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.

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.

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.

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.

천해조가 발달된 하구에서의 소류사이동 특성

강주환(Kang Ju Whan),문승록(Moon Seung Rok),박형섭(Park Hyung Seop) 대한토목학회 2002 대한토목학회논문집 B Vol.22 No.4B

조석-해일 특성을 반영한 극치해면고 산정

강주환(Ju Whan Kang),김양선(Yang-Seon Kim) 한국해안해양공학회 2018 한국해안해양공학회 논문집 Vol.30 No.3

경험모의기법을 통해 국내 서남해안의 조석과 해일특성을 고찰하였다. 그 결과 인천, 군산, 목포, 완도 등은 조석지배해역이고 여수, 통영, 부산 등은 해일지배해역으로 구분되었다. 조석지배해역에서는 태풍해일이 발생하지 않아도 50년 이하의 빈도를 갖는 극치해면고가 형성될 수 있는 반면 해일지배해역에서는 10년 빈도에서만 태풍해일 없이 극치해면고가 형성될 수 있는 양상을 보이고 있다. 각 해역에서 빈도별로 평균적인 상황으로 어느 정도의 조위에 어느 정도의 해일이 겹쳐 극치해면고가 형성되는지 고찰한 결과 이 역시 해역별로 구분되는 특성을 보이고 있다. 이와 함께 설계조위 산정을 위한 세 가지 방법을 비교고찰한 결과 약최고고조위방법은 과다설계의 우려가 매우 큰 비현실적인 결과를 보이고 있으며, 확률분포함수방법은 대형태풍이 소조기나 저조시 발생할 경우 해당자료가 결과에 반영되지 않거나 매우 축소된 결과가 도출될 우려가 있다는 단점이 있다. 이러한 단점들을 해결함과 동시에 서해안과 같이 조석이 지배적인 해역에 적합한 방법으로 경험모의기법의 적용성을 확인하였다. Tide-surge characteristics of the West/South domestic coasts were analyzed with a tool of EST (empirical simulation technique). As a result, stations of Incheon, Gunsan, Mokpo and Busan are categorized as tide-dominant coasts, while Yeosu, Tongyoung and Busan are as surge-dominant coasts. In the tide-dominant coasts, extreme sea level of less than 50-yr frequency is formed without typhoon-surge, while only 10-yr extreme sea level is formed in the surge-dominant coasts. As the results of casual condition of extreme sea level formation considering the relative degree of surge on tide, the regional characteristics were detected also. Three methods for estimating the design tide level were compared. The AHHW method shows an unrealistic outcomes of the concern of over estimate design. Furthermore, the probability distribution function method has been concerned as causing missing data if a huge typhoon occurs in a neap tide or a low tide. To cope with these drawbacks, the applicability of the EST method is proved to be suitable especially in tide-dominant coasts.

서남해안의 해수면 상승

강주환(Kang Ju Whan),문승록(Moon Seung Rok),오남선(Oh Nam Sun) 대한토목학회 2005 대한토목학회논문집 B Vol.25 No.2B

천해조가 발달된 하구에서의 조석파 전파특성

강주환(Kang Ju Whan),김병옥(Kim Byoung Ok),문승록(Moon Seung Rok) 대한토목학회 2000 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.2000 No.3

해수유동모형의 조간대 모의 특성

강주환(Kang, Ju-Whan),박선중(Park, Seon-Jung),김양선(Kim, Yang-Seon),소재귀(So, Jae-Kwi) 한국해안해양공학회 2009 한국해안해양공학회 논문집 Vol.21 No.5

EFDC, ESCORT, MIKE21 등 3가지 해수유동모형을 곰소만에 적용하여 각 모형의 조간대 모의 특성을 비교분석하였다. 검증결과 세 모형 모두 관측치와 부합하는 결과를 보이고 있는 등 해수유동 및 조간대를 무난하게 모의하고 있다. CPU 시간과 WCM 기능을 통해 계산 효율성을 검토하였고, 침수심/노출심 설정과 바닥마찰에 따른 결과를 분석하여 조간대 모의 특성을 파악하였다. 그 결과, EFDC 모형은 정확성과 안정성 및 적용성에서 모두 우수하게 나타나고 있으나, 효율성 측면과 모형수립이 다소 복잡하다는 단점을 보이고 있다. ESCORT 모형은 조간대 모의와 WCM에서는 EFDC에 비해 나은 결과를 보이는 반면 계산시간과 마찰특성에서는 열등한 결과를 보였다. MIKE21 모형은 계산시간에서 여타 모형에 비해 매우 빠른 반면, 저조시 수치진동이 유발되기도 하는데 상용모형이기에 모형의 개선이 허용되지 않는다는 단점이 있다. EFDC, ESCORT and MIKE21 models are applied at the Gomso Bay to investigate each models' facilities of tidal flat simulation. Comparisons with observation data show that all models simulate hydrodynamic phenomena and tidal flat well. CPU time and WCM are examined to evaluate the efficiency of the models, and the effects of flooding/drying depth and bottom friction are examined to analyze models' facilities of simulating tidal flat. The EFDC model is considered to be fairly good in accuracy, stability and applicability, it is, however, poor in efficiency and its complexity. While the ESCORT model is superior to the EFDC in simulation of tidal flat, it is inferior to the EFDC in CPU time and simulation of bottom friction. The MIKE21 model is excellent in efficiency, but some numerical noise would be detected at low water, not permitting correction of the model.

MIDAS Surveyor를 이용한 청계만 수심측량

강주환 ( Ju Whan Kang ),고영찬 ( Young Chan Koh ) 조선대학교 공학기술연구원 2015 공학기술논문지 Vol.8 No.1

Depth surveying with the tools of the MIDAS Surveyor was carried out at the Chunggye Bay. Tide and tidal current are also observed with the tidal observation instrument. Some hydrodynamic features related with tidal flat are analyzed. Tidal amplification by construction of the estuary dyke and seawalls had been detected not only near Mokpo Harbor but also at Chunggye Bay which is connected with Mokpo Harbor by a narrow channel. This brings about the increase of tidal flat area, which makes the ebb dominance at Chunggye Bay more seriously.