잉여응력의 수정된 형태가 현 모델에서 제시되며 자유수면 이류항의 존재가 파랑에너지식과의 비교를 통해서 입증되었다. 수식모델은 편평한 해빈경사에서의 3차원적인 흐름의 순환패턴을 산출하며 그 결과는 실험치와 비교하여 좋은 일치를 보였다. 마지막으로 수심적분된 특성과 그 수직분포를 연계하여 전 연안역에 적용가능한 준3차원적 모델이 개발되었다.
A finite difference model for predicting time-dependent, wave-induced nearshore current is studied. The model includes wave refraction, wave-current interaction, bottom friction and wind effect. This model iteratively solved the linear the linear set of conservation of both mass and momentum, which were time averaged (over one wave period) and depth integrated, for mean velocities and free surface displacement. Numerical simulations of nearshore current under oblique wave attack, and for wave and wind induced current on a longshore periodic beach are carried out. Longshore velocities tend to zero in some distances outside the breaker line. And the peak velocity is shifted shoreward at the breaker line. The results represent the general characteristics of the nearshore current induced by wave.
본 논문에서는 심해부터 천해에 까지 적용가능한 동적결합형 태풍 해일-조석-파랑 수치모델을 태풍 매미에 적용하여 모델의 안정성과 정확성을 검증하였다. 동적결합형 모델은 해수유동 모델인 POM을 수정한 모듈과 심해 풍파모델인 WAM을 심해부터 천해까지 적용가능하도록 수정한 모듈로 구성되어 있다. 수정 POM 모듈에서 조위, 조류 와 해일을 계산하며, 수정 WAM 모듈에서 풍파를 계산하여 상호 계산된 결과를 주고 받도록 결합된 동적결합형 모델이다. 수정 WAM 모듈에서는 잉여응력과 바람에 의한 마찰응력, 해수면 조도계수 등의 계산결과가 POM으로 제공되며 수정 POM 모듈에서는 유속, 조위면 등의 정보가 WAM으로 제공된다. 개발된 수치모델을 태풍 매미에 적용하여 계산된 결과를 관측된 파랑 및 조위자료와 비교하여 정확성을 검증하였다.
불규칙파에 의하여 형성된 쇄파대에서의 확산은 여러가지 요인에 기인한다고 볼 수 있다. 개개파의 쇄파에너지로 발생되는 난류형상, 유속의 공간변화에 의한 영향, 쇄파대 폭의 확장과 함께 나타나는 잉여파응력(Excess Momentum Fluxes or Radiation Stresses)의 불규칙 중첩에 의한 영향 등이며 이로 인하여 연안류는 보다 완만한 곡선을 나타낼 것이다. 본 연구에서는 단순파를 중첩시켜 표현하는 스펙트럼파 모델을 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모델과 연안류 모델에 접속시켜 운용할 수 있는 모델시스템을 개발하여 현장 관측자료에 적용하였다. 적용결과, ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모델은 쇄파대 확산에 있어 난류확산의 영향과 불규칙한 응력중첩이 영향 모두를 잘 재현할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 본 수치모형에서는 고려치 못하였지만, 파 스펙트럼간 에너지의 비선형 전도효과도 연안류분포에, 특히 수심이 작은 연안 가까이에서, 무시할 수 없을 정도의 영향을 미치는 것으로 나타났다.
Numerical model introduced in this study combines wave refraction-diffraction, breaking, bottom friction, lateral mixing, and critical shear stress and three sub-models for simulating waves, currents, and bottom change were briefly discussed. Simulations of beach processes and harbor sedimentation were also described at the coast neighboring Bangpo Harbor, Anmyundo, Chungnam, where the area has suffered from accumulation of drifting sand in a small fishing harbor with a wide tidal range. We also made model test for the case of a narrow tidal range at Nakdong river's estuary area to understand the effect of water level variation on the littoral drift. Simulations are conducted in terms of incident wave direction and tidal level. Characteristics of wave transformation, nearshore current, sediment transport, and bottom change are shown and analyzed. We found from the simulation that the tidal level impact to the sediment transport is very important and we should apply the numerical model with different water level to analyze sediment transport mechanism correctly. Although the model study gave reasonable description of beach processes and harbor sedimentation mechanism, it is necessary to collect lots of field observation data, including waves, tides and bottom materials, etc. for better prediction.
항만(港灣)의 진동(振動)을 일으키는 발생원인(發生原因)을 규명하고자 항만(港灣) 진동해석(振動解析)에서 현재까지 고려되지 않았던 파군효과(波群效果)를 고려하였다. 동해항(東海港)과 임원항(臨院港)에 대한 항만의 공진주기는 경계적분(境界積分) 방정식법(方程式法)으로 구하였으며, 동해항(東海港) 입구에서 관측된 불규칙(不規則) 파군(波群)에 따른 장주기파(長週期波)는 잉여응력(剩餘應力) 이론(理論)과 에너지 이력개념(履歷槪念)을 이용하여 유도된 이론식(理論式)으로 구하였다. 주기(週期)의 관점에서 해석할 때 파군(波群)에 따른 장주기파(長週期波)는 어항(漁港)과 같은 소규모 항만(港灣)에 큰 진동을 일으킬 수 있으며, 산업항(産業港)과 같은 대규모 항만(港灣)에는 정박중인 선박(船舶)의 동요(動搖)를 일으키는 에너지원(源)이 될 수 있음을 규명(糾明)하였다.
Wave-induced current model is developed in our study and this model is composed with wave transform model and current model. Two types of wave model are used in our study, one is Copeland(1985) type which is applied in the offshore region and the other is Watanabe and Maruyama(1984) type which is applied in the surf zone. The depth-integrated and time-averaged governing equation of an unsteady nonlinear form is used in the wave induced current model. Lateral mising, radiation stresses, surface and bottom stresses are considered in our current model. Copeland's(1985) relult is used to calculate radiation stress and Berkmeir & Darlymple's(1976) is used as a surface friction formula. Numerical solutions are obtained by Leendertse scheme and compared with Noda's(1974) experimental results for the uniform slope coastal region test and Nishimura & Maruyama's(1985) experimental relults and numerical simulation results for the detached breakwater test. The results from our wave model show good agreement with the others and also show nonlinear effects around the detached breakwater. Wave induced current model is developed in this study and this model shows nonlinear effects around the detached breakwater and can be applied in the surf zone and also consider the friction stresses.
A Wave-induced current model is developed in our study and this model is composed with wave transform model and current model. Two types of wave model are used in our study one is Copeland(1985) type which is applied in the offshore region and the other is Watanabe and Maruyama(1984) type which is applied in the surf zone. The depth-integrated and time-averaged governing equation of an unsteady nonlinear form is used in the wave induced current model. Lateral mixing radiation stresses surface and bottom stresses are considered in our current model. Copeland’s(1976) is used as a surface friction formula. Numerical solutions are obtained by Leendertse scheme and compared with Noda’s(1974) experimental results for the uniform slope coastal region test and Nishimura & Naruyama’s (1985) experimental results and numerical simulation results for the detached breakwater. The results from our wave model and wave model and wave-induced current model show good agreements with the others and also show nonlinear effects around the detached breakwater. The model in this study can be applied in the surf zone considering the friction stresses.
파랑 잉여응력의 영향이 자동적으로 고려되므로 파랑으로부터 발생되는 흐름을 수치모의할 수 있는 수평점성 및 난류항이 포함된 Boussinesq 방정식 모형인 FUNWAVE를 이용하여, 다방향 불규칙파 조건으로 해운대 해안에서 발생하는 이안류를 수치모의하였다. 수치모의는 다방향 불규칙파의 전파양상과 지형에 의한 비선형 파랑변형을 잘 보여주고 있으며, 이러한 파랑변형과 해운대 지형특성이 반영되어 시간에 따라 발달하는 파랑유도 연안흐름 양상을 잘 보여준다. 수치모의 결과로 부터 이안류는 연안방향으로 상대적으로 수심이 깊은 곳에서 그리고 파고가 낮은 곳에서 이안류가 돌발적으로 발생 혹은 증폭될 수 있음을 확인하였다.
복잡한 수심을 가진 연안해역에서 조석, 바람과 파에 의해 발생된 흐름의 영향까지를 고려한 파랑모델의 도입은 대부분의 해안공학 설계나 방재 문제에 매우 중요한 요소이다. 근해역에서 수심변화에 의한 굴절 및 천수효과, 흐름에 의해 유발되는 굴절효과, 파형경사에 따른 쇄파, 회절, 바람에 의한 파의 성장, 파랑 상호간의 간섭 및 에너지 재분포 등을 다를 수 있다는 점에서 정상상태 스펙트럼 모델의 현장 적용은 지금까지 여러 모델이 다루지 못한 부분을 해소하게 될 것이다. 본 연구에서는 부만 신항만 건설이 이루어지고 있는 가덕인접의 및은 수역에 대해 파랑의 변환과정을 보다 합리적으로 해석하기 위해 스펙트럼 모델을 적용하고 기존의 모델 결과와 비교 분석하는 것을 골자로 하고 있다. 이러한 시도가 가까운 장래에 항만설계 및 방재시스템 분야에서 보다 안전하고 널리 스펙트럼 모델을 적용하게 하는 계기가 되도록 의도하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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