[논문]다양한 외부흐름에 대한 평탄한 지형을 통과하는 파랑의 반사율 산정

이준환; 조용식

doi:10.3741/jkwra.2013.46.3.245

다양한 외부흐름에 대한 평탄한 지형을 통과하는 파랑의 반사율 산정
The Calculation of Reflection Coefficients of Water Waves over Various Shear Currents with a Uniform Depth Topography 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.46 no.3, 2013년, pp.245 - 252

이준환 (한양대학교 건설환경공학과) , 조용식 (한양대학교 공과대학 건설환경공학과)

초록
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본 연구에서는 다양한 외부흐름에 대한 평탄한 지형을 통과하는 파랑의 반사율을 해석적으로 계산하였다. 수심이 일정한 지형에 외부흐름을 작은 구간의 계단형으로 단순화하였다. 계산에 필요한 적절한 구간의 수와 소멸파 성분의 개수를 제안하였다. 아울러, 외부흐름의 변화와 다양한 양상에 따른 반사율의 특징을 서술하였다.

The reflection coefficients of monochromatic water waves over various shear currents flowing on a constant topography are estimated analytically in this study. The region of varying shear currents is represented by a finite number of tiny steps with a uniform depth topography. The proper numbers of steps and evanescent modes needed for the analysis are proposed by a series of convergence tests. The characteristics of reflection coefficients for various shear currents conditions are also examined.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 기존의 연구는 일정한 크기의 외부흐름으로만 구성되어 다양한 양상의 외부흐름에 대한 검토가 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 다양한 외부흐름의 변화에 따른 반사율을 계산한다.
본 절에서는 수심 및 외부흐름의 변화에 따른 단주기 미소진폭파의 회절을 해석한다. 먼저, Fig.

가설 설정

본 절에서는 수심 및 외부흐름의 변화에 따른 단주기 미소진폭파의 회절을 해석한다. 먼저, Fig. 1과 같이 수심은 x 축 방향으로는 변화하나 y 축 방향으로는 일정하며, 외부흐름은 y 축 방향으로만 작용한다고 가정한다. 해석 영역은 Fig.
본연구에서는수심은변하지않으며단지외부흐름에의한 파랑의 반사율을 계산하기 위하여 수심을 h₁ = h₂ = h₃ = h 로 가정한다. 외부흐름의 분포 양상의 경우, 흐름의 특성을 반영한 4가지를 선정하였다.

제안 방법

기존의 대부분의 연구에서는 지형의 변화를 주로 연구하였으나 본 연구에서는 지형의 변화없이 순수하게 외부흐름에 따른 변화를 중점적으로 고려하였다. 그리고 계산에 필요한 적절한 구간의 수와 소멸파 성분의 개수를 수렴성 검토를 통해 55구간과 4개의 소멸파 수로 제안하였다.
20이다. 그리고 삼각형과 정현형 그리고 지수형의 경우 단위수심 당 폭 10에 아래와 같은 조건을 만족하는 Fr_max 를 사용했다.
본 연구에서는 고유함수전개법을 이용하여 다양한 외부흐름에 따른 입사파의 반사율을 계산하였다. 기존의 대부분의 연구에서는 지형의 변화를 주로 연구하였으나 본 연구에서는 지형의 변화없이 순수하게 외부흐름에 따른 변화를 중점적으로 고려하였다. 그리고 계산에 필요한 적절한 구간의 수와 소멸파 성분의 개수를 수렴성 검토를 통해 55구간과 4개의 소멸파 수로 제안하였다.
다음 절에서는 고유함수전개법을 이용하여 파랑의 회절을 해석하는 방법을 간략히 기술하며, 제3절에서는 고유함수전개법을 이용하여 해석할 다양한 외부흐름의 양상을 선정하며, 수렴해를 얻기 위한 구간 및 소멸파 성분의 개수를 제안한다. 제4절에서는 다양한 외부흐름의 변화에 따른 반사율을 계산하며, 제5절에서는 결론을 기술한다.
다음은 구간의 수를 55구간으로 유지하며 진행파 성분뿐만 아니라 소멸파 성분의 수를 변화하여 소멸파 성분의 수렴성을 검토했다. Fig.
본 연구에서는 Kirby et al. (1987)과 동일하게 고유각진동수와 파수가 σm > 0, km > ky인 경우에 한하여 파랑의 변형을 해석한다.
본 연구에서는 고유함수전개법을 이용하여 다양한 외부흐름에 따른 입사파의 반사율을 계산하였다. 기존의 대부분의 연구에서는 지형의 변화를 주로 연구하였으나 본 연구에서는 지형의 변화없이 순수하게 외부흐름에 따른 변화를 중점적으로 고려하였다.
외부흐름의 영향을 조사하기 위하여, 외부흐름의 유무에 따른 입사파의 반사율을 계산하였다. Fig.
본 연구에서는 Kirby et al. (1987)과 동일하게 고유각진동수와 파수가 σ_m > 0, k_m > k_y인 경우에 한하여 파랑의 변형을 해석한다.

대상 데이터

5(a) and 5(b))인 경우에도 삼각형과 동일한 결과를 보인다. 따라서 본 연구에서는 위의 결과를 바탕으로 다양한 외부흐름에 대한 반사율을 해석하기 위해 55구간, 소멸파 수 4개를 이용한다.
본 연구에서는 상대수심 변화에 따른 반사율을 중점으로 하여, 대상을 천해 및 중간수심영역의 상대수심(kh = 1.40) 까지로 한정했다. Fig.

이론/모형

특히, 외부흐름은 상당량의 바닷물을 냉각수로 사용한 후 이를 다시 주변에 방류하는 원자력발전소 또는 해안가에 위치한 화력발전소의 취수구 및 배수구와 하천이 유입되는 해안가에서 수심의 큰 변화 없이도 입사파를 다시 외해로 반사시킨다. 본 연구에서는 다양한 외부흐름에 의한 파랑의 반사율을 고유함수전개법(eigenfunction expansion method)을 이용하여 해석한다.

성능/효과

그러므로 Fig. 3(b)와 같이 상대수심이 작은 구간에서는 소멸파 성분 수에 따른 차이가 거의 없으며, 상대수심이 증가함에 따라 반사율의 미소한 차이를 보이는데 소멸파 성분을 4개 고려시 수렴한다는 것을 알 수 있다. 외부흐름이 정현형(Figs.
또한 외부흐름의 양상에 따라 최대 반사율과 반사율이 0이 되는 최소 상대수심이 현저하게 달라짐을 알 수 있었다. 그리고 동일한 양상일 경우, 최대 반사율은 Fr_max에 결정되며 반사율이 0이 되는 최소 상대수심은 외부흐름의 폭에 의해 결정됨을 알았다. 따라서 원자력 발전소의 취수구와 배수구 또는 하천과 만나는 해안 근처에 수중구조물 및 해안구조물을 설계하는 경우, 지형의 변화뿐만 아니라 외부흐름의 영향이 매우 크다는 점을 인지하여, 설계에 외부흐름의 양상에 의한 반사율을 반영할 필요가 있다.
지형 변화에 의한 입사파의 반사율보다 비록 그 크기는 상대적으로 작았으나 외부흐름에 의해서 입사파가 일부 반사됨을 알 수 있었다. 또한 외부흐름의 양상에 따라 최대 반사율과 반사율이 0이 되는 최소 상대수심이 현저하게 달라짐을 알 수 있었다. 그리고 동일한 양상일 경우, 최대 반사율은 Fr_max에 결정되며 반사율이 0이 되는 최소 상대수심은 외부흐름의 폭에 의해 결정됨을 알았다.
지형 변화에 의한 입사파의 반사율보다 비록 그 크기는 상대적으로 작았으나 외부흐름에 의해서 입사파가 일부 반사됨을 알 수 있었다. 또한 외부흐름의 양상에 따라 최대 반사율과 반사율이 0이 되는 최소 상대수심이 현저하게 달라짐을 알 수 있었다.
외부흐름의 폭이 같을 경우, Fr_max가 큰 순서인 지수형, 삼각형, 정현형, top-hat1형 순으로 최소 통과율은 증가하며 통과 율이 1이 되는 최소 상대수심은 감소한다. 지형에 변화 없이 오직 외부흐름에 의한 파랑의 변형은 상대적으로 통과 율보다 반사율에 영향을 많이 준다는 것을 알 수 있다.
20, 외부흐름이 삼각형일 때, 단위수심 당 폭을 5, 10, 15, 20로 변경하여 반사율을 계산한 것이다. 폭이 증가함에 따라 최대 반사율이 미소하게 증가하며, 반사율이 0이 되는 최소 상대수심이 작아짐을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Bragg 반사는 언제 발생하는가?	고유함수전개법을 이용한 해저지형의 변화에 따른 파랑의 반사와 전달은 이미 많은 연구가 발표되었으며(Kirby and Dalrymple, 1983; Cho and Lee, 1998; Bender and Dean, 2003), 특히 정현파형(sinusoidally varying topography)과 같이 규칙적인 해저지형을 지나는 파랑의 파장이 해저지형 파장의 두 배가 될 때 발생하는 Bragg 반사에 관한 많은 연구가 발표되었다(Liu and Cho, 1993; Mei and Liu, 1993). 그리고 Kirby et al.
	외부흐름(shear currents) 변화에 따른 반사의 특징은 무엇인가?	심해에서 발생한 파랑은 해안선 부근으로 전파하며 해저지형 변화, 외부흐름(shear currents) 변화 및 인공적인 구조물과의 상호작용, 파랑과 파랑의 상화작용 등으로 인하여 다양한 물리적 현상을 경험한다. 특히, 외부흐름은 상당량의 바닷물을 냉각수로 사용한 후 이를 다시 주변에 방류하는 원자력발전소 또는 해안가에 위치한 화력발전소의 취수구 및 배수구와 하천이 유입되는 해안가에서 수심의 큰 변화 없이도 입사파를 다시 외해로 반사시킨다. 본 연구에서는 다양한 외부흐름에 의한 파랑의 반사율을 고유함수전개법(eigenfunction expansion method)을 이용하여 해석한다.
	심해에서 발생한 파랑은 해안선 부근에서 어떤 요인으로 물리적 현상을 경험하는가?	심해에서 발생한 파랑은 해안선 부근으로 전파하며 해저지형 변화, 외부흐름(shear currents) 변화 및 인공적인 구조물과의 상호작용, 파랑과 파랑의 상화작용 등으로 인하여 다양한 물리적 현상을 경험한다. 특히, 외부흐름은 상당량의 바닷물을 냉각수로 사용한 후 이를 다시 주변에 방류하는 원자력발전소 또는 해안가에 위치한 화력발전소의 취수구 및 배수구와 하천이 유입되는 해안가에서 수심의 큰 변화 없이도 입사파를 다시 외해로 반사시킨다.

참고문헌 (11)

Belibassakis, K.A. (2005). "Propagation of water waves through shearing currents in general bathymetry." Proceedings 14th Congress of IMAM, Lisbon, Portugal, pp. 981-989.
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Cho, Y.-S., and Lee, C. (1998). "Calculation of reflection and transmission coefficients of waves over a varying topography." Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol. 18, No. 4B, pp. 351-358.
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Kirby, J.T., and Dalrymple, R.A. (1983). "Propagation of obliquely incident water waves over a trench." Journal of Fluid Mechanics, Vol. 133, pp. 47-63.

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Kirby, J.T., Dalrymple, R.A., and Seo, S.N. (1987). "Propagation of obliquely incident water waves over a trench. Part 2. Currents flowing along the trench." Journal of Fluid Mechanics, Vol. 176, pp. 95-116.

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Lee, C., and Cho, Y.-S. (2002). "Investigation of importance of evanescent modes in predicting the transformation of water waves by the linear wave theory: 1. Derivation of Equations of wave energy." Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 14, No. 4, pp. 282-285.
Liu, P.L.-F., Cho, Y.-S., Kostense, J.K., and Dingemans, M.W. (1992). " Propagation and trapping of obliquely incident wave groups over a trench with currents." Applied Ocean Research, Vol. 14, pp. 201-213.

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Liu, P.L.-F., and Cho, Y.-S. (1993). "Bragg reflection of infragravity waves by sandbars." Journal of Geophysical Research, Vol. 98, pp. 22,733-22,741.

상세보기
Mei, C.C., and Liu, P.L.-F. (1993). "Surface waves and coastal dynamics." Annual Reviewof Fluid Mechanics, Vol. 25, pp. 215-240.

상세보기
Simons, R.R., and Maciver, R. (1998). "Wave refraction across a current with strong horizontal shearing." Proceedings of the 26th International Conference on Coastal Engineering, ASCE, Copenhagen, Denmark, Vol. 1, pp. 692-705.

저자의 다른 논문 :

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].

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