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개수로에서 흐름방향 유속의 횡분포 이론식에 기반한 종분산계수 개발 : I. 흐름방향 유속의 횡분포
Development of Longitudinal Dispersion Coefficient Based on Theoretical Equation for Transverse Distribution of Stream-Wise Velocity in Open Channel : Part I. Theoretical Equation for Stream-Wise Velocity 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.48 no.4, 2015년, pp.291 - 298  

백경오 (국립한경대학교 공과대학 토목안전환경공학과)

초록
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본 연구의 목적은 하천에서 흐름방향 유속의 횡분포식에 기반하여 1차원 종분산계수를 이론적으로 유도하고 이들의 타당성을 검증하는 것이다. 이를 위해 본 논문의 전편 "I. 흐름방향 유속의 횡포식"에서는 Shiono-Knight Model (일명 SKM)을 도입하여 삼각형 단면수로에서 횡분포식을 해석적으로 유도하였다. 본 논문의 후편 "II. 종분산계수"에서는 전편에서 유도된 유속의 횡분포식을 Fischer (1968)의 삼중 적분식에 대입하여 1차원 종분산계수 이론식을 새롭게 개발하였다. 본래 SKM은 Navier-Stokes 방정식을 근간으로 개발되어 주로 직선수로이면서 사다리꼴 단면이나 복단면 수로에 적용되어 왔지만, 본 연구에서는 사행으로인한 최심선의 변동을 고려할 수 있는 삼각형을 단면형상으로 가정하였다. 유도된 해석해를 검증하기 위해 자연하천에서 실측된 유속자료와 비교 분석하였다. 또한 유도된 횡분포식을 이용하여 단면평균유속을 산정하고, 이를 Manning의 유속식의 결과와 비교 검증하였다. 본 연구에서 개발한 이론식은 비록 유속의 횡분포를 경우에 따라서 섬세하게 재현하지는 못하더라도 조도계수를 포함한 몇 가지 기본적인 수리 및 지형자료만 측량한다면 유속의 관측없이 비교적 정확한 유속분포를 산출해 낼 수 있는 장점이 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The aim of this study is that a theoretical formula for estimating the one-dimensional longitudinal dispersion coefficient is derived based on a transverse distribution equation for the depth averaged stream-wise velocity in open channel. In "Part I. Theoretical equation for stream-wise velocity" wh...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 개발된 종분산계수 이론식을 검증하기 위해 전편과 동일한 하천에서 수행된 추적자 농도 실험 결과를 이용한 관측 종분산계수와 비교 분석하였다. 또한 개발된 종분산 계수식을 기존의 식들과 비교하여 본 연구에서 개발된 식의 차별점 및 우수성을 검토해 보았다.
  • 본 연구에서는 Shiono and Knight가 제안한 유속 분포식인 SKM을 이용하여 1차원 종분산계수를 이론적으로 유도하고 이들의 타당성을 검증한다. 이를 위해 본 논문의 전편 “I.

가설 설정

  • Eq. (5)는 u2d에 대한 2차 상미분 방정식으로 단순한 형태의 수로단면을 가정한다면 해석해의 유도가 가능하다. 본 연구에서는 Fig.
  • 는 동수반경이다. 매개변수 민감도 분석을 위해 Fig. 2와 같은 삼각형 단면 수로를 가정하고 최대수심(H) 0.2 m, 하상경사(S0) 0.001, 수로 횡경사 s1, s2를 각각 20, 10으로 부여하였다. 먼저 조도계수에 따른 유속분포 민감도를 알아보기 위해 ε = 5.
  • (5)는 u2d에 대한 2차 상미분 방정식으로 단순한 형태의 수로단면을 가정한다면 해석해의 유도가 가능하다. 본 연구에서는 Fig. 2와 같이 측벽 경사 s를 갖는 삼각형 단면 수로로 가정하여 주흐름의 횡분포(ud(y))를 구하였다. 본래 Shiono and Knight(1988, 1991)는 직선수로이면서 사다리꼴 단면이나 복단면 수로에 주로 모델을 적용하였다.
  • 본래 SKM은 직선수로이면서 사다리꼴 단면이나 복단면 수로에 주로 적용되어 왔다. 하지만 본 연구의 최종목표가 자연하천에서 분산계수를 유도하는 것인데(II. 분산계수 편), 자연하천에서 나타나는 불규칙한 단면형상을 제대로 구현하여 해석해를 유도하기란 불가능하기에, 사행으로 인한 최심선의 이동 정도는 표현 가능한 삼각형을 단면형상으로 가정하였다. 유도된 해석해는 매개변수로 조도계수와 와점성계수를 가지고 있는데, 주로 조도계수에 민감하게 반응하며 와점섬계수는 미세 조정용으로 사용될 수 있었다.
  • 본래 Shiono and Knight(1988, 1991)는 직선수로이면서 사다리꼴 단면이나 복단면 수로에 주로 모델을 적용하였다. 하지만 본 연구의 최종목표가 자연하천에서 분산계수를 유도하는 것인데, 자연하천에서 나타나는 불규칙한 단면형상을 제대로 구현하여 해석해를 유도하기란 불가능하기에, 차라리 사행으로 인한 최심선의 이동 정도는 표현 가능한 삼각형을 단면형상으로 가정하였다. 삼각형 단면에서 Eq.
  • 흐름방향 유속의 횡포식”에서는 SKM을 기반으로 삼각형 단면 수로를 가정하여 흐름방향 유속의 횡분포식을 해석적으로 유도하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정상 등류상태에서 유속의 연직분포를 파악할 때 제일 자주 사용되는 것은? 개수로 수리학 분야에서 유속구조를 파악하는 것은 가장 기본적인 작업 중에 하나라고 말할 수 있다. 일반적으로 정상 등류상태에서 주 흐름방향 유속의 연직분포는 Prandtl-von Karman에 의해 제안된 로그함수 분포가 널리 쓰이고 있다. 반면 유속의 횡분포는 하폭과 수심의 불규칙성, 사행 등을 고려해야 하는 어려움으로 인해 이론적인 접근이 많지 않은 실정이다.
개수로 수리학 분야에서 가장 기본적인 작업 중 하나는? 개수로 수리학 분야에서 유속구조를 파악하는 것은 가장 기본적인 작업 중에 하나라고 말할 수 있다. 일반적으로 정상 등류상태에서 주 흐름방향 유속의 연직분포는 Prandtl-von Karman에 의해 제안된 로그함수 분포가 널리 쓰이고 있다.
개수로 수리학 분야에서 유속구조를 파악하는 것이 어려운 경우는? 일반적으로 정상 등류상태에서 주 흐름방향 유속의 연직분포는 Prandtl-von Karman에 의해 제안된 로그함수 분포가 널리 쓰이고 있다. 반면 유속의 횡분포는 하폭과 수심의 불규칙성, 사행 등을 고려해야 하는 어려움으로 인해 이론적인 접근이 많지 않은 실정이다. 임의의 단면에서 수심 평균된 주 흐름의 횡방향 유속분포를 수식으로 표현할 수 있다면, 정성적으로 유사나 오염물질의 이동 경로, 국부적인 세굴 및 퇴적 특성 등을 가늠할 수 있고, 정량적으로 유량 및 단면평균유속 등을 계산할 수 있는 장점이 있다.
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참고문헌 (18)

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