• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.61-97
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• 2016

This is the second of two papers on the 3D numerical modeling of nearshore hydro- and morphodynamics. In Part I, the focus was on surf and swash zone hydrodynamics in the cross-shore and longshore directions. Here, we consider nearshore processes with an emphasis on the effects of oceanic forcing and beach characteristics on sediment transport in the cross- and longshore directions, as well as on foreshore bathymetry changes. The Delft3D and XBeach models were used with four turbulence closures (viz., ${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES) to solve the 3D Navier-Stokes equations for incompressible flow as well as the beach morphology. The sediment transport module simulates both bed load and suspended load transport of non-cohesive sediments. Twenty sets of numerical experiments combining nine control parameters under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were simulated. For each case, the general morphological response in shore-normal and shore-parallel directions was presented. Numerical results showed that the ${\kappa}-{\varepsilon}$ and H-LES closure models yield similar results that are in better agreement with existing morphodynamic observations than the results of the other turbulence models. The simulations showed that wave forcing drives a sediment circulation pattern that results in bar and berm formation. However, together with wave forcing, tides modulate the predicted nearshore sediment dynamics. The combination of tides and wave action has a notable effect on longshore suspended sediment transport fluxes, relative to wave action alone. The model's ability to predict sediment transport under propagation of obliquely incident wave conditions underscores its potential for understanding the evolution of beach morphology at field scale. For example, the results of the model confirmed that the wave characteristics have a considerable effect on the cumulative erosion/deposition, cross-shore distribution of longshore sediment transport and transport rate across and along the beach face. In addition, for the same type of oceanic forcing, the beach morphology exhibits different erosive characteristics depending on grain size (e.g., foreshore profile evolution is erosive or accretive on fine or coarse sand beaches, respectively). Decreasing wave height increases the proportion of onshore to offshore fluxes, almost reaching a neutral net balance. The sediment movement increases with wave height, which is the dominant factor controlling the beach face shape.

• 한국해안해양공학회지
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• 제17권3호
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• pp.188-201
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• 2005

본 논문은 동해항 방파제를 대상으로 신뢰성 설계법을 비교하는 한 쌍의 논문의 첫 번째 부분이다. 제1부인 본 논문의 내용은 피복 블록의 안정성에 국한되며, 제 2부에서는 케이슨의 활동을 다룬다. 1980년대 중반이후 방파제에 대한 신뢰성 설계법이 본격적으로 제안되기 시작하였다. 신뢰성 설계법은 사용되는 확률적 개념의 정도에 따라 세 가지로 분류된다. Level 1 방법은 허용파괴확률에 따라 미리 계산된 부분안전계수를 이용하여 방파제를 설계하며, Level 2 방법은 하중과 저항 변수들의 정규분포를 가정하고 이들의 평균 및 표준편차로부터 신뢰도지수와 파괴확률을 계산한다. Level 3 방법은 하중과 저항 변수들에 대한 정규분포의 가정 없이 방파제 수명 동안의 누져 파괴량(예로서 피복 블록의 누적 피해)을 계산한다. 각 방법들은 서로 다른 설계 변수들을 계산하지만 이들을 모두 파괴확률로 나타내어 방법들 간의 차이를 비교할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 결정론적 방법으로 설계, 시공된 후 1987년 피해를 입었던 동해항 방파제의 피복 블록 안정성에 대하여 피해 전과 보강 후의 단면에 대해서 각각 신뢰성 해석을 수행하였다. 그 결과 피해 전 단면의 파괴확률은 허용파괴확률을 크게 초과하는 반면 보강 후 단면의 파괴확률은 이보다 매우 작아서, 피해 전과 보강 후에 각각 과소 및 과대 설계되었음을 나타냈다. 한편, 서로 다른 세 가지 신뢰성 설계법의 결과가 대체로 잘 일치함을 보임으로써 각 방법 간에 큰 차이가 없음을 확인하였다.