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유빈 나
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1 한국해안 해양공학회논문집 /ISSN (Print), ISSN (Online) Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers 27(4), pp. 228~237, Aug 해운대의파랑및흐름구조의특성파악을위한현장관측실험 Field Observations of Spatial Structure of Hydrodynamics Including Waves and Currents in the Haeundae Coast 도기덕 * 유제선 * 이희준 ** 도종대 * 진재율 * Kideok Do*, Jeseon Yoo*, Hee Jun Lee**, Jong-Dae Do* and Jae-Youll Jin* 요지 : 본연구에서는사질해안인해운대해수욕장을대상으로수리 퇴적작용의동적구조규명에필요한현장관측실험을수행하였다. 연안에서발생하는계절별파랑및수리현상을정량적으로파악하기위하여, 동계및하계집중관측기간중해안선의법선방향으로 3개정점및해안선방향으로 3개정점등공간적으로여러정점에파랑및층별유속관측장비를설치하였다. 파랑관측자료의분석결과, 동계에는동해안으로부터입사하는 E계열파랑이대부분이며, 하계에는 S계열과 ESE 계열이공존하는분포를가지고있다. 대상해역에서유속의공간적분포는전체적으로주흐름방향이동계와하계에조석운동의영향으로동서방향으로형성되어있다. 심해역에서천해역로갈수록연안지형의영향으로, 유속의세기는약해지며유속의방향은해안선및등수심선과나란하게변형되어나타나고있다. 본연구를통하여제시된파랑및흐름등수리특성에관한기초분석자료는동기간에서측정된모래이동량및지형변화관측자료와연계하여, 대상해역의침퇴적정도를정량적으로산출하는데활용될수있다. 핵심용어 : 파랑변형, 유속분포, 해운대, 해수욕장, 지형변화 Abstract : Field observations were conducted to collect hydrodynamic and morphological data, which are needed to account for mechanisms of bathymetry changes caused by physical forcings, in Haeundae beach. In order to quantitatively describe characteristics of wave transformations and current patterns in space in winter and summer, in-situ sensors for measuring waves and current profiles were installed at three locations in the cross-shore direction and also three locations in the along-shore direction. As for the results of wave measurements, waves with main direction from the east dominate in winter while waves are incident from the S and the ESE in summer. Analysis of current data reveals that currents over the study domain are considerably influenced by a pattern of tidal motions, thereby, mainly oscillating in the direction of tidal currents, i.e., east-west directions, in both winter and summer. Currents tend to be influenced by local bathymetry in the shallow water region, with the direction changed along the depth contours and the magnitude reduced as they approach the shoreline. The results analysed from the hydrodynamic data through this study can be further combined with the morphological and bathymetry data, leading to the quantification of seasonal sediment transport rates and sand budget changes. Keywords : wave transformation, current distribution, sand beach, beach erosion 1. 서론 연안역에서발생하는모래이동및지형변화에대해서다양한연구가수행되었지만, 모래이동이가장활발하게발생하는쇄파대및포말대의현상에대한연구는아직부족한현실이다. 쇄파대및포말대지역은파랑의쇄파로인하여발생하는난류적특성, 비선형성및불규칙성이매우강하여현상규명이매우어려우며 (Grasmeijer and Ruessink, 2003), 계측기기의한계로인하여관측도난해하다. 본연구에서는 연안역에서발생하는모래이동및지형변화에대한현상이해도를향상하기위해소조차파랑우세사질해안인해운대해수욕장을대상으로하여대규모현장관측을수행하였다. 본연구에서수행한연안역에서의관측자료는연안역에서의모래이동원인규명및매커니즘에대한이해도를향상시키는데도움이될것이며, 이는지형변화예측수치모델의정확도향상및연안침식저감공법의효과를증진시키는효과를가져다줄것이다. 본연구의대상해역인해운대해수욕장은 1.4 km의사질 * 한국해양과학기술원연안재해 재난연구센터 (Corresponding author: Jeseon Yoo, Coastal Disaster Research Center, Korea Institute of Ocean Science & Technology, Ansan , Korea, Tel: , Fax: , jyoo@kiost.ac) ** 한국해양과학기술원지질 물리연구본부 (Marine Geology & Geophysics Division, Korea Institute of Ocean Science & Technology, Ansan , Korea) 228

해운대의파랑빛흐름구조의특성파악을위한현장관측실험 229 해안으로연간이용객이 1,500만명에이르는국내제1의해수욕장이다. 1947년이전춘천천유로변경에의해모래공급이차단됨에따라지속적으로해빈폭이감소한다고알려져있다. 해양수산부에서는해운대해수욕장의해빈폭을유지하기위해 2013년도부터대규모연안정비사업을시행중에있다.

2 해운대의파랑빛흐름구조의특성파악을위한현장관측실험 229 해안으로연간이용객이 1,500만명에이르는국내제1의해수욕장이다. 1947년이전춘천천유로변경에의해모래공급이차단됨에따라지속적으로해빈폭이감소한다고알려져있다. 해양수산부에서는해운대해수욕장의해빈폭을유지하기위해 2013년도부터대규모연안정비사업을시행중에있다. 연안정비사업은해빈폭증가및유지를위해양빈 62만 m 3, 잠제 2기 ( 동백섬측 200 m, 미포측 200 m), 돌제 100 m, 유실방지공 45 m를설치하는것으로계획되어있다 ( 부산광역시해운대구, 2011) (Fig. 1). 하지만설계된잠제배후해안의국지침식가능성이지적됨에따라잠제설치는수행되고있지않으며, 상대적으로내방객이적은동계에대규모양빈 (2013 년동계 /186,711 m 3, 2014년동계 /180,170 m 3, 2015년춘계 / 220,123 m 3 양빈 ) 이수행되어해빈면적을크게증가시켰다. 하지만, 양빈완료직후양빈안정화작용및하계태풍에의하여해빈폭은지속적으로감소하고있다 (Ministry of Oceans and Fisheries, 2014). 본연구의대상해역인해운대해수욕장에대한연구는 1980년대부터지속적으로수행되고있다. 수치모델을이용하여해운대해역의단면지형변화및해안선변형에대한연구가수행되었으며 (Ok et al., 1986; Park and Lee, 1989), 수리모형실험을통해모래유실을방지하기위한해운대양빈공법에대한연구가수행되었다 (Min et al., 1987). 현장실험에대한연구는 Choi et al.(2004) 과 Lee et al.(2007a, 2007b) 에서방사선동위원소를대상해역에투입하여해운대해역의모래이동에대한연구를수행하였다. 최근에는현재수행중인연안정비사업을위한기본및실시설계로인하여대상해역의관측자료를활용하여해운대에내습하는파랑및해빈류패턴을분석하여수치모델을이용하여계절별모래이동패턴을분석하는연구가수행되었다 (Lee et al., 2007b; Kim et al., 2013). 하지만연안정비사업을위한기본및실시설계에서의수행한현장조사는침식여부의정량적인규명보다는공법선정을중심으로진행되었다. 이러한연 유로파랑및조류관측은계절별로수행되어장기적인해양조사자료가부족하며, 상대적으로깊은수심 (20 m 이상 ) 에장비가계류되어내해에서발생하는수리및표사이동특성을규명하기에는적합하지않다. 본연구에서는해운대해수욕장의표사이동매커니즘을규명하고이를통해지형변화양상을파악하기위해현장정밀관측실험을수행하였다. 해운대전면수심약 20 m 지점에 AWAC 1기를계류하여 2013년 8월부터현재까지장기파랑관측을수행중이며, 이를분석하여해운대해역에내습하는파랑의계절별특성을살펴보았다. 그리고해운대해역의계절별수리동역학적특성및고파랑에의한지형변화를정량적으로분석하기위해상대적으로수심이얕은 5개의정점에수리 표사정밀관측시스템과파랑및층별유속관측장비를설치하였다. 그리고각각의관측정점에서발생하는파랑변형및수리특성에대한분석을수행하여외력조건 ( 파랑 ) 에따라발생하는흐름및모래이동특성을규명하였다. 2. 관측내용및방법 2.1 관측기간및정점연안에서발생하는모래이동은대부분외해에서입사하는파랑특성에큰영향을받는다. 본연구의대상해역인해운대해수욕장의외해파랑특성은하계에발생하는 S계열의파랑과동계 E계열의파랑이대부분이다. 본연구에서는이러한대상해역의파랑특성에따라연안에서발생하는수리 표사특성을분석하기위해동계 ( ~ ) 와하계 ( ~ ) 로기간을나누어관측을수행하였다. 현장관측은장기파랑및해류관측을위한 3개의정점 (W) 과연안에서발생하는수리 표사현상관측을위한 3개의정밀관측정점 (S) 에서수행되었다. 6개의관측실험위치중 5개의지점은평균수심약 10 m 이내에위치하였다. 이 6개의관측실험위치는 Fig. 2에나타내었다. 여기서 3개의 W정점은 Fig. 1. Layout of construction plan in the governmental beach protection project for the Haeundae Beach (Haeundaegu of Busan Metropolitan City,, 2011).

230 도기덕 유제선 이희준 도종대 진재율 Fig. 2. Bathymetry (bottom contours in meter above MSL) of Haeundae Beach and the measurement locations (S1 to S3 and W1 to W4). Table 1.

3 230 도기덕 유제선 이희준 도종대 진재율 Fig. 2. Bathymetry (bottom contours in meter above MSL) of Haeundae Beach and the measurement locations (S1 to S3 and W1 to W4). Table 1. Loactions of obsercation points with durations and water depths W i n t e r St TM_X (East Belt) TM_Y (East Belt) Observation duration S ~ S ~ S ~ W ~ W ~ S S ~ u S ~ m m S ~ e W ~ r W ~ W ~ Present 파랑및층별유속관측장비인 AWAC( 제조사 : Nortek) 를활용하여외해파랑이연안의지형으로인하여발생하는파랑변형 ( 쇄파, 굴절및회절 ) 및흐름을관측하기위한것이다. S 정점의경우에는정밀관측시스템인 SPHINX 및 TISDOS 를활용하여연안역에서의파랑, 흐름및모래농도를관측하기위한것이다. 이정밀관측시스템은, 타워형철재프레임에유속연직분포관측장비 (PC-ADP 및 ADCP, 제조사 : Sontek 및 Teledyne), 정밀유속관측장비 (Vector 및 ADV, 제조사 : Nortek 및 Sontek), 그리고부유사입경및탁도관측장비 (LISST-100x 및 OBS, 제조사 : Sequoia Scientific 및 D&A/Seapoint) 를부착하여제작되었으며, 각정점에서파랑, 연직유속분포, 바닥경계층정밀유속분포, 그리고특정높이에서의유속및모래 ( 또는탁도 ) 농도를측정하기위한종합관측장비이다. Fig. 2는 2013년 5월수심측량을통해얻은대상해역의수심도및관측위치를보여주고있으며, Table 1은본연구에서관측한정점의위치, 수심및관측기간에대한실험내용을요약한것이다. 이중외해에위치한 W4 정점은, 2013년 07월 25일부터 2014년 10월 16일까지파랑및해류에대한관측을수행하여해운대해역의태풍등외력에의한지형변화패턴분석에활용하고자하였다. Table 2는각각의정점에서활용된기기와각각의관측관련사항을보여주고있다. 정점 S1과 S2의경우에는연직분포관측장비를상 하방으로설치하여바닥부터표층까지의관측을수행하였으나, 정점 S3의경우에는관측장비의부족으로인하여바닥면에서의관측을정점관측장비로대체하였다. 각정점에서의파랑정보는상방 ADCP를통해유의파고, 유의파주기및첨두파향을계산하였다. 본연구에서는 ADCP 의파압센서및유속도플러센서로부터측정한수압및 3축 (x-y-z) 유속벡터시계열자료를파향 파고스펙트럼분석법중하나인 IMLM(Iterated Maximum Likelyhood Method) 을이용하여유의파고, 유의파주기및첨두파향을계산하였다. Table 2. Instruments, sensor elecations and observation items at each station Sensor type Measuring item Sampling interval Sampling height ADCP1200 wave, currents and acoustic intensity 30 min 255 cm ~ water surface (upward) S1 PC-ADP currents and acoustic intensity 30 min 3 cm ~ 93 cm (downward) VECTOR currents and acoustic intensity 30 min 25 / 50 cm ADCP600 wave, currents and acoustic intensity 30 min 330cm ~ water surface (upward) S2 ADCP1200 currents and acoustic intensity 30 min 1 cm ~ 96 cm (downward) ADV currents and acoustic intensity 30 min 25 / 50 cm S3 ADCP1200 wave, currents and acoustic intensity 30 min 310cm ~ water surface (upward) ADV currents and acoustic intensity 30 min 25 / 50 cm

4 해운대의파랑빛흐름구조의특성파악을위한현장관측실험 수리특성정밀관측시스템본연구에서는대상해역의계절별모래이동패턴및고파랑에의한모래유실현상을정량적으로파악하기위해해안선평행방향으로 3 정점 (S1,S2 및 S3) 에정밀관측시스템을설치하였다. 본연구에서활용한정밀관측시스템에는유속연직분포관측장비가상 하방으로설치되어있으며, 이관측장비는바닥으로부터표층까지유속, 유향및음향강도에대한정보를수집할수있다. 그리고추가적으로저면으로 25 cm 및 50 cm 지점에정점관측장비 (Vector 및 ADV) 를설치하여, 연직분포관측장비의검보정및고파랑시발생하는난류현상을정밀하게측정하는데활용한다. 마지막으로, 부유사입경및탁도관측장비 (LISST-100x 및 OBS) 를활용하여해당정점에서파랑및흐름에의해부유된모래농도및탁도를관측하며, 이를통해연직분포관측장비로부터수집한음향강도를실제모래농도로환산하는데사용한다. 본연구에서는, 모래농도관측자료와탁도및음향강도관측자료사이의검보정에관한실내검보정실험이아직진행중이어서, 모래농도에관한관측자료는제외하고파랑및흐름등수리특성관측자료에대해서만고찰하였다. 3. 관측결과및분석 3.1 장기파랑관측결과 (W4 정점 ) Fig. 3 은 W4 정점에서 2013년 7월 25일부터 2014년 10 월 16일까지 15개월동안관측한유의파고, 유의파주기및첨두파향에대한시계열자료이다. 해운대해역의파랑특성은겨울철 (11월 ~ 3월 ) 에는동해안으로부터입사하는 ESE 계열고파랑에영향을받으며, 상대적으로여름철 (6월 ~ 10월 ) 에는태풍시를제외하면낮은파랑에너지분포를보인다. 해운대해역의여름철주파향은계절풍에의하여발생하는 S계열및 ESE 계열파랑이대부분이다. 본연구에서는태풍시파랑특성을분석하기위해관측기간동안대상해역에영향을미친태풍특성을분석해보았다. 관측이수행된 15개월동안대상해역에직 간접적으로영향을미친태풍은 7개이며, 각각의태풍시발생한최대파고및동일시간에관측된첨두주기및주파향을 Table 3에나타내었다. 관측기간동안발생한최대유의파고는 4.0 m로, 2014년 10 월태풍봉퐁시에발생하였다. 태풍으로인하여입사하는파랑의파향분포를살펴보면 2014년하계에발생한태풍너구 Fig. 3. Temporal variations of significant wave heights, spectral peak periods, and poak sectral wave dirctions at W4 during Jul. 25, 2013 to Oct. 16, Dotted boxes inicate the storm events. Table 3. Maximum significant wave heights, peak periods and peak wave directions during seven typhoons Danas Wipha Neoguri Nakri Halong Phafone Vongfong H s (m) H max (m) T p (sec) T s (sec) D p (deg) SPR (deg) Date (peak) Duration (H s >1m) 13/10/08 23:00 13/10/16 20:00 14/07/09 22:00 14/08/03 04:00 14/08/10 05:00 14/10/06 04:00 14/10/13 14:00 36 Hr 42 Hr 26 Hr 71 Hr 72 Hr 71 Hr 115 Hr

5 232 도기덕 유제선 이희준 도종대 진재율 리및나크리의경우에는 S 계열, 그리고다른 5개의태풍의경우에는 ESE 계열파랑이관측되었다. 특히, 태풍나크리의경우, 다른태풍들과는다르게파주기 Ts가 Tp 보다크게관 Fig. 4. Frequency of occurrence between significant wave height and peak directions at W4 station. 측되었다. 보통은 Tp가 Ts 보다 10% 정도큰값을보이는것으로알려져있다 (Goda, 1985). 태풍나크리가내습할때관측된파향스펙트럼의계산결과들을살펴본결과, 서로다른파향과파주기를 ( 각각, S계열약 10초주기와 SE계열약 7.5초주기 ) 갖는 2개의파군이입사함에따라이로부터 Ts가 Tp보다크게계산된것으로파악되었다. 대상해역에서태풍시내습하는파랑특성은태풍의진행경로에큰영향을받으며, 또한대상해역의지형특성에의해태풍시에도 S계열및 ESE 계열로파랑이주로내습함을이관측결과로부터알수있다. 본연구에서는 W4 정점에서 15개월동안관측한파랑자료를파향및파고별통계분석을수행하였으며, 그결과를 Table 4 및 5에나타내었다. 또한, Fig 4는관측전기간에대한파랑다이어그램분석결과이다. 이파랑다이어그램으로부터, 해운대해역의파랑특성은동해안으로부터입사하는 ESE 계열및태풍시발생하는 S계열이지배적임을알수있다. Table 4 및 5의분석결과는, 대부분의파랑이 E 계열파랑 (52.8 %) 및 S계열 (26.0 %) 에서입사하며, 고파랑이내습하는겨울철및여름철에도유사한주파향분포를보여준다. 춘계의경우에는 S 계열과 ESE 계열의파랑이우세하지만, 상대적으로파고는그리크지않다. 하계의경우에도춘계와유사한파랑분포를보이지만 S 계열의파랑이더욱많이발생하며, 특히유의파고 2m이상의고파랑은태풍에의해발생하는 S 계열이대부분이다. Table 4. Monthly wave direction histogram Wave Direction Month Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec N NE E SE S SW W NW Table 5. Monthly wave height histogram Wave Height Month Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Sum (%) Sum (%)

U and V components of currents indicate the east(+) and north(+) directions, respectively. Fig. 6.

6 해운대의 파랑 빛 흐름 구조의 특성파악을 위한 현장 관측실험 233 Fig. 5. Tmeporal variations of significant wave heights, sectral peak periods, and peak spectral wave directions measured form W2 to W4 locations during winter obsercation. U and V components of currents indicate the east(+) and north(+) directions, respectively. Fig. 6. Temporal variations of significant wave heights, spectral peak periods, and peak spectral wave directions measured from S1 to S3 during winter obsercation. U and V components of currents indicate the east(+) and north(+) directions, respectively. 3.2 동계 수리특성 정밀관측 결과 동계 수리특성을 파악하기 위하여, 2014년 02~03월 중에 TISDOS)에서 관측한 유의파고, 첨두주기, 첨두파향과 표층 및 저층에서의 유속 유향에 대한 시계열 자료이다. 본 연구에 해안선의 법선방향으로, 수심 22 m(w4 정점), 수심 15 m 서는 대상 해역의 양단 및 중앙부분에서 발생하는 파랑 변형 (W3 정점) 및 수심 5 m (W2 정점)에 AWAC 장비를 설치하 및 연안류를 관측하기 위해 관측 정점을 동백섬 인근(S1 정 여 수심 변화에 따른 파랑, 유속 및 유향의 변화를 살펴보았 점), 해운대 해수욕장 중앙(S2 정점) 및 미포항 인근(S3 정점) 으며, 그 시계열 관측결과를 Fig. 5에 나타내었다. W4 정점 에 위치하였다. 정밀 관측 장비는 AWAC 장비에 비해 높은 에서 관측된 외해 파랑은 W3 정점에 도달할 시에는 큰 변 해상도를 가지고 있어 바닥면 인근에서의 수리 표사 특성 화가 없으며, 상대적으로 수심이 얕은 W2 정점에는 파고가 을 정밀하게 관측할 수 있다. 세 정점에서 관측된 파랑특성 급격히 감소한다. 파주기의 경우에는 큰 변화가 없으며, 파향 은 W2 정점과 유사하게 수심의 변화로 인하여 파랑이 감쇠 은 수심이 얕아짐에 따라 해안선에 수직 방향으로 변화하는 하며, 해안선에 수직 방향으로 파향이 변화한다. 유속 역시 수 굴절 현상이 관측되었다. 유속의 경우에는 외해에 위치한 W4 심으로 인하여 외해에 비해 감소하는 패턴을 보이며, 해운대 정점에서 가장 크게 발생하였으며, 수심이 얕아 짐에 따라 감 양단(S1 및 S3 정점)에서는 외해 방향 흐름이 우세하며 중 소하는 패턴을 보인다. 앙 부분(S2 정점)에서는 해운대 조석 패턴과 유사하게 동 Fig. 6은 2014년 동계에 해안선 방향과 나란히 S1, S2 및 S3 정점에 설치한 수리 표사 정밀 관측장비(SPHINX 및 서 방향의 분포를 보인다. Fig. 7은 해운대 해역의 파랑 및 흐름 패턴의 공간적 변형

7 234 도기덕 유제선 이희준 도종대 진재율 Fig. 7. Wave transformation and current patterns in the Haeundae coast during winter observation. Rose diagrams of (a) waves with incident directions and (b) currents with traveling directions. 에관한특성을분석하기위해각각의관측정점에파랑다이어그램과방향별유속분포도를나타낸것이다. 파랑다이어그램이지시하는방향은파랑의입사방향을의미하며, 유속분포도에서의방향은흐름의진행방향을가르킨다. 해운대동계에발생하는파랑은대부분동해에서입사되는남동계열파랑이대부분이며, 외해에서입사한파랑은미포항인근의암초로인하여강한굴절현상이발생하여내해에서는해안선에거의수직방향으로파향이변화한다. W3 정점 ( 수심 15 m) 에서는파랑감쇠가그리크지않으나, 상대적으로수심이얕은 W2 정점과 S1, S2 및 S3 정점에서는대상해역전면에위치한암초로인해외해파랑이많은부분감소한다. 관측기간동안동백섬인근에위치한 S1 정점에서큰파랑이관측되었는데, 이는외해에서발생한파랑이대부분 ESE 계열이기때문이다. Fig. 7에나타낸동계관측기간방향별유속분포의특성은주흐름방향이대체적으로동서방향으로발달하고있음을보여준다. 이는대상해역의흐름패턴이우리나라주변을따라진행하는조석운동에크게영향을받고있음을의미한다 (Kang et al., 1995; Teague et al., 2001). 특히, 천해역보다는심해역에서유속의세기가상대적으로크게형성되어있다. 반면, 천해역의해운대해변가까이에서는만곡형해안지형의영향으로유속의크기가심해역에비하여작고, 또한해변양끝단에서는유속의방향이외해쪽으로유출되는형태를보여주고있다. 이와더불어, 이천해역은파랑쇄파에의한흐름의영향을크게받는지역이므로, 주파향이 SE계열인동백섬인근의 S1과 S2정점에서는유속의방향이동쪽방향보다는남서쪽이나남서방향으로더빈번하게발생하고있다. 미포항인근의 S3정점에서는, 주파향이 SSW계열로회절되어있어유속의방향이동남쪽으로더빈번하게발생하는데기여하고있다. 본연구에서제시된, 동계파랑및흐름패턴등수리특성의관측결과는, 모래농도관측자료나지형변화관측자료와연계하여대상해역에서지형변화특성을파악하는데필요한기초자료중하나다. 기존연구에서 (Lee et al., 2007a), 동계에 모래이동의방향이동쪽에서서쪽으로흐른다는정성적분석을제시한바가있다. 본연구의분석결과는, 이러한기존연구의정성적분석결과에대해서동계모래이동이파랑및흐름패턴의영향으로동쪽보다는서쪽방향으로더빈번하게발생함을정량적으로제시해주고있다. 3.3 하계수리특성정밀관측결과해운대해역에서의하계수리특성을파악하기위하여, 동계와유사하게총 6개정점에서수집한정밀관측자료를분석하였다. Fig. 8은 AWAC 이설치된 3 정점 (W4, W3 및 W1) 에서관측된파랑, 유속및유향에대한시계열자료이다. 관측기간중에태풍과같은이벤트가발생하지않아상대적으로관측된파고는작다. 그리고하계기간동안발생하는파향은동계와는달리 S 계열 (180 o ) 과 E계열 (90 o ) 이공존하는특성을보인다. S 계열에서입사하는파랑 (8월 26 일및 9월 4일 ) 의경우에는해안선에수직으로입사하여 W2 정점에서파랑감쇠가그리크지않다. 하지만, E 계열에서입사한파랑 (8월 28일 ~ 9월 2일 ) 의경우에는동계와같이강한굴절및파랑감쇠현상이발생하였다. 이러한특성은해운대해수욕장은하계에발생하는 S계열의높은파랑에취약한특성을가짐을보여준다. 유속의경우에는적은파랑에너지로인하여조석운동에의한조류의패턴에큰영향을받고있음을보인다. Fig. 9은 2014년하계에수리 표사정밀관측장비 (SPHINX 및 TISDOS) 를통하여취득한세정점 (S1, S2 및 S3) 에서의파랑 ( 유의파고, 첨두주기, 첨두파향 ) 와유속 ( 표층및저층에서의유속과유향 ) 에대한시계열자료이다. 관측정점의위치는동계관측과동일하게대상해역의양단과중앙부분에위치하였으며바닥면인근에서의수리 표사특성에대한정밀관측을수행하였다. 세정점에서관측된파랑특성은 AWAC 장비에서관측결과와유사하게 S 계열의파랑의경우에는파고의변화가그리크지않지만, E 계열파랑의경우에는파고가급격하게감소한다. 유속의경우에는관측기간중에큰파랑이발생하지않아조류와유사한패턴

U and V components of currents indicate the east (+) and north(+) directions, respectively. Fig. 9.

8 해운대의 파랑 빛 흐름 구조의 특성파악을 위한 현장 관측실험 235 Fig. 8. Temporal variations of significant wave heights, secptral peak periods, and peak spectral wave directions measured at W1, W3 and W4 during summer observation. U and V components of currents indicate the east (+) and north(+) directions, respectively. Fig. 9. Temporal variations of significant wave heights, secptral peak periods, and peak spectral wave directions measured from S1, to S3 during summer observation. U and V components of currents indicate the east (+) and north(+) directions, respectively. 을 보인다. 유향의 경우에는 동계 관측과 유사하게 대상해역 랑은 해저톱 위를 지나는 동안 파랑에너지가 크게 감쇠되는 양단에서는 외해 방향으로 유출되는 모습을 보이며, 중앙부 영향을 받는 것으로 판단된다. 분에서는 동 서 방향의 분포가 우세하다. 하계 방향별 유속 분포의 특성은 주 흐름방향이 동계와 유 해운대 해역의 하계 파랑 및 흐름 패턴의 공간적 변화특성 사하게 동서방향으로 발달하고 있다. 이로부터, 동계와 마찬 을 파악하기 위하여, 동계 분석과 동일하게 각각의 관측 정 가지로 하계기간도 대상 해역의 흐름 구조가 조류에 의해 크 점에 파랑 다이어그램과 방향별 유속 분포도를 Fig. 10에 나 게 지배받고 있음을 알 수 있다. 심해역의 W4정점에서는 유 타내었다. 해운대 하계에 외해에 입사하는 파랑은 앞에서 기 속의 세기가 큰 흐름이 동서방향으로 뚜렷하게 나타나고 있 술한 바와 같이 S계열 및 ESE 계열 파랑이 대부분이다. S계 다. 반면, 수심이 얕아질수록 유속의 세기는 줄어들고, 유속 열의 파랑은 파고 및 파향의 변화가 그리 크지 않지만, ESE 의 주 흐름방향은 해안선 및 등수심선을 따라 형성되어 발달 계열의 파랑은 동계 관측과 동일하게 내해에 근접할수록 파 하고 있다. 해변의 양단에서는, 동계와 유사하게 해수욕장방 고 및 파향이 변화하는 특성을 보인다. 이는 Fig. 2에서 제 향의 유속 보다는 외해방향의 유속이 더 세고 또한 빈번하게 시된 것처럼 해저지형 특성의 영향에 기인한 것으로 추정된 발생하고 있다. 주 파향이 S계열로 변형된 천해역의 해수욕 다. Fig. 2에서 수심이 15 ~ 20 m 범위에 해당하는 해저지형 장 중앙부에서는, 유속의 방향에 대한 파향의 영향이 최소화 을 보면, 동쪽 부분에 해저톱(shoal)이 수심 5 m 높이까지 솟 되었기 때문에, 흐름방향이 조석운동의 방향을 따라 동서방 아 있음을 알 수 있다. 이로 인하여, 동쪽에서 입사하는 파 향으로 대등하게 형성되어 있다.

9 236 도기덕 유제선 이희준 도종대 진재율 Fig. 10. Wave transformation and current patterns in the Haeundae coast during summer observation. Rose diagrams of (a) waves with incident directions and (b) currents with traveling directions. 동계의흐름구조와비교하여, 하계에도유속이특정방향으로치우쳐서한쪽으로흐르는분포는보이고있지않으며, 다만포켓비치의특성으로인하여해수욕장양단에서는외해방향으로유출되는특성이나타나고있다. 이는하계계절적특성일수도있지만, 관측기간내에고파랑이발생하지않아천해역에서조류의영향을많이받는대신입사파의영향이두드러지지않았을가능성도내포하고있다. 4. 요약및결론 본연구에서는연안역에서발생하는수리 퇴적작용의동적구조규명에필요한종합관측자료를수집하고자, 소조차사질해안인해운대해수욕장을대상으로하여현장관측실험을수행하였다. 연안에서발생하는표사이동을정량적으로파악하기위해서는파랑및수리현상에대한정보가필수적이므로파랑및층별유속관측장비 AWAC 3기를해안선수직방향으로설치하여파랑변형 ( 쇄파, 굴절및회절 ) 과흐름관측을수행하였다. 그리고파랑특성을포함하여퇴적물농도가높은해저면부근에서수리 퇴적현상을연속적으로관측할수있는수리 표사정밀관측시스템을해안선평행방향으로세정점에설치하였다. 이를통해본연구에서는현장관측자료를정밀분석하여대상해역의계절별파랑및흐름등수리현상의공간적변화특성을분석하였다. 해운대해수욕장을대상으로수행한파랑관측결과를분석하면동계에는동해안으로부터입사하는 E계열파랑이대부분이며, 하계에는 S계열과 ESE 계열이공존하는분포를가지고있다. 이러한외해파랑분포는내해에도달함에따라파향에따라각기다른특성을보인다. 동계에주로발생하는 E 계열의파랑의경우에는미포항인근의암초로인하여강한굴절현상이발생하여내해에도달할시에파고가크게감소하지만, S 계열의파랑의경우에는 ESE 계열과다르게파랑감쇠가그리크지않다. 이는외해에발생한파랑에너지가해빈에직접적으로도달함을의미하며, S 계열의고파랑에취약한특성을가짐을의미한다. 대상해역에서유속의공간적분포는전체적으로주흐름 방향이동계와하계에공통적으로조석운동에의한조류의영향으로동서방향으로형성되어있다. 심해역에서천해역로갈수록연안지형의영향으로, 유속의세기는약하지며유속의방향은해안선및등수심선과나란하게변형되어나타나고있다. 또한, 해수욕장의천해역양단에서는흐름패턴이내만쪽보다는외해쪽으로강하게유출되는경향을보이고있다. 보통대상해역에서관측되는유의파고 3m 이상의고파랑은대부분하계태풍내습시에국한되어발생한다. 본연구에서, 하계관측기간에상대적으로태풍과같은고파랑이내습하지않아극치폭풍사상에따른파랑및흐름구조를규명하기에는아직한계가있다. 본연구를통하여제시된대상해역에서의파랑및흐름등수리특성에관한기초분석자료는동기간에서측정된모래이동량및지형변화관측자료와연계하여, 대상해역의침퇴적정도를정량적으로산출하는데활용될수있다. 현재, 한국해양과학기술원에서는각정점에서수집한관측기기의탁도및음향강도를모래농도로변환하는실내검 보정실험을수행하고있으며, 후속으로계절별모래이동및지형변화특성에대한분석결과도도출할예정이다. 감사의글 이논문은 2015년해양수산부재원으로한국해양과학기술진흥원 ( 연안침식대응기술개발 ) 및한국해양과학기술원 ( 연안침식저감원천기술개발, PE99326) 의지원을받아수행된연구임. References Choi, B.-J., Jung, S.-H., Kim, J.-B. and Lee, J. S. (2004). A Study on the Sediment Transport using Radioisotope Tracer. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 16(3), (in Korean). Goda, Y. (1985) Random Seas and Design of Maritime Structures. University of Tokyo Press, Tokyo. Grasmeijer, B.T. and Ruessink, B.G. (2003) Modeling of waves and currents in the nearshore parametric vs. probabilistic approach.

10 해운대의파랑빛흐름구조의특성파악을위한현장관측실험 237 Coastal Engineering, 49, Haeundaegu of Busan Metropolitan City (2011). Report of the Detailed Design on the Coastal Improvement Project at Haeundae Beach (in Korean) Kang, S.K., Chung, J., Lee, S.R. and Yum, K.-D. (1995) Seasonal variability of the M2 tide in the seas adjacent to Korea. Continental Shelf Research, 15(9), Kim, G.-S., Ryu, H.-S., Park, H.-S. and Kim, K.-M.. (2013). Characteristics of Sediment Transport under External Force in Haeundae Beach. Journal of Navigation and Port Research, 37(6), (in Korean). Lee, J.S., Tac, D.H. and Woo, J.G. (2007a). Characteristics of Seasonal Wave, Wave-Induced Current and Sediment Transport in Haeundae Beach. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 19(6), (in Korean). Lee, J.S., Tac, D.H., Yoon, E.C. and Kim, S.Y. (2007b). Characteristics of Seasonal Sediment Transport in Haeundae Beach. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 19(6), (in Korean). Min, B.-H., Ok, C.-Y. and Yu, S.-H. (1987). An Experimental Study on the Beach Nourishment Mehod of Haeundae Beach. Journal of Ocean Engineering and Technology, 1(1), (in Korean). Ok, C.-Y., Kim, H.-G. and Min, B.-H. (1986). A Study on the Similarity of the Change of Beach Profile. Journal of Korean Association of Hydrological Sciences, 19(4), (in Korean). Park, I.H. and Lee, J.S. (1989). Shoreline Change Model in Haeundae Beach. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 1(1), (in Korean). Report on the Beach Erosion Monitoring Project in Busan (in Korean) Teague, W.J., Perkins, H.T., Jacobs, G.A. and Book, J.W. (2001) Tide observations in the Korea-Tsushima Strait. Continental Shelf Research, 21(5), Received 28 July, 2015 Revised 18 August, 2015 Accepted 19 August, 2015

2 Journal of Disaster Prevention

VOL.13 No.4 2011 08 JOURNAL OF DISASTER PREVENTION CONTENTS XXXXXX XXXXXX 2 Journal of Disaster Prevention 3 XXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX 4 Journal of Disaster Prevention 5 6 Journal of Disaster Prevention