Study on the Water Surge Height Line of Landslide Surge of Linear River Course Reservoir Based on FLOW-3D

FLOW-3D를 활용한 선형 하천 저수지의 산사태 파고 선 연구

연구 목적

• 본 연구는 산사태로 인해 발생하는 해일(surge)의 전파 특성과 감쇠 과정을 분석하는 데 초점을 맞춤.
• FLOW-3D® 시뮬레이션을 활용하여 선형 하천 저수지에서 산사태 해일이 발생하는 기작을 규명함.
• 산사태 유입각, 하천 깊이, 하천 형상 및 산사태 질량 등 다양한 요소가 해일 높이 및 전파에 미치는 영향을 평가함.
• 해일의 전파 과정 및 감쇠 메커니즘을 규명하여 수력학적 안정성 평가 및 방재 대책 수립에 기여하고자 함.

연구 방법

1. FLOW-3D® 기반 수치 해석 모델 구축
   • 산사태로 인해 발생하는 해일의 거동을 모델링하기 위해 VOF(Volume of Fluid) 기법을 사용함.
   • 산사태의 초기 속도, 질량 및 유입각에 따른 해일 생성 및 전파 특성을 분석함.
   • 하천 폭 및 수심 변화에 따른 해일 감쇠 특성을 평가함.
2. 시뮬레이션 실험 설계
   • 산사태 질량을 0.4 m × 0.2 m × 0.15 m로 고정하고, 유입각을 40°~80° 범위에서 변화시킴.
   • 다양한 수심 조건(0.5 m ~ 0.9 m)에서 해일 전파 특성을 분석함.
   • 5개 주요 측정 지점을 설정하여 해일의 초기 파고 및 전파 과정 데이터를 수집함.
3. 결과 비교 및 검증
   • 각 실험 조건에서 해일의 최대 파고 및 전파 속도를 측정하고, 시뮬레이션 결과를 실험 데이터와 비교함.
   • 기존 연구 결과 및 실험 모델과의 비교를 통해 시뮬레이션 신뢰도를 검토함.

주요 결과

1. 산사태 유입각에 따른 해일 발생 특성
   • 해일의 초기 파고는 유입각 60°에서 최대값을 기록하며, 이후 유입각 증가에 따라 감소하는 경향을 보임.
   • 유입각이 80° 이상일 경우, 슬라이딩 블록의 수직 충돌로 인해 에너지 손실이 증가하여 해일 높이가 감소함.
   • 유입각이 작을 경우(40° 이하), 해일 발생 에너지가 낮아지고 전파 속도도 감소함.
2. 수심 변화에 따른 해일 전파 및 감쇠 특성
   • 동일한 조건에서 초기 해일 높이는 수심이 깊을수록 감소하는 경향을 보임.
   • 수심이 0.5 m에서 0.9 m로 증가하면, 최대 파고가 49 mm에서 33 mm로 감소함.
   • 이는 깊은 수심에서는 에너지가 더 많은 수체에 분산되기 때문으로 분석됨.
3. 해일 전파 속도 및 감쇠 패턴
   • 해일의 전파 속도는 초기 파고 및 하천 형상에 따라 달라지며, 좁은 수로에서 감쇠가 느려지는 경향을 보임.
   • 측정 지점별 파고 감소율을 분석한 결과, 해일 감쇠율이 비선형적으로 나타남.
   • 이는 수면 저항 및 흐름 분산에 따른 에너지 손실이 비균일하게 발생하기 때문으로 해석됨.

결론

• 산사태 유입각이 해일 발생의 주요 변수이며, 60°에서 최대 파고가 발생함.
• 수심이 깊을수록 해일 감쇠가 더 빠르게 진행되며, 초기 파고가 낮아짐.
• FLOW-3D® 기반 시뮬레이션을 통해 선형 하천 저수지에서의 산사태 해일 전파 및 감쇠 메커니즘을 규명할 수 있음.
• 향후 연구에서는 다양한 하천 형상 및 실제 지형 조건을 반영한 추가 분석이 필요함.

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