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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 태풍-조석과 파랑의 상호작용에 의한 비선형성을 고려하기 위해서 해일-조석모델과 천해풍파모델의 결합을 시도하였으며, 결합된 모델을 태풍 매미를 대상으로 마산만의 해일고 및 천해파랑을 산정하여 그 결과를 제시하고자 한다.
- 보다 정도 높은 비선형효과를 고려하기 위해서는 기존의 연구자들에 의해 제안된 변수를 모두 고려하는 것이 바람직하다고 사료되며, 또한 천해풍파의 정확한 계산을 위해 계산 영역의 확장 및 기상모델의 도입이 필요할 것으로 보인다. 또한 본 연구결과를 바탕으로 폭풍해일 내습시에 연안역의 월류 및 월파, 강우에 의한 종합적인 범람 및 침수해석에 대한 연구를 진행하고자 한다.
- 본 연구에서는 해일, 조석모델과 천해 풍파모델을 결합하여 2002년에 국내를 강타하여 많은 인명 및 재산 피해가 발생한 태풍 ‘매미’를 대상으로 그적용성을 검토하고, 해일고 및 천해파랑을 산정하였다.
- (2008)은 기존의 여러 연구의 결과를 바탕으로, 해일-조석 그리고 파랑이 공존하는 해안 지역에서는 서로간에 상호 작용하는 물리적 과정을 고려할 수 있는 변수를 제시하였다. 본 연구에서는 해일-조석모델과 천해 파랑모델을 동적 결합시켜 변수들을 서로 교환함으로써 상호작용에 의해 발생하는 비선형성을 계산하고자 하였다. Fig.
- 국내의 연구로는 Chun(2009a)과 Chun(2009b)은 심해 풍파모델과 해일-조석모델을 결합하여 태풍 매미에 의한 폭풍 해일고 및 유의 파고를 산정하였다. 이 연구에서는, 천해역에서 파랑의 물리적 변화를 고려하기 위하여 심해 풍파 모델을 삼파상호작용, 천수, 굴절, 쇄파등의 현상을 고려할 수 있도록 수정하여 수치모델을 구축하였지만, 바람에 의해 해수면 마찰력에 대한 언급이 없는 것으로 비추어 볼 때 상호비선형성에 대해 고려되지 않은 것으로 판단된다. 앞서 설명한 바와 같이 연안 재해는 수심이 깊은 심해역이 아닌 수심이 얕은 천해역에서 발생하며, 파랑은 심해역에서 천해역으로 진행하면서 많은 물리적 변화를 보이기 때문에 풍파모델은 이러한 변화를 계산할 수 있는 천해풍파모델의 선택이 옳다고 판단되며, 해일-조석모델은 해상풍의 의해 작용하는 해표면 마찰과 바닥 마찰을 고려하여 수심방향에 따라 변하는 3차원 흐름을 계산할 수 있는 모델의 적용이 필요할 것으로 사료된다.
제안 방법
- CASE-1에서 대상해역의 조석계산만을 실시하여 대상해역의 조위를 검증하였으며, CASE-2에서는 해일고만을 산정하기 위하여 조석의 배제하여 계산을 실시하였다.
- (2006)은 이러한 오차보정방법을 이용하여 개량형 POM모델을 전개하였으며, 오차보정에 따른 정도의 차이를 검토하였다. 개량형 POM모델을 이용하여 동해안의 대표적인 기수호중 하나인 영랑호에 적용함으로서 그 적용성을 검증하였다. 따라서 본 연구에서는 기존의 연구에서 그 적용성이 검증된 개량형 POM을 사용하여 해일-조석모델을 구축하였다.
- 그러나, POM의 경우 외부모드는 수심 적분된 2차원 지배방정식을 채택하고 있으므로, 2차원 형태의 잉여응력을 고려할 수 있다고 판단되기에 본 연구에서는 SWAN에서 계산된 2차원 잉여응력을 외부모드의 외력으로 적용시키는 방법으로 모델을 구축하였다.
- 바람에 의한 수위상승은 Mituyasu and Honda(1984)의 식 (13)을 이용하여 해일-조석 모델의 항력계수로 적용하였다. 그러나, 파랑과의 상호작용에 의한 비선형을 고려할 경우에는 파랑의 영향이 고려되는 항력계수로 수정하여 사용하였다.
- 네스팅 처리 기법을 이용한 상세영역의 계산이 잘 재현되었는지를 알아보기 위하여, 광영역에서 계산된 조위계산 결과와 각 상세역에서 계산된 조위 계산 결과를 Fig. 4에 나타내어 비교하였다. 비교 결과 각 상세역에서는 조위는 광영역의 계산 결과와 상당히 일치하는 것으로 나타났으며, 따라서 본 연구의 네스팅 기법을 이용한 상세영역의 경계처리는 잘 재현되었다고 판단된다.
- 본 연구에서는 동적 형태의 네스팅 기법을 채용하지 않고 광영역의 계산이 끝난 후 계산된 경계조건을 이용하여 상세영역을 다시 모델링을 하는 방법으로 모델을 구축하였기에 Kowalik and Murty(1993)의 방법으로 시간적으로 너무 오래 걸리는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 A3은 A1과 1/5 비율, A4는 1/20비율, A5는 1/10비율로서 모델을 구축하였다. 상세영역의 경계조건 처리는 이하의 Fig.
- 그러나 광영역의 경우 경계조건의 지역이 대부분 수심이 깊고, 개방된 해역이기 때문에 파랑에 의한 잉여 응력와 바람에 의한 수위상승은 큰 영향이 없다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 경계조건의 처리를 조석과 저기압의 수위상승 합으로만 고려하여 계산을 실시하였다. 또한, 매미와 같은 이벤트 사상에 대한 연구에서는, 해일고 및 천해파랑 산정시는 실제 해일의 발생 시점의 조석 재현과 태풍의 내습시간을 동기화 하는 것이 무엇보다 중요하다.
- 따라서 본 연구에서는 기존의 연구에서 그 적용성이 검증된 개량형 POM을 사용하여 해일-조석모델을 구축하였다.
- 4와 같이 유속 및 수위를 경계조건으로 입력하였으며, 광영역의 경계부 격자의 물리량을 접하는 상세격자의 +2 까지 동일하게 입력하였으며, 계산의 안정화를 위하여 수심 또한 동일하게 입력하였다. 또한 천해파랑모델의 광영역에서 계산된 파랑의 스펙트럼을 이용하여 상세영역의 경계조건으로 처리하였다(Fig. 3).
- 마지막으로 CASE-5에서는 흐름과 수위를 고려한 풍파산정(CASE-4)와 비교를 위하여 해상풍에 의한 풍파의 발달만을 고려한 계산을 실시하였다.
- 마지막으로, 파랑의 영향이 고려된 항력계수를 이용하여 산정된 CASE-4(TSW) 해일고와 Mituyasu and Honda(1984)의 식을 이용하여 조석과 해일만을 고려한 CASE-3(TS)의 결과를 비교하였다. 계산 결과, CASE-3(TS)의 경우는 해일고가 상당히 낮게 나타나는 것을 볼 수 있으며, CASE-4(TSW)에서 보다 정도 높은 해일고를 재현하는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 사용된 해일-조석모델인 POM의 해면 경계조건에 관한 식 (23)과 운동방정식에 관한 식 (24), 식 (25)에 잉여응력항이 추가되도록 수정하였으며, 해면 마찰응력 τs은 식 (20)에 의해 재 산정된 항력계수를 이용하여 산정하였다.
- 또한, 매미와 같은 이벤트 사상에 대한 연구에서는, 해일고 및 천해파랑 산정시는 실제 해일의 발생 시점의 조석 재현과 태풍의 내습시간을 동기화 하는 것이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 NAO.99 조석 예보 시스템의 자료를 이용하여 태풍 매미시의 실시간 예측 조위를 경계조건으로 사용하였다.
- 본 연구에서는 해일-조석 및 파랑의 비선형 상호작용을 고려할 수 있도록 해일-조석모델과 천해풍파모델을 결합시켜 태풍 ‘매미’에 대한 해일고 및 천해파랑을 산정하였다.
- 본 해일-조석모델이 해일고를 잘 산정하는지를 판단하기 위하여, 파랑과 조석 영향이 배제된 CASE-2(S) 조건으로 계산을 실시하였다. 계산에 사용된 항력계수는 Mituyasu and Honda(1984)의 식을 이용하였으며, 관측 값 또한 조석의 영향이 배제된 Park(2010)의 자료를 이용하여 계산 결과와 비교하였다.
- 상세영역(A2, A3, A4)의 경계조건 설정을 위하여 광영역(A1)과 접하는 격자의 평균유속 및 수위를 이용하였다.
- 따라서 표면 마찰응력은 실제 해역의 해면 형태를 고려하는 것이 아니기 때문에, 파랑이 존재하는 해면에서, 발생하는 해면의 마찰응력을 고려할 필요가 있다. 이렇게 파랑의 영향이 고려된 해면 마찰응력을 산정하기 위하여, 해일-조석 모델에서 제시된 항력계수를 아래의 항력계수로 재 산정하여 해일-조석모델의 해표면 마찰응력을 적용한다. Janssen(1989, 1991, 1992)는 공기의 흐름이 있는 상태에서 바람에 의해 발생되는 중력파의 영향을 설명하였으며, Janssen의 이론에 따르면, 전체 해면에 작용하는 마찰응력은 난류와 파랑의 마찰응력으로 표현 가능하며, 난류 마찰응력은 혼합거리 이론에 의해 표현될 수 있다.
- 천해풍파모델의 상세영역 경계조건은 광영역에서 30분 간격으로 계산된 스펙트럼을 이용하였으며, 태풍의 기압분포 및 해상풍의 계산 결과는 해일-조석모델의 계산시간과 동일하게 반영하였다(Table 2).
- 태풍에 의한 해일이 조석에 의해 발생하는 조류에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 알아보기 위하여, CASE-1(T)의 유동장 결과와 CASE-4(TSW) 결과를 비교하였다(Fig. 7.1, 7.2). 계산 결과, 태풍에 의해 발생되는 흐름은 해상풍의 풍향에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며, 태풍이 한반도를 상륙하기 이전에는 남서쪽으로 남하하는 흐름이 발생하며, 태풍이 한반도를 상륙한 이후에는 해상풍의 풍향이 바뀌면서 흐름도 북서쪽으로 북상하는 흐름으로 바뀌는 것을 확인할 수 있다.
- 2). 특히 남동부 연안중 많은 인명피해와 재산피해가 발생한 통영, 마산, 부산에 대해서는 네스팅 기법을 이용하여, 광영역(A1)의 계산된 유속 및 수위를 각 상세영역(A2, A3, A4)의 경계조건으로 처리하여 상세하게 분석하였다. Table 1은 자세한 해석영역의 정보를 나타낸다.
- 해일-조석모델과 천해 파랑모델간의 변수 교환은 30분 간격으로 실시하였으며, 각 상세영역의 경계조건 데이터는 1분 간격으로 계산된 유속 및 수위를 반영하였다.
대상 데이터
- 대상해역의 설정은 태풍매미에 의해 피해가 극심했던 우리나라 남동부 해역으로 국한하여 설정하였다(Fig. 2). 특히 남동부 연안중 많은 인명피해와 재산피해가 발생한 통영, 마산, 부산에 대해서는 네스팅 기법을 이용하여, 광영역(A1)의 계산된 유속 및 수위를 각 상세영역(A2, A3, A4)의 경계조건으로 처리하여 상세하게 분석하였다.
이론/모형
- POM은 원시방정식을 기본으로 하며, 난류모델은 Meller-Yamada의 2.5모델을 사용한다. 연직방향으로는 시그마 좌표계를, 수평방향으로는 곡선 및 직교좌표계를 사용하며, Arakawa C 차분스킴을 이용하여 각 격자점의 물리량을 정의 하고 있다(Mellor, 2004).
- 본 해일-조석모델이 해일고를 잘 산정하는지를 판단하기 위하여, 파랑과 조석 영향이 배제된 CASE-2(S) 조건으로 계산을 실시하였다. 계산에 사용된 항력계수는 Mituyasu and Honda(1984)의 식을 이용하였으며, 관측 값 또한 조석의 영향이 배제된 Park(2010)의 자료를 이용하여 계산 결과와 비교하였다. 그 결과 본 해일-조석모델이 해일고를 비교적 잘 재현하는 것으로 조사되었다.
- 식 (7), (8) 은 X, Y방향의 수평 점성항이며, 수평방향의 와동점성계수는 Smagorinsky형(식 (9))을 이용한다. 또한, 연직방향의 와동점성계수 및 와동확산계수는 Mellor and Yamada(1982)의 Level 2.5 난류모델(식 (10), (11))을 이용한다.
- 바람에 의한 수위상승은 Mituyasu and Honda(1984)의 식 (13)을 이용하여 해일-조석 모델의 항력계수로 적용하였다. 그러나, 파랑과의 상호작용에 의한 비선형을 고려할 경우에는 파랑의 영향이 고려되는 항력계수로 수정하여 사용하였다.
- 태풍모델에서 계산된 해면기압과 해상풍은 해일-고조모델과 파랑모델의 인풋으로 사용되어 진다. 본 연구에서는 Mayer식(식 (1))을 이용하여 해면기압을 산정 하였고, 기압차에 따른 경도풍의 산정은 식 (2)를 적용하였다.
- 본 연구에서는 동적 형태의 네스팅 기법을 채용하지 않고 광영역의 계산이 끝난 후 계산된 경계조건을 이용하여 상세영역을 다시 모델링을 하는 방법으로 모델을 구축하였기에 Kowalik and Murty(1993)의 방법으로 시간적으로 너무 오래 걸리는 단점이 있다.
- 태풍 매미의 재현을 위하여 Park(2010)의 태풍 입력 조건을 사용하였으며, Table 2에 본 연구에 사용된 태풍 정보를 나타내었다.
성능/효과
- (1) 조석과 파랑의 영향이 고려되지 않은 해일고 산정(CASE- 2(S)) 결과 관측치와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 특히 일반적인 폭풍해일 모델의 경우에 2차원 수심 적분모델을 이용하여 해일고를 산정하여 그 계산 결과를 이동평균하여 보간하는 경우가 대부분이다.
- (2) 파랑의 비선형효과를 고려하지 않고 해일-조석간의 비선형 상호작용만을 고려한 CASE-3(TS)의 결과의 경우, 계산치가 관측치를 조금 작게 산정되는 것으로 나타났다. 따라서 일반적으로 해일 계산에서 사용되는 Mituyasu and Honda(1984)의 항력계수 식으로는 선형적 해일고 산정 방법에는 적용 가능할지 모르나, 비선형이 고려된 해일고 추산에는 적합하지 못한 것으로 나타났다.
- (3) CASE-4(TSW)의 해일-조석 및 파랑간의 비선형 상호작용을 모두 고려한 경우에 다른 실험 Case에 비해 관측된 해일고를 보다 정도 높게 산정할 수 있는 것으로 판단된다. 특히 비선형 효과를 고려할 경우에는 본 연구에서 적용한 바와 같이 반드시 파랑의 영향이 고려된 항력계수로 재 산정하는 것이 타당하다고 판단된다.
- (4) CASE-4(TSW)의 본 모델의 천해파랑계산 결과가 유의파고의 관측치보다 약간 작게 나타났으나, 비교적 잘 재현하고 있는 것으로 판단된다. 본 연구의 계산 영역이 태풍의 풍파를 재현하기에는 작게 설정되었고, 또한 본 모델은 태풍의 압력차에 의한 경도풍만을 해상풍으로 재현하고 있기 때문에 태풍이 영향을 미치기 전의 기상에 의한 해상풍을 재현하지는 못하여 풍파의 발달이 관측치에 비하여 약간 느리게 진행하는 것으로 판단된다.
- 마지막으로, 파랑의 영향이 고려된 항력계수를 이용하여 산정된 CASE-4(TSW) 해일고와 Mituyasu and Honda(1984)의 식을 이용하여 조석과 해일만을 고려한 CASE-3(TS)의 결과를 비교하였다. 계산 결과, CASE-3(TS)의 경우는 해일고가 상당히 낮게 나타나는 것을 볼 수 있으며, CASE-4(TSW)에서 보다 정도 높은 해일고를 재현하는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 역시 조석과 해일의 상호작용에 의한 비선형 효과를 일반적인 해일고 산정에 이용하는 Mituyasu and Honda(1984)으로는 재현이 어렵기 때문이라 판단되며, 따라서 해일, 조석 및 파랑간의 비선형 효과를 고려하기 위해서는 파랑의 영향이 고려된 항력계수를 사용하는 것이 정도 높은 해일고를 계산 할 수 있다고 판단된다.
- 계산 결과, 마산과 통영 인근 지역에서 상당히 높은 해일고를 보이고 있으며, 통영의 좌측 편에 위치한 고성과 사천만에서도 높은 해일고를 보이고 있다.
- 2). 계산 결과, 태풍에 의해 발생되는 흐름은 해상풍의 풍향에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며, 태풍이 한반도를 상륙하기 이전에는 남서쪽으로 남하하는 흐름이 발생하며, 태풍이 한반도를 상륙한 이후에는 해상풍의 풍향이 바뀌면서 흐름도 북서쪽으로 북상하는 흐름으로 바뀌는 것을 확인할 수 있다. 또한 태풍에 의해 발생하는 흐름은 해면 마찰응력이 크게 미치는 수심이 얕은 지역에서 크게 발생하는 것을 확인 할 수 있다.
- 9에 나타내었다. 계산 결과, 태풍의 중심으로부터 우측 상단부에서 가장 큰 파고가 발생하는 것으로 조사되었으며, 7m이상의 고파랑이 발생하는 것으로 나타났다. 그러나 앞서 천해파랑의 산정 결과에서 언급 하였듯이, 본 연구의 계산영역의 제한으로 파랑이 발달할 수 있는 취송거리가 제약을 받고 있어 관측결과와 약간의 차이를 나타내고 있다.
- 6에 나타내었다. 계산결과 태풍이동속도로 인한 경도풍과의 합성으로 태풍의 오른쪽인 위험반경에서 해상풍이 크게 발생하는 것을 잘 재현하고 있으며, 이동경로 역시 본 모델이 잘 재현하는 것으로 나타났다.
- 계산된 결과에서, 조석만을 고려한 유동결과(CASE-1(T))와 해일-조석 및 파랑을 모두 고려한 유동결과(CASE-4(TSW)을 비교하였으며, 또한 CASE-4(TSW)에 의해 산정된 천해파랑 분포를 결과(Time = 2003.09.12 21:00)를 도시하였다.
- 계산에 사용된 항력계수는 Mituyasu and Honda(1984)의 식을 이용하였으며, 관측 값 또한 조석의 영향이 배제된 Park(2010)의 자료를 이용하여 계산 결과와 비교하였다. 그 결과 본 해일-조석모델이 해일고를 비교적 잘 재현하는 것으로 조사되었다. 본 모델에서는 각 영역의 계산을 분리하여 따로 계산하는 번거로움은 있지만, 계산 결과를 안정하게 구할 수 있다는 것으로 판단된다.
- 특히 일반적인 폭풍해일 모델의 경우에 2차원 수심 적분모델을 이용하여 해일고를 산정하여 그 계산 결과를 이동평균하여 보간하는 경우가 대부분이다. 따라서, 본 연구에서 사용된 3차원 해일-조석(POM)모델이 2차원 수심 적분 모델에 비하여 해일고를 안정적으로 보다 정확하게 산정할 수 있는 것으로 판단된다.
- 그러나 앞서 천해파랑의 산정 결과에서 언급 하였듯이, 본 연구의 계산영역의 제한으로 파랑이 발달할 수 있는 취송거리가 제약을 받고 있어 관측결과와 약간의 차이를 나타내고 있다. 또한 일반적으로 태풍보다는 태풍으로 발생된 너울성 파랑이 태풍에 비해 연안지역에 빨리 영향을 미치게 되는데, 본 연구 결과에서도 이러한 파랑의 재현을 잘 하는 것으로 나타났다. 상세영역의 계산 결과, 통영과 마산에서는 거제도 등과 같은 섬으로 인한 차폐영역의 형성으로 직접적인 고파랑이 직접 전파 되지는 못하는 것으로 나타난 반면, 외해의 직접적인 영향을 받는 부산에서는 상당히 높은 고파랑의 발생을 비교적 잘 재현하고 있는 것으로 나타났다.
- 계산 결과, 태풍에 의해 발생되는 흐름은 해상풍의 풍향에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며, 태풍이 한반도를 상륙하기 이전에는 남서쪽으로 남하하는 흐름이 발생하며, 태풍이 한반도를 상륙한 이후에는 해상풍의 풍향이 바뀌면서 흐름도 북서쪽으로 북상하는 흐름으로 바뀌는 것을 확인할 수 있다. 또한 태풍에 의해 발생하는 흐름은 해면 마찰응력이 크게 미치는 수심이 얕은 지역에서 크게 발생하는 것을 확인 할 수 있다.
- 그 결과 본 해일-조석모델이 해일고를 비교적 잘 재현하는 것으로 조사되었다. 본 모델에서는 각 영역의 계산을 분리하여 따로 계산하는 번거로움은 있지만, 계산 결과를 안정하게 구할 수 있다는 것으로 판단된다.
- 본 모델의 계산결과가 유의파고의 관측치를 약간 작게 산정하고 있으나 비교적 잘 재현하고 있는 것으로 판단된다.
- (4) CASE-4(TSW)의 본 모델의 천해파랑계산 결과가 유의파고의 관측치보다 약간 작게 나타났으나, 비교적 잘 재현하고 있는 것으로 판단된다. 본 연구의 계산 영역이 태풍의 풍파를 재현하기에는 작게 설정되었고, 또한 본 모델은 태풍의 압력차에 의한 경도풍만을 해상풍으로 재현하고 있기 때문에 태풍이 영향을 미치기 전의 기상에 의한 해상풍을 재현하지는 못하여 풍파의 발달이 관측치에 비하여 약간 느리게 진행하는 것으로 판단된다. 따라서 보다 정도 높은 풍파의 계산을 위해서는 본 연구에서 설정된 계산 영역보다 큰 영역의 설정이 필요할 것으로 보이며, 풍파계산을 위해서는 태풍모델보다는 기상모델을 이용하여, 기상조건에 따른 해상풍을 재현하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구의 계산 영역이 태풍의 풍파를 재현하기에는 작게 설정되었기 때문이며, 또한 본 모델은 태풍의 압력차에 의한 경도풍만을 해상풍으로 재현하고 있기 때문에 태풍이 영향을 미치기 전의 기상에 의한 해상풍을 재현하지는 못하여 풍파의 발달이 관측치에 비하여 약간 느리게 진행하는 것으로 판단된다. 따라서 보다 정도 높은 풍파의 계산을 위해서는 본 연구에서 설정된 계산 영역보다 큰 영역의 설정이 필요할 것으로 보이며, 풍파계산을 위해서는 태풍모델보다는 기상모델을 이용하여, 기상조건에 따른 해상풍을 재현하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
- 4에 나타내어 비교하였다. 비교 결과 각 상세역에서는 조위는 광영역의 계산 결과와 상당히 일치하는 것으로 나타났으며, 따라서 본 연구의 네스팅 기법을 이용한 상세영역의 경계처리는 잘 재현되었다고 판단된다.
- 또한 일반적으로 태풍보다는 태풍으로 발생된 너울성 파랑이 태풍에 비해 연안지역에 빨리 영향을 미치게 되는데, 본 연구 결과에서도 이러한 파랑의 재현을 잘 하는 것으로 나타났다. 상세영역의 계산 결과, 통영과 마산에서는 거제도 등과 같은 섬으로 인한 차폐영역의 형성으로 직접적인 고파랑이 직접 전파 되지는 못하는 것으로 나타난 반면, 외해의 직접적인 영향을 받는 부산에서는 상당히 높은 고파랑의 발생을 비교적 잘 재현하고 있는 것으로 나타났다.
- 조석의 영향만이 고려된 CASE-1(T)의 결과와 비교하여 볼 때, 조석의 영향으로 마산만 또는 통영으로 유입되는 흐름은 태풍의 영향으로 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 태풍이 지나간 이후에는 상당히 빠르게 유출되는 것으로 나타났다. 그리고 태풍이 접근하면서 발생하는 흐름 형태는 조석만이 고려된 CASE-1(T)과 상당히 일치하고 있는 것을 확인할 수 있다.
- 통영, 마산, 부산의 상세영역에 대한 해일고 계산 결과, 해일고는 해상풍의 풍향에 따라, 그 변화가 크게 나타났다. 특히 태풍이 각 영역으로 통과하기 이전과 이후의 태풍의 해상풍 변화로 인하여 수위 상승량이 크게 좌우되는 것으로 판단된다.
- (3) CASE-4(TSW)의 해일-조석 및 파랑간의 비선형 상호작용을 모두 고려한 경우에 다른 실험 Case에 비해 관측된 해일고를 보다 정도 높게 산정할 수 있는 것으로 판단된다. 특히 비선형 효과를 고려할 경우에는 본 연구에서 적용한 바와 같이 반드시 파랑의 영향이 고려된 항력계수로 재 산정하는 것이 타당하다고 판단된다.
후속연구
- 본 연구의 계산 영역이 태풍의 풍파를 재현하기에는 작게 설정되었기 때문이며, 또한 본 모델은 태풍의 압력차에 의한 경도풍만을 해상풍으로 재현하고 있기 때문에 태풍이 영향을 미치기 전의 기상에 의한 해상풍을 재현하지는 못하여 풍파의 발달이 관측치에 비하여 약간 느리게 진행하는 것으로 판단된다. 따라서 보다 정도 높은 풍파의 계산을 위해서는 본 연구에서 설정된 계산 영역보다 큰 영역의 설정이 필요할 것으로 보이며, 풍파계산을 위해서는 태풍모델보다는 기상모델을 이용하여, 기상조건에 따른 해상풍을 재현하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
- 그러나 위의 결론과 같이 해일-조석 및 파랑간의 비선형 상호작용을 고려하여 해일고를 산정하였지만 아직까지 파랑에 의한 바닥마찰 및 Stokes drift와 같은 항이 고려되지 못하고 있다. 보다 정도 높은 비선형효과를 고려하기 위해서는 기존의 연구자들에 의해 제안된 변수를 모두 고려하는 것이 바람직하다고 사료되며, 또한 천해풍파의 정확한 계산을 위해 계산 영역의 확장 및 기상모델의 도입이 필요할 것으로 보인다. 또한 본 연구결과를 바탕으로 폭풍해일 내습시에 연안역의 월류 및 월파, 강우에 의한 종합적인 범람 및 침수해석에 대한 연구를 진행하고자 한다.
- 앞의 연직방향의 경계조건은 해수유동을 계산하기 위한 일반적인 경계조건이다. 본 연구에서는 태풍에 의한 해일고를 계산하기 위해서 태풍모델에서 산정된 해표면 압력과 해상풍에 의한 해표면 마찰이 고려되어야 한다. 해표면의 압력차에 의해 발생하는 저기압의 수위상승을 고려하기 위하여 식 (12)을 적용하였다(Kim et al.
- 이 연구에서는, 천해역에서 파랑의 물리적 변화를 고려하기 위하여 심해 풍파 모델을 삼파상호작용, 천수, 굴절, 쇄파등의 현상을 고려할 수 있도록 수정하여 수치모델을 구축하였지만, 바람에 의해 해수면 마찰력에 대한 언급이 없는 것으로 비추어 볼 때 상호비선형성에 대해 고려되지 않은 것으로 판단된다. 앞서 설명한 바와 같이 연안 재해는 수심이 깊은 심해역이 아닌 수심이 얕은 천해역에서 발생하며, 파랑은 심해역에서 천해역으로 진행하면서 많은 물리적 변화를 보이기 때문에 풍파모델은 이러한 변화를 계산할 수 있는 천해풍파모델의 선택이 옳다고 판단되며, 해일-조석모델은 해상풍의 의해 작용하는 해표면 마찰과 바닥 마찰을 고려하여 수심방향에 따라 변하는 3차원 흐름을 계산할 수 있는 모델의 적용이 필요할 것으로 사료된다.
- 태풍에 의한 연안 재해는 폭풍해일고의 상승으로 인한 범람과 태풍과 동반되어 진행하는 풍파에 의한 구조물의 파괴가 대표적이다. 이러한 폭풍해일과 풍파에 따른 태풍의 피해를 줄이고 예측하기 위해서는 태풍, 조석 그리고 파랑의 영향을 고려할 수 있는 폭풍 해일고 산정과 이 결과를 바탕으로 연안 도시지역의 범람수 거동을 정도 높게 재현할 수 있는 종합적인 수치모델의 개발이 필요하다. 왜냐하면 태풍에 의해 발생된 해일고는 결국 연안지역에 범람문제를 일으키게 되는 주요인으로, 해일고의 상승과 범람은 연속된 과정이기 때문에 하나의 문제로 인식해야만 할 필요가 있다.
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