[논문]우각부 방파제의 안전성에 영향을 미치는 수리학적 거동

김성덕

문제 정의

수치모델을 개발하고, 검증한다. 또한, 우각부의 각도 변화 및 다양한 입사파 방향에 따른 방파제 전면 및 배후면 부근에서의 방파제 안전성에 영향을 미치는 회절파고의 예측을 규칙파랑으로 그 결과를 나타내기로 한다.
본 연구는 외해에서 파랑이 입사할 때 우각부를갖는 방파제에 영향을 미치는 수리학적 거동, 즉 회절 파고비를 조사하였다. 우선, 본 연구의 수치모형을 小丹와 大里A의 수치해, 엄밀해 및 해석해와 비교 검토하였고, 그 결과는 잘 일치하였다.
본 연구에서는 직접법을 이용한 경계 적분방정식을 기본으로 하여, 임의의 평면형태의 우각부 방파제 전면에서의 반사율을 임의의 비율로서 고려할 수 있는 수치모델을 개발하고, 검증한다. 또한, 우각부의 각도 변화 및 다양한 입사파 방향에 따른 방파제 전면 및 배후면 부근에서의 방파제 안전성에 영향을 미치는 회절파고의 예측을 규칙파랑으로 그 결과를 나타내기로 한다.

가설 설정

우각부를 갖는 방파제의 전면에 수심 h 인 곳에 규칙파가 입사하는 것을 가정한다. 정수면상에 X, J축, 그리고 연직상향으로 z축을 취한다.

제안 방법

角野 드)。] 연구하였던 결과들과 비교하여 본연구의 수치모델을 검증하였다.
회절 파고비를 조사하였다. 계산조건은 방파제 전면에서의 계산조건으로 반사율 3 = 0.4와 Ar =1.0으로 각각 취하고, 3방향의 입사파에 대하여 수치계산을 실시하였다. 또한, 우각부의 각도는 3.
조사하였다. 계산조건은 방파제 전면에서의 반사율 Xr = 0.8로 하고 우각부를 중심으로 양측의 길이를 동일하게 2파장(B/L=2.0)의 구조물로 하였다. 또한 규칙파랑의 입사각은 3가지 경우(45。, 60°, 90。)로 하였다.
0)의 구조물로 하였다. 또한 규칙파랑의 입사각은 3가지 경우(45。, 60°, 90。)로 하였다. Fig.
반사율의 변화, 즉 소파제를 설치한 경우(부분 반사)와 소파제를 설치하지 않은 경우(완전반사)에 따른 우각부 방파제 전면에서의 안전성에 영향을 미치는 회절 파고비를 조사하였다. 계산조건은 방파제 전면에서의 계산조건으로 반사율 3 = 0.
반사율의 변화에 따른 우각부 방파제 배후 면에서의 회절 파고비를 조사하였다. 계산조건은 방파제 배후면에서 반사율 及' = 0.
본 연구에서 사용한 수치모형은 방파제가 해안에 건설될 때 방파제(혹은 구조물)의 형상을 임의로 설정할 수 있고, 임의의 평면 형태에 대하여 적용할 수 있는 특징을 가지고 있다. 소파블록이나 유공 방파제 등의 설치로 방파제(구조물) 경계에서 반사율의 변화가 발생할 때 임의의 값을 줄 수 있으며, 더 나아가 방파제의 구간별로 서로 다른 반사율을 줄 수도 있다.
우각부 방파제 제체각의 변화에 따른 방파제 전면에서 방파제 안전성에 영향을 미치는 회절 파고 비를 조사하였다. 계산조건은 방파제 전면에서의 반사율 Xr = 0.
小丹와 大里〃는 일직선상의 완전 반사를 하는 직립방파제에 있어서 방파제 길이 B/L = 3.0(L: 입사파장) 에 대하여 30°, 60°, 90。의 입사각으로 입사시킨 경우에 방파제전면에서 회절 파고를 조사하였다.

데이터처리

소파블록이나 유공 방파제 등의 설치로 방파제(구조물) 경계에서 반사율의 변화가 발생할 때 임의의 값을 줄 수 있으며, 더 나아가 방파제의 구간별로 서로 다른 반사율을 줄 수도 있다. 따라서, 본 연구 수치모형의 검증을 위하여 小丹와 大里2)의 연구결과와 비교 및 검증을 실시하였다. 小丹와 大里으가 사용한 이론은 고유함수의 수치해 및 엄밀해, 그리고 Frenel적분의 해석해(Analytical solution)로서 3종류의 해법을 사용하였다.
0을 중심으로 높고 방파제 중앙 부근에서 낮은 회절 파고비가 나타나고 있지만, 방파제 전면 좌측과 우측에서는 큰 회절 파고비를 나타냈다. 본 연구의 결과를 비교 . 분석한 결과, 입사각 60° 의 경우에도, 매우 탁월한 일치를 보이고 있고, 경사각의 입사각에도 적용 가능한 모형임을 나타내주고 있다.

이론/모형

따라서, 본 연구 수치모형의 검증을 위하여 小丹와 大里2)의 연구결과와 비교 및 검증을 실시하였다. 小丹와 大里으가 사용한 이론은 고유함수의 수치해 및 엄밀해, 그리고 Frenel적분의 해석해(Analytical solution)로서 3종류의 해법을 사용하였다. 小丹와 大里〃는 일직선상의 완전 반사를 하는 직립방파제에 있어서 방파제 길이 B/L = 3.

성능/효과

10에서 보면 소파제를 설치한 경우보다 배후면에서의 회절파고비가 높게 나타났다. E방향과 ENE방향에서 파고의 증폭률이 높게 나타났으며, NN旧방향에서는 우각부(No. 33)에서 변곡점의 차이가 크게 나타났다. 이는 우각부 부근에서 회절 파고비의 차이가 크게 나타나며, 안전성에도 영향을 미친다는 것을 발견할 수 있다.
6은 우각부 전면에 소파제를 설치한 경우이다. Fig. 6에서 보면 우각부(No. 33)에서 방파제 안전성에 영향을 미치는 회절 파고비가 높게 나타났고, E방향과 ENE방향의 입사파가 NNE 방향 입사파보다 파고비가 높게 나타났다. 이는 우각부 부근에서 파랑이 굴절되면서 파고의 증폭이 증대되었기 때문이다.
본 연구의 결과와 小丹와 大里2)의 결과와 비교 . 분석한 결과, 매우 탁월한 일치를 보이고 있다. Fig.
본 연구의 결과를 비교 . 분석한 결과, 입사각 60° 의 경우에도, 매우 탁월한 일치를 보이고 있고, 경사각의 입사각에도 적용 가능한 모형임을 나타내주고 있다.
우각부 방파제 전면 및 배후면에서 소파제가 설치된 경우에도 방파제 전면에서는 회절파고비가 크게 나타났고, 배후면에서도 우각점 부근에서 약간의 파고 증폭이 나타났다. 소파제가 설치되지 않은 경우는 상당히 높은 회절 파고비의 증폭이 나타났고, 변곡점에서의 증폭률의 차이가 크게 나타났다. 이 차이는 결국 방파제의 안전에 영향을 미치게 된다.
우각부 방파제의 제체각 변화에 따른 파고분포를 비교하면, 제체각이 작을수록 우각부 부근에서 회절 파고 비의 증폭률이 높게 나타났고, 이는 우 각부방파제의 안전성에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 우각부 방파제 전면 및 배후면에서 소파제가 설치된 경우에도 방파제 전면에서는 회절파고비가 크게 나타났고, 배후면에서도 우각점 부근에서 약간의 파고 증폭이 나타났다. 소파제가 설치되지 않은 경우는 상당히 높은 회절 파고비의 증폭이 나타났고, 변곡점에서의 증폭률의 차이가 크게 나타났다.
우선, 본 연구의 수치모형을 小丹와 大里A의 수치해, 엄밀해 및 해석해와 비교 검토하였고, 그 결과는 잘 일치하였다. 우각부 방파제의 제체각 변화에 따른 파고분포를 비교하면, 제체각이 작을수록 우각부 부근에서 회절 파고 비의 증폭률이 높게 나타났고, 이는 우 각부방파제의 안전성에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 우각부 방파제 전면 및 배후면에서 소파제가 설치된 경우에도 방파제 전면에서는 회절파고비가 크게 나타났고, 배후면에서도 우각점 부근에서 약간의 파고 증폭이 나타났다.
우각부 방파제의 제체각 변화에 따른 파고분포를 비교하면, 제체각이 작을수록 우각부 전면 부근에서의 회절 파고비의 증폭률과 회절 파고비가 높게 나타났고, 변곡점 부근에서의 파고비의 차이가 크게 나타났다. 이는 우각부 방파제 설치시 안전성을 확보하기 위하여 제체각이 작은 경우 소파 제 또는 외해에서 파 에너지를 저감할 수, 있는 방법을 적용해야 된다고 판단된다.
파고비를 조사하였다. 우선, 본 연구의 수치모형을 小丹와 大里A의 수치해, 엄밀해 및 해석해와 비교 검토하였고, 그 결과는 잘 일치하였다. 우각부 방파제의 제체각 변화에 따른 파고분포를 비교하면, 제체각이 작을수록 우각부 부근에서 회절 파고 비의 증폭률이 높게 나타났고, 이는 우 각부방파제의 안전성에 영향을 미친다는 것을 의미한다.

후속연구

0)인 경우 직선상의 방파제에 대하여 본 연구의 수치모델과 기존의 연구결과와 잘 일치하고 있다. 따라서, 본 연구의 수치모형은 직선상의 방파제 경우나 모든 입사각에 대하여 정도 높게 활용할 수 있다.
이 차이는 결국 방파제의 안전에 영향을 미치게 된다. 본 연구는 우각부 방파제 설치시 제체각, 입사각 및 반사율에 따른 회절 파고비를 예측하는데 유용하게 사용될 것으로 기대된다. 향후 우 각부방파제의 안전성을 확보하기 위하여 우각부 부근에 다량의 소파제를 설치하거나 외해에서의 파 에너지를 저감하는 설계에도 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
본 연구는 우각부 방파제 설치시 제체각, 입사각 및 반사율에 따른 회절 파고비를 예측하는데 유용하게 사용될 것으로 기대된다. 향후 우 각부방파제의 안전성을 확보하기 위하여 우각부 부근에 다량의 소파제를 설치하거나 외해에서의 파 에너지를 저감하는 설계에도 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

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