우리나라 해안지역에는 많은 섬들이 위치하고 있어 대규모 지진해일이 발생하였을 때 섬과 지진해일의 상호작용으로 예기치 않은 지진해일 피해가 우려된다. 2011년 발생한 동일본 지진해일의 경우 제주도를 비롯한 남해안 섬들에 영향을 미쳤다. 본 연구에서는 천수이론에 근거한 수치모형을 이용하여 섬 중앙에 대하여 비대칭으로 입사하는 고립파의 처오름높이에 관하여 연구한다. 연구에서 얻은 결과는 지진해일의 급습에 대비한 방재대책을 수립하는데 사용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 Tetrapod로 피복된 경사식구조물의 처오름높이 산정에 대한 수리실험을 수행하였다. 국내 항만 및 어항설계기준·해설(2014)에는 불투과성 완경사 사면 및 피복석으로 피복된 경사식구조물에 대한 처오름높이 산정식이 제시되어 있으나, 국내에서 일반적으로 사용되는 Tetrapod 피복 경사식구조물의 처오름높이 산정식은 제시되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 국내 최대규모의 2차원 단면수로를 활용하여 다양한 입사파조건(유의파고, 유의주기) 및 수심조건을 대상으로 체계적인 처오름높이 산정실험을 수행하였다. 실험파는 Bretschneider-Mitsyasu 주파수 스펙트럼을 이용한 불규칙파를 적용하였으며, 구조물 선단부에서 비쇄파 및 쇄파조건이 포함되도록 하였다. 또한 최근 기후변화 등으로 인해 해양외력이 증대됨에 따라 기존 외곽 방파제 보강사업이 진행되고 있으나, 이를 위한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 기존 경사식구조물 보강시 활용될 수 있는 피복층수에 따른 처오름높이 저감효과 도출을 위한 실험도 동시에 수행하였다. 본 연구결과는 경사식구조물의 마루높이 산정시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 해양외력 증대로 인해 기존 방파제의 보강이 진행될 것으로 판단되며, 기존 방파제의 보강을 위한 체계적인 지침이 미흡한 상황을 감안할 때 이를 위한 체계적인 연구를 수행할 필요가 있다.

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.

본 연구에서는 사석경사제 전면에 부유식구조물 설치하여 처오름을 감소시키는 방파제 보강방안을 제안한다. 부유식구조물 설치에 의한 사석경사제에 발생하는 처오름 특성을 검토하고자 일본에서 개발한 수치파동수조(CADMAS-SURF)를 이용하여 수치모의를 실시하였다. 부유식구조물의 설치와 흘수심을 변형시켜 처오름높이를 측정하였으며, 부유식구조물의 흘수심이 증가할수록 사석경사제에서의 처오름높이가 감소함을 확인하였다.

본 연구에서는 실험에서 수행한 처오름높이와 월파량에 대한 결과를 제시하였다. 처오름높이와 월파량에 대한 파형경사, 쇄파계수와 파랑의 주기에 대하여 상세히 조사하였다. 또한 수치모형실험을 통해 실험의 정확도를 검증하였다. 그 결과, 실험의 정확성을 확인 할 수 있었다. 구조물의 경사가 낮아질수록 상대 처오름높이가 작게 나타났다. 또한, 월파량의 경우는 파형경사와 주기의 변화에 따른 차이가 크게 나타났다.

본 연구에서는 근해 지진해일에 의한 원형섬 주변에서의 처오름높이를 산정하기 위하여 사면구조(quadtree) 격자기법을 이용한 수치모형을 개발하였다. 비선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였으며, 적합화된 계층적 사면구조 격자를 이용하여 leap-frog 기법으로 양해적으로 유한차분하였다. 원형섬 주위를 따라 적용된 사면구조 격자는 사각형 및 원형의 형상으로 세밀화 되었다. 계산된 수치해석결과를 검증하기 위해 수리실험결과와 비교하였으며, 본 연구의 결

우리나라 남해안 지역은 다도해 지역이므로 대규모 지진해일이 발생하였을 때 섬과 섬 사이의 상호간섭으로 인한 예기치 않은 지진해일 피해가 우려될 수도 있다. 본 연구에서는 두개의 원형 섬 사이의 처오름높이 변화를 입사파 폭과 두 섬 사이의 거리와 같은 매개변수를 이용하여 계산하였다. 두 개의 원형섬 주위에서 입사파 수평길이가 두 섬의 양끝 바깥쪽 해저지름 거리보다 클 경우 두 섬 안쪽 부분에서 처오름높이가 급격히 증가하였으며, 두섬 사이의 간격이 줄어들수

본 연구에서는 정현파와 크노이드파를 입사파로 이용하여 주기파의 최대 처오름높이를 수치해석하였다. 크노이드파의 최대 처오름높이는 파장이 매우 짧아지면 정현파의 처오름높이에 접근하며, 파장이 길어지면 고립파의 처오름높이와 유사한 성질을 갖는다. 동일한 파고로 입사할 경우, 크노이드파의 최대 처오름높이는 정현파의 처오름 높이보다는 항상 큰 반면에, 고립파의 처오름높이보다는 항상 작다는 것을 보였다.

천수방정식을 해석하는 수치모형을 이용하여 Babi 섬과 Okushiri섬의 배후지역에서 관측되었던 지진해일의 매우 높은 처오름높이에 관한 연구를 수행하였다. 특히, 입사파의 폭을 조절하여 섬의 바닥지름과 입사폭의 비율 변화에 따른 원추형 섬에서의 최대 처오름높이의 변화를 조사하기 위해 여러 경우의 입사파폭에 대하여 수치계산을 수행하여 수리모형실험 결과와 비교하였다. 원추형 섬의 배후지역에서의 처오름높이는 섬의 해저지름에 대한 입사파 폭의 비율과 밀접한

본 논문에서는 단일파의 최대 처오름높이에 관하여 연구하였다. 경계요소법을 이용한 수치모형으로 고립파와 N-파의 처오름높이를 계산하였으며, 수치모형에서는 바닥마찰저항 효과를 고려하였다. 계산된 최대 처오름높이는 기존의 수리모형실험 관측자료, 다른 수치모형 및 근사 해석에 의한 결과와 비교하였으며, 경계요소법에 의해 계산된 처오름높이는 다른 결과들과 매우 잘 일치한다.