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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201414CCTI-C063749-03
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 불연속 하천구조물을 넘나드는 천수 흐름 해석을 위한 2차원 수치모형 개발
총 연구기간 2012-11-19 ~ 2015-11-18
연구책임자 황승용
당해년도
참여 연구원수
3명 총 연구기간
참여 연구원수
8명
당해년도
연구비
정부 : 119,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 119,000,000 원
총연구비 정부 : 285,762,000 원
기업 : 0 원
계 : 285,762,000 원
연구기관명 한국건설기술연구원
등록 발간번호 11-1613000-001136-01
ISBN 979-11-957708-0-9
주요 내용 ? 인구가 집중된 도심을 지나는 하천(도심 하천)은 홍수 방어와 위락을 위해 고수부지 또는 제방으로 정비되어 있으며, 토지 이용의 고도화에 따라 고수부지와 제방에 위락시설이나 주차장 또는 강변도로가 조성되어 있는 경우가 대부분임
? 우기에 장마나 태풍에 의해 홍수가 발생될 때 홍수대책상황실의 운영으로 강변도로의 통제 등 수해에 대비하나, 도심에서 국지적으로 발생되는 집중호우의 경우 하천 범람의 양상이 달라 기존의 홍수대책으로는 미비한 점이 있음(사례: 2011년 7월 수도권 집중호우에 따른 올림픽대로 침수)
? 당시 한강대교 기준수위에 도달하지 않았음에도 강변도로가 이미 침수되어 실질적인 교통통제가 이루어지지 않았으며 그 원인은 '고차원적 수리 분석'이 이루어지지 않았기 때문인 것으로 드러남(한국건설기술연구원, 2011)
? 고차원적 수리 분석으로 2차원 이상의 공간 해석과 수위의 정확도가 2차 이상의 고차 정확도 해석이 적절할 것임
? 기존의 홍수예보는 1차원 하천 흐름 해석 모형을 이용하여 상류에서 발생되는 홍수의 전파를 예측하는 기술에 의존되며, 이러한 모형으로 호안이나 옹벽으로 이루어진 하천구조물의 불연속 단면형상을 고려하는 것은 불가능함
? 3차원 모형의 적용으로 불연속 하천구조물에 대해 비교적 정확한 해석이 가능하나, 과다한 계산 비용으로 해석 범위가 주로 구조물 주위에 국한되어 도심 하천의 전 구간을 모의하는 것은 사실상 불가능한 실정임
? 기존의 수심-적분 평면 2차원 모형의 경우, 실용성은 확인되나, 수위 상승에 따라 고수부지와 제방이 침수될 때 호안이나 옹벽과 같은 불연속 하천구조물에 대한 직접 해석이 불가능하여 계산의 정확성이 제한되거나 보장되지 않는 한계가 있음
? 따라서 고수부지나 제방의 주차장이나 강변도로의 침수를 예측하기 위해서는 도심하천 전 구간에 대해 호안이나 옹벽과 같은 불연속 하천구조물 위로 넘나드는 흐름을 정확하게 해석할 수 있는 기술의 개발이 요구됨

[최종목표]
? 불연속 하천구조물을 넘나드는 흐름 해석 기술 개발 및 수치 모형 수립(도심하천에서 하천구조물의 불연속 단면을 넘나드는 2차원 흐름을 해석할 수 있는 기술을 개발하여 컴퓨터 프로그램으로 구현하고 실험실 실험과 현장 관측 자료를 통하여 검증함)
- 불연속 하천구조물에 대한 월류 해석
- 불연속 하천구조물을 넘나드는 해석
- 모형의 검증 및 실증

[연구내용 및 범위]
□ 1차년도
○ 불연속 하천구조물에 대한 월류 해석
? 계단(step)이 완전히 잠긴 상태로 월류되는 흐름에 대한 해석 모형을 수립
? 단순한 경우에 대해 수위에 대한 정확해(exact solution)와 모의 결과와 비교
? 계단에 대한 실험실 실험 결과와 비교를 통한 검증
? 계단의 전과 후에서 측정한 수위를 이용하여 계단에 의한 흐름 저항 평가
? 계단을 둘러싼 영역 전반의 흐름 양상

? 연구 동향 조사
- 현재 기술 수준 조사
- 최신 연구 동향 파악
? 불연속 하천구조물에 대한 월류 해석(월류 해석)
- 이론 검토 및 분석
- 수치모형 구축
- 실험 결과와 비교 및 분석
? 계단(step)에 대한 월류 실험(월류 실험)
- 실험 계획
- 모형 제작 및 측정
? 논문 작성

□ 2차년도
○ 불연속 하천구조물을 넘나드는 해석
? 계단(step)으로 이루어진 모형 구조물(고수부지 또는 제방)에 물이 차고 빠지는 연속과정에 대한 해석 모형을 수립
? 정확해 또는 문헌(논문)에 소개된 실험실 실험 결과와 비교를 통한 검증
? 계단 주위의 측점에서 측정 수위

? 불연속 하천구조물을 넘나드는 흐름 해석(잠김/드러남 해석)
- 이론 검토 및 분석
- 수치모형 구축
- 정확해 또는 문헌(논문)에 소개된 실험실 실험 결과와 비교 및 분석
? 논문 작성

□ 3차년도
○ 모형의 검증 및 실증
? 불연속 구조물로 이루어진 실험실 실험과 실제 하천에 대해 수립된 모형을 적용하여 수집된 관측 자료와 비교를 통해 모형의 적용성을 실증
? 홍수의 도달 시각
? 관측 수위
? 대상 구간 전반의 흐름 양상

? 계단에 대한 잠김과 드러남 실험(잠김/드러남 실험)
- 실험 계획
- 모형 제작 및 측정
? 모형 검증
- 모형 최적화
- 모형 검증
- 모형 보완
? 논문 작성
색인어 한글 불연속 하천구조물 천수 흐름 잠김과 드러남 수치해석 근사 Riemann 해법
영문 discontinuous hydraulic structure shallow-water flow wetting and drying numerical analysis approximate Riemann solver
최종보고서 14CCTI-C063749(최종보고서-불연속 하천구조물-황승용).pdf
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