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문제 정의
- 본 연구에서는 이와 같은 너울성 고파랑의 내습에 의해 발생되는 해빈변형을 재현하고 후빈에 미치는 영향을 확인하기 위해 이동상 수리모형실험을 수행하였다. 아울러 CSHORE 모형을 이용한 수치모형실험을 통해 이동상 수리모형실험결과의 비교 연구를 실사하고 평상파랑과 너울성고파랑의 내습에 의한 전빈 및 후빈의 침식 특성을 고찰하였다.
- 그러나 후빈배후까지 미치는 침식현상은 쉽게 볼 수 없었으며 그에 대한 연구사례도 많지 않은 것이 사실이다. 본 연구에서는 최근 한국의 동해안에 자주 내습하는 너울성 고파랑에 의한 후빈배후침식에 대해 수리모형실험과 수치모형 실험을 각각 수행하여 그 발생기구에 대해 검토해 보았다. 너울성 고파랑을 포함한 다양한 파랑을 조파 한 이후 이에 따라 발생되는 해빈지형변동 즉, 해빈경사, 전빈유실 및 쳐오름에 의한 파랑의 도달거리 등의 수리적 특성치는 수리모형실 험과 CSHORE모델을 사용한 수치모형실험 모두 유사한 경향을 나타내 주었다.
제안 방법
- 012 mm의 표준사를 사용하였다. 0.5 hr, 1 hr, 2 hr, 5 hr, 10 hr 동안 조파를 실시한 후 초음파식 사면 측정장치를 이용, 초기지형 및 시간간격에 따른 단면변화를 측정하였다.
- 2차원 수리모형실험은 실제 침식현상이 나타나고 있는 동해안의 G해안 중 가장 침식발생이 큰 지역의 해빈단면을 기준으로 1/50의 축척을 적용하여 대상지역을 재현하였다. 실험 파랑산정은 2006년부터 수행된 파랑조사결과를 분석하여 평상파랑, 침식성 파랑, 최근 발생빈도가 높아지고 있는 장주 기의 고파랑인 너울성 고파랑으로 분류하여 각각의 파랑에 대한 파고, 주기를 선정하여 실험을 진행하였다.
- 수리모형실험은 불규칙파랑이 재현 가능한 2차원 단면 조파 수조를 사용하여 실시하였다. 수조는 길이 30 m, 폭 1.
- 수치모형실험은 수리모형실험과 동일한 파랑조건을 적용, 각각의 시간동안 발생하는 단면의 변화를 계측하였다. 결과는 Figs.
- 6~8에서 보여주듯이 H1/3 = 2 m, T1/3 = 6 sec, H1/3 = 3 m, T1/3 = 10 sec와 H1/3 = 5 m, T1/3 = 12 sec에 대해서 도시하였다. 수치모형실험은 하나의 고정된 초기단면을 기준으로 0.5 hr, 1 hr, 2 hr, 5 hr와 10 hr의 시간간격으로 계측되었다.
- 2차원 수리모형실험은 실제 침식현상이 나타나고 있는 동해안의 G해안 중 가장 침식발생이 큰 지역의 해빈단면을 기준으로 1/50의 축척을 적용하여 대상지역을 재현하였다. 실험 파랑산정은 2006년부터 수행된 파랑조사결과를 분석하여 평상파랑, 침식성 파랑, 최근 발생빈도가 높아지고 있는 장주 기의 고파랑인 너울성 고파랑으로 분류하여 각각의 파랑에 대한 파고, 주기를 선정하여 실험을 진행하였다. 지형은 1/20의 경사로 표현하였으며, 평균입자 0.
- 실험파는 총 11개의 실험안 대해 Dean의 식(1)과 Horikawa &Sunamura의 실험식(2)를 이용하여 대상해역에 내습하는 파랑에 대한 침식과 퇴적의 경향성을 사전에 검토하여 작성하였다.
- 본 연구에서는 이와 같은 너울성 고파랑의 내습에 의해 발생되는 해빈변형을 재현하고 후빈에 미치는 영향을 확인하기 위해 이동상 수리모형실험을 수행하였다. 아울러 CSHORE 모형을 이용한 수치모형실험을 통해 이동상 수리모형실험결과의 비교 연구를 실사하고 평상파랑과 너울성고파랑의 내습에 의한 전빈 및 후빈의 침식 특성을 고찰하였다.
대상 데이터
- 수리모형실험은 불규칙파랑이 재현 가능한 2차원 단면 조파 수조를 사용하여 실시하였다. 수조는 길이 30 m, 폭 1.0 m, 높이 1.8 m이며(Fig.1참조), 수조의 양측면은 강화유리로 되어있어 실험관찰이 용이 하도록 되어있다. 실험에 사용한 조파기는 피스톤 식으로서 스펙트럼 함수에 의한 불규칙 파와 각각의 성분파에 대해 임의의 스펙트럼 값을 입력하여 조파할 수 있다.
이론/모형
- 2차원 단면 해빈변형을 재현하는 수치모형으로는 SBEACH와 CSHORE 모형이 대표적이지만 본 연구에서는 각각의 지형이 갖고 있는 다양한 특성에 대해 적용이 뛰어난 CSHORE 모형을 이용하였다(천·안, 2008; Linh et al., 2009).
- 1참조), 수조의 양측면은 강화유리로 되어있어 실험관찰이 용이 하도록 되어있다. 실험에 사용한 조파기는 피스톤 식으로서 스펙트럼 함수에 의한 불규칙 파와 각각의 성분파에 대해 임의의 스펙트럼 값을 입력하여 조파할 수 있다. 반사파 흡수식 조파장치와 더불어 조파 장치 후면과 구조물 후면 수로 끝단에는 다양한 소파재 및 흡수필터로 구성된 소파시설을 설치하여 반사파 발생을 최소화 하였다.
성능/효과
- = 6 sec(Case03)에 해당하는 파랑은 우리가 흔히 볼 수 있는 파랑이지만 이런 종류의 파랑이 내습하면 주로 해안선 부근에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. Fig. 2에서도 볼 수 있듯이 해안선 근방에서 침식이 발생되며 침식된 토사는 연안사주를 형성시키는 것을 확인할 수 있었다.
- H1/3 = 2 m, T1/3 = 6 sec일 때 수치모형실험결과에서는 해안선 일부구간에서만 소규모 지형변동이 발생되었고 수리모형 실험의 결과에서는 해안선을 중심으로 전빈구간의 침식이 발생됨을 알 수 있었다.
- H1/3 = 3 m, T1/3 = 10 sec(Case 07)의 파랑은 침식성 파랑으로서 해안에 내습하여 전빈을 위주로 대규모 침식이 발생하고 상대적으로 대규모 연안 사주가 형성되는 것을 알 수 있었다. 이 파랑의 특징은 파고가 높고 주기가 길어 비교적 큰 에너지가 해안에 전파되고 이러한 파랑이 해변과 부딪쳤을 경우 사빈을 탈락시킬 뿐만 아니라 시간의 경과와 함께 그 침식범위가 계속적으로 확산되어 전빈(Foreshore) 뿐만 아니라 외빈(Nearshore)에까지 영향을 미치는 것이 확인되었다.
- H1/3 = 5 m, T1/3 = 12 sec(Case 11)의 고파랑이 내습할 경우 이 파랑은 비교적 규모가 큰 파랑으로서 육지에 내습할 경우 쳐오름 현상이 발생하여 전빈뿐만 아니라 후빈까지 침식이 유발됨을 확인 할 수 있었다.
- 더욱이 내습시간이 증가할수록 침식의 정도는 더욱 커졌으며 후빈 및 그 배후에 있는 둔덕(Berm)에까지 피해를 주었다. 내습의 빈도가 늘어날수록 상당한 거리의 해안선이 후퇴되었으며, 이러한 너울성 고파랑의 내습으로 인해 쳐오름 높이가 증가되어 후빈침식이 가속화되는 침식 메카니즘을 확인할 수 있었다.
- 특히 전빈과 후빈에서 침식에 의한 변화 양상은 정성적인 일치도가 높게 나타났으며 두 방법은 표사이동에 의한 지형변동을 예측하는데 있어 유용한 도구임을재 확인 할수 있게 해 주었다. 수리 및 수치모형실험을 통해 너울성 고파랑에 의한 해빈의 침식 메카니즘을 분석한 결과 파랑의 내습시간과 쳐오름 높이의 변화가 후빈침식과 깊은 상호관계를 지니고 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 너울성 고파랑의 내습빈도는 지구온난화와 더불어 계속적으로 증가할 것이 예상되므로 너울성고파랑의 파랑에너지를 저감 시킬 수 있는 대책에 대한 연구가 계속적으로 진행되어야 할 것이다.
- 실제로 대상해역인 G해안의 둔덕(Berm) 주변에는 송림이 존재하고, 너울성 고파랑은 송림까지 훼손시키는 것으로 조사되었다. 수리모형실험결과로부터 후빈의 둔덕까지 침식이 발생하고 실제 지형과 매우 유사한 현상이 재현됨을 확인할 수 있었다.
- 실험을 실시한 결과 Fig. 2에서부터 Fig. 4에 나타나는 바와 같이 각각의 파고 주기에 따른 입사파의 조건에 따라 해빈의 침·퇴적 정도가 다양하게 나타났다.
- = 10 sec(Case 07)의 파랑은 침식성 파랑으로서 해안에 내습하여 전빈을 위주로 대규모 침식이 발생하고 상대적으로 대규모 연안 사주가 형성되는 것을 알 수 있었다. 이 파랑의 특징은 파고가 높고 주기가 길어 비교적 큰 에너지가 해안에 전파되고 이러한 파랑이 해변과 부딪쳤을 경우 사빈을 탈락시킬 뿐만 아니라 시간의 경과와 함께 그 침식범위가 계속적으로 확산되어 전빈(Foreshore) 뿐만 아니라 외빈(Nearshore)에까지 영향을 미치는 것이 확인되었다. 이로 인해 전빈과 외빈 전면에는 많은 양의 침식이 유발되고, 외빈 바깥쪽에 대규모의 연안사주(Longshore bar)가 형성되는 것이 확인되었다.
- 이와 같은 너울성 고파랑에 의한 후빈 배후면의 침식현상은 시간경과에 따라 더욱 악화되었으며 고파랑의 쳐오름에 의한 도달거리도 계속적으로 증가하는 것이 계측되었다.
- 너울성 고파랑을 포함한 다양한 파랑을 조파 한 이후 이에 따라 발생되는 해빈지형변동 즉, 해빈경사, 전빈유실 및 쳐오름에 의한 파랑의 도달거리 등의 수리적 특성치는 수리모형실 험과 CSHORE모델을 사용한 수치모형실험 모두 유사한 경향을 나타내 주었다. 특히 전빈과 후빈에서 침식에 의한 변화 양상은 정성적인 일치도가 높게 나타났으며 두 방법은 표사이동에 의한 지형변동을 예측하는데 있어 유용한 도구임을재 확인 할수 있게 해 주었다. 수리 및 수치모형실험을 통해 너울성 고파랑에 의한 해빈의 침식 메카니즘을 분석한 결과 파랑의 내습시간과 쳐오름 높이의 변화가 후빈침식과 깊은 상호관계를 지니고 있다는 것을 확인 할 수 있었다.
- = 10 sec의 파랑의 경우 고파랑에 의한 높은 쳐오름으로 인해 많은 부분의 지형이 침식되었다. 특히, 해수면 위의 육지 지역은 파랑의 내습시간이 증가할수록 침식이 더욱 커졌으며 10시간 조파후의 해변은 많은 모래가 유실된 가파른 단면의 형상을 나타내었다. 이러한 종류의 파랑은 해수면으로부터 많은 범위에 영향을 주어 상당한 침식을 유발시키는 것으로 나타났다.
- 파랑내습 10시간 후의 수리 및 수치모형실험 결과 전빈과 후빈의 침식경향 정도는 높았으나, 외빈 바깥쪽 연안사주의 양상은 다소 차이가 있었다.
후속연구
- 수리 및 수치모형실험을 통해 너울성 고파랑에 의한 해빈의 침식 메카니즘을 분석한 결과 파랑의 내습시간과 쳐오름 높이의 변화가 후빈침식과 깊은 상호관계를 지니고 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 너울성 고파랑의 내습빈도는 지구온난화와 더불어 계속적으로 증가할 것이 예상되므로 너울성고파랑의 파랑에너지를 저감 시킬 수 있는 대책에 대한 연구가 계속적으로 진행되어야 할 것이다.
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