R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201311기술혁신C04 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 하천에서 유사이동 및 하상변동 예측을 위한 3차원 수치모형의 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2011-09-29 ~ 2014-09-28 | |||||
| 연구책임자 | 최성욱 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
15명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 320,000,000 원 기업 : 106,700,000 원 계 : 426,700,000 원 |
총연구비 | 정부 : 537,000,000 원 기업 : 179,200,000 원 계 : 716,200,000 원 |
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| 연구기관명 | 연세대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11기술혁신C04 | |||||
| ISBN | 0000 | |||||
| 주요 내용 |
하천에서 물의 흐름은 난류이며 이를 적절히 모의하기 위해서는 3차원 모형이 필요하다. 그러나 하천 실무에서는 모형의 난해도와 계산시간의 문제로 3차원 방정식을 단순화시킨 1차원 혹은 2차원 모형이 주로 사용된다. 1차원 모형과 2차원 모형은 각각 단면 평균과 수심 평균된 결과를 제공하여 정밀한 해석을 필요로 하는 경우 사용되기 어렵다. 또한 하천에서 홍수에 의한 하상변동을 모의하기 위해서는 유사이동을 고려해야 하는데 외국에서 개발된 유사이동 모형을 국내 하천에 적용하는 경우 지역적 특수성을 반영할 수 없어 계산 결과를 신뢰할 수 없다. 최근 기후변화에 의한 돌발홍수 발생과 홍수량의 증가, 4대강 사업에 의한 하도 변화 및 하천 시설물 설치 등은 기존 하천의 통수부담을 증가시키고 하천형태의 변화를 야기할 수 있다. 이에 공학적으로 적절히 대응하기 위하여 하천 유동 및 하상변동을 수리학적으로 정밀하게 모의할 필요가 있다. [최종목표] 본 연구의 목표는 하천에서 유동, 유사이동, 그리고 하상변동을 모의할 수 있는 3차원 수치모형을 제시하는 것이다. 하천에서 유동을 모의하기 위하여 적절한 난류모형을 선정하고 유동에 관한 지배방정식을 구성하여 수치해석 한다. 유사이동을 고려하기 위하여 다양한 소류사 공식을 실측자료와 비교하여 국내 하천에 적합한 공식을 선정하고 부유사량 산정기법을 제시한다. 또한, 유사이동에 의한 하도형태의 변화를 산정하기 위하여 하상토보존방정식 해석을 위한 알고리즘을 제시한다. 최종 단계에서는 유동, 유사이동, 그리고 하상변동 계산 모듈을 통합하여 홍수에 의한 하도형태의 변화를 모의할 수 있는 수치모형을 제시한다. [연구내용 및 범위] 하천에서 유사이동 및 하상변동을 위한 수치모의를 하기 위하여 하천 유동 계산, 유사량 산정, 하도형태 변화 계산, 그리고 사용자 편의환경 구축이 필요하다. 먼저, 하천의 유동 계산을 위하여 3차원 지배방정식을 구성하고 난류 모형을 선정한 후 수치해석 기법을 적용한다. 난류 모형으로는 k-epsilon 모형, 비선형 k-epsilon 모형, 응력대수식 모형, 레이놀즈응력 모형 등을 대상으로 하여 정확도 및 계산 비용을 고려하여 적절한 모형을 선정한다. 국내 하천의 유사량 예측을 위하여 다양한 소류사 공식 및 연행 함수를 테스트 하고 실측자료와 비교한 후 최고의 예측 성능을 보이는 기법을 제시한다. 유사이동에 의한 하도변화를 모의하기 위해서 하상토보존방정식을 해석하는 알고리즘을 제시하고 수치적인 안정성을 검토한다. 마지막으로 수치계산을 위하여 3차원의 격자를 발생하는 기법과 계산결과의 도시 및 각종 자료 DB를 포함하는 사용자편의환경을 구축한다. |
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| 색인어 | 한글 | 유사이동 | 하상변동 | 하천형태학 | 홍수재해 | 기후변화 |
| 영문 | sediment transport | bed elevation change | river morphology | flood disaster | climate change | |
| 최종보고서 | 최종보고서.pdf | |||||