• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.326-334
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• 2017

1개층 Boussinesq 방정식과 2개층 Boussinesq 방정식을 사용하여 투수방파제를 지나는 파랑의 월파고를 구하였다. 1개층 Boussinesq 방정식으로 Lee 등(2014)이 유도한 식을 사용하였고, 2개층 Boussinesq 방정식은 Cruz 등(1997)의 방법을 따라서 유도하였다. 수치실험을 통해 천단고가 낮은 투수방파제를 지나는 고립파의 월파고(Navier-Stokes 방정식으로 구함)가 천단고가 높은 투수방파제를 지나는 통과파고(1개층 Boussinesq 방정식으로 구함)보다 더 작고, 천단고가 해저에 있는 투수방파제를 지나는 통과파고(2개층 Boussinesq 방정식으로 구함)보다 더 크다는 것을 확인하였다. 고립파의 파고가 낮을수록 또는 투수방파제의 폭이 좁을수록 1개층 및 2개층 Boussinesq 방정식으로 구한 통과파고가 Navier-Stokes 방정식으로 구한 월파고에 근접한 것을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.57-57
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• 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.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.41-49
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• 2019

1개층 Boussinesq 방정식(Vu 등, 2018)과 2개층 Boussinesq 방정식(Huynh 등, 2017)을 사용하여 투수방파제를 지나는 cnoid 파의 월파고를 구하였다. 수치실험을 통해 천단고가 낮은 투수방파제를 지나는 cnoid 파의 월파고(Navier-Stokes 방정식으로 구함)가 천단고가 높은 투수방파제를 지나는 통과파고(1개층 Boussinesq 방정식으로 구함)보다 더 작고, 천단고가 해저에 있는 투수방파제를 지나는 통과파고(2개층 Boussinesq 방정식으로 구함)보다 더 크다는 것을 확인하였다. cnoid 파의 파고가 낮을수록 또는 투수방파제의 폭이 좁을수록 1개층 및 2개층 Boussinesq 방정식으로 구한 통과파고가 Navier-Stokes 방정식으로 구한 월파고에 근접한 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.89-89
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• 2020

본 연구에서는 GPU 가속화 기반의 Boussinesq 모형인 Celeris Advecnt에 수심 적분된 2차원 이송-확산방정식을 추가하여 인터렉티브 시스템 기반의 추적자 이동 모형을 개발하였다. Celeris Advent는 최초로 개발된 인터렉티브 시스템을 갖춘 Boussinesq 모형으로, 시뮬레이션 중에 사용자가 모형의 파라미터뿐 아니라 모델 도메인 내 수위 및 수심을 바꿀 수 있다. 이를 통해 사용자는 모의가 진행되는 도중에 모델의 안정성 및 효율성을 위해 시간 간격을 조정할 수 있을 뿐 아니라 방파제 설치 등과 같은 지형 변화를 고려하기 위해 도메인 내 격자별 수심을 조정할 수 있다. 본 연구에서는 연안에서의 추적자 이동 모의를 위해 Boussinesq 방정식과 더불어 이송-확산방정식을 풀이하는 추적자 이동 모형을 개발하였다. 추적자의 확산항의 경우 분자 자체의 확산과 더불어 쇄파에 따른 난류 확산을 고려하였다. 난류 확산계수는 슈미트 수를 1로 두어 와동점성계수와 동일하게 두었으며, 와동점성은 단순화된 형태의 쇄파모형을 고려하여 계산하였다. 쇄파모형의 고려로 인해 이송-확산방정식과 더불어 운동량 방정식에서도 쇄파에 따른 운동량 소산이 고려되었다. 마지막으로, 추적자 농도에 대한 인터렉티브 시스템을 추가하여, 모델 구동 중에도 사용자가 수심적분된 추적자 농도를 조정할 수 있도록 하였다. 기수행된 2개의 수리실험 조건과 관측값을 이용하여 벤치마크 테스트를 수행하였으며, 관측값과 대체로 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2010년도 정기 학술발표대회
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• pp.107.2-107.2
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• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.470-474
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• 2016

Madsen et al. (2002)이 제안한 일차원 고차 Boussinesq 방정식에 대하여 불연속갤러킨 유한요소법(Discontinuous Galerkin Finite Element Method)을 적용하였다. 연속적인 Boussinesq 방정식에서 각 요소경계에 불연속을 허용할 수 있도록 공간차분하고, 시간방향으로 4차 Runge-Kutta 시간적분법, 각 요소사이에는 Lax-Friedrichs 수치흐름률을 사용하였다. 계산영역의 양쪽에 불필요한 파랑의 반사를 억제하도록 흡수층을 설치하였으며, 영역 내부에서 조파할 수 있도록 하였다. Luth et al.(1994)의 수중잠제 실험에 적용하여 관측값과 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제17권1호
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• pp.21-31
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• 2005

본 연구에서 Nwogu(1993)의 확장형 Boussinesq 방정식에 대하여 한 격자의 조파 띠에 균일하게 분포하는 원천함수를 유도하였다. 원천함수를 포함하는 확장형 Boussinesq 방정식에 부분단계분리법을 적용하여, 에너지 전송속도를 사용하는 선 조파기법의 타당성을 해석적으로 증명하였다. 수평공간 1차원의 경우 선형파 뿐만 아니라 비선형파를 조파하여 원천함수기법에 의한 내부조파기법의 정확성을 검증하였다. 또한 원천함수기법에 의한 수치 결과가 선 내부조파기법에 의한 수치 결과와 동일함을 확인하였다.

• 한국해안해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해안해양공학회 2003년도 한국해안해양공학발표논문집
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• pp.53-57
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• 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)

• 한국해안해양공학회지
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• 제19권5호
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• pp.446-456
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• 2007

본 연구에서는 Lynett and Liu(2004a, b)에 의해 유도된 2층 Boussineaq방정식을 이용하여 일정수심상의 규칙파 조건에서 직립벽을 따른 연파를 해석하고, 수리모형실험결과 및 포물형근사식에 의한 해석결과와 비교하였다. 두 가지 수치모형에 의한 해석결과는 수리실험결과와 비교적 잘 일치하였으나, 입사각이 증가할수록 Boussinesq 모형이 포물형모형보다 우수한 결과를 주는 것으로 나타났다. 특히 파랑의 비선형성에 의한 고차 조화성분의 발생은 Boussinesq모형에서만 관찰되었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제11권4호
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• pp.197-200
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• 1999

비선형 천수방정식을 해석하기 위하여 보정 leap-frog 기법을 확장하였다. 차분화 과정에서 발생하는 수치분산을 조정하여 Boussinesq 방정식의 분산을 대치하도록 하였다. 새로이 개발된 보정 leap-frog 기법을 이용하여 일정수심 및 경사면을 진행하는 고립파를 모의하였다. 새로운 확장기법에 의해 계산된 자유수면변위는 기존의 해석해 및 수치해와 잘 일치한다.