본 연구는 수중방파제를 갖는 해변에서 해안 지형의 변화를 예측하기 위해 XBeach 모델의 핵심 매개변수들을 조사하였다. XBeach 모델은 기본 설정의 매개변수가 해안 침식을 과대평가하는 경향이 있어, 최적 매개변수 조합은 시행착오(trial-and-error) 방법을 통해 경험적으로 도출되었다. 수중방파제를 갖는 해변의 경우, 파랑의 비선형성과 입사파의 파도 특성이 증가함에 따라 이 모델의 적용 가능성에 관한 연구가 충분하지 않다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 본 연구는 일반화 가능도 불확실성 추정(generalized likelihood uncertainty estimation)을 이용하여 수중방파제를 갖는 해변에서 XBeach 시뮬레이션에 가장 적합한 매개변수 조합을 분석하였다. XBeach 모델링에 가장 큰 영향을 미치는 세 가지 매개변수(facua, gamma, bedfriccoef)의 최적값을 분석하였으며, 각 매개변수의 민감도와 분포 경향도 함께 평가하였다. 최적 매개변수 조합은 한국의 봉포해변에서 관측된 파랑 및 지형 자료를 바탕으로, 수중방파제가 존재하는 경우의 XBeach를 대상으로 도출하였다. 수중방파제의 유무와 관계없이 facua가 가장 높은 민감도를 보였고, 그다음이 gamma와 bedfriccoef 순이었다. 또한 facua의 확률분포는 수중방파제가 존재하는 경우 0.3–0.5 범위에서 80% 이상이었으며, 부재 시에는 0.2–0.4 범위에서 80% 이상으로 나타나, 기본 설정 facua = 0.1은 해안 침식 예측에 적합하지 않음을 시사하였다. 마찬가지로 gamma의 경우에도 확률분포가 수중방파제가 존재하는 경우 0.4–0.7 범위에서 80% 이상, 부재 시에는 0.6–0.9 범위에서 80% 이상이었다. 80% 이상의 확률분포를 기준으로 할 때, 수중방파제가 존재하는 경우 facua의 범위는 약 25% 증가하고 gamma의 범위는 약 30% 감소하였다. 이는 수중방파제의 건설이 파랑 비선형성과 파랑 파쇄 특성의 공간적 변동성을 증가시켰기 때문인 것으로 판단된다.

한국의 해변은 해안 개발로 인해 침식 피해를 겪고 있다. 최근 한국 정부는 한국 서해안의 한 해변에서 사구(dune) 시스템을 복원하기 위한 노력을 시작하였다. 해안 사구는 기후변화와 해수면 상승으로 인한 극한 파랑에 대비하는 자연 방벽 역할을 한다. 효과적인 인공 사구를 설계하기 위해서는 해안 사구의 침식 및 복원 메커니즘을 이해하는 것이 중요하다. 따라서 이러한 메커니즘을 규명하기 위해 대규모 2차원 가동 사질상( movable bed ) 실험인 COastal sand Dune Experiment in Korea (CODEK)가 수행되었다. 본 연구는 사구 침식의 영향을 받는 파랑 월파/월류(run-up)를 관찰하는 데 초점을 맞추며, 특히 폭풍 시의 사면턱(scarp)을 대상으로 한다. 파랑 run-up은 역동적인 파랑 작용에 대한 해안 해변, 사구 시스템, 구조물의 취약성을 평가하는 데 있어 핵심적인 변수이다. 이 연구의 목적은 실험 결과에 기반하여 사면턱에서의 파랑 run-up을 분석하고, 기존 경험적 공식(existing empirical formula)을 활용하여 예측 정확도를 향상시키기 위한 방안을 제안하는 데 있다.

저지대 지역은 허리케인과 쓰나미가 유발하는 극한 파도와 폭풍해일에 취약하다. 예상되는 해수면 상승은 해안선이 더 멀리 해안 내륙으로 침범하게 만들어, 해안 지역에서의 홍수로 인한 피해 위험을 잠재적으로 더 악화시킬 것으로 예상된다. 따라서 파도에 의해 유발되는 월류성(landward) 흐름을 완화하기 위한 대응 구조의 도입은 필수적이다. 최근 맹그로브와 같은 자연 및 자연기반 특징(Natural and Nature-Based Features, green structures)은 홍수 위험을 완화할 수 있는 가능성으로 큰 주목을 받고 있다. 맹그로브 숲은 파랑 에너지를 효과적으로 감쇠시키고 해안선을 보호하며 생태적 기능을 향상시키는 생태적 완충 구역으로서 인정되고 있다. Dang et al. (2023)은 맹그로브 숲이 쓰나미 유사 파도에 의한 침수를 완화하는 데 효과적인지를 평가하기 위해 일련의 1:16 축소 물리 실험을 수행하였다. 그러나 이 실험은 특정 위치에서의 유동 역학을 정량적으로만 분석하였으며, 맹그로브 숲으로 방호된 일련의 건물 배열로 특징지어지는 해안 지역사회에서의 쓰나미 유발 유동 패턴에 대한 종합적 연구는 아직 충분히 조사되지 않았다. 따라서 본 연구는 여러 건물 열(building rows)에 대해 맹그로브가 동적 침수 양상과 힘(하중) 완화에 미치는 영향을 추가로 규명하기 위해 수치적 조사를 수행하였다.

인공 사구는 연안 지역에서 기후변화와 해수면 상승이 야기하는 위협이 증가함에 따라, 필수적인 자연 기반 방어 수단으로 기능한다. 그러나 이러한 인공 사구는 심각한 폭풍 사건 동안 특히 침식에 취약하므로, 효과적인 연안 보호를 위해 설계에 대한 신중한 고려가 필요하다. 인공 사구 설계에 영향을 미치는 수많은 요인 가운데, 파랑 월파고(wave run-up)는 가장 중요한 관심사로 두드러진다. 파랑 월파고는 연안 침수의 규모를 평가하는 데 필수적일 뿐 아니라, 해안선 역학을 형성하는 데도 중요한 역할을 한다. 강력한 폭풍 사건 동안, 파랑 월파고의 증폭은 모래 사구의 상당한 침식을 유발하여 절벽과 유사한 사구 사면(dune scarp)을 형성한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 우리는 이동식 기반을 사용한 혁신적인 2차원 대규모 실험실 실험을 일련으로 수행하였다. 이 실험들은 사구 사면에서의 파랑 월파고 특성에 대한 정량적 이해를 제공하는 것을 목적으로 하였다. 또한 본 연구는 이러한 상황에서 파랑 월파고의 2% 초과(2% exceedance)를 예측하기 위해 기존의 경험식을 사용하는 가능성을 탐색하였다(이를 R 2% 라고 함). 그 결과, 파랑 월파고가 사구 사면의 영향을 받을 때는, 쇄파 유사성 매개변수의 변동과 무관하게 R 2% 값에서 일관된 경향이 나타났다. 특히, 우리의 결과는 고침식 조건에서 R 2%를 예측하기 위한 효과적인 방법으로, 정수면(still water level)부터 사구 사면의 발끝(dune scarp toe)까지의 해빈 경사를 포함한 Stockdon 경험식을 채택할 것을 권고한다. 이러한 접근은 인공 사구의 설계와 기능을 크게 향상시켜, 심각한 폭풍과 침식의 영향을 받는 연안 지역을 방호하는 능력을 강화하고, 결과적으로 회복탄력적인 연안 생태계 및 지속가능한 연안 관리를 도모하는 데 기여할 수 있다.