자유수면 흐름의 모의를 위한 유한요소모형이 동수역학적 흐름방정식과 collocation 유한요소법에 의해 모의하였다. collocation 기법은 Hermite 다항식을 가진 접합점에서 적용이 되며, 메크릭스 방정식은 skyline 기법에 의해 해석하였다. 본 연구 모형은 마찰이 없는 수평수로에서의 정상도수, 비선형 표면전파 그리고 댐 파괴해석에 적용하였다. 계산결과 Bubnov-Galerkin 과 Petrov-Galerkin 기법과 비교하였다. 실제하천에 대한 적용성을 검토하기 위해서 북한강 유역에 적용하여 해석하였는데, 계산결과는 유량수문곡선에 있어서 기존의 DWOPER 모형의 결과와 일치하였다. Collocation 기법은 개수로 흐름에서의 점변 및 급변 부정류흐름을 모의하기 위해서 적절한 기법임을 확인할 수 있었다.
A finite element model is studied to simulate unsteady free surface flow based on dynamic wave equation and collocation method. The collocation method is used in conjunction with Hermite polynomials, and resulting matrix equations are solved by skyline method. The model is verified by applying to hydraulic jump, nonlinear disturbance propagation and dam-break flow in a horizontal frictionless channel. The computed results are compared with those by Bubnov-Galerkin and Petrov-Galerkin methods. It is also applied to the North Han River to simulate the floodwave propagation. The computed results have good agreements with those of DWOPER model in terms of discharge hydrographs. The suggested model has proven to be one of the promising scheme for simulating the gradually and rapidly varied unsteady flow in open channels.
