최근 한반도를 내습하는 폭풍의 규모가 커지고 이에 대한 피해도 증가하고 있는 실정이어서 외해로 개방된 도서해역이나 연안역에 대한 재해방지를 위한 설계파라메터의 재산정이 필요한 상황이다. 기존의 설계 파라메타는 심해 설계파랑이나 바람자료만을 입력값으로 한 규칙파 모형으로 계산되어, 바람에 의한 파의 성장, 파랑 상호간의 간섭 및 에너지 재분포 등을 다룰 수 없는 문제점에 노출되어 있었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 파랑과 바람에 의한 파의 발달 및 상호간섭을 고려할 수 있는 정상상태 스펙트럼 모델의 하나인 SWAn(Simulation WAves Nearshore)모형을 이용하여 파랑변형 수치모의를 수행하였다. 연구 대상영역에 대한 기존의 설계 파라메타의 비교 결과, 기존 결과와 큰 차이를 나타내고 있으며, 특히, 이들 해역에서 도출된 결과는 장래 항만설계 및 방재 분야에서 널리 이용될 것으로 판단된다.
최근 한반도를 내습하는 폭풍의 규모가 커지고 이에 대한 피해도 증가하고 있는 실정이어서 외해로 개방된 도서해역이나 연안역에 대한 재해방지를 위한 설계파라메터의 재산정이 필요한 상황이다. 기존의 설계 파라메타는 심해 설계파랑이나 바람자료만을 입력값으로 한 규칙파 모형으로 계산되어, 바람에 의한 파의 성장, 파랑 상호간의 간섭 및 에너지 재분포 등을 다룰 수 없는 문제점에 노출되어 있었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 파랑과 바람에 의한 파의 발달 및 상호간섭을 고려할 수 있는 정상상태 스펙트럼 모델의 하나인 SWAn(Simulation WAves Nearshore)모형을 이용하여 파랑변형 수치모의를 수행하였다. 연구 대상영역에 대한 기존의 설계 파라메타의 비교 결과, 기존 결과와 큰 차이를 나타내고 있으며, 특히, 이들 해역에서 도출된 결과는 장래 항만설계 및 방재 분야에서 널리 이용될 것으로 판단된다.
Recently, the storms which hit Korean Peninsula are getting bigger, and the damages from the storms are wide spreaded. Thus, and approach with disaster prebention to offshore area and/or opened island area is neccessary. The existing wave design parameter was calculated with linear regular wave mode...
Recently, the storms which hit Korean Peninsula are getting bigger, and the damages from the storms are wide spreaded. Thus, and approach with disaster prebention to offshore area and/or opened island area is neccessary. The existing wave design parameter was calculated with linear regular wave models inputting deep water design wave or wind sources. so it wasn't able to deal with wind-induced waves, interactions with waves, and redistribution of wave energy simultaneously. In this study, we made numerical simulation with SWAN(Simulation Waves Nearshore) Model which can consider development of waves and winds and their interference. The result from this model shows much different with those from existing model's. so the result from this study, especially in this modeling area, could be used for harbor design and coastal disaster prevention field in the future.
Recently, the storms which hit Korean Peninsula are getting bigger, and the damages from the storms are wide spreaded. Thus, and approach with disaster prebention to offshore area and/or opened island area is neccessary. The existing wave design parameter was calculated with linear regular wave models inputting deep water design wave or wind sources. so it wasn't able to deal with wind-induced waves, interactions with waves, and redistribution of wave energy simultaneously. In this study, we made numerical simulation with SWAN(Simulation Waves Nearshore) Model which can consider development of waves and winds and their interference. The result from this model shows much different with those from existing model's. so the result from this study, especially in this modeling area, could be used for harbor design and coastal disaster prevention field in the future.
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문제 정의
실험 순서는 각 입력조건에 따라 모형을 구성하고, 수치 모의를 수행하여 나온 결과를 기존 결과와 비교. 검토하였으며, 추출된 설계 파라메타에 대하여 바람과 파가 기여하는 정도를 분석하여 보다 정밀도 높은 결과를 도출하려 하였다.
제안 방법
수치 모의를 위한 계산영역은 경계의 영향을 받지 않으면서도 계산에 있어서 경제적으로 설정되어져야 한다. Fig.2에 제시된 바와 같이 대상 해역은 소안군도 보길도 남서쪽에 위치한 해역에 대한 외해 심해파랑 및 풍파를 충분히 모의할 수 있도록 W, NW, WNW 계열, S, SW, SSW 계열에 대한 계열별 계산영역을 설정하여 계산을 수행하였다.
기상 연보에 수록된 1978~2003년 풍향별 연 최대풍속 자료를 수집하여 심해 설계 파를 추정한 것과 같이, 극치 분석을 통하여 빈도별 최대풍속을 산정하였다.
. 비교를 수행하였으며, 또한 파랑, 바람에 의한 영향을 비교. 검토하였다.
산정된 최대풍속은 지속시간, 고도, 마찰에 대한 보정을 최종적으로 수행한 후, 보정된 풍속을 입력자료로 사용하였다. 보정에 사용된 보정 식은 다음과 같으며, 빈도별 보 정풍 속은 Table 2에 제시하였다.
파랑변형실험은 앞서 극치 분석에 의해 추산된 심해 설계 파 제원과 풍속 보정을 거친 바람 자료를 입력자료로 하여 수행되었다. 소안군도 보길도 서쪽 전면해역의 4개 비교 정 점을 설정하여 각 파 향별 설계 파라메타인 파고, 주기, 파향 등을 비교. 분석하였다.
심해 파 제원은 우리나라.연안 67개 지점 16개 방향에 대하여 HYPA모형으로 추산된 파랑 장 자료 정보가 수록되어 있는 장기 파랑 산출 자료집(해양수산부, 1997)을 참조하여 1979~1996년까지의 심해 설계 파고를 대상으로 극치 분석 (extreme analysis)을 실시하여 각 방향별 50년 빈도 파고를 결정하였다. 또한, 심해 설 계파 주기는 항만시설물 설계기준 서(해운항만청, 1993)에서 T” = 3.
지형 공간에서 일차풍상차분법, 스펙트럼 공간에서 여러 변수들을 풍상 차분 법과 중앙차분법을 같이 사용하는 음해법으로 해석한다.
파랑변형실험은 앞서 극치 분석에 의해 추산된 심해 설계 파 제원과 풍속 보정을 거친 바람 자료를 입력자료로 하여 수행되었다. 소안군도 보길도 서쪽 전면해역의 4개 비교 정 점을 설정하여 각 파 향별 설계 파라메타인 파고, 주기, 파향 등을 비교.
대상 데이터
파 향을 고려할 경우, 가장 크게 영향을 미칠 것으로 판단되는 요소는 W 계열 에서는 NW파향, S 계열에서는 SW파향이다. NW, SW파향 을 대상으로 하여 파랑, 바람에 대한 영향을 검토하기 위하여 바람만을 고려했을 경우, 파랑만을 고려했을 경우, 모두를 고려했을 경우를 대상으로 실험을 수행하였다. 실험결과는 Table 4와 Fig.
SWAN 모형을 이용한 광역 파랑변형실험을 통하여 대상 해역은 각 파 향별로 파고는 4.6~5.8m의 분포를 보이며, 주기는 6.1 ~7.1sec를 나타내었다. 또한 파고에 대해서 SW 파 향은 파랑에 의한 영향이, NW 파 향은 바람에 의한 영향이 큰 것으로 나타났으며, 주기에 대해서 SW파향은 파랑에 의한 영향이, NW파향 또한, 파랑에 의한 영향이 우세한 것으로 나타났다.
계산영역은 80.0kmx80.0km의 광역으로 구성하였으며, 격 자간격은 200m 등방격자로 하였다. 기준해면은 인근의 완도항 약 최고만 조위(Approx.
본 연구에서는 심해 설계 파와 연 최대풍속에 대한 극치 분석한한 심해 입사 조건을 근거하여 남해 서부 연안에 위치한 소안군도 보길도를 대상으로 하여 설계 파라메타를 추출하였다.
실험은 한국 남서 연안에 위치한 소안군도 보길도 남서쪽 해역을 대상으로 하여 수행하였다. 실험 순서는 각 입력조건에 따라 모형을 구성하고, 수치 모의를 수행하여 나온 결과를 기존 결과와 비교.
데이터처리
실험은 한국 남서 연안에 위치한 소안군도 보길도 남서쪽 해역을 대상으로 하여 수행하였다. 실험 순서는 각 입력조건에 따라 모형을 구성하고, 수치 모의를 수행하여 나온 결과를 기존 결과와 비교. 검토하였으며, 추출된 설계 파라메타에 대하여 바람과 파가 기여하는 정도를 분석하여 보다 정밀도 높은 결과를 도출하려 하였다.
이론/모형
B(지수적 발달)는 Snyder et al.(1981) 식과 Janssen(1989, 1991)식 중에서 선택하여 사용한다.
4파 비선형상호작용은 Hasselmann et al.(1985)에 의해 제안된 DIA(Discrete Interaction Approximation) 근사법을 사용하여 해석하였다.
3파 비선형작용을 계산하기 위해 Eldeberky(1996)이 사용한 LTA(Lumped Triad Approximation) 근사법을 선택하였다. 4파 비선형상호작용은 Hasselmann et al.
백 파에 의한 에너지 소산은 Hasselmanm(1974)이 제안한 표면 펄스모형(pulse-based model)을 응용하여 나타내었다. SWAN 모형에서는 Komen et aL(1984)식과 Janssen(1991) 식을 선택적으로 사용한다.
저 면에 의한 에너지 소산은 저면 마찰, 저면 운동, 투수 및 불규칙 저 면의 산란 등에 의하여 발생한다. SWAN 모형에서는 Weber(1991)의 식을 사용하여 저면 마찰 소산 S心 을 계산하였다.
여기서, 叨는 수치 상수, Q志 쇄파율, H”는 최대파고로 H”=xd로 계산된다. y는 Nelson(1987) 식을 사용하여 계산하였다.
연안 67개 지점 16개 방향에 대하여 HYPA모형으로 추산된 파랑 장 자료 정보가 수록되어 있는 장기 파랑 산출 자료집(해양수산부, 1997)을 참조하여 1979~1996년까지의 심해 설계 파고를 대상으로 극치 분석 (extreme analysis)을 실시하여 각 방향별 50년 빈도 파고를 결정하였다. 또한, 심해 설 계파 주기는 항만시설물 설계기준 서(해운항만청, 1993)에서 T” = 3.86 紘식을 사용하여 파고에 대한 주기를 산정하였다. Table.
백 파에 의한 에너지 소산은 Hasselmanm(1974)이 제안한 표면 펄스모형(pulse-based model)을 응용하여 나타내었다. SWAN 모형에서는 Komen et aL(1984)식과 Janssen(1991) 식을 선택적으로 사용한다.
근래에는, 심해에서 연안 설계 구역으로의 파랑변형실험은 규칙 파에 의한 모형이 보편적으로 사용되어 왔으나 최근 들어, 바람, 에너지 감쇠, 비선형 파랑 간 간섭 등을 동시에 고려할 수 있는 해석모형이 등장하고 있다. 본 연구에서는 이러한 모형 중 세계적으로 가장 널리 쓰이고 있는 파랑모형 중 하나인 제3세대 풍파 모형인 SWAN(Simulation WAves Nearsho此)을 이용하여 수치 모의를 수행하였다.
여기서, A(선형적 발달) 는 Cavaleri 와 Malanotte- RizzoU(1981)sl 식을 사용하였다. B(지수적 발달)는 Snyder et al.
SWANe 심해입사파, 바람, 해저 면 및 해류 조건으로부터 연안역, 호수 및 하구의 파랑을 계산한다(WAMCI group, 1988). 이 모델의 기본방정식은 파랑 작용 평형 방정식 (wave action balance equation)이다.
성능/효과
1sec를 나타내었다. 또한 파고에 대해서 SW 파 향은 파랑에 의한 영향이, NW 파 향은 바람에 의한 영향이 큰 것으로 나타났으며, 주기에 대해서 SW파향은 파랑에 의한 영향이, NW파향 또한, 파랑에 의한 영향이 우세한 것으로 나타났다.
또한, 바람의 영향, 파랑의 영향에 서로 상쇄될 수준이 아니기 때문에 두 조건을 모두 고려하여 수치실험을 수행하는 것이 합리적인 것임을 알았다.
파 향은 W(x축) 기준으로 반시계방향으로 나타내었다. 외해에서 심해 설계 파와 풍속을 적용한 결과, 비교정점 A, B, C, D 모두 W 계열에서는 WNW 파 향이, S 계열에서는 S파 향이 파고, 주기 모두 크게 나타났다. WNW 파 향은 파고는 4.
즉 대상 해역의 남쪽 개방 경계 부근에 제주도가 위치하여 S 계열의 경우는 파랑의 영향이 바람의 영향보다 탁월한 것으로 나타났다. W 계열은 파고는 바람에 의한 영향이, 주기 는 파랑에 의한 영향이 탁월하게 나타났다.
9, 10에 각각 제시하였다. 파고에 대한 결과, SW파향은 파랑에 의한 영향이, NW 파 향은 바람에 의한 영향이 큰 것으로 나타났으며, 주기에 대한 결과는 SW 파 향은 파랑에 의한 영향이, NW파향 또한, 파랑에 의한 영향이 우세한 것으로 나타났다.
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