Measurement of Turbulence Properties at the Time of Flow Reversal Under High Wave Conditions in Hujeong Beach

장연식,도종대,김선신,안경모,진재율,Chang, Yeon S.,Do, Jong Dae,Kim, Sun-Sin,Ahn, Kyungmo,Jin, Jae-Youll Korean Society of Coastal and Ocean Engineers 2017 한국해안해양공학회 논문집 Vol.29 No.4

교란운동에너지(TKE)와 레이놀즈 응력의 수직성분($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$)에 대한 한 주기 파장 안에서의 시간변화를 관측자료를 사용하여 분석하였다. 관측자료는 동해에서 온대성저기압이 발달하였던 2017년 1월 14일부터 18일까지 동해안 후정해변에서 측정한 파랑자료를 사용하였다. 이 기간 동안 관측된 모든 파랑자료들 중에서 비슷한 형태를 갖는 수백 개의 규칙파들을 구분하였으며 이 자료를 토대로 Ensemble Average 기법을 사용하여 이 기간 파랑특성을 대표하는 세 개의 평균파를 계산하였다. 그리고 이 평균파를 기준으로 각 파의 요동을 측정하여 한 주기 동안의 교란운동에너지와 레이놀즈 응력을 계산하였다. 이렇게 계산된 자료들을 분석한 결과 교란운동에너지는 파랑의 평균유속과 비슷한 분포를 나타내었으나(즉 유속이 최대값을 나타낼 때 교란운동에너지도 최대값을 나타내었다), $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$는 파랑의 수평유속 방향이 전환되는 '방향전환점'에서 가파르게 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$의 독특한 분포는 Nielsen(1992)에 의해 제안된 난류 convection 현상을 뒷받침하는 발견으로 퇴적물과 같은 물질들의 부유현상이 파랑의 '방향전환점(한 주기 안에서 파랑의 횡단방향 유속 부호가 바뀌는 시점)'에서 촉진될 수 있음을 보여준다. 이렇게 관측된 난류에너지 분포 특성을 CADMAS-SURF 모델을 사용하여 구현해 보았다. 그 결과 교란운동에너지의 경우 모델결과와 관측치 사이에 유사성이 발견되었으나 레이놀즈 응력($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$)의 경우 모델이 '방향전환점'에서의 증가현상을 구현해 내지 못하였다. 이는 CADMAS-SURF와 같은 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 모델들이 가지는 한계점으로 RANS 모델의 경우 레이놀즈 응력과 같은 난류에너지가 평균유속의 분포에 강한 영향을 받기 때문인 것으로 판명되었다. The temporal distribution of the turbulence kinetic energy (TKE) and the vertical component of Reynolds stresses ($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$) was measured during one wave period under high wave energy conditions. The wave data were obtained at Hujeong Beach in the east coast of Korea at January 14~18 of 2017 when an extratropical cyclone was developed in the East Sea. Among the whole thousands of waves measured during the period, hundreds of regular waves that had with similar pattern were selected for the analysis in order to give three representing mean wave patterns using the ensemble average technique. The turbulence properties were then estimated based on the selected wave data. It is interesting to find out that $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$ has one clear peak near the time of flow reversal while TKE has two peaks at the corresponding times of maximum cross-shore velocity magnitudes. The distinguished pattern of Reynolds stress indicates that vertical fluxes of such properties as suspended sediments may be enhanced at the time when the horizontal flow direction is reversed to disturb the flows, supporting the turbulence convection process proposed by Nielsen (1992). The characteristic patterns of turbulence properties are examined using the CADMAS-SURF Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) model. Although the model can reasonably simulate the distribution of TKE pattern, it fails to produce the $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$ peak at the time of flow reversal, which indicates that the application of RANS model is limited in the prediction of some turbulence properties such as Reynolds stresses.

Sediment Particulate Motions Over a Ripple Under Different Wave Amplitude Conditions

Chang, Yeon S.(장연식),Ahn, Kyungmo(안경모),Hwang, Jin H.(황진환),Park, Young-Gyu(박영규) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.6

부유 퇴적물의 입자 운동에 대한 수치실험이 굴곡이 있는 해저면 위에서 수행되었다. 해저면 경계층의 난류 유속장은 LES 난류모델을 사용하여 구현하였고, 난류 흐름 속에서의 퇴적물 입자운동은 Lagrangian 입자추적 모델을 사용하여 구현하였다. 수치실험을 통하여 두개의 다른 유속조건을 사용하였는데, 파랑주기를 비롯한 다른 모든 조건은 동일하게 유지한 가운데 오직 최대 유속만 다르게 하여 실험을 수행하였다. 예상한 것과 같이 부유되는 퇴적물 입자의 양은 유속이 강할 수록 증가하였다. 그러나 예상하지 못한 결과도 관측되었는데 그것은 비록 최대유속외에 다른 모든 조건은 동일하더라도 퇴적물이 부유되는 양상은 다르게 나타날 수 있다는 것이다. 특히 퇴적물이 부유하게 되는 시간이 위상평균한 파장 주기안에서 서로 다르게 나타나는 것이 발견되었는데, 이는 해저면 굴곡 주위에서 유속에 의해 생성되는 난류 와동의 생성시간이 다르기 때문에 일어나는 것으로 밝혀졌다. 이전의 연구에서도 알려진 바와 같이 이런 난류 와동들이 퇴적물의 부유현상에 미치는 영향은 지대한 것으로 확인되었으며, 또한 이런 와동들의 생성시간은 유속의 크기에 따라 달라 질 수 있음이 밝혀졌다. 이로인해 해저면 굴곡 위에서 퇴적물의 부유현상을 보다 정확하게 규명하기 위해서는 파랑의 여러가지 복잡한 변수들을 고려하여야 함이 이번 실험을 통하여 입증되었다. 또한 퇴적물 입자의 부유에 영향을 미치는 난류 에너지분포 역시 생성된 난류 와동에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통하여 유속의 세기변화 만으로도 퇴적물이 부유되는 시간이 굴곡이 있는 해저면에서 바뀔 수 있는 것으로 확인되었으며, 이는 향후 퇴적물 부유에 대한 연구를 할때 해저면 구조와 유속구조의 상관관계를 보다 신중히 검토해야 함이 밝혀졌다. Sediment particle motions have been numerically simulated over a sinusoidal ripple. Turbulent boundary layer flows are generated by Large Eddy Simulation, and the sediment particle motions are simulated using Lagrangian particle tracking method. Two unsteady flow conditions are used in the experiment by employing two different wave amplitudes while keeping other conditions such as wave period same. As expected, the amount of suspended sediment particles is clearly dependent on the wave amplitude as it is increasing with increasing flow intensity. However, it is also observed that the pattern of suspension may be different as well due to the only different condition caused by wave amplitude. Specially, the time of maximum sediment suspension within the wave period is not coincident between the two cases because sediment suspension is strongly affected by the existence of turbulent eddies that are formed at different times over the ripple between the two cases as well. The role of these turbulent eddies on sediment suspension is important as it is also confirmed in previous researches. However, it is also found the time of these eddies' formation may also dependent on the wave amplitude over rippled beds. Therefore, it has been proved that various flow as well as geometric conditions under waves has to be considered in order to have better understanding on the sediment suspension process over ripples. In addition, it is found that high turbulent energy and strong upward flow velocities occur during the time of eddy formation, which also supports high suspension rate at these time steps. The results indicate that the relationship between the structure of flows and bedforms has to be carefully examined in studying sediment suspension at coastal regions.

Measurement of Turbulence Properties at the Time of Flow Reversal Under High Wave Conditions in Hujeong Beach

Yeon S. Chang(장연식),Jong Dae Do(도종대),Sun-Sin Kim(김선신),Kyungmo Ahn(안경모),Jae-Youll Jin(진재율) 한국해안해양공학회 2017 한국해안해양공학회 논문집 Vol.29 No.4

교란운동에너지(TKE)와 레이놀즈 응력의 수직성분(-u"w ")에 대한 한 주기 파장 안에서의 시간변화를 관측자료를 사용하여 분석하였다. 관측자료는 동해에서 온대성저기압이 발달하였던 2017년 1월 14일부터 18일까지 동해안 후정해변에서 측정한 파랑자료를 사용하였다. 이 기간 동안 관측된 모든 파랑자료들 중에서 비슷한 형태를 갖는 수백 개의 규칙파들을 구분하였으며 이 자료를 토대로 Ensemble Average 기법을 사용하여 이 기간 파랑특성을 대표하는 세 개의 평균파를 계산하였다. 그리고 이 평균파를 기준으로 각 파의 요동을 측정하여 한 주기 동안의 교란운동에너지와 레이놀즈 응력을 계산하였다. 이렇게 계산된 자료들을 분석한 결과 교란운동에너지는 파랑의 평균 유속과 비슷한 분포를 나타내었으나(즉 유속이 최대값을 나타낼 때 교란운동에너지도 최대값을 나타내었다), -u"w" 는 파랑의 수평유속 방향이 전환되는 ‘방향전환점’에서 가파르게 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 -u"w"의 독특한 분포는 Nielsen(1992)에 의해 제안된 난류 convection 현상을 뒷받침하는 발견으로 퇴적물과 같은 물질들의 부유현상이 파랑의 ‘방향전환점(한 주기 안에서 파랑의 횡단방향 유속 부호가 바뀌는 시점)’에서 촉진될 수 있음을 보여준다. 이렇게 관측된 난류에너지 분포 특성을 CADMAS-SURF 모델을 사용하여 구현해 보았다. 그 결과 교란운동에너지의 경우 모델결과와 관측치 사이에 유사성이 발견되었으나 레이놀즈 응력(-u"w")의 경우 모델이 ‘방향전환점’에서의 증가현상을 구현해 내지 못하였다. 이는 CADMAS-SURF와 같은 Reynolds-Averaged Navier-tokes(RANS) 모델들이 가지는 한계점으로 RANS 모델의 경우 레이놀즈 응력과 같은 난류에너지가 평균유속의 분포에 강한 영향을 받기 때문인 것으로 판명되었다. The temporal distribution of the turbulence kinetic energy (TKE) and the vertical component of Reynolds stresses(-u"w") was measured during one wave period under high wave energy conditions. The wave data were obtained at Hujeong Beach in the east coast of Korea at January 14~18 of 2017 when an extratropical cyclone was developed in the East Sea. Among the whole thousands of waves measured during the period, hundreds of regular waves that had with similar pattern were selected for the analysis in order to give three representing mean wave patterns using the ensemble average technique. The turbulence properties were then estimated based on the selected wave data. It is interesting to find out that -u"w" has one clear peak near the time of flow reversal while TKE has two peaks at the corresponding times of maximum cross-shore velocity magnitudes. The distinguished pattern of Reynolds stress indicates that vertical fluxes of such properties as suspended sediments may be enhanced at the time when the horizontal flow direction is reversed to disturb the flows, supporting the turbulence convection process proposed by Nielsen (1992). The characteristic patterns of turbulence properties are examined using the CADMAS-SURF Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) model. Although the model can reasonably simulate the distribution of TKE pattern, it fails to produce the -u"w" peak at the time of flow reversal, which indicates that the application of RANS model is limited in the prediction of some turbulence properties such as Reynolds stresses.

Single Line Theory를 적용한 안목 해변 잠제에 의한 해안선 변화 모델링

장연식(Yeon S. Chang),바스 후이스만(Bas Huisman),위베 데 보어(Wiebe de Boer),심재설(Jae seol Sim),로버트 멕컬(Robert McCall),도기덕(Ki deok Do),유제선(Je seon Yoo) 한국연안방재학회 2017 한국연안방재학회지 Vol.4 No.4

Since a submerged breakwater (SBW) was built and the beach was nourished at Anmok in the east coast of Republic of Korea at October, 2014, the shoreline in the lee of the SBW has accreted about 25 m during the first seven months after construction. The shoreline evolution showed two distinct patterns which were studied in this paper. A strong local accretion behind the submerged breakwater was observed in March 2015 and a smoother shoreline with accretion that extended up to Gangneung Harbor breakwater in May 2015. The UNIBEST coastline model (developed at Delft Hydraulics) was applied for the investigation of the observed shoreline undulation patterns which were generated by alongshore sediment transport gradients that were induced by the SBW and nourishment. Nearshore wave conditions were computed for this purpose at nine locations in the nearshore with the Delft3D-wave model. Two detailed wave scenarios with different crest height of the SBW were taken into account to represent the transmission of waves at the SBW which were validated with field measurements. The coastline model is able to reproduce the observed shoreline evolution patterns when wave transmission at the SBW is represented well, which is the case for a wave scenario with a lowered effective crest level of the SBW. Initially, accretion takes place predominantly at the northern side of the scheme, which was similar to the observed shoreline shape of the March 2015 situation. This local accretion is a result of the low sediment transport capacity behind the SBW due to sheltering of the wave energy, which initially hinders the redistribution of sediment to the South (i.e. area in-between Gangneung Harbor and SBW). After some months, a redistribution of sediment will take place behind the SBW which results in a smoother shoreline pattern which is similar to the May 2015 situation. The rate of change of the shoreline accretion is controlled by the absolute transport rates at the coast (i.e. wave energy), but is often of lesser importance since an adjustment towards a new shoreline equilibrium may take place within relatively short time scales (i.e. months to a few years). In addition to the wave energy, it was found that the relative angle of the incoming waves (α) is most relevant for the final shoreline shape. The shoreline evolution at future SWB structures may therefore be predicted by precisely estimating the α directly after construction of the SBW.

Effect of Model Resolution on The Flow Structures Near Mesoscale Eddies

Yeon S. Chang(장연식),Kyungmo Ahn(안경모),Young-Gyu Park(박영규) 한국해안해양공학회 2015 한국해안해양공학회 논문집 Vol.27 No.2

Gulf Stream 인근해역에서 해양 중규모 와동의 삼차원 구조분석을 HYCOM 수치모델을 사용하여 수행하였다. 시계방향 및 반시계 방향으로 회전하는 와동들의 구조를1/12° 와 1/48° 두개의 모델 해상도를 사용하여 비교하였다. 라그랑지안 모수인 Finite Size Lyapunov Exponent (FSLE) 와 Okubo-Weiss parameter(OW) 분포를 분석한 결과 표층의 와동구조가 수심 깊은 곳까지 영향을 미치는 것으로 나타났는데, 이는 와동에 의한 수평방향 해수운동이 수직방향 해수운동보다 크기 때문인 것으로 해석되었다. 고해상도 모델의 경우 와동근처에서 10 km 미만의 미세난류구조 들이 많이 발견되었으며, 이러한 미세난류구조들은 고해상도 모델의 와동근처에서 해수의 움직임을 저해상도 모델보다 불규칙하게 만드는 것으로 나타났다. 이러한 미세난류구조에 의한 해수의 불규칙한 움직임은 분산계수 (dispersion coefficient)에도 영향을 미치는데, 수평 분산계수의 경우 해수운동이 자유로운 고해상도 모델이 저해상도 모델보다 그 값이 더 크게 나타났다. 수직 분산계수의 값은 저해상도 모델에서 더 크게 나왔는데, 이는 와동의 경사진 궤도를 따라 움직이는 저해상도 모델의 해수운동이 수직 분산계수값을 증가시키기 때문인 것으로 들어났다. 상대 수직 분산계수의 경우 이러한 궤도의 영향이 줄어들기 때문에 해수의 수직운동을 측정하는데 있어 절대 수직 분산계수 보다 더 적합한 것으로 판명되었다. Three-dimensional structures of large ocean rings in the Gulf Stream region are investigated using the HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM). Numerically simulated flow structures around four selected cyclonic and anticyclonic rings are compared with two different horizontal resolutions: 1/12° and 1/48° . The vertical distributions of Lagrangian Coherent Structures (LCSs) are analyzed using Finite Size Lyapunov Exponent (FSLE) and Okubo-Weiss parameters (OW). Curtain-shaped FSLE ridges are found in all four rings with extensions of surface ridges throughout the water columns, indicating that horizontal stirring is dominant over vertical motions. Near the high-resolution rings, many small-scale flow structures with size O(1~10) km are observed while these features are rarely found near the low-resolution rings. These small-scale structures affect the flow pattern around the rings as flow particles move more randomly in the high-resolution models. The dispersion rates are also affected by these small-scale structures as the relative horizontal dispersion coefficients are larger for the high-resolution models. The absolute vertical dispersion rates are, however, lower for the high-resolution models, because the particles tend to move along inclined eddy orbits when the resolution is low and this increases the magnitude of absolute vertical dispersion. Since relative vertical dispersion can reduce this effect from the orbital trajectories of particles, it gives a more reasonable magnitude range than absolute dispersion, and so is recommended in estimating vertical dispersion rates.

XBeach 모델을 사용한 후정해변 폭풍파 연안침식 영향 수치모형 실험

장연식(Yeon S. Chang),진재율(Jae Youll Jin),정원무(Won Mu Jeong),도종대(Jong Dae Do) 한국연안방재학회 2017 한국연안방재학회지 Vol.4 No.4

The east coast of Korea occasionally suffers from the extreme storms developed by the winter time extratropical cyclones in the East/Japan Sea. The damages from these storms are not only due to strong winds but also due to high waves that cause severe coastal erosions. In October, 2006, storm waves were observed higher than 6 meters, the highest record in the past 15 years. In this study, we performed a numerical experiment to predict possible erosion rates by simulating the 2006 storm condition in Hujeong Beach as this area is listed as one of the sites that have highest waves among the beaches along the east coast of Korea. For this we employed XBeach nearshore process model because it is specifically designed for the computation of coastal response during time-varying storm conditions. For XBeach modeling conditions, we also used SWAN model to calculate wave parameters based on the observations during the 2006 storm event. The grid spacing is set as fine as 5 m to resolve the minute changes in the nearshore region where seabed topography is complex due to sand bars. We ran XBeach for 48 hours during which the wave height at Hujeong Beach increased from ~1 to ~7m in the first 20 hours. The results show that the shoreline is retreated ~10m on average during the storm period. However, the erosion becomes more severe with maximum retreat of ~30m at the mouth of a stream where the original beach elevation was relatively lower. The eroded sediments are then cumulated outside the swash zone, which shows that the sand is conserved in the shallow region between the coastline and the sand bars. However, some of the crests of the sand bars are lost to offshore, indicating that total sand in the whole nearshore region may not be conserved under this high wave conditions.

Estimation of Sediment Transport and Long-term Prediction of Riverbed Elevation Changes in Yangon River

Salaing Shine Htet(살라잉샤인텟),Yeon S. Chang(장연식) 한국해안해양공학회 2019 한국해안해양공학회 논문집 Vol.31 No.6

항구 주변 하천의 퇴적현상은 하천에 위치한 항구들이 공통적으로 직면하고 있는 문제이나, 그 심각성은 퇴적 속도, 수로 모양 및 크기, 강의 유체 역학적 거동 및 항구의 중요성에 따라 달라진다. 미얀마의 가장 큰 항구인 양곤항이 위치한 양곤강의 높은 퇴적율은 경제적인 측면에서 해결이 절실한 심각한 문제이다. 높은 퇴적물 침강 속도의 결과로 나타나는 양곤강, 파젠달 크릭 및 바고강이 합류하는 지역의 얕은 수심은 양곤항으로 향하는 항로를 막을 뿐만 아니라 양곤항으로 향하는 선박의 크기도 제한한다. 미얀마의 경제발전은 양곤항을 통한 교역에 크게 의존하기 때문에 양곤강의 퇴적물 수송 문제를 해결하기 위해 이 지역의 퇴적현상을 이해하는 연구가 필요하다. 본 논문은 Bagnold(1966) 이론을 적용하여 퇴적물 수송량을 계산하고 양곤 강의 강바닥 고도 변화를 예측하는 것을 목표로 한다. 양곤 강의 우기와 건기 사이의 상하수 운송에서 큰 차이가 발견 되며, 따라서 운송 된 퇴적물이 감소하는 건기에는 침강 문제가 더 심해진다. 건기에 계산한 퇴적율에 따르면 문제가 되는 양곤항 인근 하상 상승률은 연간 약 0.063 m로, 이 지역 연간 준설량을 고려할 때 향 후 50년간 하상이 약 3.15m 상승할 것으로 예상되며 정확한 예측을 위해 보다 정밀한 관측과 수치모델 등을 사용한 심화연구과 필요하다. Sedimentation is a common problem for river ports. But its intensity depends on the rate of sedimentation, channel shape and size, hydrodynamic behavior of the river and the importance of the port. High sedimentation rate in Yangon River has become one major issue for Myanmar as her largest port is located on the Yangon riverbank. As a result of the high sedimentation rate, shallow water area near the confluence of Yangon River, Pazundaung Creek, and Bago River keeps blocking the navigation channel to the Yangon Port, which also limits the size of vessel calling to Yangon Port. Therefore, studies to understand sediment transport process in Yangon River are required because the economic development of Myanmar highly relies on the Yangon Port. This paper aims to calculate the sediment transport and to predict the riverbed elevation changes in Yangon River by using Bagnold (1966) theory. Calculation result shows that huge difference can be found in the bed load transport between the rainy season and dry season in Yangon River, and thus the sedimentation problem would become more severe in the dry season when the transported sediments are reduced. The estimated sedimentation rate in dry season indicates that the rate of riverbed level rise near the Yangon Port area is about 0.063 m per year, which would lead to approximately 3.15 m rise in the riverbed level in next 50 yrs, considering the same workload of dredging to maintain the navigation channel.

포항신항 도제 축조에 따른 정온도 개선 효과분석

류경호(Kyong Ho Ryu),정원무(Weon Mu Jeong),권진성(Jinseong Kwon),장연식(Yeon S. Chang),백원대(Won-Dae Baek),김원종(Won Goung Kim) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.4

항신항이 단계별로 완공된 후 제기되어 온 항내정온도 불량 문제는 항만가동율 저하의 주요 원인으로 제기되어 왔으며 이의 개선을 위해 2018~2020년 포항신항 외항방파제의 외해 측에 도제(Detached breakwater)를 건설하고 있다. 본 연구에서는 도제의 효과를 검증하기 위하여 도제 설치 전후로 취득된 항내외의 파랑 관측자료를 분석하여 항내에서의 파고감소율을 비교한 결과를 제시한다. 먼저 이전 수치모델 연구를 통해 예측된 파고는 항내 4개 지점 중 3개 지점에서 관측값과 비슷하게 나타났으며 나머지 1개 지점에서의 오차는 수치모델이 부두 안쪽에 발생하는 중복파 현상을 잘 재현하지 못했기 때문으로 판단된다. 도제 건설 전후 기간의 관측값을 비교한 결과 도제 설치가 항내정온도 개선에 기여한 것으로 나타났는데, 항내 4개 관측지점 모두에서 포항신항 정온 목표파고인 0.3m를 초과하는 파고의 출현빈도가 도제 건설 후에 크게 감소하였다. 또한 항내외 파고를 비교한 항내 파고 감소율도 모든 파향에 대해 도제 건설 후에 유의미하게 개선된 것으로 나타났다. 본 연구결과는 적절하게 설치된 연안구조물이 항내정온도 향상에 기여하는 효과를 증명한 것으로 향후 유사한 경우의 문제 해결에 유용하게 적용될 수 있음을 보여 준다. Since the construction of Pohang New Port, the problems of the low harbor tranquility caused by decreasing port operation rate has been continuously reported. In order to improve the harbor tranquility, a detached breakwater (DB) has been constructed outside the outer breakwater of Pohang New Port in 2018~2020. In this study, the effectiveness of the DB was proved by comparing the reduction rates of wave heights that were observed before and after the construction of the DB. First, the observed data were compared with the numerical model results available from a previous study, and the model data showed reasonable agreement with measured data at 3 out of 4 locations inside the port. The discrepancy in one of the locations was because the model could not accurately calculated the effect of wave interference in the inner corner of the port. The observation data showed excellent results that the number of waves that exceeded 0.3 m, the critical value to reach desired harbor tranquility, was significantly reduced after the construction of the DB. In addition, the reduction rate, the ratio of wave heights between outside and inside of the port, was decreased after the DB construction, which proved that properly designed coastal structures such as DB in this study could be effective in improving the port tranquility. The results of this study can be usefully applied for solving problems in similar cases.

Estimation of Significant Wave Heights from X-Band Radar Using Artificial Neural Network

Jaeseong Park(박재성),Kyungmo Ahn(안경모),Chanyeong Oh(오찬영),Yeon S. Chang(장연식) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.6

항해용 X-band 레이다를 이용한 파랑관측은 기존의 파랑관측 방법인 부이식 파고계, 압력식 파고계, 초음파식 파고계에 비해 많은 이점이 있다. 예를 들면 유실과 파손의 위험이 없고, 유지관리 비용이 적게 들며, 심해부터 천해까지 파랑의 공간적 분포를 알 수 있다. 본 논문에서는 레이다형 파고계의 유의파고 측정 정확도를 높이는 인공신경망을 이용한 알고리즘을 제시하였다. 레이다형 파고계에서 유의파고를 추정하는 전통적인 방법은 신호 대 잡음 비율(√SNR) 또는 신호 대 잡음 비율과 첨두주기(TP)를 이용하는 방법이 있다. 본 연구에서는 신호 대 잡음 비율, 첨두주기 및 레이다 이미지 해상도 비율(Rval > k)을 입력변수로 하는 인공신경망 알고리즘을 이용하여 유의파고 추정의 정확도를 향상시켰다. 개발된 알고리즘을 울진 후정해수욕장에서 초음파식 파고계로 측정한 유의파고의 시계열과 비교하여 정확도 향상을 확인하였다. Wave measurements using X-band radar have many advantages compared to other wave gauges including wave-rider buoy, P-u-v gauge and Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP), etc.. For example, radar system has no risk of loss/damage in bad weather conditions, low maintenance cost, and provides spatial distribution of waves from deep to shallow water. This paper presents new methods for estimating significant wave heights of X-band marine radar images using Artificial Neural Network (ANN). We compared the time series of estimated significant wave heights (Hs) using various estimation methods, such as signal-to-noise ratio (√SNR ), both √SNR and the peak period (TP), and ANN with 3 parameters (√SNR, TP, and Rval > k). The estimated significant wave heights of the X-band images were compared with wave measurement using ADCP(AWC: Acoustic Wave and Current Profiler) at Hujeong Beach, Uljin, Korea. Estimation of Hs using ANN with 3 parameters (√SNR, TP, and Rval > k) yields best result.