[논문]테트라포드로 피복된 사석경사제에서 월파 성능 및 예측모형의 비교

김인철

[국내논문] 테트라포드로 피복된 사석경사제에서 월파 성능 및 예측모형의 비교
Comparision of Overtopping Performance and Prediction Models for Rubble Mound Breakwaters Armoured Tetrapod 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.22 no.6, 2010년, pp.397 - 404

초록
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테트라포드로 피복된 사석경사제를 대상으로 하여 설계파 조건, 피복층 마루폭 그리고 마루 여유고를 변화시켜 수리실험을 수행한 후, 대상 구조물의 월파 성능을 검토하며 그리고 널리 사용되고 있는 월파량 예측모형을 적용하여 수리실험 결과와 비교를 통해 예측모형들의 특성을 파악하였다. 사면경사와 주기는 월파량에 상당히 영향을 미치나, 피복층 마루폭의 변화에 따른 월파량의 차이는 미미한 편이다. Owen(1980)의 예측모형은 계측월파량과 비교하여 과대 예측하는 반면에, Van der Meer et al.(1998)의 예측모형은 비교적 급한 사면($cot{\alpha}$=1.5)에서만 과소 예측하는 경향이 있다. Besley(1999)와 Pedersen(1996)의 예측모형은 보다 폭이 넓은 피복층 마루폭을 가진 사면에서 계측월파량에 비교적 좋은 일치를 보여주나, 모든 실험조건에 대해서는 일반적으로 수정 Pedersen의 예측모형이 계측월파량에 가장 일치하는 결과를 나타낸다.

Abstract ▼ AI-Helper

Laboratory tests of wave overtopping rates for a rubble mound breakwaters armoured Tetrapod were carried out, with varying design waves, crest berm widths and crest freeboards. The objective of this study is to investigate overtopping performance and to examine the characteristics of the widely used overtopping prediction models through the results of laboratory tests. Laboratory tests show that structure slope and wave periods have a considerable influence on overtopping rates, but the difference of overtopping rates related to crest berm widths is slight. Owen(1980)'s prediction considerably overestimates compared to the measured valued. Prediction of Van der Meer et al.(1998) underestimates only for steep slope($cot{\alpha}$=1.5). Besley(1999)'s and Pedersen(1996)'s predictions have a relatively good agreement with the measured results for slopes with a broader crest berm width. In general, best agreement between measured and predicted overtopping rates is observed using modified Pedersen(1996)'s formula for all test conditions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내 현장에서 가장 많이 시공되고 있는 TTP(Tetrapod)로 피복된 사석경사제를 대상으로 하여 우리나라 해역에 적합한 설계파 조건을 다양하게 변화시켜 수리실험을 수행한 후, 대상 구조물의 월파 성능을 검토하고, 앞서 언급한 경험식 중에서 가장 널리 사용되고 있는 월파량 산정식을 적용하여 수리실험결과와 비교를 통해 예측모형들의 특성을 파악하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 국내 현장에서 가장 많이 시공되고 있는 TTP(Tetrapod)로 피복된 사석경사제를 대상으로 하여 우리나라 해역에 적합한 설계파 조건을 다양하게 변화시켜 수리실험을 수행한 후, 우선 대상 구조물의 월파 성능을 검토하고 가장 널리 사용되고 있는 Owen(1980), Besley(1999), Van der Meer et al.(1998) 그리고 Pedersen(1996)의 월파량 산정식을 적용하여 수리실험결과와 비교를 통해 예측모형들의 특성을 파악하였다.
실험을 위한 대상단면의 설계는 마루여유고, 피복블록 및 상치콘크리트의 안정성, 예상월파량 및 입사파제원의 상호관계를 고려하여 결정하였다(김인철 등, 2010).
월파량은 유의주기를 기준으로 약 1000파를 연속으로 작용시켜 파랑이 월파하는 제체의 상부와 하류 측 저수통 사이에 설치된 도수로를 통하여 저수통에 도달하는 물의 총량을 펌핑하여 회수된 물의 무게를 계측한 후, 단위시간당 단위길이의 평균월파량으로 계측하였다.

대상 데이터

Fig. 2 및 Table 1에서 제시한 단면형태 및 실험조건을 대상으로 총 234 종류의 실험을 수행하였다.
실험은 Fig. 1에 도시한 것과 같이 동서대학교 수리실험실에 있는 길이 35 m,폭 0.8 m 그리고 높이 1.2 m인 조파수조에서 수행하였다.
유의파고(Hs), 첨두주기(Tp), 사면경사(cotα), 마루여유고(Rc) 및 소파블록의 마루폭(Gc)을 변화시켜 쇄파 및 월파조건을 대상으로 실험을 수행하였으며 Table 1에 구조물 선단에서의 입사파 및 실험조건을 상세하게 나타내었고, 실험파는 Goda(1985)에 의해 수정된 Bretschneider 스펙트럼을 이용하여 불규칙파를 적용하였다.

성능/효과

(b)를 보면 피복층의 마루폭에 관계없이 사면경사가 cotα =1.5 및 2.0에서는 Owen의 월파량 산정식이 실험치보다 일관성 있게 평균월파량을 높게 예측하나, 예외적으로 피복층 마루폭 Gc=0.1 m에서 사면경사 cotα =3.0의 경우에는 오히려 계측월파랑보다 낮게 예측하는 경향이 있다.
Fig. 9(a) 및 (b)를 보면, 마루폭 G_c= 0.1 m에서 Pedersen의 월파량 산정식이 계측월파량 보다 전반적으로 월파량을 높게 예측하는 반면에, 마루폭이 상대적으로 넓은 G_c= 0.15 m에서는 예측치와 실험치가 비교적 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 그러나 대상 구조물이 TTP로 피복된 것을 감안하면 식 (6)에 피복층의 표면조도 및 투수성을 고려하는 보정계수를 도입하여 예측치의 정확도를 높일 필요가 있다.
(b)에 도시한 마루폭 변화에 따른 월파량의 실험결과를 보면, 마루폭 확대로 인한 월파량의 저감효과는 미미한 편이나, 상대 마루여유고가 Rc/Hs>1.0에서 피복층의 마루폭을 확대하면 월파량의 저감효과는 상대적으로 크게 나타난다.
Figs. 4(a), (b) 및 (c)에 도시한 Tp=1.6s, 1.9s 및 2.2s 조건에서 계측한 월파량의 변화를 보면, 주기는 월파량에 영향을 미치며, 주기가 증가할수록 월파량이 크게 나타나고, 주기별 월파량의 변화는 사면경사가 완만할수록 더 크게 나타난다.
(c)에 도시한 사면경사 cotα =1.5, 2.0 및 3.0에 적용한 실험결과를 보면, 사면경사가 월파량에 미치는 영향은 비교적 크며, 상대적으로 사면경사가 완만할수록 월파량이 적게 나타나며 특히 상대 마루여유고가 클수록 사면경사가 월파량에 미치는 영향이 더 크게 나타남을 알 수 있다.
의 적용은 Owen의 월파량 산정식에서 과대 평가된 예측치를 감소시켜 실험치에 어느 정도 일치는 시키나 여전히 예측치가 실험치에 크게 벗어남을 알 수 있다. 그러나 마루폭이 상대적으로 큰 G_c= 0.15 m에서는 예측치가 실험치에 더 근접한 결과를 보여주므로 마루폭 보정계수의 적용은 마루폭이 클수록 더 효과적임을 알 수 있다.
따라서 본 연구에서 수행한 수리실험치을 토대로 분석한 결과, Gc/Hs<1.0의 조건에서는 식 (6)의 우측항에 TTP의 보정계수(γf= 0.85)를 곱하여 월파량을 예측하면 실험치와 보다 더 일치된 결과를 얻을 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방파제, 호안 및 제방과 같은 해안구조물이 설계 및 시공되고 있는 이유는 무엇 때문인가?	외해로부터 내습하는 해일과 고파랑에 대하여 항내 시설물 및 해안역(coastal zone)을 보호하기 위하여 방파제, 호안 및 제방과 같은 해안구조물이 설계·시공되고 있다. 해일의 크기, 빈도 그리고 지속시간의 증가와 온실효과 때문에 생기는 평균 해수면의 상승과 함께 고파랑이 내습하는 경우에 방파제, 호안 및 제방 등에서 고월파가 발생하여 기존 구조물을 파손시킬 수도 있으므로 구조물 설계 시 마루높이의 결정에 세밀한 주의가 요구된다(Troch et al.
	1980년대 월파현상의 연구에 표준이 된 것은 무엇인가?	월파현상에 대한 연구는 1950년대에 규칙파를 대상으로 Saville(1955)에 의해 시작 되었으며 많은 수리모형 실험자료와 현장 관측자료들이 기초자료로 활용되었다. 1980년대에 들어 월파의 연구에 불규칙파가 표준이 되었으며 예측방법의 정확도가 향상되었다. 특정한 구조물 형상, 수위 및 파랑조건에 대한 평균월파량의 예측은 수리모형실험의 결과에 회귀(regression)시킨 경험식에 기초하고 있다.
	허용월파량은 어떤 요건들을 고려하여 정해져야 하는가?	허용월파량은 사회·경제적인 측면에서 평가되어야 하며 또한 허용월파량과 밀접한 관계가 있는 구조물의 마루높이는 고파랑으로부터 구조물 자체의 안정과 구조물 배후지에 있는 인명과 재산의 피해를 피할 수 있도록 적절한 높이로 설계됨과 동시에 구조물의 건설비와 같은 경제적인 요소와 더불어 관광객들의 바다 조망권도 확보되도록 친수성도 고려되어야 한다.

참고문헌 (13)

김인철, 권성기, 고광목(2010). 소파블록 경사제의 월파성능에 관한 실험적 연구. 한국해안.해양공학회 학술발표 논문집, 19, 34-37.
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상세보기
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Troch, P., Geeraerts, J., Van de Walle, B., De Rouck, J., Van Damme, L., Allsop, N.W.H.,Franco, L.(2004). Full scale wave overtopping measurements on the Zeebrugge rubble mound breakwater. Coastal Engineering 51, 609-628.

상세보기
Van der Meer, J.W., Tnjes, P., De Waal, H.(1998). A code for dike height design and examination. Proceedings of the International Conference on Coastlines, structures and breakwaters, ICE, Thomas Telford, London, United Kingdom, 5-19.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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