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KR100890029B1 - 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로 - Google Patents

수문 수납형 조력발전 방조제용 수로 Download PDF

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KR100890029B1
KR100890029B1 KR1020080106445A KR20080106445A KR100890029B1 KR 100890029 B1 KR100890029 B1 KR 100890029B1 KR 1020080106445 A KR1020080106445 A KR 1020080106445A KR 20080106445 A KR20080106445 A KR 20080106445A KR 100890029 B1 KR100890029 B1 KR 100890029B1
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water gate
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water
hydrology
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양준현
김태형
윤동의
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현대엔지니어링 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 조력발전 방조제에 설치되어 외해(外海)와 조지(潮池)를 연결하는 수로에 관한 것으로, 수로 내부에 수문이 설치되고 수문 전, 후방의 수로 상부면이 만곡되어 수로의 단면이 점차 확대되도록 수로 상부구조체를 형성함으로써, 상부구조체 내부에 수문이 수납되는 수문실을 형성할 수 있도록 한 것이다.
또한 수문실 하부에는 수문의 수납후 수문실을 폐쇄하는 차단문을 설치하여 수문의 점검 및 보수 작업 중에도 정상적인 수로기능을 확보할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 방조제를 횡단하는 수로의 통수능을 최대한 확보하면서도 수로 구조물의 외부 노출을 방지하여 방조제상 시야 및 경관을 확보하는 효과를 얻을 수 있으며, 수문 관련 설비의 유지관리 편의성을 확보하고 수로 가동 효율를 제고하는 효과를 얻을 수 있다.
조력발전, 방조제, 수로, 수문

Description

수문 수납형 조력발전 방조제용 수로{Gate built-in type aqueduct for tidal power embankment}
본 발명은 조력발전 방조제에 설치되어 외해(外海)와 조지(潮池)를 연결하는 수로에 관한 것으로, 수로 내부에 수문이 설치되고 수문 전, 후방의 수로 상부면이 만곡되어 수로의 단면이 점차 확대되도록 수로 상부구조체를 형성함으로써, 상부구조체 내부에 수문이 수납되는 수문실을 형성할 수 있도록 한 것이다.
또한 수문실 하부에는 수문의 수납후 수문실을 폐쇄하는 차단문을 설치하여 수문의 점검 및 보수 작업 중에도 정상적인 수로기능을 확보할 수 있도록 한 것이다.
조력발전은 조석간만(潮汐干滿)의 차가 현저한 해안에 방조제 등을 축조하여 일종의 인공 해수저수지인 조지(潮池)를 형성하고, 외해가 고조일 때 수문을 열어 해수를 조지에 유입시키거나, 외해가 저조일 때 조지에서 외해로 배수하는 과정에서 수차를 구동하여 발전하는 방식을 말한다.
조지 및 외해간 해수유동에 의한 수차 구동에 있어서, 해수의 조지내 유입시 및 외해로의 배수시 모두 수차를 가동하는 방식을 복류식이라 하고, 유입 또는 배수 어느 하나에서만 수차를 가동하는 방식을 단류식이라 하며, 단류식 중 유입시에 수차를 가동하는 것을 창조식, 배수시에 가동하는 것을 낙조식이라 한다.
이러한 방조제를 이용한 조력발전에 있어서, 수차의 구동 방식을 막론하고 수차가 설치된 발전수로외에 추가 방류 또는 유입을 위한 문비(門扉) 설치 수로를 방조제에 설치하는 것이 일반적인데, 그 일례가 도 1에 도시되어 있다.
도 1은 전형적인 벤튜리(Venturi)형 수로로서, 방조제(50)를 횡단하여 설치되며 수로 종단상 수문(10)의 설치지점에서 최소의 수로단면적을 가진다.
즉, 도면상 유입부로부터 수문(10) 설치지점까지 수로단면이 축소되며, 수문(10) 설치지점을 지나면 다시 수로단면이 확대되는 구조를 가진다.
조도(粗度) 및 연장 등의 조건이 동일할 때 수로의 통수능(通水能)은 수로의 단면적에 비례한다고 할 수 있으며, 단면적의 축소 또는 확대 등 종단상 수로 단면의 변화가 적을 때 통수능 확보에 유리하다고 할 수 있다.
따라서, 방조제(50)를 횡단하는 수로의 통수능을 최대한 확보하기 위해서는 종단상 단면적의 변화가 없는 직선수로를 최대한 크게 설치하는 것이 유리하나, 방조제(50)의 규모 및 안정성은 물론 건설비용 상승에 따른 제약이 있으므로, 소요 통수능 및 기타 제반 여건을 고려하여 수로의 적정 규모를 결정하게 된다.
특히, 수로를 개폐하는 수문(10), 권양기(31) 및 관련 부속 설비는 그 치수의 증대에 따라 제작 및 설치비용이 기하 급수적으로 상승하게 되므로, 수로의 통 수능을 최대한 확보하면서도 수문(10) 설비의 규모를 최소화하는 노력이 경주되어 왔다.
이러한 수문(10) 설비 소형화의 일환으로서 도 1에서와 같은 벤튜리형 수로가 적용되고 있는데, 사실상 벤튜리형 수로는 동일한 유입부 단면을 가지는 직선수로에 비하여 통수능이 저하될 수 밖에 없으나, 수문(10) 설치지점의 수로 단면을 축소함으로써 수문(10) 설비의 규모 또한 축소하는 편익을 얻을 수 있으므로 대규모의 수로 및 수문(10) 시설이 소요되는 방조제(50)에 있어서 널리 사용되고 있다.
이러한 벤튜리형 수로는 도 1에 도시된 바와 같이, 수문(10) 설치지점을 중심으로 수로 저면에 외측으로 하향의 경사가 형성되며, 수로 상부에는 수문(10) 및 권양기(31)가 설치되는 구조를 가진다.
따라서 수문(10) 및 권양기(31)를 설치 및 구동하기 위한 망루(望樓)형 구조물이 수로 구조물의 상부, 즉 방조제(50)의 상부로 노출될 수 밖에 없으며, 이러한 망루형 구조물로 인하여 방조제(50) 상부도로에서의 시야 및 경관이 저해될 뿐 아니라 전체 방조제(50)의 미관 또한 저해되는 문제점이 있었다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 수문(10) 관련 시설의 가동 및 유지관리 편의성 등에 따라 수문(10) 관련 시설이 수로 종단 중심부에서 이격되어 설치되는 경우, 수로 단면의 급축소 또는 급확대부가 형성될 수 밖에 없고 이로 인한 수두(水頭) 손실의 확대가 야기되는 심각한 문제점이 있었다.
또한, 수문(10) 및 관련 설비의 점검 및 유지관리 작업시 도 9에서와 같이 수로 양단에 스톱로그(stoplog)(41)를 결합하여 작업공간을 확보하게 되는데, 이 경우 수로를 통한 수류가 완전 차단되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 조력발전 방조제(50)에 설치되어 외해(外海)와 조지(潮池)를 연결하고 수문(10)이 설치된 수로에 있어서, 수로 내부에 수문(10)이 설치되되, 수문(10) 전, 후방의 수로 상부면이 만곡되어, 수로 시점 및 종점에서 수문(10) 설치지점으로 수로 단면적이 점차 축소되고, 수로 상부구조체(20) 내 수문(10) 설치지점에는 수문(10)의 개방시 수문(10)이 수납되는 수문실(23)이 형성되며, 수문실(23)의 상부에는 권양기실(22)이 형성되고 권양기(31)가 설치되어 이 권양기(31)와 수문(10) 상단이 와이어로프(33)를 통하여 연결됨을 특징으로 하는 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로이다.
또한, 수로 내부에 수문(10)이 설치되되, 수문(10) 전, 후방의 수로 상부면이 만곡되어, 수로 시점 및 종점에서 수문(10) 설치지점으로 수로 단면적이 점차 축소되고, 수로 상부구조체(20) 내 수문(10) 설치지점에는 수문(10)의 개방시 수문(10)이 수납되는 수문실(23)이 형성되며, 수로 상부구조체(20) 내에는 수문실(23)과 인접하여 권양기실(22)이 형성되어 권양기(31)가 설치되고, 수문실(23)에는 수문(10) 상단과 권양기(31)를 연결하는 와이어로프(33)가 결합되는 풀리(pulley)(32)가 설치됨을 특징으로 하는 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로이다.
그리고, 상기 수문실(23)에는 수문(10)측으로 돌출된 지지돌부(24)가 형성되되, 지지돌부(24)의 선단에는 개방시 수문(10)에 접하는 지지로울러(26)가 설치된 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로이며, 상기 수문실(23) 하단 출입부(25) 외곽에는 양 측단에 하방으로 요입(凹入)되는 만곡부(71)가 형성된 지지프레임(70)이 설치되고, 지지프레임(70)의 상부에는 전방 양 측단에 이송로울러(61)가 설치되고 후방에는 액튜에이터(actuator)(81)가 설치되며 저면에는 출입부(25)를 포위하는 압착지수부(62)가 부착된 차단문(60)이 설치되어, 수문(10)의 수문실(23)내 수납시 차단문(60)이 전진하여 수문실(23)을 폐쇄함을 특징으로 하는 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로이다.
본 발명을 통하여, 방조제를 횡단하는 수로의 통수능을 최대한 확보하면서도 수로 구조물의 외부 노출을 방지하여 방조제상 시야 및 경관을 확보하는 효과를 얻을 수 있으며, 수문 관련 설비의 유지관리 편의성을 확보하고 수로 가동 효율를 제고하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 2는 방조제(50)를 횡단하여 설치된 본 발명의 수로 구조물을 도시한 것으로 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 도시된 실시예는 수평의 저면과 만곡된 상부면을 가지며, 상부구조체(20) 상단의 상부슬래브(21)에는 제방도로가 설치된다.
즉, 방조제(50) 상단 제방도로 상방으로 노출되는 구조물이 일체 존재하지 않으며, 이로써 제방도로상에서의 시야 및 경관을 확보할 수 있다.
수로의 상부면을 형성하는 상부구조체(20)의 저면에는 수문(10) 설치지점을 중심으로 근사 대칭되는 만곡면이 형성되어, 종단상 수문(10) 설치지점을 중심으로 수로단면이 점축(漸縮) 및 점확(漸擴)되는 구조를 가진다.
이러한 만곡면을 통하여 평활한 수로면을 가지는 종래 벤튜리형 수로에 비하여 확대 및 축소 수두손실을 저감할 수 있다.
본 발명의 수로 상부구조체(20) 내부에는 수문(10)이 수납되는 수문실(23) 및 권양기(31)가 설치되는 권양기실(22)이 구성되는데, 이들 수문(10) 및 권양기(31) 등의 문비 시설 설치 및 운용상태가 도 3에 도시되어 있다.
도 3을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 상부구조체(20) 내부의 수문실(23) 하단에는 절개된 출입부(25)가 형성되어, 이 출입부(25)를 통하여 수문(10)이 출입하게 되며, 수로 저면을 평면으로 구성하는 대신 상부구조체(20)를 만곡 형성함으로써 수문(10)의 수납공간을 확보할 수 있으므로, 수문(10)의 개방시 수문(10)이 수문실(23) 내부로 완전 수납될 수 있으며, 따라서 상부슬래브(21) 상측으로 노출되는 망루형 구조물을 설치하지 않고 상부슬래브(21)를 평활하게 구성할 수 있다.
한편, 도 4는 권양기실(22)을 수문실(23) 상부에 구성하지 않고, 측면에 구성함으로써 상부구조체(20)의 소요 상하(上下) 폭을 축소한 것으로, 동일한 방조제(50)에서 수로 및 수문(10)의 규모를 확대할 수 있도록 한 것이다.
즉, 상부구조체(20) 내부에 수문실(23)과 인접하여 권양기실(22)을 구성하고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 수문실(23)과 권양기실(22) 상부에 각각 풀리(32)를 설치하고 이들 풀리(32)에 수문(10) 상단과 권양기(31)를 연결하는 와이어로프(33)를 결합함으로써, 권양기(31)를 수문(10) 상부에 설치하지 않고도 수 문(10)을 구동할 수 있는 것이다.
수문실(23) 하단의 출입부(25)에는 지수재(29)를 설치하여 수문(10)의 작동간 수밀상태를 확보하게 되는데 이러한 지수재(29)의 형상 및 설치방식 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.
또한, 수문실(23) 내부 일측 또는 양측 벽체에는 수문(10)측으로 돌출된 지지돌부(24)가 형성되어 수문(10)의 개폐시 수류 또는 수압에 의하여 형성되는 외력 및 모멘트에 효과적인 저항이 가능하도록 구성되는데, 그 작용원리가 도 7에 도시되어 있다.
즉, 도 7에서와 같이, 수문(10)의 개방 초기 또는 폐쇄 말기에 수로를 통과하는 수류 또는 상, 하류간 정수압 차에 의하여 출입부(25) 주변을 축으로 하는 모멘트가 작용할 수 있는데, 수문실(23)에 지지돌부(24)를 형성함으로써 이에 대한 효과적인 대처가 가능하다.
도 6의 타원내 확대부에서와 같이, 지지돌부(24)의 선단에는 지지로울러(26)를 설치하여 개폐중인 수문(10)의 원활한 작동 또한 보장한다.
도 8은 이러한 수문실(23) 측면 권양기실(22)과 풀리(32) 등이 적용된 본 발명에 있어서, 수문실(23)과 권양기실(22)간 벽체에 캔틸레버(cantilever)형 구조물을 구성하고 여기에 풀리(32)를 설치함으로써 풀리(32)의 일층 견고한 설치가 가능하도록 하고, 와이어로프(33)의 양 단을 각각 수문실(23) 상부 및 권양기(31)에 연결하고 와이어로프(33)에 결합된 움직도르래(34)에 수문(10) 상단을 연결함으로써 수문(10)을 구동하기 위한 권양기(31)의 소요출력을 절감할 수 있도록 한 것이다.
한편, 도 9는 종래의 벤튜리형 수로에 있어서 수문(10)의 점검 및 보수를 위하여 수로를 폐쇄하고 작업공간을 확보한 상태를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 통상 수로의 시점 및 종점부에 크레인 등을 통하여 임시 수문(10)인 스톱로그(stoplog)(41) 결합함으로써 수류를 차단하게 된다.
그러나 이러한 종래의 수문(10) 점검 방식은 크레인 및 스톱로그(41) 등의 추가 장비를 필요로 할 뿐 아니라, 작업중 수로를 완전 폐쇄하여야 하므로 수로 사용에 제약이 있을 수 밖에 없는 심각한 문제점이 있었다.
본 발명에서는 도 10 내지 도 14에서와 같이, 수문(10)의 수납시 수문실(23)을 폐쇄할 수 있는 차단문(60)을 설치함으로써 전술한 종래 수로의 문제점을 일거에 해결하였다.
우선 도 10은 본 발명의 차단문(60) 설치용 수로 구조물을 도시한 것으로, 동 도면에서와 같이, 수문실(23)의 하부를 부분 확장하여 차단문(60) 및 관련 부속 설비의 설치공간을 확보한다.
도 11 및 도 12는 각각 차단문(60)이 설치된 본 발명의 부분절단 사시도 및 동 실시예의 요부발췌 부분절단 사시도로서, 이들 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 수문실(23) 하단 출입부(25) 외곽에는 양 측단에 하방으로 요입(凹入)되는 만곡부(71)가 형성된 지지프레임(70)이 설치되고, 지지프레임(70)의 상부에는 전방 양 측단에 이송로울러(61)가 설치되고 후방에는 액튜에이터(actuator)(81)가 설치되며 저면에는 출입부(25)를 포위하는 압착지수부(62)가 부착된 차단문(60)이 설치 되어, 수문(10)의 수문실(23)내 수납시 차단문(60)이 전진하면서 수문실(23)을 폐쇄하게 된다.
즉, 도 13에서와 같이, 수문(10)이 상승하여 수문실(23) 내부로 완전히 수납되면, 액튜에이터(81)에 의하여 차단문(60)이 전진하여 지지프레임(70) 상 소정 위치에 도달한 후, 수문(10)이 하강하고 권양기(31)에 의한 견인력이 해제됨으로써, 수문(10)의 자중에 의하여 차단문(60)과 지지프레임(70)이 밀착되면서 수밀을 확보하게 된다.
도시되지는 않았지만 액튜에이터(81)에는 외부의 유압 또는 공압 인가수단이 연결되어, 팽창 및 수축하게 되며, 차단문(60) 후방에 연결된 피스톤로드 선단부와 수문실(23)에 연결된 실린더 말단부는 공히 힌지(hinge) 연결되어, 차단문(60)의 작동중 미세 회동(回動) 및 변형을 수용하게 된다.
도 14는 이러한 차단문(60)의 작동과정을 단계별로 상세히 설명한 것으로서, 동 도면에서와 같이, 수문(10)이 완전히 상승하면 액튜에이터(81)에 의하여 차단문(60)이 전진하게 되며, 이 과정에서 차단문(60) 전방의 이송로울러(61)는 지지프레임(70) 표면을 주행하게된다.
도 12 및 도 14에서와 같이, 차단문(60)의 저면에는 차단문(60) 폐쇄시 수밀확보를 위한 수단으로서 출입부(25)를 포위하는 압착지수부(62)가 부착되는데, 이 압착지수부(62)는 마찰계수가 큰 고무 등의 탄성체로 구성되므로 지지프레임(70) 또는 수문실(23) 바닥면과 접촉시 차단문(60)의 원활한 작동에 장애를 유발할 수 있다.
따라서, 차단문(60)의 전방에 이송로울러(61)를 설치하여 차단문(60)의 이동시 압착지수부(62)가 바닥으로부터 이격되도록 하며, 차단문(60)의 출입부(25) 횡단이 완료되면 하방으로 요입된 만곡부(71)로 이송로울러(61)가 하강하면서 압착지수부(62)가 지지프레임(70) 표면에 접촉하게 된다.
이후, 권양기(31)를 작동하여 수문(10)을 하강시키고, 수문(10)의 하단이 차단문(60)에 접하면 권양기(31)의 견인력을 해제하여 수문(10)의 자중으로 차단문(60)과 지지프레임(70)이 밀착되도록 함으로써, 압착지수부(62)에 의한 고도의 수밀상태를 달성할 수 있다.
한편, 도 15는 내부에 격실을 구성하지 않고 상부구조체(20)를 노출형으로 구성한 실시예로서, 이로써 격실 내부를 토사 등으로 충전(充塡)하지 않고도 부압(浮壓)에 효과적으로 대처할 수 있다.
도 15의 실시예에서는 상부구조체(20)의 내부 저점부에 배수구(27)를 형성함으로써 상부구조체(20) 내부로 유입된 물이 수위 하강시 배출될 수 있도록 구성한다.
도 1은 종래 벤튜리형 수로의 종단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예 수로 구조물 종단 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예 작동상태 종단면도
도 4는 수문실 측면에 권양기실이 형성된 본 발명의 일 실시예 수로 구조물 종단 사시도
도 5는 수문실 측면에 권양기실이 형성된 본 발명의 일 실시예 작동상태 종단면도
도 6은 본 발명의 문비 및 구조물 부분절단 사시도
도 7은 본 발명의 지지돌부 작용효과 설명도
도 8은 본 발명의 변형된 실시예 작동상태 종단면도
도 9는 종래 벤튜리형 수로의 스톱로그 결합상태 대표 단면도
도 10은 차단문이 설치된 본 발명의 일 실시예 수로 구조물 종단 사시도
도 11은 본 발명의 차단문 및 구조물 부분절단 사시도
도 12는 본 발명의 차단문 관련 설비 발췌 부분절단 사시도
도 13은 본 발명의 차단문 폐쇄상태 대표 단면도
도 14는 본 발명의 차단문 작동과정 설명도
도 15는 부압 방지를 위한 본 발명의 일 실시예 종단 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10 : 수문
20 : 상부구조체
21 : 상부슬래브
22 : 권양기실
23 : 수문실
24 : 지지돌부
25 : 출입부
26 : 지지로울러
27 : 배수구
29 : 지수재
31 : 권양기
32 : 풀리(pulley)
33 : 와이어로프(wire rope)
34 : 움직도르래
41 : 스톱로그(stoplog)
50 : 방조제
60 : 차단문
61 : 이송로울러
62 : 압착지수부
70 : 지지프레임
71 : 만곡부
81 : 액튜에이터(actuator)

Claims (4)

  1. 조력발전 방조제(50)에 설치되어 외해(外海)와 조지(潮池)를 연결하고 수문(10)이 설치된 수로에 있어서,
    수로 내부에 수문(10)이 설치되되, 수문(10) 전, 후방의 수로 상부면이 만곡되어, 수로 시점 및 종점에서 수문(10) 설치지점으로 수로 단면적이 점차 축소되고;
    수로 상부구조체(20) 내 수문(10) 설치지점에는 수문(10)의 개방시 수문(10)이 수납되는 수문실(23)이 형성되며;
    수문실(23)의 상부에는 권양기실(22)이 형성되고 권양기(31)가 설치되어 이 권양기(31)와 수문(10) 상단이 와이어로프(33)를 통하여 연결됨을 특징으로 하는 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로.
  2. 조력발전 방조제(50)에 설치되어 외해(外海)와 조지(潮池)를 연결하고 수문(10)이 설치된 수로에 있어서,
    수로 내부에 수문(10)이 설치되되, 수문(10) 전, 후방의 수로 상부면이 만곡되어, 수로 시점 및 종점에서 수문(10) 설치지점으로 수로 단면적이 점차 축소되고;
    수로 상부구조체(20) 내 수문(10) 설치지점에는 수문(10)의 개방시 수문(10) 이 수납되는 수문실(23)이 형성되며;
    수로 상부구조체(20) 내에는 수문실(23)과 인접하여 권양기실(22)이 형성되어 권양기(31)가 설치되고;
    수문실(23)에는 수문(10) 상단과 권양기(31)를 연결하는 와이어로프(33)가 결합되는 풀리(pulley)(32)가 설치됨을 특징으로 하는 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수문실(23)의 출입부(25) 상측 내부 벽체에는 벽체에서 개방시의 수문(10)측으로 돌출된 지지돌부(24)가 형성되되, 지지돌부(24)의 선단에는 개방시 수문(10)에 접하는 지지로울러(26)가 설치됨을 특징으로 하는 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수문실(23) 하단 출입부(25) 외곽에는 양 측단에 하방으로 요입(凹入)되는 만곡부(71)가 형성된 지지프레임(70)이 설치되고;
    지지프레임(70)의 상부에는 전방 양 측단에 이송로울러(61)가 설치되고 후방에는 액튜에이터(actuator)(81)가 설치되며 저면에는 출입부(25)를 포위하는 압착지수부(62)가 부착된 차단문(60)이 설치되어;
    수문(10)의 수문실(23)내 수납시 차단문(60)이 전진하여 수문실(23)을 폐쇄함을 특징으로 하는 수문 수납형 조력발전 방조제용 수로.
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