본 연구에서는 수치실험을 통하여 규칙파의 주기와 파고를 변화시키면서 수리적 특성을 분석하였다. 수치해석에 사용한 모형의 지배방정식으로는 Navier-Stokes 방정식을 사용하였다. 또한, 자유수면의 변위를 정확하게 해석하기 위하여 VOF기법을 적용하였다. 수치모형실험을 통하여 수중방파제의 기울기 입사파의 주기와 파고 그리고 수중방파제의 유공율을 변화시키면서 월파유량 및 수리적 특성을 연구하였다. 연구결과 불투수성 수중방파제보다 투수성 수중방파제에서 월파유량을 더욱 저감시킴을 알 수 있었으며, 주기가 크고 파고가 클수록 월파유량이 증가함을 알 수 있었다.

해안 근처에서의 파의 변형은 매우 복잡하다. 그러므로 해안 근처에서의 파의 거동은 매우 정밀하게 분석하고 예측해야 한다. 또한, 해안구조물 건설시 파고가 제방 중량, 형상 등을 결정하는데 직접적인 영향을 미치기 때문에 구조물 근처의 변형된 파의 분석은 경제적이고 안전한 해안구조물의 건설과 밀접한 관련이 있다. 그러므로 더욱더 정확한 분석을 위해, 3차원 수치모형은 현재 널리 사용되고 있는 2차원 수치모형 대신 파의 변형을 분석하는데 사용되어야만 한다. 3차원 수치모형의 정확성을 파악하기 위해, 이번 연구에서는 고립파 처오름높이에 관련된 실험을 수치모형에 적용하였다. 본 수치모형은 Navier-Stokes 방정식에서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 Space-filtered averaged Navier-Stokes 방정식의 해를 구한다. 본 연구에서 사용되는 LES 기법은 Smagorinsky SGS model을 이용하여 난류 해석을 한다. 그리고 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식을 해석함으로서 압력장을 계산하였다. 또한 변형된 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도 VOF 기법을 사용하였다. 위의 기법들을 사용하는 모델은 가파른 경사에서의 처오름 해석에 적용하였고, 수리실험결과와 비교 및 분석하였다.

항만개발은 선박통항의 안전을 고려하여 계획되어야 한다. 따라서 해상교통 안전진단은 항만 개발계획 후 위험요소와 안전대책을 알아내기 위해 수행된다. 해상교통 안전진단의 선박조종 시뮬레이션은 실제 상황을 가상의 공간에서 재현하는 것이다. 재현을 위해 중요한 요소는 바람, 조류, 수심, 파랑, 안개와 같은 자연조건과 통항형태, 통항규제, 예선운용, 대상선박의 조종성능과 하중상태와 같은 통항조건으로 분류될 수 있다. 특히 통항조건의 통항형태에는 Target Ship방법과 Own Ship방법이 있으며 선박통항의 장애요인 파악과 안전대책 수립에 가장 중요한 요소이다. Target Ship방법과 Own Ship방법으로 각각 시뮬레이션을 수행한 결과 근접도, 제어도, 운항자의 평가에서 많은 차이가 있음을 확인하였다. 따라서 항만개발은 선박통항의 안전을 위해 Own Ship방법에 의한 선박조종 시뮬레이션의 결과가 고려되어야 한다.

울산신항의 평면배치계획은 1995년 4월 전국항만기본계획고시 당시에 반영되어졌으며, 1997년 5월 신항만 예정지역지정 및 신항만건설기본계획이 수립되었고, 1999년 3월 울산신항 건설 기본계획 및 예정지역이 고시되었다. 기본계획 수립후 IMF등 국내여건변화로 인하여 울산신항 개발이 지연되었으나, 2004년 남방파제 건설을 시작으로 현재 남항지역 안벽 9선석 개발이 진행중에 있으며, 북항지역은 북방파제 1, 2공구가 착공하였고 3공구는 2011년 착공예정에 있다. 당초 울산신항의 평면배치계획시 적용된 심해파랑은 1988년 보고된 “해역별 심해파 추정(수산청)”자료이며, 주 파향은 S계열이고 6.4m~7.9m 정도의 파고분포를 적용하여 계획되었다. 2005년 12월 “전해역 심해설계파 추정보고서”에 의해 심해파가 재추정 되면서 울산신항의 주 파향이 SE~E계열의 다방향으로 바뀌었으며, 파고 또한 3.0m이상 상향되어 기존에 수립되었던 평면배치로는 항내정온도 확보가 불가능하게 되었다. 현재 울산신항은 북방파제 1,2공구가 시공중으로 방파제의 평면배치계획 변경이 불가능하였고, 항내정온도 확보를 위하여 울산신항의 평면배치계획이 변경되었다. 이에 수리모형실험을 통해 심해설계파 상향에 따른 울산신항의 평면배치계획을 검토하였다.

본 연구에서는 함몰지형의 바닥부분의 폭을 조정하면서 함몰지형위로 정현파가 통과할 때 파랑의 반사율을 수치실험을 통하여 해석하였다. 함몰지형을 이용하는 것은 선박의 항로를 기존의 방파제나 수중방파제를 이용하여 확보하기 어려운 경우 함몰지형을 통하여 파랑을 제어하는데 효과적인 방법이다. 함몰지형은 해안가의 준설작업으로 만들어진 지형을 재활용함으로써 비용의 부담이 없다는 경제적인 장점이 있다. 함몰지형의 반사율을 해석하기 위하여 수치해석으로 사용한 모형의 지배방정식으로는 Navier-Stokes 방정식을 사용하였다. 또한, 자유수면의 변위를 정확하게 해석하기 위하여 VOF기법을 적용하였다. 수치모형실험 수심과 파장의 비를 적용하여 천해영역과 중간수심의 영역에 대하여 함몰지형을 지나는 파랑의 반사율을 해석하였다. 해석한 결과 함몰지형의 옆면의 기울기가 완만할수록 반사율은 감소하고, 기울기가 가파를수록 반사율을 증가하였다. 천해영역의 경우 중간수심영역보다 지형의 영향을 더 많이 받으므로 천해영역의 반사율이 더 크게 나타남을 알 수 있었다.