속초항과 청초호의 부진동 특성 (1. 현장관측과 자료 분석)

정원무,박우선,김규한,채장원,김지희 한국해안해양공학회 2002 한국해안해양공학회 논문집 Vol.14 No.1

협수로로 연결된 속초항과 청초호의 장주기파 공진을 검토하기 위하여 항내·외 8개 정점에서 파향·파고계, 초음파식 파고계, 수압식 파고계, 유속계 등을 이용하여 장·단주기파 현장관측을 실시하였다 자료 분석 결과 속초항과 청초호의 Helmholtz 공진 모드의 주기는 각각 13.6분과 54.5분으로 제시되었으며, 협수로 내 주된 유속의 출현 주기는 55.2분으로 청초호의 Helmholtz 공진 조건에 지배됨을 알 수 있었다. 저중력파로 인한 국부 부진동의 에너지 수준은 평상시보다 폭풍시에 훨씬 더 큰 것으로 나타났다. 항내·외 정점에서의 저중력파 파고와 항외의 단주기파고에 대한 회귀분석 결과 양자는 거의 선형적인 상관 관계를 가지는 것으로 나타났다. 그러나 양자의 주기들, 단주기 파향과 저중력파 파고, 단주기 파고와 저중력파 주기 사이에는 특별한 상관 관계를 발견하지 못하였다. 한편, 향후 장기간 자료가 축적되면 속초항 해역에서의 저중력파 파고에 대한 극치 해석을 통하여 재현빈도별 저중력파 파고를 추정할 수 있을 것으로 사료되었다. To investigate long-period wave responses in Sokcho Harbor and Cheongcho lagoon, field measurements were made for long-and short-period waves and current velocities using a Directional Waverider, a ultrasonic-type wave gauge, four pressure-type wave gauges, and a current meter. From the data analysis, it was found that the Helmholtz resonant periods of Sokcho Harbor and Cheongcho lagoon are about 13.6 and 54.5 minutes, respectively, and the dominant period of wave induced current in the passage between Sokcho Harbor and Cheongcho lagoon is about 55.2 minutes which depends on Helmholtz resonant condition of the Cheongcho lagoon. It was also found that the energy level of the far-infra-gravity waves during storm conditions is very high compared with that during calm sea conditions. To investigate relationships between far-infra-gravity waves and short-period waves at offshore station, regression analyses were carried out especially for 1) heights, 2) periods, 3) direction and height, 4) height and period between short-and far-infra-gravity waves, respectively. The results showed that the long-period wave height is highly correlated with the short-period wave height. However, no special trend was found for the other relations. In the future far-infra-gravity wave heights on return period around Sokcho Harbor region can be suggested by using extreme value analyses of long term measured data.

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

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.

개구부가 좁은 직사각형 항만의 공진 특성 (2.항입구 에너지 손실의 영향)

정원무,박우선,서경덕,채장원 한국해안해양공학회 1999 한국해안해양공학회 논문집 Vol.11 No.4

확장형 완경사방정식을 지배방정식으로 사용하며 무한원방에서의 방사조건은 무한요소로, 그리고 항입구에서의 흐름분리로 인한 에너지 손실의 고려는 정합요소로 처리하는 Galerkin 유한요소 모형을 개발하였다. 완전 및 부분 개방 직사각형 항만에 대한 수치실험 결과 항입구에서의 에너지 손실의 포함은 港奧에서의 증폭비를 상당히 감소시키는 것으로 나타났으며, 입사파고와 제트 길이의 증가는 증폭비의 상당한 감소를 초래하였다. 감천항에서 제트길이를 고려한 경우 공진주기의 이동으로 입사파 진폭이 작을 때는 손실을 고려하지 않은 경우보다 진폭비가 오히려 크게 나타났다. 관측된 입사 장주기 파고의 사용시에는 항입구 손실이 작은 것으로 나타났으나 지진해일의 내습시와 같이 파고가 큰 경우에는 상당한 입구 손실이 예상되었다. 감천항의 Helmholtz 공진모드는 주기 31.0분으로 제시되어 관측 겨로가인 27.0~33.3분과 잘 일치하였다. 또한 관측치인 주기 9.4~12.1분과 5.2~6.2분의 공진모드도 10.4분과 6.6분 또는 5.6분으로 상당히 재현되었다. 한편, 감천항에는 매우 다양한 모드의 부진동이 존재하는 것으로 나타났으며, 영일만 마찬가지로 주기 3.6분과 1.6분에서 상당한 진폭비의 횡방향 공진이 존재함을 확인하였다. A Galerkin finite element model for the analysis of harbor oscillation has been developed based on the extended mild-slope equation. Infinite elements are used to accomodate the radiation condition at infinity and joint elements to treat the matching conditions at the harbor entrance which include the energy loss due to flow separation. The numerical tests for rectangular harbors with fully or partially open entrances show that the energy loss at the harbor entrance considerably reduces the the amplification ratios at the innermost parts of the harbors and that the amplification ratios decrease considerably with increasing incident wave heights and jet lengths at the harbor entrance. Application of the model to the Gamcheon harbor show that when the incident wave amplitude is small the amplification ratios rather increase when the entrance energy loss is included than when ignored because of the shift of the resonance periods. Even though the entrance energy loss was insignificant for the measured long-period incident waves, it would be of great importance if the incident waves were large as in the attack of tsunamis. The resonance period of the Helmholtz mode at the Gamcheon Harbor was calculated to be 31 minutes, which agrees well with the measured one between 27 and 33.3 minutes. The measured resonance periods between 9.4 and 12.1 minutes and 5.2 and 6.2 minutes were also calculated by the numerical model as 10.4 minutes and 6.6 or 5.6 minutes, indicating good performance of the model. On the other hand, it was shown that a variety of oscillation modes exists in the Gamcheon Harbor and lateral resonances of considerable amplification ratios also exist at the periods of 3.6 and 1.6 minutes as in the Young-II Bay.

경계 damper를 이용한 항만 파낭응답 해석

정원무,박우선 한국해안해양공학회 1993 한국해안해양공학회 논문집 Vol.5 No.1

본 논문에서는 경계 damper를 이용하여 파낭의 항내 침입으로 인한 수면교난 현상을 예측할 수 있는 유한요소 수치모형에 대해서 연구하였다. 지배방정식으로는 완경사냉정식을 사용하였으며, 고체 경계면에서의 에너지 손실 효과를 고려하기 위하여 부분반사 경계조건을 도입하였다. 방사 경계조건은 Bando 등(1984)이 개발한 2차원 경계 damper로 처리하였다. 항내 영역은 8절점 등매개변수요소를 사용하여 모형화하였으며, 경계면의 경계조건은 3절점 선요소로 처리하였다. 본 수치모형의 검증을 위하여 완전 개방된 직사각형 모형항만에 대해 수치실험을 수행하였다. 또한, 고체 경계면에서의 반사율 변화 및 경계 damper의 종류에 따른 해석도 수행하여 상호 비교하였다. This paper is concerned with developing a finite element model incorporating boundary damper techniques which is applicable to the prediction of wave agitations in harbors. Based on the linear wave theory, a mild-slope equation is used. In order to consider the wave energy dissipations on solid boundary. the partial reflecting boundary condition is introduced. Radiating boundary condition is modeled by using tile second-order boundary damper developed by Bando et al. (1984). The near field region in harbor is discretized using 8-noded isoparametric elements, the boundary conditions are presented using 3-noded line elements. The numerical model is applied to a fully open rectangular harbor to prove its validity. Numerical experiments are also performed to investigate the effects of the wave reflection coefficients of solid boundary and the types of the dampers.

묵호항의 항내 진동

정원무,정경태,채장원 한국해안해양공학회 1995 한국해안해양공학회 논문집 Vol.7 No.1

묵호항내 수면교란 현상을 분석하기 위하여 묵초항의 항외, 항입구 및 항내의 3개 정점에서 2회에 걸쳐 약 10일간 수압식 파고계를 이용하여 현상관측을 실시하였다. 관측자료의 스펙트럼 분석 결과 묵호항의 Helmholtz period는 약 10.0-14.3분, 제2 공진주기는 약 3.3분이 되는 것으로 나타났다. 정점 S3에서 Helmholtz period에서의 평균 증폭비는 약 6.8, 관측기간중의 항내에서의 해수위 변위 진폭은 약 5-10cm로 나타났다. 이러한 묵호항의 Helmholtz period 및 제2 첨단주기는 수치모형(정 등, 1993)으로 계산한 결과와 잘 일치하였다. 또한 수치모형실험을 통하여 묵호항의 제1 및 제3 공진주기로 7.5분과 1.9분을 각각 제시하였다. Three Pressure type wave gauges were installed for about 10 days for the analysis of long wave agitations in Mukho Harbor. Helmholtz and second resonant periods of seiche in Mukho Harbor are shown to be approximately 10.0-14.3 and 3.3 minutes from the spectral analysis of measured wave data. Amplification ratio at Helmholtz period reaches about 6.8 and the wave amplitudes in the harbor were in the range of 5-10 cm during the measurement period. Helmholtz and second resonant periods of seiche in Mukho Harbor agree very well with those computed using Jeong dt al. (1993b)'s model. The model gives rise to the first and third resonant peaks at 7.5 and 1.9 minutes, respectively.

항내 준설에 의한 항만 공진의 저감

정원무,박우선,서경덕,이광수,김지희 한국해안해양공학회 2001 한국해안해양공학회 논문집 Vol.13 No.2

얕은 수심 위를 전파하는 파가 갑자기 훨씬 깊은 수심을 만나면 더 이상 전파하지 못하고 반사된다는 사실이 잘 알려져 있다. 이러한 현상을 항만에 적용하여 항내 수심을 항회에 비하여 매우 깊게 만들면 항내로 침입하는 파를 수심이 급변하는 지점에서 반사시킴으로써 항만 정온도를 개선할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 우선 완경사방정식 및 확장형 완경사방정식을 사용한 모형들을 입구에 급격한 수심 경사가 있는 직사각형 항만에서의 장주기 부진동에 적용한 결과 두 모형 사이에 차이가 거의 없음을 확인하였다. 이 수치모형을 항내 전체를 준설한 현실감 있는 모형 항만에 적용한 결과 기존 수심의 2배로 준설한 경우에는 저감 효과가 크지 않았으나 3배로 준설한 경우 선체운동에 악영향을 미칠 수 있는 주기 1∼5분의 장주기파를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 항내 수역의 일부만 준설하는 경우에도 준설된 지역에서 전체 준설의 경우와 비슷한 정도의 효과가 있음을 확인함으로써 이 방법이 항내 장주기파 저감 대책의 하나로 고려될 수 있음을 제시하였다. It is well known that whcn waves propagating on a shallow water suddenly encounter a much deeper water they do not propagate further but are reflected. If we apply this phenomenon to a harbor by making the harbor depth much greater than outside, we could improve the harbor tranquillity by making the waves impinging into the harbor be reflected at the harbor entrance. In the present paper, first we apply the numerical models based' on the mild-slope equation and extended mild-slope equation to calculate the long wave resonances in a rectangular harbor with a very large depth discontinuity at its entrance to find that the difference between the models is almost negligible. By applying the numerical model to a realistic model harbor whose inside is entirely dredged, it is found that the effect of dredging is insignificant when the inside depth is twice the outside one but tripled inside depth significantly reduces the long waves of period of one to five minutes whieh may exert a bad influence on ship motion. Moreover, even when only a portion of the harbor basin is dredged, the cffect of dredging in the dredged area is found to be comparable to that of entire dredging, showing that the dredging of harbor basin can be a countenncasure for harbor resonance.

부유식 파력-해상풍력 복합발전시스템의 개념설계를 위한 환경조건 분석

정원무,류경호,홍기용 한국해양환경·에너지학회 2013 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.11

전국파랑관측자료 제공시스템 WINK 구축

정원무,오상호,류경호,백종대,최일훈 한국해안,해양공학회 2018 한국해안해양공학회 논문집 Vol.30 No.6

Continuous measurement of nearshore waves around Korea over long period is very demanding to setup plans for prevention of disasters of port and coastal structures. In this respect, a new web-based system, termed as WINK, was established, which collects nearshore wave data from Korea Meteorological Agency (KMA), Korea Hydrographic and Oceanographic Agency (KHOA), and Ministry of Oceans and Fisheries (MOF) and provide them after quality control of the data. This paper describes technical aspects regarding collection and selection of the wave observation data, construction of wave hindcasting data, the methodology of quality control for the selected wave data, and overall process of building the web-based data providing system. 항만 및 연안 시설물의 연안방재 계획 수립을 위해서는 우리나라 연안에서 장기간 연속 관측된 파랑자료가 필수적이다. 이를 위해 기상청, 국립해양조사원, 해양수산부의 연안파랑 관측자료를 수집하고, 품질관리를 거쳐제공하는 시스템 WINK가 최근 구축되었다. 이 시스템 구축을 위한 각 기관별 장기파랑 관측자료의 수집 및 선별, 역추산자료의 생성, 선별된 관측자료의 품질관리 방법, 웹 기반 자료제공 시스템 구축 과정의 기술적 내용을 본 논문에 기술하였다.

우리나라 동해안 중부 해역에서 6년간 연속 관측된 파랑의 특성

정원무,오상호,조홍연,백원대 한국해안,해양공학회 2019 한국해안해양공학회 논문집 Vol.31 No.2

This study presents the results of analysis for the wave data that were consecutively collected from February 2013 to November 2018 at the location of 1.6 km offshore from Namhangjin beach. The water depth at the location is 30.5 m and waves were measured by AWAC (Acoustic Wave And Current meter). By using wave-by-wave analysis and spectral analysis, wave heights and periods were evaluated and then the relationships between the quantities obtained by the two methods were proposed based on linear regression analysis. In addition, monthly and yearly variations of the significant wave height and period, and the peak wave direction were analyzed. Moreover, the relationship between the significant wave height and period was newly suggested. Variability and probability distribution of the significant wave period with respect to the significant wave height were also examined. 동해안 남항진 해변에서 1.6 km 떨어진 수심 30.5 m 해역에서 초음파식 파고·파향계를 이용하여 2013년 2 월부터 2018년 11월까지 연속 관측을 실시하여 취득된 파랑자료를 분석하였다. 파별분석법과 스펙트럼법에 의해 파 고와 주기를 분석하고 두 방법에 의해 산정되는 파라메터 사이의 관계식을 선형 회귀분석에 의해 도출하였다. 또한 유의파고, 유의파주기, 첨두파향의 월별 및 연별 변동성을 분석하였다. 이에 더하여 유의파고와 유의파주기의 상관관 계식을 새롭게 제시하고 유의파고에 대한 유의파주기의 변동성 및 확률분포 특성을 고찰하였다.

평상파의 항내정온도 분석을 통한 항만가동율의 산정

정원무,정신택,채장원 한국해안해양공학회 1993 학술강연회 발표논문초록집 Vol.1 No.1