천수효과와 파형경사를 고려한 소파블록 중량산정

Abstract

경사형 방파제(rubble-mound breakwater) 설계시 제체의 장갑층으로 포설하는 블록의 크기 또는 중량 산정이 가장 중요한 항목인데, 경사제에서 파의 작용을 직접 받는 표층을 형성하는 개체의 중량 산정에 관하여는 오래 전부터 여러 공학자들에 의해 연구되어 왔다. 대표적인 산정식들로서 Iribarren식, Hudson식, Van der Meer식 등이 있다. Iribarren과 Hudson은 파의 입자유속이 파고의 근에 단순 비례한다는 가정하에 산정식을 유도하였으며, van der Meer는 파형경사와 사면경사의 비를 나타낸 Iribarren수를 도입하여 주기의 영향을 고려하였다. 최근 유동훈 등(2001)과 Yoo, et al.(2001)은 방파제에 작용하는 파의 입자유속이 선형파이론으로 구해진 입자유속과 비례할 것이라는 가정하에 새로운 무차원수를 도출하였으며, 형태가 단순하면서도 정밀도가 비교적 높은 새로운 산정식을 개발하였다. 파활동경사(Wave Action Slope)라는 새로운 개념을 도입하여 경험식의 형태를 간결하고도 일관성 있게 도출하였으며 Van der Meer가 제시한 자료를 재분석하여 새로운 산정식의 합리성을 확인하였다. 그러나 Van der Meer가 제시한 자료중 수심이 아주 작은 조건인 일부 자료에 대하여는 산정식의 추정치가 관측치 보다 상당히 작게 나타났는데 이는 Set-up효과를 고려치 않은 결과로 판단되었다. 파가 천해역에 들어오면서 파에너지의 천수효과와 함께 평균해수면의 하강과 상승이 동시에 일어나, 수심이 아주 작은 지점의 수심은 기존 수심 보다 과도하게 증가하게 된다. 본 연구에서는 Set-up 효과를 고려한 중량 산정식을 개발하였으며, 새로이 조정된 산정식을 Hudson식과 대비하여 단순 비례하는 조정치를 추정하는 산정식을 개발하였다. Set-up 효과를 고려한 산정식으로 중량을 산정하였을 때 Van der Meer가 제시한 자료중 수심이 아주 작은 조건인 일부 자료에 대하여도 상당한 정밀도를 확보할 수 있었다. 동해 연안항 중 최근 1997년까지 지난 10여년간 피해가 크게 나타났던 방파제는 57개소이다. 이들 대부분은 Hudson 식을 이용하여 소파블럭 중량을 산정하였던 것으로 추정된다. 동해의 경우 57개 피해지역 중 Hudson 식으로 검토하면 27개의 NG(No Good)가 나타났으나, 개선된 본 연구의 산정식으로 재산정하면 49개의 NG가 나타났다. Hudson 식의 정밀도는 47%(27/57) 이하이나 본 연구에서 개발된 산정식의