수중방파제로 인한 사석경사식 방파제의 안정성에 대한 수리실험

Abstract

방파제는 외해로부터 작용하는 파랑의 동적인 힘으로부터 항구나 항내 구조물의 보호를 위한 시설이다. 그러나 기상이변으로 인한 수면상승으로 방파제에 안정성에 문제가 제기되고 있다. 이러한 안정성 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나가 기존 방파제 전면에 수중방파제의 설치이다. 수중방파제는 입사파 에너지를 감소 시켜 기존 방파제에 안정성과 실용성을 높일 수 있다. 수중방파제에 대한 많은 기존 연구들이 대부분 수중방파제로 인하여 발생하는 흐름변화에 대한 수치 모의가 대부분이고, 전달파가 해안이나 구조물에 미치는 영향에 대해서는 미미한 실정이었다. 그리하여 본 연구에서는 수중방파제의 형태는 여러 형태 중 기존 연구에서 반사율이 가장 좋은 직사각형 형태의 수중방파제를 사용하였으며, 방파제는 현재 널리 사용되고 있는 사석경사식 방파제를 사용하였고, 실험에 사용된 입사파는Bretschneider-Mitsuyasu 스펙트럼을 이용한 불규칙파를 사용하였다. 수리실험에서 수중방파제의 폭과 높이, 그리고 구조물 간의 거리의 변화에 따른 각각의 반사계수와 사석경사식 방파제의 경사면에 처오름 높이를 구하였다. 본 연구 결과로써, 반사계수는 파형경사가 증가함에 따라 감소하였고, 처오름 높이는 수중방파제가 존재하므로 감소하였고, 또한 수중방파제의 상대높이가 높을수록 쇄파가 발생하여 입사파 에너지가 감소하여 처오름 높이도 감소하였다. 수중방파제로 인하여 입사파의 에너지가 감소되므로 사석 경사식 방파제의 안정성을 높일 수 있는 기대 효과가 있다. 본 연구에서 제시된 실험 결과들이 수중방파제의 설계에 필요한 기초자료로서 활용 가능할 것으로 판단되어진다.; Breakwaters are one space constructed to protect the port and harbor facilities from dynamic forces of the ocean wave. However, the stability problem of breakwaters has been issued due to the global warming, which occurs the rising of sea level. One of the most effective methods for resolving such problems is the construction of the submerged structure. The submerged structure can be expected to improve the stability and the practicality of the breakwater. Most of the previous researches about the submerged structure have been conducted with numerical methods to investigate the flow flied. There are few studies to conduct with experimental method to examine the effect of waves on coastal structure but have not been conducted with experimental methods. In this study, the rectangular shaped submerged breakwater is chosen as a submerged breakwater because it has known as the most efficient one among other shapes in the literature. The universal rubble-mound breakwater which is built behind the submerged breakwater and the irregular wave is used for an experimental wave. In hydraulic experiments, the reflection coefficient and the run-up height of the breakwater are investigated for different widths and heights of the submerged breakwater and different distances of two breakwaters if installed two breakwaters. As the results of experiments in this study, the reflection coefficient decreased as the wave steepness increased. The run-up height decreased because the wave breaking generates due to submerged structure, when the relative height of submerged breakwater becomes high. Therefore, the dissipation of the incident wave energy can improve the stability of the rubble-mound breakwater more stable. The results of this study would be utilized as the basis of the design of the submerged structure.