하천 흐름 수치모의에 미치는 조도계수의 영향 분석

Abstract

하천 흐름해석을 위한 수치모형에 적용되는 적정 마찰계수의 선정을 위하여 직선수로, 지장물이 존재하는 직선수로와 사행수로의 흐름에 대하여 일정한 마찰계수 n값을 적용하여 1차원 수치모형 HEC-RAS와 2차원 수치모형 RMA2, 그리고 3차원 수치모형 FLOW-3D를 이용하여 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 2차원 및 3차원 수치모형에 1차원 수치모형에 적용했던것과 동일한 Manning 계수 n값을 적용하였음에도 불구하고 각 모형에 따라 서로 다른 수위분포를 주는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 수치모의 결과에 대한 메카니즘 분석을 통해 2차원 및 3차원 흐름효과에 의한 에너지 손실이 중복되어 고려되었기때문임을 규명하였다. 따라서 하천흐름 모의시 사용하는 수치모형, 격자체계 및 흐름 특성에 따라 요구되는 Manning 계수가서로 다르며, 실측치와의 비교를 통해 조정하여 사용해야 함을 알 수 있었다.

For the determination of the appropriate roughness coefficient applied to the dimensional models to analyse the stream flow, various numerical simulations with a straight channel, a straight channel with obstructions, and a meandering channel were performed using HEC-RAS as one-dimensional model, RMA2 as two-dimensional model, and FLOW-3D as three-dimensional model with a same Manning's n-value. From the simulation results it was found that each model gives different water surface profiles, even though the same roughness coefficient applied to the one-dimensional model was used for the two-and three-dimensional models. Based on the mechanism analyses of the numerical results it was found that the energy loss due to two-or three-dimensional flow effect is considered twice in the two-or three-dimensional model. Thus, the Manning's n-value required for the numerical computation of stream flow is different according to the numerical model adopted, the grid or mesh system and the flow characteristics, and it should be adjusted through the comparison between the observed and calculated surface profiles.