Measurement of Turbulence Properties at the Time of Flow Reversal Under High Wave Conditions in Hujeong Beach

장연식,도종대,김선신,안경모,진재율,Chang, Yeon S.,Do, Jong Dae,Kim, Sun-Sin,Ahn, Kyungmo,Jin, Jae-Youll Korean Society of Coastal and Ocean Engineers 2017 한국해안해양공학회 논문집 Vol.29 No.4

교란운동에너지(TKE)와 레이놀즈 응력의 수직성분($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$)에 대한 한 주기 파장 안에서의 시간변화를 관측자료를 사용하여 분석하였다. 관측자료는 동해에서 온대성저기압이 발달하였던 2017년 1월 14일부터 18일까지 동해안 후정해변에서 측정한 파랑자료를 사용하였다. 이 기간 동안 관측된 모든 파랑자료들 중에서 비슷한 형태를 갖는 수백 개의 규칙파들을 구분하였으며 이 자료를 토대로 Ensemble Average 기법을 사용하여 이 기간 파랑특성을 대표하는 세 개의 평균파를 계산하였다. 그리고 이 평균파를 기준으로 각 파의 요동을 측정하여 한 주기 동안의 교란운동에너지와 레이놀즈 응력을 계산하였다. 이렇게 계산된 자료들을 분석한 결과 교란운동에너지는 파랑의 평균유속과 비슷한 분포를 나타내었으나(즉 유속이 최대값을 나타낼 때 교란운동에너지도 최대값을 나타내었다), $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$는 파랑의 수평유속 방향이 전환되는 '방향전환점'에서 가파르게 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$의 독특한 분포는 Nielsen(1992)에 의해 제안된 난류 convection 현상을 뒷받침하는 발견으로 퇴적물과 같은 물질들의 부유현상이 파랑의 '방향전환점(한 주기 안에서 파랑의 횡단방향 유속 부호가 바뀌는 시점)'에서 촉진될 수 있음을 보여준다. 이렇게 관측된 난류에너지 분포 특성을 CADMAS-SURF 모델을 사용하여 구현해 보았다. 그 결과 교란운동에너지의 경우 모델결과와 관측치 사이에 유사성이 발견되었으나 레이놀즈 응력($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$)의 경우 모델이 '방향전환점'에서의 증가현상을 구현해 내지 못하였다. 이는 CADMAS-SURF와 같은 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 모델들이 가지는 한계점으로 RANS 모델의 경우 레이놀즈 응력과 같은 난류에너지가 평균유속의 분포에 강한 영향을 받기 때문인 것으로 판명되었다. The temporal distribution of the turbulence kinetic energy (TKE) and the vertical component of Reynolds stresses ($-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$) was measured during one wave period under high wave energy conditions. The wave data were obtained at Hujeong Beach in the east coast of Korea at January 14~18 of 2017 when an extratropical cyclone was developed in the East Sea. Among the whole thousands of waves measured during the period, hundreds of regular waves that had with similar pattern were selected for the analysis in order to give three representing mean wave patterns using the ensemble average technique. The turbulence properties were then estimated based on the selected wave data. It is interesting to find out that $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$ has one clear peak near the time of flow reversal while TKE has two peaks at the corresponding times of maximum cross-shore velocity magnitudes. The distinguished pattern of Reynolds stress indicates that vertical fluxes of such properties as suspended sediments may be enhanced at the time when the horizontal flow direction is reversed to disturb the flows, supporting the turbulence convection process proposed by Nielsen (1992). The characteristic patterns of turbulence properties are examined using the CADMAS-SURF Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) model. Although the model can reasonably simulate the distribution of TKE pattern, it fails to produce the $-{\bar{u^{\prime}w^{\prime}}}$ peak at the time of flow reversal, which indicates that the application of RANS model is limited in the prediction of some turbulence properties such as Reynolds stresses.

Comparison of Turbulent Flows and Suspended Sediment Particle Motions Simulated around a Submerged Breakwater Using RANS and LES

장연식,도종대,정원무,Sang Kwon Hyun,Won-Dae Baek,최재호,진재율 한국해양과학기술원 2020 Ocean science journal Vol.55 No.1

Beach erosion is a serious problem that can be aggravatedby human-made structures, and the modeling of breaking waves nearthe coast and around coastal structures can be used to determinetheir impact. In this study, OpenFoam was employed to simulateturbulent flows around a submerged breakwater (SBW) to comparethe performance of two turbulence modeling schemes—RANSand LES. We coupled a Lagrangian sediment particle module withOpenFoam to examine the turbulence caused by breaking waves.The numerical setup for the simulations was based on bathymetrymeasurements made at Hujeong Beach in South Korea. The resultsshow that the wave heights simulated by LES were higher thanthose simulated by RANS in the front and lee areas of the SBW, andthey were lower at the top of the SBW. This indicates that a largeramount of wave energy was conserved after passing over the SBWaccording to LES. These results were also confirmed via the obtainedturbulent kinetic energy (TKE). When using LES, TKE increasedin the lee area, where the waves broke after passing over the SBW.In case of RANS, however, TKE was not successfully conserved; itsignificantly decreased in the lee area. Lagrangian sediment motionsshow that, when using LES, a strong eddy formed, which entrainedand dispersed the sediments into the water column. In the case ofRANS, however, no evidence of such turbulent eddy formation wasfound, which confirms the better performance of LES for resolvingturbulence.

Haeundae Beach in Korea: Seasonal-to-decadal Wave Statistics and Impulsive Beach Responses to Typhoons

이희준,도종대,김선신,박원경,전기천 한국해양과학기술원 2016 Ocean science journal Vol.51 No.4

Haeundae Beach represents Korean pocket beaches that are currently erosional and dominated by summertime typhoons. The decadal wave characteristics 9 km offshore of Haeundae Beach were analyzed using the WAM model that was validated through the 2007 wave observations. The wave statistics modelled for 1979–2007 indicates that the seasonal mean significant wave height (Hs) is highest (0.6–0.7 m) in summer due to typhoons, in contrast to the lowest (around 0.5 m) autumn analog. The wave direction is also pronouncedly seasonal with the principal bearings of SSW and NE in the summer and winter seasons, respectively. The WAM results additionally show that the Hs has gradually increased over the region of Haeundae Beach since 1993. Beach profiling during June–November 2014 shows the opposite processes of the typhoon and fair-weather on beach sands. During a typhoon, foreshore sands were eroded and then accumulated as sand bars on the surf zone. In the subsequent fair-weather, the sand bars moved back to the beach resulting in the surf-zone erosion and foreshore accretion. A total of 5 cycles of these beach-wide sand movements yielded a net retreat (up to 20 m) of the shoreline associated with large foreshore erosion. However, the surf zone only slightly accumulated as a result of the sand cycles. This was attributed to the sand escape offshore from the westernmost tip of the beach. The present study may provide an important clue to understanding the erosional processes in Haeundae Beach.

강화도 장화리 조간대의 퇴적 특성

오재경,도종대,조용구 한국지구과학회 2006 韓國地球科學會誌 Vol.27 No.3

In Janghwa-ri of Kanghwa Island morphological changes in four transects, 112 surface, and 2 core sedimentswere analyzed to understand the seasonal variation of the muddy tidal-flat environment. Sedimentary of facies can beclassified into four facies; sand, muddy sand, sandy mud, and silt. During winter, the coarse-grained sediment faciesexpanded seaward. In the subsurface part of the core sediments, poorly sorted silty sediments dominate the area.According to the Pb-210 isotope analysis, accumulation rates of the tidal flat in Jangwha-ri appear to be 5~19 m/yr. In......... seasonal variation, tidal flat, sedimentary facies, Pb-210 isotope. . : ... ... .. .... .. ... .. .. ... .. ... .. ... 4. ... .. .. ,112.. .. ... ... 2.. .. .... .. .... ... ... .... ... ..... . .. .... .. 4... ... . , .. , .. . , .. . , ... ..... . ... ........ ... ...... ..... , ... ... .... . .... ... ... .... . ....... .... ...

SDB 방법에 의한 연안역 고해상도 지형자료

강용균,이문진,도종대,진재율 해양환경안전학회 2023 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2023 No.11

다중빔 음향 측심기와 해상 모바일 라이다 시스템을 활용한 울진 후정해안 주변의 지형 데이터셋

김원혁,김창환,도종대,백원대,최재호,최순영,이병길,박찬홍,고필훈 (사)지오에이아이데이터학회 2023 GEO DATA Vol.5 No.1

We obtained a dataset through beach and submarine topography surveys around Hujeoung coast in Uljin. We conducted the beach and submarine topography surveys using small vessels from July 8 to July 11, 2016. The surveying instruments used for the surveys were Shipborne Mobile LiDAR System and Multi-beam Echo Sounder (Kongsberg EM3001). The beach topography was observed up to about 6 m from the shoreline. The width of the beach is about 30 m to 40 m. In the southeast of the survey area, there is an exposed rock with a depth of about 20 m. The area around the rock has sandy sediments. Datasets of the Hujeong coast area can be used for continuous monitoring to development of coastal erosion control system.

음파 후방산란강도의 부유사농도 변환

라상호(Ra, Sang-Ho),도종대(Do, Jong-Dae),류홍렬(Ryu, Hong-Ryul),황규남(Hwang, Kyu-Nam) 한국연안방재학회 2016 한국연안방재학회 학술발표대회 논문집 Vol.2016 No.-

ADCP와 같은 음파 측정 장치들은 수층 부유입자에 의한 후방산란강도로부터 층별 부유사농도의 측정이 가능하다. 본 연구에서는 음파 센서들에 의한 후방산란강도와 부유사농도 값들을 간의 상관관계를 조사/분석하기 위하여 실내 실험용 “부유사농도 관측센서 검보정 챔버”가 특수 제작되었다. 본 논문에서는 후방산란강도의 부유사농도 변환식들에 대한 간단한 검토와 특수 제작된 실내 실험용 챔버에 대한 설명이 제시된다.

논문 : 지구환경과 교육 ; 니질조간대의 퇴적학적 특성

오재경 ( Jae Kyung Oh ),도종대 ( Jong Dae Do ) 한국지구과학회 2004 지구과학 교육심포지엄 및 춘계학술발표회 Vol.2004 No.-

해안지형 모니터링을 위한 해상모바일라이다 지형 측정 시스템 구축

김창환,김현욱,강길모,김기영,김원혁,박찬홍,도종대,이명훈,최순영,박현영,Kim, ChangHwan,Kim, HyunWook,Kang, GilMo,Kim, GiYoung,Kim, WonHyuck,Park, ChanHong,Do, JongDae,Lee, MyoungHoon,Choi, SoonYoung,Park, HyeonYeong 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.4

해안지역은 레저공간, 요양, 항만 및 발전소 건설 등으로 인간의 활용이 용이한 공간으로써 그 이용이 점점 늘어나고 있다. 해안은 해양과 육지가 서로 만나며 지속적으로 변화하는 지역이다. 이렇듯 활발한 변동이 일어나고 있는 해안지형에 대한 정기적인 해안침식 모니터링이 필요하지만, 지상라이다(LiDAR : Light Detection and Ranging) 측량방법은 많은 시간 소요와 제약사항들이 있다. 이에 대한 보완책으로 한국해양과학기술원에서는 효율적인 해안지형 측량을 위한 해상모바일라이다 시스템을 구축하였다. 본 시스템은 선박에 지상라이다(RIEGL LMS-420i), 모션센서(MAGUS Inertial+)와 RTKGNSS(LEICA GS15 GS25)를 함께 고정 설치하여 해안선을 따라 선박을 운항하며 일정한 방향(해안 방향)으로 스캔하면서 탐사한다. 지상라이다로는 침식이 진행된 해안을 측량시, 해안침식에서 중요한 전빈지역에 음영대가 많이 발생하여 관측에 어려움이 있다. 하지만 이 해상모바일라이다 시스템을 활용하면 음영대를 효과적으로 관측할 수 있으며, 선박이 해안선을 따라 이동하며 연속측량 할 수 있어, 비교적 짧은 시간에 넓은 지역을 효율적으로 관측할 수 있다. 본 시스템을 이용하여 강릉항 주변 안목 송정해변에 대하여 실험 측량을 실시하고 검토하였다. 이와 같은 효율적인 시스템 이용하여 침식피해가 심각한 해안을 대상으로 효과적인 정밀 측량 모니터링을 실시하고 그 변화 양상을 파악한다면 연안침식대응기술 개발 및 연안침식통합관리체계 도출에 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다. Coastal areas, used as human utilization areas like leisure space, medical care, ports and power plants, etc., are regions that are continuously changing and interconnected with oceans and land. Regular monitoring of coastal changes is essential at key locations with such volatility. But the survey method of terrestial LiDAR(Light Detection and Ranging) system has much time consuming and many restrictions. For effective monitoring coastal changes, KIOST(Korea Institute of Ocean Science & Technology) has constructed a shipborne mobile LiDAR system. The shipborne mobile LiDAR system, installed in a research vessel, comprised a land based LiDAR(RIEGL LMS-420i), an IMU(MAGUS Inertial+), a RTKGNSS(LEICA GS15 GS25), and a fixed platform. The shipborne mobile LiDAR system is much more effective than a land based LiDAR system in the measuring of fore shore areas without shadow zone. Because the vessel with the shipborne mobile LiDAR system is continuously moved along the shoreline, it is possible to efficiently survey a large area in a relatively short time. We conducted test measurements in the Anmok-Songjung beach around the Gangneung port. Effective monitoring of the changes using the constructed shipborne mobile LiDAR system for seriously eroded coastal areas will be able to contribute to coastal erosion management and response.

Measurement of Turbulence Properties at the Time of Flow Reversal Under High Wave Conditions in Hujeong Beach

Yeon S. Chang(장연식),Jong Dae Do(도종대),Sun-Sin Kim(김선신),Kyungmo Ahn(안경모),Jae-Youll Jin(진재율) 한국해안해양공학회 2017 한국해안해양공학회 논문집 Vol.29 No.4

교란운동에너지(TKE)와 레이놀즈 응력의 수직성분(-u"w ")에 대한 한 주기 파장 안에서의 시간변화를 관측자료를 사용하여 분석하였다. 관측자료는 동해에서 온대성저기압이 발달하였던 2017년 1월 14일부터 18일까지 동해안 후정해변에서 측정한 파랑자료를 사용하였다. 이 기간 동안 관측된 모든 파랑자료들 중에서 비슷한 형태를 갖는 수백 개의 규칙파들을 구분하였으며 이 자료를 토대로 Ensemble Average 기법을 사용하여 이 기간 파랑특성을 대표하는 세 개의 평균파를 계산하였다. 그리고 이 평균파를 기준으로 각 파의 요동을 측정하여 한 주기 동안의 교란운동에너지와 레이놀즈 응력을 계산하였다. 이렇게 계산된 자료들을 분석한 결과 교란운동에너지는 파랑의 평균 유속과 비슷한 분포를 나타내었으나(즉 유속이 최대값을 나타낼 때 교란운동에너지도 최대값을 나타내었다), -u"w" 는 파랑의 수평유속 방향이 전환되는 ‘방향전환점’에서 가파르게 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 -u"w"의 독특한 분포는 Nielsen(1992)에 의해 제안된 난류 convection 현상을 뒷받침하는 발견으로 퇴적물과 같은 물질들의 부유현상이 파랑의 ‘방향전환점(한 주기 안에서 파랑의 횡단방향 유속 부호가 바뀌는 시점)’에서 촉진될 수 있음을 보여준다. 이렇게 관측된 난류에너지 분포 특성을 CADMAS-SURF 모델을 사용하여 구현해 보았다. 그 결과 교란운동에너지의 경우 모델결과와 관측치 사이에 유사성이 발견되었으나 레이놀즈 응력(-u"w")의 경우 모델이 ‘방향전환점’에서의 증가현상을 구현해 내지 못하였다. 이는 CADMAS-SURF와 같은 Reynolds-Averaged Navier-tokes(RANS) 모델들이 가지는 한계점으로 RANS 모델의 경우 레이놀즈 응력과 같은 난류에너지가 평균유속의 분포에 강한 영향을 받기 때문인 것으로 판명되었다. The temporal distribution of the turbulence kinetic energy (TKE) and the vertical component of Reynolds stresses(-u"w") was measured during one wave period under high wave energy conditions. The wave data were obtained at Hujeong Beach in the east coast of Korea at January 14~18 of 2017 when an extratropical cyclone was developed in the East Sea. Among the whole thousands of waves measured during the period, hundreds of regular waves that had with similar pattern were selected for the analysis in order to give three representing mean wave patterns using the ensemble average technique. The turbulence properties were then estimated based on the selected wave data. It is interesting to find out that -u"w" has one clear peak near the time of flow reversal while TKE has two peaks at the corresponding times of maximum cross-shore velocity magnitudes. The distinguished pattern of Reynolds stress indicates that vertical fluxes of such properties as suspended sediments may be enhanced at the time when the horizontal flow direction is reversed to disturb the flows, supporting the turbulence convection process proposed by Nielsen (1992). The characteristic patterns of turbulence properties are examined using the CADMAS-SURF Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) model. Although the model can reasonably simulate the distribution of TKE pattern, it fails to produce the -u"w" peak at the time of flow reversal, which indicates that the application of RANS model is limited in the prediction of some turbulence properties such as Reynolds stresses.