Spatial Distribution of Wave Overtopping along Vertical Structure due to Obliquely Incident Waves

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경사입사파에 의한 직립구조물에서 월파의 공간적 분포

Spatial Distribution of Wave Overtopping along Vertical Structure due to Obliquely Incident Waves

김영택*·이종인**·조용식***

Young-Taek Kim*, Jong-In Lee** and Yong-Sik Cho***

요 지 :경사입사파 내습시 직립구조물의 마루높이 산정을 위해 기존 연구의 대부분은 입사각에 따른 월파량 저감 계수를 제시하였다. 그러나 기존 연구에서 파랑증폭과 월파의 공간적 분포는 고려하지 않았다. 본 연구에서는 직립 구조물을 따른 파랑 증폭현상에 의한 월파의 공간적분포를 실험적으로 검토하였다. 실험결과에 의하면, 직립구조물 시점으로부터 유의파 파장 기준 3파장까지 구간은 직각입사와 동일한 방법으로 마루높이를 산정하고, 그 이후 구 간에 대해서는 파랑의 증폭과 월파의 공간적 분포를 고려한 월파량 저감계수를 사용하는 것이 합리적인 것으로 검토되었다.

핵심용어 :마루높이, 직립구조물, 경사입사파, 월파량 저감계수, 월파의 공간적 분포

Abstract : In determination of the crest height of a vertical structure against attacking of obliquely incident waves, most of existing studies have suggested to use the overtopping reduction factor due to incident angles. However, they have not considered the amplification of wave heights and the spatial distribution of wave overtopping. In this study, a spatial distribution of overtopping due to the amplification of wave heights along a vertical structure is investigated experimentally. It is recommended that the crest height can be determined by the same manner as that for normally incident waves up to 3 significant wave lengths from the one end of the structure. However, the rest part of the structure can be done by employing the overtopping reduction factor with considering the amplification of wave heights and the spatial distribution of wave overtopping.

Keywords : crest height, vertical structure, obliquely incident wave, overtopping reduction factor, spatial distribution of overtopping

1. 서 론

국내에 건설 중인 대형 항만시설에서 방파제와 같은 외곽 구조물은 제체 설치수심의 대수심화와 이에 따른 경제적인 측 면을 고려하여 경사제보다는 혼성제를 채택하고 있는 추세이며, 혼성제 단면은 사석마운드 위에 직립식 케이슨을 거치하는 전 형적인 형상을 보이고 있다. 그리고 운항선박의 대형화 등으로 인해 접안시설 또한 직립케이슨제를 적용하고 있는 실정이다.

이러한 직립식 구조물의 경우, 경사입사파 내습시에 연파(stem wave) 발생으로 인해 구조물 전면에서 파고가 증폭되는 현상이 발생하며, 이러한 파랑증폭은 마루높이 산정 등에 영향을 미 치기 때문에 이를 저감하기 위한 다양한 노력이 설계에 반영 되고 있다. 특히 경사입사파 내습시 진행파와 반사파의 상호 작용으로 인해 구조물 전면에서 파랑증폭이 발생하게 되며, 이러한 파랑증폭으로 인해 계획된 마루높이 조건에서 허용월

파량을 초과하는 경우가 발생할 수 있다. 입사각이 증가하게 되면 월파량이 감소된다는 일반적인 관점에서 EurOtop(2007) 등과 같은 기존 연구에서는 입사각의 영향을 고려하여 월파 량을 산정할 수 있는 월파량 저감계수(γ

) 를 제시하고 있다.

EurOtop(2007)에서는 입사각(β)이 50

이하인 조건에 대한 월 파량 저감계수를 제시하였으며, 김 등(2010)은 입사각 80

까 지 수리실험을 수행하여 월파량 저감계수의 적용범위를 보다 넓 게 확장하였다. 월파량 저감계수는 구조물에 직각으로 입사 하는 조건과 구조물에 경사지게 입사하는 조건에서의 월파량 에 대한 비율이다. 일반적으로 입사각이 0

( 직각입사)인 조건 의 경우, 월파량 저감계수는 γ

= 1.0이며, 입사각이 증가함에 따 라 γ

< 1 의 값을 나타낸다.

기존 연구에서 경사입사파 내습조건에 대한 월파량 저감계 수는 구조물을 따른 월파의 공간적인 분포는 고려하지 않고, 실험시 적용한 모형 구조물의 일부 구간에서만 월파량을 계

***한국건설기술연구원 하천해안연구실(River and Coastal Research Division, Korea Institute of Construction Technology)

***전남대학교 공학대학 해양토목공학과(Corresponding author: Jong-In Lee, Department of Marine and Civil Engineering, Chonnam National University, Yeosu, Jeonnam, 550-749, Korea, [email protected])

***한양대학교 공과대학 건설환경공학과(Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University)

측하여 산정한 것이 대부분이다. 이러한 이유로는 기존 연구의 수리실험에서 사용된 모형구조물의 연장이 파랑이 충분히 증 폭될 정도가 되지 않았기 때문으로 판단된다. EurOtop(2007)과 김 등(2010)에서도 월파의 공간적 분포는 고려하지 않았으나, 공간적 분포에 대한 검토의 필요성은 제시되어 있다.

전술한 바와 같이 월파량 산정과 관련된 기존 연구들은 월 파의 공간적인 분포보다는 입사각에 따른 월파량 저감계수를 산정하는 것이 대부분이다. 그러나 실제 해역에 방파제 및 접 안시설 등을 건설할 때, 구조물의 연장은 수 km에 달하는 경 우가 빈번하며, 이러한 경우에는 파랑의 증폭영향을 고려하여 구조물의 마루높이 등을 산정하는 것이 구조물의 안정성 및 기능성 확보 측면에서 바람직하다 할 수 있다. 따라서 본 연 구에서는 파랑증폭이 발생되는 조건에서 일방향 불규칙파를 적용한 월파의 공간적 분포를 수리실험을 통해 검토하고, 입 사각의 변화에 따른 월파량 저감계수를 분석하고자 한다.

2. 수리모형실험

2.1 실험시설 및 실험영역

본 실험은 한국건설기술연구원의 다방향조파 평면수조에서 수행되었으며, 실험에 사용된 조파기는 다방향 불규칙파 조 파기로서 규칙파, 일방향 불규칙파 및 다방향 불규칙파의 조

파가 가능한 사형(snake-type) 조파기이다. 조파기 각 구동부에 연결된 조파판 하나의 폭은 0.5 m, 높이는 1.1 m로서 총 60개의 구동부로 구성되어 있으며, 조파기의 전체 폭은 30 m이고, 전 기서보피스톤식이다.

직립구조물을 따른 월파의 공간적인 특성에 대한 수리실험을 실시하기 위하여 조파수조 내에 길이 22 m의 직립구조물을 설치하였다. 수리모형실험은 유한한 수조내에서 수행되므로 구조물에 의한 반사 및 수조벽면에서의 반사가 발생하게 된다.

이에 본 실험에서는 조파기 반대편 및 측면 수조벽에 1 : 10 및 1 : 3 경사의 쇄석을 각각 배치하여 반사파를 최소화 하였으며, 조파기 후면은 스테인리스 재질의 소파시설을 설치하여 조파기 후면에서 발생하는 파랑을 제어하였다. 실험모형은 조파기 전 면으로부터 6 m, 조파수조 측면으로부터 5 m 떨어진 위치에 서부터 설치하였으며, Fig. 1은 실험영역 및 모형설치 개념도를 나타낸 것이다.

2.2 실험모형 및 실험조건

평면 수리실험에 적용된 단면은 무공 직립식 단면으로서 실 험단면 형상 및 월파량 계측 방법 등은 Fig. 2와 같다. 실험에 적용된 수심(h

) 은 0.5 m이며, 정수면으로부터 구조물의 마루 높이, 즉 여유고(R

)를 다양하게 변화 시키며 실험을 실시하 였다. 실험에 적용된 여유고는 R

= 5.0 cm, 7.5 cm, 10.0 cm,

Fig. 1. Schematic sketch of wave basin and model setup.

12.5 cm 및 15.0 cm이며, Table 1은 본 실험에서 적용한 상 대여유고(R = R

/H

) 를 정리한 것으로서 R = 0.50~1.67 범위 이다. 여기서 H

는 유의파고이다. 실험파 조건은 Table 2와 같으며, Bretschneider-Mitsuyasu 스펙트럼을 적용한 일방향 불규칙파 조건을 적용하였다. Table 2에서 λ는 입사파의 유 의주기(T

)에 해당하는 파장, s(= H

/λ)는 파형경사이고, kh(= 2πh

/ λ)는 상대수심이다. 실험에 적용된 유의파고는 H

= 5.0 cm, 7.5 cm 및 10.0 cm이며, 유의주기는 T

= 1.2 sec, 1.5 sec 및 2.1 sec이다.

경사입사파에 대한 각 구간별 월파량 계측을 위하여 0.4 m 간격으로 월파 구분벽을 설치하였으며(Fig. 2), 월파량 계측 구간의 연장은 시점부로부터 20 m이고, 총 50개의 구간으로 분할하였다. 본 연구에 적용한 실험파 조건 중 최소 유의파 장은 2.04 m이며, 최소 파장을 5개 구간으로 구분하여 월파 량을 계측함으로써 공간적인 분포의 분석에 있어 월파 구분 벽의 영향이 없도록 설정하였다.

본 실험에 적용된 입사각(β )은 β = 50

, 60

, 70

및 80

이 다. 여기서 β = 0

는 구조물에 직각으로 입사하는 조건으로서

실질적으로는 구조물에 10

~40

경사지게 입사하는 조건에 해 당된다. Fig. 3과 Fig. 4는 각각 β = 50

조건에 대한 모형설치

dent waves.

Table 1. Relative freeboard conditions of model structure Rc

(cm)

relative freeboard [R(= Rc/H1/3)]

H1/3= 5.0 cm H1/3= 7.5 cm H1/3= 10.0 cm

5.0 1.00 0.67 0.50

7.5 1.50 1.00 0.75

10.0 - 1.33 1.00

12.5 - 1.67 1.25

15.0 - - 1.50

Table 2. Incident wave conditions

H1/3 (m) T1/3 (sec) λ (m) s khs

0.050

1.2 2.04 0.0245 2.53

1.5 2.82 0.0177 1.11

2.1 4.29 0.0117 0.73

0.075

1.2 2.04 0.0368 2.53

1.5 2.82 0.0266 1.11

2.1 4.29 0.0175 0.73

0.100

1.2 2.04 0.0490 2.53

1.5 2.82 0.0355 1.11

2.1 4.29 0.0233 0.73

Fig. 3. Photo for model setup.

Fig. 4. Photo for stem waves and experiments.

및 실험장면이며, Fig. 4에는 구조물을 따라서 진행하는 연파를 개념적으로 도시하였다. 이 외의 실험에 적용된 실험모형 및 실험조건 등은 김 등(2010)과 동일하다.

3. 실험결과 분석 방법

김 등(2010)이 제시한 바와 같이 기존 월파량 산정식(EurOtop, 2007) 은 월파의 공간적인 분포는 고려하지 않고, 입사각에 따 른 월파량 저감계수만을 제시하였다. 본 연구에서는 연파가 발생할 수 있는 조건에서 월파의 공간적인 분포 경향을 월파 량 저감계수를 도입하여 분석하고자 한다. Table 1과 Table 2의 실험조건을 대상으로 각 실험조건별로 약 1,000파에 대한 월파 량을 연속적으로 계측한 후, 평균 월파량 개념으로 실험결과 를 분석하였다. 실험결과의 분석은 EurOtop(2007)에서 제시한 직립식구조물에 대한 월파량 산정식(1)을 이용하였다.

(1)

식(1)에서 q는 단위폭당 단위시간당 월파량(m

/sec/m), g 는 중력가속도, γ

는 입사각에 따른 월파량 저감계수이다. γ

= 1.0 은 구조물에 직각으로 입사하는 조건(β = 0

)에 해당된다. 즉, γ

1.0 인 경우에 식(1)은 직립식구조물에 대한 경사입사파 내 습시의 월파량 산정식으로서 입사각에 따른 월파량 저감계수 (γ

)를 도입하여 경사입사파에 대한 월파량 산정이 가능하도 록 표현되어 있다. 식(1)에 의하면 월파량 저감계수(γ

) 는 β = 45

를 기준으로 변하고 있음을 알 수 있다. 즉, β < 45

인 경우에는 선형적으로 감소하며, β ≥ 45

인 조건에서는 γ

= 0.72 로 일정하다.

이 등(2008)은 경사입사파 내습시 직립구조물을 따라 파고 를 계측한 후 연파의 발생 및 특성을 분석하였으며, 기준파 고에 대한 계측파고의 비인 상대유의파고로 그 결과를 도시 하였다. 본 연구에서는 EurOtop(2007)에서 제시하고 있는 월 파량 저감계수를 분석하여 월파의 공간적인 분포를 나타내고 자 한다. 월파량 저감계수(γ

) 는 입사각도에 따른 각 지점에 서의 월파량(q)을 계측한 후 직각입사시 발생하는 월파량의 비 로 계산된다. 경사입사파에 대한 월파량 저감계수의 산정은 기 존 연구(van der Meer and Janssen, 1995; Franco and Franco, 1999; Anderson and Burcharth, 2009) 에서 적용한 분석 방법을 이용하였으며, 김 등(2010)이 제시한 방법과 동일하다.

4. 결과분석

4.1 R = 1.0 조건에서 월파량 저감계수의 공간적 분포 Fig. 5는 Table 1의 실험조건 중 상대여유고가 R = 1.0인 조

건에 대한 입사각별 월파량 저감계수를 도시한 것이며, 월파량 저감계수는 김 등(2010)이 제시한 0.5파장 평균된 무차원 월파 량(Q)을 이용하여 산정하였다.

Fig. 5에 도시된 결과를 살펴보면, 입사각에 따라 월파량 저 감계수의 공간적인 분포가 다양하게 변하는 것을 알 수 있으며, 전체적으로 상대수심(kh

) 과 파형경사(s)가 감소할수록 월파량이 증가됨에 따라 월파량 저감계수는 크게 산정되었다. 또한 동 일한 입사파 주기 조건에서 유의파고가 큰 경우에 월파량 저 감계수가 크게 산정되었으며, 이는 파랑과 직립구조물의 상 호작용에서 파고가 클 때 연직방향의 운동량이 상대적으로 더 크기 때문으로 판단된다. 그리고 공간적으로 월파량 저감계 수의 공간적인 분포는 구조물 시점에서 일정 구간까지 증가한 후 진동하는 경향을 보인다. 이 등(2008)의 비월파조건에 대한 연파해석 결과를 살펴보면, 직립구조물 시점으로부터 일정구 간까지는 상대파고가 증가하지만, 연파가 완전히 발달한 후 에는 거의 일정한 상대파고를 보이는 것과는 다른 양상인 것 이다. 이는 연파해석에서는 월파가 발생하지 않는 조건이지 만, 본 실험에서는 월파가 발생되기 때문에 파고의 증폭양상 이 서로 다르기 때문인 것으로 판단되며, 추후 월파조건에서의 연 파특성에 대한 연구가 필요함을 알 수 있다. 그러나 최대 월 파가 발생하는 구간은 비월파조건의 연파해석에서 상대파고 가 가장 크게 발생하는 구간과 거의 일치하는 것으로 나타났 q

gH

--- 0.04 2.6 R

H

--- 1

γ

----

⎝ – ⎠

⎛ ⎞

exp

=

γ

= 1 0.0062β – for 0

≤ ≤ β 45

γ

= 0.72 for β 45 ≥

Fig. 5. Wave overtopping reduction factor(γβ) along vertical wall for R = 1.0.

다. 즉, β = 50

인 경우에는 x/λ ≒ 1, β = 60

인 경우에는 x/

λ ≒ 2~3 구간에서 최대 월파량 저감계수가 산정되었다.

4.2 파랑 증폭구간 내에서의 월파량 저감계수

본 절에서는 월파량 저감계수 산정과 관련된 연구 중 최근의 연구성과인 Anderson and Burcharth(2009)가 수행한 실험 및 분석방법을 적용하여 본 실험에 대한 월파량 저감계수를 산정한 후 식(1)과 비교하였다. Anderson and Burcharth(2009) 는 경사식 방파제를 대상으로 연장 5 m의 모형을 설치한 후 β = 0

및 10

조건에서는 모형연장의 중앙부 지점(2.5 m), β = 25

, 45

및 60

조건에서는 구조물 시점부에서 중앙부 이후 지점에서 월파량을 계측하였다. 계측 지점 중 ‘중앙부 이후 지점’에 대해서는 정확한 위치를 제시하지 않고 파 진행방향 으로 중앙부 이후라고 제시하고 있다. 이는 β = 0

및 10

조 건의 경우에는 구조물 설치구간 전체에서 전반적으로 동일한 월파가 발생하는 것으로 관찰되었으나, β = 25

, 45

및 60

조건에서는 구조물 시점부로부터 2 m~3 m 지점까지 공간적 으로 매우 불규칙적인 월파가 관찰되었기 때문이라고 설명하 였다(Anderson and Burcharth, 2009). 본 연구에서는 Anderson and Burcharth(2009) 의 분석 방법과 유사한 방법으로 모형시 점으로부터 x = 3.2 m~4.0 m 구간에서 계측된 월파량을 대상 으로 직립제에 대한 월파량 저감계수를 분석하였다.

Fig. 6 은 입사각별로 x = 3.2 m~4.0 m 구간에서 계측된 월 파량을 상대여유고와 무차원 월파량의 관계로 도시한 것이다.

전체적으로 입사각이 증가할수록 무차원 월파량은 감소하는

것을 알 수 있으며, 이는 김 등(2010)의 연구에서 제시한 바와 같다. Fig. 6에서 EurOtop(2007)의 결과는 입사각에 관계없 이 동일하며, 이는 식(1)에서 제시한 바와 같이 β ≥ 45

인 경 우에는 월파량 저감계수가 동일하기 때문이다. Fig. 6에 있어 각 각의 입사각에 대한 추세선과 계측값의 상관관계를 분석해 보 면 Table 3과 같으며, R

= 0.60~0.88의 범위까지 분포하고 있음을 알 수 있다. 이는 동일 여유고 조건이라도 입사파고의 크기에 따라 월파량이 다름으로 인하여 상관관계의 분포가 광 범위한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 파형경사에 따른 영향은 기존 연구와의 비교를 위해 고려하지 않았으며, 파형경사가 월파량에 미치는 영향은 2차원 실험을 통해 우선적으로 검토 되어야 할 것으로 판단된다.

Fig. 7 은 EurOtop(2007)의 월파량 저감계수(식 1), 김 등 (2010) 의 월파량 저감계수(γ

= 1-0.0062 β)와 Fig. 6으로부터 산정된 월파량 저감계수를 비교 도시한 것이다. Anderson and Burcharth(2009)의 실험 및 분석방법과 동일한 방법으로 산 정된 월파량 저감계수(γ

= 1-0.0090 β)는 EurOtop(2007) 및

Fig. 6. Q-R relation by Anderson and Burcharth(2009)’s method.

Table 3. Root mean square error (R²) between regression line and data

incident angle (β) R²

50° 0.602

60° 0.883

70° 0.810

80° 0.699

김 등(2010)이 제시한 월파량 저감계수에 비해 작게 나타났 다. 이는 분석에 사용된 계측구간인 x = 3.2 m~4.0 m는 유의 주기 T

= 1.2 sec인 경우에는 x/λ ≒ 1.57~1.96, 유의주기 T

= 1.5 sec인 경우에는 x/λ ≒ 1.12~1.40, 유의주기 T

= 2.1 sec 인 경우에는 x/λ ≒ 0.75~0.93에 해당되어 파랑이 발달될 충분한 거리가 되지 않기 때문이다. 따라서 Anderson and Burcharth(2009) 가 수행한 실험은 경사식구조물을 대상으로 하였지만 실험에 적용한 모형연장 및 계측구간이 짧다는 것 이며, 파랑 증폭구간 이후 범위를 충분히 포함하는 조건에 대한 월파량 검토가 필요함을 의미한다. 그리고 Table 4는 EurOtop (2007), 김 등(2010) 및 Anderson and Burcharth(2009)의 방법을 이용하여 분석한 본 연구의 월파량 저감계수를 입사

각별로 정리한 것으로서 입사각이 증가할수록 김 등(2010)의 결과와 차이가 크게 발생함을 알 수 있다.

4.3 입사각에 따른 월파량 저감계수

Fig. 5에서는 R = 1.0인 조건에 대해 주기 및 파고에 따른 월파의 공간적인 분포를 도시하였으며, 파형경사, 상대수심 및 파랑의 비선형성의 차이에 따른 월파량 저감계수의 변화를 정 성적으로 확인할 수 있었다. Fig. 7은 본 실험에서 수행한 계 측자료를 Anderson and Burcharth(2009)의 방법으로 분석한 결과와 기존 연구결과를 비교 도시한 것으로서 파랑이 구조물 에 경사지게 입사할 경우에는 파랑의 증폭구간을 충분히 포함 하는 조건에서 실험이 수행되고 결과분석이 이루어져야 함을 알 수 있었다.

Fig. 8 은 Table 1에 제시된 다양한 상대여유고 조건에 대한 월 파량 저감계수를 주기 및 입사각별로 도시한 것이다. Fig. 8 에서 실선 및 점선은 입사파 주기조건별로 다양한 상대여유고

Burcharth(2009)'s method.

Table 4. Wave overtopping reduction factor (γβ)

incident angle β = 50^o β = 60^o β = 70^o β = 80^o EurOtop(2007) 0.72 0.72 0.72 0.72 Kim, et al.(2010) 0.66 0.67 0.59 0.46 this study using Anderson

and Burcharth’s method 0.55 0.41 0.37 0.28

Fig. 8. Distribution of wave overtopping reduction factor(γβ) along vertical wall.

조건에 대한 평균 월파량 저감계수를 나타낸 것이다. 동일 상 대여유고 조건(R = 1.0)에 대한 결과인 Fig. 5에서도 파랑조 건에 따라 월파량 저감계수가 다양하게 분포함을 확인할 수 있었다. 따라서 동일 주기조건에서 상대여유고에 따라 다양 한 월파량 저감계수가 산정되기 때문에 이를 산술평균하여 월 파의 공간적 분포를 분석하였다.

Fig. 8(a) 는 β = 50

조건에 대한 월파량 저감계수의 공간적 인 분포를 도시 한 것으로서 구조물 시점으로부터 x/λ ≒ 1.5 까지는 월파량이 증가하고 x/λ ≒ 3까지 감소한 후, 주기별로 어느 정도 차이는 있으나 평균 월파량 저감계수가

= 0.6~0.7 의 범위에서 진동하는 것을 알 수 있다. 또한 상대여유고 차 이에 따른 월파량 저감계수의 변동은 크게 나타났으며, 일부 조건에서 월파량 저감계수가 γ

= 1.0 이상의 값이 산정되었 다. 이는 직각입사파 조건과 동일한 수준의 월파가 발생함을 의미한다. Fig. 8(b)는 β = 60

조건에 대한 결과로서 최대 월 파량 저감계수가 발생하는 지점을 제외하고는 β = 50

조건과 유사하게 나타났다. 즉, 구조물 시점으로부터 일정구간 월파량 저감계수가 증가한 후 감소하며 진동하는 경향을 보인다. Fig. 8(c) 는 β =70

조건에 대한 결과로서 T

= 1.5 sec와 T

= 2.1 sec인 경우에는 월파량 저감계수가 증가하는 경향을 보이며, 이는 실험에 적용된 모형연장이 파랑을 충분히 발달시키기에는 부 족하기 때문이다. 반면, T

= 1.2 sec인 경우는 월파량 저감 계수가 증가한 후 γ

= 0.5~0.6 범위에서 거의 일정한 경향을 보인다. Fig. 8(d)는 β = 80

조건인 경우로서 타 입사각과는 달리 구조물 시점으로부터 월파량 저감계수가 증가하는 뚜렷한 경향은 보이지 않으며, 평균 월파량 저감계수는 γ

= 0.4~0.5 범위에서 진동하는 것으로 나타났다.

Fig. 8에 도시된 월파량 저감계수의 공간적인 분포를 종합 해 보면, β ≥60

인 경우에는 반사파의 영향으로 인해 구조물 시점으로부터 유의파장 기준 약 3파장 범위 내에서 월파량 저 감계수가 크게 산정 되었으며, 그 이후는 일정범위 내에서 진 동하는 경향을 보인다. β = 70

인 조건에서 입사파의 주기가 상대적으로 긴 경우에는 본 연구에 적용된 모형의 연장이 파 랑이 발달될 정도로 충분하지 않아 최대 월파량 저감계수는 도출되지 않았다. β = 80

의 경우에 입사파의 주기가 상대적 으로 긴 경우가 짧은 경우에 비해 약간 큰 월파량 저감계수 가 산정되었지만, 큰 차이를 보이지 않고 일정한 경향을 보 인다.

Fig. 9는 동일 주기조건에 대해 입사각별로 평균 월파량 저 감계수를 비교 도시한 것이다. 전반적으로 입사각이 작은 경 우에 월파량 저감계수는 크게 산정되었다. 그리고 β =50

와 β =60

조건을 비교해 보면, β =50

인 경우에는 구조물 시점 으로부터 일정구간까지는 β =60

에 비해 큰 월파량 저감계수 가 산정되지만, 파랑이 어느 정도 구조물을 따라 진행한 후 에는 β =60

인 경우가 더 큰 월파량 저감계수를 보였다. 이 러한 경향은 기존의 연파에 대한 연구에서 나타난 상대파고 의 분포 경향과 동일한 것이다.

5. 결 론

본 연구에서는 직립식 구조물을 대상으로 수리실험 통하여 경사입사파에 대한 월파량의 공간적 분포를 월파량 저감계수 (γ

) 를 도입하여 검토하였다. 특히, 기존 연구에서는 β =0

( 직 각입사)~50

의 범위에서 경사입사파에 대한 월파량 저감계수 만을 제시하고 있으나, 본 연구에서는 β =50

~80

에 대하여 경사입사파에 대한 월파량 저감계수와 월파의 공간적인 분포 를 제시하였다.

본 연구에 의하면, 입사각(β )이 작은 경우(β =50

및 60

) 에서는 구조물 시점에서부터 반사파의 영향으로 인해 구조물

periods(relative water depth).

시점을 기준으로 유의파장 기준 약 3파장 범위 내에서 월파량이 크게 계측되며, 이후 전체적으로 진동하는 경향을 보였다. 입 사각이 증가함에 따라 파랑 증폭효과가 크지 않아 월파량 저 감계수가 상대적으로 작게 산정되었으며, 또한 공간적인 변 화도 크지 않았다. 이를 감안할 경우 구조물 시점부를 기준 으로 유의파장 대비 약 3파장 범위 내에서는 안전율을 고려 하여 직각입사파와 동일한 수준의 마루높이를 적용하는 것이 월파에 대비한 설계에 있어 효과적이며, 3파장 이후 부분의 마루높이는 월파량 저감계수를 적용하는 것이 적절한 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 파랑의 비선형성이 월파량 저감계수에 영향을 미침을 확인하였으나, 이에 대한 정량적인 분석은 수행하지 않았다. 즉, 주기를 고려한 파형경사의 영향 검토가 필요할 것 으로 판단되지만 본 연구의 실험조건이 충분하지 못했기 때 문이다. 파형경사가 월파량에 미치는 영향에 대한 검토는 2차원 및 3차원 실험을 병행하여 수행하고 분석되어야 할 것이다.

감사의 글

본 연구는 한국해양과학기술진흥원 지원과제인 “기후변화 대응 항만설계기준 개선 방안연구(1단계)” 과제(PJT200400)의 일부임을 밝히며, 국토해양부 및 한국해양과학기술진흥원의

지원에 감사드립니다.

참고문헌

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원고접수일: 2011년 7월 1일 수정본채택: 2011년 10월 12일(1차)

2011년 10월 27일(2차) 게재확정일: 2011년 10월028일