An Investigation of Tidal Currents around the West Coast of Korea Responding to Bottom Roughness and Open Boundary Conditions

Abstract

The tide around the West Coast of Korea is large and the tidal current is strong and sensitive to tidal elevation. Moreover, since the tidal flow is the main forcing of water circulation around the West Coast of Korea, it is necessary to predict the tidal elevation accurately and find out characteristics of the tide around the West Coast of Korea. In this study, a number of the numerical simulations were carried out to investigate the effect of bottom roughness and open boundary conditions on the tidal elevation around the West Coast of Korea. The well-known open-source model, Telemac-2D, was applied as a simulation tool and three well-known ocean tide models, FES2014, NAO99Jb and TPXO9.1, were used to set the open boundary conditions for the numerical simulations in order to reproduce the tide. Besides, the complicated geometry around the West Coast of Korea influences to tide, so unstructured grid was used to represent the geometry and reflect its effect. The numerical results were calibrated and validated against observation data. It showed a good agreement between simulation results and observation data. Tidal elevation around the West Coast of Korea was evaluated corresponding to bottom friction coefficients, which were set as uniform and local distributions. The numerical results were enhanced when the bottom friction coefficients were applied differently depending on the regions based on the natural bathymetry and coastlines. Sensitivity analyses of tides corresponding to the open boundary conditions were carried out in order to understand the characteristic of the tide around the West Coast of Korea.

한국 서해안에서의 조석은 그 크기가 크며, 조류 또한 빠르고 조석에 민감하게 변화하는 특성을 가지고 있다. 게다가 조석은 서해안의 해수 흐름의 주 요인이기 때문에 조석에 대한 정확한 예측과 그 특징의 이해가 필요하다. 본 연구에서는 조도계수와 개방경계조건이 서해안의 조석에 미치는 영향을 살펴보기 위한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 툴로는 오픈소스인 Telemac-2D를 사용하였고, 조석 흐름의 재현을 위한 개방 경계조건을 설정하기 위해서는 동화 조석 모델인 FES2014, NAO99Jb, TPXO9.1 세개의 모델의 데이터로부터 추출된 데이터를 정의하였다. 서해안의 복잡한 지형도 조석에 영향을 미치기 때문에 복잡한 지형의 표현과 그 영향을 고려하기 위해 비정규격자체계를 사용하였다. 수치 해석 결과는 관측자료를 통해 보정 및 검증하였다. 관측자료와 비교하였을 때 수치 해석을 통해 생성된 조석은 관측 자료와 잘 부합하였다. 계산 영역에 동일한 값의 마찰계수가 적용된 것과 지역에 따라 다르게 적용한 경우에 서해안에 발생하는 조석에 대하여 평가하였다. 해석 결과 수심과 지형적 특성을 고려하여 마찰 계수를 다르게 적용한 경우 해석 결과가 향상됨을 확인할 수 있었다. 서해안에서의 조석 특성을 파악하기 위하여 개방 조건에 따라 변화하는 조석의 민감도 분석을 수행하였다.