Figura 1 – Mapa de localização da PCH Salto Paraopeba

하천 저수지 물리적 모델의 침적 과정에 대한 전산 유체 역학 모델링(CFD) 기준

Natália Melo da Silva1 1; Jorge Luis Zegarra Tarqui2,Edna Maria de Faria Viana 3

Abstract

저수지 침전은 수력 발전의 지속 가능한 발전을 위한 주요 문제 중 하나이며 브라질에 매우 중요합니다. 브라질의 주요 에너지원은 수력발전소에서 나옵니다. 소규모 수력 발전소(SHP)는 재생 에너지의 보완적 발전을 위한 중요한 대안입니다.

이들의 설계, 건설, 운영 및 재동력을 최적화하기 위해 저수지 내 퇴적물의 유체 역학 및 이동을 연구하는 것이 매우 중요합니다.

3차원 전산유체역학 – CFD 3D 모델링은 복잡한 흐름 문제에 가장 적합한 방법입니다. 제안된 방법은 MG Jeceaba 자치구에 위치한 PCH Salto Paraopeba의 유체 역학 및 퇴적물 이동 현상을 재현하고 평가하는 것을 목표로 하며, 취수구의 완전한 침전으로 인해 작동이 중단되었습니다.

모델의 검증은 미나스제라이스 연방대학교의 수력학 연구 센터(CPH)에 구축된 축소된 물리적 모델의 실험 데이터를 사용하여 수행됩니다.

Abstract: The reservoir silting is one of the main problems for sustainable development in the
generation of hydroelectric energy and it is of great significance for Brazil. The main source of energy
in Brazil comes from hydroelectric power plant. The Small Hydroelectric Power Plant (SHP) are an
important alternative for complementary generation of renewable energy.
Seeking to optimize the design, construction, operation, and repowering of these, it is extremely
important to study the hydrodynamics and transport of sediments in their reservoirs. Threedimensional Computational Fluid Dynamics – CFD 3D modeling is the most appropriate method for
complex flow problems. The proposed method aims to reproduce and evaluate the hydrodynamic and
sediment transport phenomena of the PCH Salto Paraopeba, located in the municipality of Jeceaba,
MG, which stopped working due to the complete silting up of its water intake. The validation of the
model will be done using experimental data from the reduced physical model, built at the Hydraulic
Research Center (CPH) at the Federal University of Minas Gerais.

Keywords

퇴적물 수송, 물리적 모델, 소규모 수력 발전소, Sediment transport, physical model, Small Hydroelectric Power Plant.

Figura 1 – Mapa de localização da PCH Salto Paraopeba
Figura 1 – Mapa de localização da PCH Salto Paraopeba
Figura 2 – PCH Salto Paraopeba e modelo reduzido.
Figura 2 – PCH Salto Paraopeba e modelo reduzido.

REFERÊNCIAS

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2018.

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Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Tecnologias e Inovações Ambientais.
UFLA, Lavras/MG, 2015.

측수로 물넘이 수위별 해석 결과

저수지 측수로형 여수로 불완전월류 정밀안전진단 수리 해석 ( 3차원 전산 수치해석 )

불완전 월류 조건의 저수지 측수로형 여수로에 대한 3차원 전산 추치해석

현재 농어촌공사와 농어촌연구원, 수자원공사, 학계 등에서는 전 세계에서 오랜 기간 학계의 연구활동을 통한 수많은 논문 검증과 현장 사용을 통해 검증된 FLOW-3D 수치해석 프로그램을 이용하고 있습니다.

한국농어촌공사 재난안전진단본부 FLOW-3D 수치해석 교육 장면
2024년 한국농어촌공사 안전진단본부 여수로 불완전월류 정밀안전진단 FLOW-3D 수치 해석교육 장면

농어촌공사 정밀안전진단 업무 수행시 수치해석이 필요하십니까? 수치해석에 대해 궁금하신 사항이나 용역 의뢰가 필요하시면 언제든지 아래 연락처로 연락 주시기 바랍니다.


저수지 정밀안전진단 수치해석 과업 예시

과업의 범위

  • 3차원 수치해석을 통한 OO저수지의 측수로부 수면 검토
  • 측수로 불완전 월류 발생 여부 및 제방 여유고 검토

수치해석 과업 세부내용

가능최대홍수량과 200년, 100년 빈도의 홍수량에 대해 각각의 측수로부 3차원 수치해석

경계조건

가. 수위

  • 만수위
  • 홍수위
    – 100년 빈도
    – 200년 빈도
    – 가능최대홍수량(PMF)

나. 홍수량

  • 100년 빈도의 홍수량
  • 200년 빈도의 홍수량
  • 가능최대홍수량(PMF)

저수지 수위별 방류량 검토 및 제방 여유고 검토

  • 경계조건에 대해 측수로부 물넘이 수면 형상 검토
  • 수위별 방류량을 제공된 수리계산값과 수치해석 결과값을 비교하여 방류 능력 검토
  • 수위에 따른 물넘이 수위를 검토하여 제방 여유고 검토

※ 수위별 수리계산값은 발주처에서 제공

성과물

  • 100년빈도, 200년빈도 및 가능최대홍수량(PMF) 유입에 따른 측수로부 불완전 월류 여부로 인한 제방 여유고 안정성 검토
  • 가능최대홍수량(PMF)을 고려 할 경우 검증된 3차원 수치해석 모델 Data 구축
  • 과업보고서, 보고서 원본 파일 및 PDF 파일, 수치해석 원본 입력 파일 및 결과 파일
  • 기타
    ※ 모든 성과물은 CD 및 이동저장장치에 별도 저장하여 납품

경주 저수지 붕괴 "많은 저수량에 따른 수압 탓"(속보) | 연합뉴스
경주 저수지 붕괴 “많은 저수량에 따른 수압 탓” | 연합뉴스

보고서 예

OO저수지 측수로 및 주변 지형 형상을 반영하고자 지형 및 구조물 등에 대한 차원 3
CAD , FLOW-3D 3 형상을 작성하였으며 수치모형을 이용하여 구룡저수지 차원 형상에 대
한 측수로 수위별 유동상황을 재현하고자 수치해석을 수행하였다.
금회 수치해석 결과 수위조 , EL.224.82m 건 이상에서는 측수로부 방류능력이 부족하여
불완전 월류가 발생하는 것으로 나타났으며 수리계산 대비 수치해석의 , 오차율은 대략
-16.2% +7 ∼ 2.8% 정도로 나타났다.
수치해석 결과로 산정한 수위별 방류량 관계식은 아래와 같다.
y = 3.2583E+00x4 – 2.9427E+03x3 – 9.9663E+05x2 – 1.5001E+08x + 8.4674E+09
여기서 는 저수지수위 는 방류량을 나타낸다 x , y

측수로 수위 방류량 및 불완전월류율
측수로 수위 방류량 및 불완전월류율

수위 방류량 데이터

수위 방류량 데이터
수위 방류량 데이터

측수로 물넘이 수위별 해석 결과

측수로 물넘이 수위별 해석 결과
측수로 물넘이 수위별 해석 결과

측수로 측벽 수위 분포

측수로 측벽 수위 분포
측수로 측벽 수위 분포

측수로 측벽 여유고

측수로 측벽은 저수지 수위 에서부터 여유고가 부족하여 월류 발생 EL. 225.32m 예상

측수로 측벽 여유고
측수로 측벽 여유고

<담당자 연락처>

  • 전화 :   02-2026-0455
  • Email : flow3d@stikorea.co.kr
Figure 3. FLOW-3D results for Strathcona Dam spillway with all gates fully open at an elevated reservoir level during passage of a large flood. Note the effects of poor approach conditions and pier overtopping at the leftmost bay.

BC Hydro Assesses Spillway Hydraulics with FLOW-3D

by Faizal Yusuf, M.A.Sc., P.Eng.
Specialist Engineer in the Hydrotechnical Department at BC Hydro

BC Hydro, a public electric utility in British Columbia, uses FLOW-3D to investigate complex hydraulics issues at several existing dams and to assist in the design and optimization of proposed facilities.

Faizal Yusuf, M.A.Sc., P.Eng., Specialist Engineer in the Hydrotechnical department at BC Hydro, presents three case studies that highlight the application of FLOW-3D to different types of spillways and the importance of reliable prototype or physical hydraulic model data for numerical model calibration.

W.A.C. Bennett Dam
At W.A.C. Bennett Dam, differences in the spillway geometry between the physical hydraulic model from the 1960s and the prototype make it difficult to draw reliable conclusions on shock wave formation and chute capacity from physical model test results. The magnitude of shock waves in the concrete-lined spillway chute are strongly influenced by a 44% reduction in the chute width downstream of the three radial gates at the headworks, as well as the relative openings of the radial gates. The shock waves lead to locally higher water levels that have caused overtopping of the chute walls under certain historical operations.Prototype spill tests for discharges up to 2,865 m3/s were performed in 2012 to provide surveyed water surface profiles along chute walls, 3D laser scans of the water surface in the chute and video of flow patterns for FLOW-3D model calibration. Excellent agreement was obtained between the numerical model and field observations, particularly for the location and height of the first shock wave at the chute walls (Figure 1).

W.A.C에서 Bennett Dam, 1960년대의 물리적 수력학 모델과 프로토타입 사이의 여수로 형상의 차이로 인해 물리적 모델 테스트 결과에서 충격파 형성 및 슈트 용량에 대한 신뢰할 수 있는 결론을 도출하기 어렵습니다. 콘크리트 라이닝 방수로 낙하산의 충격파 크기는 방사형 게이트의 상대적인 개구부뿐만 아니라 헤드워크에 있는 3개의 방사형 게이트 하류의 슈트 폭이 44% 감소함에 따라 크게 영향을 받습니다. 충격파는 특정 역사적 작업에서 슈트 벽의 범람을 야기한 국부적으로 더 높은 수위로 이어집니다. 최대 2,865m3/s의 배출에 대한 프로토타입 유출 테스트가 2012년에 수행되어 슈트 벽을 따라 조사된 수면 프로필, 3D 레이저 스캔을 제공했습니다. FLOW-3D 모델 보정을 위한 슈트의 수면 및 흐름 패턴 비디오. 특히 슈트 벽에서 첫 번째 충격파의 위치와 높이에 대해 수치 모델과 현장 관찰 간에 탁월한 일치가 이루어졌습니다(그림 1).
Figure 1. Comparison between prototype observations and FLOW-3D for a spill discharge of 2,865 m^3/s at Bennett Dam spillway.
Figure 1. Comparison between prototype observations and FLOW-3D for a spill discharge of 2,865 m^3/s at Bennett Dam spillway.

The calibrated FLOW-3D model confirmed that the design flood could be safely passed without overtopping the spillway chute walls as long as all three radial gates are opened as prescribed in existing operating orders with the outer gates open more than the inner gate.

The CFD model also provided insight into the concrete damage in the spillway chute. Cavitation indices computed from FLOW-3D simulation results were compared with empirical data from the USBR and found to be consistent with the historical performance of the spillway. The numerical analysis supported field inspections, which concluded that deterioration of the concrete conditions in the chute is likely not due to cavitation.

Strathcona Dam
FLOW-3D was used to investigate poor approach conditions and uncertainties with the rating curves for Strathcona Dam spillway, which includes three vertical lift gates on the right abutment of the dam. The rating curves for Strathcona spillway were developed from a combination of empirical adjustments and limited physical hydraulic model testing in a flume that did not include geometry of the piers and abutments.

Numerical model testing and calibration was based on comparisons with prototype spill observations from 1982 when all three gates were fully open, resulting in a large depression in the water surface upstream of the leftmost bay (Figure 2). The approach flow to the leftmost bay is distorted by water flowing parallel to the dam axis and plunging over the concrete retaining wall adjacent to the upstream slope of the earthfill dam. The flow enters the other two bays much more smoothly. In addition to very similar flow patterns produced in the numerical model compared to the prototype, simulated water levels at the gate section matched 1982 field measurements to within 0.1 m.

보정된 FLOW-3D 모델은 외부 게이트가 내부 게이트보다 더 많이 열려 있는 기존 운영 명령에 규정된 대로 3개의 방사형 게이트가 모두 열리는 한 여수로 낙하산 벽을 넘지 않고 설계 홍수를 안전하게 통과할 수 있음을 확인했습니다.

CFD 모델은 방수로 낙하산의 콘크리트 손상에 대한 통찰력도 제공했습니다. FLOW-3D 시뮬레이션 결과에서 계산된 캐비테이션 지수는 USBR의 경험적 데이터와 비교되었으며 여수로의 역사적 성능과 일치하는 것으로 나타났습니다. 수치 분석은 현장 검사를 지원했으며, 슈트의 콘크리트 상태 악화는 캐비테이션 때문이 아닐 가능성이 높다고 결론지었습니다.

Strathcona 댐
FLOW-3D는 Strathcona Dam 여수로에 대한 등급 곡선을 사용하여 열악한 접근 조건과 불확실성을 조사하는 데 사용되었습니다. 여기에는 댐의 오른쪽 접합부에 3개의 수직 리프트 게이트가 포함되어 있습니다. Strathcona 여수로에 대한 등급 곡선은 경험적 조정과 교각 및 교대의 형상을 포함하지 않는 수로에서 제한된 물리적 수리 모델 테스트의 조합으로 개발되었습니다.

수치 모델 테스트 및 보정은 세 개의 수문이 모두 완전히 개방된 1982년의 프로토타입 유출 관측과의 비교를 기반으로 했으며, 그 결과 가장 왼쪽 만의 상류 수면에 큰 함몰이 발생했습니다(그림 2). 최좌단 만으로의 접근 흐름은 댐 축과 평행하게 흐르는 물과 흙채움댐의 상류 경사면에 인접한 콘크리트 옹벽 위로 떨어지는 물에 의해 왜곡됩니다. 흐름은 훨씬 더 원활하게 다른 두 베이로 들어갑니다. 프로토타입과 비교하여 수치 모델에서 생성된 매우 유사한 흐름 패턴 외에도 게이트 섹션에서 시뮬레이션된 수위는 1982년 현장 측정과 0.1m 이내로 일치했습니다.

Figure 2. Prototype observations and FLOW-3D results for a Strathcona Dam spill in 1982 with all three gates fully open.
Figure 2. Prototype observations and FLOW-3D results for a Strathcona Dam spill in 1982 with all three gates fully open.

The calibrated CFD model produces discharges within 5% of the spillway rating curve for the reservoir’s normal operating range with all gates fully open. However, at higher reservoir levels, which may occur during passage of large floods (as shown in Figure 3), the difference between simulated discharges and the rating curves are greater than 10% as the physical model testing with simplified geometry and empirical corrections did not adequately represent the complex approach flow patterns. The FLOW-3D model provided further insight into the accuracy of rating curves for individual bays, gated conditions and the transition between orifice and free surface flow.

보정된 CFD 모델은 모든 게이트가 완전히 열린 상태에서 저수지의 정상 작동 범위에 대한 여수로 등급 곡선의 5% 이내에서 배출을 생성합니다. 그러나 대규모 홍수가 통과하는 동안 발생할 수 있는 더 높은 저수지 수위에서는(그림 3 참조) 단순화된 기하학과 경험적 수정을 사용한 물리적 모델 테스트가 그렇지 않았기 때문에 모의 배출과 등급 곡선 간의 차이는 10% 이상입니다. 복잡한 접근 흐름 패턴을 적절하게 표현합니다. FLOW-3D 모델은 개별 베이, 게이트 조건 및 오리피스와 자유 표면 흐름 사이의 전환에 대한 등급 곡선의 정확도에 대한 추가 통찰력을 제공했습니다.

Figure 3. FLOW-3D results for Strathcona Dam spillway with all gates fully open at an elevated reservoir level during passage of a large flood. Note the effects of poor approach conditions and pier overtopping at the leftmost bay.
Figure 3. FLOW-3D results for Strathcona Dam spillway with all gates fully open at an elevated reservoir level during passage of a large flood. Note the effects of poor approach conditions and pier overtopping at the leftmost bay.

John Hart Dam
The John Hart concrete dam will be modified to include a new free crest spillway to be situated between an existing gated spillway and a low level outlet structure that is currently under construction. Significant improvements in the design of the proposed spillway were made through a systematic optimization process using FLOW-3D.

The preliminary design of the free crest spillway was based on engineering hydraulic design guides. Concrete apron blocks are intended to protect the rock at the toe of the dam. A new right training wall will guide the flow from the new spillway towards the tailrace pool and protect the low level outlet structure from spillway discharges.

FLOW-3D model results for the initial and optimized design of the new spillway are shown in Figure 4. CFD analysis led to a 10% increase in discharge capacity, significant decrease in roadway impingement above the spillway crest and improved flow patterns including up to a 5 m reduction in water levels along the proposed right wall. Physical hydraulic model testing will be used to confirm the proposed design.

존 하트 댐
John Hart 콘크리트 댐은 현재 건설 중인 기존 배수로와 저층 배수로 사이에 위치할 새로운 자유 마루 배수로를 포함하도록 수정될 것입니다. FLOW-3D를 사용한 체계적인 최적화 프로세스를 통해 제안된 여수로 설계의 상당한 개선이 이루어졌습니다.

자유 마루 여수로의 예비 설계는 엔지니어링 수력학 설계 가이드를 기반으로 했습니다. 콘크리트 앞치마 블록은 댐 선단부의 암석을 보호하기 위한 것입니다. 새로운 오른쪽 훈련 벽은 새 여수로에서 테일레이스 풀로 흐름을 안내하고 여수로 배출로부터 낮은 수준의 배출구 구조를 보호합니다.

새 여수로의 초기 및 최적화된 설계에 대한 FLOW-3D 모델 결과는 그림 4에 나와 있습니다. CFD 분석을 통해 방류 용량이 10% 증가하고 여수로 마루 위의 도로 충돌이 크게 감소했으며 최대 제안된 오른쪽 벽을 따라 수위가 5m 감소합니다. 제안된 설계를 확인하기 위해 물리적 수압 모델 테스트가 사용됩니다.

Figure 4. FLOW-3D model results for the preliminary and optimized layout of the proposed spillway at John Hart Dam.
Figure 4. FLOW-3D model results for the preliminary and optimized layout of the proposed spillway at John Hart Dam.

Conclusion

BC Hydro has been using FLOW-3D to investigate a wide range of challenging hydraulics problems for different types of spillways and water conveyance structures leading to a greatly improved understanding of flow patterns and performance. Prototype data and reliable physical hydraulic model testing are used whenever possible to improve confidence in the numerical model results.

다양한 유형의 여수로 및 물 수송 구조로 인해 흐름 패턴 및 성능에 대한 이해가 크게 향상되었습니다. 프로토타입 데이터와 신뢰할 수 있는 물리적 유압 모델 테스트는 수치 모델 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해 가능할 때마다 사용됩니다.

About Flow Science, Inc.
Based in Santa Fe, New Mexico USA, Flow Science was founded in 1980 by Dr. C. W. (Tony) Hirt, who was one of the principals in pioneering the “Volume-of-Fluid” or VOF method while working at the Los Alamos National Lab. FLOW-3D is a direct descendant of this work, and in the subsequent years, we have increased its sophistication with TruVOF, boasting pioneering improvements in the speed and accuracy of tracking distinct liquid/gas interfaces. Today, Flow Science products offer complete multiphysics simulation with diverse modeling capabilities including fluid-structure interaction, 6-DoF moving objects, and multiphase flows. From inception, our vision has been to provide our customers with excellence in flow modeling software and services.

Propagation of Landslide Surge in Curved River Channel and Its Interaction with Dam

굽은 강둑 산사태의 팽창 전파 및 댐과의 상호 작용, 곡선하천의 산사태 해일 전파 및 댐과의 상호작용

굽은 강둑 산사태의 팽창 전파 및 댐과의 상호 작용

펑후이, 황야지에    

  1. 수자원 보존 및 환경 학교, Three Gorges University, Yichang, Hubei 443000
  • 收稿日期:2021-08-19 修回日期:2021-09-30 发布日期:2022-10-13
  • 通讯作者: Huang Yajie (1993-), Shangqiu, Henan, 석사 학위, 그의 연구 방향은 수리 구조입니다. 이메일: master_hyj@163.com
  • 作者简介:Peng Hui(1976-)는 후베이성 ​​이창에서 태어나 교수, 의사, 박사 지도교수로 주로 수력 구조의 교육 및 연구에 종사했습니다. 이메일:hpeng1976@163.com
  • 基金资助:국가핵심연구개발사업(2018YFC1508801-4)

곡선하천의 산사태 해일 전파 및 댐과의 상호작용

PENG Hui, HUANG Ya-jie    

  1. 중국 삼협대학 수자원환경대학 이창 443000 중국
  • Received:2021-08-19 Revised:2021-09-30 Published:2022-10-13

Abstract

추상적인:저수지 제방 산사태는 일반적인 지질학적 위험으로, 제때에 미리 경고하지 않으면 하천에 해일파가 발생하여 하천 교통이나 인근 수자원 보호 시설의 안전을 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 저수지 제방 산사태로 인한 해일파 전파 전파 Flow-3D를 이용하여 하류 댐과의 상호작용을 시뮬레이션 하였다. 수리학적 물리적 모델 시험의 타당성과 정확성을 검증하기 위하여 3차원 산사태 해지 모델을 구축하였다. 수면 높이 변화와 서지의 전파 과정에 대한 수리학적 물리적 모델 테스트. 그 동안,가장 위험한 수심과 입사각 조건은 다양한 조건에서 댐과 산사태 해일 사이의 상호 작용을 분석하여 얻었습니다. 엔지니어링 사례는 최대 동적 수두가 해일 높이의 수두보다 작고 물을 따라 감소한다는 것을 보여주었습니다. 이 경우, 서지의 정적 최대 수두에 따라 계산된 댐의 응력은 안전합니다.

As a common geological hazard,reservoir bank landslide would most probably induce surge waves in river if not prewarned in time,endangering river traffic or the safety of nearby water conservancy facilities.The propagation of surge wave induced by the landslide of curved river bank in reservoir and its interaction with downstream dam were simulated by using Flow-3D.A three-dimensional landslide surge model was constructed to verify the validity and accuracy of hydraulic physical model test.The result of the three-dimensional numerical simulation was in good agreement with that of hydraulic physical model test in terms of the water surface height change and the propagation process of the surge.In the mean time,the most dangerous water depth and incident angle conditions were obtained by analyzing the interaction between the dam and the landslide surge under different conditions.Engineering examples demonstrated that the maximum dynamic water head was smaller than the water head of surge height,and reduced along the water depth direction.In such cases,the stress of the dam calculated according to the static maximum water head of the surge is safe.

Key words

슬라이드 서지, 곡선 수로형 저수지, 수치 시뮬레이션, 동적 수압, 중력 댐, slide surges, curved channel type reservoirs, numerical simulation, dynamic water pressure, gravity dam

수위 - 측벽고 검토

댐 저수지 측수로 유동특성 타당성 검토 수치해석

수치해석 모형 구축

FLOW-3D를 이용하여 3차원 수치해석을 통한 유동특성 타당성설계 검토가 가능합니다. 또한 문제점을 개선시키기 위한 대안 제시도 가능합니다.

여수로 종단해석 모델
여수로 종단해석 모델
여수로 3차원 형상
여수로 3차원 형상
구 분마루고(EL. m)월류웨어폭(m)감세공 형식감세공바닥고(EL. m)감세공 길이(m)감세공 폭(m)
실시설계438.038.0정수지396.045.020.0
여수로 제원
해석영역 및 격자구성
해석영역 및 격자구성
홍수사상상류경계조건하류경계조건해석영역격자간격격자 수
(홍수위 EL. m)(홍수위 EL. m)(m) (m) (m)(개)
200년441404.98X방향 : 890
Y방향 : 750
Z방향 : 56
X방향 : 0.5 ~ 2.0
Y방향 : 0.3 ~ 6.4
Z방향 : 0.5 ~ 0.9
X방향 : 710
Y방향 : 385
Z방향 : 80
총 : 21,868,000
PMF442.6406.25
해석영역 및 격자구성

200년 홍수사상 여수로 검토

3차원 유속분포
3차원 유속분포

200년 홍수사상 방류량 결과 (EL. 441.0m)

수리계산(m3/s)수치해석(m3/s)상대오차(%)
407.74424.18(+) 3.88
200년 홍수사상 방류량 결과 (EL. 441.0m)

200년 홍수사상 시 3차원 유속분포를 위 그림에 나타내었으며, 상류홍수위 EL. 441.0m에서 방류량은 424.18m3/s로 산정되어 그 결과를 위 표에 나타내었다. 수리계산 방류량(407.74m3/s)대비 약 (+)3.88%로 실시설계 여수로 규모를 확보한 것으로 평가되었다.

접근 수로부

접근수로부 3차원 유속분포
접근수로부 3차원 유속분포
접근유속 검토
접근유속 검토

200년 홍수사상 시 접근수로부 3차원 유속분포 및 평면 접근유속 분포를 위 그림에 나타내었다. 접근유속이 4m/s 이하로 나타나 설계기준을 만족하고 측수로 형식 변경에 따라 유입유황이 양호한 것으로 나타나며, 타당성설계에서 나타난 국부적 수면강하영역이 개선된 것으로 평가되었다. 취수탑 부근 유속도 0.5m/s이하의 저유속으로 나타나 취수탑에 의한 흐름의 영향은 미미한 것으로 나타났다.

조절부

조절부 압력분포
조절부 압력분포

그림에 조절부 종단면 압력분포를 나타내었다. 월류웨어에서 최소압력은 약 759Pa(0.077m)로 부압이 발생하지 않으며, 구조물의 안전성을 확보한 것으로 나타났다.

도류부

도류부 공동지수 및 유속분포
도류부 공동지수 및 유속분포

대부분의 여수로 급류수로는 급경사를 이루고 있기 때문에 고유속의 흐름이 형성되며, 고유속의 흐름으로 인하여 수로에서는 부압이 발생하여 물속에 녹아있는 공기가 방울을 형성하며, 압력이 증가되면서 공기방울이 압궤될 때 구조물이 손상되는 공동현상(cavitation)이 발생될 수 있다. 이와 같은 공동현상을 방지하기 위해 여수로 흐름 내에 압력이 증기압 이하로 낮아지는 부위가 생기지 않도록 콘크리트 표면을 매끄럽게 하거나 공기를 혼입시키는 공기혼입장치를 설치한다.

댐설계기준에 따르면 급경사 수로내에서 평균유속이 12~15m/s 이상일 경우 공동현상에 대한 검토가 필요하고, 유속이 20m/s 이상이면 공동현상에 의한 손상이 발생할 가능성이 있다고 기술되어 있으나 USBR에서는 공동현상에 의해 손상된 댐 사례들을 조사한 결과 파손된 여수로의 흐름속도는 30m/s를 초과하며 공동지수는 0.2이하에서 발생하는 것으로 나타났다. (USBR Engineering monograph No. 42, P.36)

수리계산 결과에 따르면 유속이 20m/s를 상회하는 구간이 발생하나 유속이 30m/s이하이고 한계공동지수 0.2를 초과하지 않는 것으로 나타나 공동현상에 의한 손상은 발생되지 않을 것으로 예측된다.

도류부 공동지수 및 유속분포

도류부시점 기점거리 (m)공동지수 ( )평균유속 (m/s)
07.396.21
56.86.34
106.366.49
156.116.62
206.126.62
256.066.65
305.86.78
355.86.77
406.036.65
456.386.49
506.826.31
557.126.19
607.156.18
657.086.2
706.936.26
756.586.4
806.096.62
855.337.02
903.858.13
952.739.5
100211.09
1051.5212.5
1101.0714.82
1150.816.7
1200.6718.43
1250.5519.88
1300.5120.85
1350.4322.43
1400.4223.33
1450.3923.86
1500.3824.54
최소공동지수0.380.38

도류부 공동지수 및 유속분포

수위 – 측벽고 검토

수위 - 측벽고 검토
수위 – 측벽고 검토

수위-측벽고를 나타냈다. 여수로 내 도류벽 월류가 발생하지 않는 것으로 평가되었으며, 도류부시점으로부터 101.2m 지점에서 도류부 우안의 최소여유고가 약 2.20m로 산정되었다.

감세공 3차원 및 평면 수위분포

감세공 3차원 및 평면 수위분포
감세공 3차원 및 평면 수위분포

감세공 3차원 및 평면 수위분포로 도류부 시점으로부터 185.6m 지점에서 최고수위(EL.407.52m)가 산정되어 감세공 측벽고(EL.408.5m)를 넘지 않는 것으로 나타나며, 최소여유고는 약 0.98m로 평가되었다.

감세공 유속 및 수위분포
감세공 유속 및 수위분포

감세공 중앙 종단면 유속 및 수위분포를 볼 수 있으며, 감세공 중앙종단면에서 최고수위는 EL. 407.22m로 산정되었고, 감세공에서 원활한 도수가 발생하여 5m/s 이하의 낮은 유속이 하류하천으로 전파되며, 도수 후 수위가 하천수위와 일치되는 것으로 나타나 감세공의 규모가 적정한 것으로 평가되었다. (댐설계기준, 2005, p404)

하류하천 평면 유속분포(EL. 404.0m)
하류하천 평면 유속분포(EL. 404.0m)

하류하천 평면 유속분포를 볼 수 있으며 감세공의 적정한 규모확보에 따라 5m/s 이하의 낮은 유속이 하류하천으로 전파되는 것으로 평가되었다.

하류하천 호안검토
하류하천 호안검토

하류하천 평면 및 하천호안 횡단면 유속분포를 볼 수 있으며 감세공에서 하천으로 전파되는 유동이 우안호안에 미치는 영향을 평가하기 위하여 유속을 산정하였는데 우안호안에서 최대유속은 4.93m/s (EL. 404.37m)로 나타났다.

홍수사상 검토

PMF 홍수사상 여수로 방류능력 검토
PMF 홍수사상 여수로 방류능력 검토
수리계산(m3/s)수치해석(m3/s)상대오차(%)
821.42821.51(+) 0.01

PMF 홍수사상 시 3차원 유속분포에 나타난 것처럼며, 상류홍수위 EL. 442.6m에서 방류량은 821.51m3/s로 산정되어 그 결과를 표 5-5에 나타내었다. 수리계산 방류량(821.42m3/s)대비 약 (+)0.01%로 실시설계 여수로 규모를 확보한 것으로 평가되었다.

접근수로부

설계에 따른 접근수로부 3차원 유속분포
설계에 따른 접근수로부 3차원 유속분포
접근유속 검토
접근유속 검토

PMF년 홍수사상 시 접근수로부 3차원 유속분포 및 평면 접근유속 분포를 위 그림에 나타내었다. 접근유속이 4m/s 이하로 나타나 설계기준을 만족하고 측수로 형식 변경에 따라 유입유황이 양호한 것으로 나타나며, 타당성설계에서 나타난 국부적 수면강하영역이 개선된 것으로 평가되었다. 취수탑 부근 유속도 0.5m/s이하의 저유속으로 나타나 취수탑에 의한 흐름의 영향은 미미한 것으로 나타났다.

조절부

조절부 압력분포
조절부 압력분포

그림에 조절부 종단면 압력분포를 나타내었다. 월류웨어에서 최소압력은 약 1,904Pa(0.194m)로 부압이 발생하지 않으며, 구조적 안전성을 확보한 것으로 나타났다.

조절부 Froude number 분포
조절부 유속 분포
조절부 Froude number 분포
조절부 Froude number 분포

조절부 종단면 유속분포 및 Froude number 분포를 나타냈으며, 웨어 전 영역에서 사류(Fr > 1)가 발생하는 것으로 평가되었다.

도류부 공동지수 및 유속분포
도류부 공동지수 및 유속분포

그림과 표에 도류부 공동지수 및 유속분포를 나타내었다. 최소 공동지수는 0.41로 나타나 USBR 기준인 유속이 30m/s이하, 공동지수가 0.2 이상으로 공동현상에 대한 안전성을 확보한 것으로 평가되었다.

수위 - 측벽고 검토
수위 – 측벽고 검토

그림에 수위-측벽고를 나타냈다. 여수로 내 도류벽 월류가 발생하지 않는 것으로 평가되었으며, 도류부시점으로부터 101.2m 지점에서 도류부 우안의 최소여유고가 약 0.71m로 산정되었다.

감세공 3차원 및 평면 수위분포
감세공 3차원 및 평면 수위분포

그림에 감세공 3차원 및 평면 수위분포를 나타냈다. 도류부 시점으로부터 189.0m 지점에서 최고수위(EL.411.14m)가 산정되어 감세공 측벽고(EL.408.5m)를 약 2.64m 월류하는 것으로 나타났다.

감세공 유속 및 수위분포
감세공 유속 및 수위분포

그림에 감세공 중앙 종단면 유속 및 수위분포를 나타냈다. 감세공 중앙종단면에서 최고수위는 EL. 410.70m로 산정되었고, 감세공에서 원활한 도수가 발생하여 5m/s 이하의 낮은 유속이 하류하천으로 전파되며, 도수 후 수위가 하천수위와 일치되는 것으로 나타나 감세공의 규모가 적정한 것으로 평가되었다. (댐설계기준, 2005, p404)

하류하천 평면 유속분포(EL. 405.0m)
하류하천 평면 유속분포(EL. 405.0m)

그림에 하류하천 평면 유속분포를 나타냈다. 감세공의 적정한 규모확보에 따라 5m/s 이하의 낮은 유속이 하류하천으로 전파되는 것으로 평가되었다.

여수로 방류 능력 검토

여수로의 방류능력을 검토하였다. 여수로 월류웨어의 마루고는 EL. 438.0m이며, 웨어의 폭은 38.0m이다. 여수로 방류능력 검토는 수위 EL. 438.0m부터 EL. 441.0m까지 0.6m 간격으로 여수로에 대한 방류능력을 검토하였으며, 검토결과 수리계산과 3차원 수치해석 결과의 오차범위가 5% 이내로 비슷한 결과가 나타나며, 타당성설계에서 부족하게 평가되었던 PMF 홍수사상 방류량이 개선되었다.

여수로 수위 - 방류량
여수로 수위 – 방류량
저수지수위(EL. m)수리계산(m3/s)수치해석(m3/s)상대오차(%)
438.00.000.00( ) 0.00
438.631.4033.26(+) 5.59
439.293.5699.04(+) 5.53
439.8178.86188.88(+) 5.30
440.4284.27293.46(+) 3.13
441.0407.74424.18(+) 3.88
442.6821.42821.51(+) 0.01

여수로 수위 – 방류량
여수로 수위 - 방류량 (EL. 438.6m)
여수로 수위 – 방류량 (EL. 438.6m)
여수로 수위 - 방류량 (EL. 439.2m)
여수로 수위 – 방류량 (EL. 439.2m)
저수지수위(EL. m)수리계산(m3/s)수치해석(m3/s)상대오차(%)
439.293.5699.04(+) 5.53
여수로 수위 – 방류량 (EL. 439.2m)
여수로 수위 - 방류량 (EL. 440.4m)
여수로 수위 – 방류량 (EL. 440.4m)
저수지수위(EL. m)수리계산(m3/s)수치해석(m3/s)상대오차(%)
440.4284.27293.46(+) 3.13
여수로 수위 - 방류량 (EL. 441.0m)
여수로 수위 – 방류량 (EL. 441.0m)
저수지수위(EL. m)수리계산(m3/s)수치해석(m3/s)상대오차(%)
441.0407.74424.18(+) 3.88
여수로 수위 – 방류량 (EL. 441.0m)

200년 홍수사상 결과 분석

구 분접근유속방류량(m3/s)최소압력(m)최소여유고(m)우안호안유속(m/s)
200년4m/s 이하424.180.0772.204.93
200년 홍수사상 여수로 분석결과

200년 홍수사상 시 여수로 분석결과를 위 표에 나타내었다. 200년 홍수사상 시 접근유속이 4m/s 이하로 나타나 설계기준을 만족하고, 측수로식 여수로 변경으로 타당성설계에서 발생한 불안정 유입유황이 개선되었다.

상류 홍수위 EL.441.0m에서 방류량은 424.18m3/s로 산정되어 수리계산 방류량(407.74m3/s)대비 약 (+)3.88%로 기본설계 여수로 방류 규모를 확보한 것으로 평가되었다.

월류웨어에서 최소압력은 약 759Pa(0.077m)로 부압이 발생하지 않으며, 구조물의 안전성을 확보한 것으로 나타났다. 도류부의 최대유속은 24.54m/s, 최소 공동지수는 0.38로 산정되어 USBR 기준인 유속 30m/s이하, 공동지수 0.2 이상으로 나타나 공동현상에 대한 안전성을 확보하였다. (USBR Engineering monograph No. 42, P.36)

도류부 좌안 및 우안에서는 도류벽 월류가 발생하지 않으며 도류부 시점으로부터 101.2m 지점에서 도류부 우안 최소 여유고가 약 2.20m로 산정되어 200년 홍수사상 방류 시 충분한 여유고를 확보한 것으로 나타났다.

감세공 검토결과 도류부 시점으로부터 185.6m 지점에서 최고수위(EL.407.52m)가 산정되어 감세공 측벽고(EL.408.5m)를 넘지 않는 것으로 나타나며, 최소 여유고는 약 0.98m로 평가되었다. 감세공에서 도수가 발생하여 5m/s 이하의 낮은 유속이 하류하천으로 전파되며, 도수 후 수위가 하천수위와 일치되는 것으로 나타나 감세공의 규모가 충분한 것으로 평가되었다. (댐설계기준, 2005, p404)

충분한 감세후 방류되어 하류하천에서 우안호안으로 범람이 일어나지 않으며, 우안호안에서 최대유속은 4.93m/s (EL.404.37m)로 산정되었다.

홍수사상 결과 분석

구 분접근유속방류량(m3/s)최소압력(m)최소여유고(m)정수지여유고(m)
PMF4m/s 이하821.510.1940.71(-) 2.64
PMF 홍수사상 여수로 분석결과

PMF 홍수사상 시 여수로 분석결과를 위 표에 나타내었다. PMF 홍수사상 시 접근유속이 4m/s 이하로 나타나 설계기준을 만족하고, 측수로식 여수로 변경으로 타당성설계에서 발생한 불안정 유입유황이 개선되었다.

상류홍수위 EL.442.6m에서 방류량은 821.51m3/s로 산정되어 수리계산 방류량(821.42m3/s)대비 약 (+)0.01%로 실시설계 여수로 규모를 확보한 것으로 평가되며, 타당성설계에서 발생한 방류 규모부족이 해소되었다.

월류웨어에서 최소압력은 약 1,904Pa(0.194m)로 부압이 발생하지 않으며, 구조물의 안전성을 확보한 것으로 나타났다. 도류부의 최대유속은 24.21m/s, 최소 공동지수는 0.41로 산정되어 USBR 기준인 유속이 30m/s이하, 공동지수가 0.2 이상으로 나타나 공동현상에 대한 안전성을 확보하였다. (USBR Engineering monograph No. 42, P.36)

도류부 좌안 및 우안에서는 도류벽 월류가 발생하지 않으며 도류부 시점으로부터 101.2m 지점에서 도류부 우안 최소여유고가 약 0.71m로 산정되어 PMF 홍수사상 방류 시 충분한 여유고를 확보한 것으로 나타났다.

감세공 검토결과 도류부 시점으로부터 189.0m 지점에서 최고수위(EL.411.14m)가 산정되어 감세공 측벽고(EL.408.5m)를 약 2.64m 월류하는 것으로 나타났다.

감세공에서 충분한 감세후 5m/s 이하의 낮은 유속으로 하류하천에 유입되며, 도수 후 수위가 하천수위와 일치되는 것으로 나타나 안정적인 방류가 이루어진다. (댐설계기준, 2005, p404)

농어촌공사 저수지 해석 형상 및 격자 수

한국농어촌공사 정밀안전진단 및 정밀안전점검 측수로 수치해석 용역 소개

측수로 해석 사례

해석 형상 및 격자 수

농어촌공사 저수지 해석 형상 및 격자 수
농어촌공사 저수지 해석 형상 및 격자 수

수위 : EL. 210.6M -월류수심 1.5M

위치에 따른 수위 분포
위치에 따른 수위 분포
Froude Number 분포
Froude Number 분포
Froude Number 분포
Froude Number 분포
유속 분포
유속 분포
유속 분포
유속 분포
접근 유속 분포
접근 유속 분포
접근 유속 분포
접근 유속 분포
입구 단면 유속 분포
입구 단면 유속 분포

수위 : EL. 212.0m, 월류수심 2.9m

유속 분포
유속 분포
접근 유속 분포
접근 유속 분포
입구 단면 유속 분포
입구 단면 유속 분포

저수지 수위에 따른 방류량

저수지 수위에 따른 방류량
저수지 수위에 따른 방류량
해석결과 : Weir-Outflow(2.3m)
해석결과 : Weir-Outflow(2.3m)
Fig. 4. Numerical modeling of dual spillways: (a) Andong-1; (b) Andong-2; (c) Imha-1; (d) Juam-1; (e) Andong-3; (f) Imha-2; (g) Imha-3; and (h) Juam-3.

Interference of Dual Spillways Operations

Jai Hong Lee, Ph.D., P.E., M.ASCE; Pierre Y. Julien, Ph.D., M.ASCE; and Christopher I. Thornton, Ph.D., P.E., M.ASCE

Abstract

이중 여수로 간섭은 여수로가 서로 가깝게 배치될 때 수압 성능의 손실을 나타냅니다. 배수로 간섭은 물리적 실험과 수치 시뮬레이션을 모두 사용하여 조사됩니다.

이중 여수로 구성의 4개 물리적 모델의 단계 및 배출 측정값을 한국의 4개 댐 부지에서 Flow-3D 계산 결과와 비교합니다.

두 개의 배수로를 함께 사용하는 것을 각 배수로의 단일 작동과 비교합니다. 두 여수로를 동시에 운영할 경우 두 여수로를 통한 총 유량은 최대 7.6%까지 감소합니다.

간섭 계수는 단계 He가 설계 단계 Hd를 초과하고 두 배수로를 분리하는 거리 D가 배수로 너비 W에 비해 짧을 때 가장 중요합니다. 매개변수 DHd/WHe는 계산 및 측정된 간섭 계수와 매우 잘 관련됩니다.

안동댐 설계방류에 대한 홍수경로 예시는 간섭계수를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우 저수지 수위의 차이가 42cm임을 보여줍니다. 결과적으로 댐 안전을 위해 추가 여수로의 너비(간섭 계수 포함)를 늘려야 합니다.

Dual spillway interference refers to the loss of hydraulic performance of spillways when they are placed close together. Spillway interference is examined using both physical experiments and numerical simulations. Stage and discharge measurements from four physical models with dual spillways configurations are compared to the Flow-3D computational results at four dam sites in South Korea. The conjunctive use of two spillways is compared with the singular operation of each spillway. When both spillways are operated at the same time, the total flow rate through the two spillways is reduced by up to 7.6%. Interference coefficients are most significant when the stage He exceeds the design stage Hd and when the distance D separating two spillways is short compared to the spillway width W. The parameter DHd/WHecorrelates very well with the calculated and measured interference coefficients. A flood routing example for the design discharge at Andong dam shows a 42 cm difference in reservoir water level with and without application of the interference coefficient. Consequently, the width of additional spillways (including the interference coefficient) should be increased for dam safety.

Fig. 1. Definition sketch for dual spillways
Fig. 1. Definition sketch for dual spillways
Fig. 2. Stage-discharge rating curves for dual spillway operations.
Fig. 2. Stage-discharge rating curves for dual spillway operations.
Fig. 3. Physical modeling of dual spillways: (a) Andong-1; (b) Andong-2; (c) Imha-1; and (d) Juam-1
Fig. 3. Physical modeling of dual spillways: (a) Andong-1; (b) Andong-2; (c) Imha-1; and (d) Juam-1
Fig. 4. Numerical modeling of dual spillways: (a) Andong-1; (b) Andong-2; (c) Imha-1; (d) Juam-1; (e) Andong-3; (f) Imha-2; (g) Imha-3; and (h) Juam-3.
Fig. 4. Numerical modeling of dual spillways: (a) Andong-1; (b) Andong-2; (c) Imha-1; (d) Juam-1; (e) Andong-3; (f) Imha-2; (g) Imha-3; and (h) Juam-3.
Fig. 4. (Continued.)
Fig. 4. (Continued.)
Fig. 5. Meshes and calculation domain for numerical modeling of Andong dam.
Fig. 5. Meshes and calculation domain for numerical modeling of Andong dam.
Fig. 6. Stage-discharge rating curve for existing and additional spillways (Andong-1): (a) existing spillway; (b) additional spillway; and (c) dual spillway simulations.
Fig. 6. Stage-discharge rating curve for existing and additional spillways (Andong-1): (a) existing spillway; (b) additional spillway; and (c) dual spillway simulations.
Fig. 7. Discharge comparison of physical experiments and numerical simulations. The upper panel is the comparative result for the existing spillway (ES) and the lower panel is for the additional spillway (AS) at four dams.
Fig. 7. Discharge comparison of physical experiments and numerical simulations. The upper panel is the comparative result for the existing spillway (ES) and the lower panel is for the additional spillway (AS) at four dams.
Fig. 8. Interference coefficients for dual spillways simulations with various scenarios.
Fig. 8. Interference coefficients for dual spillways simulations with various scenarios.
Fig. 9. Regression model for the distance-width ratio (D=W) and head ratio (Hd=He) by dual spillway simulations
Fig. 9. Regression model for the distance-width ratio (D=W) and head ratio (Hd=He) by dual spillway simulations
Fig. 10. Physical and numerical model validation: (a) numerical modeling; (b) solids of overflow weir of the spillway; and (c) physical models of reservoir and spillway
Fig. 10. Physical and numerical model validation: (a) numerical modeling; (b) solids of overflow weir of the spillway; and (c) physical models of reservoir and spillway
Fig. 11. Interference coefficients for dual spillways operations with various scenarios. The dashed lines indicate the results of the validation model with dual conditions of 1 þ 2, 1 þ 4, 1 þ 6, 3 þ 4, and 4 þ 5.
Fig. 11. Interference coefficients for dual spillways operations with various scenarios. The dashed lines indicate the results of the validation model with dual conditions of 1 þ 2, 1 þ 4, 1 þ 6, 3 þ 4, and 4 þ 5.
Fig. 12. Results of reservoir operations under the PMF at Andong dam.
Fig. 12. Results of reservoir operations under the PMF at Andong dam.

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3D Numerical Modeling of a Side-Channel Spillway

3D Numerical Modeling of a Side-Channel Spillway

Géraldine MilésiStéphane Causse

Abstract

Electricité de Tahiti(GDF Suez) 댐의 재건이라는 틀 내에서 Coyne et Bellier는 진단과 Tahiti 댐의 전반적인 연구를 수행했습니다.

Tahinu는 프랑스령 폴리네시아의 Tahiti 섬에 위치한 37m 높이의 수력 발전 댐입니다. 수문학적 연구의 검토와 프랑스 표준의 적용은 최대 설계 홍수를 500에서 644 m3/s(+30%)로 증가시켰습니다.

먼저 측수로 여수로(마루 길이 60m)의 1D 수치 모델링을 수행하여 배수 용량을 평가했습니다. 결론은 마루댐과 배수로 수로 측벽의 오버토핑을 유발할 수 있는 배수로의 용량이 충분하지 않다는 것이었습니다.

그런 다음 이러한 결과를 확인하고 배수로의 특정 구성(정원 아래의 접근 속도와 깊이의 불균일한 분포, 측면 채널 단면의 불규칙한 기하학, 잠긴 둑, 곡선 채널 배수로)을 고려하기 위해, 3D 수치 모델링은 Flow 3D®로 수행되었습니다.

시뮬레이션은 1D 모델(흐름의 일반적인 패턴, 상류 저수지 수위)보다 더 정확한 결과를 보여주었습니다. 이에 따라 댐 능선의 높이와 여수로 측벽을 설계 및 최적화하여 안전을 위한 충분한 freeboards을 확보하도록 하였습니다.

Within the framework of the rehabilitation of Electricité de Tahiti (GDF Suez) dams, Coyne et Bellier carried out a diagnosis and an overall study of the Tahinu dam. Tahinu is a 37-m-high earthfill hydroelectric dam, located in the island of Tahiti, French Polynesia. The review of the hydrological study and the application of French standards lead to increase the peak design flood from 500 to 644 m3/s (+30 %). First, a 1D numerical modeling of the side-channel spillway (crest length 60 m) was performed to assess its discharge capacity. The conclusion was an insufficient capacity of the spillway that might induce an overtopping of the crest dam and of the sidewalls of the spillway channel. Then, to confirm these results and to take into account the specific configuration of the spillway (non-uniform distribution of the approach velocity and depth below crest, irregular geometry of the side-channel cross section, submerged weir, curved channel spillway), a 3D numerical modeling was carried out with Flow 3D®. Simulations showed more accurate results than 1D model (general pattern of the flow, upstream reservoir level). Consequently, heightenings of the dam crest and the sidewalls of the spillway channel were designed and optimized to secure sufficient freeboards for safety.

Keywords

CFD, Dam, FLOW-3D, Hydraulics, Numerical simulation, Rehabilitation, Submergence, Weir, 저수지, 댐, 측수로, 여수로

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Copyright information

© Springer Science+Business Media Singapore 2014

About this chapter

Cite this chapter as:Milési G., Causse S. (2014) 3D Numerical Modeling of a Side-Channel Spillway. In: Gourbesville P., Cunge J., Caignaert G. (eds) Advances in Hydroinformatics. Springer Hydrogeology. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-4451-42-0_39

  • First Online12 November 2013
  • DOI : https://doi.org/10.1007/978-981-4451-42-0_39
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Modeling of contactless bubble–bubble interactions in microchannels with integrated inertial pumps

Modeling of contactless bubble–bubble interactions in microchannels with integrated inertial pumps

통합 관성 펌프를 사용하여 마이크로 채널에서 비접촉식 기포-기포 상호 작용 모델링

Physics of Fluids 33, 042002 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0041924 B. Hayesa) G. L. Whitingb), and  R. MacCurdyc)

ABSTRACT

In this study, the nonlinear effect of contactless bubble–bubble interactions in inertial micropumps is characterized via reduced parameter one-dimensional and three-dimensional computational fluid dynamics (3D CFD) modeling. A one-dimensional pump model is developed to account for contactless bubble-bubble interactions, and the accuracy of the developed one-dimensional model is assessed via the commercial volume of fluid CFD software, FLOW-3D. The FLOW-3D CFD model is validated against experimental bubble dynamics images as well as experimental pump data. Precollapse and postcollapse bubble and flow dynamics for two resistors in a channel have been successfully explained by the modified one-dimensional model. The net pumping effect design space is characterized as a function of resistor placement and firing time delay. The one-dimensional model accurately predicts cumulative flow for simultaneous resistor firing with inner-channel resistor placements (0.2L < x < 0.8L where L is the channel length) as well as delayed resistor firing with inner-channel resistor placements when the time delay is greater than the time required for the vapor bubble to fill the channel cross section. In general, one-dimensional model accuracy suffers at near-reservoir resistor placements and short time delays which we propose is a result of 3D bubble-reservoir interactions and transverse bubble growth interactions, respectively, that are not captured by the one-dimensional model. We find that the one-dimensional model accuracy improves for smaller channel heights. We envision the developed one-dimensional model as a first-order rapid design tool for inertial pump-based microfluidic systems operating in the contactless bubble–bubble interaction nonlinear regime

이 연구에서 관성 마이크로 펌프에서 비접촉 기포-기포 상호 작용의 비선형 효과는 감소 된 매개 변수 1 차원 및 3 차원 전산 유체 역학 (3D CFD) 모델링을 통해 특성화됩니다. 비접촉식 기포-버블 상호 작용을 설명하기 위해 1 차원 펌프 모델이 개발되었으며, 개발 된 1 차원 모델의 정확도는 유체 CFD 소프트웨어 인 FLOW-3D의 상용 볼륨을 통해 평가됩니다.

FLOW-3D CFD 모델은 실험적인 거품 역학 이미지와 실험적인 펌프 데이터에 대해 검증되었습니다. 채널에 있는 두 저항기의 붕괴 전 및 붕괴 후 기포 및 유동 역학은 수정 된 1 차원 모델에 의해 성공적으로 설명되었습니다. 순 펌핑 효과 설계 공간은 저항 배치 및 발사 시간 지연의 기능으로 특징 지어집니다.

1 차원 모델은 내부 채널 저항 배치 (0.2L <x <0.8L, 여기서 L은 채널 길이)로 동시 저항 발생에 대한 누적 흐름과 시간 지연시 내부 채널 저항 배치로 지연된 저항 발생을 정확하게 예측합니다. 증기 방울이 채널 단면을 채우는 데 필요한 시간보다 큽니다.

일반적으로 1 차원 모델 정확도는 저수지 근처의 저항 배치와 1 차원 모델에 의해 포착되지 않는 3D 기포-저수지 상호 작용 및 가로 기포 성장 상호 작용의 결과 인 짧은 시간 지연에서 어려움을 겪습니다. 채널 높이가 작을수록 1 차원 모델 정확도가 향상됩니다. 우리는 개발 된 1 차원 모델을 비접촉 기포-기포 상호 작용 비선형 영역에서 작동하는 관성 펌프 기반 미세 유체 시스템을 위한 1 차 빠른 설계 도구로 생각합니다.

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수치해석 용역 실적

FLOW-3D Case Studies
FLOW-3D Case Studies

수행 실적

No사업명발주처
1성남정수장 3차원 유동해석한국수자원공사
2소양강댐 홍수방지벽 설치공사 실시설계용역(수치모형실험)도화종합기술공사
3용담댐 도수터널 취수탑 유입수량 유속분포(수치모형실험)한국수자원공사
4대곡댐 여수로 문비설치 기본 및 실시설계(수치해석)도화종합기술공사
5영천댐 치수능력 증대방안 실시설계(실시모형실험)도화종합기술공사
6시화조력발전소 축조공사 턴키설계를 위한 CFD 수치모형실험대우건설
7평화의댐 2단계사업 시설공사 실시설계(수치모형실험)도화종합, 삼안건설, 한국종합개발기술공사
8광동달방댐 치수능력증대사업 기본 및 실시설계영역(수치모형실험)도화종합, 삼안건설기술공사
9광양 3단계 공업용수도 실시설계용역(여수로 수치모형실험,수어댐)삼안건설기술공사
10탐진 다목적댐 치수능력 증대방안용역(수치해석)삼안건설기술공사
11댐 상수원 설계표준도 작성용역삼안건설기술공사
12보성강댐 정밀안전진단(3D모델링 수치해석)한국시설안전관리공단
13반월정수장 노후시설 개량 기본 및 실시설계용역(수치해석 부분)한국종합엔지니어링
14청송양수발전소 1,2호기 설계기술용역/여수로 3차원 수치해석용역현대엔지니어링
15소양강댐 보조여수로 설치공사 기본설계입찰 수치모형실험용역SK건설
16잠실 수중보 어도개선 기본 및 실시설계도화종합기술공사
17서귀포시 동부하수종말처리장 고도처리시설 기본 및 실시설계용역삼안건설기술공사
18서귀포시 서부하수종말처리장 고도처리시설 기본 및 실시설계용역선진엔지니어링
19오산 제2하수처리장 건설사업입찰 기본설계용역 중 3차원 수치유동해석 분야엘지건설
20당진화력 7,8호기 취수로 수치모델링한국동서발전주식회사
21녹산배수펌프장 건설공사 대안설계용역 중 펌프장 흐름해석 부문한국종합기술개발공사
22대암댐 치수능력증대사업 기본 및 실시설계(2차) 수치해석현대엔지니어링
23용인흥덕 쓰레기 이송관로 입찰설계벽산엔지니어링
24군산하수처리장 고도처리사업 턴키공사 기본설계 전산유체해석부강테크(GS건설)
25임하댐 비상여수로 건설공사 기본설계용역(수치모형실험)삼안건설기술공사
26대청댐 비상여수로 건설공사 턴키설계용역(수치해석)삼안건설기술공사
27섬진강댐 재개발 실시설계용역(수치모형실험)삼안건설기술공사
28한강하류권급수체계구축사업 제3공구 생활용수정수장 대안설계신우엔지니어링
29임하댐 취수설비 개선공사 기본 및 실시설계용역 중 전산유체유동해석유신코퍼레이션
30광명 소하 쓰레기 자동집하시설 건설공사 T/K 기본설계용역유신코퍼레이션
31공주막여과정수장 수처리구조물의 합리적 설계를 위한 전산유체해석한국수자원공사
32김포장기지구 쓰레기 자동집하시설의 수치해석한화건설
33군장국가산단(장항지구)호안도로 축조공사 갑문수치모의실험항도엔지니어링(포스코건설)
34대청댐 비상여수로 건설공사 턴키설계용역(주)삼안
35성남판교 자동크린넷시설공사 T/K 기본설계(설계용역)건화엔지니어링
36영등포정수장 재건설 및 고도정수처리 시설공사 턴키설계용역중 수리구조물 전산 유체 해석부분삼성건설
37보령7,8호기 배수로 수치해석한국전력기술
38보령1~6호기 배수로 수치해석한국전력기술
39LNG 지하저장 실증기술개발 중 유속에 의한 Ice Ring 형성조건연구한국지질자원연구원
40LNG 지하저장 실증기술개발 중 유속에 의한 Ice Ring 형성조건연구SK건설
41파주 운정지구 쓰레기 집하시설 수집관로 수치해석건화엔지니어링
42마그네슘블록 유동,응고,응력 해석대림기업(주)
43군남홍수조절지건설공사 기본 및 실시설계용역도화종합기술공사
44안동댐 비상여수로 기본설계용역 수치모형실험에스케이건설
45세탁기 Duct 부품의 Aluminum Die-Casting CAE 해석방안 개발엘지전자
46광양 2~3연주기 고속 주조시 몰드내 열유동응고해석포스코
47Cam-shaft 다이캐스팅용 금형설계 및 주조방안 해석한국생산기술연구원
48팔당수력댐 가능최대홍수량(PMF:Probable Maximum Flood)에 의한 댐체 월류시 수리 및 구조적 안정성 검토용역한국시설안전기술공단
49담체거동을 고려한 호기조 유동해석한수테크니컬서비스
50피스톤 쿨링젯 해석기술 개발 기술용역현대자동차
51아산 방조제 배수갑문확장사업 1단계 대안설계삼안건설기술공사
52하동화력 7,8호기 냉각수 배수구 전면 저류지 축조공사 3차원 수치모형실험 해석제이슨기술단
53의암수력댐 가능최대홍수량(PMF:Probable Maximum Flood)에 의한 댐체 월류시 수리 및 구조적 안정성 검토용역한국시설안전기술공단
54춘천 및 보성강댐 가능최대홍수량(PMF:Probable Maximum Flood)에 의한 댐체 월류시 수리 및 구조적 안정성 검토용역한국시설안전기술공단
55소양강댐 여수로 방류흐름개선을 위한 수치모형실험 용역한국시설안전기술공단
56제천시 하수관거정비 임대형 민자사업(BTL) 기본설계용역 중 수충격검토(주)바셈
57금강살리기 행복지구 생태하천 조성공사계룡건설산업
58첫마을지구 생활폐기물 자동집하시설 건설공사 기본설계 T/K도화종합기술공사
59괴산댐 가능최대홍수량에 대한 댐체월류시 구조적 안정성 검토용역한국시설안전기술공단
60충남도청 이전신도시 자동집하시설 건설공사 T/K입찰 기본설계 용역(주)건화
61영등포정수장 3D 모델링(주)대우건설
62화순홍수조절지 기본 및 실시설계 용역(주)도화종합기술공사
63재천시 하수관거정비 임대형 민자사업(BTL) 기본설계용역 중 수충격검토(주)바셈
64한탄강댐본댐 및 부대시설 공사 설계 변경 용역(주)삼안
65새만금 방수제 만경5공구 건설공사 기본설계 용역(3차원 수치해석)(주)삼안
66연속 주조시 발생되는 몰드 내 열응력 영향 해석(주)엔지비
67낙동강하구둑 배수문 증설공사 기본설계용역 중3차원 수치해석(주)유신
68뚝도정수센터 시설현대화 및 고도정수처리시설 실시설계 수치해석 용역신우엔지니어링
69파주운정쓰레기 자동집하시설 건설공사(T/K)태영건설
70거제평프장도화
71광교댐수치해석도화
72Slag Pouring 및 이송 시 열유동해석매탈젠텍(POSCO)
73LICC DP매탈젠텍(POSCO)
74PFC DP 공정 해석매탈젠텍(RIST)
75행복도시하수처리장이산
76다이캐스팅 주조방안 및 해석코다코(캐스트맨 매출)
77전착성능해석용 차체모델링+전착 이차흐름현대기아기술연구소
78고열전도성 다이캐스팅 경량 방열부품개발현대자동차
79엔진/변속기1 (전륜8속 TM 케이스 및 하우징 방안설계 최적화)현대자동차
80쇽업쇼버 케이스 해석 용역현대자동차
81엔진/변속기2 (세타/실린더헤드 및 후륜 다단변속기 케이스2개 제품)현대자동차
82엔진/변속기3 / 6월현대자동차
83엔진/변속기4 / 8월현대자동차
84고강도 저밀도 산합금 열물성 DB 및 주조해석현대자동차
85진공밸브 최적화현대자동차
86Bloom 해석(연주기 몰드 내 용강 유동해석)현대제철
87상수도관망 최적관리시스템 구축사업(고성군)태성종합기술
88신월빗물저류배수시설 3차원수치해석선진ENG
89실러류 해석기술 개발현대기아기술연구소
90고덕하수처리장 수치해석그레넥스
91고덕하수처리장 수치해석엔바이로솔루션
92라오스수력발전프로젝트SK건설
93슬리브내 역비산기아차
94송석지 싸이폰 여수로농어촌공사(충남도본부 예산지사)
95고풍지 싸이폰 여수로농어촌공사(충남도본부)
96광교저수지 싸이폰 여수로지자체(수원시)
97장수지 싸이폰 여수로지자체(전남공흥군)
98광폭 마그네슘 주조기 용해로 열변형 해석용역포스코
99350톤 양수냄비 다이캐스팅 개발해피콜
100Mg 빌렛 해석HMK
101관망해석 프로그램 개발국민대학교
102충주댐 하류가물막이 수치해석대림산업
103충주댐 하류가적치 수치해석대림산업
104충주댐 하류가적치 수치해석대림산업
105평화의댐 하류부지 계획고 조정에 따른 3D 수치해석 용역대림산업
106봉화댐 실시설계 3차원 수치모형 실험도화엔지니어링
107원통수조 교반해석도화엔지니어링
108DAF 실증시설 부상조 수치해석삼진정밀
109EI과제 프로그램 개발(건기연(정우식박사))오투엔비
110SEMANGKA HEPP 수치모형 실험이산
111공릉저수지 조류 및 유속분포 유동해석한국건설기술연구원
112교육 및 해석 기술 자문한국건설기술연구원
113터빈하우징 로스트폼 주조 용역한국생산기술연구원
114터빈하우징 로스트폼 주조 용역한국생산기술연구원
115교육 및 해석 기술 자문해안해양기술
116새만금 남북2축 도로 제 3공구해석E&H컨설턴트
117달천교 교각세굴 해석E&H컨설턴트
118Lean Amine Air Cooler 부식원인 분석을 위한 유동해석GS칼텍스
119Xe Pian 하류 변경안 해석SK건설
120멤브레인 CFD 프로그램 개발국민대학교
121원형관 내부 유동해석서울시립대학교
122우수저류지 세척 시스템 해석선일엔바이로
123MD 열교환 해석(2차)알이디
124모듈조합프로그램 개발오투앤비
125해양 구조물 세굴해석전남대학교
126하우징 다이캐스팅 해석제이에스테크
127막묘듈 열교환 해석한국건설기술연구원
128두량지 PK Weir 방류량 해석한국농어촌공사
129관내 유동해석GS칼텍스
130정수장 분배수로 응집지 해석그린텍환경컨설팅
131정수장 분배수로 응집지 해석그린텍환경컨설팅
132주조제일테크
133해저구조물 세굴 및 선박유동 해석창원대학교(ADD)
134고출력 저압 램프용 자외선 반응기 해석한국건설기술연구원
135고출력 중압 램프용 자외선 반응기 해석한국건설기술연구원
136과제 해석한국건설기술연구원
137이동식보&팬스한국건설기술연구원
138Point source 기반의 하천 녹조 발생 현황 2차원 mapping 시스템한국건설기술연구원
139해석지원한국종합기술
140데이터교환customizing한국항공우주연구원
141엔진소재의 주조방안 최적화를 위한 주조해석 기술용역현대자동차
142배관유동GS건설
143울산 소수력 수치해석 용역유신
144한국건설기술연구원-이동형 해수담수화 시스템 개발 컨설팅한국건설기술연구원
145Water Dynamometer 해석두산중공업
146약액 침전 외 2건 해석세메스
147Ladle 내 Dam 및 노출부 형상변화에 따른 Vortex 거동 해석(재)포항산업과학연구원
148VMD 모듈 3D모델링알이디
149칠서정수장 기술진단 3차원 수치해석(주)그린텍환경컨설팅
150충주댐 유출부 감세지 3차원 수치해석대림산업
151친환경차용 e-4WD 유도모터 로터 주조기술개발현대자동차
152울산 #4복합 해양소수력 개발 타당성 용역중 3차원 수치해석유신
153사이펀 활용 중력구동 분리막 시스템 수치해석한국건설기술연구원
154삼척화력 소수력발전설비 설치공사(EPC) 기본 및 실시설계 중 CFD해석유신
155LG전자(평택) 생산기술원-레이저 용접 결함 예측 모델 개발LG전자(평택)
156LG전자 창원 H&A사업본부-FLOW-3D 기반 통세척 성능 해석기술 개발LG전자(창원)
 수리/수자원 분야
01 교량 설치에 따른 하천흐름 및 세굴영향 검토
컨설팅내용
  • 교량 설치로 인한 3차원 모형의 수리영향 검토
  • 세굴방지공 설치로 교량의 수리적 안정성 확보
필요데이터
  • 교각 3차원 형상 또는 도면
  • 하천 수심측량 자료 및 수치지형도
  • 하천 상/하류 홍수위 및 홍수량
해석방법
  • 하천의 유동해석 수행 후 최고유속에 해당하는 교각 선정
  • 선정교각 대상을 중심으로 세굴 모형 적용
결과물
  • 하천 유동흐름, 수위분석
  • 평형세굴심 도달시간
  • 최대세굴심 및 최대퇴적고 등
02 댐체 월류 시 수리/수문 구조적 안정성 검토
컨설팅내용
  • 상류 댐 붕괴 시 급격한 방류로 인하여 하류 댐에 미치는 영향을 검토하기 위해 댐체 월류 시 수리/수문 구조적 안정성검토
필요데이터
  • 공도교 및 수문 구조물 상세 도면
  • 하천 수심측량자료 및 주변 수치지형도
  • 하천 상/하류 홍수위 및 홍수량
해석방법
  • 상류 댐 붕괴시 홍수위/홍수량 정보입력
  • 구조물/수문 분리 후 취약한 수문 선정
  • 수문 구조해석 및 Total 힘 분석
결과물
  • 수문/구조물 받는 힘 분석
  • 굥도교 월류 여부 및 수위/유속 분포
  • 방류량 및 구조물 부압 등
 수처리 분야
01 정수처리시설 구조물 최적설계
컨설팅내용
  • 정수시설 구조물에 대한 유동, 유량, 압력, 온도분포 분석
  • 수처리과정에 발생하는 현상분석
필요데이터
  • 정수시설 구조물의 제원
  • 분배수로, 침전지 등 도면 및 3D CAD 자료
  • 초기 수위데이터 등
해석방법
  • 정수시설 구조물의 경계조건 설정
  • 형상에 따른 유동흐름 및 유량 등 초기조건 
결과물
  • 정수시설물에 작용하는 압력분포 확인
  • 유동 유입에 따른 유동양상, 유량, 유속데이터 분석
  • 온도변화에 따른 유동 및 침전효율 분석

02 하수처리시설 방류량 및 유동양상 분석
컨설팅내용
  • 토출수조의 수위 및 유동현상검토
  • 각 방류 Box의 방류유량분포 및 유속분석 
필요데이터
  • 구조물관련 설계도면 자료
  • 전체 모형 작성 및 지형데이터
  • 유체 유입량, 초기 수위관련 자료
해석방법
  • 시설 구조물에 따른 경계조건 설정
  • 초기 수위조건 및 유동현상 등 조건 확인
결과물
  • 토출 수조의 수위량 및 유동흐름
  • 유동 유입에 따른 유량, 유속데이터 분석
  • 구조물 단면의 유량흐름 데이터
 
 주조 분야
01 수축 결함최소화를 위한 주조해석
컨설팅내용
  • 주조 시 산화물 혼입방지 설계
  • 조립부 수축결함 최소화 
필요데이터
  • Frame형상 제원
  • 금형, 형상 도면자료 및 3D CAD자료
  • 초기 용탕 주입시간, 충진속도, 온도 등의 데이터
해석방법
  • 금형형상에 따른 주조해석 경계조건 설정
  • 초기 조건설정에 따른 파라미터분석
결과물
  • 충진시 산화물발생 위치 및 수축공 발생 위치
  • Solidification 확인, 결함부 현상분석
  • Gate, Runner 위치 최적화
         
02 금형 최적설계를 위한 주조해석
컨설팅내용
  • 충진 온도유지 및 제품 결함 최소화를 위한 최적설계
필요데이터
  • 금형관련 제원
  • 금형, 형상 도면자료 및 3D CAD자료
  • 초기 주조 공정조건 데이터
해석방법
  • 금형형상에 맞는 Runner, Gate 모델링
  • 용탕온도, 속도, 압력 등 조건에 따른 제품 최적설계
결과물
  • 충진시 압력분포 및 산화물 발생 위치분석
  • Solid Fraction, Solidification 등 현상분석
  • 결함부위 최소화를 위한 Gate, Runner 위치 최적화
 코팅 분야
01 Nozzle 분사를 이용한 Slit Coating 해석
컨설팅내용
  • 표면 Coating에 적합한 Nozzle 형상 설계
  • Coating 구동조건 및 압력분포 분석
필요데이터
  • 초기 Nozzle 형상 제원
  • 형상 도면자료 및 3D CAD자료
  • 초기 Coating 도포현상 및 구동조건 데이터
해석방법
  • Nozzle 구동에 따른 Coating 분석
  • 액상조건에 따른 Coating 도포형상 분석
결과물
  • Nozzle 형상 파라미터에 따른 Coating 현상분석
  • Coating 분포에 따른 높이 균일성 확인
  • 액상 온도에 따른 도포량분석
  
 MEMS 분야
01 연료전지 시스템의 최적설계를 위한 유동해석
컨설팅내용
  • 연료전지 내부형상에 따른 유동장변화 데이터
  • 유량분배에 적절한 최적의 형상조건 설계
필요데이터
  • 초기 형상 도면자료 및 3D CAD자료
  • 연료전지의 구동조건 및 물성조건
  • Actuator의 작동, 토출량, 유동 등의 데이터
해석방법
  • Micro-Channel에서의 유동분배 설정
  • 액체의 특성에 따른 토출조건 확인
결과물
  • Actuator의 속도에 따른 유동량 분석
  • Micro-Channel에서의 유동양상
  • 공동현상 최소화를 위한 최적의 구동조건

Water Catastrophic Events Flash Floods

Flash Floods

갑작스러운 홍수는 짧은 시간동안 급류같은 위험한 흐름으로 병합할 수있는 호우로 될 수 있습니다. 유동 특성은 자유 표면 제어 뿐 아니라, 지표층의 다공도와 포화 상태에 따라 달라지고, 3차원 적으로 복잡한 지형에 밀접하게 관련이 있습니다. 이러한 모든 역학들은 FLOW-3D의 장점들과 일치합니다. 특히:

  • FLOW-3D의 porosity 모델은 포화 또는 비포화된 토양을 통한 물의 배출정도를 예측합니다.
  • 그 강수 모델은 지표층 빗물의 시공간적인 축적을 정확히 포착합니다.
  • FLOW-3D‘s Volume of Fluid (TruVOF) approach to free-surface flow dynamics captures transient waves and run-ups
  • An advanced sediment and deposition model ties in seamlessly to these simulations when needed

강수 이벤트가 일어나는 동안 표면층에 서서히 표면층은 포화상태에 도달합니다. 지표수는 영역의 왼쪽에서 저수지에 인접한 부분으로 강한 유출과 중앙 계곡으로 급류가 빠르게 형성됩니다.

Water Catastrophic Events Avalanches

Avalanches

산사태와 눈사태는 파편들이나 육지의 영향으로 인해 저수지에 엄청난 홍수파를 일으킬 가능성이 있습니다. FLOW-3D 는 산사태 현상 자체와 홍수파의 전파 모두 모델링 할 수 있습니다. Moving Objects Model 은 지형위의 물체 처럼 강체 방식으로 미끄러지는 지평면으로 고려한다. Granular flow 모델은 산사태 현상을 좀 더 상세하게 시뮬레이션 할 수 있다. 두 경우 모두, 관련된 홍수파와 함께 질량의 지표면 전파와 영향을 볼 수 있습니다. 산사태는 수역 전체에 걸쳐 일어나지 않습니다. 예를 들어 tailings 같은 경우에 FLOW-3D의 non-newtonian fluid 모델을 이용하여 개개인의 요구에 맞춘 구조적 관계를 쉽게 구현할 수 있습니다.

 

Results of a simulation with FLOW-3D (including added original stl-geometry) of a stopped and restarted avalanche model before it reaches the reservoir – colored by the depth-averaged velocities in [ms-1]. Results taken from R. Gabl, J. Seibl, B. Gems, and M. Aufleger, 3-D-numerical approach to simulate an avalanche impact into a reservoir, Nat. Hazards Earth Syst. Sci. Discuss., 3, 4121–4157, 2015, www.nat-hazards-earth-syst-sci-discuss.net/3/4121/2015/, doi:10.5194/nhessd-3-4121-2015, © Author(s) 2015. CC Attribution 3.0 License.

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