초록 ▼

­- 본 연구에서는 복잡한 지형과 자연 하천구조의 동역학적인 흐름환경을 효과적으로 해석할 수 있는 하천흐름해석모형(RAM2), 하천에 유입된 오염물질의 이송-확산 과정을 해석하는 오염확산 해석모형(RAM4), 토사 이송 및 하천의 하상변동을 해석할 수 있는 하상변동해석모형(RAM6) 및 세 개의 모형에 전,후처리 기능을 제공하는 GUI시스템의 연계를 통하여, 하천에서의 흐름특성을 해석하고 예측할 수 있는 효율적이고 유기적인 유한요소모형 RAMS를 개발하였음.
­- 본 2단계 연구에서는 RAMS의 상용 소프트웨어 출시 전단계로서

­- 본 연구에서는 복잡한 지형과 자연 하천구조의 동역학적인 흐름환경을 효과적으로 해석할 수 있는 하천흐름해석모형(RAM2), 하천에 유입된 오염물질의 이송-확산 과정을 해석하는 오염확산 해석모형(RAM4), 토사 이송 및 하천의 하상변동을 해석할 수 있는 하상변동해석모형(RAM6) 및 세 개의 모형에 전,후처리 기능을 제공하는 GUI시스템의 연계를 통하여, 하천에서의 흐름특성을 해석하고 예측할 수 있는 효율적이고 유기적인 유한요소모형 RAMS를 개발하였음.
­- 본 2단계 연구에서는 RAMS의 상용 소프트웨어 출시 전단계로서 베타버전 출시를 목적으로 지속적이고 정기적인 베타버전 출시 회의 과정을 거쳤으며, 이를 통하여 모형 간 연동 범위 및 GUI 기능 구현 범위 등을 협의하고 베타버전 출시를 위한 실질적인 업무를 추진하였음.
­- RAMS는 현재 초기 시험버전인 알파버전이 완성되어 서울대, 연세대, 경북대, 인제대, 창원대 등에서 하천 현장에 적용하여 검증단계에 있으며, 2006년 11월에는 베타버전을 완성하여 유관기관 및 엔지니어링 업체에 배포하여 공식적인 테스트롤 수행하였음.

Abstract ▼

This research consists of five subjects, and the summary of each subject is as follows. RAMS can provide short-term or mid-term analysis in river hydrodynamics in 2D regions. All the model in RAMS uses depth-averaged form of governing equation, therefore capable application region include all kinds

This research consists of five subjects, and the summary of each subject is as follows. RAMS can provide short-term or mid-term analysis in river hydrodynamics in 2D regions. All the model in RAMS uses depth-averaged form of governing equation, therefore capable application region include all kinds of rivers, comparatively shallow reservoirs and estuaries. In rivers, RAMS can treat from small region such as scouring around the bridge to the overall length of considering river. Each calculation module (RAM2/ RAM4/ RAM6) and RAMS-GUI have following detailed development results.
1) Analysis and Modeling of River Flow
It was concluded that SU/PG scheme considering turbulence effects can successfully model river hydrodynamics without significant parameter variations. Also, It can be concluded that the developed finite element model is feasible and produce reliable results for simulation of turbulent flow. It was due to its consideration of the fundamental role of the characteristics in quantifying the upwind weighting of SU/PG scheme. The method could be extended to other hyperbolic systems such as multi-layer fluids, convection-diffusion analysis and sediment transport problems.
2) Analysis and Modeling of River Pollutant Transport
In order to achieve the objective, there was constructed the numerical model on the 2-D transport equation by means of the finite element method. The developed numerical model was verified using experimental results which were obtained by tracer tests in the laboratory S-curved channel. The results of developed numerical model showed exact mixing phenomena in a meandering channel as well as a straight channel. Also, appropriate intial condition, boundary condition and injection description at the numerical simulation of river mixing with respect to transiently injected mass is studied here. And modeling of non-conservative pollution was studied and included in RAM4. In the laboratory experiments, 3-D flow field was observed to investigate hydraulic and mixing characteristics in the meandering channel. In the results of laboratory experiments, the primary flow occurred taking the shortest course, and secondary flow repeated creation and decay along the meandering channel.
3) Analysis and Modeling of Sediment Transport and Bed Elevation Change
In the present study, we improved the finite element algorithm developed in the 1st period for the practical use. For this, we investigated SED-2D model, a commercial code widely used nowadays, and compared the algorithm we employed in the 1st period of the study. The improvements include the uses of dynamic memory for the efficient computations, mixed type of elements, and the frontal algorithm for matrix computations. We also employed the modified techniques of reflecting geometric change and effect of secondary flows in estimating the bed elevation change. We applied the improved computational algorithm to the bend flow and show the capability of the new algorithm. We also investigated the characteristics of various total load formulas.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서초록...4
• 요약문...5
• SUMMARY...12
• CONTENTS...15
• 목차...18
• 제1장 연구개발과제의 개요...21
• 제1절 연구개발과제의 목적...21
• 1. 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...24
• 2. 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...24
• 3. 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...25
• 4. 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...26
• 제2절 연구개발의 필요성...27
• 1. 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...27
• 2. 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...28
• 3. 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...28
• 4. 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...29
• 제3절 연구개발의 범위...30
• 1. 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...30
• 2. 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...33
• 3. 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...36
• 4. 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...36
• 제2장 국내외 기술개발 현황...39
• 제1절 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...39
• 제2절 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...41
• 1. 2차원 오염 확산 수치모형...41
• 2. 2차원 오염 확산 수리실험 연구...46
• 제3절 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...48
• 제4절 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...50
• 1. SMS(Surface-water Modeling System) 버전 9.0...50
• 2. CCHE2D-GUI & Mesh Generator 버전 2.2...55
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과...59
• 제1절 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...59
• 1. 하천흐름에 대한 수치 해석...59
• 2. 2차원 SU/PG 유한요소모형...62
• 3. 2차원 SU/PG 유한요소모형의 확장 및 적용...79
• 4. 유한요소모형의 범용화...128
• 5. RAM2모형의 개발...170
• 6. RAM2모형의 적용...176
• 7. 연구결과...253
• 제2절 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...256
• 1. RAM4의 개요...256
• 2. 모형의 검증...296
• 3. 2차원 오염 확산 수리실험 연구...319
• 4. 모형의 적용...387
• 제3절 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...423
• 1. 하상변동 유한요소 알고리즘의 개발...423
• 2. 하상변동 유한요소 알고리즘의 검증...430
• 3. 유사량 산정공식...443
• 4. 혼합유사의 분별이송율 알고리즘의 적용...461
• 제4절 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...477
• 1. RAMS 개발을 위한 개발 계획 수립...477
• 2. RAMS 개발을 위한 사용자 요구분석...490
• 3. Mesh generation 기반기술 개발 및 모듈 설계...493
• 4. Mesh Creation 및 Editing 기술 구현...505
• 5. RAMS 입력자료 생성모듈 개발...524
• 6. RAMS Pre-Processor 개발...535
• 7. RAMS Postprocessor의 개발...551
• 8. 모형의 검증...576
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...585
• 제1절 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...585
• 제2절 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...586
• 제3절 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...587
• 제4절 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...590
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...591
• 제1절 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...591
• 제2절 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...592
• 제3절 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...593
• 제4절 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...594
• 제5절 RAMS 현장적용 및 활용 계획...595
• 1. 한강...595
• 2. 낙동강...600
• 3. 영산강...602
• 4. 금강...604
• 5. 기타 활용 계획...607
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...608
• 제1절 하천흐름해석시스템(RAM2) 개발...608
• 제2절 하천수질해석시스템(RAM4) 개발...609
• 제3절 하상변동해석시스템(RAM6) 개발...610
• 제4절 범용 하천흐름/수질/하상변동 해석 GUI 모형 개발...611
• 제7장 참고문헌...612
• 특정연구개발사업 연구결과 활용계획서...624
• 연구결과 활용계획서...625
• 기술 요약서...633