다음의 수리 모형의 이론 , 수치해석 , 입력자료 , 파라미터 , 장단점 등을 분석하고 실습 예제 및 실제 자료에 대하여 모형을 운영하고 보고서 제출하라 (eStream 포함 ). ( 제출기간 : 05 월 04 일 )1 차원수리모형 : DYNHYD5, HECRAS, EFD-RIV1, Wylie 모형 1, 22 차원수리모형 : FESWMS-2DH, TIDE43 차원수리모형 : EFDC 1. 미국 공병단 HEC (Hydrologic Engineering Center) 의 홈페이지에서 제공 되는 모형들을 다운로드하고 각 모형별로 간략하게 설명하라 .2. WWQTSC (Watershed & Water Quality Modeling Technology Support Center) 의 홈페이지에서 제공되는 EFD-RIV1 모형을 다운로드하여 주어진 예제를 실행하고 본 모형의 특징을 서술하라 .3. Derive the governing equation of DYNHYD5 from the continuity equation and the equation of motion of one-dimental surface water flow.

1 차원수리모형 : DYNHYD5 (Part II), HECRAS, EFD-RIV1, Wylie 모형 1, 22 차원수리모형 : FESWMS-2DH, TIDE43 차원수리모형 : EFDC

- HEC-RAS( 수문공학센터 - 하천해석시스템 : Hydrologic Engineering Center-River Analysis System) 모형은 미육군공병단 수문공학센터 (U.S. Army Corps of Engineers(USACE) Hydrologic Engineering Center(HEC)) 에서 개발한 1 차원 모형으로서 완만하게 변하는 유동에 대해서는 정류 해석으로서 표준단계법과 수치적분법을 사용하며 1 차원 부정류 유동에 대한 지배방정식인 Saint Venant 식을 해석하기 위하여 수치해석 기법으로서 음해유한차분법을 사용한다 . 또한 유사이동 및 하상변화 , 수온 변화에 대한 모형링할 수 있는 기능을 가진다 .본 모형은 수문학 공학 센터의 "Next Generation" 의 한 분야로 개발되었다 . 본 프로젝트는 다음과 같은 분야를 포함하고 있다 ; 강우 유출 해석 (rainfall runoff analysis), 하천 수리학 (river hydraulics), 저수지 시스템 모의(reservoir system simulation), 홍수 피해 해석 (flood damage analysis), 저수지 운영을 위한 시간 예측 제어 (real-time river forecasting for reservoir operations).

HEC-RAS 모형 실행 결과steady examples-Floodway determination

모형의 설명 (SMS)SMS 는 지표수 모형화와 분석을 위한 전처리 및 후처리 프로그램이다 . 여기에는 2 차원과 3 차원 유한 요소 및 유한 차분 모형 , 1 차원 축차 배수위 계산 모형들이 포함된다 . SMS 의 각 모듈은 여러 가지 수치 모형들을 이용하기 위한 인터페이스들이다 . USACE-WES 가 지원하는 TABS-MD(GFGEN, RMA2, RMA4, RMA10, SED2D-WES), HIVEL2D, ADCIRC, CGWAVE, STWAVE, M2D 모형이 이에 포함된다 . FHWA 에서 지원하는 Flo2DH 와 WSPRO 분석 패키지를 이용하도록 도와주는 종합적인 인터페이스들이 또한 개발되어 있다 .

FESWMS-2DH 모형의 지배방정식비압축성 유체의 동수역학적 거동을 기술하고 흐름지배방정식은 전통적인 질량과 운동량의 보존법칙위에 기초하고 있다 . 지표수 흐름에 대한 적용에 있어서 많을 경우 3 차원적인 흐름구조보다는 수평면상의 방향의 속도 성분을 다음과 같이 수심방향으로 적분하여 식 (7.1.1) 로 나타낼 수 있다 .

(7.1.1)

(7.1.2)

여기서 , 는 수심 , 는 수직방향축을 나타내며 , 는 하상바닥표고 , 로서 수면 표고 , 는 직교좌표계상에서 방향의 유속 , 는 직교좌표계상에서 방향의 유속을 나타낸다 . 그림 . 2.2 는 수심평균치를 취한 방향의 유속을 나타내었다 .

< 그림 7.1.1> 수심평균치를 취한 방향의 유속

수심방향으로 평균한 지표수 흐름 방정식들은 3 차원 질량 및 운동량보존 방정식들을 하상바닥에서 수면까지 수직방향으로 적분함으로써 구하여진다 . 이러한 적분절차는 수직방향의 속도와 가속도 성분이 무시 할 수 있을 정도로 미미하다는 중요한 가정을 내포하고 있다 .수직방향으로 적분한 운동량 방정식은 다음 식 (7.1.3) ～ (7.1.4) 과 같다 .

(7.1.4)

여기서 , 는 수심 , 는 바닥면 표고 , , 는 수심평균치를 취한 방향의 유속 , 는 연직방향으로 속도의 변동성을 나타내는 운동량 보정계수 , 는 중력가속도 , 응 Coriolis 계수 , 는 물의 밀도이며 일정한 것으로 가정한다 . 는 난류에 의한 전단응력이며 는 방향으로 작용하는 바닥에서의 전단응력이고 , 는 방향으로 작용하는 수표면에서의 풍력에 의한 전단 응력이다 .

FESWMS-2DH 모델 실행 결과

1. 미국 공병단 HEC (Hydrologic Engineering Center) 의 홈페이지에서 제공되는 모형들을 다운로드하고 각 모형별로 간략하게 설명하라 .

GeoEFM 는 일반적으로 생태계 기능 모델 (HEC - EFM) 의 응용 프로그램 중에 사용 공간 분석을 지원하기 위해 개발된 ArcMap 확장입니다 . GeoEFM 를 사용 ArcView 9.3 또는 9.3.1 에 대한 사용자 라이센스가 필요합니다 . 공간 분석 및 ArcMap 에 대한 3D 분석 확장도 설치 및 활성화되어 있어야합니다 .

1) 공간 데이터 세트 , 2 의 관리 ) 계산 및 서식지 지역의 비교 , 그리고 서식지 연결 3) 평가 : GeoEFM 은 생태계 복원 사업이나 물 관리 시나리오를 계획 사용자가 세 가지 기본 기능을 제공합니다 .

GeoEFM 의 사용은 EFM 의 확실한 이해를 필요로합니다 . EFM 는 하천이나 습지의 흐름 정권의 변화에 생태계 응답을 분석하는 데 도움이 계획 도구입니다 . 통계 분석 , 하천 유압 모델링하고 , 공간 분석 : EFM 을 적용하는 과정은 세 가지 기본 단계를 포함한다 . 통계 단계의 결과는 다음 공간 기준과 흐름 정권과 관계에 대한 결과를 조사하기 위해 GIS 에 사용되는 물 깊이 , 속도 , 그리고 범람의 레이어를 생성 외부 유압 모델에 입력됩니다 . GeoEFM 는 EFM 프로세스의 세 번째 마지막 단계 ( 공간적 분석 ) 에 사용됩니다 .

GeoEFM 은 수문 엔지니어링 센터 (HEC) 와 GIS 의 능력과 물 시스템의 생태적인 고려 사항의 중요성을 모두 인식에 환경 시스템 연구소 , 주식 회사 (ESRI), 사이의 제휴를 통해 개발되었습니다

HEC-SSP

이 소프트웨어는 수문 데이터의 통계적 분석을 수행할 수 있습니다 . HEC - SSP 의 현재 버전은 게시판 17B 에 따라 홍수 흐름 주파수 분석을 수행할 수 있습니다 , (1982) " 홍수 흐름 주파수를 결정하기위한 지침 " 뿐만 아니라 흐름 데이터를하지만 , 다른 수문 데이터에 일반 주파수 분석 , 볼륨 주파수 분석 높은 낮은 흐름 , 기간 분석 , 일치하는 주파수 분석 및 곡선 조합 분석 .

HEC-RPT

정권 처방 도구 (HEC - RPT) 는 항목 , 보기 , 실시간 , 공공 설정에서 유동 추천의 문서를 촉진하기 위해 설계되었습니다 . HEC - RPT 그들이 개발되면서 실시간 녹음을 허용하고 권장하려하여 ) 그룹 설정에서 통신을 1 개선하고자 2) 동안 과학자 , 엔지니어 , 그리고 물 관리자에 더 즉시 액세스할 수 수문 정보를하여 생산 권고 배합 공정 .HEC - RPT 는 주로 시각화 도구입니다 이미 다른 소프트웨어 패키지에서 수행 상세한 정량 분석 ( 예 , 통계 분석이나 저수지 및 하천 라우팅 ) 를 수행하기위한 것은 아닙니다 . 대신 , HEC - RPT 다른 소프트웨어 패키지들이 분석에서 수입하고 사용할 수있는 유량 시계열을 만드는가 쉽게 다른 소프트웨어를 보완하기 위해 찾고 있습니다 .HEC - RPT 는 군단과 자연 보호의 첫 번째 공동 소프트웨어 개발입니다 . 개발 비용은 수문 엔지니어링 센터 , 포틀랜드 지구 및 자연 보호 사이에 공유했다 . 이 작품은 프로젝트의 혜택을 유지하거나 개선하면서 봉사단 댐의 작업을 변경하여 하천의 건강과 생활을 개선하기 위해 군단 및 자연 보호 사이의 지속적인 전국 제휴있는 지속 가능한 하천 사업의 지원에 착수했다 .

2. WWQTSC (Watershed & Water Quality Modeling Technology Support Center) 의 홈페이지에서 제공되는 EFD-RIV1 모형을 다운로드하여 주어진 예제를 실행하고 본 모형의 특징을 서술하라 .

EPD - RIV1 한 차원 동적 유압 및 수질 시뮬레이션을 수행하는 프로그램 시스템입니다 . 계산 모델은 미군 엔지니어 워터 웨이스 실험 스테이션 (WES) 가 개발한 CE - 그게 어떤 - RIV1 모델에 기반을두고 있습니다 . 이 모델링 시스템은 자연 자원 , 닥터 로이 버크 III, 프로그램 관리자와 미국 환경 보호청 , 지역 IV, 닥터 짐 그린필드의 조지아학과 조지아 환경 보호 부문에 대한 개발되었습니다 .EPD - RIV1 는 한 차원 ( 교차 sectionally 평균 ) 유체 및 수질 모델입니다 . 그것은 두 부분으로 , 일반적으로 첫번째 적용되는 유체 코드 및 품질 코드로 구성되어 있습니다 . 유체 모델의 응용 프로그램에서 제작 유압 정보 , 읽을 수있는 파일에 저장하고 , 품질의 시뮬레이션을 수행할 때 품질 코드에 교통 정보를 제공합니다 .품질 코드는 물 온도 , 질소 종 ( 또는 질소 생물 학적 산소 요구량 ), 인 종 , 용존산소 , 탄소 산소 요구량 ( 두 종류 ), 조류 , 철 , 망간 , coliform 박테리아 두 포함하여 16 상태 변수의 상호 작용을 시뮬레이션할 수 임의의 성분 . 또한 , 모델은 용존산소와 영양소 사이클링에 macrophytes 의 영향을 시뮬레이션하실 수 있습니다 .

모델은 기존의 조건을 분석하고 총 최대 일일 부하의 할당 (TMDLs) 를 포함한 폐기물 부하 할당을 수행하기위한 목적으로 강과 개울에서 동적 조건의 시뮬레이션을 위해 설계되었습니다 .EPD - RIV1 특히 wasteload 할당을 수행하기위한 , 성능을 개선하고 기능을 추가하기 위해 원래 WES 코드를 수정하는 일련의 결과입니다 . 상당한 노력도 사용할 수있는 모델을 쉽게하였습니다 . 몇 가지 추가 프로그램은 EPD - RIV1 모델에 대한 입력 데이터 세트의 개발에서 사용자를 지원하고 결과를 해석하기 위해 개발되었습니다 . 사전 및 사후 프로세서도 조지아 EPD 및 지역 IV EPA 위해 개발된 수자원 데이터베이스 (WRDB) 와 통합되었습니다 . 이 시스템은 시간 변화 흐름의 유체 역학과 수질에 지점과 이외의 포인트 소스를하거나 영향을 시뮬레이션 , 사용자에게 환경 데이터의 분석 , 모델 응용 프로그램에 대한 데이터의 준비에 도움이 도구의 독특한 세트를 제공합니다 하천 및 모델 결과를 분석 .

3. Derive the governing equation of DYNHYD5 from the continuity equation and the equation of motion of one-dimental surface water flow.

1) 운동방정식의 차분화본 모형의 운동방정식은 가속도의 각 항에 대하여 유한차분법을 적용하여 다음과 같이 해석한다 .

(4.3.1)위의 식의 가속도 항은 다음과 같다 .

(4.3.2)

따라서 , 차분화된 운동방정식은 다음과 같다 .

(4.3.3)

< 그림 4.3.1> 연결망 모형의 격자망도

2) 연속방정식의 차분화본 모형의 연속방정식은 다음과 같다 .

(4.3.4)

유속에 대하여 정리하면 다음과 같다 .

(4.3.5)

유한차분법을 적용하여 차분화된 식은 다음과 같다 .

(4.3.6)

여기서 , 항은 시간 간격 “ t" 동안 수로 ” i" 의 양단의 절점의 수두 차이의 평균값으로 계산된다 . 위의 차분화된 연속방정식 (4.3.6) 을 차분화된 운동방정식 (4.3.3) 과 결합하면 다음과 같다 .

(4.3.3)

(4.3.7)

연속방정식 (4.3.4) 를 수두에 대하여 정리한 후 차분화하면 다음과 같다 .

(4.3.8)

여기서 , “j” 는 절점 번호를 나타낸다 . 위의 식의 우변의 분자 △ Qi 는 절점에 연결된 수로 “ i" 로부터 유입되거나 유출되는 유량의 합계에 의해 계산된다 . 분모 Bj△xi 는 절점에 연결된 수로의 수표면 면적이다 . 유입 유출되는 유량의 합계는 다음의 방정식으로 명백히 나타낼 수 있다 .

(4.3.9)

유속은 (4.3.7) 의 식으로 수심은 (4.3.9) 의 식으로 구할 수 있다 . 이때 , 초기 및 경계 조건을 고려하여야 한다 . 다음의 8단계의 연산 과정을 통하여 해를 구한다 .