동북아의 허브항만으로 건설중인 부산신항만은 태풍 매미로 인해 480억원에 이르는 큰 피해를 입었다. 국내의 현행 항만설계기준을 보면 항만 정온도 기준은 선박규모별 항내 한계파고만이 규정되어있다. 그러나, 항만의 연중 이용일수를 나타내는 항만 가동률은 화물을 싣고 내리는 하역작업의 효율에 달려있으며, 하역효율은 다시 접안선박의 파랑에 의한 동요 및 하역기계의 성능에 따라 결정된다. 선박의 동요는 파고뿐만 아니라 주기에 따라서도 충분히 달라질 수 있으며 해 ${\cdot}$ 조류, 바람 등의 외력조건, 계류시스템의 특성과 선박의 제원 등의 복합적인 요인에 의하여 결정된다. 본 연구에서는 수치실험 및 관측 자료를 통해 평상시의 항만 가동률을 산정하고자 한다. 특히, 부산신항만의 개발초기단계에서의 계획으로부터 수심을 증심시킴과 아울러, 매립범위 및 해안선 형태 등 다양한 변화가 건설과정에서 나타났고 이를 본 연구에서 반영하여 상세해역과 장래 개발해역 둥에서 항만가동율을 재산정하였다. 파랑변형과정의 이해와 분석을 돕기 위하여 관련해역에서 정상상태 스펙트럼모델과 확장 완경사 파랑 모델을 부산신항역에 적용하여 항만반응 특성을 분석하였다.
동북아의 허브항만으로 건설중인 부산신항만은 태풍 매미로 인해 480억원에 이르는 큰 피해를 입었다. 국내의 현행 항만설계기준을 보면 항만 정온도 기준은 선박규모별 항내 한계파고만이 규정되어있다. 그러나, 항만의 연중 이용일수를 나타내는 항만 가동률은 화물을 싣고 내리는 하역작업의 효율에 달려있으며, 하역효율은 다시 접안선박의 파랑에 의한 동요 및 하역기계의 성능에 따라 결정된다. 선박의 동요는 파고뿐만 아니라 주기에 따라서도 충분히 달라질 수 있으며 해 ${\cdot}$ 조류, 바람 등의 외력조건, 계류시스템의 특성과 선박의 제원 등의 복합적인 요인에 의하여 결정된다. 본 연구에서는 수치실험 및 관측 자료를 통해 평상시의 항만 가동률을 산정하고자 한다. 특히, 부산신항만의 개발초기단계에서의 계획으로부터 수심을 증심시킴과 아울러, 매립범위 및 해안선 형태 등 다양한 변화가 건설과정에서 나타났고 이를 본 연구에서 반영하여 상세해역과 장래 개발해역 둥에서 항만가동율을 재산정하였다. 파랑변형과정의 이해와 분석을 돕기 위하여 관련해역에서 정상상태 스펙트럼모델과 확장 완경사 파랑 모델을 부산신항역에 적용하여 항만반응 특성을 분석하였다.
Busan New Port, under construction aiming for the hub of Northeast Asia and Partly in operation, had damaged up to 48 billion Won due to Typhoon 'maemi' in 2003. The present criteria of domestic harbor design only describes about the critical wave height with respect to the size of vessel for harbor...
Busan New Port, under construction aiming for the hub of Northeast Asia and Partly in operation, had damaged up to 48 billion Won due to Typhoon 'maemi' in 2003. The present criteria of domestic harbor design only describes about the critical wave height with respect to the size of vessel for harbor tranquility. The berth operation ratio which represents the annual available berthing days is depending on the efficiency of cargo handling work and this depends on the motion of the moored vessel due to the wave action and the characteristics of cargo gears. The motion of moored vessel might be related not only to the wave height but also to wave period. Furthermore, the berth operation ratio relies on external forces such as currents and winds, including the characteristics of mooring system and the specification of the moored vessel. In this study we only deal with berth operation ratio in normal sea state, considering wave and current by measured data and numerical calculation. Especially we tried to evaluate the berth operation ratio for each berth adopting the variation of dredging and reclamation plan and the change of wave environment during the process of the new port construction. For better understanding and analysis of wave transformation process, we applied the steady state spectral wave model and extended mild-slope wave model to the related site. This study summarizes comparisons of harbor responses predicted by two numerical predictions obtained at Busan New port site. Field and numerical model analysis was conducted for the original port plan and the final corrected plan.
Busan New Port, under construction aiming for the hub of Northeast Asia and Partly in operation, had damaged up to 48 billion Won due to Typhoon 'maemi' in 2003. The present criteria of domestic harbor design only describes about the critical wave height with respect to the size of vessel for harbor tranquility. The berth operation ratio which represents the annual available berthing days is depending on the efficiency of cargo handling work and this depends on the motion of the moored vessel due to the wave action and the characteristics of cargo gears. The motion of moored vessel might be related not only to the wave height but also to wave period. Furthermore, the berth operation ratio relies on external forces such as currents and winds, including the characteristics of mooring system and the specification of the moored vessel. In this study we only deal with berth operation ratio in normal sea state, considering wave and current by measured data and numerical calculation. Especially we tried to evaluate the berth operation ratio for each berth adopting the variation of dredging and reclamation plan and the change of wave environment during the process of the new port construction. For better understanding and analysis of wave transformation process, we applied the steady state spectral wave model and extended mild-slope wave model to the related site. This study summarizes comparisons of harbor responses predicted by two numerical predictions obtained at Busan New port site. Field and numerical model analysis was conducted for the original port plan and the final corrected plan.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 초기 설계환경과 달라진 현장여건을 감안하여 수치실험을 수행하였으며 이에 따른 항만 가동율의 문제를 다루어 장래 항만개발 및 개장 이후의 설계에의 보완이나 항만가동에 중요한 방재기초자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
5km 이고, 격자 간격은 50m, 격자수는 96, 000개다. 광역의 수치실험은 정상상태 스펙트럼 모델을 적용하여 각각의 파랑조건에 대한 수치실험을 수행하였다. Fig 3.
광역의 수치실험의 결과를 이용하여 세부역의 수치실험을 수행하였다. 항내 파고 분포가 전체적으로 큰 변화가 없는 경우에는 전체 영역을 하나의 수역으로 보고 항만가동율을 산정하는 것도 가능할 것이나 부산신항만의 경우에는 항내 수역이 넓어 파고비의 차이가 있으므로 각 부두별로 구분된 수역설정이 필요하다.
항내 파고 분포가 전체적으로 큰 변화가 없는 경우에는 전체 영역을 하나의 수역으로 보고 항만가동율을 산정하는 것도 가능할 것이나 부산신항만의 경우에는 항내 수역이 넓어 파고비의 차이가 있으므로 각 부두별로 구분된 수역설정이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 항만가동율 산정을 위한 항 내 수역을 Fig 4.5와 같이 ① 북컨테이너 부두(13개 선석), ②남컨테이너 부두(13개 선석), ③ 소형선 부두(3개 선석), ④ 일반 부두(3개 선석)로 구분하였다. Fig.
무 및 조선단지의 유 . 무의 지형변화에 따른 항만의 반응 특성을 알아보기 위해서 Table 3.2와 같이 3가지 Ca%로 수치실험을 수행하였다. Fig 3.
항만가동율 산정을 위한 수치실험은 광역에 대하여 각각의 파랑 조건을 적용하여 정상상태 스펙트럼 파랑모형으로 수치실험을 수행하고 부산신항만 입구에서의 수치실험 결과값을 도출하여 세부역의 파랑변형모델의 입력값으로 적용하였다. 세 부역의 파랑변형모델은 반사, 굴절, 천수, 해저마찰을 적용할 수 있는 비정상상태 완경사 방정식 파랑모형을 이용하여 각 구간별의 평균파고값을 산출하였다.
1 은 대상영역의 수심도 및 격자망이다. 수치실험 입력조건은 주기 9.0sec, 12.0sec, 15.0sec 파향 SSW, S, SSE인 파랑 조건을 적용하였으며, 입사파고는 재현기간 50년 빈도를 적용하여 10m를 사용하였다
본. 연구에서는 정상상태 스펙트럼 파랑모형과 굴절, 및 '회절, 반사, : 쇄파, 비선형 분산'등을 고려할 .수 있는 확장 완경사 방정식 파랑모형을 적용하여 .
2와 같다. 항만가동율 산정은 Table 4.1에서 보여지는바와 같이 수치계산에 의한 9개 조건의 평균파고비에 평균구간에 대한 상대파고비를 곱하고 부두 별 작업 한계파고를 부두별 평균파고로 나누어 작업한 계파고를 유발하는 한계 입사파고를 구하였다. 각 부두별 작업한 계파고는 Table 5.
1 에서와 같이 일본 기상청 (JMA) MRI(Meteorological Research 丘stitute)모형의 연중우세 파를 적용한 파랑특성을 연안수역 및 항내정온도 분석에서 적용한 모형실험결과와 비교하여 가동율 산정에 참고하였다. 항만가동율 산정을 위한 수치실험은 광역에 대하여 각각의 파랑 조건을 적용하여 정상상태 스펙트럼 파랑모형으로 수치실험을 수행하고 부산신항만 입구에서의 수치실험 결과값을 도출하여 세부역의 파랑변형모델의 입력값으로 적용하였다. 세 부역의 파랑변형모델은 반사, 굴절, 천수, 해저마찰을 적용할 수 있는 비정상상태 완경사 방정식 파랑모형을 이용하여 각 구간별의 평균파고값을 산출하였다.
항만가동율을 산정하기 위하여 Table 5.1 에서와 같이 일본 기상청 (JMA) MRI(Meteorological Research 丘stitute)모형의 연중우세 파를 적용한 파랑특성을 연안수역 및 항내정온도 분석에서 적용한 모형실험결과와 비교하여 가동율 산정에 참고하였다. 항만가동율 산정을 위한 수치실험은 광역에 대하여 각각의 파랑 조건을 적용하여 정상상태 스펙트럼 파랑모형으로 수치실험을 수행하고 부산신항만 입구에서의 수치실험 결과값을 도출하여 세부역의 파랑변형모델의 입력값으로 적용하였다.
수 있는 확장 완경사 방정식 파랑모형을 적용하여 .항만가동율을 재산정하였다. 결과 항 전체적으로 높은 항만가동율을 보였으나 매립 및 준설이 이루어짐에 따라서 항만가동율이 상당히 감소하는 결과가 나타났다.
이론/모형
본 연구에서는 해저면의 급경사(steep slope) 와 곡률 (curvature) 등을 고려하여 임의의 지형에 대해 급격한 변화성분을 정의한 확장 완경사방정식 (extended mild-slope equation, Boo日, 1983; Massel, 1993 등)을 지배방정식으로 사용하였다 그 기본 방정식은 식 (2)와 같다.
연구에서는 정상상태 스펙트럼 파랑모형과 굴절, 및 '회절, 반사, : 쇄파, 비선형 분산'등을 고려할 .수 있는 확장 완경사 방정식 파랑모형을 적용하여 .항만가동율을 재산정하였다.
유동장 및 파랑의 결합에 의한 유동장의 변화나 파랑의 변화를 대상해역에서 다루기 위하여 정상상태 스펙트럼 파랑모형을 적용하였다. 파랑스펙트럼의 정상상태 보존에 대한 지배방정식은 다음과 같다(Jonsson(1990)).
이때 X는 일정한 값(0.15)이고, 「는 경험상수(0.4)를 사용하고, a(=H/2) 는 파랑의 진폭이며 打은 마찰계수로서 Madsen (19徇과 Dahyn中le (1984)의 식을 적용하였다.
성능/효과
항만가동율을 재산정하였다. 결과 항 전체적으로 높은 항만가동율을 보였으나 매립 및 준설이 이루어짐에 따라서 항만가동율이 상당히 감소하는 결과가 나타났다. 항만 가동율은 전반적으로 남컨테이너부두에서 가장 높게 나타났으며, 입사파향에 직접 노출되어있는 소형선 부두에서 가장 낮게 나타났다.
준설 및 매립 등의 항내 지형변화가 항 내의 파랑변형에 상당한 영향을 미치는 것을 볼 수 있다. 남 컨테이너 부두의 경우 파랑의 직접적인 경로에서 벗어나 있으므로 가장 안정한 결과가 나타났으며, 소형선 부두의 경우에 파랑의 , 주경로에 놓여있기 때문에 가장 높은 파고 결과를 나타냈다.
32%로 항만가동율이 다소 떨어지는 것으로 분석되었다. 또한 수심을 18m로 증심하고 조선단지를 조성 후에 토도를 제거할 경우에 북 컨테이너 부두 95.62%, 남컨테이너부두 95.34%, 소형선 부두에서 94.38%, 일반부두에서는 95.27%로 항만가동율이 가장 낮은 것으로 분석되었다. Fig.
결과 항 전체적으로 높은 항만가동율을 보였으나 매립 및 준설이 이루어짐에 따라서 항만가동율이 상당히 감소하는 결과가 나타났다. 항만 가동율은 전반적으로 남컨테이너부두에서 가장 높게 나타났으며, 입사파향에 직접 노출되어있는 소형선 부두에서 가장 낮게 나타났다. 매립과 준설, 그리고 조선단지의 제외가 항만의 반응에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났으며 일부 구간에서는 태풍내습시 고파랑에 대한 대비가 이루어져야 할 것이다.
항만가동율 산정 결과 Casel의 경우 북컨테이너 부두에서 98.08%, 남컨테이너부두에서 99.16%, 소형선 부두에서 96.71%, 일반부두에서는 99.04%로 조선단지 조성 후, 항로 미 준설 그리고 웅동만 매립전이 가장 항만가동율이 높은 반면, Case 2의 경우인 심흘수 선박을 위해 18m로 증심하고 현행과 같이 동방파제 배후에 조선단지를 조성하지 않고 개방된 상태를 둘 경우에 북컨테이너 부두에서 95.83%, 남컨테이너 부두에서 96.44%, 소형선 부두에서 95.66%, 일반부두에서는 96.32%로 항만가동율이 다소 떨어지는 것으로 분석되었다. 또한 수심을 18m로 증심하고 조선단지를 조성 후에 토도를 제거할 경우에 북 컨테이너 부두 95.
후속연구
본 연구에서는 현행 항만정온도의 평가기준에 맞추어서 단주 기성 평상파에 대한 분석만을 기하였지만 이외에 장주기성 부진동으로 인한 가동율의 변화를 포함시키는 것이 장래 평가 기준의 개선에 기여할 수 있을 것으로 사료되며 아울러, 계류 선박의 동적거동과 대규모 항만에서 선박출입항에 따른 항주파의 영향까지 포함시킨 부두안정성과 가동율의 분석도 병행되어야 할 것이다.
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