[논문]지진해일 범람이 해안도시에 미치는 영향에 대한 3차원 수리모형실험

김규한; 박형수; 신성원

doi:10.9765/kscoe.2012.24.6.400

지진해일 범람이 해안도시에 미치는 영향에 대한 3차원 수리모형실험
Three-Dimensional Laboratory Experiments for Tsunami Inundation in a Coastal City 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.24 no.6, 2012년, pp.400 - 403

김규한 (관동대학교 토목공학과) , 박형수 () , 신성원 (관동대학교 에너지플랜트학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서 건물이 밀집되어 있는 해안도시에서의 지진해일 범람에 대한 평면수리모형실험을 수행하였다. 해안도시는 미국 서해안에 위치한 도시인 Seaside를 1/50으로 축소하여 평면수조에 설치하였다. 본 실험에서 범람지역에서의 지진해일의 파고 및 수평속도 측정하였는데, 31개 지점에서 계측하였으며 입사된 지진해일의 파고는 원형 스케일 10 m로 설정하였다. 범람양상과 속도는 건물의 위치 및 배열상태에 따라 크게 다르게 계측되었다. 또한, 도시의 주요 도로를 따라 계측된 지진해일 범람 파고 및 수평속도를 이용하여 모멘텀 플럭스(Momentum flux)를 계산하였다. 모멘텀 플럭스는 해안선에서부터 육지방향으로 파가 진행하면서 감소하는 일반적인 경향을 나타내었다. 범람파고와 모멘텀 플럭스는 도로가 형성된 구역에서 감쇄가 적게 나타났다. 본 연구를 통해 수평 유속이 구조물에 미치는 외력에 중요한 영향을 준다는 것을 알게 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Laboratory experiments were conducted for tsunami inundation to an urban area with large building roughness. The waterfront portion of the city of Seaside which is located on the US Pacific Northwest coast, was replicated in 1/50 scale in the wave basin. Tsunami heights and velocities on the inundated land were measured at approximately 31 locations for one incident tsunami heights with an inundation height of approximately 10 m (prototype) near the shoreline. The inundation pattern and speed were more severe and faster in some areas due to the arrangement of the large buildings. Momentum fluxes along the roads were estimated using measure tsunami inundation heights and horizontal fluid velocities. As expected, the maximum momentum flux was near the shoreline and decreased landward. Inundation heights and momentum flux were slowly decreased through the road with buildings on each side. The results from this study showed that the horizontal inundation velocity is an important factor for the external force of coastal structures.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

Baldock등 (2009)은 고립파 대신 조파기 stroke을 최대로 한 error function을 이용한 조파를 통해 범람의 효과를 극대화한 후 지진 해일의 쇄파와 처오름에 대한 메커니즘 규명을 시도하였다. 본 연구에서는 error function을 이용한 지진해일을 조파하여 외해파고가 20 cm로 입사하는 파랑에 의한 해안도시의 범람 양상을 파악하였다. 해안지형은 단순화시켜 적용하였으며, 평면으로 시작하여 1:15의 경사 후 1:30의 경사로 이어지며 육상의 평지로 형성되는 지형위에 해안도시를 재현하였다.
본 연구에서는 대형평면수조에서 해안도시를 재현한 수 지진해일의 범람양상에 대한 수리모형실험을 수행하였다. 미국의 북서해안에 위치한 Seaside도시를 1/50의 스케일로 축소한 모형을 설치 후 지진해일에 의한 범람을 관찰하였으며, 관측된 범람파고와 수평유속을 통하여 모멘텀 플럭스를 계산하였다.
이와 같이 본 연구를 통해 수치모델검증을 위해 사용할 수 있는 요소를 갖춘 수리모형실험 자료를 획득 분석하고, 범람 파고와 수평유속을 이용한 모멘텀 플럭스를 산정하여 지진해일에 대비한 구조물의 설계지침 구축 및 수치모델 검증에 기여하는데 목표를 두고 있다.

제안 방법

네 쌍의 초음파식 파고계와 ADV가 각각 같은 위치에 설치되어 한 지점에서 파고와 유속을 통시에 측정할 수 있도록 설정되었으며, 각지점당 7~50회 정도 실험을 반복하여 실험의 신뢰도를 확인하였다. Fig.
모든 계측자료는 National Instrument사에서 제작한 PXI 시스템을 통하여 50 Hz의 sampling 속도로 계측을 하였고, 동기화되어 저장되었다.
본 연구에서는 대형평면수조에서 해안도시를 재현한 수 지진해일의 범람양상에 대한 수리모형실험을 수행하였다. 미국의 북서해안에 위치한 Seaside도시를 1/50의 스케일로 축소한 모형을 설치 후 지진해일에 의한 범람을 관찰하였으며, 관측된 범람파고와 수평유속을 통하여 모멘텀 플럭스를 계산하였다. 이 값은 현재 지진해일이 구조물에 미치는 파력 계산에 필수적인 요소로 사용되고 있다.
본 연구에서 지진해일의 범람에 대한 3차원 수리모형실험 결과를 통해 모멘텀 플럭스를 계산하고, 도심의 구조에 따른 범람 및 모멘텀 플럭스의 감쇄 양상을 파악하였다.
수리모형실험은 미국 오레곤 주립대학교가 보유하고 있는 O.H. Hinsdale Wave Research Laboratory의 3차원 지진해 일용 평면수조에서 수행하였다(Fig. 1). 수조의 제원은 길이 48.
육상에서의 범람속도를 측정하기 위하여 ADV를 사용하였으나, 파랑 전면에서 쇄파에 의한 공기방울과 작은 파고의 이유로 파랑 전면(wave front)에서의 유속계측 값이 유실되어 수평속도 계측값의 보정이 필요하였다. 이를 위하여, Fig. 5 와 같이 Rueben 등 (2011)에서 영상자료를 통해 얻어진 파랑 전면의 범람 속도를 이용하여 유실된 자료부분을 보정한 후 초음파식 파고계를 통해 얻어진 파고와의 곱으로 모멘텀 플럭스를 계산하였다.
해안 지형에 대한 자세한 실험조건은 Cox 등 (2008)과 Rueben 등 (2011)에 기록되어 있다. 지진해일에 대한 파고와 유속을 측정하기 위하여 네 개의 저항식 파고계, 네 개의 초음파식 파고계 및 네 개의 초음파식 도플러 유속계(ADV)를 사용하였으며, 저항식 파고계는 외해의 입사파고 (1,2번 파고계)와 경사면(3,4번 파고계)에서의 입사 파고를 측정하기 위하여 고정되었다. Fig.
본 연구에서는 error function을 이용한 지진해일을 조파하여 외해파고가 20 cm로 입사하는 파랑에 의한 해안도시의 범람 양상을 파악하였다. 해안지형은 단순화시켜 적용하였으며, 평면으로 시작하여 1:15의 경사 후 1:30의 경사로 이어지며 육상의 평지로 형성되는 지형위에 해안도시를 재현하였다.

대상 데이터

실험은 네 쌍의 초음파식 파고계와 초음파식 유속계를 이용하여 도시의 네 주도로를 따라 움직여가며 파고와 유속에 대한 시계열자료를 획득하였다. 각 지점마다 자료의 신뢰도를 높이기 위해 반복된 자료를 얻었으며 총 134회의 실험을 수행하였다. 해안 지형에 대한 자세한 실험조건은 Cox 등 (2008)과 Rueben 등 (2011)에 기록되어 있다.
1). 수조의 제원은 길이 48.8 m, 폭 265.5 m, 깊이 2.1 m이며 26개의 피스톤 형 조파기가 독립적으로 혹은 같이 움직임으로써 지진해일을 포함한 다양한 파랑을 조파하는 시설이다. 조파기의 최대 stroke은 2.
실험은 네 쌍의 초음파식 파고계와 초음파식 유속계를 이용하여 도시의 네 주도로를 따라 움직여가며 파고와 유속에 대한 시계열자료를 획득하였다. 각 지점마다 자료의 신뢰도를 높이기 위해 반복된 자료를 얻었으며 총 134회의 실험을 수행하였다.

성능/효과

(1) 최대 범람 파고는 도로 A의 입구에서 가장 큰 것으로 나타났고, 모멘텀 플럭스는 도로 B의 입구에서 가장 큰 것으로 수리모형실험을 통해 나타났다.
(2) 모멘텀 플럭스에 미치는 수평유속의 영향을 고려할 때, 수평유속은 범람에 의한 육상구조물에 미치는 파력 추정에 중요한 요소가 될 것으로 해석될 수 있다.
(3) 수리모형실험을 통해 계측 및 계산된 최대범람파고와 최대모멘텀 플럭스는 지진해일이 육상으로 진행됨에 따라 감소하였으나, 도로 A가 도로 B와 C에 비해 더욱 빠르게 감소하는 경향을 보였다. 이는 육상건물의 배치 구조에 따른 영향으로 볼 수 있다.
8은 도로별로 관측된 최대 범람 파고와 파고 및 유속의 시계열자료를 통해 계산된 모멘텀 플럭스의 최대 값을 그린 그림이다. 두 그림에서 볼 수 있듯이 파고와 모멘텀 플럭스 모두 파랑이 진행함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 최대범람파고의 관점에서 볼 때 도로 C에서의 파고가 A와 B에서의 파고보다 다소 작았으나, 파랑이 진행함에 따라 도로 A에서의 파고가 B와 C에 비해 빠르게 감소하였다.
두 그림에서 볼 수 있듯이 파고와 모멘텀 플럭스 모두 파랑이 진행함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 최대범람파고의 관점에서 볼 때 도로 C에서의 파고가 A와 B에서의 파고보다 다소 작았으나, 파랑이 진행함에 따라 도로 A에서의 파고가 B와 C에 비해 빠르게 감소하였다. 앞서 언급했듯이 C와 D는 일종의 도파관의 형태를 보이고 있어, 파고의 감쇠가 상대적으로 적은 상태에서 진행되는 것으로 볼 수 있다.
모멘텀 플럭스는 지진해일이 구조물에 미치는 수평방향의 파력을 계산하는 경험식에 핵심적인 항으로 역할을 하고 있다(FEMA Coastal Engineering Manual, 2000). 통상적으로 유속을 천해역 에서의 위상속도를 고려하여 추정하나, 본 연구에서는 유속을 직접 계측하여 모멘텀 플럭스를 계산함으로써 시간적으로 변화하는 값을 얻을 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도심의 구조에 따른 범람 및 모멘텀 플럭스의 감쇄 양상을 파악한 결과는 어떠한가?	(1) 최대 범람 파고는 도로 A의 입구에서 가장 큰 것으로 나타났고, 모멘텀 플럭스는 도로 B의 입구에서 가장 큰 것으로 수리모형실험을 통해 나타났다. (2) 모멘텀 플럭스에 미치는 수평유속의 영향을 고려할 때, 수평유속은 범람에 의한 육상구조물에 미치는 파력 추정에 중요한 요소가 될 것으로 해석될 수 있다. (3) 수리모형실험을 통해 계측 및 계산된 최대범람파고와 최대모멘텀 플럭스는 지진해일이 육상으로 진행됨에 따라 감소하였으나, 도로 A가 도로 B와 C에 비해 더욱 빠르게 감소하는 경향을 보였다. 이는 육상건물의 배치 구조에 따른 영향으로 볼 수 있다.
	수리모형실험은 어디서 이루어졌는가?	수리모형실험은 미국 오레곤 주립대학교가 보유하고 있는 O.H. Hinsdale Wave Research Laboratory의 3차원 지진해 일용 평면수조에서 수행하였다(Fig. 1).
	건물이 밀집되어 있는 해안도시에서의 지진해일 범람에 대한 평면수리모형실험 결과는 어떠한가?	또한, 도시의 주요 도로를 따라 계측된 지진해일 범람 파고 및 수평속도를 이용하여 모멘텀 플럭스(Momentum flux)를 계산하였다. 모멘텀 플럭스는 해안선에서부터 육지방향으로 파가 진행하면서 감소하는 일반적인 경향을 나타내었다. 범람파고와 모멘텀 플럭스는 도로가 형성된 구역에서 감쇄가 적게 나타났다. 본 연구를 통해 수평 유속이 구조물에 미치는 외력에 중요한 영향을 준다는 것을 알게 되었다.

참고문헌 (10)

Amsden, A.A. and Harlow, F.H. (1970). The SMAC method: a numerical technique for calculating incompressible fluid flow, Los Alamos Scientific Laboratory Report LA-4370, Los Alaomos, N.M.
Baldock, T.E., Cox, D.T., Maddux, T., Killian, J., Fayler, L. (2009). Kinematics of breaking tsunami wavefronts: a data set from large scale laboratory experiments. Coastal Engineering, 56, 506-516

상세보기
Coastal Construction Manual. (2000). Federal Emergency Management Agency (FEMA 55), U.S.A.
Cox, D.T., Tomita, T., Lynett, P., and Holman, R.A. (2008). Tsunami inundation with macroroughness in the constructed environment, Proc. 31st International Conference on Coastal Engineering, ASCE, 1421-1432.
Hirt, C. W and Nichols, B. D. (1981). Volume of fluid(VOF) method for the dynamics of free boundaries, J. Comput. Phys., 39, 201-225.

상세보기
Lynett, P.J. (2007). Effect of a shallow water obstruction on long wave runup and overland flow velocity. J. of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 133(6), 455-462.

상세보기
Nakamura, T. and Yabe, T. (1999). Cubic interpolated propagation scheme for solving the hyper-dimensional Vlasov-Poisson equation in phase space, Comput. Phys. Commun., 120, 122-154.

상세보기
Rueben, M., Holman, R., Cox, D., Shin, S., Killian, J., and Stanley, J. (2011). Optical measurements of tsunami inundation through an urban waterfront modeled in a large-scale laboratory basin. Coastal Engineering, 58, 229-238.

상세보기
Smagorinsky, J. (1963). General circulation experiments with the primitive equations, Mon. Weath. Rev., 91(3), 99-164.
Tomita, T., Honda, K., and Kakinuma., T. (2006). Application of three-dimensional tsunami simulator to estimation of tsunami behavior around structures. Proc. 30th International Conference on Coastal Engineering, ASCE, 1677-1688.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증