Feasibility Calculation of FaSTMECH for 2D Velocity Distribution Simulation in Meandering Channel

Abstract

하천의 흐름장을 모의하는 수치모형들은 연구 및 실무에서 다양한 목적의 유동해석에 광범위하게 활용되어오고 있다. 그러나, 수치모의 결과에 대한 검증은 현장 실측자료의 한계로 수리모형실험이나 매우 제한된 현장자료를 기반으로 수행되어 보다 정밀한 검증이 요구되어 왔다. 특히, 사행하천과 같이 기하학적 구조 및 흐름이 복잡한 형태를 갖는 경우는 수치모형이 얼마나 정확한 유속분포 모의를 할 수 있는지 알기 힘들었다. 최근, 초음파도플러유속계(ADCP) 등 최신 현장 계측기기의 발달로 하천 흐름의 정밀한 유속 및 하상 자료를 매우 효율적으로 측정 가능하게 되었다. 따라서, 기존 수치모형들을 실제 하천에서 공간적으로 정밀하게 측정된 유속자료를 기반으로 성능을 검증할 수 있는 기술적인 기반이 마련되었다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 사행하천에서 정밀하게 측정된 ADCP 유속 자료를 기반으로 최근 국내에 도입된 FaSTMECH 모형을 대상으로 사행하천의 수위와 유속 분포 모의 결과를 검증하였다. 적용 구간은 한국건설기술연구원 하천실험센터의 폭 6.5 m, 평균수심 0.38 m, 유량 <TEX>$1.54m^3/s$</TEX>, 평균유속 0.61 m/s, 만곡도 1.2의 실규모 사행하천이다. FaSTMECH 모형의 적용성을 검토한 결과, 사행수로에 대한 수위 모의는 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으나, 만곡부에서 편향되는 횡방향 유속 분포를 잘 모의하지 못하는 것으로 나타났다. Numerical flow simulation models in the riverine environments have been widely utilized for analyzing flow dynamics in various degrees in researches and practical applications. However, most of the simulated results have been validated based on the data from indoor experimental models or very limited in-situ measurements. Therefore, it has been required to more accurately validate the performance of the numerical models in terms of the detailed field observations. In particular, it was also hard to validate the performances of the existing numerical models in the real meandered river channels that encompass more sophisticated flow and geometric structures. Recently, advancements of the modern flow measuring instrumentations such as acoustic Doppler current profilers (ADCPs) enabled us to efficiently acquire the detailed flow field in the broad range of river channels, thus that it became to be possible to accurately validate any numerical models with the field observations. In this study, based on the detailed flow measurements in a actual meandered river channel using ADCP, we validated FaSTMECH model in iRIC in terms of water surface elevation, which is relatively new but began to get highlighted in the research areas. As the validation site, a meandering channel in River Experiment Center of KICT was chosen, which has 6.5 m of width, 0.38m of flow depth, 1.54 m3/s of flow discharge, 0.61 m/s of mean flow velocity, and 1.2 of sinuosity. As results, whereas the FaSTMECH precisely simulated water surface elevation, simulated velocity field in the bend did not match well with ADCP dataset.