Experimental Study on Energy Transmission Rate of Horizontal Dual Plate by Random Wave System

海岸 및 港灣工學

第28卷 第4B 號·2008年 7月 pp. 421 ~ 428

水平型 二列 組合板의 透過率 算定을 위한 實驗的 硏究

Experimental Study on Energy Transmission Rate of Horizontal Dual Plate by Random Wave System

권혁민*·김영학**·기성태***

Kweon, Hyuck-Min

·

·

···

Abstract

For last decades, the rapid coastal erosion process spreading along Korean peninsular has become a nuisance especially for tourism and local economy. Global warming and sea-level rise demand persistently new coastal protection strategies against the conventional methods using armored structures. In a view of this, Kweon et al. (2007) has proposed a new type of horizontal steel plates for an ideal candidate as eco-friendly detached breakwater systems for global warming era. The breakwater is com- posed of piles and horizontal porous plates that was devised for the optimized blockage effects and wave energy dissipations.

This system provides outstanding performances as wave barrier and added advantages such as a rapid installation, an easy relo- cation, a perfect water circulation for the stagnation of pollutions in sheltered regions.

The present experimental study focuses

Keywords : coastal erosion, beach protection, detached breakwater, transmission rate

···

요 지

최근 들어 우리나라 전해역에 걸쳐 발생하고 있는 침식은 사회적인 문제가 되어왔다. 하지만, 해안구조물에 의한 기존의 방법으로 해안선을 보호하는 것이 “파랑장에 친화적인가?”라는 관점에서 개선의 여지가 있다. 새로운 형식의 철재형 이안제 는 권혁민 등(2007)에 의해 제안되었다. 본 형식은 다수의 파일과 상부에 파랑진행방향과 수평으로 설치된 소파장치로 구성 되어 있다. 본 형식은 해수유통원활, 대수심 축조수월, 공기단축 등의 장점이 있다.

본 연구는 소파제로서 철재형 이안제의 상부에 거치가 가능한 이열 조합판의 투과율을 실험적으로 평가했다. 일방향 불규 칙파 시스템에 의한 모형실험을 통하여 반사율, 소파율, 투과율에 관하여 분석했다. 실험결과, 파형경사가 클수록 그리고 조 합판의 폭-파장비가 클수록 투과율이 작아짐을 보였다. 본 연구는 이열 소파판 조합에 대하여 투과율 산정을 위한 직선식을 제안했다.

핵심용어

해안선 침식, 해안선 보호, 철재형 이안제, 투과율

···

1.

서 론

최근 들어 우리나라 전해역에 걸친 해안선 침식문제가 심 각한 사회 문제로 되어가고 있다. 해안침식은 모래의 이동에 의한 문제로써 주로 연안류 및 먼 바다 방향의 되돌이 흐름

(return flow)

에 의한 모래양의 감소에 기인한다. 현재는 해

안선에 축조되어 있는 방파제 등 연안구조물의 연안류 흐름 을 차단하여 발생하는 침식이 주로 지적되고 있으나 계절적 으로 대파랑의 내습에 의한 대규모 침식현상 후 회복되지 않아 동적안정이 파괴되는 현상이 동시에 발생하고 있다. 본

연구는 대파랑의 파고를 감쇠시켜 되돌이 흐름을 억제함으 로써 해안선 침식을 저감할 수 있는 요소기술을 제공하고자 한다.

해안선 보호를 위해서는 기존의 중력식 이안제가 수역의 경관을 저해하며 해수교환이 충분하지 않고 석산개발의 부 담 등 여러 가지 문제점이 지적되어 왔다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 최근 들어 해수유통, 경관확보, 석산개발억 제, 대수심 축조 유리, 급조식 축조, 철거시 비용절감 등의 장점이 있는 철재형 이안제가 주목받고 있다. 철재형 이안제 는 그림 1의 개념도에 보이는 바와 같이 여러 개의 셀로

*정회원ㆍ교신저자ㆍ경주대학교 토목공학과 부교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

**(주)건일엔지니어링기술연구소연구원·공학석사 (E-mail : [email protected])

***정회원ㆍ서울산업대학교 토목공학과 조교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

연결되어 있는 형식으로써 육상제작을 하여 Frame에 소파장 치를 탑재하는 축조가 가능하다.

철재형 이안제는 그림 1에 보인 바와 같이 보호하고자 하 는 해안선에 대하여 투과율을 조절하기 수월해 기존의 중력 식 방파제에 비하여 설계 유연성이 크다고 할 수 있다.

본 연구는 수평형 이열 조합판에 대하여 수리적 성능평가 를 수행하여 철재형 이안제의 설계를 위한 요소기술을 제공 하고자 한다.

2.

실험단면 설계 및 제작

실험단면을 설계하기 위하여 김성중(2006)의 성과를 참조 하고 규칙파에 대한 수치해석방법을 적용·비교하여 투과율 이 작은 경우를 실험대상단면으로 선택했다. 김성중은 수치 계산에서 투과판의 경계조건식으로 Darcy’s법칙을 사용하였 으며, 속도는 투과판 전후의 압력차이에 선형적으로 비례하 는데 그때 비례상수를 조일형(2002)의 경험식을 사용했다.

설계된 수평형 이열 조합판은 공장제작을 했다.

2.1

실험단면 선택

김성중(2006)은 단일로 배열된 수평판에 대해서 무공과 유 공의 경우에 대하여 수평판의 몰수심-수심비 d/h를 0.05~0.3 에서 0.05 간격으로 6가지에 대하여 규칙파의 투과율에 관 하여 선형파이론에 기초한 수치해석을 수행했다. 무공판의 경우는 d/h=0.1조건에서 상대수심 kh가 1.0~1.8에서 상대적 으로 가장 작은 투과율을 보이고 있다. 유공판의 경우는 d/h 가 0.05와 0.1조건에서 kh가 0.0~2.0에서 투과율이 100%부 터 30%까지 감소한다. 유공율은 약 7%에서 비교대상 중 가장 작은 투과율을 보이고 있다.

본 연구에서는 김성중의 연구 성과로부터 유공율 P를 7%

로 정하고 d/h를 0.05와 0.1로 적용한 이열판 조합에 대하 여 김성중의 수치해석기법 및 다중영역경계요소법 소스코드 를 활용하여 투과율 계산을 했다. 그림 2는 실험단면 선택 을 위한 비교 단면안을 보이고 있다.

수치해석을 위한 수심 h는 4절에서 설명할 실험파 설계에 서 목표로 하는 파가 생성될 수 있는 수조 조건을 만족하는 범위에서 선정했다.

김성중(2006)은 폭 w가 투과율 K

에 지배적 요소 중 하 나로 기능함을 보였다. 본 비교에는 w의 효과를 검토하기 위

하여 0.45 m, 0.60 m, 0.90 m 등 총 3가지에 대하여 비교했 다. 각각의 길이는 불규칙파 실험에 있어서 파장 L

과 관계 하므로 폭-파장비, w/L

이 0.1~0.2범위로 되도록 파 설계와 함께 검토하여 결정했다.

수치해석을 위하여 h=0.60 m, d=0.03 m이며 판 간격은

0.03 m

로 동일한 값을 적용했다. 그림 3, 그림 4, 그림 5는

각각 w=0.45 m, 0.60 m, 0.90 m의 경우에 그림 2에 보인

그림

철재형 이안제의 설치 개념도

그림

투과율 비교를 위한 수치해석 대상단면

그림

상대수심

에 따른 투과율

(a), (b), (c)

단면을 비교하고자 했다. 그림 3, 그림 4, 그림 5에 보이는 바와 같이 파수 k와 수심 h의 곱인 상대 수심 kh에 따라 투과율 K

의 변화를 보인다.

폭 w의 K

에 대한 영향을 해석한 그림 3, 그림 4, 그림

를 통하여 조합 (a), (b), (c)가 동일하게 폭 w=0.90 m의 경우는 이보다 짧은 0.60 m, 0.45 m보다 kh의 증가에 따라

가 최소값까지 빨리 감소함을 보이고 있다. 투과율 K

의 최소값 도달까지 각각이 서로 미미한 차이를 나타낸다. 하지 만, K

의 최소값 도달 이후, kh의 증가에 따라 저판이 경사 이면서 무공인 (a)조합이 가장 작은 값을 보이고 있다. 이열 수평판 조합에 해당하는 (b)와 (c)의 경우는 w=0.45 m,

0.60 m

에서 kh가 증가함에 따라 최저 K

에 도달할 때까지

거의 유사한 값을 보이고 있다. 하지만, K

가 최저값에 도달 한 이후 증가하는 kh구간에서는 약간 (c)의 경우가 (b)보다 작아짐을 알 수 있다.

본 연구에서는 주어진 3가지 이열 조합에 대하여 투과율 이 작은 순으로 상부유공수평-하부무공경사판 조합인 (a)와 상부유공수평-하부유공수평판 조합인 (c)를 실험대상단면으로 결정했다.

2.2

실험단면 제작

실험단면제작을 위하여 2-1절에서 보인 실험단면 (a), (c) 단면의 실험 폭 w를 결정해야 한다. 본 연구에서는 w=

0.90 m

의 경우가 비교적 투과율이 가장 작았으므로 이를 대

상으로 하고 (a), (c)단면에 대하여 서로 다른 길이를 적용하

고자 한다. 임의로 (a)단면에 대해서는 w=0.90 m, 0.60 m 2 가지, (c)단면에 대해서는 w=0.90 m, 0.45 m 2가지로 결정 했다. 폭 w가 서로 다른 것은 조파기의 성능을 고려하여 폭- 파장비가 약 10~40%정도를 대상으로 하여 결정한 값이다.

그림 6과 그림 7의 실험단면에 대한 제원의 대상부위를 보인다.

그림 6은 상부판에만 7%의 유공율을 가지고 있으며, 하부 판는 무공의 형태로 제작을 하였다. 상부판은 수면과 수평이 며 하부판은 경사각 5°를 주고 상하부판의 높이차가 큰 쪽 이 조파판으로 향하도록 했다. 길이 B는 실험수조에 맞추어

0.99 m

로 1 mm작게 제작했다. 상부판의 유공직경은 1 cm로

레이저 가공을 하였으며, 파의 감쇠효과를 증가시킬 수 있기 를 기대하며 지그재그 형태로 배치했다. 그림 7은 상부판과 하부판 모두 7%의 유공율을 가지고 있으며 상판과 하판의 간격은 0.03 m이다. 길이 B와 유공직경 및 배치는 그림 6 과 동일하다. 전단면은 녹이 발생하지 않는 스테인리스로 제 작했으며 판의 두께는 전부 2 mm이다.

그림 6과 그림 7의 실험단면에 대하여 각각 (a), (c)로 구 분하여 각 제원을 표 1에 보인다.

표 1에 보인 바와 같이 실험대상단면은 총 4가지로서

로 분류한다.

실험단면의 폭은 조파장치의 성능을 고려하여 최대한의 범 그림

상대수심

에 따른 투과율

그림

상대수심

에 따른 투과율

그림

상부유공수평

하부무공경사판

그림

상부유공수평

하부유공수평판

표

실험단면의 제원

제원/단면명칭

(a)-1 (a)-2 (c)-1 (c)-2

폭, w

길이, B

간격, t

간격, t

유공율, P

위의 폭-파장비에 따른 투과율 산정을 하기 위하여 변화시킨 것이다. 김성중의 수치실험에 의하면 실험단면 (a)-1, (a)-2의

는 각각의 w에 따른 최소 투과율을 보이는 경우의 수 치이다.

3.

실험파의 선정

실험파는 각 대상단면에 대하여 조건을 만족할 때까지 반 복계산을 하여 선정했다. 선정에서 사용한 조건은 ① 풍파영 역에 해당하는 환산심해 파형경사, 0.02≤H

≤0.04의 범 위, ② 상대수심, 0.5<kh<1.5의 범위 ③ 조파수조의 성능

④ 비쇄파 등 4가지 조건을 만족하는 파를 실험파로 선정했 다. ①의 조건은 kh=0.5에서 그림 3과 그림 4에서 K

가 약

90%,

그림 5에서 약 80%를 보이고 있으며 그 이상 값에

대해서는 실용적 의미가 없으므로 최소값으로 정했다. 최대 값 kh=1.5는 그림 4에 보인 바와 같이 최소값을 보이고 있 으며 그림 3에서는 단주기 방향으로 감소 중에 있다. 그림

에서는 K

값이 최저점에서 단주기 방향으로 가면서 증가하 고 있거나 변화가 미미하다. 따라서 투과율이 가장 작게 나 타나는 단면 (a)에 대하여 증감이 일정하지 않은 구간에서의 변화를 살펴볼 수 있다. 수심은 전 단면에 대하여 동일하게

0.60m

로 했다. 조건 ④에 대해서는 최대파고 H

가 유의파

고 H

의 2.0배로 계산하여 수심의 0.78배 이하임을 확인

하고 선정했다.

실험단면 (a)에 관하여 환산심해 파형경사 H

가 0.02,

0.03, 0.04

급을 1개씩 선택하고 1개를 추가하여 총 4개의

파를 선정했다. 실험단면 (b)에 대하여 H

가 0.02, 0.03,

급을 1개씩 3개를 선택하고 유사한 파형경사 값에 해당 하면서 주기가 서로 다른 각 1개씩 3개와 임의로 1개를 추 가하여 총 7개씩을 선정했다.

선정된 실험파 제원은 조파시스템에서 파생성의 정밀도 한 계로 인하여 통과파 설정 단계에서 약간 수정이 된다. 4절 의 통과파 설정에서 실험파의 제원을 보이고자 한다.

4.

일방향 불규칙파에 의한 투과율 산정실험

본 연구는 서울산업대학교에 설치되어 있는 일방향 불규칙 파 시스템을 사용했다. 수조는 길이 25 m, 폭 1 m, 높이

의 단면 수조이며, 조파판 반대 끝단에는 반사파를 저감 시키기 위해 소파장치를 배치했다.

불규칙파의 생성을 위하여 JONSWAP 스펙트럼의 평균값

을 사용했다(Goda, 1996). 파측정을 위하여 용량식 파 고계를 사용하여 Goda·Suzuki(1976)의 3점법을 사용하여 입·반사파 분리를 시도했다.

설계된 실험파를 목표파로 하여 설정된 통과파가 본 실험 에서 사용됐다. 통과파 설정 후 제작된 단면을 수조에 거치하 고 입사파가 통과파와 동일하도록 파 검정을 실시했다. 파 검 정 후 투과율 산정을 위한 실험이 수행됐다. 수심은 0.60 m 로 일정하게 했다.

4.1

통과파 설정

통과파 설정은 시행착오방법으로 수행하므로 실험시간을

단축하기 위하여 120파를 기준으로 한다. 우선 120파를 기 준으로 평균 주기를 곱하여 파 취득시간으로 정하고 취득간 격

를 곱하면 취득자료 개수 m이 된다. 이때, m 을 2의 n승으로 표현한 값 l과 비교하여 가장 가깝게 넘는

이 실재 취득자료 개수 q가 되며 q×

값이 통과파 취득시 간이 된다. 본 실험에서는 20Hz간격으로 자료취득을 했다.

본 실험은 스펙트럼 분석을 시도했으므로 2의 n승개 자료가 필요하다.

통과파 설정을 위하여 그림 8과 같이 단면을 설치 할 위 치에 3개의 용량식 파고계를 배치했다.

표 2, 표 3, 표 4는 각각의 실험단면에 대한 통과파를 보 인 것이다.

표 2, 표 3, 표 4에 보인 통과파의 반사율 K

는 최대

21.7%,

최소 13.5%를 보이고 있다. 반사율은 그림 8에 보인

수조 끝단에 설치된 소파장치의 능력을 보인 것이다.

표

실험단면

의 통과파 실험단면 (a)-1

Case

주기

T_1/3, sec

파고

H_(1/3), cm

반사율

K_RP

1 1.5 13.5 0.195

2 1.7 13.5 0.150

3 1.9 14 0.161

4 2.1 14 0.167

표

실험단면

의 통과파 실험단면 (a)-2

Case

주기

T_1/3, sec

파고

H_(1/3), cm

반사율

K_RP

1 1.4 12 0.160

2 1.7 18 0.186

3 1.9 16.5 0.155

4 2.0 12.5 0.135

표

실험단면

의 통과파 실험단면 (c)-1, (c)-2

Case

주기

T_1/3, sec

파고

H_(1/3), cm

반사율

K_RP

1 1.4 12 0.16

2 1.55 12 0.138

3 1.7 17.5 0.173

4 1.9 17 0.155

5 2.0 13 0.135

6 2.1 14.5 0.148

7 2.3 16.5 0.217

그림

통과파 설정을 위한 파고계 배치도

4.2

실험단면 거치 및 자료취득

철재형 이안제 모형실험에 사용한 조합판은 박스 형태로 2 중으로 배치된 형상이며, 처짐을 방지하기 위하여 가운데와 양 측면에 수직으로 된 유공판을 용접했다. 수평판과 경사판 의 형상에 대하여 1차적으로 분류하였으며, 조합판의 폭과 상하부 유공의 유무를 다르게 하여 총 4개의 조합판 모형을 제작하여 실험했다. 조합판을 실험수조에 설치할 때 수면에 서부터 몰수심 깊이 0.03 m를 고려하여 수조바닥에서

0.57 m

높이에 상부판을 기준으로 실리콘을 이용하여 이열판

을 고정했다. 사진 1은 수조에 고정되어 있는 실험단면의 모습을 보인 것이다.

사진 1에 보인 바와 같이 이열판 모형의 무게를 지탱하기 위하여 사진 1과 같이 스테인리스 볼트봉 3개를 수조의 양 끝단에 지점을 둔 고정대와 연결했다. 볼트봉은 상부판 유공

를 통과시켜 상부판에 너트로 고정시켜 모형의 처짐과 흔들림을 방지했다.

투과율 산정을 위한 모형실험은 그림 9에 보이는 바와 같 이 조합판 전·후방에 3점법 관측을 위하여 파고계를 3개씩 설치하여 입·반사 분리를 시도했다. 전방부의 3개에서 얻 어진 입사파를 입사파로 후방부 3개에서 얻어진 입사파를 전달파로 했다.

입사파 측정을 위한 전방에 설치된 파고계는 조파판을 기 준으로 수심의 3배 이상 이격시켜 3.8 m 지점에 #1 파고계 를 설치하여

값을 조절하였고, 전달파 측정을 위한 후방에 설치된 파고계는 #6 파고계를 기준으로

값을 조절하여 설 치를 하였다.

파고계의 간격

은 파고와 주기에 따라 거리를 조정하여 파형을 취득한 후 반사율을 계산했고, 분리하고자 하는 주파 수대는 최대주파수 f

의 0.6f

로 설정했다.

통과파를 검정한 파조건으로 조파시켜 약 3~4분 동안 중

복파의 안정적 형성을 확인 후 자료취득을 시작하여 자료수 가 2의 13승인 8192개가 취득될 수 있는 시간 약 7분 동 안 자료를 얻었으며, T

의 식으로 부터 평균주기가

초 일 때 취득시간 7분에 대한 유의파 주기는 350파에 해당한다.

5.

실험파의 해석

불규칙파의 해석을 위하여 수조 내 장주기 성분을 제거하 고 전면부와 후면부의 입·반사 분리를 시도했다. 실험단면 의 파 통과 전후의 주파수에 따른 에너지 밀도변화를 비교 하기 위하여 스펙트럼 분석을 수행했다.

5.1

해석순서

불규칙파의 해석은 權赫珉(1996)이 사용한 방법을 준용하 여 그림 10에 보이는 바와 같은 순서로 불규칙파 해석을 실시했다.

본 해석에서는 수조의 양쪽 끝 경계면으로부터 반사에 의 한 장주기파 성분을 제거하기 위해 스펙트럼분석을 통하여 표준스펙트럼과 현저한 차이를 보이는 저주파수대 f

이하를 제외했다. 일정범위의 저주파수대 f

와 고주파수대 f

사이 의 주파수대를 대상으로 불규칙파 해석을 시도했다. 이때, f

는 입사파와 전달파에 동일하게 적용했다. 전 실험의 f

=9.92188HZ

로 일정하고 f

는 주기에 따라 달리 설정했다.

5.2

파의 스펙트럼 해석

그림 11과 그림 12는 수평판과 경사판의 입사파와 전달파 의 스펙트럼 변화를 각각 보인 것이다. 수평축은 주파수

(Frequency, f (Hz)

이고, 수직축은 스펙트럼밀도 (Spectral

Density, S(f), (cm²

·sec))로 나타내었고, 주파수 f는 0~1.5Hz

사이의 범위로 동일하게 표현했다. log-log용지에 주파수와 밀 도를 표시했다.

실험단면 (a)-1, (a)-2 그리고 실험단면 (c)-1, (c)-2는 입 사파와 전달파의 크기 차가 각각 실험 Case에서 가장 큰 경우를 대상으로 했으며, 비교대상의 파는 입사파 측정점인

T

사진

조파수조내 수평형 이열 조합판 설치

그림

조합판 모형실험 계측을 위한 배치도

평면도

정면도

그림

파의 해석 순서도

#1

과 전달파 측정점인 #4의 측정점 2지점의 자료를 대상으 로 했다.

그림 11에 보인 바와 같이 실험단면 (a)-1과 (a)-2에서 최 대 주파수대의 에너지가 감쇠됨을 알 수 있다. 실험단면

(a)-2

와 같이 실험단면 (a)-1에 비하여 조합판의 폭이 넓은

경우는 최대 주파수대의 에너지가 폭이 좁은 경우보다 에너 지 감쇠효과가 크다는 걸 알 수 있다.

그림 12의 실험단면 (c)-1과 (c)-2를 비교하여 보면, 수평 판의 경우도 경사판에서의 경우와 같이 폭이 넓은 실험단면

(c)-2

가 (c)-1보다 최대 주파수대에서의 에너지가 더 많이 감

쇠되고, 감쇠된 에너지 일부는 고주파수대로 이동함을 알 수 있다.

실험단면 4가지 중에서 (a)-2의 경우가 최대주파수대에서 의 에너지 감쇠가 가장 크게 나타난다. 폭이 넓은 경우가 천수효과에 의한 쇄파대가 길어져 에너지 감쇠가 많이 되며 상부유공을 통과하는 제트류가 입사파의 진행방향과 수직으 로 작용하면서 추가적인 강제쇄파를 유발한다. 상부수평유공 판과 하부경사무공판 사이를 통과하는 파는 점진적으로 좁 아지는 통수단면적으로 인하여 보다 큰 압력차를 유발하고 후미 선단에서 발생하는 역방향 파의 형성에 일조하는 것으 로 추측된다. 후미 선단에서 발생하는 pulsating flow의 물 리현상학적 원리는 Kee et al.(2007)에서 찾을 수 있다.

5.3

파고 산정

수조 전면에서 중복파의 파고 H

는 스펙트럼 해석법을 사용하여 식 (1)에 보이는 바와 같이 정했다.

(1)

여기서,

는 스펙트럼의 밀도, 주파수의 계급값이며 0.03906

로 일정하다.

상기한 m

는 중복파의 스펙트럼 면적이므로 최종적으로 입 사 파고는 입사율을 곱한 식 (2)으로 정했다.

(2)

여기서, K

은 반사율이며 Goda·Suzuki(1976)방법에 의해 입·반사분리를 통하여 추산되었다.

6.

실험 분석 및 결과

본 실험의 분석은 식 (3)에 보이는 바와 같이 반사율 K

투과율 K

에너지손실률 K

에 대하여 정리했다.

(3)

여기서,

는 입사파고이며, H

는 조합판 후방의

파를 입·반사 분리하여 식 (2)로 계산한 결과이다. K

와

은 실험에 의한 측정값이며, K

는 식 (3)에 의해 계산 된 값이다.

본 수평형 이열 조합판의 반사는 사진 2에 보이는 파차단

m₀ S f

( )

× Δ

high

∑

=

S f

( )

Δf

H_{(1 3⁄ )i}=H_{(1 3⁄ )s}

× (

)

1=K_R²+K_T²+K_loss

그림

실험단면

그림

실험단면

효과에 의해 발생한다.

사진 2는 파 진행방향에서 조합판의 후면에 발생하고 있 는 파형이 부풀어 오른 모습을 보인다. 부풀려진 부분은 조 합판의 상판과 하판사이를 통과하는 파의 위상차에 의한 역 방향 진행파 즉 반사파와 충돌하여 형성되는 중첩된 파형으 로 순간적 충돌 후 각각의 방향으로 진행하게 된다. 이러한 상부 평판에서 발생하는 파 차단효과와 더불어 평판 하단부 에서 발생하는 pulsating flow에 의한 파차단 효과(2006, 기 성태, 허동수, 2007; Kee et al.)는 평판의 유공을 통한 파 에너지의 소산과 더불어 투과율 저하에 기여하고 있다.

상판에서 발생하는 쇄파에 의한 수위상승은 부풀려지기 전 의 수위를 보면 알 수 있듯이 가시적으로 판단할 정도의 크 기로 나타나고 있지는 않으며, 쇄파에 의한 수위상승은 조합 판 하단을 통해서 쉽게 복원됨으로 조합판으로 부터 일정거 리 떨어진 곳에서는 수위상승의 효과가 지극히 미미하다.

Kweon

·Goda(1996)는 평균수위상승은 쇄파에 의한 유의파

고의 감쇠 시작점 직전에 상승하기 시작하며 파고의 수%

정도의 크기로 나타남을 보인 바 있다.

본 연구는 폭-파장비에 따른 투과율을 정리하여 설계를 위 한 기본 정보를 제공하고자 한다. 더욱이 불규칙파 실험과 수치실험에 의한 결과를 비교하고자 한다.

6.1

폭

파장비에 따른 투과율

표 5는 스펙트럼 해석에 의한 반사율, 투과율, 에너지손실 률, 폭-파장비를 대표하여 보인 실험단면 (a)-2의 형식이다.

실험단면 (a)와 (c)의 스펙트럼 해석을 통하여 얻어진 반사 율 K

과 폭-파장비 w/L

결과를 가지고 그림 13과 그림

와 같이 표현했다.

반사율 K

은 표 5에 보인 바와 같이 약 37% ~ 45%정도 임을 알 수 있다. 이는 일반적인 사석 경사제와 유사한 값 에 해당한다.

그림 13은 실험단면 (a)의 폭-파장비에 따른 투과율을 나 타낸 것이다. 실험단면 (a)-1의 폭-파장비 범위는 0.12~0.20 이고, 실험단면 (a)-2의 경우는 0.21~0.32 사이의 범위로 전 체 영역에 고루 분포되어 있다.

폭-파장비에 대하여 20% 수준에서 투과율이 약 60%임을 알 수 있으며, 직선식 (4)를 이용하면 폭-파장비에 대한 실 험단면 (a)의 투과율 K

를 구할 수 있다.

(4)

실험단면 (c)의 투과율 K

는 그림 14와 같이 표현되며, 폭- 파장비 0.08~0.32 범위 사이에 나타내고 있다.

폭-파장비에 따른 실험단면 (c)의 투과율 K

는 직선식 (5) 를 통하여 간략하게 구할 수 있으며, 폭-파장비가 20% 일 때 실험단면 (c)의 투과율은 약 63%이다.

(5)

전체적인 폭-파장비에 대한 실험단면 (a)와 (c)의 특성을 비교해보면 폭-파장비 20%에 해당하는 조합판의 투과율은 약 3% 정도의 차이를 보이고 있어 실험단면 (a)가 (c)보다 파 에너지를 감쇠시키는 효과가 큰 것을 알 수 있다.

폭-파장비 w/L

일 때, 투과율 K

의 절편이 식(4)와 식(5)에서 각각 1.11, 1.01을 보이고 있다. 이는 절편 상에 서 11%와 1%의 오차를 보이고 있다.

K_T=–253w/L_{(1 3⁄ )i}+1.11

K_T=–1.89w/L_{(1 3⁄ )i}+1.01

사진

수평형 이열 조합판의 파차단 효과

표

스펙트럼 해석에 의한

Case

반사율

K_R

투과율

K_T

에너지손실률

K_loss

폭-파장비

1 0.454 0.316 0.694 0.318

2 0.411 0.532 0.549 0.247

3 0.376 0.579 0.523 0.187

4 0.397 0.538 0.553 0.206

그림

폭

파장비에 따른 실험단면

의 투과율

그림

폭

파장비에 따른 실험단면

의 투과율

6.2

불규칙파와 규칙파의 비교

본 연구에서 규칙파는 선형이론에 기초한 수치해석 결과이 며, 불규칙파는 풍파영역에 해당하는 파를 대상으로 했다. 본 연구에서는 규칙파와 불규칙파에 의한 투과율을 비교함으로 써 경향적 유사점 또는 크기의 차이점에 대하여 의론하고자 한다.

그림 15는 폭-파장비에 대하여 모형실험을 통한 불규칙파 와 수치 해석한 규칙파를 비교검토를 한 것이다. 검은 사각 형과 원형은 불규칙파를 나타낸 것이고, 흰 사각형과 원형은 규칙파를 표현한 것이다.

그림 15는 실험단면 (a)의 불규칙파와 규칙파를 비교한 것 이며, 사각형은 실험단면 (a)-1, 원형은 실험단면 (a)-2에 대 하여 나타낸 것이다. 실험단면 (c)-1과 (c)-2는 그림 16에 보이는 바와 같다.

폭-파장비 0.15 일 때, 불규칙파와 규칙파의 비교에서 불규 칙파의 경우 실험단면 (a)와 (c) 모두에서 투과율이 약

15~30%

정도 규칙파의 경우보다 크게 나타나고 있다. 특히

규칙파 차단효과가 두드러지게 발생하는 특정주기 근처에서 투과율의 큰 차이를 보이고 있다. 이는 규칙파의 경우 차단 효과가 지속적으로 파를 반사하는 반면 불규칙파의 경우 전 후 파의 주기가 서로 달라 파차단 효과가 규칙적으로 발생 할 수 없음에 기인된다고 사료된다.

7.

결 론

수평형 이열 조합판을 통과하는 파는 파형경사가 클수록 그리고 조합판의 폭-파장비가 클수록 투과율이 작아짐을 알 았다. 투과율 산정을 위해 폭-파장비에 따른 선형식을 제안 했다. 본 연구에서 제안하는 수평형 이열 조합판은 투과율 조절이 수월하므로 이안제로서 설계상 선택의 폭을 넓힐 수 있다.

감사의 글

본 연구는 국토해양부 “지역특성화 연구개발사업(2005. 6.

30~2010. 7. 29)”

의 성과 중 일부이며 지원에 감사드립니다.

참고문헌

권혁민, 김영학, 기성태, 권오균(2007) 이열 유공판을 활용한 철 재형 이안제의 소파기능 검증.

년 한국해양과학기술협의 회 공동학술대회 초록집, 한국해양과학기술협의회, pp. 1853-

기성태, 허동수(2006) 수평 유공판에 의한 파차단 효과 및 에너 지 감쇄. 대한토목학회

년도 정기학술대회 논문집, 대한 토목학회, pp. 577-580.

김성중(2006)

중 유공판 방파제의 성능 평가

공학석사학위논문, 서울산업대학교.

조일형(2002) 수평형 타공판의 소파특성. 한국해안·해양공학회지, 한국해안·해양공학회, 제14권 제4호, pp. 265-273.

權赫珉(1996) 複合斷面における不規則波浪の碎波變形に關する硏究

博士學位論文, 橫浜國立大學.

Goda, Y. and Suzuki Y. (1976) Estimation of incident and reflected waves in random wave experiments. Proc. 15th Int. Coast.

Engrg Conf., ASCE, pp. 828-845.

Kweon, H.-M. and Goda Y. (1996) A parametric model for ran- dom wave deformation by breaking on arbitrary beach pro- files. Proc. 25th Int. Coast. Engrg Conf., ASCE, pp. 261-274.

Kee, S.

T., Hur, D. S., and Kim, S. J. (2007) Blockage Effects and

Yoshimi Goda. (1996)

항만구조물의 내파설계

김남형 역, 구미 서관.

Yoshimi Goda. (2000)

해안항만

이희윤 역, 지양사.

(

접수일: 2008.1.31/심사일: 2008.4.10/심사완료일: 2008.5.8)

그림

불규칙파와 규칙파의 실험단면

에 대한 비교

그림

불규칙파와 규칙파의 실험단면

에 대한 비교