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ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)

Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.21 No.5 pp.591-598
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2015.21.5.591

Analysis of Hydraulic Characteristic in Surf Zone using the SWASH Model during Typhoon NAKRI(1412) in Haeundae Beach

Jong-Sup Lee^*, Myeong-Won Park^**, Min-Ho Kang^***, Tae-Soon Kang^***†

^*Department of Civil Engineering, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
^**Oceanographic Observation Division, Korea Hydrographic and Oceanographic Agency, Busan 49111, Korea
^***Department of Coastal Management, GeoSystem Research Corp., Gunpo 15807, Korea

* First Author : jslee@pknu.ac.kr, 051-629-6066

Corresponding author : kangts@geosr.com, 070-7019-0610

Received September 3, 2015 Review October 5, 2015 Accepted October 27, 2015

Abstract

A hydraulic characteristics in the surf zone such as wave breaking points, wave set-down, wave set-up, wave-induced currents and run-up heights are studied using the SWASH model during Typhoon NAKRI(1412) in Haeundae Beach. Incident wave conditions is obtained from one-hourly observed wave data by KHOA and irregular wave by JONSWAP spectrum is given as an open boundary condition in the model. A Wave-induced current patterns by the SWASH model is compared with the observed currents and sediment flux patterns in that areas, the calculated maximum wave run-up heights in the model is compared with the video monitoring data, the empirical formula by Stockdon et al. and Mase. A dominant longshore currents toward the east of the beach appears due to the effect of incident wave direction and the geographical features and some rip currents occurs at the central part of the beach. The maximum wave run-up height(1.15 m) by the SWASH model shows a similar pattern with the video monitoring data(1.26 m) and the magnitude shows a similar result(1.33m) by Stockdon et al.

Key Words : Irregular waves , Wave set-up , Wave-induced currents , Maximum wave run-up height , Longshore currents , Rip currents

SWASH 모형을 이용한 태풍 나크리(NAKRI)에 의한 해운대 해수욕장의 쇄파대 수리특성 해석

이 종섭^*, 박 명원^**, 강 민호^***, 강 태순^***†

^*부경대학교 토목공학과
^**국립해양조사원 해양관측과
^***(주)지오시스템리서치 연안관리부

초록

본 연구에서는 태풍 나크리에 의한 해운대 해수욕장의 쇄파대 수리특성을 SWASH 모형을 이용하여 분석하였다. 국립해양 조사원에서 제공하는 파랑관측자료를 바탕으로 태풍 나크리 내습 시의 대표파를 선정하였다. 수치모형에서 입사파는 JONSWAP Spectrum에 의한 불규칙파로 선정하였다. SWASH 모형에 의해 산정된 해빈류 패턴은 현지관측자료와 비교하였으며 수치모형에서 산정 된 최대소상고는 비디오 모니터링 자료 및 경험식과 비교하였다. 최대소상고의 위치는 비디오 모니터링 자료에 나타난 파흔을 이용하 여 유추하였으며 태풍 NAKRI(1412) 내습 시 S 계열의 파랑이 지배적으로 작용하였으며 동백섬측에서 미포측으로 연안류가, 해운대 해 수욕장 중앙부근에서 이안류가 발생하였다. SWASH 모형을 이용하여 산정한 최대소상고(1.15 m)는 비디오 모니터링 자료(1.26 m)와 유사 한 경향성을 나타냈으며 Stockdon et al.에 의해 제시된 경험식(1.33m)과 비교적 유사하게 나타났다.

키워드 : 불규칙파 , 평균수면상승 , 해빈류 , 최대소상고 , 연안류 , 이안류

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Cited-By

Funding:

Ministry of Oceans and Fisheries
No. 20140057

1.서 론

해운대 해수욕장은 년간 약 1,000만명 이상의 관광객이 해양레저를 즐기는 친수공간으로서 그 가치가 날로 증가되 고 있다. 그러나 상습적인 이안류 발생으로 입욕객의 안전 을 위협하고 있다(Kim et al., 2010). 한편, 해운대 해수욕장은 침식문제로 인하여 2013년 5월 평균해빈폭이 45 m까지 감소 하여 태풍 내습시 월파로 인한 연안재해 등의 문제가 제기 되었다. 해양수산부에서는 2013년 4월 ~ 2018년 4월까지 약 620,000 m³의 양빈을 통하여 평균해빈폭을 70 m 이상으로 유 지하는 연안정비사업을 실시 중에 있으며 2015년 5월 현재 평균해빈폭을 100 m 이상으로 유지하고 있다(MOF, 2015). 양 빈 후 해빈의 안정성을 검토하기 위해서는 쇄파대의 수리특 성에 대한 조사 연구가 필요하다. 쇄파대(surf zone)는 외해로 부터 해안으로 입사하는 파랑이 부서지면서 입사파의 에너 지를 잃어버리는 영역으로서 쇄파수심은 대략적으로 최대 파고수심비(H/d)_max = 0.9 전후의 값을 갖는다(Miche, 1944). 입사파의 에너지는 쇄파로 인한 강한 난류를 발생시키며 최 종적으로 흐름으로 변하게 된다. 쇄파 전후의 공간적인 파 고분포는 쇄파점에서 평균수면하강(wave set-down)과 해안에 서의 평균수면상승(wave set-up)을 일으키며, 해빈류(waveinduced currents)를 발생시킨다. 한편, 쇄파 후 쇄파대 내에서 재생성된 파랑은 해안소상영역(swash zone)에서 처올림(wave run-up)을 일으킨다. 이러한 쇄파대의 수리현상은 Longuet- Higgins and Stewart(1962; 1964), Longuet-Higgins(1970)가 파동 에 의한 과잉운동량 flux(radiation stress) 개념을 도입하면서 이론적인 연구와 수치계산이 가능하게 되었다. 1980년대부 터 쇄파 후의 파고 감쇠와 평균수면의 변화에 대한 실험적 연구와 이론적 연구가 활발하게 이루어졌으며 또한 많은 해 빈류 수치모델들이 소개된 바 있다(Lee et al., 2005). 그러나 radiation stress에 의한 쇄파대 수리현상의 해석은 몇 가지 점 에서 그 한계성을 갖고 있는데 첫째는 다방향 불규칙 파랑 의 취급문제, 둘째는 쇄파대와 같은 극천해에서 파의 비선 형성을 고려한 radiation stress의 평가문제 등을 들 수 있다. 최근에는 Navier-Stokes 운동방정식을 직접 수치계산하는 것 이 가능해 짐에 따라서 Boussinesq-type 방정식에 기초한 FUNWAVE(Fully Nonlinear Boussinesq Wave Model) 모형 (Kennedy et al., 2000)이 많이 사용되어지고 있다. Cho and Park(2010)은 Boussinesq 모형의 적용성을 검토하고, Choi et al.(2011)은 FUNWAVE 모형을 사용하여 다방향 불규칙파 조 건에서 해운대 해수욕장의 이안류를 예측한 바 있다. 그러 나 전통적인 수심적분 Boussinesq-type 모형은 비교적 상대수 심이 커다란 심해파 영역에서 주파수 분산의 오차가 커지는 등의 문제점과 수심적분된 단층모델이라는 한계를 갖고 있 다. 최근에는 Delft 공과대학에서 개발한 SWASH(Simulating WAves till SHore) 모형이 소개된 바 있다(Zijlema et al., 2011). SWASH 모형은 비선형 비정수압 효과를 고려하여 모의할 수 있고 연직방향으로 층을 나누어 심해조건에서도 주파수 분산의 오차를 줄일 수 있으며 층별계산결과를 얻을 수 있 다. SWASH 모형을 이용한 해빈류에 관한 해외연구는 Vilani et al.(2012)의 연구사례가 있으며, 국내에서는 진하해수욕장 의 해빈류에 대한 Jang et al.(2014)의 연구와 해운대해수욕장 의 이안류에 대한 Yoon(2014)의 연구가 있다.

본 연구에서는 SWASH 모형을 이용하여 태풍 NAKRI (1412) 내습 시 해운대 해수욕장의 쇄파대 수리특성을 분석 하였다. 입사파랑은 불규칙파 조건을 적용하여 파랑변형, 해 빈류, 쇄파점과 평균수면상승 및 최대소상고 등을 산정하였 다. 수치계산된 해빈류 패턴은 관측결과와, 최대소상고는 경 험식 및 비디오 모니터링 자료를 이용하여 비교·검토하였다.

2.대상해역의 특성

2.1.대상해역의 위치

해운대 해수욕장은 부산광역시 해운대구에 위치하고 있 으며 연안정비사업으로 인한 양빈사업이 지속적으로 시행 되어 2014년 11월 평균해빈폭이 약 80 m까지 증가하였다. 해 운대 해수욕장 서측에는 동백섬, 동측에는 미포항이 위치하 고 있으며 해운대 해수욕장의 침식과 미포측의 퇴적에 의한 미포항의 항내매몰이 문제시 되고 있다. 해운대 해수욕장의 중앙부근과 미포측의 전면에 암반층과 천퇴영역이 존재하 여 복잡한 해저지형을 나타낸다. 본 연구에 적용한 수심자 료는 2014년 5월에 관측된 수심관측성과(BROFA, 2015)를 적 용하였다(Fig. 1).

2.2.태풍 나크리(NAKRI) 내습 시 파랑관측자료

2014년 제12호 태풍 나크리(NAKRI)는 7월 30일 오전 3시 에 중심기압 994 hPa, 최대풍속 18 m/s, 강풍 반경 600 km(남 쪽 반경), 크기 '대형'의 열대폭풍으로 일본 오키나와 남쪽 약 860 km 부근 해상에서 발생하였다. 태풍 나크리(NAKRI) 는 제주도 부근 해상 통과 뒤 서해로 진출하면서 예상보다 빠 르게 약화되었으며 해운대 해수욕장에는 비교적 큰 영향을 입히진 않았다. 해운대 해수욕장으로 태풍 나크리(NAKRI) 내 습 시 대표파랑을 선정하기 위해 국립해양조사원의 해운대 파랑관측부이 자료(W1)를 사용하였다(Fig. 1). 관측부이가 위 치한 수심은 15.6 m이며 1시간 단위의 파랑관측자료를 이용 하여 대표파랑을 선정하였다. 파랑관측자료를 분석한 결과, 태풍 나크리(NAKRI) 내습으로 해운대 해수욕장에 영향을 준 기간은 2014년 8월 2일 18시부터 익일 새벽까지로 나타났으 며 주 파향은 S 계열, 유의파의 최대값은 3 m, 주기는 11.2 sec 로 관측되었다(Fig. 2).

2.3.흐름 및 표사이동 특성

해양수산부 연안침식대응기술개발연구단(MIDAS)은 하계 (2014년 8월 21일 ~ 9월 11일)에 AWAC, SPHINX, TISDOS 등 의 해양관측장비를 이용하여 흐름패턴 및 표사이동 flux를 관측하였다(MOF, 2015). 조사 당시의 유의파고는 0.6 m 이하 로 작았으며 흐름패턴은 시간평균된 결과를 나타내며 표사 이동 flux는 누적된 합을 나타낸다(Fig. 3). 표사이동 flux는 흐름패턴과 유사하게 나타났으며 흐름이 퇴적물 이동에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 하계의 흐름패턴과 표사 이동 flux의 관측결과는 SWASH 모형을 이용하여 산정된 해 빈류 패턴과 비교·검토하였다. 하계의 관측결과, 동백섬측 과 미포측에서 외해방향으로 이동되는 것으로 나타났으며 해운대 해수욕장 중앙부근에서도 외해로 이동되는 것으로 나타났다. 해운대 해수욕장 중앙부근의 이동패턴은 이안류 에 의한 영향으로 사료된다.

3.SWASH 모형의 소개

SWASH(Simulating WAves till SHore) 모형은 Stelling and Zijlema(2003), Stelling and Duinmeijer(2003), Zijlema and Stelling (2005; 2008), Smit et al.(2013)의 연구를 기초로 개발되었다. 2 차원의 해석방법은 수심평균, 비정수압, 자유수면 흐름을 Navier-Stokes 방정식의 질량·운동량보존조건으로 유도된 다 음과 같은 비선형 천수방정식을 적용한다. 3차원 해석 접근 방식은 Zijlema and Stelling(2005; 2008)에 소개되어 있다.

\frac{\partial ζ}{\partial t} + \frac{\partial hu}{\partial x} + \frac{\partial hv}{\partial y} = 0

(1)

\frac{\partial u}{\partial t} + u \frac{\partial u}{\partial x} + v \frac{\partial u}{\partial y} + g \frac{\partial ζ}{\partial x} + \frac{1}{h} \int_{- d}^{ζ} \frac{\partial q}{\partial x} dz + c_{f} \frac{u \sqrt{u^{2} + v^{2}}}{h} = \frac{1}{h} (\frac{\partial {h τ}_{xx}}{\partial x} + \frac{\partial {h τ}_{xy}}{\partial y})

(2)

\frac{\partial u}{\partial t} + u \frac{\partial v}{\partial x} + v \frac{\partial v}{\partial y} + g \frac{\partial ζ}{\partial y} + \frac{1}{h} \int_{- d}^{ζ} \frac{\partial q}{\partial y} dz + c_{f} \frac{v \sqrt{u^{2} + v^{2}}}{h} = \frac{1}{h} (\frac{\partial {h τ}_{yx}}{\partial x} + \frac{\partial {h τ}_{yy}}{\partial y})

(3)

τ_{xx} = {2 v}_{t} \frac{\partial u}{\partial x}, τ_{yy} = {2 v}_{t} \frac{\partial v}{\partial y}

(4)

τ_{xy} = τ_{yx} = v_{t} (\frac{\partial v}{\partial x} + \frac{\partial u}{\partial y})

(5)

v_{t} = ℓ_{m}^{2} \sqrt{2 {(\frac{\partial u}{\partial x})}^{2} + 2 {(\frac{\partial v}{\partial y})}^{2} + 2 {(\frac{\partial v}{\partial x} + \frac{\partial u}{\partial y})}^{2}}

(6)

여기서, x와 y는 정수면에 위치하고 있으며 t는 시간, ζ(x,y,t)는 정수면을 기준으로 자유수면까지의 높이, d(x,y)는 정수면하 수심, h = ζ + d는 총 수심, q(x,y,z,t)는 비정수압 압 력성분, u(x,y,t), υ(x,y,t)는 x,y방향에 대한 수심평균유속, g는 중력가속도, c_f는 무차원 저면마찰계수, τ_xx, τ_xy, τ_yx, τ_yy 는 수평난류응력, ν_t (x,y,t)는 쇄파와 난류성분에 의한 수평 와동점성계수, l_m는 혼합거리이다.

SWASH 모형의 지배방정식에서 운동량방정식의 비정수 압항의 처리는 다음과 같다.

\frac{1}{h} \int_{- d}^{η} \frac{\partial q}{\partial x} dz = \frac{1}{2} h \frac{{\partial q}_{b}}{\partial x} + \frac{1}{2} q_{b} \frac{\partial (ζ - d)}{\partial x}

(7)

\frac{1}{h} \int_{- d}^{η} \frac{\partial q}{\partial y} dz = \frac{1}{2} h \frac{{\partial q}_{b}}{\partial y} + \frac{1}{2} q_{b} \frac{\partial (ζ - d)}{\partial y}

(8)

여기서 q_b는 저면의 비정수압항을 나타낸다.

4.SWASH 모형을 이용한 수치모형실험 결과

4.1.입력자료

SWASH 모형을 이용하여 태풍 나크리(NAKRI) 내습 시 해 운대 해수욕장의 쇄파대 수리특성을 파악하기 위하여 적용 된 입력조건은 Table 1과 같다. 입사파랑조건은 하계 해운대 파랑관측부이(W1)에서 1시간 단위로 관측된 파랑자료의 유 의파 최대값과 그에 상응하는 주기를 사용하였으며 주 파향 은 S 계열을 적용하였다. 조위는 2013년 6월 21일부터 7월 21일까지 관측된 국립해양조사원의 해운대 기본수준점 성과 표를 참고하여 입력하였다.

파 진행 방향의 계산격자크기는 계산영역 최대수심(약 20 m) 의 파장 1/100에 상응하는 크기를 권장하며 그의 직각방향 의 계산격자크기는 더 크게 설정해도 무방하다(The SWASH team, 2010). 시간간격은 CFL(Courant-Friedrichs-Lewy) 조건을 만족하는 범위에서 결정하였으며 SWASH 모형에서 자체적 으로 시간간격을 결정하게 된다.

입사파랑조건은 JONSWAP spectrum을 적용하였으며 형상 계수(peak enhancement parameter)는 default(gamma = 3.3) 값을 사용하였다(The SWASH team, 2010). 모의하는 동안 개경계 (開境界)에서 발생될 수 있는 불필요한 반사효과를 최소화시 키기 위해서 입사경계는 약반사조건을 설정하였으며 투과 성 경계에서는 계산영역 최대수심의 파장 3배와 상응하는 길이의 스폰지(sponge) 층을 설정하였다. 계산시간은 입사파 의 군속도가 해안에 내습하여 반사파가 입사경계에 되돌아 오는데 걸리는 시간보다 충분히 길게 잡았으며, 마지막 시 간스텝의 시간평균값(약 15분)을 최종결과로 산출하였다. 한 편, SWASH 모형은 연직방향으로 다층모델이 가능하지만 (Zijlema et al., 2011) 다층모델링을 하면 그만큼 계산시간이 많이 소요된다. 본 연구에서는 입사파의 주기가 길어 쇄파 대 부근이 천해영역에 해당하므로 단층모델을 적용하였다.

4.2.수치모형실험 결과

4.2.1.파봉선 및 파고분포

JONSWAP spectrum을 적용한 파봉선 및 파고분포는 Fig. 4 와 같다. 파봉선과 파고분포는 마지막 시간스텝(약 15분)의 시간평균값이며, 파고는 유의파고이다.

계산된 파봉선을 보면, 파랑이 내습하면서 육지경계에 의 한 반사 및 천퇴영역에 의한 파의 산란 등 파랑변형의 형태 가 잘 묘사되고 있는 것을 볼 수 있으며 개경계 스폰지 층의 효과로 경계에서 반사와 같은 불필요한 파랑변형이 나타나 지 않음을 알 수 있다. 파고분포를 보면, 입사된 파랑이 Fig. 1에서와 같이 해수욕장 중앙의 수심이 얕은 천퇴를 통과하 면서 굴절, 천수변형 등의 변화를 보이고 있다.

4.2.2.쇄파점 및 wave set-up

JONSWAP spectrum을 적용한 쇄파점 및 wave set-up은 Fig. 5와 같다. Wave set-up은 마지막 시간스텝(약 15분)의 시간평 균값이며 쇄파점은 수치모의하는 동안 나타난 모든 쇄파지 점을 표시한다. SWASH 모형의 쇄파모의는 연직방향의 층의 수가 적으면(1 ~ 3) 쇄파에 의한 거동과 유사하게 묘사될 수 있도록 수면경사의 변화량과 단파(bore)형상을 이용하여 강 제적으로 파의 형태를 변형시키지만 연직방향 층의 수가 충 분히 많으면(10 ~ 20) 특별한 처리를 하지 않아도 수리실험결 과와 유사하게 나타난다(The SWASH team, 2010). 본 연구에 서는 SWASH 모형을 단층(depth-averaged) 조건으로 모의하였 기 때문에 모의하는 동안 단파 형상이 나타난 지점을 쇄파 가 발생된 지점으로 기록한다. 쇄파에 관한 자세한 내용은 Zijlema et al.(2013)을 참고하기 바란다.

Wave set-up의 계산결과를 등치선으로 나타냈으며 쇄파위 치는 점의 형태로 나타냈다. 쇄파가 발생된 지점부터 육지 방향으로 wave set-up이 크게 증가됨을 볼 수 있지만 wave set-down은 크기가 비교적 작아 잘 표시되지 않았다. 수심이 얕은 해운대 해수욕장 동쪽 연안부근에서는 외해쪽으로 쇄 파가 발생하는 것을 볼 수 있다.

4.2.3.해빈류 패턴 및 유속분포

JONSWAP spectrum을 적용한 해빈류 패턴 및 유속분포는 Fig. 6과 같으며 마지막 시간스텝(약 15분)의 시간평균값이 다. 계산된 해빈류 패턴을 보면 동백섬측에서 미포측으로 연안류(longshore currents)가 지배적으로 나타나고 있으며 해 운대 해수욕장 중앙부근에서 이안류(rip currents)가 나타났다. 또한 미포항 동쪽 고두말에서 발생된 흐름은 미포부근에서 해수욕장까지 도달하지 못하고 외해로 빠져나가는 패턴이 나타났다. SWASH 모형을 이용하여 산정된 해빈류 패턴과 관측결과(Fig. 3)를 비교해 보았을 때 미포측의 흐름패턴 및 이안류의 발생위치는 잘 묘사하였지만 동백섬측은 차이가 나타났는데 이는 조사당시 입사파랑이 H_s < 0.6 m정도로 작 았기 때문으로 사료된다. 유속분포를 보면, 동백섬측 조선비 치 전면에서 약 1.5 m/s로 가장 빠르고 이후 미포방향으로 갈 수록 점점 느려져 미포측에서 0.1 m/s 이하까지 낮게 나타났 다. 동백섬측에서 미포측까지 연안류에 의해 퇴적물이 이동 하여 미포측에서 유속이 감소함에 따라 퇴적물이 미포측에 퇴적될 것으로 예상된다. 또한, 동백섬측과 해운대 해수욕장 은 전반적으로 강한 연안류와 이안류에 의하여 침식이 발생 될 것으로 예상된다.

4.2.4.최대소상고

SWASH 모형을 이용하여 최대소상고를 산정하여 경험식 및 비디오 모니터링 자료를 통해 유추한 결과와 비교∙검토 하였다. 경험식은 Mase(1989)의 실험적인 자료에 기초한 경 험식과 Stockdon et al.(2006)에 의해 제시된 경험식을 적용하였 다. Mase(1989)의 경험식은 다음과 같은 무차원 surf similarity parameter를 구하여 산정한다.

ζ_{0} = \frac{β_{f}}{{(H_{0} / L_{0})}^{1 / 2}}

(9)

ζ₀은 무차원 surf similarity parameter로서 해빈경사(β_f ), 심 해파장과 심해파고로부터 구해진다. Mase(1989)가 제안한 불 규칙파에 의한 경험식은 $\begin{matrix} \frac{1}{30} \leq β_{f} \leq \frac{1}{5}, & H_{o} \end{matrix} / L_{o} \geq 0.007$ 의 조 건을 만족할 경우 적용가능하다. 불규칙파에 의한 최대소상 고의 높이와 상위 2 % 초과 소상고의 높이는 식(10)과 식(11) 와 같다.

\frac{R_{max}}{H_{0}} = 2.32 ζ_{0}^{0.77}

(10)

\frac{R_{2 %}}{H_{0}} = 1.86 ζ_{0}^{0.71}

(11)

Stockdon et al.(2006)이 제안한 경험식은 식(12)와 같다.

R_{2 %} = 1.1 [0.35 β_{f} {(H_{o} L_{o})}^{0.5} + \frac{{\{H_{o} L_{o} (0.563 β_{f}^{2} + 0.004)\}}^{0.5}}{2}]

(12)

식(12)는 상위 2 % 초과 소상고의 값을 나타내며 β_f는 해빈 경사, H_o는 심해파고, L _o는 심해파장이다. 해빈경사는 2014년 5 월에 측정한 평균해빈경사(2.3°)를 사용하였다(BROFA, 2015).

비디오 모니터링 자료(Fig. 7)는 해양수산부 연안침식 실 태조사 자료를 활용하였으며(MOF, 2014), 평균영상의 파흔 의 위치가 최대소상고의 위치와 유사하게 나타난 것을 발견 하였다. 이를 이용하여 파흔의 위치를 최대소상고의 위치로 판단하여 모의결과와 비교하였다. 비교∙검토한 영역은 Fig. 8과 같으며 해양수산부 연안침식 실태조사에서는 해운대 해 수욕장을 50 m 간격으로 배후 호안에 직각방향으로 단면을 설정하고 있다(MOF, 2014). 각 단면별 최대소상고의 값은 지 형이 동일하지 않기 때문에 다르게 나타나지만 경험식을 이 용하여 나타낸 최대소상고는 일정경사면을 가정하여 산정 하였다. SWASH 모형의 결과와 비디오 모니터링 자료로 유 추한 결과를 통해 파가 도달된 지점의 고도(D.L.-m) 정보를 알 수 있으므로 최대소상고는 고도정보에서 적용된 조위 (0.52 m)만큼 감해주어 산정하였다.

산정된 소상고는 Table 2와 같다. R_range는 선택된 영역에서 나타난 단면별 최대소상고이며 그 범위를 나타낸 것이다. R_{range, mean}는 단면별 최대소상고의 평균, R_max는 최대소상고, R_2%는 상위 2 % 초과 소상고를 나타낸다. SWASH 모형으로 산 정한 최대소상고(1.15 m)는 Mase(1989)의 경험식으로 산정한 최 대소상고(3.01 m) 및 2 % 초과 소상고(2.58 m)보다는 작게 나타 났지만 Stockdon et al.(2006)에 의해 산정한 2 % 초과 소상고 (1.33 m)과 비교적 유사하게 나타났다. 또한, 비디오 모니터링 자료를 통해 산정한 최대소상고(1.26 m)와 유사하게 나타났으며 단면별 최대소상고의 경향성도 유사하게 나타났다.

5.결론 및 요약

태풍 나크리(NAKRI) 내습 시 해운대 해수욕장의 쇄파대 수리특성을 SWASH 모형을 이용하여 수치모의하고 관측자 료 및 비디오 모니터링 자료를 이용하여 비교·검토하였다.

태풍 나크리(NAKRI) 내습 시 S 계열의 고파랑이 직접 해 운대 해수욕장에 내습하였다. SWASH 모형을 이용하여 산정 한 해빈류 패턴을 보면 동백섬측에서 미포측까지 연안류가 발생하여 미포측에서 외해로 빠져나가는 패턴이 나타났으 며 중앙부근에서 외해로 빠져나가는 이안류가 나타났다. 하 계의 관측결과와 비교해 보았을 때 미포측의 흐름과 해운대 해수욕장 중앙부근에서 발생된 이안류가 적절하게 묘사된 것을 볼 수 있었다. 미포항 동쪽 고두말에서 발생된 흐름은 해운대 해수욕장까지 도달하지 못하고 외해로 빠져나가는 패턴을 보였으며 유속은 동백섬측에서 약 1.5 m/s까지 가장 크게 나타났으며 미포측에서 약 0.1 m/s 이하로 낮게 나타났 다. 해빈류 패턴과 유속을 통하여 동백섬측과 해운대 해수 욕장의 침식과 미포측의 퇴적이 발생될 것으로 사료된다.

태풍 나크리(NAKRI) 내습 시 SWASH 모형으로 산정한 최 대소상고(1.15 m)는 Mase(1989)의 경험식으로 산정한 최대소 상고(3.01 m) 및 2 % 초과 소상고(2.58 m)보다는 작게 나타났 지만 Stockdon et al.(2006)에 의해 산정한 2 % 초과 소상고 (1.33 m)와 비교적 유사하게 나타났다. 또한, 비디오 모니터 링 자료를 통해 산정한 최대소상고(1.26 m)와 유사하게 나타 났으며 단면별 최대소상고의 경향성도 유사하게 나타났다.

Figure

Fig. 1..

Topography and bottom contour of Haeundae Beach.

Fig. 2..

Time series of wave data(W1) observed by KHOA during the NAKRI in Haeundae Beach.

Fig. 3..

Observed currents (left) and sediment flux (right) pattern from SPHINX, AWAC and TISDOS during the summer season in Haeundae Beach(MOF, 2015).

Fig. 4..

Calculated wave crest line and wave height distribution during Typhoon NAKRI(1412).

Fig. 5..

Calculated wave break point and wave set-up contour during Typhoon NAKRI(1412).

Fig. 6..

Calculated wave-induced currents and velocity contours during Typhoon NAKRI(1412).

Fig. 7..

Wave run-up images from the video monitoring system during Typhoon NAKRI(1412).

Fig. 8..

Comparison of maximum wave run-up between the SWASH model results and the video monitoring data during Typhoon NAKRI(1412).

Table

Table 1..

Conditions of the numerical simulation

Wave condition (NAKRI)	H1/3, max = 3.0 m
Tide	Approx H.H.W. 104.4 cm
M.S.L. 52.2 cm

Grid scale	3.0 km × 2.0 km
Δx = 3 m, Δy = 1.4 m
(1,000 × 1,428 grids)

Time step	Δt = 0.04 sec

Simulation time	total = 45 min

Table 2..

Comparisons of estimated wave run-up results (unit: m)

Wave run-up	SWASH	Mase (1989)	Stockdon et al. (2006)	Video monitoring
Rrange	0.62 ~ 1.15	-	-	0.31 ~ 1.26
Rrange,mean	0.87	-	-	0.79
Rmax	1.15	3.01	-	1.26
R2%	-	2.58	1.33	-

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Wave condition (NAKRI)	H1/3, max = 3.0 m
	T1/3, max = 11.2 sec
	θ = S

Tide	Approx H.H.W. 104.4 cm
Tide	M.S.L. 52.2 cm

Grid scale	3.0 km × 2.0 km
	Δx = 3 m, Δy = 1.4 m
	(1,000 × 1,428 grids)

Time step	Δt = 0.04 sec

Simulation time	total = 45 min