직립식 구조물에서의 월파

Abstract

항만 구조물을 설계함에 있어 월파는 배후부지의 이용, 월파수괴에 의한 구조물의 안정성 및 전달파 발생에 의한 항내정온도 영향 등 항만 운영 및 구조물의 안정성에 영향을 미치는 중요한 설계인자 중의 하나로서 적절한 월파량의 예측 및 산정은 매우 중요하다. 월파량을 산정하는 연구 방법으로는 이론적인 방법, 현장관측, 수치모델링 및 수리실험 등이 있으며, 본 연구에서는 단면 및 평면 수리실험을 이용하여 직립식 구조물에서의 월파를 분석하였다. 대부분의 기존 월파량 산정식은 파랑이 구조물에 직각으로 입사하는 조건에 대한 산정식으로서 경사입사파에 대한 연구는 미미한 상황이다. 또한 경사입사파 조건의 경우에도 상대적으로 짧은 모형을 실험에 적용함에 따라 경사입사파 내습시 구조물을 따라서 진행하는 파랑에 의한 월파를 고려할 수 없었으며, 단지 입사각에 따른 월파량 저감효과를 고려할 수 있는 월파량 저감계수를 도입한 월파량 산정식을 제시하였다. 본 논문에서는 평면 수리실험으로 경사입사파 내습시 구조물 전면을 따라 진행하는 파에 의한 월파, 즉 월파의 공간적인 분포를 고려한 월파량 저감계수를 제시하였다. 산정된 월파량 저감계수는 EurOtop(2007)에서 제시한 결과와 비교하였으며, 입사각이 45? 이상인 조건에 대해 EurOtop(2007)에서 제시한 월파량 저감계수를 개선하였다. 또한 경사입사파에 대한 월파량의 공간적인 분포를 월파량 저감계수를 적용하여 제시하였다. EurOtop(2007) 등 기존 월파량 산정식에서는 연파발생 조건에 해당하는 경사입사파 내습시 일률적으로 입사각에 따라 동일(beta≥45?) 또는 일정하게 감소(0?<beta<45?)하는 월파량 저감계수를 적용하여 월파량을 산정하도록 제시하고 있다. 그러나 본 연구에 의하면 구조물 시점부를 기준으로 유의파장 대비 약 3파장 범위 내에서는 안전율을 고려하여 직각입사파 조건과 동일한 수준의 마루높이를 적용하는 것이 보다 적절한 것으로 나타났다. 단면 수리실험을 통해 직립식 구조물에 대한 새로운 월파량 산정식을 제시하였으며, 상대여유고-파형경사-무차원 월파량의 관계로 월파량 산정도표를 제시하였다. 직립식 구조물에 대한 월파량 산정도표는 수심, 파고 및 주기 조건 등의 설계조건을 이용하여 직립식 구조물에 대한 개략적인 월파량을 산정 할 수 있다. 그리고 설계인자의 변화에 따른 직립식 구조물에서의 월파특성을 분석하였다. 입사파의 주기 및 혼성제 소단의 길이가 월파량에 미치는 영향을 각각의 영향계수를 도입하여 정량적으로 제시하였다. 이상과 같이 수리실험을 통하여 직립식 구조물에서의 월파를 평면 및 단면적으로 검토하였고, 본 연구의 결과는 직립구조물을 설계함에 있어 설계 참고자료로 활용될 수 있으며, 수치모형의 검증자료로 활용될 수 있을 것이다.