실용적인 원지 지진해일 예경보 체계

윤성범,백운일,박원경,배재석,Yoon, Sung Bum,Baek, Unil,Park, Won Kyung,Bae, Jae Seok 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.10

본 연구에서는 우리나라 실정에 부합되는 실용적인 원지 지진해일 예경보 체계 구축을 위해 미국과 우리나라의 지진해일 예경보 체계 현황을 파악하고, 2011년 동일본 지진해일 당시의 대처상황을 분석하였다. 우리나라 해안 지역에 영향을 미치는 원지 지진해일의 발생원 및 전파 특성을 고려하고, 지진탐지 및 수치모의수행 능력과 가용 전문인력 등을 고려한 효율적인 원지 지진해일 예경보 체계 구축 방안을 제안하였다. To construct the practical forecast and warning system for distant tsunamis suitable for Korea the state-of-art of the forecast and warning systems of United States and Korea is investigated, and the action conducted by Korea for the case of 2011 East Japan Tsunami is also analysed. The tsunami sources and propagation characteristics of distant tsunamis that affect the Korean coastal area are considered along with the capability of earthquake monitering and numerical simulation and the available experts to propose the effective forecast and warning system for distant tsunamis.

유공벽에 의한 파의 반사율 산정에 있어서 경험공식의 타당성

윤성범(Yoon Sung Bum),이종인(Lee Jong In),한상철(Han Sang Cheol) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.6B

여러 가지 두께의 유공벽을 이용하여 다양한 파 조건에 대한 반사율 실험을 실시하고 기존 이론식의 타당성을 검토하였다. 그 결과 유공벽의 두께가 두꺼우면 에너지손실계수가 기존 이론식에 사용된 예연오리피스 공식의 약 62% 정도로 감소하며, 관성저항길이는 벽의 두께가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 관성저항의 길이가 증가할수록 최소반사율을 주는 유수실 폭이 감소한다. 그러므로 본 연구에서 얻어진 결과는 유공벽 설계시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The validity of the existing formulas for the estimation of reflection coefficient of waves due to perforated wall is investigated using the result of hydraulic experiments conducted with perforated walls of various thickness. The result shows that, when the wall is thick, the energy loss coefficient is reduced to 62% of the value evaluated using the existing formula for sharp-crested orifice. The result also shows that the length of inertia resistance increases linearly as the thickness of the wall increases. The width of chamber to achieve the minimum reflection of waves decreases as the length of inertia resistance increases. Thus, the result found in the present study can be usful for the design of perforated wall.

지진해일 전파 수치모의를 위한 2차원 유한요소모형의 능동적 분산보정기법

윤성범(Yoon, Sung Bum),임채호(Lim, Chae Ho) 한국해안해양공학회 2005 한국해안해양공학회 논문집 Vol.17 No.1

지진해일을 수치모의할 때 임의로 구성된 유한요소망과 양해법을 사용하면서도 Boussinesq 방정식과 같은 정도의 물리적 분산효과를 고려할 수 있는 능동적인 분산보정 2차원 유한요소모형을 개발하였다. 새로운 기법을 이용하여 계산한 수치해와 파의 분산효과를 고려한 해석해의 비교를 통해 본 연구에서 개발한 분산보정기법의 타당성을 입증하였다. 그 결과 개발된 수치모형이 상당히 정확함을 보였다. For the simulation of tsunami propagation an active dispersion-correction two-dimensional finite element model has been developed based on a shallow-water wave equation. This model employs an arbitrary triangular mesh and an explicit time integration scheme. However, the physical dispersion effects as included in the Boussinesq equations can be taken into account in the computation. The validity of the dispersion-correction scheme developed in this study is verified through the comparison of numerical solutions calculated using the new scheme with analytical ones considering dispersion effect of waves. As a result, the present model is shown to be considerably accurate.

관측자료 분석과 수치모의에 의한 해운대 이안류 발생 특성 연구

윤성범(Yoon Sung Bum),권석재(Kwon Seok Jae),배재석(Bae Jae Soek),최준우(Choi Junwoo) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 B Vol.32 No.4B

To investigate the characteristics of rip current occurring at Haeundae beach, observations obtained from a buoy and a CCTV were analyzed and numerical experiments were conducted. During observed rip-current events, the CCTV images showed that a couple of wave-trains, which are close to regular waves with slightly different directions, propagated to the beach, and wavelet analyses of data from the buoy showed very narrow-banded spectra with a peak frequency. From the evidences, it was inferred that a known mechanism of generating rip current due to the nodal line area of honeycomb-patterned wave crest was one of the significant factors of rip current occurrences of Haeundae beach. The mechanism has been explained by the following: When two wave-trains with slightly different directions propagate to a beach, wave crests of the incident wave-trains form honeycomb pattern due to nonlinear interaction. The nodal lines of honeycomb pattern are developed in the cross-shore direction. And longshore currents flow toward the nodal line area which has very low wave energy. Consequently their mass flux is expelled through the area toward the sea direction. To confirm the generation, numerical experiments were performed using a nonlinear Boussinesq equation model. In the cases with two incident wave-trains with slightly different directions and with a monochromatic wave propagating over a submerged shoal, it was seen that the honeycomb pattern of wave crests was well developed, and thus rip currents were evolved along the nodal lines. 국립해양조사원의 해운대 부이로 부터 관측된 자료와 CCTV 영상자료를 분석하고 수치실험을 수행하여 해운대 해변에서 발생하는 이안류의 특성을 연구하였다. CCTV 영상자료를 분석한 결과로 부터 이안류가 발생할 때 규칙파에 가깝고 진행방향이 약간 다른 파랑이 중첩되어 입사되고 있는 것을 관찰할 수 있었으며, 부이 관측자료의 웨이브릿 분석으로부터 한 주기에 파랑에너지가 집중된 협대역 스펙트럼을 확인할 수 있었다. 이로부터 이미 알려진 이안류 발생 메커니즘가운데 하나인 벌집구조의 절점선 영역을 통한 이안류의 발생이 해운대 이안류의 주요한 발생 메커니즘임을 추론할 수 있었다. 이러한 이 안류 발생 메커니즘은 다음과 같이 설명할 수 있다. 진행방향이 약간 다른 규칙파가 해안으로 전파될 때 서로 중첩되어 비선형 상호작용으로 파봉선이 벌집구조 형상으로 변형된다. 여기서, 파고가 영(zero)인 절점선이 해안선에서 외해방향으로 발달하게 된다. 파고가 상대적으로 작은 이 절점선 영역을 향하여 연안류의 질량수송이 집중되며 일시에 외해로 이안류를 발생시키게 된다. 벌집구조 피봉형상 입사파에 의한 이안류 발생을 재현하기 위해 완전 비선형 Boussinesq 방정식 모형을 이용해 수치모의를 수행하였다. 이 수치모의로부터 진행방향이 서로 다르므로, 그리고 일방향 파랑이 수중천퇴에 의하여 변형되므로 발생된 벌집구조 현상에 의하여 이안류가 잘 발생함을 확인하였다.

지진해일 전파 유한차분 수치모형의 격자접속기법

윤성범(Yoon Sung Bum),권세영(Kwon Se Young) 대한토목학회 2000 대한토목학회논문집 B Vol.20 No.5B

서해안 이상파랑의 발생 및 증폭 기구 분석

윤성범(Yoon, Sung Bum),신충훈(Shin, Choong Hun),배재석(Bae, Jae Seok) 한국해안해양공학회 2014 한국해안해양공학회 논문집 Vol.26 No.5

2007년 3월 31일 서해안에서 발생했던 이상파랑의 발생원인 및 증폭과정을 이해하기 위해 관측자료 분석과 선형 천수방정식 및 선형 Boussinesq 모형을 이용한 1차원 수치모형 실험을 수행하였다. 기존의 연구에서 제안된 여러 형태의 압력점프에 대해 검토한 결과 기존의 압력점프는 관측된 이상파랑의 특성을 제대로 재현할 수 없었다. 본 연구에서는 새로운 형태의 압력점프를 제안하였다. 본 연구에서 제안한 압력점프의 타당성을 검토하기 위한 수치모의를 수행한 결과, 계산된 이상파랑의 주기와 최대 수면고가 관측치와 상당히 일치함을 보여주었다. On 31 March 2007, the abnormal wave occurred along the western coast of Korea. In order to investigate the generation mechanism of abnormal waves and to understand the amplification process of the abnormal waves, the observed data were analyzed and one-dimensional numerical model experiments were performed by using both the linear shallow water equation and the linear Boussinesq equation models. Various types of pressure jump for the abnormal waves previously proposed by other researchers were reviewed. As a result, it was not possible to reproduce the abnormal waves from the previously proposed pressure jumps. In this study, we proposed a new form of pressure jump, and numerical simulations were performed in order to check the validity of the proposed pressure jump. The numerical results showed that the calculated period of abnormal waves and the maximum water elevations agreed reasonably well with those of the observations.

완변수심상 지진해일 전파 모의를 위한 분산보정 유한차분모형

윤성범(Yoon Sung Bum),임채호(Lim Chae Ho),배재석(Bae Jae Seok) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 B Vol.27 No.1B

An explicit finite-difference numerical model is developed for the simulation of tsunami propagation over a slowly varying water depth. In the present model the numerical dispersion induced by the truncation error of numerical scheme is minimized by employing a dispersion-correction parameter determined based on time step, grid size and local water depth. The present model employs a linear Boussinesq-type wave equation that can be solved more easily than the conventional Boussinesq equations. In order to verify the present model the propagation of tsunamis is simulated for the cases of a plane slope and a submerged circular shoal. The numerical results are compared with the numerical solutions of the linearized Boussinesq equations. The comparisons give reasonable agreements between two solutions. However, the computational efficiency is significantly improved when the present model is used. 수심이 완만히 변하는 지형에서 지진해일 전파 수치모의를 위한 양해법의 유한차분 수치모형을 개발하였다. 본 모형에서는 주어진 수심, 시간간격과 격자간격에 의해 결정되는 분산보정계수를 이용하여 수치기법의 절단오차로 인해 발생하는 수치분산을 최소화시킨다. 이 수치모형은 기존의 Boussinesq 방정식보다 쉽게 해를 구할 수 있는 선형 Boussinesq 형태의 파동방정식을 이용한다. 개발된 수치모형을 검증하기 위해 평면경사 및 수중 원형천퇴상을 전파하는 지진해일에 대한 수치모의를 수행하고, 그 결과를 선형화된 Boussinesq 방정식에 의해 계산된 수치해와 비교하였다. 그 결과 두 수치해가 상당히 일치하는 좋은 결과를 얻었다. 그러나 본 수치모형을 이용했을 때 계산효율이 크게 개선되었다.

유공벽의 두께를 고려한 파의 에너지손실계수

윤성범(Yoon, Sung-Bum),이종인(Lee, Jong-In),남두현(Nam, Doo-Hyun),김선형(Kim, Seon-Hyung) 한국해안해양공학회 2006 한국해안해양공학회 논문집 Vol.18 No.4

본 연구에서는 범용난류유동수치모형인 FLUENT를 이용하여 다양한 유공벽의 두깨와 흐름 조건에 대한 수치실험을 실시하고, 그 결과를 이용하여 유공벽의 두께가 고려된 새로운 에너지 손실계수 산정식을 얻었다. 그 결과 유공벽의 두께가 두꺼워질수록 에너지손실계수 α가 감소하여 기존의 예연오리피스 감식에 의한 값의 최대 40%정도까지 감소함을 할 수 있었다. 새로운 공식의 타당성을 검토하기 위해 본 연구에서 계시한 공식을 이용하여 파 반사율을 구하고 기존의 공식에 의한 반사율 및 수리실험을 통해 측정된 결과와 비교하였으며, 새로운 공식의 우수성이 확인되었다. In the present study extensisve numerical experiments are conducted using the CFD code, FLUENT, to investigate the energy dissipation due to perforated walls for various wall-thickness and flow conditions. A new empirical formula for energy loss coefficient considering the effect of the thickness of perforated wall is obtained based on the results of computational experiments. It is found that the energy loss coefficient decreases as the wall-thickness increases and the maximum coefficient reduction reaches upto 40% of the value calculated using the conventional formulas for the sharp-crested orifice. To check the validity of the new formula the reflection coefficient of waves due to perforated wall is evaluated and compared with the results of existing theories and hydraulic experiments. The result shows that the new formula is superior to the conventional ones.

유공벽의 에너지 손실계수 개선

윤성범(Yoon Sung Bum),이종인(Lee Jong In),김선형(Kim Seon Hyung),전영준(Jeon Young Joon) 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10

폭풍해일과 강우에 의한 해안 도시 범람 수치모의를 위한 우수관망 수치모형의 개발

윤성범(Yoon, Sung Bum),이재황(Lee, Jaehwang),김건형(Kim, Gun Hyeong),송지훈(Song, Ji Hoon) 한국해안해양공학회 2014 한국해안해양공학회 논문집 Vol.26 No.5

기존의 태풍에 의한 해안 범람 수치모의 연구의 대부분은 폭풍해일만을 고려하였으므로 강우에 의한 추가적인 침수는 배제되어 왔다. 일반적으로 태풍은 강우를 동반한 자연재해이므로 폭풍해일에 의한 해안 도시범람을 수치모의 하는 데 있어 반드시 강우의 영향이 고려되어야 한다. 또한 강우는 도시 우수 관망을 통해 바다로 배출되므로 강우를 동반하는 폭풍해일 수치모의 시 우수관망 시스템이 고려되어야 타당한 결과를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 기존의 폭풍해일 수치모형에 강우와 우수관망을 해석할 수 있는 알고리즘을 추가하여 수치모형을 개발하였다. 개발된 수치모형을 단순화된 지형에 적용하여 강우에 의한 범람과 우수의 배수, 해수의 역류현상, 우수의 배수에 따른 해수면 상승 등 기본적인 수치모형의 기능을 검사하였다. 그 결과 다양한 조건에서 수치모형이 정상적으로 작동되는 것을 확인하였다. Since most of the researches on the coastal inundation due to typhoons have considered only storm surges, an additional inundation due to rainfall has been neglected. In general, typhoons are natural disasters being accompanied by the rainfall. Thus, it is essential to consider the effect of rainfall in the numerical simulation of coastal inundation due to storm surges. Because the rainwater is discharged to the sea through the storm sewer system, it should be included in the numerical simulation of storm surges to obtain reasonable results. In this study an algorithm that can deal with the effects of rainfall and sewer system is developed and combined with a conventional storm surge numerical model. To test the present numerical model various numerical simulations are conducted using the simplified topography for the cases including the inundation due to rainfall, the drainage of rainwater, the backflow of sea water, and the increase of sea water level due to drainage of rainwater. As a result, it is confirmed that the basic performance of the present model is satisfactory for various flow situations.