낙동강 하구역의 입사파향에 따른 파랑변형특성에 관한 연구 = A Study on Wave Deformation by Incident Wave Direction in Nakdong River Estuary

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Nakdong estuary, where is located in the southeast of Korea, is characterized by very complex bathymetry due to several sandbars parallel to shoreline, and their bathymetry is actively changing in short and longer periods because of the successive wave actions. The accurate understanding of waves in Nakdong estuary is very important to investigate morphological characteristics of Nakdong estuary, as the waves is one of main driving forces inducing topographical changes over this area. Therefore, the study conducted data analysis with wave measurements and numerical simulations using SWAN wave model to identify spatial wave characteristics depending on the incident wave condition.
The main results from the study are summarized as following.
1) Wave observations present the coastal area of Nakdong estuary is mostly exposed to waves coming from the SW and the NE which develops very different wave climate at inshore of Nakdong estuary; under the southwesterly waves, inshore waves are relatively high, whereas inshore waves are very small less than 0.5 m under the waves from the NE, although offshore waves are over 2 m.
2) To improve the model performance in the study area, SWAN wave model is validated against the wave observations. From the validation work, we achieve reasonal results with the differences of 0.1 sec and 0.03 m on the peak wave period and the significant wave height.
3) Wave simulations were conducted under the 5 representative wave directions (SW, SSW, S, SSE, SE) which is mainly affect to the wave climates in Nakdong estuary. When waves come from the SW and SE, inshore waves are relatively small due to the strong diffraction and sheltering effect by Gadeok Is. and Dadeapo. However, under the incident waves from the SSW ∼ SSE which is nearly normal to the shoreline waves over the study area generally bigger than other directional conditions.
4) Cross sectional waves were compared over the Nakdong estuary. Waves in the eastern region where has rapid seabed slope are suddenly changed along the cross sections. However, the waves in the western region, in front of Jinudo, are mildly changed. The wave steepness are rarely changed over the western area of Nakdong estuary, but they are suddenly increase from the water depths less than 5 m in the eastern region.
5) Wave climates in Nakdong estuary are significantly influenced geological effect depending on the incident wave direction. Under the NE direction which is annually predominant, it has weak influences to inshore waves of Nakdong estuary. Waves from the S and SW directions has lower occurrences compared to the NE direction, it strongly influences to the wave climate of the area.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 외해입사파랑의 파향 변화에 따른 낙동강 하구역의 파랑 특성의 변화를 공간적, 정량적으로 분석하고자 낙동강 하구역의 파랑관측자료와 거제 해상관측부이의 파랑 및 바람자료의 통계분석을 실시하였다. 분석된 관측자료를 수치모의의 입력값으로 사용하여 파향에 따른 낙동강 하구역의 수치모의실험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 낙동강 하구역의 파랑관측자료 분석결과 낙동강 하구역 파랑 특성은 입사파랑의 파향에 따라 크게 다른 영향을 받는 것으로 나타났다.
2) 거제 해상관측부이자료를 이용하여 낙동강 하구역의 입사파랑 특성을 통계적으로 분석한 결과, 낙동강 하구역의 주 입사파향은 동북동, 남서, 북동, 남남서이며 계절적으로도 탁월 파향이 뚜렷하였다. 이는 계절풍의 영향 및 낙동강 하구역이 북서쪽의 육역과 남동쪽의 육역으로 인하여 남서와 북동의 두 방향이 탁월한 파향으로 나타난 것으로 판단된다.
3) 관측값과 수치계산값의 스펙트럼 형상 비교 결과 스펙트럼 첨두주기의 차이는 0.1 sec 였으며 유의파고는 0.03 m의 차이로 수치모의의 재현성이 양호한 것으로 나타났다. 바람의 영향을 제외한 수치계산결과는 첨두주기의 차이는 거의 나타나지 않았으나 유의파고를 과소평가하였다. 스펙트럼 형상은 수치모의 결과가 관측결과의 고주파수 영역의 에너지 밀도를 과소평가하였는데 이는 수치 모형이 국지적인 바람의 영향을 모두 고려하지 못하여 고주파수 영역의 에너지를 과소평가하여 발생한 것으로 판단된다.
4) 입사파향 및 해역 단면에 따라 파랑특성의 변화도 크게 다르게 나타났다. 낙동강 하구역의 해저경사가 비교적 급한 동쪽 해안에서는 파랑 특성의 변동이 매우 급격하게 발생하였으며 해저경사가 완만한 서쪽 해안에서는 단면에 따란 파랑특성의 변동은 크게 나타나지 않았으며 파향에 따라 파랑특성이 매우 다르게 나타났다.
5) 남서 및 남동계열의 입사파향이 전파할 경우 가덕도와 다대포 등의 육역으로 파랑이 일부 차폐되며 남계열의 입사파향이 전파될 경우 차폐되는 영역이 없이 낙동강 하구역으로 직접 입사하므로 상대적으로 높은 파고비를 나타내었다.
이상의 결과로 볼 때, 낙동강 하구역은 서쪽으로는 가덕도, 동쪽으로는 다대포로 인하여 주 파향인 남서 및 북동이 탁월한 경우, 유역의 차폐효과로 인하여 대부분의 파랑이 감쇠되었다. 특히 연중 가장 탁월한 파향인 북동의 경우 매우 낮은 파고 분포를 나타내며 남서 및 남남서 파향이 탁월한 경우 낙동강 하구역에 비교적 높은 파고가 분포할 것으로 예상된다. 또한 실제 발생 빈도가 비교적 낮았던 남, 남남동과 같은 파향이 탁월한 경우 하구역 사주섬 전면까지 외해 입사파고가 거의 유지될 것으로 예상되며 하구역에 직접적으로 영향을 줄 것으로 예상된다.
본 연구의 수치모의에서는 풍향과 파향이 일치하는 것으로 계산하였으나 실제 해역에서 풍향과 파향은 차이가 날 수 있으므로 이에 대한 파랑 변형 특성은 차후 더 세밀하게 검토되어야 할 것이다. 특히 스펙트럼 결과 비교에서 고주파수 영역의 에너지 밀도의 차이가 나타났는데 이는 차후 수치모의시 바람입력조건을 보다 보완해야 할 것으로 판단된다. 또한 본 수치 모의에서는 흐름에 의한 영향을 고려하지 않았으므로 차후 흐름을 고려한 세밀한 분석이 요구된다.
본 연구를 통해 도출되어진 연구결과는 부정형적 사주 발달에 영향을 미치는 파랑 및 파랑으로 인해 발생하는 해빈류와 표사이동 예측을 위한 수치모의시 낙동강 하구역의 외력조건 입력자료 선정과 하구역 파랑 특성을 예측하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구내용 및 방법 = 2
• 2. 낙동강 하구역 해양 환경 = 4
• 2.1 해양물리환경 = 4
• 2.2 해양기상환경 = 6
• 3. 파랑관측자료 분석 및 결과 = 7
• 3.1 현장파랑관측 = 7
• 3.1.1 거제 해상관측부이 = 7
• 3.1.2 낙동강 하구역 파랑관측 = 7
• 3.2 관측자료 분석 및 결과 = 9
• 3.2.1 분석방법 = 9
• 3.2.2 시계열 분석 = 10
• 3.2.3 파향별 관측자료 분석 = 12
• 3.2.4 거제 해상관측부이자료 분석 = 17
• 4. 입사파향에 따른 파랑 변형 수치모의 = 20
• 4.1 SWAN 모형의 개요 = 20
• 4.1.1 기본방정식 = 20
• 4.1.2 적용방법 = 33
• 4.1.3 수치 계산 방법 = 34
• 4.2 모델의 검증 = 37
• 4.3 파랑 변형 수치모의 = 40
• 4.3.1 입력 조건 설정 = 40
• 4.3.2 계산결과 = 41
• 5. 요약 및 결론 = 48
• 참고문헌 = 50