Investigations of Low-crested Structure for Protection of Rubble Mound Breakwater

Abstract

본 연구에서는 사석경사식 방파제의 전면에 불투과성 사각형상 구조물을 설치하고, 수치모의와 수리실험을 통하여 불규칙파에 대한 반사율과 처오름 높이를 측정하여 비교하였다. 수리실험은 한양대학교의 2차원 조파수로에서 수행하였고, 수치모의에서는 RANS 방정식을 지배방정식으로 사용하고, 난류의 해석을 위하여 k-ε 모델을 적용하였다. 또한, 자유수면의 보다 정확한 모의를 위하여 VOF 기법을 사용하였다. 입사파랑은 Brestschneider-Mistuyasu의 주파수 스펙트럼을 이용하여 불규칙파를 조파하였다. 수리실험과 수치모의에서 반사율은 3점법을 이용하여 산정하였고, 처오름높이는 Zero-upcrossing 기법을 이용하여 산정하였다. 수리실험과 수치모의의 결과는 서로 잘 일치하는 경향을 나타내었다. 사석경사식 방파제의 전면에 수중방파제가 배치된 경우, 반사율은 증가하였고 처오름높이는 감소하였다. 반사율과 처오름 높이를 기준으로 하여 최적 거리를 산정하여 제시하였다. 수중방파제가 2열로 배치된 경우, 상대적으로 장주기를 갖는 파랑에 더욱 효과적인 것으로 나타났다.; In this study, the reflection coefficients and the run-up heights affected by low-crested structures are investigated by using the numerical and the experimental methods. The laboratory experiments were conducted in a wave flume at the Hanyang University, Seoul, Korea. In the model, the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations are employed with the k-ε turbulence closure model and the volume of fluid (VOF) method. The threepoints method is chosen to calculate the reflection coefficients both the experimental and the numerical methods. The reflection coefficients and the run-up heights determined from the computational results are validated by the comparison with the laboratory measurements. Numerical simulations are conducted for several conditions showing a good agreement well with laboratory measurements. From those results, it is observed that the reflection coefficients increase, the run-up heights decrease and the reduction of wave energy when the rubble mound breakwater is defended by low-crested structures. In additions, when the lowcrested structures are arranged in double rows, the effectiveness on the protection of the rubble mound breakwaters can be postulated to improve much more than in a single row for long period waves.