• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.69-84
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• 2020

자연 해빈은 해양환경에 따라 침·퇴적을 반복하며 고 파랑에 의해 해빈이 대규모로 침식되더라도 폭풍이 잦아들고 다시 너울이 우세한 해양환경이 회복되는 경우 점진적으로 복원되며, 이러한 해빈 복원은 경계층 streaming을 통해 이루어진다. 이처럼 경계층 streaming은 그 공학적 가치에도 불구하고 해안에서 가용한 표사의 대부분이 공급되는 쇄파 역에서의 경계층 streaming에 대한 우리의 이해는 아직 상당히 부족하다. 이러한 인식에 기초하여 본 연구에서는 쇄파역 경계층 streaming 수리특성을 살펴보기 위해 단조 해안과 사주를 포함한 해안에서의 천수 과정을 수치모의하였다. 수치 모의는 Spatially filtered Navier-Stokes Eq., LES(Large Eddy Simulation), Dynamic Smagorinsky 난류모형으로 구성된 정교한 수치모형에 기초하여 수행되었으며, 이 과정에서 k-ε 난류모형과 LES Turbulence Closure가 모의결과에 미치는 영향도 함께 살펴보았다. 모의결과 해안공학계에 잘 알려진 k-ε 난류모형의 한계로 인해 wall function에 기반한 k-ε 난류모형의 경우 LES와 비교하면 저면 인근 유속이 다소 과다하게 모의 되었다. 또한, 바닥과 가까운 해역에서의 유속이 바닥의 영향으로부터 비교적 자유로운 상층부에서의 유속보다 우월한 Longuet-Higgins(1957)가 이야기하는 전형적인 경계층 streaming이 천수 초입부에서부터 쇄파 역 깊숙이까지 존재하는 것을 확인하였다. 또한, 주기가 상대적으로 긴 경우 경계층 streaming의 세기와 생성범위는 해안 방향으로 확대되며 이러한 경향은 경계층 streaming이 바닥 인근에서 진행되는 마찰로 인한 파랑에너지손실로 결과되며 주기가 긴 경우 천수 과정이 일찍 시작된다는 사실을 상기하면 충분히 수용 가능해 보이며, Longuet-Higgins(1957)의 해석 해에서도 같은 경향을 확인할 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권2호
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• pp.106-121
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• 2020

항 외곽시설 신뢰성 설계가 합리적으로 구현하기 위해서는 우리나라 해양환경 특성이 반영된 확률모형이 필요하며 이러한 시각에서 본 연구에서는 천 해역 확률모형 개발을 위한 기초연구의 일부로 불규칙 파랑 천수 과정을 수치 모의하였다. 수치 모의는 자연해안에서 흔히 관측되는 사주가 원빈에 형성된 해안을 대상으로 수행하였으며 파랑모형은 spatially filtered Navier-Stokes Eq., LES[Large Eddy Simulation], one equation dynamic Smagorinsky turbulence closure 등으로 구성하였다. 불규칙 파랑은 우리나라 동해안에서 관측되는 너울 특성을 반영하기 위해 다양한 첨두 증강계수를 지니는 JONSWAP 스펙트럼과 random phase method를 사용하여 모의하였다. 파고분포의 모수는 먼저 수치 모의에서 관측된 자유수면 시계열 자료를 threshold crossing method로 파별 해석[wave by wave analysis]하여 개별 파랑을 특정하고, 이어 이렇게 특정된 파마루와 파곡 빈도 해석결과로부터 산출하였다. 모의결과 현재 천 해역 파고분포를 대표하는 수정 Glukhovskiy 파고분포는 큰 파고와 작은 파고 발생확률은 과다하게, 중간 크기 파고 발생확률은 과소하게 평가하는 것으로 모의 되었으며, 이에 반해 본 논문에서 제시된 파고분포의 경우 일치도가 상당하였다. 또한, 전술한 수정 Glukhovskiy 파고분포와의 간극은 쇄파역에서 제일 현저하게 관측되어 수정 Glukhovskiy 파고분포를 쇄파역 언저리에 거치되는 외곽시설 신뢰성 설계에 적용하는 일은 지양되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.193-204
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• 2011

역동적인 파랑에 노출되는 경우 다양한 failure mode를 쉽게 드러내는 Oil boom의 성능을 개선하기 위해 가장 정교한 파랑모형인 spatially filtered Navier-Stokes 식을 LES (Large Eddy Simulation), 잔차응력에 대한 LDS (Lagrangian Dynamic Smagorinsky 모형), SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 활용하여 해석하는 새로운 수치모형이 제언되었다. 이어 부유식 Oil Boom의 누유특성을 규명하기 위해 oil spill, progressive wave, oil boom의 상호작용을 oil boom이 계류삭에 고정되어있는 경우와 oil boom의 excursion이 허용된 경우에 대해 각각 수치모의 하였다. 모의결과 oil boom의 skirt 길이가 수심의 30% 이상이고 excursion이 허용된 경우 oil spill의 차폐 기능은 극대화되는 것으로 밝혀졌다. 이와 더불어 y = 1~2 m 사이에 오일막과 해수의 경계층에서 생성된 와류가 저면으로 확산되면서 시계방향과 반 시계방향의 와류가 엇갈리게 생성되는 coherent eddies가 관측되어 수리실험을 통해 그 존재가 알려진 Kelvin-Helmholz파의 성장과정과 계면으로부터의 일탈과정이 수치모의된 것으로 판단된다.