동적 결합형 POM-WAM 모형의 해향저류 모의 적용

천제호(Chun, Je-Ho),안경모(Ahn, Kyung-Mo),서경덕(Suh, Kyung-Duck),윤종태(Yoon, Jong-Tae) 한국해안해양공학회 2011 한국해안해양공학회 논문집 Vol.23 No.2

본 연구에서는 천 등(2009)의 동적결합형 POM-WAM 모형을 천해역 해빈류 현상 중 하나인 해향저류(undertow) 문제에 적용하였다. 수치모형의 해향저류 계산 결과를 향상시키기 위해 surface roller에 대한 방정식을 풀고, 이를 해향저류 계산에 포함시켰다. 수치모형을 Okayasu and Katayama(1992) 및 Cox and Kobayashi(1997)의 수리모형 실험에 적용하고, 계산 결과를 수리모형 실험 결과 및 Tajima and Madsen(2006)의 수치계산 결과와 함께 비교하였다. 그 결과, 본 수치모형의 계산결과와 실험결과가 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이를 통해, 본 수치모형이 쇄파대를 포함한 천해역에 적용 가능함을 확인하였다. In the present study, the dynamically coupled POM-WAM of Chun et al.(2009) was applied to the numerical simulation of undertow, one of the nearshore currents. To improve the accuracy of the numerical model results in surf zone, the transport equation of the surface roller was solved, and its effects were incorporated into the present numerical model. The numerical model has been applied to two hydraulic experiments of Okayasu and Katayama(1992) and Cox and Kobayashi(1997). The numerical results were compared with the hydraulic experimental results to give a good concurrence. It is concluded that the present numerical model can be applied to the shallow water region including surf zone.

천해에 적용가능한 태풍 해일-조석-파랑 수치모델 개발 1. 해수유동 모델의 정확성 검토

천제호(Chun, Je-Ho),안경모(Ahn, Kyung-Mo),윤종태(Yoon, Jong-Tae) 한국해안해양공학회 2009 한국해안해양공학회 논문집 Vol.21 No.1

본 논문에서는 천해에 적용 가능한 동적결합형 태풍 해일-조석-파랑 수치모델의 개발과 개발된 모델의 정확성을 검증하였다. 태풍 해일과 조석 수치모델은 POM (Princeton Ocean Model)을 기반으로 하였으며, 풍파 파랑 수치모델은 WAM (Wave Model)을 기반으로 천해에 적용할 수 있도록 수정하여 두 모델을 동적으로 결합하였다. 연속된 두 개의 논문 중에 첫 번째 논문인 본 논문에서는 해일과 조석을 수치 모의하는 해수유동 부분의 수치모의의 안정성과 정확성을 검증하였다. 수치모의의 안정성과 정확성 향상을 위하여 기존의 POM 모델의 난류 수치모델 부분과 연직속도 계산 알고리즘을 수정 보완하였다. 수정된 POM 모델의 정확성과 수치적 안정성 검증을 위하여 해석해와 실 해역에서 측정된 관측결과와 비교하였으며, 수정된 POM 모델이 기존의 POM 모델보다 수치계산의 안정성과 정확성이 개선되었음을 확인할 수 있었다. This paper presents the development of dynamically combined Typhoon generated surge-tide-wave numerical model which is applicable to shallow water. The newly developed model is based on both POM (Princeton Ocean Model) for the surge and tide and WAM (WAve Model) for wind-generated waves, but is modified to be applicable to shallow water. In this paper which is the first paper of the two in a sequence, we verified the accuracy and numerical stability of the hydrodynamic part of the model which is responsible for the simulation of Typhoon generated surge and tide. In order to improve the accuracy and numerical stability of the combined model, we modified algorithms responsible for turbulent modeling as well as vertical velocity computation routine of POM. Verification of the model performance had been conducted by comparing numerical simulation results with analytic solutions as well as data obtained from field measurement. The modified POM is shown to be more accurate and numerically stable compare to the existing POM.

완경사 방정식의 확장에 관한 연구

천제호(Chun Je-Ho),김재중(Kim Jae-Joong) 동아대학교 해양자원연구소 2003 동아대학교 해양자원연구소 연구논문집 Vol.15 No.-

  In this study, Mild slope equation, which has a good ability to calculate the wave transformation is extended to the rapidly varying topography and nonlinear water waves using Hamilton"s principle. And these extended equations are solved numerically using the finite-difference method. It is verified, compared to the result of hydraulic experiment. A good agreement between the numerical results and the hydraulic experiments is shown.

천해역으로 확장된 WAM모형에 의한 영일만 파랑모의

천제호(Chun, Je-Ho),안경모(Ahn, Kyung-Mo),윤종태(Yoon, Jong-Tae) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.6

심해역 파랑모형인 WAM에 쇄파와 삼파 상호작용을 추가하여 모형의 적용영역을 천해역으로 확장하였다. 모형의 검증을 위해 영일만에서의 파랑변형 모의를 수행하였고, 수치모의된 파랑자료는 영일만 입구 1개소와 영일만 내부 2개소의 관측 결과와 양호한 일치를 보여주었다. 수치모의 결과를 보면, 영일만 입구에서 입사되는 파랑은 영일만 내부로 진입하는 과정에서 바닥에 의한 에너지 감쇠와 쇄파 작용 등으로 인해 파고의 점진적 감소가 나타나고, 파향은 주로 NE 계열로 입사되어 연안 근처에서는 굴절 효과로 인해 해안에 대해서 수직한 방향으로 진행하는 경향을 보여주었다. WAM(WAve Model), deep water wave model has been extended to the region of shallow water, incorporating wave breaking, and triad wave interaction. To verify the model, numerical simulation of waves in Youngil bay, Pohang is performed and the simulated results show good agreements with measured wave data sets, one station at the mouth of bay and two stations inside the bay. As waves propagate toward the shore, wave height gradually diminishes by bottom friction and wave breaking, and wave direction, initially NE changes normal to the shore due to depth refraction.

WAM모형의 천해역 확장에 관한 연구

천제호(Chun, Je-Ho),안경모(Ahn, Kyung-Mo),윤종태(Yoon, Jong-Tae) 한국해안해양공학회 2008 한국해안해양공학회 논문집 Vol.20 No.2

심해역 파랑모형인 WAM에 쇄파와 삼파 상호작용을 추가하여 모형의 적용영역을 천해역으로 확장하였다. 확장된 모형의 검증을 위해 Chawla et al.(1998) 과 Beji and Battjes(1993)의 수리모형 실험에 본 모형을 적용하여 천해역에서의 파랑변형 및 비선형 3파 상호작용의 수치모의 기능을 확인하였고, 계산된 수치모의 결과들은 수리실험의 계측결과와 잘 일치하였다. 그리고 실제 해역에서의 적용성을 검토하기 위해 태풍 매미에 대한 파랑 모의에 적용하였고, 계산 결과를 거제, 부산, 울산에서의 관측치와 비교하였는데 만족스러운 일치를 보여주었다. WAM(WAve Model), deep water wave model has been extended to the region of shallow water, incorporating wave breaking, and triad wave interaction. To verify this model, two numerical simulations for hydraulic experiments of Chawla et al.(1998) and Beji and Battjes(1993) are performed. The computed results show good agreements with measured ones. To identify its applicability to real sea, it is applied to storm wave modelling for typhoon Maemi. Numerical results compared with measured ones at Geoje, Busan and Ulsan show reasonable wave height estimations.

완경사 방정식의 확장에 관한 연구

천제호(JE-HO CHUN),김재중(JAE-JOONG KIM),윤항묵(HANG-MOOK YOON) 한국해양공학회 2004 韓國海洋工學會誌 Vol.18 No.2

In this study, the Mild slope equation is extended to both rapidly varying topography and nonlinear waves, using the Hamiltonian principle. It is shown that this equation is equivalent to the modified mild-slope equation (Kirby and Misra, 1998) for small amplitude wave, and it is the same form with the nonlinear mild-slope equation (Isobe, 1994) for slowly varying bottom topography. Comparing its numerical solutions with the results of some hydraulic experiments, there is good agreement between them.

음해법을 이용한 WAM모형의 태풍파랑 수치모의

천제호(Chun, Je-Ho),안경모(Ahn, Kyung-Mo),윤종태(Yoon, Jong-Tae) 한국해안해양공학회 2006 한국해안해양공학회 논문집 Vol.18 No.4

양해법의 하나인 풍상차분을 사용하는 WAM 모형의 수치기법을 분할차분법을 이용한 음해법으로 바꾸고 수치분산을 줄이기 위해 FCT 기법을 적용하였다. 새로운 수치기법의 특성을 확인하기 위해 구형파 전파실험과 태풍 매미로 인한 파랑모의를 수행하였다. 기존의 WAM 모형에 비해 현저히 수치분산을 줄일 수 있었고, 음해법의 이용으로 비교적 큰 시간 격자 간격에서도 안정적으로 계산이 수행되어, 보다 경제적인 수치모의가 가능함을 확인하였다. Implicit numerical scheme using fractional step method and FCT is used to improve the computational efficiency of WAM. Square wave test and simulation of typhoon generated waves are conducted to verify the numerical scheme. The applied scheme shows much less numerical diffusion and due to the implicit character of the scheme much larger time steps can be used without numerical instability. For typhoon MAEMI, comparison between the numerical results and the measured data shows good agreement.

완경사 방정식에서의 간편화된 파의 부분 반사 및 투과 처리기법

천제호(Chun, Je-Ho),안경모(Ahn, Kyung-Mo) 한국해안해양공학회 2006 한국해안해양공학회 논문집 Vol.18 No.1

본 논문에서는 완경사 방정식에 새로운 항을 추가하여 파의 부분 반사 및 투과 현상을 수치모의하는 방법을 제시하였다. 반투과성 방파제와 같은 해안구조물 주변의 파랑장을 계산하고자 할 때, 반사율과 투과율 정보가 수리도형실험에 의해 주어지면 간편하게 적용할 수 있는 효율적인 수치모의 방법이다. 제시된 방법의 정확성을 검증하기 위해 2차원 투과성 방파제에서의 부분 투과 및 부분 반사 조건을 만족시키는지 여부를 수치모형 실험을 통해 확인하였다. 또한 본 기법을 3차원 반무한 방파제 와 투과성 이안제에 적용시켜, 방파제에 직각 또는 경사를 갖고 진입하는 파랑에 대해 수치모의하였다. 3차원 수조의 반무한 방파제에 직각 또는 경사지게 진입하는 파랑에 의한 방파제 주위의 부분반사, 부분투과 및 회절된 파랑장의 수치모의 결과를 각각 Yu(1995)와 McIver(1999)의 해석해와 비교하여 정확성을 검증하였다. 본 기법은 사용하기 쉬우면서도 정확하고 효과적으로 투과성 방파제 주위의 파랑장을 계산할 수 있다. This paper presents a simplified numerical method that can be used to incorporate the partial reflection and transmission of water waves in the hyperbolic mild-slope equation. For given reflection and transmission coefficients, wave fields around a porous breakwater including reflection, transmission, and diffraction can be simulated accurately. For the verification of the proposed method, numerical experiments have been carried out and compared with analytic solutions given by Yu(1995) and McIver(1999). The proposed method is easy to implement and is computationally efficient. It is demonstrated that the method performs well with a sloping bottom bathymetry and varying incident wave angles

장기 파랑측정자료를 이용한 평상파 산정 방법론

안경모(Ahn, Kyungmo),천제호(Chun, Je Ho) 한국해안해양공학회 2004 한국해안해양공학회 논문집 Vol.16 No.3

본 논문에서는 장기간 측정된 파랑자료를 이용하여 신뢰성 있는 항만설계를 하기 위한 평상파 산정에 대한 방법론을 제시하였다. 제안된 방법론을 부산항 내 해경부두 설계에 적용하여, 부산항 입구 조도 전면해상에서 장기간 측정된 파랑자료를 이용하여 97.5% 평상파를 산정하였다. 1993년 2월부터 2002년 12월까지 측정된 파랑자료를 파향별로 유의파고와 유의파주기의 결합분포를 구한 후, 포물선형 완경사 방정식 파랑모델을 이용하여 해경부두에서의 평상파 조건을 산정하였다. 해경부두 위치에서의 항만설계를 위한 97.5% 평상파의 파고는 1.06 m 이며, 이는 부산항 항외에서 입사되는 파향 E, 유의파고 1.75 m, 유의파주기 7 sec에 의해 생성되는 것으로 분석되었다. 부산항 내 풍파에 의한 평상파에의 영향을 검토하였으나, 항내 풍파는 평상파 산정에 영향이 없으며 항외에서 항내로 진입하는 너울성 파고의 영향이 지배적임이 밝혀졌다. 따라서 항내의 풍파의 영향만을 고려하여 평상파를 추정하였을 경우 심각한 오류가 있음을 알 수 있었다. For designing a reliable harbor, a methodology for estimating design waves of 97.5% operable harbor condition is suggested using long-term wave data. For a practical application of the methodology, a marine police harbor was selected as a site. Wave data used were collected from February 1993 to December 2003 at Jodo wave gage station in front of Pusan harbor. Joint distributions of significant wave height and significant wave period for specified wave directions were obtained and used to feed as input waves for parabolic mild-slope wave model. Results showed that input waves with significant wave height of 1.75 m, significant wave period off sec and wave direction E yield design waves height of 1.06 m at the site of interests, which is a 97.5% operable harbor condition. Wind waves generated inside harbor showed to be no effect on the design wave condition. Swells propagated from deep water into harbor are shown to be dominant effects on the design waves of operable harbor condition.

경험모의기법에 의한 남해안의 심해 설계파고 산정

서경덕(Suh, Kyung-Duck),김문기(Kim, Mun-Ki),천제호(Chun, Je-Ho) 한국해안해양공학회 2011 한국해안해양공학회 논문집 Vol.23 No.4

방파제 등 항만 외곽시설의 설계에 있어서 파랑은 구조물의 단면을 결정하는 가장 중요한 요소이다. 본 연구에서는 Holland(1980)의 파라미터 모델을 이용하여 태풍시의 해상풍을 구축하고, WAM 모형을 이용하여 태풍에 의한 파랑을 수치 계산하였다. 남해안의 부산, 목포, 여수, 서귀포 지역에 영향을 미친 태풍을 선정하고 가상의 태풍을 추가하여 training set을 구성하고, 남향 계열의 7개 파향에 대해서 경험모의기법을 적용하여 재현기간별 설계 파고를 산정하였다. 또한, 이를 POT 방법과 한국해양연구원(2005)의 결과와 비교, 분석하였다. Estimation of wave height is the most important factor in the design of coastal structures such as breakwaters. In the present study, typhoon wind distribution was constructed by applying the parametric model of Holland (1980), and numerical simulations on the typhoon-generated waves were carried out using the WAM. The typhoons which affected the southern coast of the Korean Peninsula and several hypothetical typhoons were selected to construct the training sets. Design wave heights were estimated using the empirical simulation technique for various return periods and wave directions. The estimated design wave heights were compared with those by the peaks-over-threshold method and the results of KORDI(2005).