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우각부 방파제의 우각부 부근에서의 다방향불규칙 파랑의 파고분포에 관한 연구
A Study on the Wave-height Distribution of Multidirectional Random Waves at the Concave Corner by Refracted Breakwater Systems 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.20 no.5, 2008년, pp.429 - 438  

이홍식 (중앙대학교 토목공학과) ,  김성덕 (청주대학교 토목환경공학과)

초록
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본 연구는 방파제의 법선이 일직선상이 아닌 우각부를 갖는 방파제의 전면 그리고 우각부 부근에서 다방향불규칙파의 파고를 예측하는 것이다. 본 연구에서는 경계적분방정식을 이용하여 도제 전면에서의 파고분포에 관한 수치계산을 실시하고, 얻어진 결과를 합전 등(合田 等)(1971)이 제시한 고유함수의 엄밀해와 근사해, 그리고 기존의 다른 수치해에 의해 얻어진 결과와 비교한다. 또한, 우각부 방파제에 의한 불규칙파의 파고분포의 결과를 기존의 해석해의 결과와 비교 검증한다. 이러한 비교 검증 결과를 토대로 하여, 우각부 제체각과 입사방향을 다양하게 설정하여 우각부 방파제 전면에서의 파고분포를 제시하였고, 현재 건설 중인 우각부 방파제의 전면에서 파고 예측을 실시한다. 모든 경우에 대하여 훌륭한 일치를 나타내고 있으며, 본 연구는 다양한 형태의 우각부(혹은 직선상) 방파제에 의한 불규칙파랑의 파고분포의 평가를 위하여 유효하게 사용될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study is to predict the multidiretional random wave height at the front face and concave corner of a refracted breakwater which is not straight. The numerical simulation on wave height at the front face of an insular breakwater is performed by using the boundary element method, and obtai...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 직접법의 경계적분방정식을 적용한 小丹 와 大里(1976)의 연구와 유사한 방법으로 기본방정식을 채택하여 규칙성분파를 취급하고, 얻어진 규칙파의 결과는 小丹와 大里(1976)와 三井와 村上(1967)의 결과와 비교 검토하기로 한다. 다음으로 불규칙파에서 이산화된 규칙성분파에 대한 다방향불규칙파랑 이론을 응용하여 방파제 우각부의 전면부근에서의 다양한 파랑입사각과 우각부 조건에 대한 파고분포의 특성을 조사하는 것으로 한다. 또한, 응용사례로서 현재 축조중인 울산신항 남방파제의 우각부 부근에서의 파고분포를 조사하여 검토하기로 한다.
  • 다음으로 불규칙파에서 이산화된 규칙성분파에 대한 다방향불규칙파랑 이론을 응용하여 방파제 우각부의 전면부근에서의 다양한 파랑입사각과 우각부 조건에 대한 파고분포의 특성을 조사하는 것으로 한다. 또한, 응용사례로서 현재 축조중인 울산신항 남방파제의 우각부 부근에서의 파고분포를 조사하여 검토하기로 한다.
  • 본 연구에서는 다방향불규칙 파랑의 입사방향에 대하여 우각부를갖는방파제에서의파고분포를조사하였다. 우선, 본 연구에서는 기본적으로 직선형의 도제를 대상으로 규칙파를 이용한 合田 등(1971)의 엄밀해와 해석해 그리고 小丹 와 大里(1976)의 수치해의 결과와 비교하였고, 우각부 방파제를 대상으로 한 三井와 村上(1967)의 해석해와 小丹 와 大里(1976)의 수치해에 의한 연구결과와 비교 검토하였다.
  • 1). 본 연구에서는 울산 남방파제를 대상으로 하여 다방향 불규칙파에 의해 우각부 부근과 전면에서 파고분포를 조사 하였다. 방파제 전면에는 반사율 Kr=0.
  • 또한, 우각점에서의 파고를 예측하기 위하여 시공 중인 관련회사의 자료를 검토하였으나, 본 연구에서 계산된 예측치와 정확하게 일치하고 있는데 이것은 매우 흥미로운 결과라고 할 수 있다. 이러한 연구과정을 통하여 본 연구의 신뢰성을 확인하였다. 이상으로 본 연구의 수치모형은 임의 반사율을 갖는 우각부 방파제 전면 혹은 우각부 부근에서의 불규칙파랑에 의한 파고분포의 예측에 손쉽고 유효하게 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

가설 설정

  • 우각부를 갖는 방파제의 전면에 수심 h가 일정한 곳에 규칙파가 입사하는 것을 가정한다. 직교좌표계에서 정수면 상에 각각 x, y축, 그리고 연직상향으로 z축을 취한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 대형수리모형실험은 어떻게 진행되었는가? 현대건설 주식회사와 (주)대영엔지니어링(2004)에서는 우각부를 형성하고 있는 울산신항 남방파제를 대상으로 대형수리모형실험을 실시하였다. 길이 48 m, 폭 48 m, 깊이 1.2 m의 평면수조를 이용하였으며, 조파판의 크기가 폭3 m, 높이 1.2m 그리고 조파 유효폭 30 m인 10개의 조파 판으로 구성되어 독립적으로 작동하는 불규칙파 조파기를 사용하였다. 최대발생파는 최대수심은 0.
입사파향에 대하여 우각부를 형성하는 법선을 갖는 방파제(우각부 방파제)의 우각부 부근에서는 어떠한 현상이 나타날 수 있는가? 입사파향에 대하여 우각부를 형성하는 법선을 갖는 방파제(우각부 방파제)의 우각부 부근에서는 파랑에너지가 집중되는 현상이 나타날 수 있다. 즉, 이러한 우각부 방파제는 일직선상 방파제의 경우에 비하여 입사파와 반사파의 상호작용에 의한 간섭 및 우각부 각도의 상태 등에 따라서 우각부 부근에서 파고가 보다 더 높게 나타날 가능성이 있으며, 이것은 바로 방파제에 작용하는 파압이나 파력을 증대시키는 요인이 될 수 있다(三井와 村上, 1967; 鴻上 등, 1972; 小丹와 大里, 1976; 角野 등, 1978).
우각부 방파제는 어떠한 요인이 될 수 있는가? 입사파향에 대하여 우각부를 형성하는 법선을 갖는 방파제(우각부 방파제)의 우각부 부근에서는 파랑에너지가 집중되는 현상이 나타날 수 있다. 즉, 이러한 우각부 방파제는 일직선상 방파제의 경우에 비하여 입사파와 반사파의 상호작용에 의한 간섭 및 우각부 각도의 상태 등에 따라서 우각부 부근에서 파고가 보다 더 높게 나타날 가능성이 있으며, 이것은 바로 방파제에 작용하는 파압이나 파력을 증대시키는 요인이 될 수 있다(三井와 村上, 1967; 鴻上 등, 1972; 小丹와 大里, 1976; 角野 등, 1978). 일직선상의 반무한 방파제에 대한 파랑의 회절이나 반사등의 예측에 관하여는 Sommerfeld해를 도입한 Penny and Price (1944)의 연구가 있으며, 우각부 방파제의 우각부 부근에서의 파고분포 예측에 관하여는 대표적으로 三井와 村上 (1967), 鴻上 등(1972), 小丹와 大里(1976), 그리고 角野등(1978)의 연구가 있다.
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참고문헌 (14)

  1. 현대건설주식회사, (주)대영엔지니어링 (2004). 울산신항 남방파제 및 기타공사(제1공구)축조공사 실험보고서 

  2. Barailler, I., and Gaillard, P. (1967). Evolution recente des modeles mathematiques dagitation due a la houle : Calculde la diffraction en propondeur non uniforme. La Houille Blanche., 22(8), 861-869 

  3. Isaacson, M. and Qu, S. (1990). Waves in a harbor with partially reflecting boundaries. Coastal Engineering, 14, 193-214 

  4. Lee, H.S. (2004). Boundary element modeling of multidirectional random wave diffraction by multiple rectangular submarinepits. Engineering Analysis with Boundary Elements, 28(9), 1149-1155 

  5. Lee, H.S. and Williams, A.N. (2002). Boundary element modeling of multidirectional random waves in a harbor with partially reflecting boundaries. Ocean Engineering, 29(1), 39-58 

  6. Lee, H.S., Williams, A.N., Lee, B.H., and Oh, J. (2003). Diffraction of multidirectional random waves by multiple rectangular submarine pits. Ocean Engineering, 30(1), 85-106 

  7. Lee, J.J. (1971). Wave-induced oscillations in harbours of arbitrary geometry. Journal of Fluid Mechanics, 45, 375-394 

  8. Nagai, K. (1972). Diffraction of the irregular sea due to breakwaters. Coastal Engineering in Japan, JSCE, 15, 59-67 

  9. Penny, W.G. and Price, A.T. (1944). Diffraction of water waves by breakwaters. Misc. Weapons evelopment Technical History 26, Artificial Harbors, Sec. 3D 

  10. 三井村上 (1967). 海岸構造物 不連續部の 波高分布 (第2報)-隅角部附近の 波高分布-. 第14回 岸工學講演會論文集, 日本土木學會, 53-58 

  11. 合田良實, 吉村知司, 伊藤正彦 (1971). 島堤による波の反射お よび回折に關する硏究. 港灣技術究報告書, 10卷, 第2號, 1-52 

  12. 鴻上雄三, 藤木信之, 堤敏郞, 上原泰正 (1972). 防波堤屈曲部 附近の波高.波壓分布. 第19回 岸工學講演會論文集,日本 土木學會, 345-349 

  13. 小丹浩治, 大里男. (1976). 防波堤隅角部附近の波高分布に 關する硏究. 港灣技術究報告書, 15卷, 第2號, 55-88 

  14. 角野昇八, 田操, 久保直, 小田一紀, 永井莊七郞. (1978). 隅角部を有する防波堤前面および沖合の波高分布. 第25回 海岸工學講演會論文集,日本土木學會, 108-112 

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