• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 2011.02a
• /
• pp.57-57
• /
• 2011

지진해일은 진행속도가 빠르고 파장이 길며 파형의 변화 없이 먼 거리를 진행 할 수 있어 주변지역은 물론 멀리 떨어진 지역에도 심한 범람피해를 야기시킨다. 지진해일의 일반적인 특징으로 장파와 단파가 합성되어 있고 먼 거리를 전파할 경우 분산효과의 역할이 중요하게 된다. 특히 우리나라의 동해안에 영향을 주는 지진해일은 단주기파 성분이 강하고 파장에 비해 먼 거리를 전파하기에 분산을 고려하는 선형 Boussinesq 방정식을 지배방정식으로 사용하는 것이 바람직하다. 하지만 지금까지의 지진해일 전파모의를 위한 모형은 선형 Boussinesq 방정식의 복잡한 계산과 계산시간이 길다는 단점 때문에 선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하고 분산효과는 수치분산을 이용하여 고려해왔다. 지진해일 해석 시 일반적으로 사용되어 오던 기존의 leap-frog 유한차분 모형(Imamura et al., 1988; 조용식, 1996)은 지배방정식으로 선형 천수방정식을 사용하고 파의 분산효과는 수치분산을 이용하여 고려하므로 정해진 시간 간격에 대해 수심에 따라 격자 간격을 적절히 선택해야 하는데 수심이 복잡하게 변하는 경우 격자간격 조정이 불가능하여 분산효과를 정도 높게 고려할 수 없다. 이 문제점을 해결하기 위하여 윤성범 등(2004)은 파동방정식의 인위적인 분산항을 이용하여 Boussinesq 방정식의 분산효과를 고려할 수 있는 능동적인 분산보정기법을 제안하였고 Cho et al.(2007)는 일정한 수심에서 수치적인 분산오차가 Boussinesq 방정식의 물리적인 분산항을 대체하도록 수심, 격자 간격 및 계산 시간 간격 사이의 관계식을 유도하고 Boussinesq 방정식의 분산항과 일치하는 수치분산을 이용하여 실용적인 분산보정기법을 개발하였다. 이에 Ahn(2010)은 현재 컴퓨터의 계산 능력이 향상되어 선형 Boussinesq 방정식을 직접 차분하여 계산하는데 무리가 없다고 판단하여 선형 Boussinesq 방정식을 직접 차분한 모형을 개발하였다. 본 연구에서는 기존의 원해 지진해일 전파모의에 이용되어왔던 선형 천수방정식에 수치분산을 고려한 모형 대신 선형 Boussinesq 방정식의 유한차분 모형을 제안하였으며 기존의 선형 Boussinesq 방정식 모형의 격자와 수심간의 제약을 없애기 위해 차분 기법을 달리 한 2차 정확도의 유한차분 모형을 제안하였다. 검증을 위하여 선형 Boussinesq 방정식의 해석해(Carrier, 1991)와 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
• /
• 2003.08a
• /
• pp.53-57
• /
• 2003

불규칙파를 사용하여 설계 자료로 이용하기 위해서는 설계해역에서 불규칙파의 파랑변형을 예측할 수 있는 수치모형의 개발이 선행되어야 한다. 비선형 불규칙파의 거동을 해석할 수 있는 Boussinesq 방정식은 상대파고인 $\alpha$/h($\alpha$는 수면의 진폭, h는 수심임)를 비선형의 매개변수로 하고 상대수심인 kh(k는 파수임)를 분산성의 매개변수로 하여 섭동법을 사용하여 유도된다. Boussinesq 식은 수심이 일정한 경우에 Boussinesq(1872)가 비선형 항을 O($\alpha$/h,(kh)$^2$)까지 포함하여 처음으로 개발하였고 수심의 변화가 완만한 경우에 Peregrine(1967)이 개발하였다. (중략)

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
• /
• v.11 no.4
• /
• pp.197-200
• /
• 1999

An extension of the modified leap-frog scheme is made to solve the nonlinear shallow-water equations. In the extended model. the physical dispersion of the Boussinesq equations is replaced by the numerical dispersion resulted from the leap-frog finite difference scheme. The model is used to simulate propagations of a solitary wave over a constant water depth and a linearly varying water depth. Obtained numerical results are compared with available analytical and other numerical solutions. A reasonable agreement is observed.

• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 2010.02a
• /
• pp.107.2-107.2
• /
• 2010

본 연구에서는 지진해일의 전파 과정을 모의함에 있어 선형 천수방정식의 수치분산을 이용하는 기법이 아닌 선형 Boussinesq 방정식을 직접 차분하는 유한차분기법을 제안하였다. 기법의 정확성을 검증하기 위하여 Gauss 분포의 초기 자유수면변위를 갖는 문제에 착용하여 선형 Boussinesq 방정식의 해석해와 비교하였다. 그 결과 기존의 선형 천수방정식을 차분화한 수치모형에 비하여 정확한 결과를 제공하였고 분산보정기법을 이용한 수치모형과 동일한 정확도를 보였으나 본 수치모형을 이용했을 때 계산 효율이 개선되었다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
• /
• v.17 no.1
• /
• pp.21-31
• /
• 2005

In this study, derivation is made of a one-grid source function for the extended Boussinesq equations of Nwogu (1993) in order to generate nonlinear waves internally. The energy velocity approach used in the line source method is verified analytically by the fractional step splitting method. The source function method is verified by generating accurately nonlinear waves as well as linear waves for horizontally one-dimensional cases. It is found that numerical solutions by the source function method are the same as those by the line source method.

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
• /
• 2003.08a
• /
• pp.240-244
• /
• 2003

파랑의 변형 가운데 천수, 굴절, 회절, 반사를 예측하는 수학적 모형은 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있는데, 첫 번째로 파형경사인 ha(k：파수. $\alpha$：진폭)를 비선형의 매개변수로 하는 Stokes 파랑식이 있고, 두 번째로 상대파고인 $\alpha$/h를 비선형의 매개변수로 하고 상대수심인 kh를 분산성의 매개변수로 하는 천수방정식(Shallow water equation)이 있다. 파랑의 변형 가운데 천수, 굴절만을 예측하고 회절, 반사를 예측하지 못하는 수학적 모형으로는 에너지 이송방정식이 있다. (중략)

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.38 no.6 s.155
• /
• pp.429-438
• /
• 2005

In this study, a couple of ordinary differential equations which can describe random waves are derived from the Boussinesq equations. Incident random waves are generated by using the TMA(TEXEL storm, MARSEN, ARSLOE) shallow-water spectrum. The governing equations are integrated with the 4-th order Runge-Kutta method. By using newly derived wave equations, nonlinear energy interaction of propagating waves in constant depth is studied. The characteristics of random waves propagate over a sinusoidally varying topography lying on a sloping beach are also investigated numerically. Transmission and reflection of random waves are considerably affected by nonlinearity.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
• /
• v.6 no.3
• /
• pp.281-289
• /
• 1994

An equation set of nonlinear model for regular/irregular waves presented in this study can be applied to waves travelling from deep water to shallow water, which is different from the Boussinesq equations. The presented equations completely satisfy the linear dispersion relationship and when expanded, they are proven to be consistent with the Boussinesq equation of several types. In addition, the position of averaged velocity below the still water level is estimated based on the linear wave theory.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
• /
• v.13 no.4
• /
• pp.296-308
• /
• 2001

A fully nonlinear Boussinesq equation of Wei et al. is finite differenced by Adams predictor-corrector method. A spatially distributed source function and sponge layers are used to reduce the reflected waves in the domain and wale breaking mechanism is included in the equation. The generated waves are found to be good and the corresponding wale heights are very close to the target values. The shoaling of solitary wave and transformation of regular wave over submerged shelf were simulated successfully. The characteristics of breaking mechanism was identified through the numerical experiment and the results of two dimensional wave propagation test over the spherical shoal showed the importance of nonlinear wave model.

• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 2011.02a
• /
• pp.58-58
• /
• 2011

동해를 전파하는 지진해일은 다른 지역에서 발생하는 지진해일과 비교하였을 때 상대적으로 파장이 짧고, 파장에 비해 먼거리를 전파한다. 따라서 지진해일이 전파할 시 물리적인 분산효과가 매우 중요하다. 그러므로 동해에서 발생하는 지진해일을 수치모의 할 때는 분산효과가 충분히 고려될 수 있는 선형 Boussinesq 방정식을 사용한다. 그러나 이를 직접 풀 경우에는 상당히 많은 시간이 소비되며 효율적이지 못하다. 이와 같은 단점을 극복하기 위해 기존의 연구에서는 leap-frog 기법을 사용하여 선형 천수방정식을 차분할 때 발생하는 수치분산항을 선형 Boussinesq 방정식의 분산항과 같은 형태를 가질 수 있도록 분산보정계수를 사용하여 수치모의를 수행하였다. 하지만 이때 사용된 지배방정식은 수심이 일정하다는 가정을 이용하여 유도된 것이므로, 실제 경사가 있는 지형을 통과할 때의 수치모의 결과는 정확하다고 할 수 없다. 본 연구에서는 이를 극복하기 위하여 바닥 지형이 1차원으로 변한다는 가정으로 새로운 지배방정식을 유도하였으며, 수심변화로 인해 새로 발생하는 항을 기존의 분산보정기법에 추가하였다. 또한 수심이 변화는 지형을 통과하는 지진해일의 분산효과가 충분히 고려되는지 확인하기 위하여 Gaussian hump를 이용하여 가상 지진해일을 원형 천퇴지형에 통과시키는 수치모의를 수행하였다. 결과의 비교를 위한 정확해가 없으므로, 비선형 Boussinesq 방정식을 직접 차분하여 푸는 FUNWAVE를 이용하여 동일한 조건으로 수치모의를 수행하였다. 수치모의 시 중심선에 4개의 가상 gage를 설치하였으며, 이를 통해 각각의 수치모의 실험에 대한 자유수면 변위를 관찰하여 비교하였다. 수치모의 결과에 대한 비교를 통하여 기존의 분산보정기법에 비해 본 연구에서 제안한 새로운 수치기법이 분산효과를 비교적 잘 반영하는 것으로 나타났으며, 비교적으로 실제 지형에 적용하였을 때 정확도 향상의 가능성이 높다고 판단하였다.