지표면과 지중의 연계된 흐름에 대한 수치해석

• 영문명: Integrated Numerical Model for Coupled Surface-Subsurface Flow Systems
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 신호성(Shin Ho sung) 김진욱(Kim Jin Wook)
• 간행물 정보: 『2. 한국방재학회 논문집』 17권6호, 201~206쪽, 전체 6쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2017.12.30

국문 초록

강우에 의한 지표면 유출과 지중 침투는 상호 연관된 현상으로 동시에 고려하여 해석을 수행하여야 한다. 기존의 대부분 수리해석은 지반 침투와 지표면 유출의 상호작용을 고려하지 못하고, 한 부분이 일정하다고 가정하거나 경험식을 이용하여 두 현상의 상호 작용을 무시하였다. 본 연구에서는 지표면 유출에 대한 지배방정식을 제시하고 해의 안정성 확보하기 위한 수식화 기법을 제시하였다. 또한 지중 침투와 연계하기 위하여 불포화 지반의 수리학적 현상에 대한 수정된 지배방정식을 제시하였다. 개발된 해석 모델을 이용하여 일차원 조건에서 지중 침투와 지표면 고임에 대한 수치해석을 수행하였다. 지중침투 해석결과는 지반의 수리학적 특성을 반영한 초기의 침투량 감소와 수렴된 포화 침투량을 모사할 수 있다. 강우에 의한 불포화 사면에서 유량을 직접 주입하는 수치해석법과 지표면 유출과 연계된 지중 침투 해석법에 대하여 비교 논의하였다. 제시된 수치해석 기법은 지표면 간극수압의 과장되고 불안정한 변화가 없는 지표면 유출에 의한 집수 현상과 지중 침투의 연계해석이 가능하였다.

영문 초록

Surface runoff and subsurface infiltration are fully coupled processes from the hydraulic point of view and should be analyzed simultaneously. Most of the existing hydraulic analyses fail to take into account the interactions between the ground infiltration and the surface runoff, and ignore the interaction of the two phenomena by assuming that one part is constant or using empirical formulas. In this study, the governing equations for the surface runoff are presented with numerical formulations to improve numerical stability. Also, a modified governing equation for the hydrological phenomena in unsaturated soils is presented to consider ground infiltration due to rainfall. Numerical analysis on ground infiltration and surface ponding in one-dimensional flow condition was performed using the developed coupled model. Numerical results showed the initial reduction of the infiltration rate and asymptotic saturated infiltration rate depending on the hydraulic characteristics of the subsurface. Also, hydraulic study on unsaturated slopes by rainfall discussed a strength of coupled surface runoff-ground infiltration model over common direct injection model. The proposed numerical scheme is capable for a coupled analysis between surface ponding with the runoff and subsurface infiltration, without exaggerated or unstable predictions of surface pore water pressure.

목차

Abstract

요지

1. 서론

2. 지표면-지중 유체 흐름에 지배방정식

3. 지표면 유출과 지중 침투 해석

4. 결론

감사의 글

References

키워드

지표면-지중 연계 흐름 유한요소법 침투와 고임 Coupled Surface-subsurface Flow FEM Infiltration and Ponding