호안은 파랑의 직접적인 영향을 차단하여 배후지역의 이용성을 극대화하기 위해 전빈의 배후면에 건설되는 해안시설물로서 대상지역의 설계파와 조석 조건 하에서 월파가 심각하지 않은 해안에 건설된다. 따라서, 호안의 위치는 주변 환경을 고려하여 가능한 한 높은 위치로 결정하는 것이 일반적이며, 호안의 천단고는 단위시간당 월파량을 허용 가능한 범위 이내로 제어할 수 있도록 계획한다. 그러나 호안 전면의 백사장은 입사 파랑에 의해 계속 변형되고 결국에는 원래 설계 초기의 경사를 유지할 수 없게 되는 경우가 많다. 이러한 호안 전면 지형의 침식과 퇴적에 의해 원래 설계시 고려되었던 천단고와 월파량은 변하게 되며 호안의 설치 깊이가 감소하여 호안의 안정성을 위협하게 된다. 본 연구에서는 2차원 수리모형 실험과 수정 SBEACH모형을 이용한 수치모델링을 통하여, 처오름 지역에 있어서의 호안 전면부의 국부적인 세굴과 호안의 설치깊이의 관계를 검토하였다. 본 연구를 통하여, 수정한 SBEACH에 호안의 위치에 대한 경계조건을 적절히 적용함으로써, 침식형 파랑 입사시 호안 기초에서의 국부세굴 산정이 가능함을 확인 할 수 있었다.
호안은 파랑의 직접적인 영향을 차단하여 배후지역의 이용성을 극대화하기 위해 전빈의 배후면에 건설되는 해안시설물로서 대상지역의 설계파와 조석 조건 하에서 월파가 심각하지 않은 해안에 건설된다. 따라서, 호안의 위치는 주변 환경을 고려하여 가능한 한 높은 위치로 결정하는 것이 일반적이며, 호안의 천단고는 단위시간당 월파량을 허용 가능한 범위 이내로 제어할 수 있도록 계획한다. 그러나 호안 전면의 백사장은 입사 파랑에 의해 계속 변형되고 결국에는 원래 설계 초기의 경사를 유지할 수 없게 되는 경우가 많다. 이러한 호안 전면 지형의 침식과 퇴적에 의해 원래 설계시 고려되었던 천단고와 월파량은 변하게 되며 호안의 설치 깊이가 감소하여 호안의 안정성을 위협하게 된다. 본 연구에서는 2차원 수리모형 실험과 수정 SBEACH모형을 이용한 수치모델링을 통하여, 처오름 지역에 있어서의 호안 전면부의 국부적인 세굴과 호안의 설치깊이의 관계를 검토하였다. 본 연구를 통하여, 수정한 SBEACH에 호안의 위치에 대한 경계조건을 적절히 적용함으로써, 침식형 파랑 입사시 호안 기초에서의 국부세굴 산정이 가능함을 확인 할 수 있었다.
Seadike is a coastal structure constructed in the rear region of the foreshore to maximize its usability by preventing direct effect of wave. The expected construction field is determined under the design wave and tidal condition where minor wave overtopping is anticipated. Thus, the location of sea...
Seadike is a coastal structure constructed in the rear region of the foreshore to maximize its usability by preventing direct effect of wave. The expected construction field is determined under the design wave and tidal condition where minor wave overtopping is anticipated. Thus, the location of seadike is generally fixed at the highest site of the surrounding area with seadike crest height controlling the permissible range of wave overtopping volume. But a lot of times, frontal sand beach of the seadike continuously deforms due to incident waves, resulting failure in maintaining its initial slope. The erosion and deposition of the seadike front cause changes in the crest height and volume of wave overtopping and decrease in the setting depth of the seadike, which endangers seadike region as a result. In this study, the relation of local scouring and setting depth of the seadike front in the run-up region is examined by using 2D hydraulic model tests and numerical simulations by modified SBEACH model. As a result, the study learned that if appropriate boundary condition is applied to the modified SBEACH model, it is possible to create practical estimations on the local scouring at the seadike foot when erosive waves flow into the region.
Seadike is a coastal structure constructed in the rear region of the foreshore to maximize its usability by preventing direct effect of wave. The expected construction field is determined under the design wave and tidal condition where minor wave overtopping is anticipated. Thus, the location of seadike is generally fixed at the highest site of the surrounding area with seadike crest height controlling the permissible range of wave overtopping volume. But a lot of times, frontal sand beach of the seadike continuously deforms due to incident waves, resulting failure in maintaining its initial slope. The erosion and deposition of the seadike front cause changes in the crest height and volume of wave overtopping and decrease in the setting depth of the seadike, which endangers seadike region as a result. In this study, the relation of local scouring and setting depth of the seadike front in the run-up region is examined by using 2D hydraulic model tests and numerical simulations by modified SBEACH model. As a result, the study learned that if appropriate boundary condition is applied to the modified SBEACH model, it is possible to create practical estimations on the local scouring at the seadike foot when erosive waves flow into the region.
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문제 정의
본 논문에서는 백사장에 설치된 호안 전면부에서 설치 깊이에 따른 국부세굴을 수정 SBEACH 프로그램(Larson et al., 1999)을 이용한 수치 모의와 수리 모형실험을 통하여 살펴보았다. 수리모형 실험 조건과 규칙파와 불규칙파에 의한 지형변화를 통해 표사이동의 결과를 기술하고, 수정 SBEACH를 통한 예측 방법을 소개한 후, 이를 통한 예측 결과를 수리 모형실험 결과와 비교하여 고찰하였다.
이러한 연구들의 목적은 포말대(swash zone)의 외해 방면에 설치된 호안 전면부에서의 국부세굴을 연구한 것이다. 본 연구의 목적은 정수면(still water level)에서 육지방향으로의 처오름(run up) 지역에 설치된 호안 전면부의 국부세굴을 연구하는 것이다. 현 시점에서 처오름 지역에 있는 모래 해안의 호안 전면부에서 국부세굴을 예측할 수 있는 마땅한 방법이 없는 현실이다.
(1984)은 호안 전면의 중복파(standing wave)의 영향을 지적하였으며, 호안 전면의 국부 세굴을 두 종류로 분류한 바 있다. 이러한 연구들의 목적은 포말대(swash zone)의 외해 방면에 설치된 호안 전면부에서의 국부세굴을 연구한 것이다. 본 연구의 목적은 정수면(still water level)에서 육지방향으로의 처오름(run up) 지역에 설치된 호안 전면부의 국부세굴을 연구하는 것이다.
가설 설정
쇄파 발생 이전 지역과 쇄파전이 지역에서, 해안종단방향의 순 표사이동량은 감쇠계수의 변화에 따라 지수적으로 감소하는 것으로 가정하였고, 포말대에서의 q 값은 처오름 한계에 이르기까지 선형적으로 감소되는 함수로 다음과 같이 표현하였다:
쇄파지역에서 해안 종단 방향으로 시간당 표사 이동량(q)은 식 (1)에서 임의의 형태의 해빈에서 단위 물 부피당 파랑 에너지감쇠(D)와 평형상태의 해빈에서의 파랑에너지 감쇠(Deq)의 차이에 비례하는 것으로 가정하였다.
제안 방법
원형 SBEACH 모델에서의 Z R 값을 감소시키고, 호안 기초에서의 경계조건을 더하였으며, 파랑변 형은 Mase et al.(1999)에 의한 에너지 평형 방정식을 사용 함으로써 모델을 수정하여 계산에 이용하였다.
Table 1에 나타낸 바와 같이 다섯 가지 케이스에 대하여 침식형 해빈 변형을 유발하기 위해 두 종류의 파랑 조건 하에서 실험을 실시하였다. 한 케이스는 수조의 수평한 해저면에서의 입사파고(Hi) 10 cm, 주기(T) 1.
사빈 해안의 처오름 지역에 건설되는 호안전면의 국부세굴을 호안 설치 깊이와 관련하여 SBEACH에 기초한 수치계산과 2차원 단면 수리모형 실험을 통하여 검토하였다. 침식형 파랑의 입사시 호안 기초에서의 국부세굴 깊이는 수정 SBEACH 모델을 이용하여 호안 위치에 따른 적절한 경계조건을 적용함으로써 산정할 수 있다.
, 1999)을 이용한 수치 모의와 수리 모형실험을 통하여 살펴보았다. 수리모형 실험 조건과 규칙파와 불규칙파에 의한 지형변화를 통해 표사이동의 결과를 기술하고, 수정 SBEACH를 통한 예측 방법을 소개한 후, 이를 통한 예측 결과를 수리 모형실험 결과와 비교하여 고찰하였다.
, (1985)). 이 모델을 근거로 본 연구의 규칙파 실험에서의 파랑 변형을 계산하였다. 불규칙파 실험 케이스에서는, 임의의 주파수 스펙트럼에 대한 파랑 변형을 모의하기 위해 에너지 평형방정식(energy balance equation, Mase et al.
해저면 지형(bottom profile)은 해빈의 중심선을 따라 각 케이스에서 조파 후 30분, 60분이 지난 시점에서 측정하였으며, 파고는 쇄파지역 내측과 외측의 네 지점에서 계측하였다.
호안 주변의 해안 변형에 대한 SBEACH의 적용가능성을 조사하기 위하여 명지대학교에서 2차원 수리모형실험을 수행하였다. 조파 수조는 길이 40 m, 폭 0.
호안의 위치가, Zr의 위치에 가까운 곳에 해당하는 Xr이 40 m에 해당하는 지역에 설치하고, 규칙파를 60분간 조파한 결과에서는 수정 SBEACH를 이용한 호안 전면의 국부세굴이 실험결과와 비교하여 과대하게 예측되었다. 이는 포말대 끝부분으로 갈수록 파랑의 2차원 운동 뿐 아니라 3차원 운동이 실험에서 존재하는 영향으로 보여진다.
대상 데이터
호안 주변의 해안 변형에 대한 SBEACH의 적용가능성을 조사하기 위하여 명지대학교에서 2차원 수리모형실험을 수행하였다. 조파 수조는 길이 40 m, 폭 0.7 m, 깊이 1.2 m의 피스톤 형태의 조파기가 설치되어 있다. 1/10 기울기의 이동상 해안 모형이 수로의 끝에 설치되었고, 모래의 평균 입자 크기는 0.
Table 1에 나타낸 바와 같이 다섯 가지 케이스에 대하여 침식형 해빈 변형을 유발하기 위해 두 종류의 파랑 조건 하에서 실험을 실시하였다. 한 케이스는 수조의 수평한 해저면에서의 입사파고(Hi) 10 cm, 주기(T) 1.0 초의 규칙파, 나머지는 불규칙파를 이용하여 실험이 진행되었다. 불규칙파의 유의파고와 유의주기는 규칙파의 파고, 주기와 동일하였으며, 이에 해당 하는 심해 파고로 환산하면 약 8 cm이다.
이론/모형
, 1999)에 근거를 두고 계산하였다. 본 실험에서 목표 스펙트럼은 Bretschneider-Mutsuyasu 스펙트럼을 사용하였다.
이 모델을 근거로 본 연구의 규칙파 실험에서의 파랑 변형을 계산하였다. 불규칙파 실험 케이스에서는, 임의의 주파수 스펙트럼에 대한 파랑 변형을 모의하기 위해 에너지 평형방정식(energy balance equation, Mase et al., 1999)에 근거를 두고 계산하였다. 본 실험에서 목표 스펙트럼은 Bretschneider-Mutsuyasu 스펙트럼을 사용하였다.
SBEACH 모델은 원래 침식 형태에 의한 2-D 지형변화를 예측하기 위한 프로그램이었다. 이 모델에서, 심해에서 포말대(swash zone)까지의 파랑변형은 Dally의 모델에 의해 예측되며, 해빈 종단면 방향의 표사 이동의 시간당 변화율은 Fig. 9와 같은 형태가 서로 다른 네 개의 구역에서 개발된 관계식을 이용하여 산정하였다.
사빈 해안의 처오름 지역에 건설되는 호안전면의 국부세굴을 호안 설치 깊이와 관련하여 SBEACH에 기초한 수치계산과 2차원 단면 수리모형 실험을 통하여 검토하였다. 침식형 파랑의 입사시 호안 기초에서의 국부세굴 깊이는 수정 SBEACH 모델을 이용하여 호안 위치에 따른 적절한 경계조건을 적용함으로써 산정할 수 있다. 원형 SBEACH 모델에서의 Z R 값을 감소시키고, 호안 기초에서의 경계조건을 더하였으며, 파랑변 형은 Mase et al.
성능/효과
0.5 시간 및 1시간 후에 측정한 해저 지형은 규칙파(Fig. 2)의 경우와 비교할 때 매우 부드러운 것을 발견하였다. 그 이유는 불규칙파의 케이스에서 쇄파점이 상대적으로 넓은 영역에서 변한다는 사실로 설명될 수 있다.
그 결과, 비록 규칙파 실험에서 발생된 x = 200 cm에서 깊은 골은 정확하게 계산하지 못하였으나(Fig. 11), 규칙파 실험에서의 연안 사주 형성 결과가 잘 재현되었다. Fig.
전체적으로, 수정 SBEACH에 의해 계산된 최대 국부세굴 깊이는 관측치보다 작지 않았다. 따라서 호안 설치 깊이는 호안이 안정성을 보장하기 위한 현재의 수치 모델에 의해 계산된 국부세굴 깊이보다 깊게 설계되어야 한다.
즉, 불규칙파 실험에서의 평균 에너지 유동량(flux)이 규칙파 실험에서의 평균에너지 플럭스보다 작았으며, 이는 불규칙파 실험에서 외해방향의 표사 이동량을 적게 하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SBEACH 모델은 원래 무엇을 예측하기 위한 프로그램이었는가?
SBEACH 모델은 원래 침식 형태에 의한 2-D 지형변화를 예측하기 위한 프로그램이었다. 이 모델에서, 심해에서 포말대(swash zone)까지의 파랑변형은 Dally의 모델에 의해 예측되며, 해빈 종단면 방향의 표사 이동의 시간당 변화율은 Fig.
일반적으로 호안은 어디에 건설되는가?
일반적으로 호안은 그 전면의 해안이 초기 설계 지형이 유지된다고 가정하는 설계파와 조석 조건하에서 월파가 심각하지 않은 해안에 건설된다. 최근에 건설된 호안의 위치는 주변 환경을 고려하여 가능한 한 높은 위치로 결정된다.
SBEACH 모델에서 해빈 종단면 방향의 표사 이동의 시간당 변화율을 산정하기 위해 구분되는 서로 다른 네 개의 구역은 각각 무엇인가?
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Larson, M., Kraus, N.C. and Byrnes, M.R. (1999). SBEACH: Numerical Model For Simulating Storm-Induced Beach change, Report 2 Numerical Formulation and Model Tests, Technical Report. CERC-89-9, 116.
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