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댐 붕괴흐름의 해석해(Ritter의 해)를 이용한 월파유속 분석
Analyses of Overtopping Velocity using Analytical Solution(Ritter's Solution) of Dam-Break Flow 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.41 no.7, 2008년, pp.669 - 679  

유용욱 (한국건설기술연구원 하천.해안연구실) ,  이종인 (한국건설기술연구원 하천.해안연구실) ,  김영택 (한국건설기술연구원 하천.해안연구실)

초록
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본 연구는 수리실험으로 얻어진 권파에 의한 월파수괴의 유속을 댐붕괴흐름과 비교하여 거동의 유사성을 검토하였다. 댐붕괴흐름은 해석해가 간략하고 월파 거동과 유사함으로 인해 월파의 유속산정에 이용되어왔다. 월파는 일반적으로 많은 연행기포로 인해 기존의 유속측정기법을 적용하는데 제한을 받게 되므로, 본 실험에서는 기포나 기포조직모양을 이용한 기포영상유속계를 이용하여 월파 유속을 측정하였다. 실험결과로부터 월파의 유속단면을 검토하였고, 단면의 최대유속과 수심평균유속을 댐붕괴흐름의 1차원 해석해인 Ritter의 해와 비교하였다. 해석해와의 비교를 위해 댐붕괴 전 초기수심을 파랑조건과 월파의 측정값으로부터 유도하였다. 파랑조건으로부터 추정된 붕괴 전 초기 수심을 이용한 해석해는 측정된 유속의 분포형태에 있어서는 차이를 보였으나, 월파수괴의 전면속도로부터 산정된 초기수심을 이용한 해석해는 유속크기의 비교에서 좋은 일치를 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study examines similarity of behavior between an overtopping wave generated by a plunging wave and a dam-break flow through hydraulic model tests. The dam-break flow has been employed to estimate the overtopping effect on the basis of the dam-break flow's behavior similar to the overtopp...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (1) and (2)에서 댐붕괴전 초기수심 h0은 댐붕괴흐름의 수심과 수평유속을 결정하는 변수이며, 월파의 거동예측에 있어 주요한 변수가 된다. 본 연구에서 초기수심은 실험조건을 이용하여 산정하였으며, 이는 추후 논의하고자 한다.
  • 본 연구에서는 권파에 의해 발생한 월파와 댐붕괴흐름의 해석해인 Ritter의 해를 비교하였고, 권파의 내습으로 인해 발생한 월파의 유속을 나타낼 수 있는 적절한 Ritter 해의 초기수심을 제시하였다. 월파는 다양한 내습파에 의해 발생하므로 이에 대한 연구가 수반되어야 할 것이며, 또한 보다 나은 예측을 위해 다양한 해석해와의 비교연구도 추가로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
  • 본 연구에서는 여러 가지 쇄파형태 중 권파에 의한 월파와 댐붕괴흐름 사이의 유속분포에 있어서 유사성을 검토하기 위해 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형실험에서는 단면 조파수로내에 설치된 직립구조물 주위에서 권파와 월파를 발생시켰으며, 넓은 기포영역을 갖는 월파의 유속장은 기포영상유속계를 이용하여 측정하였다.

가설 설정

  • Eq. (5)는 월파의 시작단계에서 수평 운동량이 없다는 가정 하에 정수면에서 구조물 천단고까지의 높이인 여유고와 파고의 차이를 댐붕괴 이전 초기수심에 해당하는 값으로 추정하였다. 만약, 수평운동량을 고려하여 파고와 여유고의 차를 댐붕괴 이전 초기수심이 아닌 붕괴 이후 댐 지점에서의 수위인 4/9 ho와 같다고 가정하면, 이에 해당하는 초기수심 ho는 약 14cm로서 Eq.
  • (3)으로부터 #의 값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 두 흐름의 전면유속이 같다고 가정하고, 초기수심을 다음과 같이 유도하였다.
  • Ritter의 해에 따른 댐붕괴흐름의 유속결정에 있어서 가장 중요한 변수는 붕괴전 초기수심으로서 본 연구에서는 파랑과 월파조건으로부터 산정하였다. 파랑조건으로부터 결정된 초기수심은 구조물 전면에서 파랑 완전 반사의 가정하에 증가한 파랑의 진폭과 천단고의 차이로 산정하였으며, 월파조건으로부터 얻은 초기수심은 월파와 Ritter해의 전면유속이 일정하고 동일하다는 가정하에 산정하였다. 파랑진폭과 천단고 차이로부터 얻어진 Ritter의 해는 단면최대유속에 비해 전반적으로 작은 값을 보이며 잘 일치하지 않았고, 수심평균유속과는 월파수괴 후면부에서는 좋은 일치를 보였으나 전면부에서는 유속크기와 발생지점에서 차이를 보였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
댐붕괴흐름의 여러 해석해 중에서 Ritter의 해는 어떻게 분류되는가? 댐붕괴흐름은 수리학분야의 중요한 문제로서 다양하게 연구가 되어왔다. 댐붕괴흐름의 여러 해석해 중에서 Ritter의 해는 마찰이 없는 건조한 바닥으로의 흐름을 고려한 간단한 해석해로 분류되고 있다(Lauber and Hager, 1997; Vischer and Hager, 1998; Zoppou and Roberts, 2003). 댐붕괴흐름 및 범람홍수파는 여러 인자에 의해 거동에 영향을 받으며, 영향인자로는 크게 저수지내 하천수리특성과 댐붕괴특성, 그리고 하류부양상으로 구분할 수 있다.
권파에 의한 월파수괴의 유속을 댐붕괴흐름과 비교하여 거동의 유사성을 검토한 실험의 결과는 무엇인가? 해석해와의 비교를 위해 댐붕괴 전 초기수심을 파랑조건과 월파의 측정값으로부터 유도하였다. 파랑조건으로부터 추정된 붕괴 전 초기 수심을 이용한 해석해는 측정된 유속의 분포형태에 있어서는 차이를 보였으나, 월파수괴의 전면속도로부터 산정된 초기수심을 이용한 해석해는 유속크기의 비교에서 좋은 일치를 보였다.
댐붕괴흐름 및 범람홍수파의 영향인자는 어떻게 구분할 수 있는가? 댐붕괴흐름의 여러 해석해 중에서 Ritter의 해는 마찰이 없는 건조한 바닥으로의 흐름을 고려한 간단한 해석해로 분류되고 있다(Lauber and Hager, 1997; Vischer and Hager, 1998; Zoppou and Roberts, 2003). 댐붕괴흐름 및 범람홍수파는 여러 인자에 의해 거동에 영향을 받으며, 영향인자로는 크게 저수지내 하천수리특성과 댐붕괴특성, 그리고 하류부양상으로 구분할 수 있다. 한건연(1990)은 댐붕괴형태와 하류부특성에 따른 홍수파의 전파특성을 연구하였으며, 특히 건조한 하류저면위로 전파되는 홍수파의 선단부를 Hartree기법을 이용하여 해석하였다.
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참고문헌 (16)

  1. 윤광석, 이정규 (2007). “장애물이 없는 평탄지형 제내지에서의 범람홍수파 선단 전파거리 실험식 산정.” 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제40권, 제10호, pp. 833-840 

  2. 이종태, 한건연 (1992). “댐 붕괴 홍수파 해석을 위한 무차원 홍수추적곡선의 유도.” 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제12권, 제2호, pp. 87-99 

  3. 한건연 (1990). “댐의 파괴형태와 하도부 양상에 따른 홍수파의 전달특성 해석에 관한 연구.” 한국수문학회논문집, 한국수문학회, 제23권, 제4호, pp. 467-476 

  4. Buchner, B. (1995). “The impact of green water on FPSO design.” Offshore Technology Conference, Houston, 7698, pp. 45-57 

  5. Fekken, G., Veldman, A. E. P., and Buchner, B. (1999). “Simulation of green water loadings using the Navier-Stokes equations.” 7th International Conference on Numerical Ship Hydrodynamics, Nantes, 6.3, pp. 1-12 

  6. Govender, K., Mocke, G. P., and Alport, M. J. (2002). “Video-imaged surf zone wave and roller structures and flow fields.” Journal of Geophysical Research, Vol. 107C, 3072 

  7. Jansen, P. C. M. (1986). “Laboratory observations of the kinematics in the aerated region of breaking waves.” Coastal Engineering, Vol. 9, pp. 453-477 

  8. Kleefsman, K.M.T., Fekken, G., Veldman, A.E.P., Iwanowski, B., and Buchner, B. (2005). “A volume-of-fluid based simulation method for wave impact problems.” Journal of Computational Physics, Vol. 206, pp. 363-393 

  9. Lauber, G., and Hager, W. H. (1997). “Experiments to dambreak wave: Horizontal channel.” Journal of Hydraulic Research, Vol. 36, pp. 291-307 

  10. Ritter, A. (1892). “Die Fortpflanzung der Wasserwellen.” Vereine Deutscher Ingenieure Zeitswchrift, Vol. 36(33), pp. 947-954 

  11. Ryu, Y., Chang, K.-A., and Lim, H.-J. (2005). “Use of bubble image velocimetry for measurement of plunging wave impinging on structure and associated greenwater.” Measurement Science and Technology, Vol. 16, pp. 1945-1953 

  12. Schoenberg, T. and Rainey, R. C. T. (2002). “A hydrodynamic model of green water incidents.” Applied Ocean Research, Vol. 24, pp. 299-307 

  13. Schuttrumpf and Oumeraci (2005). “Layer thicknesses and velocities of wave overtopping flow at seadikes.” Coastal Engineering, Vol. 52, pp. 473-495 

  14. Vischer, D. L. and Hager, W. H. (1998). Dam Hydraulics, John Wiley and Sons, New York 

  15. Yilmaz, O., Incecik, A., and Han, J. C. (2003). “Simulation of green water flow on deck using non-linear dam breaking theory.” Ocean Engineering, Vol. 30, pp. 601-610 

  16. Zoppou, C. and Roberts, S. (2003). “Explicit schemes for dam-break simulations.” Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 129, pp. 11-34 

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