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문제 정의
- 전면의 파랑변형, 해빈류 경향 및 지형변동 수치실험을 실시하였다. 동시에 현재의 해안침식 및 해빈류 현황을 잘 재현할 수 있도록 현지 관측 및 각종 자료를 수집하여 현지 해안의 표사이동 특성을 면밀히 검토하고, 현 상태의 해안침식을 제어할 수 있는 대책공법을 구상하여 보았다.
- 따라서, 본 연구에서는 동해안에 위치한 어항 인근 해안으로서 해안침식 현상이 지속되고 있는 오산해수욕장을 대상으로 현장 조사를 실시하여 표사이동 특성을 검토하였으며, 관측 결과를 토대로 해안침식 예측모델을 수립하고, 해안침식의 근본적 원인을 파악하는데 노력하였다. 아울러 , 대상 지역의 경제적인 측면과 친환경적인 측면을 고려하여 실질적으로 적용 가능한 해안침식 방지 최적 대책공법을 설정하였으며 , 대책공법의 효율성을 수치시뮬레이션을 통해 검토하였다.
제안 방법
- 수심 20 m 지점에서 수행된 파랑관측은 I . O tech사 제품의 파고계 (Wave Hunter)# 현지 해역에 설치하여 실시하였으며, 해빈류 관측은 A, B, C의 3지점으로 나누어 해빈류 부표를 이용하여 실시하였다.
- 각각의 대책안에 대해 수치모형실험 등 각종 검토를 수행하였다. 또한, 이미 계획되어져 있는 북방파제 연장 시 예상되는 추가 침식구역을 Tanaka(1976)의 경험적 연구 결과를 토대로 Fig.
- 경계조건은 파랑, 해빈류 모형을 동일하게 구성하고, 계산영역에 대하여 측방경계는 투과경계, 해안측은 폐경겨), 심해 측은 입사경계로 설정하였다.
- 본 연구에서는 사질로 구성된 침식성 해안을 대상으로 백사장 전면의 파랑변형, 해빈류 경향 및 지형변동 수치실험을 실시하였다. 동시에 현재의 해안침식 및 해빈류 현황을 잘 재현할 수 있도록 현지 관측 및 각종 자료를 수집하여 현지 해안의 표사이동 특성을 면밀히 검토하고, 현 상태의 해안침식을 제어할 수 있는 대책공법을 구상하여 보았다.
- 수치모형실험에 의한 결과의 검증과 추후 지형변동계산의 보정을 위하여, 오산항 남측해안 주변해역에 대해 현지 관측을 실시하였다.
- 수치모형실험은 최종적인 결과인 지형변동상황을 구하기 앞서 파랑장의 계산과 해빈류장의 계산을 우선 수행하였다.
- 근본적 원인을 파악하는데 노력하였다. 아울러 , 대상 지역의 경제적인 측면과 친환경적인 측면을 고려하여 실질적으로 적용 가능한 해안침식 방지 최적 대책공법을 설정하였으며 , 대책공법의 효율성을 수치시뮬레이션을 통해 검토하였다.
- 이 계산방법은 각 성분파의 에너지 스펙트럼이 시간적 , 공간적으로 보존된다고 가정하고, 천수변형에 따른 굴절, 쇄파 등의 제 현상을 고려하여 심해로부터 천해로의 파고 변화를 순차적으로 계산해 나가는 방법이다. 아울러, 파랑 장 계산으로부터 얻어진 잉여응력을 이용하여 해빈류의계산을 수행하고, 흐름 및 파에 의한 표사량을 구하여 최종적인 해빈변형을 도출하였다.
- 6에 나타낸 해빈류 패턴으로부터 확인할 수 있다. 여기서, 해빈류(Wave induced current) 는연안류(longshore current)와 이안류(rip current)로 구분하여 조사하였으며, 이하에서는 해안에 평행하게 이동하는 흐름을 연안류, 해안에 직각으로 이동하는 흐름을 이안류로 표기하기로 한다.
- 이와 같은 결과를 앞서 Tanaka의 연구결과를 근거로 Fig. 14에서 보여지는 유력한 침식예상구역 30 mx300 mm(폭X 길이)에 대해 각 실험안에 대한 수치실험 결과를 이용하여 비교해보았다. Fig.
- 5 m이상의 파랑이 높은 빈도로 출현하고 있음을 알 수 있다. 현지관측결과와 수치모형실험 결과와의 비교검토를 토대로 무차원 매개변수 Ac, Aw에 대한 보정을 수행하였다.
- 흐름에 대한 수치계산에서는 Fig. 4에서 나타낸 것처럼 먼저 에너지 평형방정식에 기초하여 파랑장 계산을 수행한 후, 파랑계산 결과로부터 쇄파 후의 잉여응력을 구하였고, 계산된 잉여응력으로부터 해빈류 겨]산이 수행되었다. 그 결과는 구조물이 건설되기 이전인 과거안 Fig.
대상 데이터
- Fig. 1에 나타낸 해역은 동해안에 위치한 오산항 주변 해안으로서, 저질은 대표입경 0.35 mm의 사빈으로 이루어져 있다. 해저경사는 1/40-1/60^ 대체로 완만한 경사를 이루고 있다.
- 수행하였다. One line model의 입력 조건은 현장관측자료를 사용하였으며, 대상해역의 주파향인 NNE, NE, ENE 방향의 파랑에 대해 해안선 변형실험을 각각 수행한 후, 각 방향의 해안선 변화량을 모두 조합하여 Fig. 19에 해안선 변동상황으로 나타내었다. 해안선 변화를 살펴 본 실험결과 이안제와 해안선사이에 톰보로(Tombolo)현상이 유발되는 것을 확인할 수 있었다.
- 1%의 출현률을 보이는 NE방향으로 취하였다. 또한, 오산항 남측해안은 경상북도동해안에 위치한 항으로서, 표사이동의 원인으로 조류의 영향보다 파랑에 의한 해빈류의 영향이 상당히 탁월한 지형이므로 파고 및 주기를 해안선 전면 수심에서 쇄파 대가 탁월하게 형성될 수 있는 파랑 즉, 해빈류에 의해 지형변동이 유발되는 파랑을 설정하기 위해 대상해역의 파랑 통계치에 따른 심해 유의파의 연간 평균치를 환산하여Wi/3=4.24 m, T1/3=9.5 sec를 사용하였다. 해빈변형 모델의계산격지는 격자간격을 4x=4y= 10 m로 하여 270x320개의 격자로 구성하였다.
- 본 연구의 대상 어항은 파랑이 탁월한 동해안에 위치한 어항으로서, 방파제 구조물 설계시 해빈변형 및 표사 이동을 사전에 검토하여 북방파제의 연장을 계획하였다면, 오산항 남측해안에서의 심각한 해안침식 현상은 미연에 방지 또는 저감시킬 수 있었을 것이다.
- 5 sec를 사용하였다. 해빈변형 모델의계산격지는 격자간격을 4x=4y= 10 m로 하여 270x320개의 격자로 구성하였다.
이론/모형
- 아울러, Case A에 대해 장기간의 지형변화 현상을 재현하기 위해 One line model에 의한 검토를 수행하였다. One line model의 입력 조건은 현장관측자료를 사용하였으며, 대상해역의 주파향인 NNE, NE, ENE 방향의 파랑에 대해 해안선 변형실험을 각각 수행한 후, 각 방향의 해안선 변화량을 모두 조합하여 Fig.
- 파랑장의 계산은 파랑의 불규칙성을 고려하여 에너지 평형 방정식에 기초한 계산법을 사용하였다(김 등, 1997). 이 계산방법은 각 성분파의 에너지 스펙트럼이 시간적 , 공간적으로 보존된다고 가정하고, 천수변형에 따른 굴절, 쇄파 등의 제 현상을 고려하여 심해로부터 천해로의 파고 변화를 순차적으로 계산해 나가는 방법이다.
- 해빈류의 계산은 다음의 연속방정식 및 운동방정식을 사용하였다.
성능/효과
- Fig. 5와 Fig. 6에서 알 수 있듯이 NE 방향의 파랑 내습 시 구조물 건설 이전에는 북측에서 남측 해안으로 강한 연안류의 흐름이 존재하였으나, 북방파제의 연장에 의해 북측에서 남측으로 향하는 연안류가 차단되었으며 , 오산항 남측해안은 이안제 내측으로 향하는 흐름과 남측으로 향하는 연안류가 동시 에 발생하고 있음을 확인할 수 있다.
- 따라서, 이러한 조건하에서 가장 적합한 해안침식 방지대책을 강구하기 위해서는 해빈류 및 표사이동 수치모형실험 결과를 토대로 가능한 한 현 상태를 유지한 채 최소규모의 침식 저 감안을 도출할 수밖에 없을 것으로 사료된다.
- 해안선 변화를 살펴 본 실험결과 이안제와 해안선사이에 톰보로(Tombolo)현상이 유발되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, Fig. 14에서처럼 침식이 예상되었던 구역에서 침식현상이 사라지고 헤드랜드 남측구간은 헤드랜드와 암초 사이에 포켓비치 (Poket Beach)가 형성되어 전체적으로 안정된 해안을 이루게 됨을 확인할 수 있다.
- 북방파제와 남방사제를 연장하고 이안제 100 m 1기와 Headland 300 m 1 기를 설치한 A안은 Headland 구조물에 의해 연안류가 차단되고 Headland 구조물 양 측면에서 유발되는 Vortex 현상으로 인해 Headland의 두부에 퇴적 현상이 발생되어 Pocket beach를 형성하며, 이안제 배후의 톰보로 현상으로 인해 퇴적현상이 발생하는 것을 확인할 수 있다. A안의 이안제 대신 70 m 잠제 4기를 설치한 B안은 A안과 유사한 해빈변형 패턴이 나타나지만, Headland 좌측해안에 침식현상이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
- 수치계산을 수행하기 위한 입사파 제원으로서, 파 향은 대상 해역의 주파향이며, 연간 13.1%의 출현률을 보이는 NE방향으로 취하였다. 또한, 오산항 남측해안은 경상북도동해안에 위치한 항으로서, 표사이동의 원인으로 조류의 영향보다 파랑에 의한 해빈류의 영향이 상당히 탁월한 지형이므로 파고 및 주기를 해안선 전면 수심에서 쇄파 대가 탁월하게 형성될 수 있는 파랑 즉, 해빈류에 의해 지형변동이 유발되는 파랑을 설정하기 위해 대상해역의 파랑 통계치에 따른 심해 유의파의 연간 평균치를 환산하여Wi/3=4.
- 19에 해안선 변동상황으로 나타내었다. 해안선 변화를 살펴 본 실험결과 이안제와 해안선사이에 톰보로(Tombolo)현상이 유발되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, Fig.
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