바다와 육지의 경계에 있는 해변은 매우 동적인 해역으로 여기에 해수의 운동이 퇴적물, 육지의 바위 또는 인공구조물과 상호 작용한다. 심한 태풍이나 폭풍이 야기한 파랑의 영향으로부터 해변의 침식을 막거나 지연시키기 위해 영구적인 구조물을 설치하지만 해양경관을 해침은 물론 이의 파급효과로 또 다른 침식현상이 일어나기도 한다. 파가 부숴지는 쇄파대와 쇄파선 밖의 외해에서 표사의 이동 및 침식을 가속시키는 관련 에너지를 고려할 때에는 파고 및 파의 주기를 고려하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 부차적인 영향을 나타내지 않으면서 파력을 줄일 수 있는 해저 구조물로 인공 Bio-reef를 도입하고 이를 통한 해양생태계의 복원의 예와 아울러 수치모델을 도입하여 가장 근원이 되는 파랑의 저감효과를 분석하여 적용가능성을 제시하고자 하였다. 해변을 보호하기 위한 새로운 기술은 인공적 및 자연적 켈프 또는 해양식물을 식생시킨 해저리프에 의한다. 연안리프의 형상을 공학적으로 접근하여 각각의 파랑저감력을 최적화할 수 있다 높고 넓은 긴 인공 리프는 파랑에너지를 막을 수 있는 좋은 장벽이 되나 공사재료의 양, 항해위험, 건설방법 및 다른 인자에서 리프의 전체 설계에 대해 공학적인 고려가 필요하다.
바다와 육지의 경계에 있는 해변은 매우 동적인 해역으로 여기에 해수의 운동이 퇴적물, 육지의 바위 또는 인공구조물과 상호 작용한다. 심한 태풍이나 폭풍이 야기한 파랑의 영향으로부터 해변의 침식을 막거나 지연시키기 위해 영구적인 구조물을 설치하지만 해양경관을 해침은 물론 이의 파급효과로 또 다른 침식현상이 일어나기도 한다. 파가 부숴지는 쇄파대와 쇄파선 밖의 외해에서 표사의 이동 및 침식을 가속시키는 관련 에너지를 고려할 때에는 파고 및 파의 주기를 고려하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 부차적인 영향을 나타내지 않으면서 파력을 줄일 수 있는 해저 구조물로 인공 Bio-reef를 도입하고 이를 통한 해양생태계의 복원의 예와 아울러 수치모델을 도입하여 가장 근원이 되는 파랑의 저감효과를 분석하여 적용가능성을 제시하고자 하였다. 해변을 보호하기 위한 새로운 기술은 인공적 및 자연적 켈프 또는 해양식물을 식생시킨 해저리프에 의한다. 연안리프의 형상을 공학적으로 접근하여 각각의 파랑저감력을 최적화할 수 있다 높고 넓은 긴 인공 리프는 파랑에너지를 막을 수 있는 좋은 장벽이 되나 공사재료의 양, 항해위험, 건설방법 및 다른 인자에서 리프의 전체 설계에 대해 공학적인 고려가 필요하다.
The beach, a margin between the sea and the land, is an extremely dynamic zone, for it is here that the motion of the sea interacts with the sediment, rock of the land or the artificial barriers. In order to prohibit or retard erosions due to the extreme Typhoon or storm induced waves, man has const...
The beach, a margin between the sea and the land, is an extremely dynamic zone, for it is here that the motion of the sea interacts with the sediment, rock of the land or the artificial barriers. In order to prohibit or retard erosions due to the extreme Typhoon or storm induced waves, man has constructed these of temporary or more permanent nature, but they caused problems of other erosions from the secondary effect of them and a bad influence on the seascape. In considering the energy available to accelerate sediment transport and erosion in the surf zone, where the waves are broken, and offshore beyond the breaker line, the wave height and the wave period should be taken account. Hence, we tried to present an applicability of the submerged artificial Bio-reefs analyzing waves by a numerical model such that they could reduce the wave power without the secondary effect and restoration of marine ecologies. A new technique of beach preservation is by artificial reefs with artificial and/or natural kelps or sea plants. By engineering the geometry of the nearshore reef, the wave attenuation ability of the feature can be optimized Higher, wider and longer reefs provide the greatest barrier against wave energy but material volumes, navigation hazards, placement methods and other factors require engineering considerations for the overall design of the nearshore reefs.
The beach, a margin between the sea and the land, is an extremely dynamic zone, for it is here that the motion of the sea interacts with the sediment, rock of the land or the artificial barriers. In order to prohibit or retard erosions due to the extreme Typhoon or storm induced waves, man has constructed these of temporary or more permanent nature, but they caused problems of other erosions from the secondary effect of them and a bad influence on the seascape. In considering the energy available to accelerate sediment transport and erosion in the surf zone, where the waves are broken, and offshore beyond the breaker line, the wave height and the wave period should be taken account. Hence, we tried to present an applicability of the submerged artificial Bio-reefs analyzing waves by a numerical model such that they could reduce the wave power without the secondary effect and restoration of marine ecologies. A new technique of beach preservation is by artificial reefs with artificial and/or natural kelps or sea plants. By engineering the geometry of the nearshore reef, the wave attenuation ability of the feature can be optimized Higher, wider and longer reefs provide the greatest barrier against wave energy but material volumes, navigation hazards, placement methods and other factors require engineering considerations for the overall design of the nearshore reefs.
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문제 정의
해안에서의 각종 구조물 설치 등으로 해안이 빠르게 침식이 되고 있는 것이다. 따라서 본 연구에서는 인공 Bisreef와 같은 친환경적인 구조물을 해면아래에 설치하여 경관을 제약하지 않으면서 침식의 주된 원인인 파랑을 제어할 수 있는 방안을 다루었다. 또한 히양생태계를 유인하기 위한 시도로 수행되었 다.
따라서, 이 시 점에 자연재해를 경감시켜 해안선 활용을 높이고, 해변을 보호 하기 위한 기법의 제시는 방재의 관점에서 의미가 크다고 본다. 본 연구는 이러한 관점에서 해안역에 Fig. KCERC, 1984; WES, 1993)의 인공 리프(reef)와 같은 친환경적인 구조물을 해면아래 에 설치하여 경관을 제약하지 않으면서 파랑의 억제로 해안선을 보호하는 것은 물론 그 구조물에 해조류의 성장을 가속화하여 해조류의 숲을 이루게 하고, 여기에 해양생태계를 유인하기 위 한 시도로 수행되었다.
본 연구에서는 확장 완경사 방정식을 기초로 하는 파랑모델 을 적용하여 해운대 해변 일원에 인공 reef를 설치함으로써 해 안 침식에 주된 요인이 되는 파랑을 예측하고자 한다.
모델실험을 위해 선택한 해역은 현재 모래의 침식이 가속화되고 있는 부산 해운대 해수욕장으로 매년 엄청 난 규모 예산으로 양빈과 해안선 보수가 이루어지고 있 으며, 장기적으로는 해중 인공리프의 계획도 고려 중에 있다. 앞에서 기술한 확장 완경사방정식에 기초한 파랑 모델을 부산 남구 이기대에서 청사포에 이르는 광안리 를 포함한 해운대 해변에 태풍과 폭풍의 조건으로 설계 파가 도래시 해운대 해안선 인근해역에서의 파랑변화를 파악하고 개념설계를 통한 인공리프를 3가지 안과 각기 다른 인공리프의 마루깊이를 적용하여 그 효과를 알아 보고자 한다. 모델은 복합요소법 (HEM)을 통해 삼각요 소로 대상역을 구성하고 쇄파조건 및 비선형 조건의 상 태에서 시뮬레이션을 수행하였다.
10에 서처럼 해면에서부터 인공 reef 천단까지의 높이를 l~4m로 조 정하여 어떠한 변화가 생기는지 실험하였다. 이때 조성한 인공 reef의 상단에는 인공켈프, 또는 자연켈프를 식생시켜 투과파 랑의 에너지를 감쇄시키는 것을 목표로 한다.
인공리프의 설치안에 대한 실험을 위해 해안침식에서 가장 중요한 외력으로 파력을 고려하고자 하였다. 물론 해빈류와 조 석 및 조류, 바람의 영향을 고려할 수 있지만 우선 단계적인 접근을 위해 자연해변과 인공리프 설치 후의 해변에 대한 파 력변화를 분석하, 겨 개념설계에 대한 타당성을 평가하고자 수 치모델을 수립하였다.
제안 방법
아래 Table. 3에서 보는 바와 같이 파향, 주기 및 파고를 각 기 다르게 입력하고 인공 reef가 설치되지 않았을 때와 Fig. 9 에서와 같이 3가지 type으로 나누어 실험하였으며, Fig. 10에 서처럼 해면에서부터 인공 reef 천단까지의 높이를 l~4m로 조 정하여 어떠한 변화가 생기는지 실험하였다. 이때 조성한 인공 reef의 상단에는 인공켈프, 또는 자연켈프를 식생시켜 투과파 랑의 에너지를 감쇄시키는 것을 목표로 한다.
Table 1은 수치모델실험을 위한 입사파의 조건을 나타낸 것 이다. 기존의 태풍자료에 의한 설계파랑으로 파고 5.4m, 주기 13초 및 파고 3m, 주기 10초와 파향 S 및 SE를 각각 적용하 였다. Table 2는 수치모형실험을 위해 구축한 모델의 유한요소 망과 격자수 및 수치모델계산시간을, Fig.
앞에서 기술한 확장 완경사방정식에 기초한 파랑 모델을 부산 남구 이기대에서 청사포에 이르는 광안리 를 포함한 해운대 해변에 태풍과 폭풍의 조건으로 설계 파가 도래시 해운대 해안선 인근해역에서의 파랑변화를 파악하고 개념설계를 통한 인공리프를 3가지 안과 각기 다른 인공리프의 마루깊이를 적용하여 그 효과를 알아 보고자 한다. 모델은 복합요소법 (HEM)을 통해 삼각요 소로 대상역을 구성하고 쇄파조건 및 비선형 조건의 상 태에서 시뮬레이션을 수행하였다. 수치모델실험을 위한 수심자료는 이 해역에 대한 해양조사원 간행 수치해도 (Chart No.
인공리프의 설치안에 대한 실험을 위해 해안침식에서 가장 중요한 외력으로 파력을 고려하고자 하였다. 물론 해빈류와 조 석 및 조류, 바람의 영향을 고려할 수 있지만 우선 단계적인 접근을 위해 자연해변과 인공리프 설치 후의 해변에 대한 파 력변화를 분석하, 겨 개념설계에 대한 타당성을 평가하고자 수 치모델을 수립하였다. 이를 위해서 파랑의 천수효고卜, 굴절, 회절, 부분반사, 해저마찰, 쇄파의 영향까지를 고려한 파랑모델을 도입하여 파랑변환과정에서 복잡한 연안역 의 해저변화 및 해안선 변화의 제 조건을 만족시킬 필 요가 있다.
대상 데이터
모델실험을 위해 선택한 해역은 현재 모래의 침식이 가속화되고 있는 부산 해운대 해수욕장으로 매년 엄청 난 규모 예산으로 양빈과 해안선 보수가 이루어지고 있 으며, 장기적으로는 해중 인공리프의 계획도 고려 중에 있다. 앞에서 기술한 확장 완경사방정식에 기초한 파랑 모델을 부산 남구 이기대에서 청사포에 이르는 광안리 를 포함한 해운대 해변에 태풍과 폭풍의 조건으로 설계 파가 도래시 해운대 해안선 인근해역에서의 파랑변화를 파악하고 개념설계를 통한 인공리프를 3가지 안과 각기 다른 인공리프의 마루깊이를 적용하여 그 효과를 알아 보고자 한다.
(Harris, 2001)은 1000개의 모듈을 제작하여 투입한지 2개월 만에 파랑제어의 역할은 물론 어초의 기능 및 산호군의 복원을 성공적으로 완수하였다. 콘크리트 복 합재로 1.5 - 2.5rr 정도의 모듈로 허리케인으로 파괴 및 손실된 자연산호를 복원하였다. Maiden Island, Antigua 등에서는 콘크 리트 구조물로도 가능하지만 이와는 달리 폐차, 냉장고, 폐선, 기타 건설자재 등을 사용하는 경우는 바다를 쓰레기장 또는 폐 차장과 같이 슬럼 화를 가속시킬 우려가 있다.
모델은 복합요소법 (HEM)을 통해 삼각요 소로 대상역을 구성하고 쇄파조건 및 비선형 조건의 상 태에서 시뮬레이션을 수행하였다. 수치모델실험을 위한 수심자료는 이 해역에 대한 해양조사원 간행 수치해도 (Chart No. 202)를 이용하여 입 력하였다.
지배방정식과 경계조건을 고려한 수치모델의 기법, 수 치모델의 구성, 제반 식의 유도, 모델의 검증은 황 (2004)을 참조한다.
성능/효과
1) 구조적 인자 - 쇄파대에서 쇄파는 심해역에 비해 구조물 에 거대한 파력을 가지므로 적절한 강도를 확신하기 위해서는 건설비용이 높아진다.
2) 기초 - 단순히 중력기초만으로는 구조물을 고정시키기에 는 부족하며, 파일기초가 적절하나 시공을 위해서는 중장비가 동원되어야 한다.
3) 해저 모래층 - 단단한 구조물주위에는 저면 침식이 발생 하며 규모가 크게 할지라도 쉽게 저면에 매몰되며 나중에 폭 풍이나 태풍이 오면 구조물을 파헤쳐서 해안쪽 또는 외해쪽으 로 이동시키게 된다.
4) 표사 - 저면의 구조물이 연안표사 또는 외해표사를 차단 하여 또다른 해안선의 침식을 야기할 수 있다.
20에서와 같이 수면으로부터 reef까지의 깊이에 대한 파고분포도의 변화를 해안선과 나란한 방향으로 예측한 것이다. 결과적으로 reef의 마루와 해면과의 간격이 Im일 경우에는 파고가 0.41~0.91m, 2m일 경우에는 0.31~0.95m, 3m 일 경우에는 0.37~0.92m, 4m 일 경우에는 0.29~1.06m로 분포하여서 reef 마루가 해면에 가까울 때가 가 장 효율적임을 알 수 있다.
마지막으로 파향 SE, 파고 3.0m, 주기 10초 폭풍의 조건에서 인공 reef를 설치하지 않았을 때에는 0.27~1.04m의 파고가 발 생하였으며, Type-1 °1 0.16~0.83m 의 비교적 낮은 파고가, Type-2 와 Type-3가 각각 0.10-0.98m 와 0.15~0.98m로 비:교 적 높은 파고가 발생하였는데 파랑의 집중현상에 기인한 것으 로 사료된다. 이들의 결과는 Fig.
또한 히양생태계를 유인하기 위한 시도로 수행되었 다. 이 인공 Bio-reef의 수치실험 시 해안변에 아무것도 놓이 지 않았을 때보다 Type-1 의 인공 reef가 놓였을 때 파랑의 감 쇠가 커졌으며, 하면에서 인공 reef의 마루높이가 4m일 때보다 Im일 때가 파랑을 감쇄시키는 효율이 높은 것으로 나타났다. 또한 reef의 마루폭과 설치수심의 변화에 따른 에너지 감쇄특 성도 분석하여 평가를 실행할 필요가 있다.
후속연구
인공 또는 Bio나;elp 를 설치하여 수X실험을 병행하지 못했지만 추후에 모형실험 및 실제해변조건에 부합되는 제반 파라메타를 적용하여 이를 연계해 나갈 생긱이다. 또한, 이러한 친환경적인 구조물에 대 한 샘플의 현장 대설, Bio-reef의 설치 및 종묘배양, 구조물의 표준화 등 여러 가지 조사 및 설계가 많이 수행되어 해안침식 방지에 많은 관심과 지속적인 투자가 되어야 할 것이다.
또한 reef의 마루폭과 설치수심의 변화에 따른 에너지 감쇄특 성도 분석하여 평가를 실행할 필요가 있다. 인공 또는 Bio나;elp 를 설치하여 수X실험을 병행하지 못했지만 추후에 모형실험 및 실제해변조건에 부합되는 제반 파라메타를 적용하여 이를 연계해 나갈 생긱이다. 또한, 이러한 친환경적인 구조물에 대 한 샘플의 현장 대설, Bio-reef의 설치 및 종묘배양, 구조물의 표준화 등 여러 가지 조사 및 설계가 많이 수행되어 해안침식 방지에 많은 관심과 지속적인 투자가 되어야 할 것이다.
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