[논문]해빈 종단면 변형의 수치모의

천세현; 안경모

초록
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현재까지 제안된 해빈 종단면 변형 모델은 공통적으로 폭풍으로 인한 해빈침식과 연안 사주의 형성에 대해서는 비교적 잘 모의 할 수 있었으나 폭풍 후 퇴적작용에 의한 정상 해빈으로의 복구 과정은 잘 모의하지 못하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 한계를 극복하고자 쇄파에 의해 부유된 모래를 천수 Dean상수를 이용해 재분배하는 메카니즘을 적용한 새로운 수치모델을 제안하였다. 수치모의 결과를 미육군공병단과 일본 중앙전력연구소에서 실시한 LWT (Large Wave Tank) 실험과 비교하여 정확성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Several numerical models for predicting beach profile changes have been developed by many researchers. Many of the earlier models are known to simulate the erosional profiles with the formation of offshore bar. However, most of the models don't have proper mechanism to incorporate the recovery proce...

Several numerical models for predicting beach profile changes have been developed by many researchers. Many of the earlier models are known to simulate the erosional profiles with the formation of offshore bar. However, most of the models don't have proper mechanism to incorporate the recovery process of the eroded profiles after a storm and can not simulate the beach accretion with acceptable accuracy. In order to overcome these shortcomings, we propose a new numerical model which has new features to simulate the accretional phase of beach recovery process after storm including such as redistribution of suspended sand particles near the breaking point. The simulation results of the proposed model were compared with LWT (Large Wave Tank) experiments performed at CRIEPI (Central Research Institute of Electric Power Industry in Japan) and CE (the Us Army Corps of Engineers) and it was shown to have performed better compared to SBEACH (Storm-induced BEAch CHange).

Keyword

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문제 정의

많은 제약이 따른다. 이에 본 연구에서는 수렴형 모델에 새로운 유사이동 메커니즘을 적용하여 폭풍에 의한 해빈의 침식뿐 아니라 폭풍 후의 해빈 복구과정까지를 잘 모의할 수 있는 모델을 제안하였다.
이와 같이 실험실과 현장에서의 축척에 따라경계값이 달라지는 가장 중요한 이유는 입자의 침강속도가 쇄파 대 내에서 난류의 영향에 따라 달라지며, 쇄파 파고의 영향을 고려하지 않음으로 인해 생기는 결과로 추정된다. 따라서, 본 연구에서는 쇄파 파고의 영향을 고려하기 위해 천수 Dean 상수를 사용할 것을 제안하였다. 천수 Dean 상수는 심해 파고 대신에 쇄파 파고를 사용함으로서 쇄파 대 내에서의 영향을 고려하기 위한 것으로, 수치 모델에서는 파랑모델링에 의해 쇄파 파고를 계산하기 때문에 천수 Dean 상수를 사용하는 것이 상당히 용이하다.
본 연구는 기존의 해빈단면의 변화를 구현하는 모델들이 폭풍 해빈단면은 잘 구현하는데 반해 정상 해빈 단면으로의 복구에 대한 구현성이 떨어지는 문제점을 보완하는 새로운메카니즘을 적용한 모델을 제시하였다. 이는 Larson(1999) 의 EBP 분석과 천수 Dean 상수를 이용하여 쇄파 대에서의 유사 재분배 메카니즘을 새롭게 도입한 것으로 이 메카니즘을 토대로 새로운 유사이동률 공식을 제안하였다.

가설 설정

그러나 현실적으로 평형 해빈 단면에서 쇄파지점을 기점으로 내부와 외부의 유사 이동이 완전히 단절된다는 것은 이해하기 어려운 부분이다. 본 연구에서는 평형 해빈단면의 상태에서 되돌아오는 흐름에 의해 쇄파지점까지 이동된 유사가 모두 쇄파대로 다시 유입되는 것이 아니라 일부분은 비쇄파지역으로 이동하게 되며 쇄파지점 밖에서도 쇄파대 안으로 유사 이동이 끊임없이 일어난다고 가정하였으며 이를 도식화 하면 Fig. 4와 같다. Fig.

제안 방법

본 논문에서는 SBEACH에서 사용된 파랑모델과 유사 이동모델의 기본적인 골격은 유지하면서 새로운 유사이동 메카니즘을 적용하여 폭풍에 의한 해빈 침식과 연안사주의 형성과 이동을 수치모의하고 나아가 폭풍 이후에 정상 해빈 단면으로의 복구 과정이 모의 가능한 수치모델을 제안하였다.
따라서 본 연구에서는 SBEACH의 폭풍/정상 해빈 단면구분기준을 따르지 않고, 식 (1)의 천수 Dean 상수를 폭풍 /정상 해빈의 구분 기준으로 사용하였다.
SBEACH는 유사의 이동을 계산하기 위해서 Fig. 2와 같이 해빈단면을 비쇄파구역 (prebreaking zone), 쇄파전이구역 (breaking transition zone), 쇄파대(broken wave zone), 쳐오름구역 (swash zone) 등의 4구역으로 나누었으며 각 구역별로 다른 유사이동식을 제안하였다.
제안된 유사이동율 계산식과 천수 Dean 상수를 적용한 수치 모델을 제안하였으며 이 모델은 Kraus and Larson(1988)의 LWT(Large Wave Tank) 실험 조건과 동일한 조건하에서 수치모의를 수행하였다. LWT 실험결과와 본 연구에서 제안된 모델의 수치모의 결과를 비교함으로써 제안된 모델의 정확성을 검증하고자 하며 검증에 사용된 LWT 실험의 실험조건은 Table 3과 같다.

대상 데이터

평면모델은 파랑 특성과 연안 구조물에 따른 등고선의 위치 변화를 추적하여 해안선의 변화를 예즉하는 선모델(one-line model, n-line model)과 해빈의 지형변화를 총체적으로 분석하는 3차원 모델(3D model) 로 구분된다. 단면모델은 파랑과 주어진 단면에 따른 종방향 유사이동량을 예측하는데 사용되며 본 연구에서는 단면모델 가운데 수렴형 모델(Table 1)을 대상으로 연구를 진행하였다.

데이터처리

이는 Larson(1999) 의 EBP 분석과 천수 Dean 상수를 이용하여 쇄파 대에서의 유사 재분배 메카니즘을 새롭게 도입한 것으로 이 메카니즘을 토대로 새로운 유사이동률 공식을 제안하였다. 미 육군공병단과 일본 중앙전력연구소에서 실시한 LWT 실험을 이용하여 제안된 모델을 검증하였으며 검증 결과를 그림과 SSE 값으로 제시하였다.

이론/모형

천수 Dean 상수는 심해 파고 대신에 쇄파 파고를 사용함으로서 쇄파 대 내에서의 영향을 고려하기 위한 것으로, 수치 모델에서는 파랑모델링에 의해 쇄파 파고를 계산하기 때문에 천수 Dean 상수를 사용하는 것이 상당히 용이하다. 천수 Dean 상수와 폭풍/정상 해빈단면 결정식을 관련짓기 위해 Kraus and Larson(1988)의 LWT(Large Wave Tank)실험결과를 천수 Dean 상수를 기준으로 나타내 보았다. 천수 Dean 상수는 그 결과 Fig.
4와 같다. Fig. 4의 수정된 새로운 메카니즘을 적용하기 위하여 쇄파 시 재분배 되는 유사의 양을 결정하기 위해 천수 Dean 상수를 이용하였다. 즉, 천수 Dean 상수의 값이 4에서 멀어질수록 폭풍 해빈단면 혹은 정상 해빈단면의 특성이 더욱 강하게 나타나게 됨으로 분배율도 이 차이에 비례해서 결정 된다고 보고 천수 Dean 상수가 4보다 작으면 작을수록 쇄파대 안쪽으로 재분배율이 커지게 하고 4보다 크면 클수록 쇄파대 외부로의 재분배 율이 커질 수 있도록 하였으며 재분배율#를 결정하는 식은 아래와 같다.
또한 Zone 1의 유사 이동식 자체가 Zone 3의 유사이동식과 연결되어 있으므로 재분배 율을 구하는 것이 무의미 하다고 할 수 있겠다. 그러므로 Zone 1에 적용할 수 있는 새로운 유사 이동식이 필요하며 이를 위해 Sunamura(1984)가 Swash Zone의 유사 이동량 계산식을 위하여 제안한 식 (8)을 Zone 1의 유사이동율 계산식으로 사용하였다.

성능/효과

85라고 발표하였다. 즉 파고가 크고, 모래의 입자가 작고, 파랑주기가 짧을수록 Dean 상수가 커져 침식되고, 파고가 작고, 파랑의 주기가 길고, 모래입경이 클수록 Dean 상수가 작아져 퇴적의 경향을 보이게 됨을 알 수 있다. Kriebel et al.
첫째, 주어진 파랑 조건과 유사의 특성에 의해서 폭풍 정상 해빈단면이 결정이 되면, 침식이나 퇴적이 한 방향으로만 일어나게 된다. 실제의 관측에서는 폭풍 해빈단면의 특성과 정상 해빈단면의 특성이 쇄파대 내외해 부분에서 동시에 발생하기도 하는데 이러한 현상을 위의 식으로는 나타낼 수 없다.
둘째, 완전한 퇴적의 경우라고 할지라도 SBEACH에서 제시한 유사이동률 공식이 침식을 기준으로 제안된 것이기 때문에 퇴적의 경우 그 복구 형태가 실제와는 많이 다른 형태로 관찰 된다. 셋째, 위의 식에 의하면 해빈 단면이 평형 해빈단면에 이르게 되면 유사의 이동이 없어져야 한다. 그러나 Larson(1999)에 의하면 평형상태에 도달한 해빈단면에서도 유사의 이동은 계속 진행되는 것으로 관찰되고 있다.
SBEACH의 SSE 값이 더 작게 나타나고 있다. SSE 값의 결과만으로는 봤을 때 SBEACH의 수치모의 능력이 더 뛰어나다고 할 수 있겠으나 Fig. 5를 살펴보면 연안 사주의 형성 위치와 연안사주 인근의 지형변화에 대해서는 본 연구에서 제안된 수치모델의 더 우수한 결과를 나타내고 있다. 퇴적의 경우는 Fig.
5를 살펴보면 연안 사주의 형성 위치와 연안사주 인근의 지형변화에 대해서는 본 연구에서 제안된 수치모델의 더 우수한 결과를 나타내고 있다. 퇴적의 경우는 Fig. 8과 Table 3에와 같이 본 연구에서 제안 된 모델의 수치모의 능력이 SBEACH 보다 월등히 우수하 다는 것을 알 수 있었다.
검증결과 본 연구에서 새롭게 제안된 유사 재분배 메카니즘을 통해 침식형 해빈단면을 잘 수치모의 할 수 있을 뿐 아니라 퇴적형 해빈단면 또한 잘 수치모의 할 수 있음을 알 수 있다.

참고문헌 (18)

Andersen, K.H. and Fredsoe, J. (1999). How to calculate the geometry of vortex ripples. Proc. Coastal Sediments '99, ASCE, 78-93
Chiu, T.Y. and Dean, R.G. (1984). Methodology on Coastal Construction Control Line Establishment. Beaches and Shores Resource Center, Institute on Science and Public Affairs, Florida State University, Tallahassee, FL
Dally, W.R. (1980). A Numerical Model for Beach Profile Evolution. unpublished M.S. Thesis, University of Delaware, Newark, DE
Dalrymple, R.A. (1992). Prediction of Storm/Normal Beach Profiles, J. Wtrwy., Port, Coast. and Oc. Engrg., 118(2), 193-200

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Davies, A.G., Li, Z. (1997) Modelling sediment transport beneath regular symmetrical and asymmetrical waves above a plane bed. Continental Shelf Research, 17(5), 555-582

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Dean, R.G. (1973). Heuristic Models of Sand Transport in the Surf Zone. Proc. of the Conf. on Eng. Dynamics in the Surf Zone, Sydney, Australia, 208-214
Dean, R.G. (1977). Equilibrium Beach Profiles : U.S. Atlantic and Gulf Coast. Ocean Eng. Rep., No. 12, University of Delaware, Newark, DE, 1-45
Fredsoe, J., Andersen, O.H. and Silberg, S. (1985). Distribution of suspended sediment in large waves. J. Wtrwy., Port, Coast. and Oc. Engrg., 111(6), 1041-1059

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Kraus, N.C. and Larson, M. (1988). Beach Profile Change Measured in the Tank for Large Waves, 1956-1956 and 1962. Technical Report CERC-88-6, Coastal Engineering Research Cener, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS
Kraus, N.C., Larson, M. and Kriebel, D.L. (1991). Evaluation of Beach Erosion and Accretion Predictors. Proc. Coastal Sediments '91, ASCE, 572-587
Kriebel, D.L. (1985). Numerical Simulation of Time-Dependent Beach and Dune Erosion, Coastal Eng., 9, 221-245

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Kriebel, D.L., Dally, W.R. and Dean, R.G. (1986). Beach Profile Response Following Severe Erosion Event. Report UFL/COEL-86/016, Coastal and Oceanographic Department, University of Florida, Gainsville, FL
Larson, M. and Kraus, N.C. (1989). SBEACH: Numerical Model for Simulating Storm-Induced Beach Change (Report 1). Technical Report, Coastal Engineering Research Center, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS
Larson, M., Nicholas C. and Wise, R.A. (1999). Equilibrium beach profiles under breaking and non-breaking waves. Coastal Eng., 36, 59-85

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Sunamura, T., (1984). Prediction of on-offshore sediment transport rate in the surf zone including swash zone. Proc. 31st Japanese Conf. on Coastal Eng., JSCE, 316-320 (in Japanese)
Swart, D.H., (1975). Offshore sediment transport and equilibrium profiles. PhD thesis. Delft University of Technology, Delft.
Wright, L.D. and Short, A.D., (1984). Morphodynamicvariability of surfzones and beaches: a synthesis. Marine Geology 26, 93-118
Zheng, J. and Dean, R.G. (1996). Numerical Models and intercomparisons of beach profile evolution. Coastal Eng., 30, 169-201

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