본 논문에서는 응력파 전파를 수치모의할 때 발생하는 수치적인 분산효과를 제거하기 위해 파동방정식에 기초한 일차원 유한요소모형을 이용하여 수치분산오차의 특성을 분석하고 분산오차를 제어할 수 있는 방법을 제안하였다. 질량행렬을 그대로 사용하는 경우와 집중질량행렬을 사용하는 경우에 대한 수치분산오차를 분석하였다. 개발된 분산제어기법은 공간미분항의 시간단계 가중치 및 질량집중도를 조정하는 음해법과 인위적인 분산항을 추가하는 양해법의 두가지 방법이다. 제안된 분산보정기법을 이용하여 계산한 수치해와 파동방정식의 해석해를 비교한 결과 본 연구에서 제안한 분산보정기법의 타당성을 확인하였다.

2011년에 발생한 동일본 대지진 이후 우리나라에서도 지진 및 지진해일에 대한 관심이 높아졌다. 본 연구에서는 가능최대지진해일에 의한 지진해일의 침수피해특성을 분석하기 위한 방법을 제시하였다. 분석 대상지역은 2012여수세계박람회가 개최되었던 여수시의 여수신항과 여수구항의 항만권역으로 설정하였으며, 지진원 설정은 대상지역에 가장 영향을 크게 미칠 것이라 판단되는 류큐 트렌치로 하였다. 류큐 트렌치에서 발생 가능한 가능최대지진해일을 산정하기 위하여 역사지진자료와 가상지진자료를 활용하였다. 역사지진자료를 이용해 Tapered G-R 기법을 적용하여 회귀식을 산정하고 가능최대지진해일을 발생시키는 지진을 도출하였으며, 이를 바탕으로 가상지진자료를 구성하고 타당성을 검토하였다. 최종 산정된 가능최대지진해일을 수치모의 하여 대상지역의 침수영역 및 침수심을 산정하였다. 또한, 지진해일로 발생하는 해안지역의 침수피해액 산정을 위하여 다차원침수피해액 산정방법을 기반으로 하는 침수피해액 산정방법을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 침수면적, 침수심, 침수피해액간의 관계를 바탕으로 해당 지역의 침수특성을 비롯하여 해안지역의 지진해일로 인한 침수특성을 도출하고자 한다.

해운대 해수욕장 이안류 안전사고의 예방을 목적으로, 다양한 해상조건에 따른 시뮬레이션을 기반으로 정량화된 이안류 발생가능성으로부터 추정된, 따라서 실시간 관측자료에 따라 경보할 수 있도록 하는 이안류 경보지수 함수를 연구하였다. 이안류 발생정도를 정량화하기 위해 Choi et al. (2011, 2012b)의 Boussinesq 모델링과 이안류 발생 가능계수의 정의를 사용하였고, 이안류관련 파랑특성과 같은 관측물리량에 대하여 발생가능 시나리오를 수립하여 광범위하고 정도높은 시뮬레이션을 수행하므로 그에 따른 이안류 발생가능 정도의 분포를 추정하였다. 이 추정된 분포에 부합하는 적절한 경험함수를 도출하고, 그 함수를 현실적으로 관측가능 해상조건에 따라 지수화 하였다. 본 연구에서 2011년 6월부터 9월까지 운영된 해운대 파랑부이 관측자료를 제시한 이안류 위험지수 함수에 적용하고, 몇 차례 CCTV를 통해 확인된 이안류 발생시점에 대하여 적용한 결과를 제시하고 고찰한다. 더불어 문제점과 향후 개선방향에 대하여 논의한다.

Boussinesq 모형인 FUNWAVE를 사용한 수치모의 결과를 바탕으로, 파고, 주기, 파향 및 조위와 같은 파랑특성 변수에 따라 해운대 이안류의 발생가능 정도를 추정하였다. 2011년 6월 12일에 발생한 이안류를 수치모의하여 이안류 발생 가능정도를 확인함으로써 정량화 기법을 제시한다. 이 이안류 발생정도의 정량화 기법은 다음의 절차를 따른다. 첫째로, 광범위하게 파고, 주기, 파향, 조위를 변화시키며 불규칙파를 해운대 수심지형에 적용하여 해운대 연안흐름을 수치모의 하였다. 둘째로, 이 수치모의 결과로부터 연안의 직각방향(cross shore direction)의 2주기 시간평균된 유속성분을 추출하고, 연안영역에 대하여 이 유속값의 심해방향 최대값을 그 영역의 ‘이안류 유속’으로 정의하였다. 셋째로, 전체 수치모의 시간에 대한 ‘이안류 유속’ 시계열이 임의의 위험유속을 초과한 시간의 비를 위험 이안류 발생 가능 정도로 정의하여 정량화하였다. 추정된 이안류 발생정도에 따른 분석으로부터, 파고가 클수록, 주기가 길수록, 조위가 낮을수록 이안류가 더 잘 발생하는 것으로 나타났으며, 파향은 남동쪽보다 남서쪽 파향에서 조금 더 이안류가 잘 발생하는 것으로 나타났다.

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 수치모의 수행 능력과 가용 전문인력 등을 고려한 효율적인 원지 지진해일 예경보 체계 구축 방안을 제안하였다.

지진해일의 전파와 이에 부수되는 처오름과정에 관한 수치해석에 관하여 연구하였다. 먼저, 대양을 가로질러 전파하는 지진해일을 모의하는 전파모형과 해안선 근처에서의 처오름과정을 모의하는 범람모형에 대하여 서술하였다. 수치모형을 1760년 칠레 지진해일에 적용하여 지진해일의 전파과정과 하와이 힐로만에서의 범람을 수치해석하였다. 철로만의 최대범람구역을 결정하여 현장관측자료 및 다른 수치해석 예측과 비교하여 매우 만족할만한 결과를 얻었다.

윤성범과 이기혁(1977)의 수치모형을 이용하여 열발전소의 펌프 비상중단시 냉각수 계통에서 발생하는 서어지거동을 해석하였다. 종래에 무시되었던 기계내부계통으로 부터의 유량, 폐정공기실, 및 공기유출입구, 맨홀, 개수로 및 바다의 영향을 고려하였으며, 이들이 서어지 거동에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. 특히 공기유출입구의 면적에 따른 서어지 제어효과와 공기실의 공기압 변화를 제시하여 실무에의 적용이 용이하도록 하였다.

열발전소에서 비상 가동중단으로 냉각수 배수계통에 발생하는 비압축성 부정류를 해석하는 수치모형이 개발되었다. 개발된 수치모형은 냉각수 기계내부계통, 폐정, 공기실, 관로, 맨홀, 개수로 및 바다 등에 의한 복잡한 흐름에 대해 전체적인 부정류거동을 동시에 해석할 수 있는 기능을 가진다. 수치해법으로는 leap-forg 유한차분법을 적용하였으며, 간단한 경우에 대한 모형의 검증과 함께, 종래 배수암거 하류단에 적용되덕 고정수위경계조건에 대한 검토가 이루어졌다