와점성계수를 이용한 토석류 퇴적 형상 수치해석

Abstract

최근 집중호우의 증가는 토석류에 대한 피해 증가로 이어졌으며, 이에 따라 정확한 토석류 예측에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이를 위해서는 토석류 거동 특성에 대한 이해가 선행되어야 한다. 토석류의 이동에 대한 예측 정확도 향상을 위한 연구는 많이 수행된 반면, 상대적으로 퇴적에 대한 연구는 적게 수행되었다. 이에 Urban Debris Simulator (UDS)를 이용하여 토석류 퇴적형상에 대한 정확한 수치해석 가능성을 검토하였다. 수치해석 전 과정으로 USGS 토석류 수로를 대상으로 시간간격과 격자크기에 대한 민감도 분석을 통해 최적 조건을 도출하였다. 토석류의 퇴적은 비대칭적이고 불규칙하기 때문에, 단일 점성계수를 갖는 유동 모델로 구현하는 것은 쉽지 않다. 천수방정식 기반의 UDS는 텐서형태의 와점성계수를 갖고 있으며, 이를 이용하여 불규칙한 토석류 퇴적형상을 모의할 수 있다고 판단하였다. 이에 USGS 토석류 실험수로에서 수행한 실험을 UDS로 재현하였으며, UDS의 와점성계수를 변화시켜가며 퇴적에 대한 수치모의를 수행하였다. 그 결과, 최적의 와점성계수가 제시되었으며, 정확하게 토석류 퇴적 형상이 모의될 수 있음을 확인하였다.