극좌표 포물형 파동방정식에 의한 변수심 점원파의 수치해석

곽문수,편종근 한국해안해양공학회 1998 학술강연회 발표논문초록집 Vol.1 No.1

極座標 抛物形 波動方程式을 이용한 變數深 点源波의 數値解析

곽문수,편종근 한국해안해양공학회 1999 한국해안해양공학회 논문집 Vol.11 No.1

본 연구에서는, 等水深의 港內波高分布 計算을 목적으로 이미 확립되어져 있는 Green 函數法을 變水深場에 適用하기 위하여 變數深場의 点源波에 대한 基本解를 구한다. 平面波浪場의 가장 일반적인 緩傾斜方程式을 基礎方程式으로 하여, 点源波가 圓環狀으로 전파하는 狀況을 나타내기 위하여 이것을 極座標로 표시하고, 進行性의 波를 간편하게 計算할 目的으로 抛物形 方程式으로 근사화하였다. 유도된 抛物形 波動方程式으 差分化하여 變水深場에서의 点源波의 基本解를 數値的으로 구하였으며 嚴密解와 비교하여 수치해의 타당성을 검토하였다. The Green function method is widely used for the analysis of waves in a harbor with a constant depth. In extending this method to a wave field over arbitrary depth, a generalized and convenient method is needed to obtain unit solutions for waves emerging from a point source. For this purpose, a parabolic wave equation is derived to approximate the mild-slope equation written in terms of polar coordinates. Usefulness of the equation obtained is examined through trial computations.

계류선박의 동요량을 고려한 하역한계파고 산정 방법에 관한 연구

곽문수,문용호,Kwak, Moon Su,Moon, Yong Ho 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.3

본 연구는 선박의 크기, 계류상태, 파랑의 주기, 파향 등의 영향을 반영하여 계류선박의 동요량을 계산하고, 그 결과를 이용하여 선석 전면에서 하역한계파고를 산정하는 방법을 제시한 것이다. 여기서는 포항신항의 제 8부두에 본 방법을 적용하고 하역중단시 현지 파랑 관측자료와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 하역중단시 현지 선박의 크기는 800~35,000ton이었으며, 이 때 관측된 파랑은 파고 0.10~0.75m, 주기 7~13s이었다. 본 방법에 의한 하역한계파고는 5,000ton, 10,000ton, 30,000ton 선박에 대하여 파고 0.19~0.50m, 주기 8~12s로 계산되었으며, 본 방법은 파랑의 주기 변화 및 선박의 크기에 대응하여 하역중단시 현지 파랑 관측 결과를 잘 재현하였다. 한편 본 방법에 의한 하역한계파고는 선형 5,000~30,000ton, 주기 12s, 선박에 입사하는 파랑의 각도가 $75^{\circ}C$일 때, 설계기준의 하역한계파고에 비해서 장 단주기 파를 고려하면 16~62%, 단주기 파랑만 고려하면 0~46% 감소하였다. 또한 설계기준에 제시된 하역한계파고는 주기 변화 및 선형에 따라 대응하지 못하며, 10,000ton 이하의 선박에 대해서는 과대 평가되어 있음을 확인하였다. This study proposed an estimation method of allowable wave height for loading and unloading of the ship considering ship motion that is affected by ship sizes, mooring conditions, wave periods and directions. The method was examined validity by comparison with wave field data at pier $8^{th}$ in Pohang new harbor. The wave field data obtained with wave height of 0.10~0.75m and wave period of 7~13s in ship sizes of 800~35,000ton when a downtimes have occurred. On the other hand, the results of allowable wave height for loading and unloading of the ship in this method have obtained with wave heights of 0.19~0.50m and wave periods of 8~12s for ship sizes of 5,000, 10,000 and 30,000ton. Thus this method well reproduced the field data respond to various a ship sizes and wave periods. And the results of this method tended to decrease in 16~62% when have considered long wave, and it is decreased in 0~46% when didn't consider long wave than design standards in case of the ship sizes of 5,000~30,000ton, wave period of 12s and wave angle of $75^{\circ}C$. The allowable wave heights for loading and unloading of the ship proposed by design standards are didn't respond to various the ship sizes and wave periods, and we have found that the design standards has overestimated on smaller than 10,000ton.

시간의존 완경사방정식을 이용한 항내 파고분포 계산

곽문수,홍길표,편종근 한국해안해양공학회 1990 한국해안해양공학회 논문집 Vol.2 No.1

항내 파랑모형의 여러 가지 요인을 종합해서 다를 수만 있다면 항만시설의 적절한 배치의 관건인 항내 정온도 판정에 기여하는 바가 매우 클 것이다. 본 논문은 시간의존 완경사방정식을 기본방정식으로 하고, 실제 항만의 반사조건에 적합한 임의반사율 환경조건을 도입하여, 파랑의 굴절, 회절, 천수효과 및 반사 등을 모두 고찰할 수 있는 수치모형을 확립하였다. 본 수치모형을 후포항에 적용하여 그 계산결과와 수리모형실험 및 Takayama 모형의 결과와 비교함으로 써 본 모형의 타당성을 검토하였다. 수리모형실험 결과와는 비교적 잘 일치하였고, Takayama 모형(1981)의 결과와도 유사한 결과를 보여주었다. 따라서, 본 수치모형은 항내 정온도를 판정함에 있어서 유용하게 쓰일 수 있을 것이다. The calmness inside a harbor plays an important role in the appropriate disposition of har-bor structures. However, it is not easy to get the accurate computational results because they are affected by many factors concerning with the wave transformation. Successful solution also depends on determining the boundary values appropriately. This paper presents the numerical model which is able to calculate wave heights inside a harbor It is based upon the time-dependent mild-slope equation involving wave refraction, diffraction, shoaling effect and reflection. In particular, the arbitrary reflectivity is used at the boundary in order to simulate the real harbor reflection condition. This numerical model is applied for Hupo-Harbor and its validities are investgated by comparing with experimental values from the hydraulic model test as well as computational results from Taka-yama's numerical model (1981). It is shown that the model results are in good agreement with results from hydraulic model and Takayama's.

투과 사석방파제 주변의 파랑장 해석

곽문수,이기상,편종근 한국해안해양공학회 2003 한국해안해양공학회 논문집 Vol.15 No.2

본 논문은 사석이나 소파블록 투과방파제로 이루어진 항만의 평면파랑장 해석모델에 있어서 중요한 변수인 구조물 내부의 투과파 속도와 저항계수를 수치모델에 사용하기 편리하도록 정의하고, 시간의존 완경사방정식 모델에 이들 방법과 임의투과율 경계조건을 사용하여 투과 사석방파제 주변의 평면파랑장을 해석할 수 있는 모델을 제시하였다. 모델의 검증은 조파수로 내에서 투과제에 대한 단면 수리모형실험을 실시하여 구조물 전.후 면의 수위변동을 측정하고 모델의 결과와 시계열로 비교하였으며, 현지 항만의 소파블록 투과제에 대한 3차원 수리모형실험 결과와 모델의 결과를 항내 구역파고비로 비교하여 이루어졌다. 본 모델은 검증을 통하여 수리모형의 실험결과에 대한 재현성이 매우 좋음을 확인할 수 있었다. In this study, a method that leads to make a simple decision on important parameters in analysis of wave field in permeable rubble-mound, block-mound breakwater, such as penetration velocity of incident waves and resistance coefficient, is introduced. A model that could analyze wave field of permeable breakwater in harbor, by applying these methods and arbitrary transmission coefficient boundary condition to a time-dependent mild-slope equation, was introduced. The verification of the model was done by carrying out 2-D physical model test on permeable breakwater, measuring the change in water surface elevation, comparing the computation result with time series, and comparing the result gained from the 3-D physical model test on permeable block-mound breakwater in an field harbor with the computation result in terms of regional wave height ratio in a harbor.

항만공진현상을 고려한 계류선박의 동요 해석에 관한 연구

곽문수,문용호,편종근,Kwak, Moon Su,Moon, Yong Ho,Pyun, Chong Kun 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2

본 연구는 항만 공진 현상을 고려한 계류선박의 동요량 산정방법을 제시하고 공진현상이 선박의 동요에 미치는 영향을 정량적으로 평가한 것이다. 공진 현상의 해석은 타원형완 경사방정식을 채용한 CGWAVE 모형을 사용하였고, 계류선박의 동요 해석은 3차원 Green 함수 모형을 사용하였다. 본 방법은 현지 계류선박의 동요량 계측 결과를 이용하여 타당성을 검증하였고, 포항신항의 최근 파랑 관측 자료와 비교하여 현지 항만의 적용성을 검토하였다. 파랑 관측 기록에서 얻어진 포항신항의 공진주기는 80분, 33분, 23분, 8분 등의 장주기 성분과 항내 슬립에서 발생한 주기 42초, 54초, 60초 등의 외중력파 성분이었으며 공진 해석 모형은 이들 공진주기를 잘 재현하였다. 본 연구에서는 포항신항의 제 8부두에 5,000톤, 10,000톤, 30,000톤의 선박이 계류되었을 때 공진 성분을 포함한 경우와 포함하지 않은 경우의 동요량을 각각 산정하여 공진 현상이 선박 동요에 미치는 영향을 검토하였다. 공진 성분을 포함한 경우는 그렇지 않은 경우에 비하여 12~400 %의 동요량 증가를 보였다. 공진 현상이 동요량에 미치는 영향은 Surge, Heave 동요는 선박이 클 수록, Roll과 Yaw 동요는 반대로 선박이 작을 수록 커짐을 알 수 있었다. This paper is proposed the computation method of moored ship motion considering harbor resonance, and estimated that the harbor resonance have an effect on moored ship motion. The computation of harbor resonance was used CGWAVE model and the computation of moored sip motion was used the Green function method expressed by three dimensions. This method was verified with the field observation data of moored ship motion, and the application of actual harbor was investigated with wave field data and down time record data in Pohang New Harbor. The resonance periods in Pohang New Harbor that obtained from wave field data were 80, 33, 23, 8 minute, which are the long waves, and 42, 54, 60 second, which are the infra-gravity waves inside harbor slip. The simulated results of harbor resonance were corresponded with the wave field data. This study was investigated on 5,000 ton, 10,000 ton and 30,000 ton ship sized in Pier 8 of Pohang New Harbor that the harbor resonance has effect on moored ship motion from simulated results of ship motion in case of included resonance and excluded resonance. In case of included resonance, the ship motion have increased by 12~400 percent when compared with results of excluded resonance. We could find that the harbor resonance have still more an effect on the surge and heave motions of a large size ship and the roll and yaw motions of a small size ship.

시간의존 완경사방정식을 이용한 항내 파고분포 계산

곽문수,홍길표,편종근 한국해안해양공학회 1990 한국해안해양공학회 논문집 Vol.2 No.2

항내 파랑모형의 여러 가지 요인을 종합해서 다를 수만 있다면 항만시설의 적절한 배치의 관건인 항내 정온도 판정에 기여하는 바가 매우 클 것이다. 본 논문은 시간의존 완경사방정식을 기본방정식으로 하고, 실제 항만의 반사조건에 적합한 임의반사율 환경조건을 도입하여, 파랑의 굴절, 회절, 천수효과 및 반사 등을 모두 고찰할 수 있는 수치모형을 확립하였다. 본 수치모형을 후포항에 적용하여 그 계산결과와 수리모형실험 및 Takayama 모형의 결과와 비교함으로 써 본 모형의 타당성을 검토하였다. 수리모형실험 결과와는 비교적 잘 일치하였고, Takayama 모형(1981)의 결과와도 유사한 결과를 보여주었다. 따라서, 본 수치모형은 항내 정온도를 판정함에 있어서 유용하게 쓰일 수 있을 것이다. The calmness inside a harbor plays an important role in the appropriate disposition of har-bor structures. However, it is not easy to get the accurate computational results because they are affected by many factors concerning with the wave transformation. Successful solution also depends on determining the boundary values appropriately. This paper presents the numerical model which is able to calculate wave heights inside a harbor It is based upon the time-dependent mild-slope equation involving wave refraction, diffraction, shoaling effect and reflection. In particular, the arbitrary reflectivity is used at the boundary in order to simulate the real harbor reflection condition. This numerical model is applied for Hupo-Harbor and its validities are investgated by comparing with experimental values from the hydraulic model test as well as computational results from Taka-yama's numerical model (1981). It is shown that the model results are in good agreement with results from hydraulic model and Takayama's.

제주외항 건설에 따른 주변 해역의 해빈류 변화 예측

곽문수,편종근,Kwak, Moon-Su,Pyun, Chong-Kun 한국방재학회 2004 한국방재학회논문집 Vol.4 No.3

본 연구에서는 하디크로스법을 적용한 해빈류 해석 수치모델을 사용하여 제주외항의 건설진, 후에 대한 주변 해연의 흐름 변화를 예측하였다. 수치계산은 외항 건설전의 현재상태와 구조물 완공후의 상태에 대하여 실시하였고, 파향은 계절적인 변화를 고려하여 겨울철 NNW 방향과 여름철 NE 방향을 각각 검토하였다. 계산결과는 건설전, 후 모두 겨울철 NNW 방향의 고파랑 내습시 해빈류가 크게 발생하였다. 또한, 건설전에는 외항 건설 예정해역에서 서쪽에서 동쪽으로 향하는 연안류가 발생하여 화북동 전면해역에서 이안류를 형성하였지만, 건설후에는 화북동 전면해역에서 이안류가 순환류의 형태로 변화하였으며, 외항 입구에서 작은 순환류가 나타남을 볼 수 있었다. 한편, 외항에서 북동쪽으로 3.0km 떨어진 삼양해수욕장 주변의 흐름분포는 외항과 반대방향인 서쪽에서 동쪽으로 연안류가 발생하고 있음을 알 수 있었으며, 해수욕장의 표사이동에 의해서 외항에 미치는 영향은 매우 작을 것으로 판단된다. In this study, the change of the current in the coastal zone before and after the construction of Jeju new harbor was predicted by using the numerical model, which uses Hardy-Cross method. The numerical model was carried out for the present state, before the construction, and the state after the construction, and for the wave direction the NNW direction for winter and NE direction for summer were tested so that the seasonal change may be considered. The computation result shows that a large amount of the wave induced current was occurred when there were high waves coming in from NNW direction before and after the construction. Also, before the construction a longshore current occurred moving from the west to the east at the new harbor construction site so that it formed a rip current in the Hwabuk-dong front sea. And also, after the construction, the tip current produced changed into nearshore circulating current and a small circulating current appeared at the harbor entrance. On the other hand, at Samyang 4each, which is 3.0km away from the new harbor in the NE direction, shows that there was a longshore current occurred from the west to the east, which is in the opposite direction the new harbor, and the effect on the new harbor by sediment transport at Samyang beach is thought to be very small.

FUNWAVE-TVD 모델을 이용한 경사구조물의 월파량 산정

곽문수 한국해안,해양공학회 2024 한국해안해양공학회 논문집 Vol.36 No.1

본 연구에서는 완전비선형 Boussinesq 방정식을 사용한 FUNWAVE-TVD 모델에 경사구조물의 월파 계산이 가능하도록 EurOtop(2018)의 경험식을 추가하여 프로그램을 수정하였다. 수정된 수치 모형은 경사제에 대한CLASH data 및 수리모형실험 자료와 비교하여 그 타당성이 검증되었다. 본 모형은 피복 블록의 조도계수 차이에따른 월파량의 변화를 정확히 재현하였고, 상대여유고 증가에 따른 월파량의 감소율을 잘 재현하였다. 경사제의 월파량은 피복 블록의 배치 상태에 따라서 큰 차이를 보였다. Tetrapods를 정적(regular positioning)으로 배치한 경우는난적(random positioning)으로 배치한 경우보다 월파량이 크게 증가하였고 Rocks로 배치했을 때와 일치하였다. 한편, Rocks를 1열로 배치한 경우는 2열로 배치한 경우보다 월파량이 커졌으며 이는 구조물 표면의 조도와 투수성의 영향 때문으로 판단된다. In this study, the program was modified by adding the empirical formula of EurOtop (2018) to enable calculation of wave overtopping on armoured slope structures in the FUNWAVE-TVD model using the fully nonlinear Boussinesq equation. The validity of the modified numerical model was verified by comparing it with CLASH data and experiment data for the rubble mound structure. This model accurately reproduced the change in wave overtopping rate according to the difference in the roughness factor of the armoured block, and well re produced the rate of decrease in wave overtopping rate due to the increase in relative freeboard. The overtopping rate of the armoured slope structures showed significant differences depending on the positioning condition of the armoured blocks. When Tetrapods were placed with regular positioning, the overtopping rate increased signifi cantly compared to when they were placed with random positioning, and it was consistent with when they were placed with Rocks. Meanwhile, when rocks were placed in one row, the wave overtopping rate was greater than when rocks were placed in two rows, which is believed to be due to the influence of the roughness and permea bility of the structure’s surface.

Green函數法에 의한 回折波 解析

곽문수,편종근 대한토목학회 1998 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.1998 No.3