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Development of Grid Reconstruction Method to Simulate Drying/Wetting in Natural Rivers (I): Model Development and Verification

자연하천에서 마름/젖음 처리를 위한 격자재구성 기법의 개발 (I): 모형의 개발 및 검증

  • Kim, Sang-Ho (Department of Civil Engineering, Sangji Univ.) ;
  • Choi, Seung-Yong (School of Archi. & Civil Engineering, Kyungpook National Univ.) ;
  • Oh, Hyun-Wook (Department of Civil Engineering, Sangji Univ.) ;
  • Han, Kun-Yeun (School of Archi. & Civil Engineering, Kyungpook National Univ.)
  • 김상호 (상지대학교 건설시스템공학과) ;
  • 최승용 (경북대학교 공과대학 건축.토목공학부) ;
  • 오현욱 (상지대학교 건설시스템공학과) ;
  • 한건연 (경북대학교 공과대학 건축.토목공학부)
  • Published : 2009.11.30

Abstract

The objective of this study is to develop an accurate and robust two-dimensional finite element method to simulate drying and wetting in complex natural rivers. The Dry/Wet algorithm developed in this study is Grid Reconstruction Method which requires the definition of new meshes and renumbering of the nodes. Any drop of water level in the two-dimensional domain results in eliminating nodes and elements. Several numerical simulations were carried out to examine the performance of the Grid Reconstruction Method for the purpose of validation and verification of the model. The accuracy and application of the developed model are verified by comparing simulated results with observed values.

본 연구의 목적은 자연 하천에서 마름/젖음 현상을 모의하기 위한 정확하고 정교한 2차원 유한요소 모형을 개발하는데 있다. 이에 본 연구에서는 마름/젖음의 처리를 위해서 흐름의 시간별 수위상승 및 하강 속도를 고려하여 계산구간에 대한 격자의 자동 생성 그리고 해석 후 마른 요소에 대한 요소 제거, 다시 적용된 경계 절점에 기준한 요소의 재구성 및 계산의 수행 등을 통해 마름/젖음을 처리할 수 있는 격자재구성 기법을 개발하였다. 개발된 모형의 적용성과 검증을 위하여 단순하도 및 실험수로에 대해 모의를 수행한 후 실측치와 비교-검토함으로써 모형의 정확성과 적용성을 입증하였다.

Keywords

References

  1. 김원 (1999). 고정확도 수치기법을 이용한 하천 천이류 해석모형의 개발. 박사학위논문, 경북대학교, pp. 10-20
  2. 박재홍 (1997). 유한요소법에 의한 오염물의 동수역학적 확산해석. 박사학위논문, 경북대학교, pp. 8-16
  3. 백창현 (2006). 하천흐름해석을 위한 3차원 상향가중 유한요소모형의 개발. 박사학위논문, 경북대학교, pp. 6-11
  4. 윤용남, 박무종 (1994). 'FESWMS-2DH에 의한 한강 하류부의 수리특성 분석.' 대한토목학회논문집, 제14권, 제4호, pp. 847-857
  5. 윤태훈 (1982). '유한요소법에 의한 항만에서의 토사이동 추정모형.' 대한토목학회논문집, 제2권, 제2호, pp. 847-857
  6. 이길성, 강주환 (1989). '천수방정식의 유한차분특성.' 대한토목학회논문집, 제9권, 제1호, pp. 41-52
  7. 이진희, 김경탁, 심명필 (1996). '개수로에서의 2차원 부정류 해석를 위한 유한체적법.' 한국수자원학회 논문집, 제29권, 제5호, pp. 173-184
  8. 최병호 (1983). '경기만남부해역의 M2조석영향.' 대한토목학회 논문집, 제3권, 제2호, pp. 97-107
  9. 한건연, 김상호 (2000). 'Petrov-Galerkin 기법에 의한 하천에서의 이송-확산 해석.' 대한토목학회 논문집, 제20권, 제2-B호, pp. 45-53
  10. 한건연, 김정역 (1982). '수치모델에 의한 만내의 2차원 동수력학 해석.' 한국수자원학회 논문집, 제15권, 제4호, pp. 167-178
  11. 한건연, 박경옥, 백창현 (2003). 'SU/PG 기법에 의한 하천흐름의 유한요소해석 : II. 적용.' 대한토목학회논문집, 제24권, 제3B호, pp. 193-199
  12. 한건연, 이종태, 박재홍 (1996). '개수로내의 점변 및 급변 부정류에 대한 유한요소해석: I. 이론 및 수치안정성 해석.' 한국수자원학회 논문집, 제29권, 제4호, pp. 167-178
  13. 한국건설기술연구원 (1995). 이차원 하천 모형의 개발(I), KICT/95-WR-1103-1, pp. 8-19
  14. Akanbi, A.A. and Katopodes, N.D. (1988). 'Model for Flood Propagation on Initially Dry Land.' Journal of Hydraulics Engineering, ASCE, Vol. 16, pp. 489-505
  15. Berger, R.C. and Howington, S.E. (2005). 'Discrete Fluxes and Mass Balances in Finite Elements.' Journal of Hydraulics Engineering, Vol. 128, pp. 97-92 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:1(87)
  16. Boe, O. (1993). 'A monotone Petrov-Galerkin method for quasi-linear parabolic differential equations.' SIAM Journal on Scientific Computing, Vol. 14, pp. 1057-1071 https://doi.org/10.1137/0914064
  17. Han, Kun-Yeun, and Baik, Chang-Hyun. (2006). 'Finite Element Hydrodynamic Modeling in a River.' River Flow 2006, pp. 670-689
  18. Hervouet, J.M., and Janin, J.M. (1994). 'Finite element algorithms for modeling flood propagation.' Modeling of Flood Propagation over Initially Dry Areas, Proc., Specialty Conf. Co-sponsored by ASCE-CNR/GNDCI-ENEL spa, Milan, Italy, ASCE, New York, pp. 102-113
  19. Katopodes, N.D. (1987). 'Analysis of transient flow through broken levees.' Turbulence Measurenents and Flow Modeling, Hemisphere Publishing Corp., Washington, D. C., pp. 301-310
  20. Leclerc, M., Bellemare, J., Dumas, G. and Dhatt, G. (1990). 'A Finite Element Model of Estuarian and River Flows with Moving Boundaries.' Advanced in Water Resources, Vol. 13, No. 4, pp. 158-168 https://doi.org/10.1016/0309-1708(90)90039-7
  21. Tchamen, G.W. and Kahawita, R. (1994). 'The Numerical Simulation of Wetting and Drying Areas Using Riemann Solver.' Modeling of Flood Propagation over Initially Dry Areas, Proc., Specialty Conf. Co-sponsored by ASCE-CNR/ GNDCI-ENEL spa, pp. 127-140

Cited by

  1. Comparison of Two-Dimensional Model for Inundation Analysis in Flood Plain Area vol.16, pp.1, 2014, https://doi.org/10.17663/JWR.2014.16.1.093
  2. Improvement of 2-D Finite Element Model Using Analysis of Initial Water Surface Elevation vol.12, pp.6, 2012, https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2012.12.6.267
  3. Analysis of Hydraulic Characteristics of Flood Plain Using Two-Dimensional Unsteady Model vol.33, pp.3, 2013, https://doi.org/10.12652/Ksce.2013.33.3.997
  4. A Study on the Field Application of Nays2D Model for Evaluation of Riverfront Facility Flood Risk vol.35, pp.3, 2015, https://doi.org/10.12652/Ksce.2015.35.3.0579