한정된 자료로 추정한 설계파고의 신뢰구간 분석

정원무(Jeong, Weon-Mu),조홍연(Cho, Hong-Yeon),김건우(Kim, Gunwoo) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.4

부산항 신항에서 측정한 14년 동안의 파랑자료를 이용하여 재현기간에 따른 설계파고와 신뢰구간을 추정 분석하였다. 극치분석에 사용한 함수는 Gumbel 함수와 Weibull 함수, Kernel 함수이며, 각각의 방법으로 추정한 설계파고의 신뢰구간을 Monte-Carlo 모의기법 중의 하나인 Bootstrap 방법으로 추정하였다. 설계파고의 추정 신뢰구간을 분석한 결과, 약 ±10% 수준의 신뢰구간을 만족하기 위해서는 150년 이상의 자료가 필요한 것으로 파악되었다. 그리고 실질적으로 가능한 자료의 개수를 25~50개 정도(25~50년 동안의 추정자료)로 간주하는 경우, Type I 분포함수의 경우 허용오차가 ±16~22% 정도이며, Type III 분포함수의 경우, ±18~24% 정도로 파악되었다. 한편 비모수적 방법에 해당하는 Kernel 분포함수를 이용한 방법은 Type I과 III을 사용한 것에 비해 신뢰구간은 40% 이하 수준으로 우수한 결과를 보이는 반면, 설계파고는 1.2~1.6 m 정도 낮게 추정하는 결과를 보여주고 있다. It is estimated and analyzed that the design wave height and the confidence interval (hereafter CI) according to the return period using the fourteen-year wave data obtained at Pusan New Port. The functions used in the extreme value analysis are the Gumbel function, the Weibull function, and the Kernel function. The CI of the estimated wave heights was predicted using one of the Monte-Carlo simulation methods, the Bootstrap method. The analysis results of the estimated CI of the design wave height indicate that over 150 years of data is necessary in order to satisfy an approximately ±10% CI. Also, estimating the number of practically possible data to be around 25~50, the allowable error was found to be approximately ±16~22% for Type I PDF and ±18~24% for Type III PDF. Whereas, the Kernel distribution method, a typical non-parametric method, shows that the CI of the method is below 40% in comparison with the CI of the other methods and the estimated design wave height is 1.2~1.6 m lower than that of the other methods.

2004~2006년 대한해협 동쪽을 통과한 태풍들에 의한 폭풍파 관측

정원무(Jeong, Weon Mu),김상익(Kim, Sang Ik),백원대(Baek, Won Dae),오상호(Oh, Sang-Ho) 한국해안해양공학회 2014 한국해안해양공학회 논문집 Vol.26 No.2

최근 우리나라에는 거의 매년 대형 태풍이 내습하였으며 이로 인해 직 간접적으로 많은 피해가 발생하였다. 그러나 태풍의 내습 시 태풍의 외해 진입경로에서 파랑 및 바람자료를 확보한 사례는 매우 드물며 이로 인해 태풍파 모델링의 보정 및 검증자료 확보에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 논문은 기상청과 한국해양과학기술원에서 2004~2006년에 내습한 태풍 송다, 나비, 산산으로 인한 폭풍파들을 관측한 기록들을 종합하여 제공함으로써 태풍파 수치모델링 관련 연구자들에게 도움이 되도록 하였다. 태풍 나비와 산산의 진행경로가 대한해협보다 동쪽이었음에도 불구하고 거제도 동쪽에 위치한 남형제도에서 유의파고 8.3 m가 관측되었으며, 특히 영일만방파제 전면 1.4 km 지점에서는 두 태풍 모두 기록적인 유의파고 12.2 m가 관측되었다. 한편, 거제도의 해양기상부이와 남형제도의 파향 파고계로 취득된 자료들의 비교 결과 최대파고는 유사하였으나 유의파고는 상당한 차이를 나타냈다. In recent years, strong typhoons have passed South Korea almost every year and severe damages were incurred directly and indirectly. However, instances where wave and wind data were procured from the offshore approach path of the typhoon are very rare and thus researchers are experiencing difficulties in obtaining calibration and verification data of typhoon-generated wave modeling. This paper provides a synthesis of records of observations by the Korea Meteorological Administration and Korea Institute of Ocean Science and Technology on storm waves generated by the typhoons SONGDA, NABI, and SHANSHAN that passed from 2004 to 2006 in order to help researchers interested in typhoon-generated wave numerical modeling. Although the trajectories of typhoon NABI and SHANSHAN were east of the Korea Strait, a significant wave height of 8.3 m was measured at Namhyeongjedo located east of Geojedo. Moreover, an unprecedented significant wave height of 12.2 m was measured for both typhoons at a station 1.4 km away from Yeongil Bay breakwater. Meanwhile, a comparative analysis of data obtained with a ocean data buoy at Geojedo and a Directional Waverider at Namhyeongjedo showed maximum wave heights that were similar but considerably different significant wave heights.

동해 연안 파력 부존량의 시간적 및 공간적인 변동 양상

정원무(Jeong, Weon Mu),조홍연(Cho, Hongyeon),오상호(Oh, Sang Ho),김상익(Kim, Sang Ik) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.5

본 연구에서는 동해 연안의 9개소에서 관측된 파랑 자료를 사용하여 파력 부존량을 평가하였으며 기존의 연구 결과와 비교하였다. 동해 연안에서는 파력 부존량의 계절 변화가 동계 6.4 kW/m, 하계 1.2 kW/m 정도로 공간적인 변화인 2.5~4.3 kW/m보다 크게 나타나고 있으며, 거의 대부분의 정점에서 하계 6~7월의 파력이 가장 작게 나타났다. 연 평균 파력 부존량 추정치는 동해 중부 해역에 위치하고 있는 묵호와 죽변 지점에서 4.3 kW/m 정도로 가장 크게 나타났으며, 진하 지점에서 2.5 kW/m로 가장 작게 나타났다. 또한 파력 부존량의 분포도 기존의 후측자료를 이용하여 제시된 남쪽에서 북쪽 방향으로의 감소 경향과는 달리 중부해역에서 가장 크고, 중부해역을 기준으로 남쪽, 북쪽 방향으로 모두 감소하는 경향을 보이는 것으로 파악되었다. In this study, the wave energy potential (WEP) was evaluated using the wave data measured at nine stations along the Korean east coast and compared with the results of previous studies. Along the Korean east coast, seasonal variations in the WEP were around 6.4 kW/m in winter and 1.2 kW/m in summer, greater than spatial variations of 2.5~4.3 kW/m. In most stations, the wave power during June to July were shown to be smallest. The estimated annual average WEP was greatest in the Mukho and Jukbyeon stations located in the middle of the Korean east coast at around 4.3 kW/m, and smallest in the Jinha station at around 2.5 kW/m. The results found using the previous hindcast data showed WEP having a tendency to decrease from south to north. However, in this study, the WEP showed a tendency of being greatest in the middle of the Korean east coast and decreasing in both north and south directions.

항만정온도 추정방법 개선방안 검토

정원무,류경호,Jeong, Weon Mu,Ryu, Kyong-Ho 한국해안해양공학회 2014 한국해안해양공학회 논문집 Vol.26 No.6

우리나라의 항만정온도 검토 방법에는 이상 시 항내정온도 검토와 항만가동율 검토 등이 있으며 대부분의 경우에 두 가지 방법을 모두 수행하고 있다. 전자에서는 정온도 기준을 합리적인 근거가 없는 항내파고 절대치로 판단하고 있는 문제점이 있으며 그 실효성에도 의문이 제기된다. 후자에서는 초과출현율 파 또는 장기간의 실측 및 역추산 자료의 파향-주기군을 사용하여 항만가동율을 산정하는 방법 등이 사용되고 있는데 이들 중 초과출현율 파의 사용은 정확도에 문제가 있으므로 장기간 자료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 현재 적용되는 하역한계파고의 기준은 너무 단순하여 실제 상황을 반영하는데 한계가 있다. 본 논문에서는 부산항 신항에서 관측한 파고 실측자료를 사용하여 현행 항만정온도 및 항만가동율 검토방법의 문제점을 실질적으로 입증하였으며 실측자료의 중요성을 강조하였다. 향후 우리나라 주요 항만 내 외에서 장기간의 실측 자료를 확보함으로써 개선된 항만정온도 기준을 마련하는데 적극적으로 활용하는 것이 바람직하다. In Korea, harbor tranquility is generally estimated by using both methods of investigating harbor calmness under abnormal wave condition and evaluating the harbor serviceability. The efficiency of the former method is questionable as the tranquility of a harbor is judged by a wave height criterion that is arbitrarily determined without rational basis. In case of the latter method, the utilization rate of a harbor is estimated by using the exceedance probability of wave height or the distribution of wave heights and periods that is obtained from longterm measured or hindcasted wave data. Use of long-term data is desirable in order to guarantee the accuracy of the exceedance probability. Meanwhile, the criterion for determining maximum allowable wave height for cargo handling works is too simple and has limitations for being used in an actual field condition. Problems of existing method for estimating harbor tranquility were verified by the wave observation data in Busan New Port. And the importance of the field observation data was emphasized. It is necessary to perform long-term wave monitoring inside and outside of major ports in Korea in order to establish more advanced standard for evaluating harbor tranquility based on such observed wave data.

장기파랑관측자료와 수치실험에 의한 동해안 천해설계파고 검토

정원무(Weon-Mu Jeong),최혁진(Hyukjin Choi),조홍연(Hong-Yeon Cho),오상호(Sang-Ho Oh) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.5

본 연구에서는 동해안의 4개 정점(속초, 묵호, 후포, 진하)에서 13년간 관측된 파랑자료를 이용하여 극치확률분석을 통해 재현빈도별로 천해설계파를 산정하였고, 이 값을 한국해양연구원(2005)에 제시된 동해안 심해설계파를 이용하여 SWAN 수치모델링로 계산된 결과와 비교하였다. 그 결과 2005년 기존 심해설계파의 수치실험 결과는 관측파랑에 의한 극치분석 결과보다 상대적으로 작은 것으로 나타났으며, 특히 30년 빈도 이하에서 동해안에서의 기존 심해설계파고가 과소산정되었을 가능성이 있음을 시사한다. In this study, shallow-water design waves are estimated for various return periods based on statistical analysis of extreme waves observed 13 years at four stations on the Korean east coast (Sokcho, Mukho, Hupo, Jinha). These values are compared with the results from SWAN simulation by using the deep water design waves conventionally used in Korea (KORDI, 2005). It was found that the simulated values of the shallow-water design waves are comparatively smaller than the values from the extreme value analysis, expecially below 30 years frequency, which implies possible under-estimation of the deep-water design waves on the Korean east coast.

속초 연안의 장기 파랑관측 및 분석

정원무(Weon Mu Jeong),류경호(Kyung-Ho Ryu),조홍연(Hongyeon Cho) 한국해안해양공학회 2015 한국해안해양공학회 논문집 Vol.27 No.4

동해 중부에 위치한 속초항 연안에서 약 11년간 취득한 파랑자료를 스펙트럼법과 파별분석법을 사용하여 분석하고 대표적인 파랑 특성을 검토하였다. 유의파고는 동계에 크고 하계에 작으며, 첨두주기도 동계에 길고 하계에 짧은 특성을 나타내었다. 관측된 최대 유의파고는 8.95 m 였으며 동해선풍에 의하여 발생되었다. 유의파고와 첨두주기 모두 그 분포 형태를 Generalized Gamma 및 Generalized Extreme Value 분포함수보다는 Kernel 분포함수가 보다 잘 재현하였다. 한편, 인근 해역에서의 설계 및 시공에 도움을 줄 수 있도록 파고 자료를 월별 및 파고 구간별로 세분하고 누적출현율을 제시하였다. Wave data acquired over eleven years near Sokcho Harbor located in the central area of the east coast were analyzed using spectral method and wave-by-wave analysis method and its major wave characteristics were examined. Significant wave heights were found to be high in winter and low in summer, and peak periods were also found to be long in winter and short in summer. The maximum significant wave height observed was 8.95 m caused by the East Sea twister. The distributional pattern of the significant wave heights and peak periods were both fitted better by Kernel distribution function than by Generalized Gamma distribution function and Generalized Extreme Value distribution function. The wave data were compiled to subdivide the wave height into intervals for each month, and the cumulative occurrence rates of wave heights were calculated to be utilized for the design and construction works in nearby construction works.

동해항(東海港)의 부진동(副振動) 특성(特性)(2. 수치계산(數値計算))

정원무,정경태,채장원,Jeong, Weon Mu,Jung, Kyung Tae,Chae, Jang Won 대한토목학회 1993 대한토목학회논문집 Vol.13 No.3

장주기파(長週期波)의 침입(侵入) 변형(變形)에 의한 항내(港內) 수면교란(水面攪亂) 현상(現像)을 효과적(效果的)으로 분석(分析) 및 예측(豫測)하기 위하여 해석해(解析解)와 유한요소(有限要素)를 복합적(複合的)으로 사용한 수치모형(數値模型)을 이용하였다. 기본방정식(基本方程式)으로 완경사(緩傾斜) 방정식(方程式)을 사용하였으며, 고체(固體) 경계면(境界面)에서는 부분흡수(部分吸收) 경계조건(境界條件)을 사용하였다. 방파제(防波堤) 주변(周邊)과 항내(港內) 영역(領域)은 유한요소(有限要素)로 모형화(模型化)하고 항외(港外) 영역(領域)에서는 Helmholtz 방정식(方程式)의 해석해(解析解)를 이용하였다. Chen과 Mei(1974)의 방법(方法)을 이용하여 경계치(境界値) 문제(問題)의 범함수(凡?數)를 구한 후 구성(構成)되는 최종적(最終的)인 연립방정식(聯立方程式)을 Gauss 소거법(消去法)으로 푸는 수치모형(數値模型)을 수립(樹立)하였다. 현장관측(現場觀測) 자료(資料)의 스펙트럼 분석(分析)으로 제시된 동해항(東海港)의 Helmholtz natural period 및 제(第)2 첨두주기(尖頭週期)는 수치계산(數値計算)으로 구해진 것과 잘 일치(一致)하였다. 항만구조물(港灣構造物)에서의 반사율(反射率)을 변화(變化)시키면서 구한 증폭비(增幅比)와 관측치(觀測値)의 비교(比較) 결과(結果) 반사계수(反射係數)를 0.99로 했을 때 가장 양호(良好)한 일치(一致)를 나타내었다. A numerical model has been used for the prediction of wave agitations in a harbor which are induced by the intrusion and transformation of incident waves. Based on linear wave theory a mild-slope equation has been used. A partial absorbing boundary condition has been used on solid boundary. Functional has been derived following Chen and Mei(l974)'s technique based on Hybrid Element Method which uses finite discretisation in the inner region and analytical solution of Helmholtz equation in the outer region. Final simultaneous equation has been solved using the Gaussian Elimination Method. Helmholtz natural period and second peak period of seiche in Donghae Harbor coincide very well with the results from numerical calculation. Computed amplification factors show good agreement, especially when the reflection coefficient on solid boundary is 0.99, with those of measurements.

대진 연안의 장기 파랑 특성 분석

정원무(Weon Mu Jeong),조홍연(Hongyeon Cho),백원대(Wondae Baek) 한국해안해양공학회 2015 한국해안해양공학회 논문집 Vol.27 No.2

동해 중북부에 위치한 대진항 북측 연안에서 7년간 취득한 파랑자료를 스펙트럼법과 파별분석법을 사용하여 분석하고 대표적인 파랑 특성을 검토하였다. 유의파고는 동계에 크고 하계에 작으며, 첨두주기도 동계에 길고 하계에 짧은 특성을 나타내었다. 관측된 최대 유의파고는 6.59 m였으며 1216호 태풍 산바(SANBA)에 의하여 발생되었다. 유의파고와 첨두주기 모두 그 분포 형태를 Generalized Gamma 및 Generalized Extreme Value 분포함수보다는 Kernel 분포함수가 보다 잘 재현하였다. 한편, 인근 해역에서의 설계 및 시공에 도움을 줄 수 있도록 파고 자료를 월별 및 파고구간별로 세분하고 누적출현율을 제시하였다. Wave data acquired over seven years near Daejin Harbor located in the north central area of the east coast was analyzed using spectral method and wave-by-wave analysis method and its major wave characteristics were examined. Significant wave heights were found to be high in winter and low in summer, and peak periods were also found to be long in winter and short in summer. The maximum significant wave height observed was 6.59 m and was caused by Typhoon No. 1216, SANBA. The distributional pattern of the significant wave heights and peak periods were both reproduced better by Kernel distribution function than by Generalized Gamma distribution function and Generalized Extreme Value distribution function. Meanwhile, the wave data was subdivided by month and wave height level and the cumulative appearance rate was proposed to aid designing and constructing works in nearby coastal areas.

동해안에서의 이상 고파

정원무(Jeong, Weon-Mu),오상호(Oh, Sang-Ho),이동영(Lee, Dong-Young) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.4

2006년 10월 23~24일 동해안 일대에서 발생한 이상 고파(高波)를 5개 지점에서 관측하고 기상청에서 제공하는 바람 자료를 함께 이용하여 고파의 특성을 분석하였다. 이번 이상 고파는 높은 너울이 동해안에 영향을 미치기 시작하는 시점에 동해상에 발달한 온대성 저기압의 영향으로 동해선풍이 지속적으로 강하게 불어서 발생하였다. 5개 관측 지점 중 가장 북쪽에 위치한 속초에서는 최대 순간풍속 63.7 m/s의 강풍과 최대 유의파고 9.69 m, 첨두주기 12.8 s의 고파가 관측되었다. 이처럼 높은 파가 발생한 이유는 강풍이 부는 동안 높은 너울이 지속적으로 유지되었고 강풍이 너울의 진행과 같은 방향으로 불어서 너울과 풍파의 중첩에 의한 파고 상승 효과가 극대화되었기 때문이다. 동해안에서는 겨울철에 이러한 돌발성 폭풍파가 발생할 가능성이 매우 높으므로 이를 고려하여 피해를 최소화하도록 대응 방침을 수립해야 할 것이다. Abnormally high waves occurring at the east coast of korea were observed at five field measurement stations and their characteristics were analyzed with the use of wind data provided by the Korean Meteorological Administration. The high waves occurred because strong Donghae twister that was developed by extratropical cyclone blew while high swell arrived at the east coast of Korea. At Sokcho, the most northern site among the five measurement stations, maximum gust speed was 63.7 m/s and significant wave height reached at its maximum of 9.69 m with the corresponding peak wave period of 12.8 s. The reason for appearance of the abnormally high waves is that high swell continued while the twister blew strongly. Moreover, the wind direction was the same as the direction of swell propagation, which maximizes the increase of wave height due to superposition of swell and wind-generated waves. On the east coast of Korea, outbreak of this type of storm waves is very probable in winter season so that it is requested to establish a countermeasure of minimizing possible damage caused by the storm waves.

장기실측 파랑자료 분석을 통한 동해안 폭풍파 출현 추세

정원무(Weon Mu Jeong),류경호(Kyong-Ho Ryu),오상호(Sang-Ho Oh),백원대(Won-dae Baek) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.2

우리나라 동해안 6개 관측점에서 장기간 관측된 파랑자료를 이용하여 폭풍파의 출현 추세를 검토하였다. 한국해양과학기술원의 4개 정점(속초, 묵호, 후포, 진하)에서는 관측기간 동안 유의파고의 연별 평균값과 최대값의 주목할 만한 추세가 나타나지 않았다. 또한, 폭풍파의 연별 출현 횟수는 진하에서만 완만한 증가 추세가 나타났고 나머지 세 정점에서는 감소 추세를 보였다. 그러나 기상청 동해부이의 경우 유의파고의 연별 평균값과 최대값 및 폭풍파 연별 출현횟수가 2009년 이후로 매우 급격하게 증가하는 경향이 나타났으며 해당 자료의 연속성이 확보되지 않은 것으로 확인되었다. The trend in appearance of storm waves on the east coast of Korea was investigated based on long-term wave data observed at six different stations. At the four wave stations of KIOST (Sokcho, Mukho, Hupo, and Jinha), no notable trend was found during the observation period with respect to the annual average and maximum values of the significant wave height. In addition, the annual number of the appearance of storm waves showed decreasing trend at the three stations except Jinha, where slightly increasing trend of the quantity was recognized. In contrast, at Donghea ocean data buoy of KMA, abruptly increasing trend was found for the annual average and maximum of the significant wave height and for the annual number of the appearance of storm waves as well, demonstrating lack of consistency in the observation data from Donghea buoy of KMA.