송의음향파워레벨을파악해볼수있다. PWL = SPL+ log γ+11 Fig 11. SPL measure photograph of alarm broad casting.
이러한과정을통해분석된경보방송의음향파워레벨은 Fig 12. 와같다. SPL (db) 1 1 1 m point measurements sound power level 31.5 63 125 1 2 315 6 1k 1.25k1.6k 2k k5k 4k db(a) Frequency (Hz) Fig 12. sound power level of alarm broadcasting. 경보방송을제외한도로교통소음이나방류소음과같은음원은시뮬레이션상에서제외시켰으나이는순수한경보방송의전달거리를알아보기위함이며경보방송간최소음압레벨은방류소음의방해를받지않는한계거리인 418m 지점의음압레벨 61.8dB(A) 로설정하였다.. 경보방송의적정위치선정시뮬레이션프로그램의신뢰성을검토하기위해경보방송의음압레벨이급격히감소하여방류소음의방해를받을수있는 m 와 m 두지점을실측값과비교해보았다. 그결과 Fig 14. 와같이 m 는 db, m 는 55.9dB 로나타나실측값에비해.3.4dB 의차이를보이며거의일치하고있어시뮬레이션프로그램을신뢰할수있는것으로나타났으며, 이러한신뢰성을바탕으로경보방송의적정전달거리를예측해보았다. 4.2. 시뮬레이션방법시뮬레이션에사용된 Cadna-A(Computer Aided Noise Abatement) 는환경소음의계산, 평가와예측그리고프리젠테이션을가능케하는소프트웨어로도시전체또는도심지역에관련된각종음환경에대한시뮬레이션을가능하게해주는프로그램이다. 본연구에서는 AutoCAD 로작성된조정지경보소주변의지적도를토대로강과도로, 인근지역의도심등환경요소를적용시켜측정환경을완벽히구성하였다. Fig 14. Reliability examination of simulation result. 경보방송은조정지경보소한곳의음향파워레벨증가만으로는오히려소음으로인한주변의피해를끼칠수있어여러개의추가적인경보방송지가적당하다고판단된다. 따라서예측식을통해파악된방류소음에영향을받지않는경보방송의최대거리인 418m 를참조하여경보방송간거리를 836m 간격으로 Fig 15. 와같이위치를지정하였다. (a). Import Cadna-A in the Surrounding environment element modeling Fig 15. selecting a proper location of alarm broadcasting point. (b). Surroundings Foreground of alarm office in Fig 13. modeling of simulation program. Fig 15. 의지정위치를토대로 Cadna-A 에조건을입력하여시뮬레이션해본결과그림 16. 과같이경보방
송간한계거리에서음압레벨이 62dB(A) 로나타나방류소음의영향을받지않고경보방송이확실히전달됨을알수있다. 따라서추가적인경보방송지를설치한다면저수지내의수량조절로인한댐의방류시나집중호우로강의수량이급격히증가하였을경우효과적인경보가가능할것으로사료된다. 4. 예측식을통해파악된경보방송의최대영향범위를토대로시뮬레이션을이용한경보방송의적정위치를파악해본결과경보방송간한계거리에서음압레벨이 62dB(A) 로나타나방류소음의영향을받지않고경보방송이확실히전달됨을알수있었다. 따라서이러한자료를토대로추가적인경보방송지를설치한다면저수지내의수량조절로인한댐의방류시나집중호우로강의수량이급격히증가하였을경우효과적인경보가가능할것으로사료된다. Fig 16. SPL distribution which follows in proper location of alarm broadcasting point. 위와같이실측과컴퓨터환경시뮬레이션프로그램을통한예측을병행한다면유사한경보방송설계및시공시많은도움이될것으로사료된다. 또한본논문에서와같이음원의음압레벨만정확히파악된다면실측하기어려운복잡한지형이나주변환경조건으로인해기존의예측식만으로는정확한음환경을파악하기어렵거나계획단계의검토, 비용적인문제로실측이어려운곳도시뮬레이션프로그램을이용하여정확히파악될수있을것으로사료된다. 참고문헌 5. 결론 본연구는댐방류소음과경보방송의전달및감쇠특성을파악해보았으며이를토대로시뮬레이션을통한경보방송의적정거리를예측해보았다. 본연구의결과는다음과같다. 1. 방류소음과경보방송의주파수별특성을살펴보면방류소음은저주파수대역에서높은음압레벨을보이고고주파수대역으로갈수록감소하는반면경보방송은중간대역주파수의음압레벨이높은특성을갖고있다. 그러나경보방송은거리가멀어지면서이러한특성이약해지며저주파수대역이높고고주파수대역은낮아지는방류소음의특성을보이고있다. 따라서조정지경보소에서거리가멀어지면경보방송의전달이약해지고방류소음의영향이커지게되어경보방송을명료하게인식할수없게된다. 2. 방류소음과경보방송의측정자료를토대로회귀분석을해보면방류소음의예측식은 y = -.946χ 2-3.8661χ + 69.85 이고경보방송의예측식은 y = 1.175χ 2-16.899χ + 3.26 으로설명력은약 98 99% 로높은상관성을보이고있다. 따라서이러한예측식을이용하면경보방송의전달거리및최대영향범위를정확하게파악할수있다. 1. 김재수 ; 소음진동학 ( 개정 2 판 ), 세진사, 8.8. 2. 김재수, 주덕훈, 윤재현, 김기원 ; 댐수차발전기의소음 진동특성에관한연구 대한건축학회학술발표대회 27 권,7..26 3. 김재수, 김대군, 국정훈 ; " 댐수차발전기실의건축음향특성에관한연구 " 대한건축학회학술발표대회 27 권,7..26 4. 김재수, 주덕훈, 김대군 ; 시뮬레이션을이용한건설소음피해범위분석 대한건축학회학술발표대회 28 권,8..24~25 5. 김재수, 주덕훈, 김대군 ; 시뮬레이션을이용한건설소음영향권분석 한국소음진동공학회학술발표대회, 8. 11.~21 6. James P.Cowan ; "Handbook of Environmental Acoustic" Van Nostrand Reinhold,1994 7. Lesile L.Doelle ; "Environmental Acoustic" McGRAW-Hill Book Company, 1972 8. Cyril M.Harris ; "Handbook of Noise Control" McGRAW-Hill Book Company, 1979 3. 조정지경보소근처에서는경보방송이방류소음보다음압레벨이높아방류소음의영향을적게받지만 m 지점부터그이후지점으로갈수록음압레벨차가확연히감소하여방류소음의영향을받음을알수있다. 경보방송이방류소음에의해방해를받지않고명료하게경보방송을인식할수있는음압레벨차를약 5dB(A) 로간주할경우예측식을통해경보방송의최대영향범위가반경 418m 임을알수있다.