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문제 정의
- 다양한 입사파랑 조건을 대상으로 수리실험을 수행하여 호안블록의 소요 중량을 산정할 수 있는 산정식의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 소요중량 산정식의 개발과 더불어 수리특성의 검토하고, 특히 반사계수는 블록의 성능을 검증할 수 있는 주요 설계인자로서 반사계수를 검토하여 수리특성을 제공 하고자 한다. 그러므로 이 분야의 연구에 유용한 정보를 제공할 것으로 판단되며, 앞으로 더욱더 기술적으로 진보된 연구의 활성화에도 기여할 수 있을 것이다.
가설 설정
- 단면수리실험에서는 실험축척 1/25를 가정하여 실제 해역에서 유의주기(Ts) Ts=8～15s 범위, 유의파고(Hs) Hs=1.25～5.00m 범위 조건을 가정하여 실험을 실시하였다. [Table 4]와 같이 실험에 적용된 수심은 구조물 설치위치에서 0.
제안 방법
- (5) 월파에 대한 저감 및 부재안정성 향상을 위하여 직각의 형상을 원형, 반파공 형상으로 변경할 것을 제안하였다. 또한 블록 거치시 안정중량 확보 강화를 위하여 하단부 폭을 넓혀 지지력을 향상시키고, 바닥과의 마찰을 증대시켜 안정성을 확보할 수 있도록 제안 하였다.
- 국내에 시공된 친수호안블록 적용사례에 대한 현장 조사와 설계 및 시공 자료에 대한 문헌 조사를 통하여 개발 블록의 중복성, 문제점 및 개선 사항에 대하여 확인과 수리실험을 통한 모형블록 제작, 안정성 및 수리특성의 개선 등에 대하여 실시하였다.
- 이러한 단점을 보완하기 구조물에 필요한 소요중량을 초과하는 대형블록이 현장에 설치되고 있으며 그로 인하여 경제성이 떨어질 수 있다. 그러므로 연안재해 저감을 위한 친수호안 블록을 개발하고 다양한 입사파랑 조건으로 수리특성 분석 및 안전성을 검증 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 단면수리실험 시설 및 계측 장비를 활용한 기술지원을 실시하였다. [Fig.
- (5) 월파에 대한 저감 및 부재안정성 향상을 위하여 직각의 형상을 원형, 반파공 형상으로 변경할 것을 제안하였다. 또한 블록 거치시 안정중량 확보 강화를 위하여 하단부 폭을 넓혀 지지력을 향상시키고, 바닥과의 마찰을 증대시켜 안정성을 확보할 수 있도록 제안 하였다.
- 안정성 실험은 총 6회에 걸쳐 반복실험이 진행되었다. 반복실험을 통하여 평균적인 피해발생 안정파고를 산출하였다. 피복재의 안정중량 산정을 위하여 우리나라의 항만 및 어항 설계기준에서는 Hudson식을 사용하고 있다.
- 국내 항만 및 어항 설계기준에서도 적용하고 있는 Hudson식을 적용하기 위해서는 Kd값을 제시해야 한다. 본 연구을 통하여 해당블록의 Kd값을 제시할 수 있었으며, 수리특성 계수(반사계수)를 산정하여 구조물 설계시 적용할 수 있도록 하였다.
- 4m로 분할하였다. 분할된 수로에서 실험모형은 폭 0.8m의 수로에 설치하여 제반 자료의 취득 및 안정성 등을 검토하고, 폭 0.4m의 수로에서는 입사파의 설정 및 보정을 수행하였다. 단면수로는 주기와 파고를 연속적으로 변화시킬 수 있게 설치되어 있으며, 전면 30m 구간을 강화유리로 처리하여 실험장면 관찰이 용이하도록 되어있다.
- 5m, 길이 50m의 수로에서 수행되었으며, 단면수로에는 전기 서보피스톤식 조파기가 설치되어 있고, 규칙파 및 불규칙파를 조파할 수 있다. 수로내에서 구조물 설치로 인한 반사와 조파판에서 발생하는 재반사를 효과적으로 제어하기 위해 수로 폭 1.2m를 폭 0.8m와 폭 0.4m로 분할하였다. 분할된 수로에서 실험모형은 폭 0.
- 안정성 검토를 위하여 실험모형은 피복석 위에 설치한 조건, tripod위에 설치한 조건으로 적용하였다. 이는 블록하단의 피복재(under layer)를 달리함으로써 공극에 따른 영향을 검토하기 위함이다.
- 안정성 실험은 총 6회에 걸쳐 반복실험이 진행되었다. 반복실험을 통하여 평균적인 피해발생 안정파고를 산출하였다.
- 파형경사는 입사파 파장(λ)에 대한 파고(Hs)의 비(S=Hs/λ)로서 주기와 파고에 대한 무차원수이다. 원형상 입사파고 Hs=1.25 ～5.00 m 범위, 입사파 주기 Ts=8, 9, 11, 15 s조건의 파랑 내습시 반사계수를 계측하였다. 실험결과에 의하면 피복석 위에 거치된 조건의 반사계수가 tripod 위에 거치된 경우에 비하여 반사계수가 작게 계측되었다.
- 호안블록 형상은 [Fig. 3]과 같이 제작하고 수리모형 실험에 사용된 블록은 파고에 유실되지 않는 직경 및 중량을 계산하여 결정하였다. 축척은 1/25를 적용할 경우 블록의 중량은 모형상 평균 175g이 계측되었으며, 이를 원형으로 환산시 2.
대상 데이터
- 조파판 전면에 용량식 파고계가 부착되어 있어 파고계에서 취득된 자료를 바탕으로 반사파 흡수식 제어가 가능하고, 수로 양쪽 끝 부분에는 여러 겹의 다공성 구조로 형성된 소파 장치가 설치되어 있다. 단면 수리실험에 사용된 조파기는 스펙트럼 함수에 의한 불규칙파와 각각의 성분파에 대해 임의의 스펙트럼 값을 입력하여 조파할 수 있으며, 파고계, 파압계 및 유속계 등을 연결하여 동시에 32채널의 데이터를 얻을 수 있다. 수로내에 제체를 설치할 경우, 월파 및 투과파 등에 의해 제체 전․후 수면의 차이가 순간적으로 발생할 수 있으며, 이러한 수위차이는 수로 양 끝단으로 연결된 파이프와 폭 0.
- 74ton에 해당한다. 실험모형은 호안블록의 기본경사인 1:2를 대상으로 [Fig. 4]와 같이 피복석 위에 설치하였다. 실험모형의 설치에 있어 월파로 인한 파랑에너지 저감이 발생하지 않도록 구조물의 마루높이는 0.
- 0m)이다. 실험파는 Bretschneider Mit -suyasu 스펙트럼을 적용한 불규칙파로 설정하였다[13,14]. 수리 특성 분석 주요인자인 반사계수는 Goda와 Suzuki(1976) 가 제시한 2점법을 적용하였다[15].
- 충청남도 서천군 선도리 해역을 방문하여 국내 설치된 친수호안 블록의 현장거치 사례를 조사하였다.
이론/모형
- 실험파는 Bretschneider Mit -suyasu 스펙트럼을 적용한 불규칙파로 설정하였다[13,14]. 수리 특성 분석 주요인자인 반사계수는 Goda와 Suzuki(1976) 가 제시한 2점법을 적용하였다[15]. Goda와 Suzuki(1976) 의 입․반사 분리기법은 주어진 거리 내에서 중복파의 각 성분파 위상차가 일정하다는 점에서 동시파형을 이용하여 성분파 에너지 사이의 비를 산출하는 방법이다.
- 반복실험을 통하여 평균적인 피해발생 안정파고를 산출하였다. 피복재의 안정중량 산정을 위하여 우리나라의 항만 및 어항 설계기준에서는 Hudson식을 사용하고 있다. Hudson식은 입사파고, 사면경사, 물의 특성값, 피복재 중량, 안정계수(Kd)로 구성된 식으로서 아래와 같이 정의 된다.
성능/효과
- (1) 실험결과에 의하면 피복석 위에 거치된 조건의 반사계수가 tripod 위에 거치된 경우에 비하여 반사계수가 작게 계측되었고 이는 호안블록 하부 중간 피복재로서 tripod를 설치할 경우 공극이 작기 때문에 반사계수가 큰 것으로 볼 수 있다.
- (2) 입사파 조건에 대한 반사계수를 살펴보면, 위에서 언급하였듯이 입사파의 주기가 클수록 반사계수는 큰 것을 알 수 있으며, 파형경사가 증가할수록 반사계수는 감소하는 경향이 있는 것으로 나타 났다.
- (3) 중간피복재로 피복석을 적용하여 호안블록을 거치할 경우 이에 대한 반사계수는 주기15초 조건을 제외하면 약 KR=0.38 ～ 0.53 범위로 계측되었다.
- (4) 호안블록의 모형상 중량은 175g에 해당하며, 블록의 안정중량 확보파고는 Hs=3.1 m로 관찰되었고 이에 대한 안정계수는 Kd=6.7에 해당한다.
- 1(a)]～[Fig. 1(c)]3종류의 호안블록이 설치되어 있으며, 다양한 중량의 블록이 설치되어 있는 것으로 조사되었다. [Fig.
- 국내 호안블록의 시공사례를 조사한 결과, 하천에 적용되는 다양한 블록에 비하여 해안에 적용하는 블록은 다양성이 매우 낮은 것으로 조사되었다. 해안에 적용되고 있는 호안블록들은 해양 여가활동의 확대 및 해안 접근성 개선을 위한 계단식 블록들이 대부분이며, 호안의 사면경사는 1:1.
- 본 연구는 일반적으로 국내에 적용되고 있는 친수호안 블록들은 접근성은 우수하나 상대적으로 파랑에 대한 소파기능이 미흡한 특징을 보이고 있으며, 상대적으로 파랑이 우세한 해역에서는 소파효과가 미흡하여 안정성이 떨어질 수 있다. 이러한 단점을 보완하기 구조물에 필요한 소요중량을 초과하는 대형블록이 현장에 설치되고 있으며 그로 인하여 경제성이 떨어질 수 있다.
- 수로 중앙부의 블록에 대하여 안정성을 검토하였으며, 블록의 이탈은 관찰되지 않았으나 고파랑시 일부 흔들리는 블록들이 관찰되었다. 본 호안블록의 모형상 중량은 175g에 해당하며, 블록의 안정중량 확보파고는 Hs=3.1 m로 관찰되었다. 이에 대한 안정계수는 Kd=6.
- 사진에서 볼 수 있듯이 수로 양측면에 거치된 블록들이 일부 이동하였으나 이는 결과에 반영하지 않았다. 수로 중앙부의 블록에 대하여 안정성을 검토하였으며, 블록의 이탈은 관찰되지 않았으나 고파랑시 일부 흔들리는 블록들이 관찰되었다. 본 호안블록의 모형상 중량은 175g에 해당하며, 블록의 안정중량 확보파고는 Hs=3.
- 00 m 범위, 입사파 주기 Ts=8, 9, 11, 15 s조건의 파랑 내습시 반사계수를 계측하였다. 실험결과에 의하면 피복석 위에 거치된 조건의 반사계수가 tripod 위에 거치된 경우에 비하여 반사계수가 작게 계측되었다. 이는 호안블록 하부 중간피복재로서 tripod를 설치할 경우 공극이 작기 때문에 반사계수가 큰 것으로 볼 수 있다.
- 0 범위 내로 조사되었다. 조사된 블록들을 수리적 특성으로 분류해 보면, 단순한 계단형식블록인 TH블록, SMB블록, 계단블록과 소파효과 및 해안침식 저감 기능을 높이기 위해 블록 내 공극을 준 EB블록, ES블록, 테라스형-CS블록, 다목적 BT소파계단블록, 이공식 호안블록 등이 있다. 국외의 경우, 일본이 다양한 호안블록을 개발하여 적용하고 있으며, 호안블록 들은 대부분 계단식이면서 블록 내 공극을 갖는 친수형소파블록이 가장 많이 적용되고 있다.
후속연구
- (7) 향후 현장 시공단계부터 준공 및 이후 현장 모니터링을 실시하여 구조물의 안정성 및 연안 환경변화 등의 영향을 체계적으로 관리하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 소요중량 산정식의 개발과 더불어 수리특성의 검토하고, 특히 반사계수는 블록의 성능을 검증할 수 있는 주요 설계인자로서 반사계수를 검토하여 수리특성을 제공 하고자 한다. 그러므로 이 분야의 연구에 유용한 정보를 제공할 것으로 판단되며, 앞으로 더욱더 기술적으로 진보된 연구의 활성화에도 기여할 수 있을 것이다.
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