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저평가된 수압식 파고계(WTG) 관측 파고값 보정방안 연구
A Study on Calibration of Underestimated Wave Heights Measured by Wave and Tide Gauge (WTG) 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.32 no.5, 2020년, pp.296 - 306  

정원무 (한국해양과학기술원 해양ICT융합연구센터) ,  장연식 (한국해양과학기술원 해양ICT융합연구센터) ,  오상호 (한국해양과학기술원 연안개발.에너지연구센터) ,  백원대 (한국해양과학기술원 해양ICT융합연구센터)

초록
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수압식 파고계(WTG)로 관측한 파고가 저파랑 환경에서 저평가되는 문제가 제기되어 왔으며 이 자료를 보정하여 관측오차를 줄이는 것은 WTG 실측자료를 사용해 항만정온도 기준을 개선하는데 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 네 지점에서 관측한 AWAC 및 부이식 파고계(Waverider buoy) 자료를 사용하여 동일 지점에서 관측한 WTG 유의파고를 보정하였다. 먼저 저파랑 조건 하에서 WTG 유의파고(Hm0) 값이 저평가되는 경우에도 유의파고와 첨두주기의 곱인 WTG HT는 저평가되지 않고 AWAC 및 부이식 파고계의 HT와 선형관계를 유지함을 발견하였으며, 이 선형성을 적용하여 WTG HT와 Hm0 간의 분포를 대표하는 3차 함수를 각 지점 별로 산정하였다. 이 함수를 사용하여 저파랑 임계파고로 설정한 0.7 m 이하의 WTG Hm0를 보정하였으며, 그 결과 보정된 WTG Hm0와 AWAC 및 Waverider buoy Hm0의 선형관계가 향상되었고 저평가되었던 파고도 상당부분 개선되었음을 확인하였다. 본 연구 결과를 적용하면 HT의 선형성이 유지되는 타 지역의 WTG 관측 파고를 보정하는 일과, 나아가 보다 정확한 실측자료를 제공해 해당 항만의 개선된 정온도 기준을 마련하는 일에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It has been reported that the wave heights measured by Wave and Tide gauges (WTG) have been underestimated, and thus it is important to improve its measuring accuracy for enhancing estimation of harbor tranquility. In this study, the significant wave heights from WTG were calibrated using measured d...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 N은 파랑 주기에 따라 변할 수 있으며 장주기파의 경우 N > 1이 되며 반면에 주기가 감소하면 N < 1이 되는 경향을 보인다고 보고하였으나 이에 대한 자세한 원인은 제시하지 않았다. 그러나 이 결과는 본 연구에서 제기된 문제인 저파랑 조건 하에서 WTG 관측 파고가 저평가되는 것과 비슷한 발견으로, 본 연구 역시 특별히 저파랑 조건하에서 적합한 보정계수를 산출하는 데 그 목적이 있다.
  • 따라서 WTG를 사용하여 측정한 파고가 부정확할 경우 이것을 토대로 산정된 항만가동율의 정확도 역시 저감되어 항만의 효율적 가동에 지장을 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 향후 보다 정확한 항만 내 파랑자료를 제공하기 위한 방편으로 WTG 관측 파고를 보정할 수 있는 한 방안을 제시한다. 이를 위해 동해안의 네 지점에서 WTG와 동시에 관측한 AWAC 및 Waverider buoy 자료를 사용하여 보정 기준으로 삼았다.
  • 본 연구에서는 수압식 파고계(WTG)로 관측한 파고자료를 보정하여 그 정확성을 향상시키는 방법을 제시하였다. WTG의 관측파고는 저파랑 조건 하에서 AWAC이나 Waverider buoy로 측정한 파고에 비해 저평가되는 문제점이 제기되어 왔다.
  • 여기서는 선형파 이론을 통해 파랑에 의한 압력을 해수면 변화로 전환하는 과정을 소개하고, 이를 토대로 수압식 파고계의 관측 오차 가능성을 살펴본다. 해수면 아래에서 측정되는 압력은 공기압(Air pressure)을 무시하였을 경우 정수압(Hydrostatic pressure)과 동적 압력(Dynamic pressure)의 합으로 구해지며, 다음 식으로 표시될 수 있다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 저파랑-단주기 조건 하에서 WTG로 측정된 유의파고가 과소평가되고, 반면에 첨두주기는 과대평가된다는 관측 결과를 토대로 다음과 같은 가설을 수립하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
논란이되는 수압식 파고계의 단점은 무엇인가? 20세기 중반에 도입된 수압식 파고계(WTG: Wave and Tide Gauge)는 현재까지도 천해의 파랑자료를 측정하는데 널리 쓰이는 관측 장비 중 하나이다. 그러나 해저면에서 측정한 해수압을 선형파 이론(Linear wave theory)을 적용하여 파고로 전환하는 WTG 자료의 정확성은 오랜 기간 논란의 대상이 되어왔다. 대표적인 예로 미육군공병단에서 발간한 보고서(US Army Corps of Engineers, 1984)는 WTG로 관측한 파고가 파랑 주기가 감소함에 따라 함께 감소하는 결과를 제시하여, 특히 단주기 파랑 조건 하에서 WTG로 측정한 파고가 과소평가될 수 있음을 경고하였다.
해수면 아래에서 측정되는 압력은 어떻게 구해지는가? 여기서는 선형파 이론을 통해 파랑에 의한 압력을 해수면 변화로 전환하는 과정을 소개하고, 이를 토대로 수압식 파고계의 관측 오차 가능성을 살펴본다. 해수면 아래에서 측정되는 압력은 공기압(Air pressure)을 무시하였을 경우 정수압(Hydrostatic pressure)과 동적 압력(Dynamic pressure)의 합으로 구해지며, 다음 식으로 표시될 수 있다.
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참고문헌 (16)

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  4. Esteva, D. and Harris, L. (1970). Comparison of pressure and staff wave gage records. Proc. 12th Coastal Eng. Conf., ASCE, 1, 101-116. 

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  14. Pedersen, T., Siegel, E. and Wood, J. (2007). Directional wave measurements from a subsurface buoy with an acoustic wave and current profiler (AWAC). Oceans 2007, doi:10.1109/OCEANS.2007.4449153. 

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  16. US Army Corps of Engineers (1984). Shore protection manual. Volume 1. 4th edition. Washington D.C. 1-337. 

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