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문제 정의
- 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 우리나라에서 널리 사용되고 있는 사석 경사식 방파제의 전면에 수중 구조물을 설치하여 수중 구조물의 존재가 사석 경사식 방파제에 미치는 영향을 분석하였다. 수중 구조물의 형태는 기존의 여러 연구에서 반사율이 가장 높은 것으로 보고된 직사각형 형태의 수중 구조물을 사용하였으며, 수중 구조물의 높이에 변화를 주면서 수리실험을 수행하였다.
제안 방법
- 따라서 본 논문에서는 우리나라에서 널리 사용되고 있는 사석 경사식 방파제의 전면에 수중 구조물을 설치하여 수중 구조물의 존재가 사석 경사식 방파제에 미치는 영향을 분석하였다. 수중 구조물의 형태는 기존의 여러 연구에서 반사율이 가장 높은 것으로 보고된 직사각형 형태의 수중 구조물을 사용하였으며, 수중 구조물의 높이에 변화를 주면서 수리실험을 수행하였다.
- 콘데서 타입의 파고계 KENEK CHT6-50 2개를조파판으로 부터 각각 11.4 m와 11.4 m+£V떨어진곳에 설치하여 파고를 측정한 다음 Goda and Suzuki (1976)가 제안한 2점법을 사용하여 입사파와 반사파를 분리하였다. 여기서, AZe 입사파의 유의주기에의해 결정되는 값이다.
- 4 m와 11.4 m+£V떨어진곳에 설치하여 파고를 측정한 다음 Goda and Suzuki (1976)가 제안한 2점법을 사용하여 입사파와 반사파를 분리하였다. 여기서, AZe 입사파의 유의주기에의해 결정되는 값이다.
- 여기서, AZe 입사파의 유의주기에의해 결정되는 값이다. 다른 한 개의 파고계는 KENEK CHT4-100 으로 Fig. 2와 같이 사석 경사식 방파제 구조물 전면에 경사지게 설치하여 처오름을 측정하였다.
- 수중 구조물은 불투과성 직사각형태의 구조물을 사용하였으며 방파제는 공극률 50% 인 투수성 사석을 사용하여 설치하였다. 사석 경사식 방파제의 높이는 수조 바닥에서부터 0.
- 설치하였다. 사석 경사식 방파제의 높이는 수조 바닥에서부터 0.9 m 이고 제체는 중앙입경이 0.03 m이고 평균 무게가 21.8 g인 쇄석을 중간피복석 및 속채움 사석으로 사용하고 그 위에 평균 무게가 640 g인 테트라포트 모형을 사용하여 복층구조의 피복 층을 만들었다. Fig.
- 파에 의한 수중 구조물과 방파제간의 상호작용을 알아보기 위하여 먼저 반사율을 계산하였다. 수중 구조물만 설치된 경우, 반사율은 다양한 유의 주기 및 유의 파고에 상관없이 거의 일정한 값을 보여주는 (/〃d = 0.
- 수중 구조물이 사석 경사식 방파제에 미치는 영향을 알아보기 위해 방파제 전면에서의 처오름 값을 계산하였다. 처오름 값은 Fig.
- 수중구조물의 상대폭(B/d) 및 상대거리 (X/d)를 Fig. 5 의 조건과 동일하게 한 후, 입사파의 유의파고값에 변화를 주면서 처오름 높이를 측정하였다. Fig.
- 다음으로 쇄파 계수에 따른 처오름 높이의 변화를알아보았다. 쇄파 계수는 입사파의 파고, 주기 그리고구조물의 경사를 하나의 무차원화 된 계수로 사용하기때문에 처오름 연구에 많이 사용되고 있는 변수이다.
- 마지막으로, 반사율과 처오름 높이의 상관관계에 대해서 조사하였다. Figs 11 - 14에서 * 축은 수중 구조물 전면에서의 반사율을 나타내고, y 축은 무차원화된 처오름 높이를 나타낸다.
- 경사식 방파제 전면에 직사각형 수중 구조물을 설치하여 수중 구조물에 의한 경사식 방파제 전면에서의 처오름 감소에 대해 수리모형 실험을 수행하여 수중 구조물의 성능을 검토하였다. Bretschneider- Mitsuyasu 스펙트럼을 사용하여 불규칙파를 재현하였으며 Goda and Suzuki (1976)가 제안한 2점법을사용하여 입 .
- 반사파를 분리하였다. 수중 구조물의 폭및 경사식 방파제와 수중 구조물 사이의 거리를 일정하게 고정한 후 불규칙파의 유의파고, 유의주기 및 수중 구조물의 상대높이 3以) 에 변화를 주면서 수중 구조물 전면에서의 반사율 및 경사식 방파제 전면에서의 처오름 높이를 계산하였다.
- 향후 연구로는 수중 구조물과 방파제 간의 상대거리를 변화시키면서 다양한 수리실험을 수행한 후 수중 구조물 제작 및 설치 시 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다. 그리고 본연구에서는 수중 구조물의 상대 높이가 0.5 이상인 경우에 대하여 수리 실험을 수행하였는데, 이는 상대 높이가 작을 경우 그 영향 또한 작을 것으로 사료되어 특성의 가시화를 위해서 상대높이의 값을 0.5 보다 큰 값을 사용하였다. 보다 체계적인 기초 자료 확보를 위해 향후 상대높이가 0.
대상 데이터
- 수리 실험 조건은 Table 1에 나타난 것처럼 수심 (6은 0.5 m, 수중 구조물의 폭은 0.5 m, 수중 구조물과 방파제 사이의 거리(X)는 1.0 m, 수중 구조물의 높이 (力)는 0.25 내지는 0.35 m로 고정시킨 후, 유의파고값과 유의주기값에 변화를 주면서 약 5분 동안대략 6000개의 자료를 취득하였다. 측정한 자료의 신뢰성 확보 및 Fourier 급수를 이용한 자료 계산의 용이성을 위하여, 초기에 측정된 약 2000개 정도의 자료는 계산에서 제외시키고 나머지 자료 중 4096 (=2修)개의 자료를 이용하여 반사율 및 처오름 값을계산하였다.
- 35 m로 고정시킨 후, 유의파고값과 유의주기값에 변화를 주면서 약 5분 동안대략 6000개의 자료를 취득하였다. 측정한 자료의 신뢰성 확보 및 Fourier 급수를 이용한 자료 계산의 용이성을 위하여, 초기에 측정된 약 2000개 정도의 자료는 계산에서 제외시키고 나머지 자료 중 4096 (=2修)개의 자료를 이용하여 반사율 및 처오름 값을계산하였다.
이론/모형
- 불규칙파를 재현하기 위하여 식 1과 같이 표현되는 Bretschneider-Mitsuyasu 스펙트럼 (Goda, 2000) 을 사용하였다.
- 입 .반사파를 분리한 후 Goda and Suzuki (1976)가 제안한 방법을 사용하여 반사율을 다음과 같이 구하였다.
- Bretschneider- Mitsuyasu 스펙트럼을 사용하여 불규칙파를 재현하였으며 Goda and Suzuki (1976)가 제안한 2점법을사용하여 입 . 반사파를 분리하였다.
성능/효과
- 위하여 먼저 반사율을 계산하였다. 수중 구조물만 설치된 경우, 반사율은 다양한 유의 주기 및 유의 파고에 상관없이 거의 일정한 값을 보여주는 (/〃d = 0.5 인 경우, K, 으 0.26 이고, h1d = Q.[ 인 경우, X, 으 0.40) 반면, 사석 경사식 방파제만 있는 경우는유의 주기에 대하여 반사율의 변동폭이 상대적으로유의 파고에 대한 변동폭보다 크게 나타남을 보였다. 이러한 결과로부터 반사율 변화는 수중 구조물에 의한 영항보다는 방파제의 영향을 더 많이 받음을 알 수 있다.
- 5인 경우 대부분의 유의주기에서 유의파고가 증가함에 따라 반사율이 감소하는 경향이나타났다. 상대높이 3/d)가 0.7인 경우, 유의주기가긴 경우에는 유의파고가 증가함에 따라 반사율 값은꾸준하게 감소하는 경향을 보였으나 유의주기가 작은경우에는 유의파고가 증가함에 따라 반사율 값은 감소하다가 증가하거나, 증가하다가 감소하는 불규칙적인 경향을 보였다. 이는 입사파가 상대높이가 높은 수중 구조물을 지나면서 생기는 쇄파의 영향으로 해석할 수 있다.
- Figs. 4 및 5 의 결과로부터 유의주기 값은 반사율에 크게 영향을 미치나 유의파고 값은 반사율에 그다지 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다.
- 여기서, RU"。는 취득한 자료(sampling data) 의상위 2%의 평균값을 의미하며 叽는 상위 33%의 평균값을 의미한다. 본 연구에서는 각 실험 경우에 대하여 5분 동안 측정된 전체 자료 중 유효 자료 4096 개에 대하여 상위 2%에 있는 82개의 자료 값을 평균한 것을 闻%로, 상위 33%인 1352개의 자료 값을 평균한 것을 *如%로 각각 계산하였다.
- 0 cm에 대해 유의주기값에변화를 주면서 처오름 높이를 입사파의 유의파고 값을 이용하여 무차원화 시 킨 값(* ”2% /乩 , 시 H 으로 나타내었다. 전체적으로 입사파의 유의주기가 증가함에 따라 처오름 값이 증가하는 것을 알 수 있다. 일부 자료를 제외하곤 전체적으로 수중 구조물이 존재하는 경우, 처오름 높이가 감소함을 알 수 있고, 또한, 수중 구조물의 상대높이 (如d)가 증가할수록 처오름 높이는 감소함을 알 수 있다.
- 그림에서 case 1은 수중 구조물이 설치되지 않은 상태에서 처오름 높이를 구한 것이고, case 2 은 수중 구조물이 설치되어 있는 상태에서 처오름 높이를 구한 것이다. 전체적으로 수중 구조물이 존재함에 따라 처오름 높이가 감소하는 경향을 보였다. 상대높이(方〃) 가 0.
- Figs. 7 및 8 의 결과를 보면 평균주기와 관련이 있는 유의 주기가 증가하거나 유의파고가 증가함에 따라 처오름 값이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 상대높이。/d)가 0.
- 7인 경우에는 곡선의 기울기가 상대적으로 완만해진 것을 알 수 있다. 따라서 유의 주기가 증가하면서 생기는 처오름 높이의 증가와 유의 파고가 감소하면서 생기는 처오름 높이의 감소가 복합적으로 작용하여 Fig. 9 및 10과 같은 복잡한 현상이 나타나는 것으로 사료되며 이와 같은 결과를 볼 때 수중 구조물의 설치시 쇄파계수의 증감만을 가지고선 처 오름 높이의 변화를 예측하기에는 무리가 있다는 것을 알 수 있다.
- 실험결과, 반사율은 유의파고보다 유의주기에 상대적으로 더 큰 영향을 받는 것을 알 수 있다. 처오름 높이의 경우, 수중 구조물을 설치하면 수중 구조물이 설치되지 않은 경우에 비해 방파제 전면에서의 처오름높이는 &城의 경우 평균적으로 28% 정도가 감소하였으며 也知%의 경우에는 평균적으로 26%정도 감소하였다.
- 처오름 높이의 경우, 수중 구조물을 설치하면 수중 구조물이 설치되지 않은 경우에 비해 방파제 전면에서의 처오름높이는 &城의 경우 평균적으로 28% 정도가 감소하였으며 也知%의 경우에는 평균적으로 26%정도 감소하였다. 이와 같은 결과는 수중 구조물이 존재할 경우처오름 높이가 감소함을 알 수 있고, 수중 구조물의높이가 상대적으로 높은 경우에는 유의파고가 증가함에 따라 쇄파가 발생하여 처오름 높이가 오히려 감소하는 것을 관측할 수 있었다. 쇄파계수에 따른 처오름높이의 복잡한 변화 양상은 유의주기가 증가하면서생기는 처오름 높이의 증가와 유의파고가 증가하면서생기는 처오름 높이의 감소가 복합적으로 작용하여나타나는 현상으로 사료되어 수중 구조물의 설치시쇄파계수의 증감만을 가지고선 처오름 높이의 변화를예측하기에는 무리가 있다는 것을 알 수 있다.
- 쇄파계수에 따른 처오름높이의 복잡한 변화 양상은 유의주기가 증가하면서생기는 처오름 높이의 증가와 유의파고가 증가하면서생기는 처오름 높이의 감소가 복합적으로 작용하여나타나는 현상으로 사료되어 수중 구조물의 설치시쇄파계수의 증감만을 가지고선 처오름 높이의 변화를예측하기에는 무리가 있다는 것을 알 수 있다. 그리고유의주기에 대한 반사율과 처오름 높이의 상관관계에서는 전체적으로 반사율이 증가함에 따라 처오름 높이는 감소하는 경향을 보였으며 수중 구조물의 상대높이가 높을수록 감소폭이 작게 나타났고, 유의파고에대한 반사율과 처오름 높이의 상관관계에서는 반사율이 증가함에 따라 처오름 높이가 증가하는 결과가 나왔다. 실험결과 수중 구조물의 높이가 높을수록 반사율은 증가하지만 방파제에 의해 반사되는 파가 수중구조물에 의해 재반사 또한 커지기 때문에 실제 처오름 높이는 크게 감소하지 않는 것으로 확인되었다.
- 그리고유의주기에 대한 반사율과 처오름 높이의 상관관계에서는 전체적으로 반사율이 증가함에 따라 처오름 높이는 감소하는 경향을 보였으며 수중 구조물의 상대높이가 높을수록 감소폭이 작게 나타났고, 유의파고에대한 반사율과 처오름 높이의 상관관계에서는 반사율이 증가함에 따라 처오름 높이가 증가하는 결과가 나왔다. 실험결과 수중 구조물의 높이가 높을수록 반사율은 증가하지만 방파제에 의해 반사되는 파가 수중구조물에 의해 재반사 또한 커지기 때문에 실제 처오름 높이는 크게 감소하지 않는 것으로 확인되었다. 따라서 수중 구조물을 설치함에 있어서 수중 구조물의높이는 경제적인 면이나 효율성 등을 고려하여 적절하게 계산되어야 할 것으로 생각된다.
후속연구
- 따라서 각종 재해로부터 연안지역을 보호하는 문제는 국가적으로 매우 중요한 문제이다. 더욱이 최근 이상기온 등으로 인한 푹풍 및 지진 해일의발생횟수 증가 및 심해 설계파고의 상승 등으로 인하여 기존 구조물의 안정성이 위협받고 있는 현실을 고려하면 내습파의 에너지를 효율적으로 제어하여 연안시설을 보호하는 방법에 관한 연구가 절실히 요구된다.
- 일부 구간에서는 수중 구조물이 설치된 경우의 방파제 전면에서의 처오름 높이가 수중 구조물이 설치되지 않은 경우의 처오름 높이보다 크게 발생하는데 그 이유로는 특정한 조건에서 방파제에 의해 반사된 파가 수중 구조물에 의해 재반사되어 생기는 영향 또는 수중 구조물과 방파제 사이의 거리에 의해 투과파와 방파제에 의한 반사파가 공명 현상을 일으켜 생기는 현상으로 추측할 수 있다. 보다 정확한 원인 분석을 위해서는 다양한 수리실험과 수치 모의가 수행되어야 할 것으로 생각된다.
- 본 연구에서 도출된 결과는 향후 수중 구조물 설계 시 수중 구조물의 설치에 따른 방파제 전면에서의 처 오름 높이 예측 및 방파제 천단 마루높이를 산정하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 향후 연구로는 수중 구조물과 방파제 간의 상대거리를 변화시키면서 다양한 수리실험을 수행한 후 수중 구조물 제작 및 설치 시 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다.
- 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 향후 연구로는 수중 구조물과 방파제 간의 상대거리를 변화시키면서 다양한 수리실험을 수행한 후 수중 구조물 제작 및 설치 시 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다. 그리고 본연구에서는 수중 구조물의 상대 높이가 0.
- 5 보다 큰 값을 사용하였다. 보다 체계적인 기초 자료 확보를 위해 향후 상대높이가 0.5보다 작은 경우에 대한 수리실험도 계획하고 있다. 또한, 다열로 배치된 수중 구조물이 구조물에 미치는 영향, 수중 구조물과 방파제 사이에 생기는 와류에 의한 기초 지반의 안정성 문제, 수중 구조물의 설치로 수중 구조물과 방파제에 작용하는 파압의 변화 등에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 5보다 작은 경우에 대한 수리실험도 계획하고 있다. 또한, 다열로 배치된 수중 구조물이 구조물에 미치는 영향, 수중 구조물과 방파제 사이에 생기는 와류에 의한 기초 지반의 안정성 문제, 수중 구조물의 설치로 수중 구조물과 방파제에 작용하는 파압의 변화 등에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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