Transcript 개수로
환경수리학 및 설계 충북대학교 환경공학과 교수 정 세 웅 [email protected] C B N 1 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 흐름의 유형 등류의 평균유속공식 변류(varied flow) 점변류(gradually varied flow) HEC-RAS C B N 2 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 흐름의 유형 C B 시간기준:유속, 압력, 밀도, 외력 등 • 정류(steady flow): V 0, 0, 0 t t t • 부정류(unsteady flow): V 0, 0, 0 t t t 공간기준:유속, 압력, 밀도, 외력 등 • 등류(uniform flow): V 0, 0, 0 l l l • 부등류(nonuniform flow): V 0, 0, 0 l l l N 3 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 시간기준 공간기준 적용예 등류(uniform) 농업용 수로 부등류 (nonuniform) 댐의 배수위 정류(steady) 부정류 (unsteady) 홍수계산 C B N 4 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 등류의 평균유속공식 Chezy, Manning 방정식 용어 정의 • 수심(depth,h) • 유적(유수단면적flow area,A) • 윤변(Wetted perimeter, P) • 동수반경(Hydraulic radius, R=A/P) • 수리수심(Hydraulic depth, D=A/T) • 단면계수(section Factor, Z=A√D=A√(A/T)) C B N 5 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 예제 윤변, 유적,동수반경,수리수심,단면계수 수로폭 =b, 수심=h인 직사각형 수로 P b 2h A bh C A bh R P b 2h A bh D h b b Z A D b h h bh 3/ 2 B N 6 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 Chezy의 평균유속공식 A,B단면 사이에 발생하는 힘은 정수압+액체중력+마찰력 힘의 평형조건 고려 (정상등류 조건) FA W sin FB Pl 0 0 여기서 , FA , FB = 단면에 작용하는 정수압 C B N W sin 유체무게의 유속방향 성분 Pl 0 마찰력(윤변 길이 전단력) 7 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 W Al , sin tan h S tan sin L L A R P W sin AlS 0 RS Pl Pl 동수반경개념이 원관과 개수로 형상하천에 적용할 수 있다면 f V 2 0 8 V C B N U 관수로에서 유도한 공식 8g 8g RS , C f f V C RS Q CA RS Environmental Hydraulics and Hydrology 8 Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 Manning 평균유속공식 아일랜드 공학자 Chezy공식을 증명하기 위해 시험적 제안 1 1/ 6 R n 1 V R 2 / 3 S 1/ 2 n 1 Q AV AR 2 / 3 S 1/ 2 n 수로경사를 제외한 하천단면형상 계수를 C 통수능 K (conveyance) K C 1 AR 2 / 3 n B N 9 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 사다리꼴 콘크리트 수로의 유량. 수심 2.5m, 경사=0.003, z=2 (2H:V) A bh 2 (p. 384 표 10.1 참조) h zh (b zh) h (5 2 2.5)2.5 25.0m 2 2 P b 2 h 2 ( zh) 2 0.5 b h 1 z 2 5 2 1 2.52 2.5 16.18m A 25 1.545m P 16.18 n 0.015 1 1 Q AR 2 / 3 S 0.5 25 1.5452 / 30.0030.5 122.02m3 / sec n 0.015 R C B N U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 10 제10장 개수로 수리해석 및 설계 수심결정 유량 Q=8cms, 경사 s=0.002, 조도 n=0.025 1)단면, 윤변, 동수반경 A (b zh)h 4h h 2 P b 2 h 2 zh 4 2 2h 2 4h h 2 A R P 4 2 2h 2)h가정하여 Q추정하여 반복법으로 계산 1 4h h 2 Q AV 4h h n 4 2 2h 2 C B 2/3 0.0250.5 8cms Excel의 해찾기로 하면 h 1.057 m N 11 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 C B N 12 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 복합조도를 갖는 수로 하천바닥은 자갈 또는 모래나 흙으로 구성, 제방쪽 사면은 블록이나 기타 호안 재료 사용 항상 물이 흐르는 곳은 수초가 많지 않지만 홍수시에만 물이 흐르는 제방쪽은 잡초가 많이 자람 이러한 경우, 하천 단면 전체의 조도계수가 하나의 값이 아닌 경우가 발생 1) 각각의 조도계수를 갖는 단면을 분리하여 계산 하거나 2) 등가조도(equivalent roughness)를 산정하여 유량 계산 C B N 13 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 복합조도를 갖는 수로 1 1A Vi Ri2 / 3 S 1/ 2 i ni ni Pi Ai에 대하여 정리하면 Vi ni Pi 2 / 3 Ai 1/ 2 S 2/3 S 1/ 2 VnP 3/ 2 2 / 3 3/ 2 3/ 2 V n P A i i1/ i2 S 1 등가조도를 n이라 하면 평균유속은 C B N U 1 A V n P VnP VP 3 n 3/ 2 1 2 / 3 3/ 2 i i i 2 / 3 3/ 2 3/ 2 Vi ni Pi 2 / 3 ,V Vi 2/3 1 VP 3 2/3 n3/ 2 S 1/ 2 VnP 2 / 3 A 1/ 2 S 3/ 2 2 / 3 3/ 2 1 2/3 3 Vi ni Pi 3 Vi ni Pi 2 / 3 S 1/ 2 1 3 Environmental Hydraulics and Hydrology 3/ 2 ni3/ 2 Pi n P 1 3 등가조도 2/3 Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 1차원 단면평균 흐름 조건 가정 14 제10장 개수로 수리해석 및 설계 다음 수로의 유량을 계산하시오 1) 등가조도 사용 유량 2) 단면분할하고 각 유속으로부터 유량 계산 C B N 15 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 1)등가조도 사용하는 경우 P1 P3 2 6 8m P2 2 6 2 10m P P1 P3 P2 26m 2/3 1 3/ 2 3/ 2 3/ 2 n P n P n P 1 1 2 2 3 3 P2/ 3 2/3 1 2 / 3 0.0353/ 2 8 0.0303/ 2 10 0.0353/ 2 8 26 0.033122 0.033 n A A1 A2 A3 2 6 6 4 2 6 48m 2 R 48 / 26 1.84615 1.8462 C B 1 2 / 3 0.5 1 R S 1.84622 / 3 0.0030.5 2.4978 2.50m / s n 0.033 Q AV 48 2.50 120cms V N 16 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 2)각 단면별로 계산하는 경우 1 A V1 1 n P1 2/3 1 A V2 2 n P2 1 A V3 3 n P3 2/3 S 0.5 1 12 0.035 8 S 0.5 1 24 0.030 10 S 0.5 1 12 0.035 8 2/3 2/3 0.0030.5 2.05m / s 2/3 0.0030.5 3.27m / s 2/3 0.0030.5 2.05m / s Q AV 1 1 A2V2 A3V3 12 2.05 24 3.27 12 2.05 127.68cms 오차 6% 발생 Vi, V 차이 C B N 17 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 변류 (Varied flow) 수심이 연속적으로 변하기 때문에 수면경사는 수로바닥과 평행하 지 않음 점변류(gradually varied flow): 긴 수로를 따라 점진적 변화 급변류(rapidly varied flow): 짧은 수로에서 급격히 변화 C B N 18 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 개수로의 흐름분류 층류와 난류: 관성력과 점성력의 비 (Reynolds 수) 상류,사류와 한계류: 관성력과 중력의 비 (Froude 수) Re VR , 여기서 R는 동수 반경, R 1 VD 관수로 (p.94)와 달리 개수로는 D대신 R 사용 500 4 Re 500 층류 대부분의 개수로는 난류이다 Re C VR D 4 ex) 1m수심, 유속1m/ s , =1. 0 10 - 6 m 2 / s VR 1 1 Re 1, 000, 000 500난류 -6 1. 0 10 Fr 1: 상류(s ubcr i t i acl f l ow or t r anqui l f l ow) B Fr 1: 한계류(critical f l ow) N Fr 1: 사류(s uper cr i t i acl f l ow or r api d f l ow) U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University Fr V gh 19 제10장 개수로 수리해석 및 설계 비에너지(specific energy) 개수로에서 임의의 유선에 대하여 유체의 단위중량당 총 에너지수 두는 위치수두, 속도수두, 압력수두를 합한 것 수로바닥이 기준선인 총 수두를 비에너지라 한다. V2 E d cos 2g d y cos , V2 E y cos 2g 2 경사가 아주작은 경우 cos 1 C V2 Q2 E y or E y E1 E2 2g 2 gA2 B 비에너지 곡선 N 20 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 비에너지곡선 이해 V2 E y or 2g Q2 E y E1 E2 2 gA2 비에너지 곡선 y 0, A 0, E y , A , E y C B 대응수심 y1, y2에서 동일 비에너지(E), 동일 유량(Q) N 21 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 한계수심 비에너지가 최소일 때의 수심 주어진 유량을 수송하기 위한 최소 에너지가 필요한 수심 상류 dE d Q Q d 1 Q dA y 1 1 0 dy dy 2 gA2 2 g dy A2 gA3 dy Q 2 dA Q 2b 1, dA bdy라 하면, 1 gA3 dy gA3 2 2 수리수심 D A / b라 하면 Q 2b V 2 1 gA3 gD 중력에 대한 관성력의 비=Froude수 Fr V C B N gD V Fr 1 gD gD =표면파의 전파속도 수심 속 도 수 두 h>hc 한계류h=hc 사류 h<hc 2 한계흐름인경우 Fr 1, 즉 V gDc , 즉 Dc 한계흐름의 수리수심 V gDc , Fr 1:한계류(cr i t i cal f l ow) V gD , Fr 1: 상류(subcr i t i cal f l ow) V gD , Fr 1: 사류(supercr i t i cal f l ow) 22 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 유량-한계수심 도시( E가변, 최소) 단위폭당 유량 q Q / b E h q2 2 gh 2 dE q2 1 0 dh gh3 1/ 3 q2 hc g C 1/ 3 Q2 or hc 2 gb 주어진 유량(Q)조건에서 비에너지(E)가 최소가 되기 위한 수심 (즉, 한계수심) B N 23 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 한계수심-유량 도시( E일정) q2 2g Eh 2 h3 q 2g Eh 2 h3 유량최대 조건( E일정) 2g 2q dq 2Eh 3h2 dh dq g 2 Eh 3h 2 0 dh q 2 hc E 3 C B 주어진 비에너지(E)에서 최대 유량이 흐르기 위한 수심 (즉, 한계수심) N 24 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 한계유속 정지수면 단위폭당 유량q q av hv 사류 Vc gh critical velocity Fr V , Froude Number gh Fr 1 사류( s uper cr i t i cal f l ow) 한계류 Fr 1 한계류( cr i t i cal f l ow) Fr 1 상류( s ubcr i t i cal f l ow) C 상류 B N 25 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 한계경사 개수로 등류에서 수심이 한계수심과 일치 할때 이때의 경사를 한계경사라 한다 1 2 / 3 1/ 2 R S n n 2Vc2 n 2 gDc Sc 4 / 3 4 / 3 Rc Rc Vc 등류조건의 유속공식 Vc gDc 자연하천에서 T 8h h D R n2 g g Sc 1/ 3 hc C2 1 1 6 1 1 C R hc 6 n n S Sc mild slop 상류(s ubcr i t i cal f l ow) C S Sc critical slop 한계류(cr i t i cal f l ow) B S Sc steep slop 사류(supercr i t i cal f l ow) N 26 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 예제 한계경사 직사각형수로, b=5m, Q=10cms,n=0.012 한계경사Sc=? byc 1 1 Qc Ac Rc 2 / 3 Sc1/ 2 byc n n b 2 yc n 2Qc2 Sc 4/3 byc byc b 2 yc 2/3 Sc1/ 2 직사각형의 한계수심은 Fr 1 V , gyc V , byc gyc 1/ 3 Q2 yc 2 gb C B N gyc Q 1/ 3 102 0.74m 2 9.8 5 n 2Qc2 0.0122 102 Sc 0.00222 4/3 4/3 byc 5 0.74 5 0.74 byc 5 2 0.74 b 2 y c U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 27 제10장 개수로 수리해석 및 설계 자연수로의 비에너지 자연수로에서 비에너지 적용이 많다 유량에 대하여 비에너지를 구하면 1 Q2 E h 2 g A2 한계수심의 구하기 위하여, h에 대하여 미분= 0 Q 2 dA dE 0 1 한계수심은 비에너지가 최소인 수심 gA3 dh dh dA T 수면 폭 dh V2 V2 Q 2T Q 2T dE 0 1 1 1 1 gD g A/T gA3 gA3 dh V2 1 Fr2 gD C 정리하면 B Ac3 Qc2 D V2 or Tc g 2 2g N D = 수리수심 한계수심에서 운동에너지는 수리수심/2 28 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 한계수심, 유속 및 비에너지 수로저폭 b=3m, 사다리꼴, z=1.5, 유량Q=8cms 한계수심, 한계유속, 최소비에너지 h h1가정 T b 2 zh A bh zh 2 Qc2Tc Fr 1 gAc3 이되도록 해찾기 실시 hc 0.783m C B Vc Q 8 2.45 Ac 3.269 Emin 1 Q2 1 82 h 0.783 1.09m 2 g A2 2 9.8 3.2692 N 교재 해석방법 (시행착오법) 설명 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 29 제10장 개수로 수리해석 및 설계 예제. 등류수심, 한계수심, 한계경사, 흐름상태 판별 Q 직사각형,폭 b=4m, n=0.025, s=0.002 Q=10cms일때 1 AR 2 / 3 S 1/ 2 n A bh, R bh , s 0.002, Q 10cms b 2h 1 1 4h Q AR 2 / 3 S 1/ 2 , 10 4h n 0.025 4 2h 2/3 0.0021/ 2 상기식을 excel의해찾기를 하면 hn 1.54m 1/ 3 C B N 1/ 3 q2 (10 / 4) 2 hc 0.86m Slide 23 참조 g 9.8 n 2 g 0.0252 9.8 Sc 1/ 3 0.0064 Slide 26 참조 1/ 3 hc 0.86 등류수심 > 한계수심 상류 하상경사 < 한계경사 -> 완경사 30 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 점변류 흐름의 특성인자가 수로의 거리에 따라 완만하게 변하는 흐름 수로구간이 길어져 마찰저항이 커짐 마찰손실을 고려한 에너지방정식 이용 근사해로 구하는데 필요한 가정 • 한 단면의 에너지 손실은 등류와 동일하게 가정 • 수직거리(d)와 연직거리(y)가 같다 • 압력은 정수압 • 흐름단면은 일정(prismatic section) • 흐름은 수로에 연한 거리 x만의 함수, 유선 평행 1방향흐름 • 조도계수는 수심에 무관하게 일정 C B N 31 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 기본방정식 V2 H zh 2g dH dz dh d V 2 ( ) dx dx dx dx 2 g dH dz dh S f , Sb , Sw dx dx dx C B N d V2 d Q2 Q 2 dA dh Q 2T dh ( ) ( ) ( 3 ) ( 3 ) 2 dx 2 g dx 2 gA gA dh dx gA dx 32 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 점변류 수면 변화 기본방정식 따라서, 식 6 82는 Sf dh Q 2T dh Sb dx gA3 dx Sb S f dh Sb S f 2 Q T 1 Fr 2 dx 1 gA3 C B N 33 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 일반수로의 수면방정식 Q 2T Fr gA3 2 한계흐름에서 Fr 1이므로 A A3 단면계수 Z A D A T T Qc2 Ac 3 T 1 Zc2 , g Tc A3 Z 2 Q 2T b Fr 1 gAc 3 2 자연수로의 비에너지 식 Fr 2 2 C B N U 2 2 2 Zc QT Q T gA3 g A3 Z 2 한계류 단면계수 2 2 2 nQ Q dy S0 S f S0 S f nQ Q , S0 ,Sf 2/3 2/3 Zc2 dx 1 Fr2 A R K AR K n n n 1 2 등류조건: 수면경사 =하상경사 Z 현재 수위 에너지 경사 10 / 3 hn Kn2 1 1 2 dy dy h K , 폭넓은 사각형 수로 S S0 0 3 Zc2 dx dx h 1 2 1 c Z h h = 현재수심, hn = 등류수심, hc= 한계수심 Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 34 제10장 개수로 수리해석 및 설계 10 / 3 h 1 n dy h 1)h hc , S0 , vertical flow 3 dx h 1 c 0 h 10 / 3 h 1 n dy h 2)h hn , S0 dx h 1 c h 0 3 10 / 3 h 1 n dy h S0 3 dx h 1 c h 0, Horizontal flow 10 / 3 h 1 n 1 dy h 3)h , S0 3 S0 , normal flow dx h 1 c 1 h 10 / 3 C B N 1/ 3 h h 1 n h3 hn 3 n dy h h 4)h 0, S0 3 S0 dx h3 hc 3 hc 1 h 35 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 •수면형계산의 영역구분 (p.567 그림 14.6) (a) Mild slope (M) (b) Steep slope (S) C B N (c) Horizontal slope (H) (d) adverse slope (A) U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 36 제10장 개수로 수리해석 및 설계 •수면형계산 하기위해서 −하상경사, 한계경사, 지배단면 정지수면 −상류지배단면: 사류 −하류지배단면: 상류 −인공지배단면: 댐이나 언 사류 한계류 C 상류 B N 37 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 C B N 38 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 10 / 3 h 1 n dy h S0 3 dx h 1 c h 10 / 3 h 1 n 0 dy h h hn hc , S0 3 0 dx hc 1 0 h 10 / 3 h 1 n 0 dy h hn h hc , S0 3 0 dx hc 1 0 h 10 / 3 h 1 n 0 dy h hn hc h, S0 3 0 > dx hc 1 0 h C B N 39 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 10 / 3 h 1 n dy h S0 3 dx h 1 c h 10 / 3 h 1 n 0 dy h h hc hn , S0 3 0 dx hc 1 0 h 10 / 3 h 1 n 0 dy h hc h hn , S0 3 0 dx hc 1 0 h 10 / 3 h 1 n 0 dy h hc hn h, S0 3 0 dx hc 1 0 h C B N 40 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University 제10장 개수로 수리해석 및 설계 10 / 3 h 1 n dy h S0 3 dx h 1 c h 10 / 3 h 1 n 0 dy h h hc hn , S0 3 0 dx hc 1 0 h 10 / 3 h 1 n 0 dy h hc hn h, S0 3 0 dx hc 1 0 h C B N 41 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS V4.1 River Analysis System 충북대학교 환경공학과 부교수 정 세 웅 [email protected] C B N 42 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 미육군 공병단이 개발한 하천 해석 모형 수면 곡선을 해석하는 HEC-2 모형의 확장 시스템 Hec-Ras 모형은 정상류뿐만 아니라 부정류, 유사수송, 수질 해석기능까지 포함하는 종합하천 해석 시스템으로 발전 하천형상에 대한 3차원 도시도 가능 상류 및 사류 모의 교량, 수문, 암거 등에 대한 부등류 및 부정류 해석 C B HEC-HMS, GIS 등 다른 프로그램과의 연계성 N 43 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS http://www.hec.usace.army.mil C B N 44 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 적용 예시 Creek critical Ex . 1 C B N 45 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 적용 예시 Single bridge Ex . 2 C B N 46 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 적용 예시 Twin circular pipe Ex . 3 C B N 47 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 적용 예시 Stream Junction Ex . 10 C B N 48 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 적용 예시 Looped Network Ex. 8 C B N 49 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 4.1 설치 Starting HEC-RAS HEC-RAS_410_Setup.exe 실행 인스톨 절차에 따라 진행후 완료 (화면) 바탕화면에 아이콘 생성 더블클릭 프로그램 실행 C B N 50 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 초기화면 1)다음과 같은 화면 C B N 51 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 메뉴 FILE : 이 옵션은 파일관리에 사용된다. 파일메뉴 아래 포함하고 있는 옵션들은 다음 과 같다. 새 프로젝트, 프로젝트 열기, 프로젝트 저장하기, 다른 이름으로 저장, 새 이 름 붙이기, 프로젝트 지우기, HEC-2 데이타 불러오기, HEC-RAS 데이터 가져오기, GIS데이터 가져가기, 리포터 생성하기, 나가기. 그리고 네 개의 최근에 열었던 프로젝 트들은 파일메뉴 바로 아래에 적혀질 것인데, 이것은 사용자가 가장최근에 작업한 프 로젝트를 빨리 열 수 있도록 하기 위한 것이다. EDIT : 이 옵션은 데이터를 입력하고 편집하는데 사용된다. 데이터는 네 가지 영역으 로 분류된다. 지형 데이터, 정상류 데이터, 부정류 데이터, 유사 데이터. RUN : 이 옵션은 수리 계산을 실행하기 위해 필요하다. 이 메뉴 아이템 아래에 포함되 어 있는 것은 다음과 같다. 정상류 분석, 부정류 분석, 유사이동 분석, 수리 설계 기능. VIEW : 이 옵션은 설계 결과를 그래픽과 표 형태로 제공하는 일련의 도구들을 포함하 고 있다. 보기 메뉴는 현재 다음과 같은 것들을 포함하고 있다. 횡단면, 종단면 수면 곡선, 수위 유량곡선, X-Y-Z 플롯, 횡단면표, 종단면표. OPTION : 이 메뉴는 사용자로 하여금 프로그램 설치 옵션, 초기 변수, 초기 단위계 설 정( 영어 혹은 미터계 ), 프로젝트 단위계 변환( BG계에서 SI계로 혹은 SI계에서 BG 계 )을 변경할 수 있게 한다. HELP : 이 옵션은 사용자가 온라인 도움을 이용할 수 있게 할 뿐만 아니라 HEC-RAS 현 버전에 대한 정보도 보여준다 C B N 52 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 도구 바 구성 C B N 53 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 정상류 해석 (사용자 매뉴얼 4장) C B N 54 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 실습순서(Flow Chart) 1) Starting a New project 새로운 작업 또는 기존작업 open 2) Entering Geometric Data 3) Entering Flow Data 4) Performing the Hydraulic Calculations 5) Viewing Results C B N 6) Printing Graphics and Tables 7) Exiting the Program 55 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 1. New project 작성 File-New Project 선택 Drive, Folder 지정 Title, File Name 입력 C B N 56 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성 Edit-Geometric Data 선택 Fall River (2 Reaches), Butte Cr. (1 Reach) C B N 57 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: River Reach 그리기 C River Reach 클릭하여 하천 시스템 개략도 그리기 왼쪽 마우스 클릭하여 시작. (상류-> 하류) 계속 왼쪽 마우스 클릭하며 이동하여 하나의 하천 reach 완성 종료시 마지막 점에서 왼쪽 마우스 두 번 클릭 하나의 Reach 그리기 완료시 River 이름과 Reach 이름 입력 Fall River: Upper Reach, Lower Reach Butte Cr.: Tributary Butte Cr. 입력 후 합류점(Junction) 정보 입력 B N 58 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 왼편 툴바에서 Cross Section 버튼 클릭 River (Fall River), Reach (Upper Reach) 선택 C B N 59 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 Option 메뉴에서 Add a New Cross Section 선택 River Station 숫자 입력: 10 C B N 60 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 모든 Data 입력 후 Apply Data 클릭 Plot 메뉴에서 Plot Cross Section 클릭 C B N 61 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 나머지 Station Data는 Sta. 10번을 복사, 수정하여 사용 Option-> Copy Current Cross Section 선택 River (Fall River), Reach (Upper Reach) 선택 후 Station은 9.9 입력 Cross Section Description “River Mile 9.9 of Fall River” Option -> Adjust Elevation (-0.5) Option -> Adjust Stations -> Multiply by a Factor Right and left banks 폭만 0.9로 조정 (10% 축소) Main Channel 하폭은 그대로 유지 Downstream reach 거리들도 그대로 유지 Apply Data 클릭 Plot Cross Section Data 클릭 C B N 62 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 나머지 Station Data는 아래와 같은 조건으로 반복 입력 이 과정은 Fall River의 2 Reach 단면 자료 입력을 완성함 각 단면 자료 입력 후 Apply Data 꼭 실행 Butte Cr. 자료는 Fall River와 같은 과정 반복 C B N 63 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 Cross Section Data Editor의 River text box에서 Bitte Cr. 선택 Option -> Add a New Cross Section 선택 River Station 숫자 입력: 0.2 C B N 64 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 모든 Data 입력 후 Apply Data 클릭 Plot Cross Section Data 클릭 C B N 65 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Cross Section Data 입력 나머지 Station Data는 는 아래와 같은 조건으로 반복 입력 이 과정은 Butte Cr. Tributary Reach 단면 자료 입력을 완성함 각 단면 자료 입력 후 Apply Data 꼭 실행 C B N 66 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: Junction Data 입력 Geometric Data 화면에서 Junction 버튼 클릭 Name, Description, 합류점 수위계산 방법 (Energy, Momentum), Junction 을 가로지르는 각 Reach의 구간 거리 입력 C B N 67 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 2. Geometry Data 작성: 저장 Geometric Data 화면 File 메뉴 -> Save Geometry Data As Enter a Title : “Base Geometry Data” OK 버튼 클릭 C B N 68 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 3. Steady Flow Data 입력 HEC-RAS 메인 화면에서 Edit -> Steady Flow Data 선택 Number of Profiles: 3 입력 각 단면 자료마다 새로운 유량 값 입력 가능 (구간 유량변화가 있는 경우) C B N 69 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 3. Steady Flow Data 입력 유량자료 넣는 순서는 River, Reach, River Sta. 선택 후 Add A Flow Change Location 클릭 C B N 70 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 3. Steady Flow Data 입력 유량자료 입력후 경계조건 입력 필요 Steady Flow Data 화면에서 Reach Boundary Conditions 클릭 상류(Subcritical Flow)흐름: 하류단 경계조건 필요 사류(Supercritical Flow) 흐름: 상류단 경계조건 필요 복합(Mixed Flow) 흐름: 하천의 모든 Open 경계조건 필요 내부경계조건(Internal)은 자동 설정 됨 C B N 71 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 3. Steady Flow Data 입력 이 예제는 상류 흐름 조건을 가정하므로 Fall River 최하류단 경계조건 만 필요함. Normal Depth 조건 선택 평균 에너지 경사 (S) 입력 => Enter => OK C B N 72 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 3. Steady Flow Data 입력 Steady Flow Data Editor 화면에서 File – Save Flow Data As 선택 Title 입력 C B N 73 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 4. Hydraulic Calculations 실행 HEC-RAS 메인 화면 RUN-> Steady Flow Analysis 선택 File -> New Plan 선택 어떤 Geometry File과 Steady Flow File 사용할 지 선택하고 Plan Title과 간단한 인식자(ID) 입력 Save Plan. Compute 버튼 클릭하여 계산 수행 C B N 74 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results Cross section plots Profiles Plots General Profile Plot Rating Curves X-Y-Z Perspective Plots Detailed tabular output at a specific cross section Cross section table Limited tabular output at many cross sections Profile table C B N 75 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results View-Cross section plots C B N 76 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results View-Water Surface Profiles (Options에서 Reaches, Profiles 조정) C B N 77 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results View-Rating Curves C B N 78 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results View: X-Y-Z Perspective Plots C B N 79 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results View: X-Y-Z Perspective Plots: Options – Reaches 조정 C B N 80 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results View: Detailed Output Tables C B N 81 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 1 5. Viewing Graphical and Tabular Results View: Profile Summary Table C B N 82 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 2 1.2 6.0 1.0 5.0 0.8 4.0 H (m) V (m/s) QUAL2E 유량계수 산정 (낙동강 수계) 0.6 0.4 y = 0.6864x 0.2545 R2 = 0.9885 2.0 y = 0.0676x 0.3337 R2 = 0.9239 0.2 3.0 1.0 0.0 0.0 0 1000 2000 Q (m 3/s) 3000 4000 0 1000 2000 3000 4000 Q (m 3/s) C B N 83 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 2 부정류 해석 (예제: Beaver Cr. - unsteady flow) C B N 84 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University HEC-RAS 실습 2 부정류 해석 (예제: Beaver Cr. - unsteady flow) C B N 85 U Environmental Hydraulics and Hydrology Prof. Chung, Se-Woong, Chungbuk National University