2. Term Project -Combinatory modeling of GIS and QUAL2E

지리정보시스템의 개요GIS 는 공간문제를 해결하고 공간관련 계획 수립에 대한 해를 제공하기 위하여 지리정보자료의 구축 , 유지관리 , 편집 , 분석 및 프로세싱 , 디스플레이 및 출력 등의 과정을 통하여 고품질의 공간 정보를 획득하고 합리적인 공간 의사결정을 위한 도구로서 사용되고 있다 .

ArcviewArcview 는 ESRI 사에서 개발한 GIS 소프트웨어로 PC, Mac, UNIX, Open VMS 등에서 사용이 가능하며 , 그래픽 인터페이스 , 데이터와 엑세스 기능 , 지리 데이터 갱신의 확장성 제공 , On-line help 제공 , 다중의 플랫폼을 지원한다 . Arcview 는 PC 상에서 지리 정보의 디스플레이 , 검색 , 분석이 가능한 GIS tool 이며 쉽게 배울 수 있다 .GIS 와 전산모형의 결합모형의 입력자료는 유역을 격자별 , 공간자료별로 분할하여 구성되는데 , 자료의 정교함과 복잡성 등의 많은 어려움으로 인하여 실제로 사용 하는데는 한계가 따른다 . 지리정보시스템은 많은 연구자들에 의해 분포형 모형에 이용되어 왔으며 , 최근에는 광범위한 유역의 특성자료를 효율적으로 입력 , 편집 , 저장 , 갱신 , 호환 , 관리 , 도시 , 분석하기 위하여 지리정보시스템과 유출모형 등과의 결합을 시도하고 있다 .

3. Term Project 2 지표수 ( 하천 , 호수 , 연안 해양 ) 수리 모형의 이론 , 수치해석 , 입력자료 , 파라미터 , 장단점 등을 분석하고 실습 예제 및 실제 자료에 대하여 모형을 운영하고 보고서 제출하라 (eStream 포함 ).

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 모형의 입력 자료 및 파라미터

◇ HEC-RAS 의 구성

- Graphical User Interface(GUI)

- 수리계산 모듈 (SNET)

- 자료관리 모듈- 결과처리 모듈

◇ HEC-RAS 의 수리계산방법

- 정상부등류 ( 정류 ) 의 에너지방정식 /운동량방정식의 수치처리- 다양한 수공구조물에 대한 처리- 비정상류 ( 부정류 )

- 유사현상

◇ HEC-RAS 의 활용범위

- 부등류 ( 혼합류 및 loop 형 하천모형링 가능 )

- 교량 및 교각세굴- 암거- 홍수터 잠식- 하천정비- GIS 자료의 사용

◇ Manual

Users Manual : HEC-RAS 사용설명서Hydraulic Reference Manual : 수리적 배경이론 , 가정 및 한계Applications Guide : HEC-RAS 를 이용한 관련 예제

◇ 설치 및 실행

Download ≫ http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-

ras/hecras-download.html

& 학과 홈페이지 자료실시작 -> 프로그램 -> HEC-> HEC-RAS 4.0

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 x,y 방향의 속도 성분을 다음과 같이 수심방향으로 적분하여 식 (7.1.1) 로 나타낼 수 있다 .

(7.1.1)

(7.1.2)

여기서 , H 는 수심 , Z 는 수직방향축을 나타내며 , 는 하상바닥표고 , 로서 수면 표고 , u 는 직교좌표계상에서 x 방향의 유속 , v 는 직교좌표계상에서 y 방향의 유속을 나타낸다 . 그림 . 2.2 는 수심평균치를 취한 x,y 방향의 유속을 나타내었다 .

< 그림 7.1.1> 수심평균치를 취한 x,y 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

(7.1.3)

(7.1.4)

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

FESWMS-2DH 모델 실행 결과