[논문]설계조위와 관련된 약최고고조위의 시·공간적 편차

강주환; 주양미; 조홍연; 권혁민

doi:10.9765/kscoe.2014.26.2.72

초록
AI-Helper

설계조위 산정에 종종 이용되고 있는 약최고고조위는 발생빈도가 불분명할 뿐 아니라 평균해수면 상승에 따른 시간적 편차 및 해역별 조위특성 차이에 기인한 공간적 편차 등의 문제점을 내포하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 해역별로 주요 4대분조 및 연주조 등의 비율을 조사하였고 확률분포함수에 의한 해석을 시행하였다. 시간적 편차문제는 최신조위자료를 활용함으로써 쉽게 해결될 수 있다. 공간적 편차문제를 해결하기 위하여 연주조를 고려함으로써 하절기에 형성되는 약최고고조위를 대안으로 제시하였다. 분석결과 남해안에서 10 cm 이상, 동해안에서 15~25 cm 정도의 설계조위 증분이 필요한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The approximately highest high water(AHHW), which has been used frequently as a basis of the design sea level, has not only ambiguous return period but also spatio-temporal problems induced by sea level rise and the spatial variability of tidal characteristics. The ratios of 4 major constituents wit...

The approximately highest high water(AHHW), which has been used frequently as a basis of the design sea level, has not only ambiguous return period but also spatio-temporal problems induced by sea level rise and the spatial variability of tidal characteristics. The ratios of 4 major constituents with other constituents were investigated. In addition, tidal data were analyzed by probability density function. The temporal variability may be cured by using the latest tidal data. And the AHHW at summer was examined to lessen the spatial variability. The results show that the design sea levels need to increase by 10 cm or more at the Southern Coast and by 15~25 cm at the East Coast.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

5%에 미달하는 서해안에서는 최신 조위자료를 통해 약최고고조위를 산정함으로써 지구온난화에 따른 평균해수면 변화를 적절히 반영하는 정도면 충분하다. 반면, 남해안 및 동해안에서는 최신 조위자료를 통한 평균해수면 변화 반영은 물론이고 여기에 연주조가 포함된 하계약최고고조위를 설계조위에 반영하는 방법에 대하여 검토하였다. 그 결과 부산의 경우 초과확률이 0.
따라서 설계조위에 반영되는 약최고고조위를 일률적으로 설정할 것이 아니라 해역별 조석환경을 비롯한 제반특성을 감안해 설정할 필요성이 제기된다. 본 고에서는 그 해결방안의 하나로 약최고고조위 산정시 하절기에 높게 형성되는 평균해수면을 고려하여 주요 4대분조에 연주조를 포함시키는 방법에 대하여 검토하였다. 하계약최고고조위를 적용하기 전에도 초과확률이 0.
, 2006) 등을 통해 임의의 조위면에 대한 초과 확률을 간접적으로 확인할 수 있는 정도이다. 본 연구에서는 설계기준으로서 약최고고조위면에 대한 제반 문제점에 대한 정량적인 해석을 시행하였고 이를 개선할 수 있는 방안에 대해서도 고찰하였다.
기준조석에서 제시되는 공식적인 약최고고조위와 구분하기 위하여 이렇게 산정된 약최고고조위 및 평균 해수면을 각각 약최고고조위(05)와 평균해수면(05)로 표기하기로 한다. 약최고고조위(05)는 Table 1에 제시된 해양조사원에서 기준조석을 통해 산정된 공식적인 약최고고조위와는 일치하지 않지만 동일한 시기의 일관성 있는 자료로서 본 논문에서는 기준조석 대신 약최고고조위(05) 자료를 해석하고자 한다.
2에서 볼 수 있듯이 하계에는 약최고고조위 초과확률이 매우 높아져 설계조위로서의 의미를 부여하기 어려운 실상이다. 이러한 문제점을 완화시키기 위한 한 가지 방안으로 설계에 반영 되는 기존의 약최고고조위를 하계에 형성되는 약최고고조위로 대체하는 방안에 대하여 검토하였다.

제안 방법

(2004) 및 Kweon et al.(2006)이 제안한 쌍봉형 확률분포함수 형태에 가중계수를 포함시킨 형태를 적용하여 조위관측소별로 초과확률 산정을 비롯한 제반 해석을 수행하고자 한다. 쌍봉형 확률분포함수란 평균과 분산이 서로 다른 2개의 정규분포함수의 합의 형태로서, 확률밀도함수 (probability density function; PDF)는 식 (1)에 제시하였고 이를 적분한 형태인 누적분포함수(cumulative distribution function; CDF)는 식 (2)와 같다.
5년간 매시별 예측치 조위자료 중 약최고고조위(05)를 초과하는 조위자료의 개수를 파악하여 초과확률을 산정하였다. 그 결과를 Table 3에 제시하였는데 조차가 클수록 초과확률이 작음을 확인할 수 있으며, 1시간 자료의 초과확률이 서해안의 경우 0.
5%를 상회하고 있어 Sa분조를 감안할 필요성이 제기된다. 따라서 남해안의 경우 Sa분조를 반영하되 부산에서의 반영후 초과확률인 0.5%정도까지만 반영하는 방안을 제안한다. 즉, Table 8에 보인 바와 같이 Sa분조 진폭(H_Sa)을 반영률(k)의 조정을 통해 초과확률이 0.
분조별 변화 및 특히 평균해수면 상승과 맞물려 향후 약최고고조위는 지속적인 상승이 예상되고 있으며, 공간적으로도 분조조건과 평균해수면 상승률에 차이가 있어 모든 조위 관측소에서 서로 다른 특성을 보이고 있다. 이와 같은 공간적 편차양상을 파악하기 위하여 먼저 국내 대표적인 조위관측소의 조위자료를 분석하여 관측소별 약최고고조위 초과확률을 산정하였다. 전술한 바와 같이 기준조석에서 제시된 약최고고조위는 조위관측소별로 산정시기가 동일하지 않으므로 일관성 있는 비교를 위하여 모든 조위관측소에서 동일한 시기의 조위자료를 수집하였다.
전술한 5년간(2001~2005)의 자료에 대한 해석을 일반화시키기 위하여 조위발생에 대한 연속적인 확률분포함수를 도출 하였다. 즉, Cho et al.
(2004)과 동일한 방법으로 수행 하였다. 즉, 임의의 비선형함수로 표시되는 함수와 조위자료의 확률밀도함수의 불일치도(오차제곱합)를 최소화하는 함수를 목적함수로 선정하여 수행되었다. 초기 매개변수 값을 이용하여 다음 단계의 매개변수 값을 반복적으로 추정하는 기법은 비선형 최적화 매개변수 추정에 범용적으로 이용되는 Newton 방법을 수정한 Levenberg-Marquardt 방법(Bazaraa et al.
이렇게 도출된 누적분포함수를 이용하면 특정 조위에 대한 초과확률을 계산할 수 있다. 즉, 초과확률 0.5%, 1%, 5%, 10% 등에 해당하는 조위를 Newton-Raphson 반복법을 사용 하여 추정하였다. 그 결과를 Table 7에 제시하였고 Fig.

대상 데이터

1에 도시하였다. 결측이 많았던 해는 배제되었으며, 목포의 경우 조석환경변화(Kang, 1999) 시기를 배제하기 위하여 기준조석 설정시기 이후에 해당하는 1999년 이후 자료를 대상으로 선정하였다. 이들의 변화양상을 파악하기 위하여 선형회귀분석을 시행하였으며 그 결과는 Table 2와 같다.
반면 약최고고조위로 설정되는 설계조위 산정은 기준 조석 설정시기 이후의 평균해수면 변화가 반영되어야 하므로 적절한 시기에 개정작업이 요구된다. 본 연구에서 해석대상으로 선정한 조위관측소는 서해안의 인천(IC), 군산(GS), 목포(MP), 남해안의 여수(YS), 통영(TY), 부산(BS), 동해안의 포항(PH), 속초(SC) 등 8곳으로 각 조위관측소별 기준조석 설정현황을 Table 1에 제시하였다.
이와 같은 공간적 편차양상을 파악하기 위하여 먼저 국내 대표적인 조위관측소의 조위자료를 분석하여 관측소별 약최고고조위 초과확률을 산정하였다. 전술한 바와 같이 기준조석에서 제시된 약최고고조위는 조위관측소별로 산정시기가 동일하지 않으므로 일관성 있는 비교를 위하여 모든 조위관측소에서 동일한 시기의 조위자료를 수집하였다. 국내 관측소 전체적으로 결측치가 가장 적은 2001~2005년 자료(Cho et al.

데이터처리

결측이 많았던 해는 배제되었으며, 목포의 경우 조석환경변화(Kang, 1999) 시기를 배제하기 위하여 기준조석 설정시기 이후에 해당하는 1999년 이후 자료를 대상으로 선정하였다. 이들의 변화양상을 파악하기 위하여 선형회귀분석을 시행하였으며 그 결과는 Table 2와 같다. 이를 보면 평균해수면의 경우 남해안인 통영에서 1.

이론/모형

즉, 임의의 비선형함수로 표시되는 함수와 조위자료의 확률밀도함수의 불일치도(오차제곱합)를 최소화하는 함수를 목적함수로 선정하여 수행되었다. 초기 매개변수 값을 이용하여 다음 단계의 매개변수 값을 반복적으로 추정하는 기법은 비선형 최적화 매개변수 추정에 범용적으로 이용되는 Newton 방법을 수정한 Levenberg-Marquardt 방법(Bazaraa et al., 1993) 을 이용하였다. 산정된 매개변수 값은 Table 6과 같다.

성능/효과

반면, 남해안 및 동해안에서는 최신 조위자료를 통한 평균해수면 변화 반영은 물론이고 여기에 연주조가 포함된 하계약최고고조위를 설계조위에 반영하는 방법에 대하여 검토하였다. 그 결과 부산의 경우 초과확률이 0.5% 정도로 크게 낮아졌으며 여타 남해안 지역에서는 부산결과에 준해서 초과확률이 0.5% 정도에 해당하는 크기의 연주조 진폭만을 반영하는 방안을 제시하였다. 그 결과 특히 남해안과 동해안에서 최소한 10 cm 이상 최대 25 cm 정도의 설계조위 증분이 필요한 것으로 나타났다.
5% 정도에 해당하는 크기의 연주조 진폭만을 반영하는 방안을 제시하였다. 그 결과 특히 남해안과 동해안에서 최소한 10 cm 이상 최대 25 cm 정도의 설계조위 증분이 필요한 것으로 나타났다.
이러한 맥락으로 약최고고조위(05)에 연주조를 포함시킨 경우에 대한 초과확률을 산정한 결과를 Table 8에 제시하였다. 기준조석에 의한 약최고고조위(AHHW) 및 약최고고조위(05)의 경우 지역별 초과확률에 대한 표준편차가 16.1 cm와 6.43 cm로 분포의 편차가 매우 크게 나타나고 있지만 연주조를 포함시킨 경우 표준편차가 0.61 cm로 감소하여 공간적 편차가 크게 개선되고 있음을 확인할 수 있다.
특히 포항에서는 연주조인 Sa분조 진폭이 4대분조의 진폭합을 초과하고 있다. 이러한 세 종류 분조, 즉 4대분조와 4대분조에서 파생된 천해조 및 계절조 등을 제외한 나머지 89개 분조 진폭합의 전체분조 진폭합에 대한 비율은 전체 해역에서 30% 정도의 큰 차이가 없는 분포를 보이고 있다.
3에서 확인할 수 있다. 즉, Fig. 3에 1980년 이후 각 조위관측소에서 고조위(HWL) 중 약최고고조위 초과확률을 연도별로 정리하였는데 전체해역에서 증가경향을 확인할 수 있으며 특히 부산과 동해안에서 뚜렷한 증가경향을 보이고 있다. 고조위 자료 중 7월~9월의 하절기의 고고조위 자료(SHHWL; 하절기 일최고조위)에 국한하여 약최고고조위 초과확률을 구한 결과에 대해서도 함께 제시하였는데 고조위 결과와 유사하게 증가경향을 보이고 있다.
또한 동해안의 경우 70% 이상의 확률을 보이고 있어 ‘매우 높은 조위’로 설정된 약최고고조위의 의미를 무색하게 하는 결과를 보이고 있다. 즉, 태풍발생이 하절기인 7월~9월에 주로 발생함을 감안할 때 하절기 태풍내습시 해당일의 최고조위가 약최고고조위를 초과할 확률이 서해안과 남해안은 부산을 제외하고 10% 전후 정도임에 비해 동해안의 경우 최근에는 70% 이상이며 포항의 경우 100%에 가까운 확률을 보이고 있어 거의 매번 고고조위가 약최고고조위를 초과하고 있음을 의미하고 있다. 따라서 설계조위를 설정할 경우 이러한 지역적 및 계절별 특성이 반영되어야 할 것이다.
각 조위관측소별로 분조의 진폭비를 2001년~2005년 자료로부터 취득하여 Table 5에 제시하였다. 총 102개 분조의 진폭이 산정되었는데, 전체분조의 진폭에 대한 각 분조별 진폭 비가 해역별로 뚜렷하게 차이가 나고 있음을 볼 수 있다. 4대분조의 진폭은 서해안에서 월등히 크고 남해안, 동해안으로 갈수록 작아지는 경향을 보이고 있다.

후속연구

또한 제안된 방식의 설계조위에 반영되는 약최고고조위의 초과확률이 전반적으로 대략 0.5% 정도임을 감안하여 0.5%초과확률에 해당되는 조위를 약최고고조위를 대신하여 설계 조위에 반영하는 조위로 채택하는 방안에 대해서는 추가적인 검토가 필요하다.
설계조위와 관련되어 약 최고고조위는 그 발생빈도가 불분명하다고 하였는데, 이렇게 함으로써 전체 해역에서 약최고고조위의 초과확률을 Table 7에 제시된 0.5% 수준으로 치환할 수 있는 방법에 대해서도 추후 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	쌍봉형 확률분포함수란?	(2006)이 제안한 쌍봉형 확률분포함수 형태에 가중계수를 포함시킨 형태를 적용하여 조위관측소별로 초과확률 산정을 비롯한 제반 해석을 수행하고자 한다. 쌍봉형 확률분포함수란 평균과 분산이 서로 다른 2개의 정규분포함수의 합의 형태로서, 확률밀도함수 (probability density function; PDF)는 식 (1)에 제시하였고 이를 적분한 형태인 누적분포함수(cumulative distribution function; CDF)는 식 (2)와 같다.
	해양수산부에서 제시한 설계조위 산정방법은?	해양수산부(MOF, 2005)에 따르면 폭풍해일 대책에 대한 설계조위 산정방법으로 ‘1) 기왕고극조위 또는 이것에 약간의 여유를 더한 조위’ 또는 ‘3) 해일 수치모형실험 등에 의해 해일고를 추산하는 경우는 약최고고조위와 해일고를 더한 조위’ 등을 포함해 약최고고조위와 관련된 4가지 항목을 제시하고 있다. 그런데 이 내용은 일본 항만협회에서 제시한 내용(MLIT, 2008)과 거의 동일하며 일본에서 제시한 삭망평균고조면 대신 우리나라에서는 약최고고조위로 치환한 차이 정도만 있는 상태이다.
	본 연구에서 설계조위 산정 시 시간적 편차와 공간적 편차에 대해 제시한 해결방안은?	이러한 문제점을 해결하기 위해 해역별로 주요 4대분조 및 연주조 등의 비율을 조사하였고 확률분포함수에 의한 해석을 시행하였다. 시간적 편차문제는 최신조위자료를 활용함으로써 쉽게 해결될 수 있다. 공간적 편차문제를 해결하기 위하여 연주조를 고려함으로써 하절기에 형성되는 약최고고조위를 대안으로 제시하였다. 분석결과 남해안에서 10 cm 이상, 동해안에서 15~25 cm 정도의 설계조위 증분이 필요한 것으로 나타났다.

참고문헌 (14)

Aubrey, D.G. and Speer, P.E. (1985). A study of nonlinear tidal propagation in shallow inlet/estuarine systems, Part I: observations. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 21, 185-205.

상세보기
Bazaraa, M.S., Sherail, H.D. and Shetty, C.M. (1993). Nonlinear programming: Theory and algorithms, John-Wiley & Sons.
Cho, H.Y., Jeong, S.T. and Oh, Y.M. (2004). Estimation of probability density function of tidal elevation data. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Eng., 16(3), 152-161. (in Korean)
Cho, H.Y., Ko, D.H. and Jeong, S.T. (2011). Missing pattern of the tidal elevation data in Korean coasts. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Eng., 23(6), 496-501. (in Korean)

원문보기 상세보기
Jeong, S.T., Cho, H.Y., Jeong, W.M. and Yang, J.S. (2005). Analysis on the occurrence probability distribution of tidal levels using harmonic constants. Journal of the Korean Society of Civil Eng., 25(1B), 51-57. (in Korean)
Kang, J.W. (1999). Changes in tidal characteristics as a result of the construction of sea-dike/sea-walls in the Mokpo coastal zone in Korea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 48(4), 429-438.

상세보기
Kang, J.W., Kim, Y.S., Cho, H.Y. and Shim, J.S. (2011). Characteristics of nearshore surge-intensity. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Eng., 23(6), 458-465. (in Korean)

원문보기 상세보기
Korea Hudrographic and Oceanographic Administration (2012). Thematic diagram for the information of ocean science. (in Korean)
Korean Society of Oceanography (2005). Dictionary of ocean science. (in Korean)
Kweon, H.M., Park, H.S., Ahn, K. and Cheon, S.H. (2006). Comparisons of the expected overtopping probability along Korean coast utilizing by reliability analysis. Journal of the Korean Society of Civil Eng., 26(4B), 399-404. (in Korean)
Lee, S.W. (1994). Hydraulic notes on the Korean Harbors. Jipmoondang. (in Korean)
Ministry of land, infrastructure, transport and tourism (2009). Technical standards and commentaries for port and harbor facilities in Japan (Japanese version)
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2009). Matters about MSL, datum level and A.H.H.W. regarding waterway surveying. Administration Regulation 2009-22. (in Korean)
Ministry of Oceans and Fisheries (2005). Design criteria for harbors. (in Korean)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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

설계조위와 관련된 약최고고조위의 시·공간적 편차
Spatio-temporal Variability of AHHW in Relation with the Design Sea Level 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

설계조위와 관련된 약최고고조위의 시·공간적 편차 Spatio-temporal Variability of AHHW in Relation with the Design Sea Level 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

강주환 (39) 조홍연 (102) 권혁민 (30)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

설계조위와 관련된 약최고고조위의 시·공간적 편차
Spatio-temporal Variability of AHHW in Relation with the Design Sea Level 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper