최근 육지역에서 새로운 넓은 용지의 확보가 어려워짐에 따라, 이를 해역에서 찾으려 하는 경향이 나타나고 있으며, 이러한 개발은 개발이 예정된 주변 연안역에 광범위한 해빈변형문제를 야기할 위험이 있다. 따라서 인공섬 등과 같은 외해 구조물을 계획할 경우에는 구조물 건설이 인접 해역의 해빈변형에 미치는 영향을 사전에 적적히 예측할 필요가 있다. 본 연구는 연안역의 침식을 포함한 해빈변형예측모델의 개발을 목적으로, 3차원 이동상 실험을 수행하여 외해 구조물 배후의 표사이동 양상을 분석한 것이다. 실험을 통하여, 외해 구조물 배후의 해빈변형에서 해안선측과 수심역의 해빈변형 기구가 상호 독립되어 있음을 밝혔다. 구체적으로는 소상대를 포함하는 해안선측은 등심선에 대한 파의 입사방향에 대응하는 표사이동이 탁월하며, 수심역에서는 파의 왕복운동에 의한 소류 및 부유사가 해빈류에 지배되어 이동하고, 양자는 해빈에서 형성되는 부분 중복파와 연관된 특정 경계를 기준으로 서로 분리되어 이동함을 규명하였다. 이들 실험 결과는 해빈변형모델의 개발에서 중요한 열쇠를 제공하리라 사료되며, 또한 기 개발된 모델의 검정자료로써도 활용될 수 있으리라 기대된다.
최근 육지역에서 새로운 넓은 용지의 확보가 어려워짐에 따라, 이를 해역에서 찾으려 하는 경향이 나타나고 있으며, 이러한 개발은 개발이 예정된 주변 연안역에 광범위한 해빈변형문제를 야기할 위험이 있다. 따라서 인공섬 등과 같은 외해 구조물을 계획할 경우에는 구조물 건설이 인접 해역의 해빈변형에 미치는 영향을 사전에 적적히 예측할 필요가 있다. 본 연구는 연안역의 침식을 포함한 해빈변형예측모델의 개발을 목적으로, 3차원 이동상 실험을 수행하여 외해 구조물 배후의 표사이동 양상을 분석한 것이다. 실험을 통하여, 외해 구조물 배후의 해빈변형에서 해안선측과 수심역의 해빈변형 기구가 상호 독립되어 있음을 밝혔다. 구체적으로는 소상대를 포함하는 해안선측은 등심선에 대한 파의 입사방향에 대응하는 표사이동이 탁월하며, 수심역에서는 파의 왕복운동에 의한 소류 및 부유사가 해빈류에 지배되어 이동하고, 양자는 해빈에서 형성되는 부분 중복파와 연관된 특정 경계를 기준으로 서로 분리되어 이동함을 규명하였다. 이들 실험 결과는 해빈변형모델의 개발에서 중요한 열쇠를 제공하리라 사료되며, 또한 기 개발된 모델의 검정자료로써도 활용될 수 있으리라 기대된다.
Recently, securing a vast land in the land region becomes more difficult and efforts to seek its alternation in the sea area have been increased. As a consequence, the coastal region has been faced to extensive beach erosion problems. In planning offshore structures such as artificial islands, it is...
Recently, securing a vast land in the land region becomes more difficult and efforts to seek its alternation in the sea area have been increased. As a consequence, the coastal region has been faced to extensive beach erosion problems. In planning offshore structures such as artificial islands, it is necessary to forecast the influence of the structure construction exerting on the beach erosion of the adjacent coast. In the present study, the sediment movement pattern behind offshore structure was examined through a series of three dimensional movable bed experiments, so as to develop the numerical model which forecasts morphological change including beach erosions. The experimental results reveal that the sediment movement patterns of the beach line side and the depth region are separated at a certain boundary line. In details, at the beach side including swash zone the sediment movement becomes dominant, which is governed by a relation between depth contours and incident wave directions, while at the depth region the bed load and suspended load due to the orbit motion of waves are carried by nearshore currents, and both movements are clearly separated at a specified boundary that is related to partial standing wave from the beach. It is expected that these results can be effectively used for verification of a numerical model on morphological change of the coast.
Recently, securing a vast land in the land region becomes more difficult and efforts to seek its alternation in the sea area have been increased. As a consequence, the coastal region has been faced to extensive beach erosion problems. In planning offshore structures such as artificial islands, it is necessary to forecast the influence of the structure construction exerting on the beach erosion of the adjacent coast. In the present study, the sediment movement pattern behind offshore structure was examined through a series of three dimensional movable bed experiments, so as to develop the numerical model which forecasts morphological change including beach erosions. The experimental results reveal that the sediment movement patterns of the beach line side and the depth region are separated at a certain boundary line. In details, at the beach side including swash zone the sediment movement becomes dominant, which is governed by a relation between depth contours and incident wave directions, while at the depth region the bed load and suspended load due to the orbit motion of waves are carried by nearshore currents, and both movements are clearly separated at a specified boundary that is related to partial standing wave from the beach. It is expected that these results can be effectively used for verification of a numerical model on morphological change of the coast.
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문제 정의
본 절에서의 실험은 외해 구조물의 건설에 따른 해안선 침식방지에 주목하여, 구조물의 건설과 동시에, 결과적으로 형성될 것으로 예측되는 배후의 톰보로(A영역)를 사전에 설치(편의상 “선행 톰보로"로 칭함) 하여 해안선 측의 침식(C영역)을 경감하는 기법을 검토한 것이다.
본 연구는 대규모 외해구조물 배후의 해빈변형을 예측하는 3차원 해빈 변형 모델의 개발을 위하여, 관련 표 사 이동 기구를 명백히 할 것을 목적으로 한 것이며, 외해 인공섬의 이안거리에 대한 申 등[2000]의 실험 가운데에서 해빈의 변형이 가장 크게 나타났던 표준조건(구조물의 연안 방향 길이: 이안거리=1:1)을 선정하여, 상세 이동상 실험을 수행하고 결과를 분석한 것이다.
제안 방법
3차원 해빈변형예측 모델의 개발을 위해, 일련의 3차원이동상 실험을 수행하여. 외해 구조물 배후의 표 사 이동 양상을 명백히 하였다.
5 m 길이로 설치하였으며, 구조물의 전면은 입사파의 반사에 의한 수조내 파랑장의 교란을 억제하기 위해 흡수제를 설치하였다. 또한, 구조물 설치에 의한 지형변화만을 추출하기 위해, 초기 1/20 경사의 사면에 4시간 조파시켜 준평형 상태의 해빈(이후 자연해빈으로 칭함)을 형성시킨 후, 해저 지형에 손상을 입히지 않도록 주의하여 구조물을 설치하고, 이후 10시간까지 조파하였다.
본 연구에서 대상으로 하는 것은 외해 인공섬 또는 해상공항과 같은 대규모 해상 구조물에 의한 배후의 해빈변형이므로 외해 구 조물을 상정한 이안제의 연안 방향 길이는 3 m가 타당하지만, 물리적 현상의 대칭성을 이용하여 이안제의 중심에 해당하는 선을 고정벽면으로 처리하여 1.5 m 길이로 설치하였으며, 구조물의 전면은 입사파의 반사에 의한 수조내 파랑장의 교란을 억제하기 위해 흡수제를 설치하였다. 또한, 구조물 설치에 의한 지형변화만을 추출하기 위해, 초기 1/20 경사의 사면에 4시간 조파시켜 준평형 상태의 해빈(이후 자연해빈으로 칭함)을 형성시킨 후, 해저 지형에 손상을 입히지 않도록 주의하여 구조물을 설치하고, 이후 10시간까지 조파하였다.
외해구조물 배후의 해빈현형에 대한 상세한 실험과정은 申 등 [2000]에 기술하고 있으므로 여기서는 실험의 개략만을 소개하고, 그 중 외해 구조물의 연안 방향 길이와 이안거리(3 m)가 1:1이 되는 실험조건(Fig. 1의 case 2)의 경시지형 변화 과정을 서술하기로 한다.
7 m로 하였다. 지형의 측정은 연속식 사면계를 사용하여 Fig. 2의 시간 간격으로 수행하였으며, 연안 방향 0.1 m 간격으로 설정된 77개의 측선에서 행하였다.
10).형광사-의 채집은 외해 구조물 배후에 있어서 연안 방향 3.4 m, 내외혜 방향 3.2m 범위에서 20 cm 간격으로 행하였으며, 내경 5 nun의 원통관을 사용하여 채집점에 있는 모래의 표면에서부터 수조 저면까지의 모든 모래를 채집하여 색별로 분류하였다.
5 m)의 외해구조물 설치와 같은 시점이며, 형광사를 투입하고자 하는 위치에 투입 예상량에 상당하는 모래를 파내고 사련 (sand ripple) 등 지형을 최대한 재현하면서 형광사로 대체하였다. 형광사에 의한 표 사 이동 양상의 추적은 28 mm의 광각 카메라(야간에 빛을 차단한 상태에서 블랙라이트 조명 하에 노출 1Q초로 촬영)로 수행되었으며, 형광사 투입 후의 조파 시점으로부터 6시간까지는 30분 간격, 그 후 1시간 간격으로 8시간까지 리고 마지막 10시간째에 촬영하였다.
형광사의 투입 시점은 앞서 서술한 실험과 마찬가지로 4시간 조파후의 자연해빈 조건에서 이안거리 3 tn(실제는 대칭성을 이용하여 1.5 m)의 외해구조물 설치와 같은 시점이며, 형광사를 투입하고자 하는 위치에 투입 예상량에 상당하는 모래를 파내고 사련 (sand ripple) 등 지형을 최대한 재현하면서 형광사로 대체하였다. 형광사에 의한 표 사 이동 양상의 추적은 28 mm의 광각 카메라(야간에 빛을 차단한 상태에서 블랙라이트 조명 하에 노출 1Q초로 촬영)로 수행되었으며, 형광사 투입 후의 조파 시점으로부터 6시간까지는 30분 간격, 그 후 1시간 간격으로 8시간까지 리고 마지막 10시간째에 촬영하였다.
16 mm의 세립사에 적•녹의형광도료 를 착색시켜 제작하였다. 형광사의 투입 위치는 Fig. 7에 제시한 바와 같이, 2.2절의 3차원이동상 실험 및 2.3절의 선행 톰보로 실험 결과에서 침식역으로 나타났던 해안선측(C영역) 및 수면하의 침식역(D영역)이며, C 영역에는 적색의 형광사를 (x=-40~20 cm, Y160-295 cm, 두께 2.5 cm), D 영역에는 녹색의 형광사를 (x=80~160 cm, ^=220-320 cm, 두께 2.5 cm) 각각 같은 량 투입 하였다.
대상 데이터
실험은 Fig. 1에 제시한 바와 같이 길이 20m, 폭 9m, 깊이 0.6 m의 평면 수조를 이용하여 수행하였다. 수조의 내부에는 1/20의 일정 사면을 만들고 중앙입경 0.
실험은 Fig. 2의 평면 수조를 사용하였으며, 형광사는 실험사로서 사용해왔던 중앙 입경 0.16 mm의 세립사에 적•녹의형광도료 를 착색시켜 제작하였다. 형광사의 투입 위치는 Fig.
0 sec의 조건으로 고정하였다. 좌표계는 외해(on-ofifchore) 방향으로 축, 연 안(alongshore) 방향으로 축을 설정하였으며, 측정 영역은 Fig. 1에서 점선으로 둘러싸인 영역으로서 축방향 4.35 m, 축방향 7.7 m로 하였다. 지형의 측정은 연속식 사면계를 사용하여 Fig.
성능/효과
6에서 Fig. 5(a)의 B, D 영역에 대응하는 수면하의 퇴적•침식역에 주목하면, 선행 톰보로가 없는 경우에 비하여, 동일 시간의 조파에서 해안선 측의 변화는 경감되었음에도 불구하고, 수면하의 변형 정도는 침식(D 영역)•퇴적(B영역) 모두 거의 유사한 양상을 보이고 있는 것이 흥미롭다(Fig. 4(d)와 Fig.
Fig. 6에 제시한 경시적 해빈 변형 양상을 보면, 선행 톰보로는 조파개 시 전의 형상으로부터 약간 변형이 있긴 하지만, 4시간 경 부터는 최초의 형으로 되돌아가려는 경향을 보여 그 후 안정되고, 해안선 측의 침식도 충분히 경감되었음을 확인할 수 있어 해안선 측의 침식대책으로서 유효한 수단임을 알 수 있다.
본 연구에서 수행된 해빈변형에 대한 일련의 실험으로부터, 외해구조물 배후의 해빈변형에 있어서는 해안선측과 수심역의해 빈변형 기구가 상호 독립되어 있음을 알았다. 구체적으로는 소상대를 포함하는 해안선측은 등심선에 대한 파의 입사방향에 대응하는 표사이동이 탁월하고, 수심역에서는 파의 왕복운동에 의한 소류 및 부유사가 해빈류에 지배되어 이동하고 있으며, 양자가 특정 경계를 기준으로 분리되어 이동하고 있음을 알았다. 또한 해안 선측과 수심역에서의 지형변화 속도에 있어서도 서로 차가 존재하여, 해안선 측의 변화가 선행되어 일어남을 획인하였다.
외해 구조물과 선행 톰보로를 설치하고 파를 작용시키면, 구조물 배후에서 해안선측을 제외한 전체 해빈 변형 과정은 선행 톰보로가 없는 실험과 거의 같은 양상을 보여 해빈류가 발달하였다. 그러나 이미 각 해안선에 대해 파의 입사방향이 직각에 가까운 조건이 되어 소상대에서의 지그재그 운동이 약화되어 있고, 구조물 배후의 순환류에 있어서도 그 차이만큼 약화됨을 염료 투입 실험을 통해 관찰할 수 있었다.
본 연구에서 수행된 해빈변형에 대한 일련의 실험으로부터, 외해구조물 배후의 해빈변형에 있어서는 해안선측과 수심역의해 빈변형 기구가 상호 독립되어 있음을 알았다. 구체적으로는 소상대를 포함하는 해안선측은 등심선에 대한 파의 입사방향에 대응하는 표사이동이 탁월하고, 수심역에서는 파의 왕복운동에 의한 소류 및 부유사가 해빈류에 지배되어 이동하고 있으며, 양자가 특정 경계를 기준으로 분리되어 이동하고 있음을 알았다.
후속연구
외해 구조물 배후의 표 사 이동 양상을 명백히 하였다. 이들 실험 결과는 해빈 변형 모델의 개발에 있어서 중요한 열 쇠를 제공하리라 사료되며, 또한 기 개발된 모델의 검정 자료로써 도 활용할 수 있으리라 기대된다.
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