심해 풍파의 쇄파 기준에 대한 실험적 연구

Abstract

In a wind wave flume, waves were generated using three different wind speeds and measured at two locations to obtain wave trains of no, intermittent, or frequent breaking. Water particle movement and free surface elevation were measured simultaneously using a PIV system and a wave gauge, respectively. For wind waves, not all the waves measured at a fixed location are breaking waves, and the breaking of a larger wave is not guaranteed. However, the larger the wave height, the larger the probability of breaking. In order to take as many breaking waves as possible for the cases of frequent breaking, we used the waves whose heights were close to the highest one-tenth wave height. The experimental results showed that the geometric or kinematic breaking criteria could not explain the occurrence of breaking of wind waves. On the other hand, the vertical acceleration beneath the wave crest was close to the previously suggested limit value, -0.5 g, when frequent breaking of large waves occurred, indicating that the dynamic breaking criterion would be good for predicting wave breaking of deepwater wind waves.

풍동 조파수조에서 세 가지 바람 조건에 대하여 두 곳에서 파 관측을 수행하여, 쇄파의 발생 빈도가 서로 다른 파 데이터를 취득하였다. PIV 시스템과 파고계를 동기화하여 물 입자의 속도와 수면 변위를 동시 관측하였다. 한 지점에서 관측된 모든 파가 쇄파되는 것은 아니며 큰 파가 항상 쇄파되는 것은 아니지만 파고가 클수록 쇄파 확률은 커진다. 따라서 쇄파의 발생 빈도가 가장 높은 실험 조건에서 가능한 쇄파되는 파를 많이 취득하기 위해서 파고가 Hl/₁?에 가까운 파를 사용하여 분석하였다. 분석 결과 기하학적 및 운동학적 쇄파 기준은 풍파의 쇄파 발생을 잘 설명하지 못하였다. 반면에 큰 파의 쇄파가 자주 발생하는 경우에 파봉 아래에서 물입자의 연직가속도는 -0.5g에 근사하여, 동력학적 쇄파 기준이 심해 풍파의 쇄파를 잘 예측할 수 있음을 보였다.