Effects of Vertical Eddy Viscosity on the Velocity Profile - Cases of Given Vertical Eddy viscosity -

鉛直 過粘性係數가 流速의 鉛直構造에 미치는 影響 - 鉛直 過粘性係數가 주어진 境遇 -

Vertical structures of wind-driven and tidal currents in a rectangular shaped uniform-depth basin of homogeneous water have been investigated using a mode-splitted, multi-level grid-box, hydrodynamic numerical model. The model was verified using analytical solutions for various vertical eddy viscosity profiles such as: a constant eddy viscosity, a linearly decreasing or increasing variation with depth, a quadratic variation with depth and an exponential variation with depth. Particular attention has been paid on the effects of "near-surface wall layer" on vertical shear of velocity. In numerical calculations, the whole water depth was divided into 13 levels with an unequal grid spacing. the model satisfactorily reproduces the velocity profile, but in case the eddy viscosity decreases rapidly with depth as in quadratical or exponential variation with depth, the vertical gradient of velocity near the bottom became very steep, and analytical solutions and numerical results showed some discrepancy. The vertical structures of horizontal velocity vary with both the depth-averaged value of eddy viscosity and its profiles. the velocity near the sea surface and near the bottom responded sensitively to the eddy viscosity of wall layer. For wind-driven current, the strong velocity shear was generated near the sea surface as eddy viscosity near the surface became small. For tidal current, the velocity above the sea bottom layer was almost constant regardless of the profiles of vertical eddy viscosity, but velocity in the sea bottom layer showed strong shear as eddy viscosity became small.

모드분리기법의 gird-box형 3차원 수치모형을 이용하여 등밀도 등수심 유한영역에 서의 연직과점성 개수에 따른 취송유와 조류의 수평 유속 연직구조를 분석하였다. 연) 직과점성 계수가 수심에 일정할 경우 선영적으로 감소또는 증가하는 경우 이차함수 및 지수함수적으로 변하는 경우에 대한 해석해와의 비교를 통하여 모형 검증 및 연직유속 구조 분석이 실시되었다. 아울러 취송유에 경우 유속의 연직구조에 대한 해수표면 근 처에 "wall layer" 영향을 수치적으로 검토하였다. 모든 수직계산에서 연직층수는 열 세개로 가변 객자가 사용되었다. 수치모형은 유속의 연직구조를 만족스럽게 재연하게 으나 연직과점성 개수가 수심에 대하여 2차함수 및 지수적으로 감소하는 경우 해저면 부근에서 유속의 연직변화가 크게 나타나면서 해석해와 수치모형 결과간에 약간에 차 이가 나타났다. 수평 유속의 연직구조는 연직과점성 계수의 절대값 및 함수형태에 따 라 달라지며 해저면과 해수표면 부근의 유속은 wall layer 내의 연직과점성 계수에 민 감하게 반응하였다. 취송유에 경우에 해수표면에서의 연직 과점성 계수가 작을수록 강 한 shear가 표층에 형성되었으며 조류에 경우 연직 과점성 계수의 분포와 상관없이 해 저 한계층 상부의 유속은 거의 일정하게 나타나고 해조표내의 유속은 연직과점성 계수 가 줄어들수록 강한 shear 보였다.shear 보였다.