This paper is to validate the proposed models for the real-time forecasting for the Keum river estuary dam such as tidal-level forecasting model, one-dimensional unsteady flood routing model, and Kalman filter models. The tidal-level forecasting model was based on semi-range and phase lag of four tidal constituents. The dynamic wave routing model was based on an implicit finite difference solution of the complete one-dimensional St. Venant equations of unsteady flow. The Kalman filter model was composed of a processing equation and adaptive filtering algorithm. The processng equations are second ordpr autoregressive model and autoregressive moving average model. Simulated results of the models were compared with field data and were reviewed.
본 연구는 조석과 하천류의 상호작용을 살펴보기 위해 지배방정식을 섭동근사댑을 이용하여 해석 해를 구하였다. 또한 여기에 이류항과 비선형 마찰항을 포함 하였다. 하천류와 조석분조들과의 복잡한 상호작용을 각각의 분조와의 상호작용으로 단순화 시키기 위해 조화분석을 실시하였다 조석의 무차원 매개변수, 특히 감쇄율을 각각의 해에 대하여 구하였다. 평가결과 해석해로부터 구한 감쇄율은 조화분석으로부터 구한 측정치보다 낮게 평가되어 그들의 상관관계를 설정하여 보정 하였다. 해석해를 금강의 감조구간에 적용하여 관측치와 비교한 결과 잘 일치하였다.
영일만의 해수순환에 영향을 미치는 조석잔차류와 형산강 하천수의 거동 특성을 규명하기 위하여 2차원 수치모형실험을 수행하였다. 수치모형실험의 결과는 기존의 관측자료들과 잘 일치하였으며, 영일만의 북쪽 달만갑 연안으로부터 포항신항을 거쳐 장기갑 연안을 따라 외해로 빠져나가는 조석잔차류 거동을 잘 재현하였다. 영일만의 잔차류에 대한 조류의 영향은 미약하며 파랑이나 바람에 의한 영향이 크지만 영일만의 전형적인 조석잔차류의 거동에 미치는 형산강 하천수의 역할은 지배적인 것으로 나타났다.
수치 모델링 실험을 활용하여 서해 천수만의 해수 유동과 그 변화를 이해하기 위한 연구를 수행했다. 모델링 실험 결과에 대한 검증을 위해 관측 자료의 조위와 조류 각각 4대 분조의 진폭과 위상을 이용하여 스킬 분석을 실시했다. 그 결과 스킬 점수는 대부분 90%가 넘는 것으로 보아 수치 모델링 실험 결과는 관측된 조위와 조류가 양호하게 일치하는 것으로 나타났다. 천수만의 조석파는 만 입구에서 안쪽으로 진행되며 북부로 갈수록 조차는 점차 증가했다. 조석파가 북부까지 도달하는데 약 10~30분의 시간이 소요되었다. 남부에서 조석파는 반시계 방향으로 회전하는 특성을 보였다. 조류는 해저 지형을 따라 남-북 방향으로 흘렀으며, 장축의 각도는 등수심선과 나란히 나타났다. 조류타원의 단축이 장축의 10% 이하로 왕복성 조류의 특성을 보였다. 수심과 해안선 등 지형적 요인에 의해 좌우되는 조석잔차류의 크기는 1~30 cm/sec의 범위를 보였고, 남쪽 수로에서 컸으며 만의 북부에서는 작았다. 조석잔차류로부터 유도된 상대와도를 통해 수 백 m에서 수 km 크기로 시계/반시계 방향으로 회전하는 와류를 확인했고, 죽도 주변에서 2쌍, 남부에서 형성된 3~4쌍의 강한 와류 특성을 파악했다.
하구역으로부터 감조하천 상류로 전파되는 조석파의 특성을 고찰하기 위하여 먼저 국내 연안에서 천문조인 M2분조와 천해조인 M4분조에 대한 조화상수를 분석해 조석비대칭 현상을 파악하였다. 하구역에서 천해조가 크게 발달함에 따라 한강과 금강의 경우 창조우세, 영산강의 경우 낙조우세가 형성된다. 이러한 조석비대칭 현상은 조류속 자료를 분석함으로써 재확인할 수 있다. 조류속 분석 결과 왕복성 조류패턴을 보이는 금강하구와 영산강하구의 경우와는 달리 한강하구의 경우 강화도 주변의 복잡한 지형 및 수로에 기인하여 회전성 조류패턴이 나타나기도 한다. 그러나 잔차류를 제거할 경우 조류속 관측자료 역시 조위와 일관된 창낙조우세를 보이고 있다. 하구역에서 형성된 조석비대칭 현상은 조석파가 감조하천 상류로 전파되면서 천해조의 성장과 더불어 더욱 심화되는 경향이 있다. 하천의 마찰특성과 단면형상에 따라 조석파의 전파양상에도 차이가 발생하여 수심이 얕은 한강과 금강의 경우 SD하구로 분류되어 에너지 소산이 매우 큰 반면 수심이 깊은 영산강의 경우 WD하구로 분류되어 에너지 소산이 덜 한 것으로 나타나고 있다.
남중국해는 심해 분지, 대륙 붕단, 얕은 대륙붕, 많은 해협, 복잡한 수심 특징을 가진 전형적인 연안 영해이다. 본 연구에서는, 비구조 격자 기반으로 대상 해역을 상세하게 해상할 수 있으며, 개방경계에 조석을, 해표면에 기상자료를 입력하여 조석 및 폭풍해일을 모의할 수 있는 수치 모델을 구축하여 남중국해의 조석 특성과 전파 양상을 조사하고, 태풍에 의한 폭풍해일을 재현하였다. 태풍에 의한 폭풍해일 모의는, 2013년에 필리핀에 막대한 피해를 초래하였던 태풍 하이옌에 대해서 수행하였다. 관측치 및 선행 연구의 조석 분포와의 비교 결과, 4개의 주요 분조의 진폭과 위상은 대체적으로 잘 모의되었다. 선행 연구들에 따르면, 당 해역은 모델을 이용하여 조석을 예측하기가 어렵다고 보고되고 있는데, 이 점을 감안한다면 본 연구에서 예측한 조석은 허용 범위에 있다고 생각된다. 본 연구에서 수행한 자유 진동 모드 실험을 통해서 남중국해가 일주조 조석이 우세한 이유를 알 수 있었으며, 조석 잔차류(tidal residual current) 및 총에너지 소실(total energy dissipation) 산정을 통해서 조석 및 퇴적환경을 파악하였다. 본 연구에서 구축한 모델을 이용하여 태풍 하이옌에 의한 폭풍해일을 타당하게 모의하였으며, 모델 검증 및 조석 환경 규명을 통하여 남중국해의 지역 실시간 순압 조석/수위 예측 시스템을 구축하였다.
To investigate the characteristics of tidal currents and water circulation in the coastal waters off the Taean Peninsula, tidal currents and sea levels were measured at the study area from 1998 to 2004. In the central waterway to the south of Changan Sand Ridge, mean speed of tidal currents and residual currents were 74.0cm/s, 17.8cm/s respectively; the dominant residual currents flowed northeastward, and the amplitudes of semi-diurnal components $(M_2,\;S_2)$ were larger than diurnal components $(O_1,\;K_1)$. The flood and ebb tidal currents were northeastward and southwestward, respectively, and each period was about 6 hours for them, which was consistent with the period of sea levels at the study area. In the coastal region near Hakampo, Taean, mean velocities of tidal currents and residual currents were 46.1cm/s, 30.8cm/s respectively, and the dominant residual currents flowed southwestward. The amplitudes of shallow water constituents $(M_4,\;MS_4)$ were relatively laige, which were weaker to the northeastern coastal region off Mineodo. The northeastward flow continued for about $2{\sim}3$ hours, while the southwestward flow continued for about $9{\sim}10$ hours near Hakampo during the tidal period. Tidal currents flowed northeastward in the central area of the waterway during the period from the Low Water Level (LWL) to the High Water Level (HWL). While the currents in the coastal region flowed northeastward for the first 3 hours after the LWL, southwestward counter-currents flowed between 3 and 6 hours after the LWL. During the period from the HWL to the LWL, the dominant currents flowed southwestward in the study area except to the northeastern coastal region off Mineodo. Along the shorelines, the counter-currents flowed northward between 4 and 6 hours after the HWL. It seems that the counter-currents near the coastal region are caused by the topography and the geography of the shorelines at the study area.
정밀조석모의를 위한 유한요소 격자가 황해 영역에서 절점밀집도 14 K, 52 K 및 211 K 등으로 세련화되어 구축되었으며, 북서태평양을 포함하는 광역에 대해 57K의 절점을 갖는 격자체계가 구축되었다. 수치실험은 32개의 병렬프로세서에서 pADCIRC v 49.21 모형을 이용하여 수행하였다. 조석모의는 YS-G52K, YS-G211K 격자에서 KorBathy30s와 ETOPO1 수심자료를 적용하고, FES2004로부터 추출된 4 분조를 개방경계에 적용하여 모의한 결과 관측치와는 진폭에서 RMS오차 0.138 m, 위상은 RMS오차 14.80 deg로 이전 황해 연구에 비해 개선된 결과가 나타났다. 북서태평양으로 확장된 영역인 NWP-G57K 격자의 개방경계에서 8 분조를 정의하여 모의한 결과 황해 조석모의 결과와 유사한 매우 만족스러운 결과가 도출되었다.
설계조위 산정에 종종 이용되고 있는 약최고고조위는 발생빈도가 불분명할 뿐 아니라 평균해수면 상승에 따른 시간적 편차 및 해역별 조위특성 차이에 기인한 공간적 편차 등의 문제점을 내포하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 해역별로 주요 4대분조 및 연주조 등의 비율을 조사하였고 확률분포함수에 의한 해석을 시행하였다. 시간적 편차문제는 최신조위자료를 활용함으로써 쉽게 해결될 수 있다. 공간적 편차문제를 해결하기 위하여 연주조를 고려함으로써 하절기에 형성되는 약최고고조위를 대안으로 제시하였다. 분석결과 남해안에서 10 cm 이상, 동해안에서 15~25 cm 정도의 설계조위 증분이 필요한 것으로 나타났다.
Cable voltage was measured simultaneously at Hamada, Japan and Pusan, Korea, using an inservice telephone cable from March to December 1990. The spectral and harmonic analyses of these data sets show that tidal signals are dominant, and that tidal constituents $M_2$ and $O_1$, which are not affected by solar geomagnetic variations, have almost the same amplitude and are of opposite phase to each other. comparing the voltage difference in 1990 with that measured using the now abandoned cable in 1998, there are dominant tidal signals at the same periods in both data sets. They have approximately the same amplitude and phase for $M_2andO_1$. The relationship between the observed voltage and the volume transport through the Korea Strait can be considered robust and stable over time. The conversion factor from voltage to transport is estimated to be $11.9{\times}10^6m^3S^{-1}volt^{-1}$ by comparing the amplitude of model-derived $M_2$ tidal transport with that of the voltage difference in 1998. This value changes to $8.6{\times}10^6m^3S^{-1}volt^{-1}$ when taking into consideration the horizontal electric current effect. This effect depends on the downstream length scale of the flow. To obtain a more reliable and stable conversion factor from voltage to transport, the voltage should be compared with observed sub-tidal transports, which may have long downstream length scales.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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