수중 천퇴에서의 파랑변형, 파랑류 계산 및 쇄파거동 예측을 위한 Boussinesq 방정식 모델의 적용 = Application of Boussinesq Equation Model for the Calculation of Wave Deformation, Wave Induced Current and Breaking Wave Behavior around Underwater Shoals

국문 초록 (Abstract)

한글초록 :해양공간의 이용과 해저 천연자원 개발의 필요성이 증가함에 따라 인위적 해양구조물을 비교적 얕은 수심을 갖는 수중 천퇴 인근에 설치하는 경우가 발생하고 있다. 2002년도에 제주도 서남해역에 설치된 이어도 해양과학기지도 정상부 수심이 4.5m에 불과한 수중 암초인근에 설치된 것이다(한국해양연구원, 1999). 이와 같은 수중암초 인근에서의 파랑변형은 쇄파를 포함한 매우 복잡한 비선형 변형과정을 겪게 되며 파고의 공간적 차등에 따른 이차적 파랑류가 발생한다. 일반적으로 해양구조물은 입사파의 파고와 주기를 Morison식에 입력하여 파력 및 모멘트를 계산하는 것이 관례이다. 그러나, 수중 천퇴 인근에서와 같이 파랑과 흐름(파랑류)이 복합되어 있는 경우에는 파고는 비록 작으나 흐름 유속에 의한 항력이 상대적으로 커 이를 무시하고 파고만을 가지고 계산한 파력을 설계하중으로 채택할 경우 과소설계를 초래할 가능성이 있다. 이미 전 등(2000)과 최 등(2000)은 이어도 해양과학기지의 수리모형실험 및 수치해석을 통하여 파랑류에 의하여 모리슨 파력을 훨씬 능가하는 유체력이 발생할 수 있음을 보인 바 있다. 이와 같이, 해양구조물에 작용하는 유체력을 정확히 결정하기 위해서는 파고에 근거한 파력뿐만 아니라 파랑류에 의한 항력을 동시에 고려하여야 한다

국문 초록 (Abstract)

영문초록 :In the design of an offshore structure located near an underwater shoal, the same amount of attention given to the wave height may have to be put to the wave induced current as well since some of the wave energy translates to the current. In the present study, two numerical models each based on the nonlinear Boussinesq equation and the linear mild slope equation are applied to calculate the wave deformation and secondly induced current around a shoal. The underwater shoal in Vincent and briggs' experiment(1989) is used here, and all non-breaking wave conditions of the experiment with various monochromatic and unidirectional or multidirectional spectral wave incidences are concerned. Both numerical models clearly showed wave induced currents symmetrically formed along the centerline over the shoal. The calculated wave heights along a preset line also generally showed very nice agreements with the experimental values. and a numerical model using Boussinesq equation is set up to predict the interacted equilibrium between waves and their induced currents in the occurrence of breaking waves over an underwater shoal, and its results are compared with those of existing hydraulic experiments. A sensitivity analysis has been done to find out appropriate values of breaking wave parameters with the result (regular wave case) of Vincent and Briggs (1989)' experiment. Then the numerical model is applied to the irregular wave cases of the experiment and the hydraulic model test of Ieodo which is a natural undersea shoal. The results show that a strong current forms in the wave direction at the downstream side of the shoals, causing the attenuation of wave heights there. The calculated wave heights generally show a similar pattern with the measured data