커튼 식 방파제는 파랑 감소를 위한 커튼(방파판)과 이를 지지하는 파일 구조물로 이루어진 단순한 구조형태로 가장 큰 특징은 방파제 하부를 통하여 항 내․외의 해수유동을 원활하게 유지하는 구조물이다. 주로 파고가 낮은 내해 및 항 내 등에 적합하며 중량이 가볍고 지지하는 구조물을 말뚝 형태로 구성할 수 있기 때문에 연약지반에 적용 성이 뛰어나다. 전라남도 고흥군의 여 호 항과 부산항 해경부두에 건설된 사례가 있지만 해수의 흐름변화 및 전달 율 등이 설계 당시와는 다소 상이하게 나타났다. 이에 본 연구에서는 커튼 식 방파제의 정확한 수리특성을 파악하기 위하여 수치 해, ...
커튼 식 방파제는 파랑 감소를 위한 커튼(방파판)과 이를 지지하는 파일 구조물로 이루어진 단순한 구조형태로 가장 큰 특징은 방파제 하부를 통하여 항 내․외의 해수유동을 원활하게 유지하는 구조물이다. 주로 파고가 낮은 내해 및 항 내 등에 적합하며 중량이 가볍고 지지하는 구조물을 말뚝 형태로 구성할 수 있기 때문에 연약지반에 적용 성이 뛰어나다. 전라남도 고흥군의 여 호 항과 부산항 해경부두에 건설된 사례가 있지만 해수의 흐름변화 및 전달 율 등이 설계 당시와는 다소 상이하게 나타났다. 이에 본 연구에서는 커튼 식 방파제의 정확한 수리특성을 파악하기 위하여 수치 해, 수리모형실험 및 수치실험을 수행하였으며, 실해 역에 적용 성 검토를 하였다. 수치 해는 기본적으로 기존의 1열 유․무공 방파제에 대한 수치 해에 대하여 MATLAB과 Mathcad 프로그램을 활용하여 수행하였다. 수치 해 결과는 기존에 연구되었던 다른 방법에 의한 수치 해 및 수리실험결과와 비교․검토하였다. 그리고 1열 방파제에 대한 수치 해를 확장하여 2열 유공 커튼 식 방파제에 대한 새로운 수치 해를 유도하였다. 수립한 수치 해는 기존의 수리실험결과와 비교하였으며 방파제와 방파제 사이의 간격에 의한 반사율 및 전달 율의 변화를 파악하였다. 수리모형실험은 석모 도의 어 유 정 항 방파제 설계 시 적용하였던 커튼 식 방파제를 기초로 단면을 제작․설치하여 수행하였다. 수리모형실험은 수심, 파랑(파고 및 주기), 해저 면에서 방파제 끝 단 까지 의 거리인 해수 유통 로(커튼 심도) 및 방파판 유공 등의 조건을 변화시켜가면서 반사율 및 전달 율에 특성을 파악하였다. 특히 커튼 식 방파제의 방파판 자체에 유공을 설치하고 수행한 것은 본 연구에서 처음으로 시도된 것이다. 본 연구에서 개발한 FS-2DV(Free Surface 2-Dimension Vertical) 모형은 VOF 방법의 불완전한 자유수면 계산의 문제를 해결하기 위한 방법으로 PREC(Polynomial Reconstruction and Error Correction) 기법을 적용한 모형이다. PREC 기법은 자유수면의 재생성 단계에서는 다항함수를 적용하고, 이류계산 단계에서는 투영법을 사용하며, 급격하게 변하거나 과대․과소로 계산되는 값은 인접 격자에 재분배하는 3단계로 이루어져 있는 기법이다. 수치실험은 수리모형실험과 동일한 방파제에 대하여 수행하였으며, 반사율․전달 율에 대한 수치 해 및 수리모형실험과 검증한 결과 일치하는 것으로 나타났다. 그리고 검증된 FS-2DV 모형을 이용하여 실 해역 대상지역으로 강원도 강릉시 강문 해수욕장과 경기도 안산시 대부도의 행낭 곡 항을 선정하여 커튼 식 방파제로 건설하는 방안에 대하여 검토하였다. 수치 해, 수리․수치모형실험을 종합하면, 주기 9초 이상의 파랑에 대해서는 방파제 형식과 관계없이 전달 율이 0.7 이상이므로 대상지역의 파랑이 9초 이상인 경우에는 제한적으로 사용되어야 한다. 그리고 1열 방파제보다 2열 방파제가 최대 15% 전달 율 감소효과가 있지만 2열 형식의 방파제를 고려할 시에는 반사율과 전달 율이 방파제간의 거리에 따라 특정 주기에서 변화가 크게 발생한다. 실험결과 주기 4~6초에서는 방파제간의 거리가 방파제의 연직 길이(방파제 상단에서 하단부까지의 거리)의 4배가 되는 경우에 전달 율이 가장 작게 계산되었다. 커튼 식 방파제의 수리특성 결과와 커튼 식 방파제 실험에 최적화되어 있으면서도 자유수면을 정밀하게 계산할 수 있는 FS-2DV 모형을 이용하여 커튼 식 방파제 설계 시에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
커튼 식 방파제는 파랑 감소를 위한 커튼(방파판)과 이를 지지하는 파일 구조물로 이루어진 단순한 구조형태로 가장 큰 특징은 방파제 하부를 통하여 항 내․외의 해수유동을 원활하게 유지하는 구조물이다. 주로 파고가 낮은 내해 및 항 내 등에 적합하며 중량이 가볍고 지지하는 구조물을 말뚝 형태로 구성할 수 있기 때문에 연약지반에 적용 성이 뛰어나다. 전라남도 고흥군의 여 호 항과 부산항 해경부두에 건설된 사례가 있지만 해수의 흐름변화 및 전달 율 등이 설계 당시와는 다소 상이하게 나타났다. 이에 본 연구에서는 커튼 식 방파제의 정확한 수리특성을 파악하기 위하여 수치 해, 수리모형실험 및 수치실험을 수행하였으며, 실해 역에 적용 성 검토를 하였다. 수치 해는 기본적으로 기존의 1열 유․무공 방파제에 대한 수치 해에 대하여 MATLAB과 Mathcad 프로그램을 활용하여 수행하였다. 수치 해 결과는 기존에 연구되었던 다른 방법에 의한 수치 해 및 수리실험결과와 비교․검토하였다. 그리고 1열 방파제에 대한 수치 해를 확장하여 2열 유공 커튼 식 방파제에 대한 새로운 수치 해를 유도하였다. 수립한 수치 해는 기존의 수리실험결과와 비교하였으며 방파제와 방파제 사이의 간격에 의한 반사율 및 전달 율의 변화를 파악하였다. 수리모형실험은 석모 도의 어 유 정 항 방파제 설계 시 적용하였던 커튼 식 방파제를 기초로 단면을 제작․설치하여 수행하였다. 수리모형실험은 수심, 파랑(파고 및 주기), 해저 면에서 방파제 끝 단 까지 의 거리인 해수 유통 로(커튼 심도) 및 방파판 유공 등의 조건을 변화시켜가면서 반사율 및 전달 율에 특성을 파악하였다. 특히 커튼 식 방파제의 방파판 자체에 유공을 설치하고 수행한 것은 본 연구에서 처음으로 시도된 것이다. 본 연구에서 개발한 FS-2DV(Free Surface 2-Dimension Vertical) 모형은 VOF 방법의 불완전한 자유수면 계산의 문제를 해결하기 위한 방법으로 PREC(Polynomial Reconstruction and Error Correction) 기법을 적용한 모형이다. PREC 기법은 자유수면의 재생성 단계에서는 다항함수를 적용하고, 이류계산 단계에서는 투영법을 사용하며, 급격하게 변하거나 과대․과소로 계산되는 값은 인접 격자에 재분배하는 3단계로 이루어져 있는 기법이다. 수치실험은 수리모형실험과 동일한 방파제에 대하여 수행하였으며, 반사율․전달 율에 대한 수치 해 및 수리모형실험과 검증한 결과 일치하는 것으로 나타났다. 그리고 검증된 FS-2DV 모형을 이용하여 실 해역 대상지역으로 강원도 강릉시 강문 해수욕장과 경기도 안산시 대부도의 행낭 곡 항을 선정하여 커튼 식 방파제로 건설하는 방안에 대하여 검토하였다. 수치 해, 수리․수치모형실험을 종합하면, 주기 9초 이상의 파랑에 대해서는 방파제 형식과 관계없이 전달 율이 0.7 이상이므로 대상지역의 파랑이 9초 이상인 경우에는 제한적으로 사용되어야 한다. 그리고 1열 방파제보다 2열 방파제가 최대 15% 전달 율 감소효과가 있지만 2열 형식의 방파제를 고려할 시에는 반사율과 전달 율이 방파제간의 거리에 따라 특정 주기에서 변화가 크게 발생한다. 실험결과 주기 4~6초에서는 방파제간의 거리가 방파제의 연직 길이(방파제 상단에서 하단부까지의 거리)의 4배가 되는 경우에 전달 율이 가장 작게 계산되었다. 커튼 식 방파제의 수리특성 결과와 커튼 식 방파제 실험에 최적화되어 있으면서도 자유수면을 정밀하게 계산할 수 있는 FS-2DV 모형을 이용하여 커튼 식 방파제 설계 시에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
A curtain type breakwater is the basic structural form composed of a curtain(breakwater board) decreasing waves and a pile structure supporting the board, and the most important feature of the structure is to keep the in-and-out water flow in a harbor smooth through the underneath of it. It is suita...
A curtain type breakwater is the basic structural form composed of a curtain(breakwater board) decreasing waves and a pile structure supporting the board, and the most important feature of the structure is to keep the in-and-out water flow in a harbor smooth through the underneath of it. It is suitable for an inland sea and an inside of a harbor which wave height is low in, and it has remarkable adaptability for weak stratum due to its light weight and the advantage that the supporting structure is able to be composed of a pile shape. However, there are actual construction cases for Yuho harbor in Goheung-gun, Jeollanam-do and wharf of Busan KCG which caused various damages and redesign costs due to wrong prediction on changes in water flow and transmission. Therefore, this report shows the study on hydraulic characteristics acquired by an numerical analysis solution, hydraulic and numerical model experiments to correct the wrong analysis on the characteristics of a curtain type breakwater, and investigation for application was also performed on an actual sea area. The numerical analysis solution was conducted by establishing a solution on one-barrier perforated or non-perforated breakwater with eigenfunction expansion method applied in linear wave theory and potential function in complex number, and MATLAB and Mathcad program were used for the analysis. Its outcome was mutually compared with old numerical analysis solutions and hydraulic experiments. In addition, the study expanded the result for one-barrier breakwater to lead a new numerical analysis solution for two-barriers porous curtain type breakwater. The outcome from the analysis was compared with old hydraulic experiments, and also it contains the research about changes in reflection and transmission caused by gaps between breakwaters. The hydraulic model experiment was conducted with an installed model based on the curtain type breakwater in Euyujung harbor, Sukmo-do. Characteristics of reflection and transmission were analyzed by changing conditions such as depth of water, wave (height of the wave and wave cycle), water exchange outlets(the distance from sub-bottom to the end of breakwater, curtain depth) and porous rate of breakwater boards. Most of all, it was considered as the first time in this field of study to install holes directly on the curtain type breakwater board and analyze them. The numerical model experiment was conducted with FS-2DV (Free Surface 2-Dimension Vertical) model which was invented in this study, and then was compared and verified with the numerical analysis solution and the hydraulic model experiment. PREC (Polynomial Reconstruction and Error Correction) was recommended in this experiment to solve the problem caused during free water surface analysis with VOF(Volume Of Fluid). This method consists of 3 steps; applying polynomial function in the stage of free water surface reproduction, applying projective method in the stage of convective current calculation, and redistributing error. Also, suddenly changed or over/under- calculated F value is redistributed to close grids. Investigation applying the study with the proven FS-2DV model was performed for curtain type breakwaters in Gangmoon beach, Gangwon-do and Hangnanggok harbor, Gyeonggi-do which were selected for this research. Consequently, according to overall study on the numerical analysis solution, the hydraulic and numerical model experiments, and the result of application in an actual sea area. First, a curtain type breakwater should be applied limitedly in cases with long wave cycle because the transmission by the wave more than 9 sec. of wave cycle is over 0.8 on any breakwater. Second, there is decrease of transmission for double barriers breakwater by up to 15% rather than single barrier breakwater, but it should be considered that drastic changes in reflection and transmission will be caused by the distance between breakwaters. Third, the transmission is the lowest when the distance between breakwaters is about 4 times longer than the height of a breakwater in the section with 4~6 sec of wave cycle. The FS-2DV model which precisely calculate hydraulic characteristics and free water surface can be used perfectly for the design of a curtain type breakwater.
A curtain type breakwater is the basic structural form composed of a curtain(breakwater board) decreasing waves and a pile structure supporting the board, and the most important feature of the structure is to keep the in-and-out water flow in a harbor smooth through the underneath of it. It is suitable for an inland sea and an inside of a harbor which wave height is low in, and it has remarkable adaptability for weak stratum due to its light weight and the advantage that the supporting structure is able to be composed of a pile shape. However, there are actual construction cases for Yuho harbor in Goheung-gun, Jeollanam-do and wharf of Busan KCG which caused various damages and redesign costs due to wrong prediction on changes in water flow and transmission. Therefore, this report shows the study on hydraulic characteristics acquired by an numerical analysis solution, hydraulic and numerical model experiments to correct the wrong analysis on the characteristics of a curtain type breakwater, and investigation for application was also performed on an actual sea area. The numerical analysis solution was conducted by establishing a solution on one-barrier perforated or non-perforated breakwater with eigenfunction expansion method applied in linear wave theory and potential function in complex number, and MATLAB and Mathcad program were used for the analysis. Its outcome was mutually compared with old numerical analysis solutions and hydraulic experiments. In addition, the study expanded the result for one-barrier breakwater to lead a new numerical analysis solution for two-barriers porous curtain type breakwater. The outcome from the analysis was compared with old hydraulic experiments, and also it contains the research about changes in reflection and transmission caused by gaps between breakwaters. The hydraulic model experiment was conducted with an installed model based on the curtain type breakwater in Euyujung harbor, Sukmo-do. Characteristics of reflection and transmission were analyzed by changing conditions such as depth of water, wave (height of the wave and wave cycle), water exchange outlets(the distance from sub-bottom to the end of breakwater, curtain depth) and porous rate of breakwater boards. Most of all, it was considered as the first time in this field of study to install holes directly on the curtain type breakwater board and analyze them. The numerical model experiment was conducted with FS-2DV (Free Surface 2-Dimension Vertical) model which was invented in this study, and then was compared and verified with the numerical analysis solution and the hydraulic model experiment. PREC (Polynomial Reconstruction and Error Correction) was recommended in this experiment to solve the problem caused during free water surface analysis with VOF(Volume Of Fluid). This method consists of 3 steps; applying polynomial function in the stage of free water surface reproduction, applying projective method in the stage of convective current calculation, and redistributing error. Also, suddenly changed or over/under- calculated F value is redistributed to close grids. Investigation applying the study with the proven FS-2DV model was performed for curtain type breakwaters in Gangmoon beach, Gangwon-do and Hangnanggok harbor, Gyeonggi-do which were selected for this research. Consequently, according to overall study on the numerical analysis solution, the hydraulic and numerical model experiments, and the result of application in an actual sea area. First, a curtain type breakwater should be applied limitedly in cases with long wave cycle because the transmission by the wave more than 9 sec. of wave cycle is over 0.8 on any breakwater. Second, there is decrease of transmission for double barriers breakwater by up to 15% rather than single barrier breakwater, but it should be considered that drastic changes in reflection and transmission will be caused by the distance between breakwaters. Third, the transmission is the lowest when the distance between breakwaters is about 4 times longer than the height of a breakwater in the section with 4~6 sec of wave cycle. The FS-2DV model which precisely calculate hydraulic characteristics and free water surface can be used perfectly for the design of a curtain type breakwater.
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