개수로 분류흐름에서의 2차원 수치해석

Abstract

개수로에서의 분류부에는 많은 특징들이 나타나게 된다. 특히, 본류부에서 지류부로 유입되는 흐름의 내측 벽면에는 이차류 흐름이 나타나는 분리구역이 발생하여 토사나 오염물의 퇴적물침전이 일어난다. 본 연구에서는 분류흐름에서 발생하는 분리구역의 특성을 연구하기 위해 상류흐름에서의 자유수면 및 수평방향 유속성분을 계산할 수 있는 이차원 천수방정식 수치모델을 이용하였다. 수치모의 결과는 Hsu 등 (2002)의 실험에서 얻은 결과와 비교하였으며, 잘 일치함을 알 수 있었다. 수치모의를 통해, 본류유입량에 대한 유출량의 비 (Ｑr)에 따른 분리구역의 크기 관계를 산정할 수 있었다. 또한, 분류부 흐름에서 계산된 분리구역의 형상지수는 기존의 합류부 흐름에서의 수치 및 실험결과와 유사한 값을 나타냄을 알 수 있었다. 본 연구에서는, 분리구역의 크기를 줄이기 위해 본류와 지류가 만나는 모서리 지점을 곡선과 대각선으로 연결하여 유수흐름을 완만하게 만들었다. 수치모의 결과, 곡선으로 연결한 지형에서의 통수량의 증가가 더 빠르기 때문에 분리구역의 하폭과 폭이 줄어드는 효율은 더 크다는 것을 알 수 있었다. 하지만 유량비에 대한 분리구역의 크기 관계를 분석해보면, 분리구역이 제거되는 효율은 곡선이나 대각선으로 연결된 지형에서 차이가 거의 없음을 알 수 있었다.; The dividing flow in an open channel has a number of distinctive characteristics. One of these is that the separation zone interacts with a secondary motion along the inner wall of a branch channel, generating sediment accumulation. To investigate this phenomenon, a two-dimensional numerical model based on the shallow-water equations, RMA2, which calculates water surface elevations and horizontal-velocity components, was used to analyze the dividing flow. The numerical results obtained from the present study fully coincide with the experiment data reported by Hsu et al. (2002). For the analysis of the numerical results obtained in the present study, a separation zone-discharge rate relationship was proposed. The values of the shape factor (H/L) indicated that not only the shape of the junction flow but also that of the dividing flow were similar to the shape of the separation zone. To reduce the size of a separation zone, the topographies of diagonal and curved edges were proposed, smoothly connecting the upstream corner to branch channel. The separation zone in a curved edge more rapidly decreased compared to the topography in diagonal edge since conveyance in a curved edge is larger than that in a diagonal one. The results of the separation zone-discharge rate relationship show, however, that two proposed topographies have same efficient in decreasing the separation zone.