다양한 수중구조물에 따른 경사식 방파제에서의 수리적 특성

Abstract

방파제는 외해로부터 작용하는 입사파로부터 반사를 통한 에너지저감을 일으켜 항만시설의 보호와 안정적인 운영을 목적으로 건설된다. 그러나 지구 온난화 현상으로 인한 수면상승은 방파제의 안정성 문제에 큰 영향을 미치고 있다. 이러한 안정성 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나가 방파제 전면에 수중방파제의 설치이다. 수중방파제는 입사파의 에너지를 감소시켜 방파제의 안정성과 실용성을 높일 수 있다. 수중방파제에 대한 많은 기존 연구들이 대부분 수중방파제로 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 입사파는 Bretschneider-Mitsuyasu 스펙트럼을 이용한 불규칙파를 사용하였다. 수리실험에서 수중방파제의 폭을 고정하고 높이에 따른 각각의 투과율과 사석경사식 방파제 전면의 처오름높이 및 처내림높이를 분석하였다. 또한, 수중방파제의 높이에 따라 사석경사식 방파제에서의 안정성도 평가하였다. 본 연구 결과로써, 투과율은 파형경사가 증가함에 따라 감소하였고, 수중방파제의 상대높이가 높을수록 쇄파가 발생하여 파 에너지가 감소하여 처오름 높이와 처내림높이는 감소하였다. 수중방파제로 인하여 입사파의 에너지가 감소되므로 사석 경사식 방파제에 안정성을 높일 수 있는 기대 효과가 있다. 본 연구에서 제시된 실험 결과들이 수중방파제의 설계에 필요한 기초자료로서 활용 가능할 것으로 판단되어진다.; Breakwaters are constructed to protect the port and harbor facilities from dynamic forces of ocean waves. However, the stability problem of breakwaters has been issued due to the global warming leading the rising of sea level. Although there are many solutions of this problem, the most effective method is probably a construction of submerged structures. 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 domain. There are few studies to conduct with experimental method to examine the effects of waves on coastal structure but have not been conducted with experimental methods. The rectangular impermeable submerged structure is utilized because the rectangular shape is the most efficient according to the literature. In this study, a rubble-mound breakwater was fabricated behind submerged structures of different heights, and an irregular wave was employed. In experiments, the transmission coefficients and run-up heights are investigated in detail for the different heights of the submerged structure. As the results of experiments, the transmission coefficient decreases as the wave steepness increases. The run-up and run-down height decrease because the wave breaking occurs due to submerged structure, when the relative height of submerged breakwater becomes high. Thus, the dissipation of the incident wave energy can improve the stability of the rubble-mound breakwater. Finally, the efficiency of the submerged structure on the stability of the breakwater is examined by inspecting the movement of the outermost armor layer using the same experimental conditions. The results of this study would be utilized as the basis of the design of a submerged structure.