불규칙 파랑 비선형 천수 과정 수치해석 - 천수 단계별 파고분포 변화를 중심으로
Numerical Analysis of Nonlinear Shoaling Process of Random Waves - Centered on the Evolution of Wave Height Distribution at the Varying Stages of Shoaling Process
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
항 외곽시설 신뢰성 설계가 합리적으로 구현하기 위해서는 우리나라 해양환경 특성이 반영된 확률모형이필요하며 이러한 시각에서 본 연구에서는 천 해역 확률모형 개발을 위한 기초연구의 일부로 불규칙 파랑 천수 과정을 수치 모의하였다. 수치 모의는 자연해안에서 흔히 관측되는 사주가 원빈에 형성된 해안을 대상으로 수행하였으며파랑모형은 spatially filtered Navier-Stokes Eq., LES[Large Eddy Simulation], one equation dynamic Smagorinsky turbulence closure 등으로 구성하였다. 불규칙 파랑은 우리나라 동해안에서 관측되는 너울 특성을 반영하기 위해 다양한 첨두 증강계수를 지니는 JONSWAP 스펙트럼과 random phase method를 사용하여 모의하였다. 파고분포의 모수는 먼저 수치 모의에서 관측된 자유수면 시계열 자료를 threshold crossing method로 파별 해석[wave by wave analysis]하여 개별 파랑을 특정하고, 이어 이렇게 특정된 파마루와 파곡 빈도 해석결과로부터 산출하였다. 모의결과현재 천 해역 파고분포를 대표하는 수정 Glukhovskiy 파고분포는 큰 파고와 작은 파고 발생확률은 과다하게, 중간크기 파고 발생확률은 과소하게 평가하는 것으로 모의 되었으며, 이에 반해 본 논문에서 제시된 파고분포의 경우 일치도가 상당하였다. 또한, 전술한 수정 Glukhovskiy 파고분포와의 간극은 쇄파역에서 제일 현저하게 관측되어 수정Glukhovskiy 파고분포를 쇄파역 언저리에 거치되는 외곽시설 신뢰성 설계에 적용하는 일은 지양되어야 할 것으로판단된다.
Abstract
In order to make harbor outskirt facilities robust using the reliability-based design, probabilistic models of wave heights at varying stage of shoaling process optimized for Korean sea waves are prerequisite. In this rationale, we numerically simulate the nonlinear shoaling process of random waves over the beach with a sandbar at its foreshore. In doing so, comprehensive numerical models made of spatially filtered Navier-Stokes Eq., LES [Large Eddy Simulation], dynamic Smagorinsky turbulence closure were used. Considering the characteristics of swells observed at the east coast of Korean Peninsula, random waves were simulated using JONSWAP wave spectrum of various peak enhancement coefficients and random phase method. The coefficients of probabilistic models proposed in this study are estimated from the results of frequency analysis of wave crests and its associated trough detected by Wave by Wave Analysis of the time series of numerically simulated free surface displacements based on the threshold crossing method. Numerical results show that Modified Glukhovskiy wave height distribution, the most referred probabilistic models at finite water depth in the literature, over-predicts the occurring probability of relatively large and small wave heights, and under predicts the occurrence rate of waves of moderate heights. On the other hand, probabilistic models developed in this study show vary encouraging agreements. In addition, the discrepancy of the Modified Glukhovskiy distribution from the measured one are most visible over the surf zone, and as a result, the Modified Glukhovskiy distribution should be applied with caution for the reliability- based design of harbor outskirt facilities deployed near the surf-zone.
참고문헌 (25)
- Energy dissipation in breaking solitary and periodic waves, "Battjes, J. A.", Delft Univ. of Technology, Communications on Hydraulic and Geotechnical Engineering, ~, pp.No. 1986-5 (1986)
- Battjes, J. A., "Wave height distributions on shallow fore-shores", Coastal Engineering, 40, pp.161~182 (2000)
- 장병상, "해역별 최적 해빈 안정화 공법 선정 Platform 개발을 위한 기초연구 III 단위 관측 기간에 발생하는 불규칙 파랑과 구속모드의 외중력파, 경계층 Streaming이 횡단표사에 미치는 영향을 중심으로", 한국해안·해양공학회논문집, 31(6), pp.434~449 (2019), 한국해안,해양공학회[DOI]
- 조용준, "LES와 One Equation Dynamic Smagorinsky 난류모형을 이용한 Beach Cusps 쇄파역에서의 경계층 Streaming 수치해석", 한국해안·해양공학회논문집, 32(1), pp.55~68 (2020), 한국해안,해양공학회[DOI]
- 조용준, "LES와 Dynamic Smagorinsky 난류모형을 이용한 쇄파역에서의 경계층 Streaming 수치해석", 한국해안·해양공학회논문집, 32(1), pp.69~84 (2020), 한국해안,해양공학회[DOI]
- 조용준, "해역별 최적 해빈 안정화 공법 선정 Platform 개발을 위한 기초연구맹방해변 이송모드별 년 표사수지를 중심으로", 한국해안·해양공학회논문집, 31(1), pp.28~39 (2019), 한국해안,해양공학회[DOI]
- 조영진, "맹방해빈의 일 년에 걸친 대순환과정 수치해석 2017.4.26부터 2018.4.20까지의 해안선 변화를 중심으로", 한국해안·해양공학회논문집, 31(3), pp.101~114 (2019), 한국해안,해양공학회[DOI]
- 최세호, "해상작업 가능기간 산정을 위한 확률모형 개발 - 울산항 전면 해역을 중심으로", 한국해안·해양공학회논문집, 31(3), pp.115~128 (2019), 한국해안,해양공학회[DOI]
- Technical Background Material for the Wave Generation Software AwaSys 5, "Frigaard, P.", Aalborg University, ~, pp.DCE Technical Reports No. 64 (2010)
- Glukhovskiy, B.Kh, "Investigation of sea wind waves (in Russian), Leningrad", Proc. of Sea Climatology Conference, pp.51~71 (1966)
- Hasselmann, K., "A criterion for nonlinear wave stability", Journal of Fluid Mechanics, 30(4), pp.737~739 (1967)
- 정원무, "전국파랑관측자료 제공시스템 WINK 구축", 한국해안·해양공학회논문집, 30(6), pp.326~336 (2018), 한국해안,해양공학회[DOI]
- 김승우, "동해항 방파제를 대상으로 한 신뢰성 설계법의 비교 연구.1. 피복 블록의 안정성", 한국해안·해양공학회논문집, 17(3), pp.188~201 (2005), 한국해안,해양공학회
- 김승우, "국내 항만의 방파제 피복 블록의 신뢰성 해석", 한국해안·해양공학회논문집, 21(1), pp.15~29 (2009), 한국해안,해양공학회
- Extreme wave heights in shallow water, "Klopman, G.", Delft Hydraulics, ~, pp.H2486 (1996)
- Klopman, G., "Extreme waves and wave loading in shallow water", paper presented at the E&P Forum Workshop in Paris (1989), Delft Hydraulics
- Longuet-Higgins, M. S., "On the statistical distributions of heights of sea waves", J. of Mar. Res., 11, pp.245~266 (1952)
- Ochi, M. K., "Applied Probability & Stochastic Processes, in Engineering & Physical Sciences" (1992), John Wiley & Sons.
- 박수호, "비선형 파동계에서의 파고와 주기 결합 확률분포", 한국해안·해양공학회논문집, 31(5), pp.278~293 (2019), 한국해안,해양공학회[DOI]
- Phillips, O. M., "The Dynamics of the Upper Ocean" (1980), Cambridge University Press
- Analysis of rubble mound breakwaters. Report of working group 12 of PTC II, "PIANC", PIANC General Secretariat, ~, pp.Supplement to Bulletin No. 78 (1992), 79
- Smagorinsky, J., "General circulation experiments with the primitive equations", Monthly Weather Rev NWB, 91(3), pp.99~164 (1963)
- 서경덕, "파향의 변동성을 고려한 방파제 피복 블록의 기대피해 계산", 한국해안·해양공학회논문집, 15(1), pp.21~32 (2003), 한국해안,해양공학회
- van Vledder G. P., "Individual wave height distributions in the coastal zone: Measurements and simulations and the effect of directional spreading", Coastal Dynamics 2013: 7th International Conference on Coastal Dynamics (2013)
- Yoshizawa, A., "A statistically-derived subgrid-scale kinetic energy model for the large-eddy simulation of turbulent flows", Journal of the Physical Society of Japan, 54(8), pp.2834~2839 (1985)