본 연구에서는 강건한 지진해일모형인 비선형 천수 방정식에 기초하여 대한해협을 통과하는 지진해일의 전파특성에 관해 연구하였다. 지진해일은 쓰시마-고토 단층대에서 우리나라에 영향을 미친 지진 중 비교적 출현 빈도가 높은 리히터 규모 7.5의 지진에 의해 발생하는 것으로 가정하였다. 수치모의 결과 지진해일의 선도파랑이 대한해협을 횡단하는데 60분 정도가 소요되며 이는 지진해일 경보 시스템이 대피시간의 부족으로 인해 그 기능을 발휘하지 못할 수도 있음을 시사한다. 또한 전 쓰시마-고토 단층대에서 동일한 생기빈도를 가지는 지진사상에 대해 Kajiura(1963)의 동수역학 모형과 간단한 지진학적 모형을 활용한 지진해일 재해 모형이 제시되었다. 제시된 지진해일 재해 모형을 활용하여 우리나라 남해안 마산, 여수, 통영, 고흥 전면 해역에서의 각 수위별 지진해일고의 초과확률이 제시되었다. 이와 더불어 본고에서 제시한 지진해일 재해모형의 검증은 관측자료가 비교적 풍부한 동해 동연 오쿠시리 해령에서 1993년에 발생한 북해도 남서외해 지진해일과 Akita and Fukaura 두 곳에서 관측된 수위자료를 대상으로 수행되어 매우 고무적인 결과를 얻었다. 이 연구 결과들은 지진해일의 위험에 대한 연안방계 시스템의 설계기준의 수정을 위한 가치 있는 자료들로 활용될 수 있으리라 판단된다.

본 연구의 목적은 금강 하구역 표층에 분포하는 점착성 퇴적물의 침식특성을 정량적으로 산정하고, 그 침식특성의 계절적 변화와 타 지역 침식특성 결과와의 비교/분석을 통한 공간적 변화를 해석하는데 있다. 또한 점착성 퇴적물의 침식특성은 퇴적물 자체의 물리 화학적 기본특성에 의해 크게 영향을 받으므로, 본 연구에서는 이러한 퇴적물의 기본특성이 침식특성에 미치는 영향에 대해서도 해석하였다. 침식실험은 균일저면 조건에서 1개 지점에 대해 계절별로(가을과 겨울) 4회씩 총 8회의 실험이 환형수조를 사용하여 수행되었으며 그 결과 저면밀도 $1.15{\sim}1.34g/cm^3$ 범위에서 침식한계전단응력(${\tau}_{ce.s}$)은 $0.12{\sim}0.36N/m^2$, 침식률 계수(${\varepsilon}_{M.S}$)는 $120.91{\sim}6.72mg/cm^2{\cdot}hr$ 범위의 값을 갖는 것으로 확인되었으며, 산정된 침식특성 매개변수들은 다른 점착성 퇴적물(Okeechobee호, Kaolinite)과 비교해 정량적으로 상당한 차이를 보였으나 금강 하구역 내에서의 계절적 변화는 미미한 것으로 나타났다.

양해법의 하나인 풍상차분을 사용하는 WAM 모형의 수치기법을 분할차분법을 이용한 음해법으로 바꾸고 수치분산을 줄이기 위해 FCT 기법을 적용하였다. 새로운 수치기법의 특성을 확인하기 위해 구형파 전파실험과 태풍 매미로 인한 파랑모의를 수행하였다. 기존의 WAM 모형에 비해 현저히 수치분산을 줄일 수 있었고, 음해법의 이용으로 비교적 큰 시간 격자 간격에서도 안정적으로 계산이 수행되어, 보다 경제적인 수치모의가 가능함을 확인하였다.

서해안과 같이 큰 조차를 가진 연안해역에서 항만건설과 매립사업이 널리 진행되고 있으며, 대부분의 사업은 방조제 건설을 필요로 한다. 대부분의 방조제는 내부와 외부사이에 해수가 교환되지 않으나, 사석만을 사용해서 축조된 방파제와 가호안의 투수성 제방에서는 해수가 교환된다. 내부의 수면은 외부 조위의 변화에 따라 시간에 따라 변화하나 그 조차는 해수교환시 제방에서의 큰 마찰로 인하여 외부보다는 작다. 지금까지의 연구에서는 제방을 통한 해수교환을 무시하는 것이 조석모델링에서 일반적이다. 이는 내부의 해수면 변화를 계산할 수 없을 뿐 아니라 물막이 공사와 같이 일부 개방구간이 존재하는 경우에 개방구간만을 통한 해수교환량만을 고려하고, 제체를 통한 해수교환량을 무시하여 내부의 조위와 실제 해수교환량을 부정확하게 계산한다. 본 연구에서는 지하수이론을 이용하여 해수유동모의시 투수성 제체를 통한 해수교환량을 정확히 고려할 수 있도록 하였다.

축대칭 함몰지형 위를 진행하는 파에 관한 완경사 방정식의 해석 해를 유도하였다. 함몰지형 내부에서의 수심은 함몰지형 중심으로부터의 거리의 덕에 비례하여 변한다. 변수 분리법을 사용하여 지배 방정식을 상미분 방정식으로 전환하였으며, Hunt(1979)의 근사식을 사용하여 방정식의 계수들을 양함수의 형태로 변환하였다. 마지막으로 Frobenius 급수를 사용하여 해석 해를 유도하였다. Hunt 근사식의 특성 상 본 연구에서 유도된 해석 해는 천해와 심해에서는 정확하고 중간수심에서는 덜 정확하다. 해석 해의 타당성을 검토하기 위하여 수치 모델 결과와 비교하였다. 또한 해석 해를 이용하여 함몰지형의 형상과 상대수심 등을 변화시키면서 다양한 조건에 대한 파랑 변형을 검토하였다.

본 연구에서는 범용난류유동수치모형인 FLUENT를 이용하여 다양한 유공벽의 두깨와 흐름 조건에 대한 수치실험을 실시하고, 그 결과를 이용하여 유공벽의 두께가 고려된 새로운 에너지 손실계수 산정식을 얻었다. 그 결과 유공벽의 두께가 두꺼워질수록 에너지손실계수 ${\alpha}$가 감소하여 기존의 예연오리피스 감식에 의한 값의 최대 40%정도까지 감소함을 할 수 있었다. 새로운 공식의 타당성을 검토하기 위해 본 연구에서 계시한 공식을 이용하여 파 반사율을 구하고 기존의 공식에 의한 반사율 및 수리실험을 통해 측정된 결과와 비교하였으며, 새로운 공식의 우수성이 확인되었다.

삼천포 화력발전소에서 냉각수로 이용되고 방류되는 해수를 이용한 소수력 발전소가 삼천포 해역에 건설되고 있다. 본 연구에서는 소수력 발전소가 건설되는 지점, 즉 방류수로 및 방류해역의 흐름을 관측하고 흐름특성을 분석하였다. 방류수로의 흐름은 냉각수 방류량에 의한 영향이 지배적이며, 공간적으로는 냉각수가 합류되는 Weir 상류구간, 합류된 냉각수가 방류수로를 통하여 배출되는 Weir 하류구간, 방류해역으로 구분할 수 있다. Weir 상류 지점은 측면에서 유입되는 냉각수로 인하여 유량이 점차 증가하나, 수로의 폭이 증가하기 때문에 수위 변화가 미미한 지역이며, Weir 하류지점은 월류된 냉각수가 사류(super-critical flow)구간을 거쳐서 수리학적 도약으로 인한 강한 연직방향의 요동을 보이며 방류해역으로 이동하는 구간이다. 한편, 방류수에 의한 영향으로 외해방향으로의 해수흐름이 형성되나 유속은 조위의 승강운동에 크게 영향을 받는 것으로 파악되었다. 또한, 방류해역의 조위는 통영 검조소에 비하여 평균조차는 약 10% 크게 나타나고 있으며, 파랑전파에 의한 영향은 미미한 정도로 파악되었다.

삼천포 화력발전소에서는 냉각수로 이용되고 방류되는 해수를 이용한 소수력 발전소가 건설되고 있다. 소수력 발전소는 발전량을 최대화하기 위해서는 규모를 크게 하는 것이 바람직하나, 소수력 발전소가 방류수로의 기능을 저해하지는 않는 범위에서 결정하여야 하기 때문에 적정규모를 결정하기 위해서는 수리학적인 고려가 필요하다. 본 연구에서는 현재 방류수로의 흐름특성 자료를 이용하여 3차원 흐름모형인 FLOW3D모형을 구축하고, 구축된 모형을 이용하여 소수력 발전소의 규모에 따른 방류수로 상류 지점의 수위 증가 양상을 예측하였으며, 발전소 건설에 따른 흐름변화 양상도 분석하였다 삼천포 소수력발전소 건설은 상류의 수위증가를 유발하며, 설계유량 156톤/초, 발전소 가동보 높이 3.8 m 기준에 대한 방류수로 Weir 상류지점의 수위는 4.97 m로 현 상태 4.32 m 보다 65 cm 정도 증가하는 것으로 파악되었다.

목포시는 낮은 도시기반시설, 하구언 및 방조제 건설에 따른 해양환경 변화 및 지구온난화에 의한 해수면 상승 등에 기인하여 태풍과 같은 악기상 조건을 수반하지 않더라도 해수범람에 의한 저지대 침수피해가 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 MIKE21 모형을 이용하여 해일/범람 모형을 수립하고, 목포지역에 침수피해를 발생시킨 태풍에 대해 적용하였다. 모의는 최근 10년간 내습한 태풍 중 가장 높은 해일고(59 cm)를 발생시킨 태풍 'RUSA(0215)'가 약최고고조위의 조위상황에 내습할 경우 발생할 수 있는 가상상황에 대해 수행되었다. 이때의 조위는 545cm로 금호방조제 건설이후 목포항 10년 빈도의 고극조위(544 cm)에 해당하는 조위이다. 해일/범람모의 결과, 범람이 발생할 경우 내항부근에서 단시간에 넓은 지역의 피해가 예상되고 있어, 이에 대한 방재대책 마련이 요구된다.

천해역의 파랑을 추산하기 위한 포물형 근사식에 대해 기존 모형을 도출할 수 있는 일반화된 모형을 제시하고 이를 수정 완경사 파랑식에 대한 포물형 근사식으로 확장하였다. 제시한 수치모형을 Berkhoff et al.(1982)의 수리모형 실험과 비교하였으며 이 경우에는 기존 포물형 근사모형과 수정 포물형 근사모형의 결과가 거의 같으며 수리실험 결과와 아주 잘 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 계산이 빠르고 안정성이 높은 기존 포물형 근사식은 천해역의 파랑 추산에 유용한 도구라 판단된다.

기존 방파제의 대부분은 항내외 흐름을 차단시키는 불투과성 방파제로서 항내의 수질오염을 심화시키고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에 여러 형식의 해수교환방파제가 제안되고 있다. 해수 교환 방파제의 형식에는 흐름을 이용한 조류제, 파랑을 이용한 월류제 등이 있다. 이 중에서 파랑에너지에 의한 해수교환 형식은 항내로 월파되는 월파량의 계산시 적절한 유량계수의 산정을 필요로 한다. 본 연구는 적절한 유량계수의 도입을 통해서 정량적인 월파량을 계산하고, 월류식 해수교환방파제의 해수교환 효과를 검토한 것이다. 파량의 계산은 정상상태의 하천에서 월류제를 넘어가는 월류량을 산정하는데 사용되고 있는 Forchheimer의 식을 시간의존 완경사방정식에 적용하여 가능하도록 하였다. 이 때 가장 중요한 매개변수인 유량계수는 수리모형실험으로 추정하였다. 이와 같은 방법을 제주외항 서방파제의 해수교환 구간에 적용하고 해수교환 성능을 검토해 보았다. 평상 파랑 조건이 파고 3.7 m, 주기 8.5 s, NNW방향일 때, 항내로 공급되는 월파량은 $27.5m^3/s$로 산정 되었다.

소파호안과 같은 해역구조물을 통한 월파량 산정에 수치해석기법을 적용하기 위하여 투과성 구조물의 취급 및 쇄파현상의 재현이 가능한 수치해석기법을 발판으로 하여 쇄파발생으로 인한 기포의 유입과 호안 배후의 월파로 인한 물방울의 자유낙하 및 사면유하 등을 고려할 수 있는 기법을 추가한 새로운 3차원 수치해석기법을 제안하여, 기존의 수리모형실험과 비교함으로써 그 타당성을 검증하였다. 소파호안을 대상으로 Ursell 수($=L^2H/h^3$)가 커질수록 3차원 계산에 의해 얻어지는 월파유량은 증가하였으며 실험결과와도 잘 일치하고 있는 것을 확인하였다. 또한, 월파량 산정에 2차원 및 3차원수치해석기법을 이용할 경우의 차이점에 관하여 논의하였다.