고조방파제는 폭풍해일이나, 대조시 창조류로부터 내부 해역을 보호하기 위하여 설계된 특수한 형태의 수문 구조물로, 홍수 방지 벽, 방조제 및 다른 구조물로 구성된다. 평상시 고조방파제는 해수 소통을 허용하지만, 폭풍해일이 예상되면 폐쇄된다. 폐쇄시키는 다양한 방법 중 본 연구에서는 이태리 모세프로젝트에 적용한 것과 같은 부유 플랩형 고조방파제를 마산만에 적용할 경우, 폭풍해일 및 파랑이 작용할 때의 고조방파제 거동특성을 3차원 유동해석프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 살펴보았다. 수치해석결과, 고조차 2 m인 상태에서 파고 3 m 조건에서도 고조방파제로서의 기능을 발휘할 수 있는 것으로 평가되었다.
고조방파제는 폭풍해일이나, 대조시 창조류로부터 내부 해역을 보호하기 위하여 설계된 특수한 형태의 수문 구조물로, 홍수 방지 벽, 방조제 및 다른 구조물로 구성된다. 평상시 고조방파제는 해수 소통을 허용하지만, 폭풍해일이 예상되면 폐쇄된다. 폐쇄시키는 다양한 방법 중 본 연구에서는 이태리 모세프로젝트에 적용한 것과 같은 부유 플랩형 고조방파제를 마산만에 적용할 경우, 폭풍해일 및 파랑이 작용할 때의 고조방파제 거동특성을 3차원 유동해석프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 살펴보았다. 수치해석결과, 고조차 2 m인 상태에서 파고 3 m 조건에서도 고조방파제로서의 기능을 발휘할 수 있는 것으로 평가되었다.
A storm surge barrier is a specific type of floodgate, designed to prevent a storm surge or spring tide from flooding the protected area behind the barrier. A surge barrier is almost always part of a larger flood protection system consisting of floodwalls, dikes, and other constructions. Surge barri...
A storm surge barrier is a specific type of floodgate, designed to prevent a storm surge or spring tide from flooding the protected area behind the barrier. A surge barrier is almost always part of a larger flood protection system consisting of floodwalls, dikes, and other constructions. Surge barriers allow water to pass under normal circumstances but, when a (storm) surge is expected, the barrier can be closed. Among the various means of closing, buoyant flap typed storm surge barrier which was indicated by MOSE project in Italy is chosen for Masan bay protection, and the motion of the surge barrier under the action of storm surge and wave is examined using FLOW-3D, a computational fluid dynamics software analyzing various physical flow processes. Numerical result shows that storm surge barrier is successfully operated under wave height 3 m, and tidal range 2 m.
A storm surge barrier is a specific type of floodgate, designed to prevent a storm surge or spring tide from flooding the protected area behind the barrier. A surge barrier is almost always part of a larger flood protection system consisting of floodwalls, dikes, and other constructions. Surge barriers allow water to pass under normal circumstances but, when a (storm) surge is expected, the barrier can be closed. Among the various means of closing, buoyant flap typed storm surge barrier which was indicated by MOSE project in Italy is chosen for Masan bay protection, and the motion of the surge barrier under the action of storm surge and wave is examined using FLOW-3D, a computational fluid dynamics software analyzing various physical flow processes. Numerical result shows that storm surge barrier is successfully operated under wave height 3 m, and tidal range 2 m.
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문제 정의
고조방파제는 만입구 또는 방파제 사이에 설치하여 고조 발생 시 항내와 외해를 차단함으로써 외해로부터 침입하는 쓰나미, 폭풍해일 등을 포함한 장주기 파랑을 차단함을 목적으로 한다. 고조방파제는 부유식, 고정식 등 다양한 형태가 있다.
고조방파제의 수리학적인 기능에 대한 타당성 평가시 만내의 조위가 고조에 의하여 일정한 조위이하로 저하되도록 방파제가 역할을 수행하는 지 여부를 평가한다. Fig.
제안 방법
0 m 일 경우, 3) Case 3: 방파제의 설치 위치를 검토하여 결정한 설계조건인 고조차 2.0 m, 입사파고 3 m, 주기 15 s인 경우, 4) Case 4: 입사파고 3 m, 주기가 5가지(8, 10, 15, 20, 30 s)인 경우 총 4종류에 대한 고조방파제의 회전응답으로 구분하여 실험을 실시하였다. 이상과 같은 결과를 정리하면 Table 1과 같다.
고조방파제의 거동 특성을 파악하기 위해 수심은 21.967 m 로 하여 외해와 내해의 고조차는 0.1 m/s 속도로 상승하여 2m인 상태에서 수치 모의를 실시하였다. 고조차가 없는 경우는 내·외해의 경계조건을 Outflow 조건을 부여하였으며, 고조차가 2m인 경우는 외해 경계조건으로 특정 압력 값을 부여 하여 정적평형상태를 재현하였다.
마산만을 대상으로 고조방파제가 설치되었을 때 고조방파제의 거동을 파악하기 위해 3차원 전산유체역학 코드인 FLOW-3D를 이용하여 수치모의를 실시하였다. 내해 및 외해 수위차 2 m, 외해 입사파고 3 m, 주기가 15 s 일 경우(마산만 설계조건) 부유플랩형 고조방파제는 해저면에서 반시계방향으로 회전각이 37.
본 연구에서는 부유 플랩형 고조방파제를 마산만에 적용할 경우를 대상으로 고조차 및 파랑이 작용할 때의 고조방파제 거동특성을 3차원 유동해석프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 방파제의 회전각도 및 내측 수위변화를 해석하였다. Oh et al.
부유플랩형고조방파제의 성능을 평가하기위하여 마산만 입구지형을 대상으로 수치모의를 실시하였다. 수치모형 실험 경우는1) Case 1: 고조차가 없는 경우, 2) Case 2: 고조차가 2.
입사파고 3 m, 수위차 2m이고, 주기를 8, 10, 15, 20 s로 주기를 변화시켰을 때의 고조방파제의 회전각의 주기를 FFT(Fast Fourier Transform)로 분석하였다. 고조방파제의 회전각은 입사파의 주기에 대응하여 응답을 보였으며, 입사파의 주기가 8, 10, 15, 20 s일 경우 각각 회전각 주기가 7.
대상 데이터
고조 시뮬레이션의 수리모델에는 평면 2차원모델, 준3차원 모델, 3차원모델이 있다. 고조 등과 같이 해면에 작용하는 전단응력에 의해 발생하는 흐름은 연직방향으로 분포하기 때문에 3차원모델로서 취급하는 것이 바람직하다.
대상 해역인 마산만은 기상조건과 지형 등이 항만 건설에 적합하여, 마산항은 고려시대 이후 우리나라 중요 천연항만의 하나이다. 1800년대 말까지 근대적인 항만시설을 갖추지 못하다가, 1900년대 초 일본인에 의하여 근대화 항만시설의 건설과정에서 마산만의 매립이 시작되었으며, 해방 후 1978년 마산자유무역지역과 제3부두의 완공을 시작으로 꾸준히 매립 사업이 진행되어 오늘날의 변화된 해안선을 갖게 되었다.
이론/모형
부유하면서 능동적으로 고조에 대응할 수 있는 부유 플랩형 고조방파제의 동수역학적 특성을 파악하기 위하여 3차원 상용 전산유체역학 코드인 FLOW-3D를 사용하였다. FLOW3D의 해석방법은 기본적으로 비정상 유동 상태이며, 연속방 정식, 3차원 운동량 보존(Navier-Stokes) 방정식 및 에너지 방정식을 유체 및 열유동 해석 그리고 유체로부터 열전달에 의한 고체 내의 온도는 열전도에 의한 에너지 교환을 에너지 방정식 생성항(Source Term)으로 사용하여 해석하고 있다.
성능/효과
12에 도시하였다. 고조방파제는 부력에 의해 시간에 따라 부상하며 100 s 이후 회전각의 평균은 37.63o로 고조방파제로서 기능을 발휘할 수 있는 것으로 평가되었다(Fig. 13 참조).
후속연구
향후, 파랑의 반사 및 전달 특성의 정량적인 분석과 추가적인 수치 및 수리실험이 수행된다면 고조방파제의 성능향상과 경제적이고 안정적인 설계를 할 수 있을 것으로 예상 된다. 또한 고조방파제의 구조적인 특성 분석과 고조발생에 대한 사전 경보시스템의 개발이 병행된다면 고조방파제 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
또, 부력변화가 크게 발생할 수 있는 단면을 갖도록 설계하면 동적응답을 감소시킬 수 있으며, 파랑 차단성능도 제고할 수 있다. 추가적으로 월파 미 발생 한계 조건 및 월파 발생시 구조물 주변 동수역학적 특성, 구조물 기초부에 작용하는 수평 및 연직 변동하중에 관한 검토가 필요하다.
향후, 파랑의 반사 및 전달 특성의 정량적인 분석과 추가적인 수치 및 수리실험이 수행된다면 고조방파제의 성능향상과 경제적이고 안정적인 설계를 할 수 있을 것으로 예상 된다. 또한 고조방파제의 구조적인 특성 분석과 고조발생에 대한 사전 경보시스템의 개발이 병행된다면 고조방파제 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고조방파제의 형식 중 중부유 플랩형은 어떤 장점이 있는가?
고조방파제는 부유식, 고정식 등 다양한 형태가 있다. 이 중부유 플랩형은 평상시에는 해저면에 가라 앉혀 두었다가 고조가 발생하면 공기압을 이용하여 부상시켜 만 또는 항을 외해로부터 차단할 수 있도록 고안되었다. 이러한 형식은 기둥과 같은 지지 구조물이 불필요하고, 선박 항행에 유리하며, 방파제를 개폐하는 작업이 단순한 장점이 있다.
고조방파제란 무엇인가?
고조방파제는 폭풍해일이나, 대조시 창조류로부터 내부 해역을 보호하기 위하여 설계된 특수한 형태의 수문 구조물로, 홍수 방지 벽, 방조제 및 다른 구조물로 구성된다. 평상시 고조방파제는 해수 소통을 허용하지만, 폭풍해일이 예상되면 폐쇄된다.
고조방파제의 설치 목적은?
고조방파제는만입구또는방파제사이에설치하여고조발생시항내와외해를차단함으로써외해로부터침입하는쓰나미, 폭풍해일 등을 포함한 장주기 파랑을 차단함을 목적으로 한다. 고조방파제는 부유식, 고정식 등 다양한 형태가 있다.
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