서·남해안 조석-해일 비선형성 발생양상

강주환,김양선,윤영관,심재설,Kang, Ju Whan,Kim, Yang-Seon,Yoon, Young-Kwan,Shim, Jae-Seol 한국해안해양공학회 2014 한국해안해양공학회 논문집 Vol.26 No.6

국내 서해안과 남해안의 조위자료로부터 조석-해일 비선형효과에 대한 발생실태를 조사한 결과 부산을 제외한 모든 해역에서 비선형성이 확인되고 있으며 특히 목포 및 완도를 중심으로 한 서남해안에서 두드러지게 나타나고 있다. 대규모 해일이 드물기 때문에 창조집중에 대한 사례는 흔치 않은 반면 저조시 조위편차가 커지는 조석변조해일은 빈번하게 발생하고 있다. 또한 낙조우세가 심한 목포해역의 경우 새로운 형태의 조석-해일 비선형성에 의해 낙조시 해일고가 크게 나타나는 현상을 확인하였다. 조위편차 산정과정에서 비선형성과 관련된 오류를 해소하는 방안으로 편기해일고 산정방법에 대해서도 검토하였다. Hourly tide-gauge data at 10 tide stations along the West/South coasts were analysed statistically for tidesurge interaction. Interactions were found at all stations except Busan, prominently at the western tip of the South coast near Mokpo and Wando. A well-known interaction pattern which occurs at flood tide was found rarely at domestic coasts, while another pattern of the tide-modulated surge which occurs at low tide was detected frequently. In addition, a new interaction pattern which occurs at ebb tide is discovered. This pattern is found at Mokpo where the ebb dominance is prominent. Finally, the skew surge could be considered as a tool coping with such interactions.

감조하천에서 조석 전파 및 조석비대칭

강주환,조홍연,Kang, Ju Whan,Cho, Hong-Yeon 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.6

하구역으로부터 감조하천 상류로 전파되는 조석파의 특성을 고찰하기 위하여 먼저 국내 연안에서 천문조인 M2분조와 천해조인 M4분조에 대한 조화상수를 분석해 조석비대칭 현상을 파악하였다. 하구역에서 천해조가 크게 발달함에 따라 한강과 금강의 경우 창조우세, 영산강의 경우 낙조우세가 형성된다. 이러한 조석비대칭 현상은 조류속 자료를 분석함으로써 재확인할 수 있다. 조류속 분석 결과 왕복성 조류패턴을 보이는 금강하구와 영산강하구의 경우와는 달리 한강하구의 경우 강화도 주변의 복잡한 지형 및 수로에 기인하여 회전성 조류패턴이 나타나기도 한다. 그러나 잔차류를 제거할 경우 조류속 관측자료 역시 조위와 일관된 창낙조우세를 보이고 있다. 하구역에서 형성된 조석비대칭 현상은 조석파가 감조하천 상류로 전파되면서 천해조의 성장과 더불어 더욱 심화되는 경향이 있다. 하천의 마찰특성과 단면형상에 따라 조석파의 전파양상에도 차이가 발생하여 수심이 얕은 한강과 금강의 경우 SD하구로 분류되어 에너지 소산이 매우 큰 반면 수심이 깊은 영산강의 경우 WD하구로 분류되어 에너지 소산이 덜 한 것으로 나타나고 있다.

음해법을 이용한 천수방정식의 수치해석

강주환,박상현,이길성,Kang, Ju Whan,Park, Sang Hyun,Lee, Kil Seong 대한토목학회 1993 대한토목학회논문집 Vol.13 No.3

근래 천수방정식과 같은 2차원 수치해석에서 가장 널리 쓰이는 방법 중의 하나로 ADI 방법을 들 수 있다. 그러나 서해안과 같이 수심의 변화가 심하며 특히 해저협곡이 곳곳에 발달된 해역에서 조석에 관한 문제해결시 ADI 방법을 사용하면 소위 ADI 효과가 크게 우려된다. 이를 극복하기 위하여 완전 음해법으로 차분되고 CGS(conjugate gradient squared) 방법으로 해를 구하는 알고리즘을 개발하였다. 조간대 모의가 포함된 본 모형용 새만금 수역에 적용한 결과 지형의 복잡성에도 불구하고 유속장과 조간대 형성에 관한 수치적 모의가 만족스러운 결과를 보였다. Recently, ADI scheme has been a most common tool for solving shallow water equation numerically. But ADI models of tidal flow is likely to cause so called ADI effect in such a region of the Yellow Sea which shows complex topography and has submarine canyons especially. To overcome this, a finite difference algorithm is developed which adopts fully implicit method and preconditioned conjugate gradient squared method. Applying the algorithm including simulation of intertidal zone to Sae-Man-Keum. velocity fields and flooding/drying phenomena are simulated well in spite of complex topography.

풍속 재현빈도와 일치하는 해일모의용 표준태풍 생성

강주환(Ju Whan Kang),김양선(Yang-Seon Kim),권순덕(Soon-Duck Kwon),전영선(Young-Sun Choun) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.1

서해안에 영향을 미친 태풍자료를 사용하여 몬테칼로 시뮬레이션을 통해 목포를 비롯하여 군산, 인천 및 제주 등 서해안 4곳의 빈도별 풍속을 산정하였다. 민감도분석 결과 최근접거리와 최대풍속반경의 차이가 풍속에 가장 영향을 크게 미치는 요소이고 위치각과 기압강하량 역시 민감한 반면 이동속도는 가장 둔감한 매개변수로 나타나고 있다. 이를 토대로 빈도별 최대풍속을 발생시키는 평균적인 해당빈도의 표준태풍을 설정할 수 있으며, 각 지점에서의 태풍 매개변수 설정을 통해 표준태풍을 확립할 수 있다. 이러한 표준태풍을 통해 빈도별 풍속과 일맥상통하는 빈도별 해일고 역시 산정할 수 있게 된다. 또한 가항반원에 해당하는 자료만 포함시켜 해석함으로써 음해일을 유발하는 표준태풍 역시 생성할 수 있다. Extreme wind speeds at four sites including Mokpo, Gunsan, Incheon and Jeju near the Western Coast have been estimated with a tool of Monte Carlo simulation and typhoon data. Results of sensitivity analysis show that closeness between distance to the eye and the radius to maximum wind is most sensitive. While location angle and pressure deficit are sensitive too, but translation velocity is not. A standard typhoon, which results in extreme wind speeds having various return period, can be constructed by combination of parameter informations of each site. Then, with a numerical modelling of the typhoon, extreme surge heights having the same return period can also be obtained. To be added, by analysing the data which only including those based on navigable semicircle, it is possible to produce a standard typhoon which could result in setting-down of sea level.

표준태풍 모의를 통한 해일고 빈도해석

강주환(Ju Whan Kang),김양선(Yang-Seon Kim) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.5

빈도별 최대풍속을 발생시키는 태풍조건을 역추적함으로써 빈도별 표준태풍을 생성할 수 있다(Kang et al., 2016). 본 연구에서는 이렇게 얻어진 표준태풍의 해일모의를 통해 서해안 영광지역의 해일고 빈도해석을 수행하는 방안을 제시하고자 한다. 본 연구에 사용된 모형은 MIKE21모형으로서 태풍 BOLAVEN(1215)에 대한 검증 결과 서해안 여러 지역에서 관측결과와 비교적 잘 일치하는 결과를 얻었다. 서해안 태풍해일특성을 감안하여 경로변경을 설정한 후 빈도별 해일고를 구한 결과는 관측치로부터 산정된 결과와 부합하는 결과를 보이고 있다. 이 방법은 관측자료가 충분치 않은 곳에서 수많은 태풍에 의한 해일모의를 수행하는 기존 방법에 비해 빈도별로 한 개의 태풍만을 대상으로 하므로 매우 효율적인 방법이다. A standard typhoon, which results in extreme wind speeds having various return period, can be reconstructed by combination of typhoon parameter informations(Kang et al., 2016). The aim of this study is to present a kind of surge-frequency analysis method by numerical simulation of a standard typhoon at Yeonggwang. MIKE21 was adopted as a numerical model and was proved to simulate the surge phenomena of the typhoon BOLAVEN(1215) well at several sites of the Western Coast. The simulation results with change of typhoon track which reflects typhoon-surge characteristics of the Western Coast show to have something in common with the observational results. This method is considered to be very efficient method on the point of simulating only one typhoon, while existing methods need to simulate a lot of typhoons.

조석이 지배적인 해역의 극치해면 산정

강주환(Kang, Ju Whan),김양선(Kim, Yang-Seon),조홍연(Cho, Hongyeon),심재설(Shim, Jae-Seol) 한국해안해양공학회 2012 한국해안해양공학회 논문집 Vol.24 No.6

EST기법을 토대로 하면서 자료기간이 충분히 길지 않고 조석이 지배적인 해역에서 극치해면고를 산정하기 위한 방법을 개발하였다. 본 방법은 고조위와 단주기 해일고 및 장주기 해일고, 그리고 태풍에 의한 해일고 등을 독립적으로 일년간 발생시켜 각 성분 합의 최대값을 구해 연고극조위를 산정하게 된다. 이때 고조위는 대소조 및 연주조 뿐 아니라 18.6년 달의 공전평면 주기까지 감안하여 발생시키게 되며, 태풍에 의한 해일은 관측치 또는 해일모형을 통해 작성된 해일고 계산치로 구성된 트레이닝세트로부터 추출되어 산정된다. 수백년간 연도별 연고극조위를 발생시킴으로써 재현기간별 극치해면고를 산정할 수 있게 되고, 이 작업을 수백번 반복함으로써 극치해면고의 통계특성까지 추정할 수 있다. 목포항에 적용한 결과를 여타 연구결과와 비교함으로써 본 방법의 적용성을 입증할 수 있었다. An EST-based method which is applicable for estimating extreme sea levels from short sea-level records in a tide dominated coastal zone was developed. Via the method, annual maximum tidal level is chosen from the simulated 1-yr tidal data which are constituted by the independent daily high water levels, short term and long term surge heights and typhoon-induced surge heights. The high water levels are generated considering not only spring/neap tides and annual tide but also 18.6-year lunar nodal cycle. Typhoon-induced surges are selected from the training set which is constructed by observed or simulated surge heights. This yearly simulation is repeated many hundred years to yield the extreme tidal levels, and the whole process is carried out many hundred times repeatedly to get robust statistics of the levels. In addition, validation of the method is also shown by comparing the result with other researches with the tidal data of Mokpo Harbor.

기후변화를 반영한 가능최대풍속 산정

강주환 ( Ju Whan Kang ),김양선 ( Yang-seon Kim ) 조선대학교 공학기술연구원 2016 공학기술논문지 Vol.9 No.2

Extreme wind speed could be obtained by application of a Monte Carlo simulation, followed by formation of a representative standard typhoon. By applying this method, the data about severe typhoon happened early of 1900s, could be restored and added to RSMC data set. As estimating wind speed which has a million year of return period about the well-structured data set, probable maximum wind which could be applied to design important facilities such as a nuclear power plant. Furthermore, regarding to strength of typhoon getting stronger which replies on global warming, climate change was also applied with the status of increasing typhoon intensity. This research was applied to Mokpo for estimating probable maximum wind speed. The result from the given research method showed that it is weaker than 55m/s which is wind speed of probable maximum wind of super typhoon even though the central pressure intensity increases 30%.

조석/해일 환경변화를 감안한 고극조위 빈도분석

강주환(Kang Ju Whan),문승록(Moon Seung Rok),박선중(Park Seon Jung) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.1B

지구온난화에 의한 전지구적 해수면 상승과 더불어 하구언/방조제와 같은 해안구조물 건설이후 군산 및 목포해역에서의 고극조위는 지속적인 증가추세를 보이고 있다. 본 연구에서는 선형회귀분석방법을 이용하여 장기적 변화에 의한 고극조위 상승량과 건설에 의한 고극조위 상승량을 정량적으로 분리한 후, 이들 해역에서 발생하고 있는 고극조위 상승원인을 분석하였다. 목포해역을 대상으로 M₂ 분조에 대한 수치실험 결과 하구언과 방조제 건설로 인한 조석확폭현상은 주로 목포구의 TCE 기능의 소멸로 인해 발생한 것으로 확인되었다. 조석확폭은 조간대효과에 따라 극조일수록 더욱 크게 나타나 목포해역의 해일 위험성이 매우 높아진 상태가 되었다. 또한 하구언 및 방조제 건설에 따라 조석환경에 변화가 야기되어 건설시기 전후로 조위자료의 동질성이 결여된 곳에 효율적으로 적용할 수 있는 빈도분석 방법을 적용하여 빈도별 고극조위를 산정하였다. Due to both global warming and constructions of seadike/seawalls, continuously or abruptly rising tendencies of extreme high water levels have been detected at Kunsan and Mokpo harbors. This paper deals firstly with the separation of each effect, namely global warming effect and construction effect, on increases of water level quantitatively by a linear regression method. And then, it can be explained why and how the extreme high water levels had been risen just after constructions at both harbors. A numerical simulation of M₂ tidal constituent at Mokpo coastal zone shows that the tidal amplification by constructions is mainly due to the extinguishment of TCE at Mokpogu. The tidal flat effect makes the amplification more deepen at spring tide or extreme high tide, which results in the increase of inundation risk at Mokpo harbor. A frequency analysis method is applied, which is shown to be effective at such a site of having non-homogeneous tidal data due to constructions as Mokpo harbor.

ESCORT 모형의 3차원 적용성 - 담수방류 모의

강주환(Kang, Ju-Whan),김양선(Kim, Yang-Seon),박선중(Park, Seon-Jung),소재귀(So, Jae-Kwi) 한국해안해양공학회 2009 한국해안해양공학회 논문집 Vol.21 No.3

선행연구에서 개발된 ESCORT 모형을 사용하여 영산강하구언 배수갑문을 통한 담수방류의 영향성을 분석하였다. 낙조우세를 감안한 해수유동 모의를 통해 2차원 뿐 아니라 3차원 흐름해석에 있어서도 모형의 적용성과 타당성을 입증하였다. 방류가 흐름양상에 미치는 영향성을 분석하였으며, 담수방류 모의 결과 확산현상은 3차원 모형으로 해석해야 함을 확인할 수 있었다. 또한, 방류구 인근에서 염도의 연직분포 특성을 규명하였고 목포해역 담수확산 범위를 추정하였다. 그 결과 외해수와의 해수교환이 원활치 않음에 기인하여, 목포해역에서는 담수농도의 희석이 매우 느리게 진행되고 있음을 확인할 수 있었다. The ESCORT model is applied at Mokpo coastal zone to analyze the effect of fresh water discharge released from the gates of the Youngsan River sea-dyke. Applicability and validity of both 2-D and 3-D hydrodynamic modules could be guaranteed by simulating hydrodynamic feature with ebb dominance characteristics. Then, effects of the released discharge on the hydrodynamics are investigated. And analysis of the effects on diffusion phenomena show that 3-D model is essential for such diffusion modelling. Moreover, vertical salinity distributions near the gates are examined, and the influence range of fresh water is also estimated, which shows that dilution of fresh water is going on slowly because of poor flushing.

설계조위와 관련된 약최고고조위의 시·공간적 편차

강주환(Kang, Ju Whan),주양미(Joo, Yang-Mi),조홍연(Cho, Hongyeon),권혁민(Kweon, Hyuck-Min) 한국해안해양공학회 2014 한국해안해양공학회 논문집 Vol.26 No.2

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. 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.