식생된 개수로에서 부유사이동 현상의 수치해석

강형식 연세대학교 대학원 2000 국내석사

본 연구에서는 식생된 개수로에서 부유사이동 현상에 대한 식생의 영향을 파악하기 위해 κ―ε 난류모형을 이용하여 수치모의하였다. 식생의 영향을 고려하기 위해 항력항을 추가한 지배방정식을 구성하였으며, 지배방정식을 해석하기 위하여 유한체적법을 사용하였다. 수치모의에서 구한 식생된 개수로의 흐름구조를 기존의 수리실험 결과와 비교하여 비교적 잘 일치함을 확인하였다. 난류의 생성과 소멸을 수치모의한 결과, 부분구간 식생된 경우 식생높이 보다 낮은 구간에서는 후류에 의한 난류 생성이 지배적이며, 식생높이 보다 높은 구간에서는 주로 마찰에 의한 난류 생성이 지배적임을 보였다. 부유사 농도분포를 수치모의한 결과, 식생의 영향을 고려하지 않은 Rouse 분포에 의한 계산된 농도 보다 식생의 영향을 고려한 κ―ε 난류모형에 의해 계산된 부유사 농도분포가 더 크게 나타났다. 또한 동일한 바닥경사와 유량에 대해서 식생밀도가 증가할수록 부유사 수송능력은 감소하며, 부유사 입자의 크기가 작을수록 부유사 수송능력이 증가함을 확인하였다. 식생된 개수로에서 식생높이 부근에서 발생하는 3차원 효과를 고려하기 위하여 비등방성 난류모형인 응력대수식 모형을 구성하고 계산된 값들을 κ―ε 난류모형과 비교하였다. 응력대수식 모형을 이용하여 계산된 평균유속, 난류강도, 레이놀즈 응력 분포를 기존의 수리실험 결과와 비교하였으며, κ―ε 난류모형에 의해 계산된 결과 보다 더 잘 일치함을 확인하였다. 난류동점성 계수는 응력대수식 모형이 κ―ε 난류모형에 의해 계산된 값보다 더 크게 나타났으며, 무차원 부유사 농도분포와 부유사 수송능력 역시 κ―ε 난류모형 보다 응력대수식 모형에 의해 계산된 값이 더 크게 나타났다. In this study, the κ―ε turbulence model is employed to investigate the vegetation effect on flow structure and transport capacity of suspended sediment in vegetated open-channel flows. Governing equations including the drag force in order to consider the vegetation effect are solved by the finite volume model. Computed flow structures using the κ―ε turbulence model agree well with experiments. Using the model, the turbulent production and the rate of turbulent dissipation are investigated for submerged and emergent conditions. For emergent condition, the turbulence generation is dominated by the production within the vegetation wakes. For submerged condition, the shear at the top of the vegetation dominates turbulence production, and the in-vegetation turbulence production is characterized by the vegetation wakes. Computed values of kinematic eddy viscosity are used to solve the suspended sediment diffusion equation, yielding distributions of relative suspended sediment concentration slightly in excess of the ones predicted by the Rousean formula. For computed suspended sediment transport capacity, as the dimensionless vegetation density increases, suspended sediment transport capacity decreases, and as the particle diameter is smaller, the transport capacity increases. To consider the 3-dimensional feature of the flow at the top of the vegetation height, the algebraic stress model (ASM) is applied. Computed results are compared with the profiles from the κ―ε model and experiments. Comparisons include mean velocity, turbulence intensity, Reynolds stress. It is found that the numerical results from the ASM are closer to the measured profile than those from the κ―ε model. Computed values of kinematic eddy viscosity from the ASM are larger than those from the κ―ε turbulence model. Relative concentration and transport capacity of suspended sediment from the ASM are also larger than κ―ε turbulence model.

Mellor-Yamada 모형을 이용한 부유사 밀도류의 수치모의

전선미 연세대학교 대학원 2003 국내석사

본 논문에서는 비등방성 난류모형을 이용하여 사면에서 발달하는 2차원 부유사밀도류를 모의하기 위한 수치모형을 제시하였다. 완결 모형으로 난류의 비등방성을 고려할 수 있는 Mellor-Yamada Level 2.5 모형을 사용하였다. 수치기법으로는 유한체적법을 사용하였고, 이송항의 처리를 위해 power-law 기법을 사용하였다. 모형의 적용성을 살펴보기 위하여 개발된 모형을 일반 개수로 흐름과 1차원 보 존성 밀도류에 적용하였으며, 기존 문헌의 실험 결과 및 등방성 난류모형인 표준 k-□ 모형에 의한 결과와 비교하였다. 모의실험에서 Mellor-Yamada Level 2.5 모형에 의해 모의된 평균흐름과 난류량이 표준 k-□ 모형에 의한 결과와 유사한 것을 확인하였다. 개발된 수치모형을 이용하여 사면에서 발달하는 2차원의 부유사밀도류를 모의하였다. 사면에서 발달하는 2차원 부유사밀도류의 유속 과 부유사농도의 진행거리별 수직구조에서 유사성을 확인할 수 있었다. 그러나 난류운동에너지와 난류운동에너지 소산률의 진행거리 별 수직구조에서는 유사성을 확인할 수 없었다. 이는 부유사밀도류의 발달에 따른 흐름의 불안정성에서 기인한 것으로 판단된다. This study presents a numerical model to simulate 2D turbidity currents developing on a slope. The model employs Mellor-Yamada Level 2.5 model, an anisotropic turbulence closure. The finite volume method is used for the numerical implementation, and the power-law scheme is used for the advection term of the governing equations. In order to investigate the applicability of the numerical model, the model is applied to cases of the open-channel flow and the conservative density current. The measurement data in the literature and computed data by the standard k-□ model are compared with simulated results. The comparisons indicate that the simulated vertical structures of the open-channel flow and the density current agree well with both measured data and computed profile by the k-□ model. The developed model is also applied to a turbidity current developing on a sloped plane. It is shown that the distributions of the streamwise mean velocity and the concentration are similar along the downstream direction. However, the profiles of the turbulence kinetic energy and the its dissipation rate are not found to be similar, which is due to flow instability associated with flow developing.

식생하도에서 부유사의 거동을 고려한 2차원 하도변화 수치모의 (섬진강을 중심으로)

오다윗 한국교통대학교 일반대학원 2023 국내석사

제목 : 식생하도에서 부유사의 거동을 고려한 2차 원 하도변화 수치모의 우리나라의 하천은 충적하천으로 이루어져 있으며, 유사이송을 통해 하 천 지형이 변한다. 하천지형의 변화를 살펴보면 백색사주가 식생의 활착으 로 인해 그린리버로 점차적으로 변화하는 현상이 발생하고 있으며, 그 원인 으로는 댐건설로 인해 홍수발생빈도 및 첨두유량 감소와 갈수량 증가 등의 유량변화, 댐상류지역의 토지이용변화, 기온과 강우량 변화 등이 있다. 유 사의 퇴적으로 식생이 하도에 활착하게 되면 육역화 현상이 발생하여 통수 능이 저하되어 홍수범람 등 피해를 야기할 수 있다. 피해를 방지하기 위하 여 하천에 번성해 있는 식생을 벌채하는 등의 방법들이 제시되나 유사의 퇴 적으로 발생하는 문제에 대한 근본적인 해결책을 제시하지 못하고 있다. 본 연구에서는 유사거동을 파악하기 위해 Nays2DH 모형을 사용하여 수 치모의를 수행하였다. 현장조사를 바탕으로 식생밀도를 산정하였으며, 산정 된 식생밀도 조건을 3가지로 구분하여 적용하였다. 식생밀도의 변화에 따 라 유사거동 조건을 분류하여 소류사만 고려한 경우와 소류사와 부유사를 동시에 고려한 경우로 구분하여 분석하였다. 그 결과, 소류사만 고려하거나 소류사와 부유사를 동시에 고려하였을 때 퇴적과 세굴을 비교하면 만제유량 의 경우 최대퇴적은 약 7배 이상 증가하였고 최대세굴은 2배 이상 증가하였 다. 100년빈도 홍수량의 최대퇴적은 약 8배 이상 증가하였고 최대세굴은 4 배 이상 증가하였다. 따라서 소류사에 의한 유사의 거동은 미소하게 발생하 였다. 하상변동에 의한 육역화 현상의 주 이송은 부유사에 의해 나타난다.

음파 후방산란강도의 부유사농도 변환에 관한 연구

라상호 전북대학교 일반대학원 2017 국내석사

The doppler velocimeter, such as ADCP(Acoustic Doppler Current Profile) and ADV(Acoustic Doppler Velocimeter), uses acoustic waves to measure current velocity in rivers, estuaries, and the ocean. This is achieved by measuring the frequency shift, via the Doppler effect, of sound backscattered from particles in the water. The intensity of the sound backscattered from particles is related to suspended sediment concentration. For this reason, these instruments additionally can be used to measure, via the correlation analysis between suspended sediment concentration and backscatter intensity, the suspended sediment concentration in the water. In this study, in order to find the correlation between bakscatter intensity and suspended sediment concentration, the laboratory apparatus called as the suspended sediment calibration chamber was developed. Prior to the conversion experiments, tests for performance verification of chamber have been carried out and then, a series of conversion experiments to convert acoustic backscatter intensity into suspended sediment concentration have been performed using a non-cohesive and cohesive sediments samples. Experiments were carried out by using 6 MHz Nortek Vector velocimeter as an observation sensor, changing the suspended sediment concentration of each sample, and observing the acoustic backscatter intensity. As a result, an equation for converting backscatter intensity to suspended sediment concentration was derived. In the case of non-cohesive sediment(sand), the coefficient , which represents the slope of the equation, was 20.50. On the other hand, the coefficient was 12.54 in the case of cohesive sediment(kaolinite). The difference in the values of these coefficients is the result of the effect of the basic characteristics of sediment such as particle size and viscosity. The sensitivity of backscattering is highest when the wavelength of the sensor frequency matches the radius of the particles. Because of the difference in the particle size influences the sensitivity, it shows the difference in coefficient value. In conclusion, the chamber developed in this study has no major problem in its performance, and the conversion experiment method can also be said to be valid. In addition, it can be understood that the converting formula derived from the experimental results of this study can not be applied to another specific area. Considering the site-specific tendency of the fundamental characteristics of bottom sediment in each area, it is necessary to perform field observations or laboratory experiments repeatedly at the surveyed area, and to derive an appropriate convert formula for the area.

TRIVAST 모형을 이용한 3차원 해수유동 및 부유사확산 수치모의

선웅배 全南大學校 2007 국내석사

3차원 해수유동 및 부유사확산 범위를 예측할 수 있는TRIVAST 모형을 선정하여 TRIVAST 모형의 불안정한 경계조건을 전후사방에서 적용이 가능하도록 수정하였고, 사용자가 쉽고 편리하게 현지 해역에 적용할 수 있도록 모형을 수정하였다. 수정된 TRIVAST 모형의 수치적 안정성을 검토하기 위하여 Circular Bowl에서 바람효과를 서쪽(왼쪽) 방향에서 10로 일정하게 주어 Leon의 실험과 비교, 검증하였고, 3차원 댐 붕괴 실험을(와동점성계수 = 0.5) 댐 붕괴 후 7.2sec 동안 계산하여 Leon의 실험과 비교, 검증하였으며, 장방형 내만에서 하나의 절점을 갖는 정상파로 해석해와 비교하였다. 마지막으로 연직확산계수를 포물선형태의 분포로 가정한 평형농도 분포를 해석해와 비교하였다. 수치계산결과 네 가지 실험 모두 좋은 일치를 보여주었으며 수치적으로 안정된 결과를 얻었다. 따라서 검증된 TRIVAST 모형으로 천수만과 인근해역에 조석, 조류로 인해 발생하는 해수유동으로 인한 부유사 확산을 예측하였으며 그 결과는 현지해역의 특성과 비슷한 결과를 얻었다. In this study, TRIVAST model that can be estimated three-dimensional tidal flow and suspended sediment diffusion range modified the instability boundary condition to at all direction and useful when user apply to real areas. In order to investigate numerical stability of modified TRIVAST model, it was compared and verified effective wind in the Circular Bowl by being input 10 at west direction and three-dimensional dam break of the Leon experimentation during 7.2sec after dam breaking and as standing waves which has one point on the inside rectangle bay and distribution of the equilibrium concentration as assumed parabolic type. As numerical results of the four testing, it was good agreement and was stabilized at the numerical calculation. Therefore, by estimating suspended sediment diffusion as tidal in the chonsu bay, the result was similar to real area.

목포 인근해역의 부유사이동 특성

박형수 목포대학교 산업기술대학원 2003 국내석사

목포해역의 하구언과 방조제 건설로 인한 환경변화 및 해수유동 특성을 기존 연구를 토대로 고찰하여 덴마크의 DHI사가 개발한 MIKE 21 MT(Mud Transport)모듈을 이용하여 각 건설시기별로 구분하여 부유사 이동양상을 정성적으로 파악하였다. 본 연구를 통해 목포해역 해수의 유출입을 담당하는 목포구는 알려진 바와 같이,영산강 하구언 건설후보다 영암.금호 방조제 건설후의 목포구 내부 수역에 대한 부유사 이동이 급격히 감소함을 통해 유속이 감소하는 양상을 확인 할 수 있었다. 더불어 건설예정이었던 4단계(무안만) 방조제가 건설되더라도 부유사의 이동양상은 방조제내부역을 제외한 다른 해역에는 크게 영향을 미치지는 않을 것이라 예측할 수 있었다. Numerical analysis were carried out to analyze the changes of characteristics of tidal flow and corresponding mud transport mechanism caused by the construction of embankments and tide embankments at Mokpo coastal zone. These quantative analysis were conducted using MIKE 21 MT(Mud Transport) module developed by DHI company in Denmark. As we know that, the transport mechanism is altered to the even slow state caused after the construction of Young-san embankment, Young-am tide embankment and Kum-ho tide embankment. We can confirm that this phenomenon is induced by decreasing tidal flow velocity. In addition, we can conclude that the mud transport mechanism will not be altered greatly in case the Muan embankment at 4th level will be completed.

울산만에서 파와 조류에 의한 부유사확산의 3-D 수치모의

金京澤 全南大學校大學院 2011 국내석사

울산만 해역에서 파와 조류에 의한 부유 사 확산을 예측하기 위해 수치모형을 이용하여 3차원 수치모의를 수행하였다. 조류에 의한 부유 사 확산 수치모의에 필요한 유동장을 획득하기 위하여 EFDC 모형으로부터 조석과 조류를 계산하였고, 파에 의한 부유 사 확 산 수치모의에 필요한 해빈류 를 얻기 위하여 파랑변형 모형인 STWAVE와 준3차원 해빈 류 재현 모형인 SHORECIRC을 사용하였다. 부유 사 확산 수치모의에서 침강속도와 한계전단응력의 산정과 관련한 각종 지질 량을 획득하기 위한 현장조사를 수행하였고, 침식퇴적공식에 관한 경험적 상수의 적정 값을 얻기 위하여 기존의 Cho et al.(2010) 실험결과 및 해저 질 관측자료를 사용하였다. 수치실험결과, 울산 만에서 파랑작용이 강한 곳에서 해빈 류에 의한 변화가 크게 나타났고, 조류에 의한 부유 사 농도는 그 변화가 크게 나타나지 않는 것으로 예측되었다. 따라서 울산만과 같은 해역에서의 부유 사에 관한 연구 시에는 파에 의한 수치실험이 고려되어야 한다. The present study is aimed to simulate three dimensional numerical model to use numerical model in order to predict suspended sediment transport due to wave and tide current in Ulsan Bay. Tide and tide current were calculated by EFDC model in order to obtain the flow field that was required to simulated by suspended sediment transport due to tide current. STWAVE as wave transformations model and SHORECIRC as wave-induced current model were used in order to obtain wave-induced current that was required to simulated by suspended sediment transport due to wave. The numerical simulation of suspended sediment transport carried out field observation to obtain various geologic parameters for estimations of settling velocity and critical shear stress and used to the existing experimental results of Cho et al.(2010) and the sea floor material observation data in order to gain reasonable value of empirical coefficient concerning formulation of erosion and sedimentation. As a numerical experiment result, The concentration changes of suspended sediment due to wave-induced current are widely represented at the place of the strong wave action in Ulsan Bay. Otherwise, suspended sediment due to tide current were predicted to rarely represent the concentration changes. Therefore, the study for suspended sediment such as the Ulsan Bay have to consider numerical experiment due to wave.

조류와 파랑에 의한 부유사농도 변화

박선정 국민대학교 대학원 2006 국내석사

해저면 지형변화에 있어 여러 가지 요인들이 있겠지만 유속, 저면전단응력, 저면의 지질, 부유사의 농토는 지형변화에 밀접한 관계를 가질 수 있다. 특히 구조물에 의하여 주변의 해양환경이 변할 경우 조류, 파랑에 영향을 미쳐 유속 및 유향의 변화를 가져올 수 있으므로 그로인한 지형변화가 생길 수 있다. 해안에 완공된, 또는 공사중인 구조물들 중 이례적으로 규모가 크고 공사기간이 길었던 새만금방조제는 주변 해양환경에 미치는 영향이 크다고 할 수 있겠다. 오랜 건설기간으로 인해 조류와 파랑의 지역적 특성이 계속해서 변화되어 왔고 방조제가 완성된 후에도 현재와는 다른 형태로 변할 것이다. 본 연구는 새만금방조제가 건설되고 있는 현 시점에서 조류에 의해 해수유통로가 새만금방조제의 내측 호와 외측의 바다의 해수를 교환시키는데 있어 특성을 파악해 보기로 한다. 또한 지형변화의 큰 요인인 부유사 농도의 현장 관측치를 수치모형을 통하여 재현하여 조류와 파고가 부유사 농도에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 한다. 조류 수치모형 실험과 지형변화 수치모형 실험을 통하여 새만금방조제 인근에서 해류의 특성을 연구함으로 이 지역에서 변화하고 있는 해양환경을 예측할 수 있을 것이다. 아울러 모형의 정확성을 더욱 높이기 위해서는 지속적인 모델링 자료의 구축과 수심데이터의 정밀한 측량조사가 선행되어져야 할 것이다. Even though many possibilities cause to change seabed, the speed of current, bottom shear stress, the geological features of bottom, and concentration of suspended sediment should be the principal reason. Especially when the ocean's environment is changed by artificial structures, it affects tide current and waves which alter the speed of current and direction of current. Thus, these cause to change configuration of the ground. The ocean's environment has been affected by The Saemangeum tide embankment, which is exceptionally huge, and has been built very long time among other completed or being constructed structures on the sea coast. The long period of construction has continuously changed the characters of tide current and waves. Moreover the characters will differ from now though the construction is over. This point of time, the Saemanguem has been built, this study is to find out characters when seawater is flown inside of 호and outside of the ocean through channel by tides. In addition, reproduced the numerical value models from the field surveys of concentration of suspended sediment, which is a principal cause of changing seabed, are to show how tidal current and wave heights influence to concentration of suspended sediment. The ocean's environment will be able to be anticipated by the study of an ocean current based on surveys of tides and changes of seabed numerical value models. Furthermore, building modelingdata, and accurate water depth surveys should be preceded to get more precise data.

부유사농도 분포에 관한 연구

김광치 東亞大學校 大學院 1981 국내석사

This paper is studied the practical measure of suspended concentration which is fundamental to the calculation of suspended sediment. It calculated the two point method which was practically applicable to the river campared withe the L.G. straub method. The results of this study are summarized as follow 1. The value of the two point method is more exact than the value of the L.G. Method, which is used extendedly in calculate of the average suspended concentration. 2. The type of the suspended sediment concentration distribution is generally divided in A, B, C, D, type and it's bounds of application are following. A : Vm >0.5m/sec

Rouse 방정식에 의한 부유사 농도의 연직분포 해석

문호주 한밭大學校 産業大學院 2007 국내석사

본 연구는 강우시 소하천 수로구간에서 유사농도의 연직분포를 유사량 측정기 (ASM-Ⅳ)로 실측하여 그 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 충남 연기군 서면에 위치한 월하천 시점부분의 수로구간을 연구대상으로 선정하였다. 실측된 부유사농도의 분석자료는 상·하류구간에서 각각 1시간 11분 30초 및 40분 32초 동안에 2초 간격으로 측정된 2,145개 및 1,216개중 16개씩의 시간구간 자료가 사용되었다. 자료를 분석한 결과 상류구간의 실측치 Rouse 수는 0.00129∼0.02394로 분포하고, 평균값은 0.01129로 나타났으며, 하류구간에서는 0.00118∼0.00822, 평균값은 0.00436으로 하류의 값이 상류의 값보다는 훨씬 작게 분포하는 것으로 나타났다. 계산치 Rouse 수는 상류구간의 경우 0.06511∼0.06529, 평균값은 0.06521로 나타났고, 하류구간의 경우에는 0.05731∼0.05911, 평균값은 0.05795로 나타난 것으로 볼 때, 하류구간이 상류구간보다 약간 작은 값을 갖으나, 실측치 비교에서의 차이보다는 작게 나타났다. 그러나, 실측치와 계산치의 비교에서는 상류구간보다 하류구간에서 더 큰 차이를 갖는 것으로 나타났는데, 이 오차는 하류구간의 침강속도 산정시 높은 수온에 대한 동점성계수 값을 본 연구에서 유도한 경험식으로 계산한 것도 원인중의 하나이었다. 또한, 본 연구는 유역이 비교적 제한적인 소하천에서의 부유사 농도분포를 실측하여 분석한 것으로서 Rouse 수의 실측치와 계산치의 보다 더 정확한 비교가 이루어지기 위해서는 실시간적으로 자료측정이 가능하고 농도분포와 수온 등을 자동적으로 측정할 수 있는 유사량 측정기를 적극 활용함은 물론, 대상유역을 확대함으로써 더 많은 연구자료를 확보하는 것이 필요한 것으로 판단된다. This thesis aims to determine the profiles of suspended-load concentration in related to those data by measuring vertical sediments distribution using the ASM (Argus Surface Meter)-Ⅳ at the channel reaches of a upstream and a downstream in small stream basin. The watershed, small river basin where had taken for experimental study was selected, which is a drainage area lied at Walha in Yunkee-Gun, Chungnam Province in Korea. Measured data of suspended-load concentration consists of two groups data a during 1hr 11min 30sec and a during 40min 32sec for measuring time of 2 seconds in the study channel reaches at river, respectively. In order to analyze of the vertical concentration distribution, the data sets of used are selected the measuring time 16 sets one of these data by random in the study channel reaches. As a results, the Rouse number of a measured and a calculated value show that a range of 0.00129∼0.02394, averaged value of 0.01129 and, a range of 0.00118∼0.00822, averaged value of 0.00436 in upstream reaches, and also a range of 0.065115∼0.065295, averaged value of 0.06521, and a range of 0.057315∼0.059109, averaged value of 0.05795 in downstream reaches, respectively. These difference show that measured Rouse number compared with downstream reach errors of less than in upstream reach, but between measured and calculated of the Rouse number compared with downstream reach errors of more than in upstream reach, respectively. It seems to will be included one of the occurrence errors of variable estimations when Rouse number of calculated value to be made computed by the fall velocity with a high temperature of water using equation of empirical kinematic viscosity was derived in this thesis.