3차원 수치모의를 이용한 퇴적방지용 하상구조의 수리특성 분석

• 영문명: Hydraulic Characteristic Analysis of Riverbed Structure for Preventing Accumulation using 3D Numerical Simulations
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 임장혁 홍녕교 이지훈 이승오 Im, Jang Hyuk Hong, Nyung Kyo Lee, Ji Hun Lee, Seung Oh
• 간행물 정보: 『3. 한국방재학회 학술대회논문집』2012년, 138~138쪽, 전체 1쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2012.02.16

국문 초록

최근 국내에서는 산업의 발달에 따른 농경지의 도시화, 택지개발 및 농업용수 사용량 감소의 영향으로 매년 50~150개 정도의 보가 폐기되고 있는 실정이며, 미국의 경우 기능을 상실한 보 또는 소규모 댐을 철거하여 어류의 생태 통로를 복원하고 수질을 개선하고 있는 추세이다(한국건설기술연구원, 2008). 또한, 보 하류부에 입경이 작은 토사가 퇴적되고, 굵은 입경은 보 상류에 퇴적되어 하천의 유사연속성이 유지되고 있지 못하고 있다. 이러한 보 하류부의 퇴적부는 점차로 그 용적이 증가하고, 육지화되는 특성을 나타낸다. 이러한 현상은 하도육역화 현상으로 정의하고 관련 관리 기술을 개발하고 있다(현대건설, 2011). 이와 관련하여 본 연구에서는 기능을 상실한 보를 개선하거나 대체하고 유사연속성을 유지하면서 생태적으로 하천의 종적연결이 가능하도록 퇴적방지용 하상구조(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림1). 본 연구에서는 퇴적방지하상구조의 홍수안정성과 유사연속성에 대한 효과를 분석하고 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 이용하여 수리특성을 모의하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며 경계조건으로는 상류수심을 0.04, 0.08, 0.10, 0.15, 0.20 m로 적용하였으며, 하류경계조건은 Out flow로 설정하였다. 또한 상류수심이 0.15 m인 경우에 대해 퇴적방지용 하상구조의 폭을 0.74 m, 0.64 m, 0.54 m로 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 퇴적방지용 하상구조의 폭이 수로 폭과 같은 경우 상류 수심이 증가할수록 운동에너지 및 총 에너지가 감소하는 것으로 나타났다. 퇴적방지용 하상구조 수리특성은 속도수두의 감소율과 흐름방향 와(vorticity)를 주요인자로 채택하여 분석하였다. 속도수두 감소율의 수치모의를 비교분석한 결과, 속도수두의 감소율 범위는 그림 2에 나타난 바와 같이 38.9%에서 73.1%로 나타났으며 상류측 수위가 증가할수록 감소율은 작아지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 퇴적방지 하상구조에 의해 속도수두가 저감되어 하천의 홍수 안전성에 유리할 것으로 판단되었다. 흐름방향 와(vorticity)의 수치모의를 비교분석한 결과, 그림 3에 나타난 바와 같이 (-)방향(반시계방향) 와(vorticity)는 도수 현상에 의해 증가하는 것으로 나타나 상류에서 유입되는 부유사가 퇴적방지용 하상구조 형상에 의해 발생하는 와(vorticity)에 의해 교란되어 부유하게 되어 유사배제의 가능성이 높을 것으로 분석되었다. 이러한 결과, 퇴적방지용 하상구조가 홍수 안전성 확보와 유사배제에 효과가 있는 기술로 적용되는데 가능성이 있는 것으로 판단되었다. 향후, 수리모형실험이나 실제적용에 의한 모니터링 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료가 도출되어 퇴적방지용 하상구조의 상용화가 가능할 것이다.

키워드

퇴적방지용 하상구조 와도 하도육역화 FLOW-3D vorticity