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문제 정의
- 본 연구에서는 실제의 지진해일파가 존재하는 실해역에서 지진 해일 파의 제어에 관한 신형공진장치 I, II-1 및 II-2의 유용성을 확인할 목적으로 타당성이 널리 입증된 COMCOT 모델 (Liu et al., 1998)을 적용하여 동해안의 삼척항에서 신형공진 장치 I과 Ⅱ의 부착여부, 신형공진장치 내에서 길이의 변화에 따른 최대지진해일고의 공간분포와 수위의 시간변화 및 공진 장치의 유용성 등을 논의하였다. 여기서, 적용된 실제의 지진 해일 파는 1993년의 북해도남서외해지진해일이었다.
제안 방법
- Latt and Nakamura(2011a, 2011b)에 의해 개발된 신형공진 장치 I을 동해안 삼착항의 기존방파제에 부착한 경우를 Fig. 5 에 제시하며, 본 계산에서는 신형공진장치 I의 길이를 L=50m, 100m, 150m로 변화시킨다. 다음으로, Latt and Nakamura (2011a, 2011b)에 의해 제시된 또 다른 신형공진장치 II도 동일하게 Fig.
- 15m 정도 약간 감소하는 결과를 나타내지만, 그 차이가 그다지 크지 않다. 다음으로, 신형공진장치 II-2에서 la의 변화에 따른 지진 해일 파의 저감효과를 검토한다. 이의 경우는 Fig.
- 따라서, 본 연구에서는 Latt and Nakamura(2011a, 2011b) 에 의해 개발된 Fig. 1의 신형공진장치 I과 II를 변동 수심 역의 실해역과 실제의 지진해일파동장에 적용하여 지진 해일 파의 제어특성과 그의 유용성 등을 수치적으로 검토한다. 대상의 실해역은 동해안의 삼척항이고, 대상으로 한 실제 지진 해일 파는 1993년에 발생한 북해도남서외해지진해일이다.
- 4는 삼척항의 주변 해역에서 수심 및 지형의 표고를 각각 제시하며, 수심은 (+) 값으로, 표고는 () 값으로 표기되어 있다. 수치계산은 삼척항에서 지진해일파의 영향을 충분히 고려할 수 있도록 지진 발생 시부터 180분 동안 시뮬레이션 되었다.
대상 데이터
- 1의 신형공진장치 I과 II를 변동 수심 역의 실해역과 실제의 지진해일파동장에 적용하여 지진 해일 파의 제어특성과 그의 유용성 등을 수치적으로 검토한다. 대상의 실해역은 동해안의 삼척항이고, 대상으로 한 실제 지진 해일 파는 1993년에 발생한 북해도남서외해지진해일이다. 수치모의에는 전편과 일관성을 유지하기 위하여 COMCOT 모델(Liu et al.
- 7(b)는 항입구부에 신형공진장치 I이 부착된 경우이다. 본 계산에 적용된 신형공진장치 I의 크기는 Fig. 5에 제시된 바와 같이 B=183m, B'=50m, L=50m 이다. 그림을 살펴보면 우측 외곽방파제에 의해 지진 해일 파의 대부분이 차단되어 항내는 지진해일파로부터 직접적인 영향을 받지 않고, 주로 항입구부에서 지진해일파의 반사와 회절로 인하여 항내의 수위변동이 발생된다.
이론/모형
- 대상의 실해역은 동해안의 삼척항이고, 대상으로 한 실제 지진 해일 파는 1993년에 발생한 북해도남서외해지진해일이다. 수치모의에는 전편과 일관성을 유지하기 위하여 COMCOT 모델(Liu et al., 1998)을 적용하며, 이로부터 신형공진 장치의 부착 유무 및 그의 크기와 설치위치에 따른 지진해일고의 저감율을 중심으로 지진해일고의 시·공간분포 등에 관하여 신형공진 장치의 유용성을 검토한다.
성능/효과
- (1) 삼척항에서 기존방파제를 연장한 현상태에 신형공진 장치 I을 부착한 경우 국부적으로 지진해일고를 최대 30% 정도로 저감시킬 수 있다.
- (2) 삼척항에서 신형공진장치 I의 길이를 변화시킨 경우 본 계산의 범위 내에서 국부적으로 지진해일수위를 최대 0.1m~ 0.15m 정도로 저감시킬 수 있으며, 저감율로는 15%~22%이지만, 전반적으로 길이의 변화에 따른 값의 변화가 크지 않다.
- (3) 신형공진장치 II-1에서 lw로 정의되는 길이가 길수록 본 계산 범위 내에서 지진해일고가 줄어들고, 항내 중앙부에서 국부적으로 0.1m~0.15m 정도 작아지지만, 저감율은 크지 않다. 신형공진장치 II-2에서 la로 정의되는 길이가 길수록 항의최내측과 중앙부에서 지진해일고가 미소하게 감소되지만, 역시 저감율은 작다.
- (4) 신형공진장치 II-1 및 II-2에서 지진해일고의 최대저감율을 나타낸 각 길이에 대한 경우와 삼척항에서 현상태의 경우를 비교하면 국부적으로 현상태의 경우보다 최대 0.36m 정도로 수위가 저감되고, 이는 40% 정도의 저감율을 나타낸다. 따라서, 신형공진장치 I의 경우보다는 신형공진장치 II-1과 II-2가 국부적으로 지진해일파의 제어에 보다 효과적인 것으로 나타나지만, 전반적인 수위의 저감효과, 현장조건 및 경제적인 부분을 충분히 감안할 필요가 있다.
- (5) 삼척항에 신형공진장치 I, II-1 및 II-2를 적용하면 지진 해일 고에 대해 공진장치의 효과를 얻을 수 있지만, 공진 장치에서 길이변화에 따른 효과가 충분히 나타나지 않았다. 이러한 결과는 적용한 공진장치 내에서 충분한 공진현상이 발생되지 않은 것으로 판단된다.
- 그림을 살펴보면 우측 외곽방파제에 의해 지진 해일 파의 대부분이 차단되어 항내는 지진해일파로부터 직접적인 영향을 받지 않고, 주로 항입구부에서 지진해일파의 반사와 회절로 인하여 항내의 수위변동이 발생된다. 검토된 두 경우 모두 우측 외곽방파제 중앙부에서 3.0m 이상의 최고수위가 발생되며, 항내측의 경우는 신형공진장치 I에 의해 최대지진해일 고가 전체적으로 0.2~0.3m 정도 저감되는 것을 볼 수 있다.
- , 1998)에 의한 수치해석으로부터 검토하였다. 결과에 따르면 묵호항에서는 최대 40%~50% 정도, 임원항에서는 최대 21% 정도의 저감율을 각각 나타내었고, 이로부터 실해 역에서 공진장치의 유용성을 확인할 수 있었다.
- 그림을 살펴보면 국부적으로 미미한 차이는 인정되지만, 전반적으로는 차이가 없는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 길이 la의 변화는 수위저감에 크게 영향을 미치지 않으므로 길이 la의 값을 최소로 하는 것이 합리적이다. 이상으로부터 신형공진장치 II-1과 II-2에서 각각 lw와 la의변화에 따른 지진해일파의 최고수위에 대한 공간분포와 특정 위치에서 시간변동을 고찰하였으며, lw의 변화에 따른 약간의 차이는 나타나지만, 전술한 바와 같이 그 값의 변화는 작다.
- 0m 에서 20%~30% 정도 저감된 결과를 나타낸다. 결과적으로, 본 계산에서는 전술한 신형공진장치 I의 경우(30%의 저감율을 나타냄)보다 신형공진장치 Ⅱ의 경우가 지진해일파의 제어에 보다 효과적이라는 것을 알 수 있다.
- 0m에서 각각 30% 정도 저감된 결과를 나타낸다. 결과적으로, 삼척항에서 현상태의 경우보다 신형공진장치 I을 설치하는 것이 지진해일파의 저감 대책으로 유용하다는 것을 확인할 수 있다.
- 이상으로부터 신형공진장치 II-1과 II-2에서 각각 lw와 la의변화에 따른 지진해일파의 최고수위에 대한 공간분포와 특정 위치에서 시간변동을 고찰하였으며, lw의 변화에 따른 약간의 차이는 나타나지만, 전술한 바와 같이 그 값의 변화는 작다. 또한, la의 변화에 대해서는 거의 차이가 없는 것으로 나타났으며, 전술한 신형공진장치 I의 경우보다 공진형상에 의한 수위의 저감효과가 상대적으로 떨어지는 것으로 판단된다. 이러한 사실로부터 신형공진장치 Ⅱ에 대해 초장주기파동장 하에서 Latt and Nakamura(2011a, 2011b)에 의해 제시된 신형공진 장치 Ⅱ의 적절한 길이 2km 정도와 비교하면 본 연구의 경우가 매우 짧은 길이를 적용하였기 때문에 신형공진장치 II 의 내부에서 공진현상이 충분히 발생되지 않는 것으로 판단된다.
- 먼저, 신형공진장치 II-1에서 lw의 변화에 따른 지진 해일 파의 저감 효과를 살펴보면 lw=100m와 135m에서는 항 내의 최고수위분포에 유의한 차이를 볼 수 없고, lw=170m의 경우는 lw=100m, 135m보다 항내 중앙부에서 0.1m~0.15m 정도 약간 감소하는 결과를 나타내지만, 그 차이가 그다지 크지 않다. 다음으로, 신형공진장치 II-2에서 la의 변화에 따른 지진 해일 파의 저감효과를 검토한다.
- 그림을 살펴보면 신형공진장치 I에서 길이 L의 변화에 따른 유의한 차이는 거의 없는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터 본 계산조건 하에서 신형공진장치 I의 합리적인 길이는 L=50m로 판정되지만, 신형공진장치 I에서 길이변화에 따른 차이가 없다는것은 공진장치 내에서 공진현상이 충분히 발휘되었다고는 볼 수 없다. 실제로, 신형공진장치 I을 초장주기파(검토된 주기가 600s~1, 800s)에 대해 그의 유용성을 검토한 Latt and Nakamura(2011a)에 따르면 리아스식 해안을 따라 세장형으로 발달된 만내에서 길이 L을 2km 정도로 고려하고 있는 점을 감안하면 전체적으로 삼척항에 적용된 신형공진장치 I의 길이가 짧게 적용된 결과로 판단된다.
- 결과적으로, 길이 la의 변화는 수위저감에 크게 영향을 미치지 않으므로 길이 la의 값을 최소로 하는 것이 합리적이다. 이상으로부터 신형공진장치 II-1과 II-2에서 각각 lw와 la의변화에 따른 지진해일파의 최고수위에 대한 공간분포와 특정 위치에서 시간변동을 고찰하였으며, lw의 변화에 따른 약간의 차이는 나타나지만, 전술한 바와 같이 그 값의 변화는 작다. 또한, la의 변화에 대해서는 거의 차이가 없는 것으로 나타났으며, 전술한 신형공진장치 I의 경우보다 공진형상에 의한 수위의 저감효과가 상대적으로 떨어지는 것으로 판단된다.
- 이상의 해석결과로부터 삼척항의 입구부에 본 연구와 같은 신형 공진 장치 II를 설치하였을 때 지진해일고를 저감시킬 수는 있지만, 크기의 차이, 즉 지진해일수위에서 la와 lw의 변화에 따른 유의한 차이가 크게 나타나지 않았다. 이로부터 동해안 삼척항과 같은 해역조건에서 Latt and Nakamura(2011a, 2011b)에 의해 제시된 신형공진장치 Ⅱ는 내부에 충분한 공진현상이 발생되지 않는 것으로 판단되고, 단지 공진 장치라는 구조물의 적용에 따른 반사 영향으로 항내로 유입되는 많은 부분의 지진해일에너지가 줄어든 요인에 의한 것으로 판단된다.
후속연구
- 15m 정도로 저감시키며, 저감율로는 15%~22%이지만, L의 변화에 따른 값의 차이가 거의 없고, 또한 전체적으로도 값의 변화가 크지 않은 것으로 판단된다. 이상의 계산에서는 신형공진장치 I의 길이에 관해 한정된 케이스로 검토되었지만, 공진장치의 크기를 최적화시키기 위해서는 보다 많은 경우의 수에 대해 계산이 수행될 필요가 있을 것이다.
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