제주해역의 상기 파랑분포 특성을 제3세대 파랑모델인 SWAN모델에 의한 시뮬레이션을 통해 고찰하였다. 제주해역은 한국 연안에서 파랑에너지 밀토가 상대적으로 큰 해역으로 파력발전에 적합한 후보지이며, 파력발전 효율은 해역의 파랑특성 인자들에 밀접히 연관되어 있다. 파랑분포는 한국해양연구원의 광역 장기 파랑추산 자료의 월평균 파랑특성을 경계조건으로 1 km 격자의 SWAN모델 시뮬레이션을 통해 획득하였으며, 파랑분포 해석은 유의파고, 평균 파향, 평균 과주기의 계절적ㆍ공간적 변화특성 고찰을 주목적으로 하였다. 유의파고는 겨울과 여름이 우세하며, 지역적으로는 제주도의 서쪽이 동쪽에 비해 유의파고가 높다. 유의파고의 최고치는 겨울에 북서쪽 해역에서 발생하며, 여름철의 남동쪽 해역이 다음으로 우세하고, 봄가을은 전체적으로 파고가 낮으나 분포가 비교적 균일하다. 파향의 분포는 회절의 영향을 받는 배후지역을 제외하면, 여름에는 북서 방향이 지배적이고, 겨울에는 남동 방향이 지배적이다. 파주기는 여름과 겨울철에 길고, 동쪽에 비해 서쪽 해역에서 길게 나타난다. 파주기의 최대치는 겨울에 서쪽 해역에서 발생하고, 여름에는 남쪽 해역의 파주기가 다소 우세하나 비교적 균일한 분포를 갖는다.
제주해역의 상기 파랑분포 특성을 제3세대 파랑모델인 SWAN모델에 의한 시뮬레이션을 통해 고찰하였다. 제주해역은 한국 연안에서 파랑에너지 밀토가 상대적으로 큰 해역으로 파력발전에 적합한 후보지이며, 파력발전 효율은 해역의 파랑특성 인자들에 밀접히 연관되어 있다. 파랑분포는 한국해양연구원의 광역 장기 파랑추산 자료의 월평균 파랑특성을 경계조건으로 1 km 격자의 SWAN모델 시뮬레이션을 통해 획득하였으며, 파랑분포 해석은 유의파고, 평균 파향, 평균 과주기의 계절적ㆍ공간적 변화특성 고찰을 주목적으로 하였다. 유의파고는 겨울과 여름이 우세하며, 지역적으로는 제주도의 서쪽이 동쪽에 비해 유의파고가 높다. 유의파고의 최고치는 겨울에 북서쪽 해역에서 발생하며, 여름철의 남동쪽 해역이 다음으로 우세하고, 봄가을은 전체적으로 파고가 낮으나 분포가 비교적 균일하다. 파향의 분포는 회절의 영향을 받는 배후지역을 제외하면, 여름에는 북서 방향이 지배적이고, 겨울에는 남동 방향이 지배적이다. 파주기는 여름과 겨울철에 길고, 동쪽에 비해 서쪽 해역에서 길게 나타난다. 파주기의 최대치는 겨울에 서쪽 해역에서 발생하고, 여름에는 남쪽 해역의 파주기가 다소 우세하나 비교적 균일한 분포를 갖는다.
Long-term wave distribution at Jeju sea is investigated by a numerical simulation based on the thirdgeneration wave model SWAN (Simulating WAves Nearshore). The Jeju sea which retains relatively high wave energy density among Korean coastal regions is considered to be a suitable site for wave power ...
Long-term wave distribution at Jeju sea is investigated by a numerical simulation based on the thirdgeneration wave model SWAN (Simulating WAves Nearshore). The Jeju sea which retains relatively high wave energy density among Korean coastal regions is considered to be a suitable site for wave power generation and the efficiency of wave power generation is closely related to local wave characteristics. The monthly mean of a large-scale long-term wave data from 1979 to 2002, which is provided by Korea Ocean Research & Development Institute. is used as the boundary condition of SWAN model simulation with 1km grid. An analysis of wave distribution concentrates on the seasonal variation and spatial distribution of significant wave heights, mean wave directions and mean wave periods. Significant wave heights are higher in winter and summer and the west sea of Jeju appears relatively higher than east's. The highest significant wave height occurs at the northeast sea in winter and the second highest significant wave height appears at the southeast sea in summer, while the significant wave heights in spring and autumn are relatively low but homogeneous. The distribution of wave directions reveals that except the rear region influenced by wave refraction, the northwest wave direction is dominant in summer and the southeast in winter. Wave periods are longer in summer and winter and the west sea of Jeju appears relatively longer than east's. The longest wave period occurs at the west sea in winter, and in summer it appears relatively homogeneous with a little longer period at the south sea.
Long-term wave distribution at Jeju sea is investigated by a numerical simulation based on the thirdgeneration wave model SWAN (Simulating WAves Nearshore). The Jeju sea which retains relatively high wave energy density among Korean coastal regions is considered to be a suitable site for wave power generation and the efficiency of wave power generation is closely related to local wave characteristics. The monthly mean of a large-scale long-term wave data from 1979 to 2002, which is provided by Korea Ocean Research & Development Institute. is used as the boundary condition of SWAN model simulation with 1km grid. An analysis of wave distribution concentrates on the seasonal variation and spatial distribution of significant wave heights, mean wave directions and mean wave periods. Significant wave heights are higher in winter and summer and the west sea of Jeju appears relatively higher than east's. The highest significant wave height occurs at the northeast sea in winter and the second highest significant wave height appears at the southeast sea in summer, while the significant wave heights in spring and autumn are relatively low but homogeneous. The distribution of wave directions reveals that except the rear region influenced by wave refraction, the northwest wave direction is dominant in summer and the southeast in winter. Wave periods are longer in summer and winter and the west sea of Jeju appears relatively longer than east's. The longest wave period occurs at the west sea in winter, and in summer it appears relatively homogeneous with a little longer period at the south sea.
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문제 정의
송무석 등[2004]은 15 km 격자를 사용하여 한반도 해역의 파랑에너지 분포 특성을 연구하였으며, 한반도 남서쪽의 제주도 해역이상대적으로 큰 파랑에너지 밀도를 가지고 있음을 보였다. 본 연구는 파력발전의 유력한 적지인 제주 해역의 파랑분포 특성을 보다 정확하게 파악하기 위한 목적으로 수행되었다. 한국해양연구원에서 HYPA(Hybrid Parametric Wave Prediction) 모델 (Graber & Madsen [1988])을 사용하여 구축한 제주해역의 1979년부터 2002년까지의 장기 파랑산출 자료(전기천 등[2003])를 경계조건으로 사용하였으며, 1 km 격자의 제주연안 해역에 대해 천해 영향을 고려할 수 있는 제3세대 파랑모델인 SWAN(Simulating WAves Nearshore)을 적용하여 장기파랑 분포 특성을 파악하였다.
한국해양연구원에서 HYPA(Hybrid Parametric Wave Prediction) 모델 (Graber & Madsen [1988])을 사용하여 구축한 제주해역의 1979년부터 2002년까지의 장기 파랑산출 자료(전기천 등[2003])를 경계조건으로 사용하였으며, 1 km 격자의 제주연안 해역에 대해 천해 영향을 고려할 수 있는 제3세대 파랑모델인 SWAN(Simulating WAves Nearshore)을 적용하여 장기파랑 분포 특성을 파악하였다. 이를 통해 파력발전 적지선정을 위한 기초 정보를 제공하고자 하였다.
가설 설정
경계조건은 한국해양연구원의 장기파랑산출 자료를 계산영역에 맞게 추출한 후, 1 km 격자로 선형 보간하여 사용하였다. 경계에서의 파랑스펙트럼은 JONSWAP 스펙트럼을 적용하였으며, JONSWAP 스펙트럼의 정점계수는 3.3을 가정하였다.
제안 방법
SWAN 파랑모델을 기반으로 풍파와 너울을 구분하여 제주해역 파랑분포 시뮬레이션을 수행함으로써 제주해역의 계절적.공간적 파랑분포에 관한 다음의 결론을 얻었다.
이로부터, 1979년부터 2002년까지의 월 별, 연별 평균 유의파고, 평균 파향, 평균 주기를 SWAN 모델을 이용하여 계산하였다. 그리고 한국해양연구원의 파랑자료는 풍파와 너울에 의한 파랑 요소가 구분되어 있으므로, 풍파와 너울을 분리하여 계산하였다. SWAN 모델에 해역의 바람자료를 입력하여 시뮬레이션을 수행하는 것이 보다 직접적이고, 정확한 결과를 줄 가능성이 있으나, 많은 계산 시간이 요구되어 효율성의 측면에서 부정적이다.
유의파고의 계산은 풍파와 너울의 경우를 나누어 계산하였으며. 단위는 m이다.
본 절에서는 시간별 경계조건을 적용하는 대신에 월평균 값을 경계조건으로 하여 해역의 월평균 파랑분포를 구하고 결과를 상호 비교하였다. 이로부터 월평균 경계조건 적용에 의한 파랑분포 시뮬레이션 결과로부터 해역의 계절적 파랑분포 변화를 유추하는 방법의 유효성을 검증하였다.
제주해역 파랑분포의 계절적 특성을 살펴보기 위해, SWAN 모델을 이용한 시뮬레이션에 의해 얻어진 1979년부터 2002년까지의 24년 장기 월별 파랑자료를 분석하였다. 특히 계절별 특성이 두드러진 1, 5, 8, 10월을 중심으로 주요 파랑 특성인 유의파고, 파향, 파주기를 고찰하였다.
평균 파향의 계산도 풍파와 너울의 경우를 나누어 24년 동안의 월별 평균 파향과 24년 전체 평균 파향을 계산하였으며, 단위는 도이다. Fig.
대상 데이터
1은 전자해도 216, 235번을 이용하여 추출한 제주해역 수심 분포와 계산영역을 보여준다. 경계조건은 한국해양연구원의 장기파랑산출 자료를 계산영역에 맞게 추출한 후, 1 km 격자로 선형 보간하여 사용하였다. 경계에서의 파랑스펙트럼은 JONSWAP 스펙트럼을 적용하였으며, JONSWAP 스펙트럼의 정점계수는 3.
격자간격은 1 km이며 , 경도방향 격자수 151개, 위도방향 격자 수 106개로 총 16006개의 격자점을 갖는다. 계산영역의 수심과 해안선은 전자해도 216번과 235번을 이용하여 추출하였다. Fig.
제주해역 파랑분포의 계절적 특성을 살펴보기 위해, SWAN 모델을 이용한 시뮬레이션에 의해 얻어진 1979년부터 2002년까지의 24년 장기 월별 파랑자료를 분석하였다. 특히 계절별 특성이 두드러진 1, 5, 8, 10월을 중심으로 주요 파랑 특성인 유의파고, 파향, 파주기를 고찰하였다.
한국해양연구원에서 구축한 장기 파랑산출자료는 1시간 간격으로 1979년부터 2002년까지 여러 파랑요소들을 산출한 자료이다. 파랑의 월별 분포가 주된 관심인 경우에, 매 시간별 경계조건을 적용하여 얻어진 시간별 해역의 파랑분포를 월평균 함으로써 해역의 월평균 파랑분포를 구하는 것은 오랜 계산시간이 소요된다.
데이터처리
본 절에서는 시간별 경계조건을 적용하는 대신에 월평균 값을 경계조건으로 하여 해역의 월평균 파랑분포를 구하고 결과를 상호 비교하였다. 이로부터 월평균 경계조건 적용에 의한 파랑분포 시뮬레이션 결과로부터 해역의 계절적 파랑분포 변화를 유추하는 방법의 유효성을 검증하였다.
이론/모형
그러나 산란은 고려되지 않기 때문에 , 항구나 장애물에 인접한 곳에서는 일반적으로 정확한 계산이 어렵다. SWAN 모델은 파랑작 용 평형방정식을 지배방정식으로 한다.
SWAN 모델을 이용한 제주해역 파랑시뮬레이션은 다음의 조건을 적용하였다. 계산영역은 경도 125.
상세 격자에 대한 제주해역 파랑 시뮬레이션을 수행하기 위하여, 한국해양연구원이 보유한 15 km 격자로 구성된 제주해역 주변의 장기파랑산출자료를 선형 보간하고, 이를 SWAN 모델의 경계조건으로 사용하였다. 이로부터, 1979년부터 2002년까지의 월 별, 연별 평균 유의파고, 평균 파향, 평균 주기를 SWAN 모델을 이용하여 계산하였다.
상세 격자에 대한 제주해역 파랑 시뮬레이션을 수행하기 위하여, 한국해양연구원이 보유한 15 km 격자로 구성된 제주해역 주변의 장기파랑산출자료를 선형 보간하고, 이를 SWAN 모델의 경계조건으로 사용하였다. 이로부터, 1979년부터 2002년까지의 월 별, 연별 평균 유의파고, 평균 파향, 평균 주기를 SWAN 모델을 이용하여 계산하였다. 그리고 한국해양연구원의 파랑자료는 풍파와 너울에 의한 파랑 요소가 구분되어 있으므로, 풍파와 너울을 분리하여 계산하였다.
본 연구는 파력발전의 유력한 적지인 제주 해역의 파랑분포 특성을 보다 정확하게 파악하기 위한 목적으로 수행되었다. 한국해양연구원에서 HYPA(Hybrid Parametric Wave Prediction) 모델 (Graber & Madsen [1988])을 사용하여 구축한 제주해역의 1979년부터 2002년까지의 장기 파랑산출 자료(전기천 등[2003])를 경계조건으로 사용하였으며, 1 km 격자의 제주연안 해역에 대해 천해 영향을 고려할 수 있는 제3세대 파랑모델인 SWAN(Simulating WAves Nearshore)을 적용하여 장기파랑 분포 특성을 파악하였다. 이를 통해 파력발전 적지선정을 위한 기초 정보를 제공하고자 하였다.
성능/효과
(1) 여름과 겨울에는 풍파에 의한 유의파고가 지배적이며, 봄과 가을에는 풍파와 너울에 의한 유의파고가 비슷하게 나타난다. 풍파와 너울을 합한 총 유의파고는 여름과 겨울이 상대적으로 높고 봄과 가을은 상대적으로 낮다.
(2) 파향은 겨울철에는 북서풍의 영향으로 남동방향이 지배적이며, 여름에는 북서방향이 지배적이다. 다만, 파향의 배후지역은 국부적으로 회절의 영향이 나타난다.
(3) 풍파의 주기는 게절적인 변화와 해역에 따른 차이가 동시에 존재하나, 너울의 경우에는 계절적 변화는 있지만 지역적으로는 큰 차이를 보이지 않는다. 풍파와 너울의 주기는 상대적으로 유의 파고가 큰 겨울과 여름철이 상대적으로 유의파고가 작은 봄, 가을 보다 긴 주기를 나타내며, 연평균으로는 제주도의 동쪽보다는 서쪽의 평균주기가 길다.
풍파와 너울의 주기는 상대적으로 유의 파고가 큰 겨울과 여름철이 상대적으로 유의파고가 작은 봄, 가을 보다 긴 주기를 나타내며, 연평균으로는 제주도의 동쪽보다는 서쪽의 평균주기가 길다. 전체적으로는 겨울에 서쪽 해역에서 파주기가 가장 길고, 여름에는 상대적으로 파주기 분포가 균일하나 남쪽 해안이 다소 길며 , 봄가을에는 전체적으로 파주기가 짧으나 분포는 비교적 균일하다. 제주 해역 풍파의 월평균 파주기는 계절 및 지역에 따라 약 4.
연평균으로는 제주도의 동쪽보다는 서쪽의 파주기가 긴 것을 알 수 있다. 전체적으로는 겨울에 서쪽 해역에서 파주기가 가장 길고, 여름철에는 상대적으로 파주기 분포가 균일하나 남쪽 해안이 다소 길며, 봄가을에는 전체적으로 파주기가 짧으나 분포는 비교적 균일함을 알 수 있다. Table 2에서는 제주도를 중심으로 동(우도), 서(차귀도), 남(남원), 북(한림)을 대표하는 임의지점의 풍파의 계절별 파주기를 표시하였다.
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