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Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers > Volume 28(6); 2016 > Article
이안제를 지나는 좌·우측 회절 파랑의 위상차가 항내 파고에 미치는 영향

요약

이안제 좌·우측으로 각각 분기되어 진행하는 파랑은 회절에 의해 이안제 배후 안쪽으로 휘어져 위상간 간섭을 일으키며 중첩되면서 전파된다. 지형적인 여건으로 진행방향이 같아지게 되고 항 입구부로 향한다면 파랑의 에너지 중첩에 의한 영향이 항내로 나타날 수 있다. 본 연구에서는 항 입구부에 이안제가 설치되는 경우, 이안제 길이에 따라 발생하는 좌·우측 회절 파랑의 위상차가 항내 파고에 미치는 영향을 수치실험을 통해 검토하였다. 이로부터 항내에서의 파고는 이안제의 길이에 따른 좌·우측 회절파랑의 위상차에 의한 중첩의 영향으로 증폭 혹은 상쇄되어 나타남을 확인하였다.

Abstract

The traveling waves of the left and right of the detached breakwater are bent behind the detached breakwater by diffraction, causing phase interference, superimposed and propagated. If the direction of the waves becomes same and they head to the entrance of a port due to the geographical conditions, superimposed wave energy could influence inside of a port. In this study, we investigated the influence of the phase difference of the left and right diffraction waves generated according to the length of the detached breakwater on the wave heights in a port through numerical experiments when the detached breakwater at a port entrance is installed. From this result, it was confirmed that the wave heights in a port is increased or decreased by the influence of superimposed caused by the phase difference of the left and right diffraction waves due to the length of the detached breakwater.

1. 서 론

항내의 정온 확보, 수심의 유지, 해안 파괴의 방지, 폭풍해일에 의한 항내의 수위상승 억제, 지진해일(쓰나미)에 의한 항내 침입파의 에너지감쇠와 나아가 항만시설 및 배후지를 파랑으로부터 방호하는 기능을 가지는 외곽시설에는 방파제, 방사제, 파제제, 방조제, 도류제, 갑문, 호안 등이 있다. 이 중 항내 정온을 유지하여 하역효율을 높이고, 항내 항행 및 정박 중인 선박의 안전을 확보하고, 항내시설을 보전하기 위하여 설치하는 것으로는 방파제가 있으며, 배치형태로는 항의 외곽에 설치되는 경우와 연안으로 이격되어 설치되는 경우가 있다.
연안으로 이격되어 설치되는 이안제는 필연적으로 방파제 양단으로 회절파랑이 발생하게 되며 “항만 및 어항 설계기준서(해양수산부, 2014)”에서는 다음과 같이 회절파랑의 중요성을 강조하고 있다.
“개방된 외해역에 고립되어 건설되는 방파제(도제 또는 이안제)는 방파제의 연장길이가 입사파 파장의 2~3배 이하가 되면 양단으로부터 일어나는 파랑의 회절에 의한 영향으로 방파제 배후의 파고가 상당히 커질 수 있다. 이러한 파고 증대는 안정성에도 영향을 미치므로 회절파의 영향을 검토해야 한다.”
이안제 좌·우측으로 각각 분기되어 진행하는 파랑은 회절에 의해 방파제 배후 안쪽으로 휘어져 위상간 간섭을 일으키며 중첩되면서 전파된다. 이때 파랑의 에너지는 위상차가 0º일 경우는 증폭되고, 위상차가 180o 일 경우는 상쇄되어 나타나게 된다. 방파제 좌·우측으로 각각 분기되었던 파랑이 그대로 전파하는 경우 진행방향이 서로 다르기 때문에 파랑의 에너지 중첩에 의한 영향은 공간적으로 국한되어 분포한다. 하지만, 지형적인 여건으로 진행방향이 같아지게 되고 항 입구부로 향한다면 파랑의 에너지 중첩에 의한 영향이 항내로 나타날 수 있으며, 이안제의 길이가 변함에 따라 파랑의 위상차가 변할 것으로 판단된다. 이때 중첩되는 파랑에너지는 항내에서 증폭 혹은 상쇄되어 나타날 것으로 보인다.
방파제 주변의 회절 현상은 반무한방파제(semi-infinite breakwater), 양익방파제(breakwaters with a gap), 이안제(detached breakwater) 등에서 파가 방파제를 통과하면서 나타난다. Penney and Price(1952)는 반무한 차폐막을 통과하는 빛의 회절현상에 대한 Sommerfeld(1896)의 해석해를 파랑 변형에 도입하여 반무한방파제 주위에서 발생하는 파랑의 회절 문제에 적용하여 회절현상에 대한 해석해를 제안하였고, 양익방파제와 이안제는 각각 개구부의 폭 또는 이안제 폭이 서로 반대 방향의 반무한방파제를 선형 중첩시켜 구할 수 있음을 제시하였다(Lee at al., 2005). 불규칙 파랑에 대한 회절의 연구로는 Goda at al.(1978)에 의해 Bretschneider-Mitsuyasu 주파수 스펙트럼과 Mitsuyasu 방향함수로 표현되는 다방향 불규칙 파랑에 대한 불규칙파의 회절 계산이 수행되었다. 대부분의 방파제 주변의 회절현상에 대한 연구는 방파제 전·후면에 대한 해석적 관점의 연구가 주를 이루고 있다.
본 연구에서는 항 입구부에 이안제가 설치되는 경우, 이안제 길이에 따라 발생하는 좌·우측 회절파랑의 위상차가 항내 파고에 미치는 영향을 입사파의 조건에 따라 수치실험을 통해 검토하였다.

2. 수치모형

본 연구에 사용된 수치모형인 BOUSS-2D(Nwogu and Demirbilek, 2001)는 비선형 Boussinesq 방정식을 기반으로 하는 시간영역 다방향 불규칙파랑 해석모형이다.
수치모형은 천수, 굴절, 반사, 회절 및 저면마찰의 반영이 가능하고 쇄파를 모의하기 위하여 규칙파에 대한 경험계수에 의한 계산방법이 아닌 난류모형을 도입하고 부분반사 경계면과 계산영역 밖으로 나가는 파랑에 대해서는 감쇠층(artificial damping layer) 등을 고려하여 구성되었다(Nwogu, 1996). 모형의 지배방정식은 다음과 같다.
파고가 수심에 비하여 충분히 작은 경우에 적용할 수 있는 약비선형 Boussinesq 방정식은 Nwogu(1993)에 의해 유도되었으며 연속방정식과 운동량방정식은 다음과 같다.
(1)
ηt+uf=0
(2)
uα,t+gη+(uα)uα+zα[(uα,th)+(uα,t)h]+12[(zα+h)2h2](uα,t)=0
여기서, η, u, hg는 각각 수면변위, 수평유속, 수심 및 중력가속도이며, zα는 정수면으로부터 유속(uα)이 정의되는 깊이를 의미하며,  = (x,y) 는 수평기울기 연산자, xy는 공간좌표, t는 시간이며, 첨자 가운데, t는 시간에 대한 편미분을 의미한다.
연속방정식의 유량 uf는 다음 식으로 주어진다.
(3)
uf=hηudz=(h+η)uα+h(zαh2)[(uαh)+(uα)h]+h[(zα+h)22h26](uα)
한편, 수심이 얕아져서 수심과 파고의 크기가 같은 정도일 경우 파랑은 강비선형이 되며 Nwogu and Demirbilek(2001)은 강비선형 방정식의 운동량방정식과 유량식의 수정된 형태를 다음과 같이 제시하였다.
(4)
uα,t+gη+(uη)uη+wηwη(zαη)[(uα,th)+(uα,t)h]+12[(zα+h)2(h+η)2](uα,t)[(uα,th)+(h+η)uα,t]n+[(uα,th)+(uα,t)h+(zα+h)(ua)]zα,t=0
(5)
uf=(h+η){uα+[(zα+h)h+η2][(uαh)+(uα)h]+[(zα+h)22(h+η)26](uα)}
그리고 강비선형 Boussinesq 방정식을 사용하는 경우 zα는 다음 식으로부터 계산된다.
(6)
zα+h=0.465(h+η)
쇄파에 의한 에너지 소산은 운동량방정식에 다음과 같은 원천항을 추가하여 반영된다.
(7)
Fbreaking=1h+η[νt(h+η)uα]
여기서, νt는 난류와점성계수로서 쇄파에 의한 난류운동에너지를 k, 난류의 길이규모를 lt라고 하면 다음과 같이 쓸 수 있다.
(8)
νt=klt
난류운동에너지의 생성, 이송, 확산 및 소산을 평가하는 1-방정식은 다음과 같다.
(9)
kt=uηk+σ(νtk)+Blt2CD[(uz)2+(νz)2]z=η3/2CDk3/2lt
여기서, B는 난류운동에너지의 생성을 나타내는 변수로서 쇄파가 발생하면 1, 그렇지 않으면 0의 값으로 C를 위상속도라고 하면 다음과 같다.
(10)
B{0|uη|<C1|uη|C
여기서, 위상속도는 C(t) = ηt/η 로부터 구하고, CDσ는 경험상수로서 각각 0.02와 0.2를 사용하며, 난류의 길이 규모로는 유의파고를 사용한다.
저면마찰에 의한 에너지 소산은 운동량방정식에 다음과 같은 원천항을 추가하여 반영된다.
(11)
Fbfriction=1h+ηfwuα|uα|
여기서, fw는 파랑에 의한 저면마찰계수로서 Chezy 계수(Cf)를 사용하는 경우에는 fw = g/Cf2이 된다.
부분반사 경계면과 계산영역 밖으로 나가는 파랑에 대한 감쇠층(artificial damping layer)에서의 수면변위와 유속 및 감쇠계수는 다음 식으로 주어진다.
(12)
Fη=μ(x)η
(13)
Fu=μ(x)uα
(14)
μnd(x)+T30μ(x)
여기서, μ(x)는 감쇠계수, μnd(x)는 무차원 감쇠계수, T는 주기를 의미하며 부분반사 경계는 반사율에 따라서 감쇠층의 두께와 무차원 감쇠계수를 조정하여 고려할 수 있다.
계산이 완료되면 계산영역 내부의 모든 격자점에서의 유의 파고를 다음 식으로 산정한다.
(15)
Hs(x,y)=41N1tstwtsη2(x,y,t)η2(x,y)
여기서, ts는 모의시간이며, tw는 입사경계면의 수면변위 시계열을 생성하는 합성주기(duration of synthesized time series)를 의미한다. 그리고, N은 합성주기를 계산시간간격으로 나눈 것으로서 N = tw⁄Δt이고 η는 평균수위변동을 나타낸다.
부가적인 모형 설명 및 기술적 세부사항은 모형의 이론서(Nwogu and Demirbilek, 2001)에 자세히 기술되어 있다.

3. 반무한방파제 및 이안제의 회절현상

본 연구에서 수행한 수치계산의 타당성을 검토하기 위하여 반무한방파제에 대해 기존에 연구되어 규칙파(Penney and Price, 1952) 및 불규칙파(Goda at al., 1978)의 회절도로 제시된 결과와 본 연구에 사용된 수치모형인 BOUSS-2D(Nwogu and Demirbilek, 2001)의 결과를 비교하였다. 또한, 본 연구에서 항 입구 전면에 배치하여 검토되는 이안제(200 m)에 대하여 배후의 파고비 변화를 규칙파 및 불규칙파 조건하에서 살펴보았다.
Goda at al.(1978)에 의해 작성된 불규칙파 회절도는 Bretschneider-Mitsuyasu 스펙트럼과 Mitsuyasu 방향함수를 이용하여 방향분산계수는 Smax로 정의되고, BOUSS-2D(Nwogu and Demirbilek, 2001) 모형은 JONSWAP 스펙트럼과 Wrapped-normal 방향함수를 사용하여 방향분산계수는 σθ로 정의된다. Briggs at al.(1995)의 연구에 의하면 방향분산계수 Smaxσθ 사이에 Fig. 1과 같이 유사한 관계가 있음을 제시하였다. 본 연구에서는 방향분산계수로 Smax= 75와 유사한 분포를 가지는 σθ = 10o를 적용한다.
실험조건은 Hs = 1 m, Tp= 10 s, 수심 12 m로 설정하였다. 불규칙파의 경우 JONSWAP 스펙트럼을 적용하였고, 형상계수 γ = 3.3, 방향분포 함수는 Wrapped normal형에서 σθ = 10º로 설정하였다. Fig. 2Fig. 3에 규칙파 및 불규칙파의 회절도를 도시하였다. Fig. 3(a)에 도시된 불규칙파의 회절도에서 실선은 파고비, 점선은 주기비를 나타내며, 여기서는 감쇠거리가 긴 너울로 정의되는 방향분산계수 Smax= 75의 회절도에 대해 파고비의 비교를 수행한다.
그림에 나타난 비교에서 알 수 있듯이 규칙파의 경우 전반적으로 일치하고 있으나 불규칙파의 경우 Goda at al.(1978)에 의한 회절 계산과 BOUSS-2D(Nwogu and Demirbilek, 2001) 모형에서 적용되는 주파수 스펙트럼 및 방향분포 함수의 상이함으로 파고비 0.4~0.8 구간에서는 전반적으로 일치하나 그 외 파고비 구간에서는 약간 다르게 나타나는 것을 볼 수 있다.
회절현상에 있어서 규칙파와 불규칙파의 파고비는 매우 다르게 나타나는데 반무한방파제의 경우 가장 큰 차이는 반무한방파제 선단에서 직선상(x/L = 0)의 파고비는 불규칙파에서 약 0.7인 것에 비해, 규칙파에서는 약 0.5 정도로 나타난다.
이안제의 경우 배후의 파고비는 좌우측의 회절파가 중첩되어 나타나기 때문에 반무한방파제의 파고비와는 다른 양상을 나타낸다. Fig. 4를 보면 이안제 양 선단에서 직선상(x/L = 2, x/L = 4)의 파고비는 상대거리 y/L = 3 범위 내에서 약 0.5~0.6 정도를 나타내는데, 규칙파의 경우 0.5의 파고비가 내외측으로 교차하며 나타나고, 불규칙파의 경우 내측으로만 나타난다. 파랑의 제원 및 이안제의 길이가 달라지면 이안제 배후의 위상 중첩지점이 변함으로 인해 파고비는 각각 다르게 나타날 것으로 보인다. 이안제 배후의 공간적인 파고분포의 변화에 대한 고찰은 후술하는 입사파 조건에 따른 영향검토에서 한다.

4. 수치실험 방법 및 모형구성

수치실험은 임의의 가상항만을 모형화하여 항 입구 전면에 이안제를 배치하고 길이를 각각 100 m(case1), 200 m(case2)로 설정하였다. 진행 파랑의 영향을 관점으로 하기 위하여 구조물의 경계에는 감쇠층을 설치하여 반사 파랑의 영향을 최소화하였다. 또한, 이안제 양단으로부터 일어나는 파랑의 회절에 의한 항내 파고의 영향 검토에 주안점을 두어 굴절의 영향을 배제하기 위하여 실험영역에 대해 12 m의 등수심으로 설정하였다. 수치모형의 계산영역은 가로 1.8 km, 세로 1.4 km, 5 m의 등간격으로 설정하였다. 입사파랑 조건은 Table 1과 같이 설정하여 규칙파와 불규칙파에 대하여 검토하였다.
주기가 일정하여 파랑의 위상차에 따른 중첩현상을 명확히 파악할 수 있는 규칙파의 경우는 좌측 회절파랑과 우측 회절 파랑을 분리하여 검토함으로써, 좌·우측 회절파랑의 위상차에 따른 중첩 현상을 살펴보았다. 파랑의 위상차 검토를 위하여 좌·우측 회절파랑의 파봉선 진행방향이 비슷해지는 항내측 정점에서 수위시계열을 추출하여 비교하였다. 여러 성분파에 의해 뚜렷한 위상차에 따른 중첩현상을 확인할 수 없는 불규칙파에 대해서는 평면 파랑장의 비교로써 입사파 특성에 따른 파고분포를 살펴보았다. 수위시계열 관측위치와 이안제 길이별 case를 Fig. 5에 도시하였다.

5. 수치모의

5.1 규칙파의 위상차에 따른 중첩영향 검토

Table 1에 주어진 규칙파 입사조건을 적용하여 Fig. 5의 이안제 길이별 평면배치안인 case1과 case2에 대한 수치실험을 수행하였다.
Fig. 6은 항내측 정점의 수위시계열을 case1과 case2에 대하여 도시한 것이며, 그림을 살펴보면 case2의 경우 이안제의 길이를 늘려 차폐역을 더 확보하였음에도 불구하고 case1에 비해 항내측에서의 수위변동이 더 크게 나타나고 있다. 따라서 이안제의 좌·우측으로 입사하는 파랑을 분리하여 수치실험을 실행 후 원인을 분석하였다.
이안제에 의한 좌측 회절파랑의 영향만을 고려하기 위하여 Fig. 8(c)Fig. 8(d)와 같이 우측으로 연장하여 수치실험을 수행하는데, 이때 이안제 좌측 선단이 변하지 않기 때문에 실질적으로 case1 및 case2는 동일하다. 그리고 우측 회절파랑의 영향만을 고려하기 위하여 Fig. 8(e)Fig. 8(f)와 같이 case1 및 case2에 대해 좌측으로 이안제를 연장하여 수치실험을 각각 수행하였다.
Fig. 7은 좌·우측 회절파랑을 분리하지 않은 수치실험의 수위시계열과 각각 분리하여 수치실험을 수행한 후 합성한 수위시계열을 case1 및 case2에 대하여 비교하여 나타낸 것이다. Fig. 7(a)는 case1, Fig. 7(b)는 case2의 경우이다. 비교결과, case1 및 case2에서 좌·우측 회절파랑을 분리하지 않은 수치실험의 수위시계열과 각각 분리하여 수치실험을 수행한 후 합성한 수위시계열이 일치하는 것으로 나타나 항내에서의 파랑은 이안제 좌·우측 회절파랑의 중첩으로 나타남을 확인하였다.
Fig. 8은 case1 및 case2의 파랑전파도를 도시한 것이며, 좌측 회절파랑의 전파를 도시한 Fig. 8(c)Fig. 8(d)는 실질적으로 동일한 case이고, 우측 회절파랑의 전파를 도시한 Fig. 8(e)Fig. 8(f)를 보면 이안제의 길이가 긴 case2가 case1에 비해 파봉선이 지체되어 진행하는 것을 볼 수 있다.
좌측과 우측 회절파랑에 대한 각각의 항내측으로의 영향을 살펴보기 위해 case별로 Fig. 9(a)에 좌측 회절파랑에 의한 수위시계열을 도시하고, Fig. 9(b)에 우측 회절파랑에 의한 수위시계열을 비교하여 도시하였다.
좌측 회절파랑에 의한 수위시계열은 case1과 case2가 동일하고, 우측 회절파랑에 의한 수위시계열은 이안제의 길이가 긴 case2가 case1에 비해 수위변동이 작게 나타나고 있다. 이는 이안제 길이가 늘어남에 따라 차폐역이 더 확보됨으로 인해 파랑에너지가 저감되어 나타나는 결과이다. 그러나 이안제의 길이변화에 의해 파랑의 위상차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
각 case별로 좌·우측 회절파랑의 위상차가 항내 파고에 미치는 영향을 살펴보기 위해 Fig. 10에 좌·우측 회절파랑과 중첩된 파랑에 의한 수위시계열을 도시하였다.
case1(Fig. 10(a))의 경우 좌·우측 회절파랑의 위상차가 발생하여 중첩시 수위변동은 감폭되어 나타나고, case2(Fig. 10(b))의 경우 좌·우측 회절파랑의 위상이 같아 증폭되어 나타난다. 따라서, 이안제의 길이가 긴 case2의 수위변동이 case1에 비해 크게 나타나는 것은 이안제의 길이가 늘어남에 따라 우측으로 입사하는 파랑에너지는 저감되어 입사하나 항내측으로 진행하며 좌·우측의 파랑이 동일한 위상차로 중첩되어 증폭되는 것을 알 수 있다.

5.2 입사파 조건에 따른 영향검토

Fig. 11~13에 각 실험 case의 유의파고 분포를 입사파고에 대해 무차원화하여 규칙파, 일방향불규칙파, 다방향불규칙파의 경우를 도시하였고 Fig. 14~15에 파랑전파도를 도시하였다. 먼저 각 실험 case에 대한 항내측에서의 파고분포를 살펴보면, 규칙파의 경우 전술한 바와 같이 좌·우측 회절 파랑의 위상차에 의한 중첩의 영향으로 이안제를 우측으로 연장했을 경우인 case2가 case1에 비해 항내에서 파고분포가 높게 나타나고, 일방향불규칙파의 경우도 규칙파와 유사한 양상을 나타내고 있다. 그러나 다방향불규칙파의 경우 이안제를 연장했을 경우인 case2가 case1에 비해 항내의 파고분포가 낮게 나타나고 있다. 이는 다방향불규칙파의 특성으로 인한 다방향의 다양한 위상차 및 수위변동에 의해 중첩의 영향이 평활화되어 위상차에 따른 증폭현상은 완화되어 나타나고 이안제 길이가 늘어남에 따라 차폐역이 더 확보됨으로 인해 파랑에너지가 저감되어 나타나는 것으로 판단된다. 이와 같이 입사파의 조건에 따라 이안제 좌·우 양단으로 전파하는 회절파랑의 항내 파고에 미치는 영향이 다른 양상으로 나타날 수 있는 것을 알 수 있다.
다음으로 이안제 배후의 파고분포를 살펴보면, 규칙파의 경우 일정한 주기 및 파고를 가진 장파봉파(Long-crested waves)가 진행하여 일정한 지점에서 위상에 따른 중첩현상이 발생함으로 인해 특정부분에서 높고 낮은 파고를 나타낸다. 일방향불규칙파는 여러 성분파에 의한 다양한 주기 및 파고를 가진 장파봉파(Long-crested waves)가 진행하여 주기에 따라 중첩지점이 달라져서 일부 평활화된 파고분포를 보인다. 다방향불규칙파는 여러 성분파에 의한 다방향의 주기 및 파고를 가진 단파봉파(Short-crested waves)가 진행하여 산발적인 중첩으로 인한 평활화된 파고분포를 보인다. 일반적으로 심해에서 천해역으로 전파되어 오는 파랑은 다방향불규칙파이다. 그러나 구조물이 설치된 천해역에 있어서는 해저지형의 영향에 의해 파랑의 방향이 모아지고 파봉선이 길게 연결되어 일방향불규칙파와 유사하게 변화하기도 한다. Lee at al.(2003)은 서로 다른 성분파가 해안선으로 전파하면서 각각 다른 방향으로 전파하더라도 해안선 가까이에 이르러서는 굴절의 영향으로 거의 직각으로 전파하며 해안선에서 떨어진 천해역에서의 장주기파는 단주기 파에 비해 해안선에 직각방향이고, 단주기 파는 심해에서 전파해오던 방향을 그대로 유지하여 방향이 서로 다른 여러 성분의 파가 존재한다는 것을 굴절해석을 통해 밝힌바 있다. 이와 같이 이안제 설치위치의 해저지형 및 해역특성에 따라 입사파의 조건이 다르게 나타날 것으로 보이며, 항 입구부에 이안제 배치에 따른 수치검토시 해역특성에 적합한 파랑조건을 적용하여 검토하는 것이 중요할 것으로 판단된다.

6. 결 론

본 연구에서는 항 입구부에 이안제가 설치되는 경우, 이안제 길이에 따라 발생하는 좌·우측 회절파랑의 위상차가 항내파고에 미치는 영향을 규칙파 및 불규칙파에 대해 수치실험을 통해 검토하였다. 규칙파의 경우 좌·우측 회절파랑을 분리하여 수위시계열 비교를 통한 위상차에 따른 중첩의 영향을 검토하고, 불규칙파의 경우 평면파랑장의 비교로써 입사파 조건에 따른 파고분포를 검토하였다.
규칙파의 위상차에 따른 중첩영향 검토결과, 항내에서의 파랑은 이안제 좌·우측으로 전파하는 회절파랑의 중첩으로 나타남을 확인하였다. 이때 이안제의 길이를 우측으로 연장하여 우측 회절파랑에 의한 항내로의 파랑에너지를 저감시켰음에도 불구하고 좌측 회절파랑과의 위상차에 의한 중첩의 영향으로 항내의 파고는 증폭되어 나타날 수 있음을 확인하였다.
입사파의 조건에 따른 파고분포 검토결과, 입사파의 조건에 따라 이안제 양단으로 전파하는 회절파랑에 의한 항내로의 영향이 다른 양상으로 나타날 수 있는 것을 확인하였다. 따라서 이안제의 경우, 입사파 조건에 따라 항내에서의 영향이 과대 혹은 과소평가될 수 있기에 이안제 평면배치에 따른 수치검토시 해역특성에 적합한 파랑조건을 적용하여 검토하는 것이 중요할 것으로 판단된다.
본 연구에서 검토한 파랑제원 및 평면배치가 제한적이긴 하지만 이상에 근거하여 항내측 정온확보의 목적으로 항 입구부에 이안제 배치시 파랑조건(규칙파, 일방향불규칙파, 다방향불규칙파)과 이안제의 길이변화에 따른 좌·우측 회절파랑의 위상차가 항내측으로의 영향에 주요한 요소로 작용함을 확인하였고, 향후 이안제의 평면배치 설계시 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Fig. 1.
Wrapped normal and mitsuyasu directional spreading functions (Briggs, 1995).
jkscoe-28-6-397f1.tif
Fig. 2.
Diffraction diagrams for regular wave.
jkscoe-28-6-397f2.tif
Fig. 3.
Diffraction diagrams for irregular wave(swell-type).
jkscoe-28-6-397f3.tif
Fig. 4.
Diffraction diagrams for detached breakwater.
jkscoe-28-6-397f4.tif
Fig. 5.
Definition sketch of numerical simulation.
jkscoe-28-6-397f5.tif
Fig. 6.
Comparison of elevation between case1 and case2.
jkscoe-28-6-397f6.tif
Fig. 7.
Time series of observed elevation data.
jkscoe-28-6-397f7.tif
Fig. 8.
Wave crest patterns of regular wave.
jkscoe-28-6-397f8.tif
Fig. 9.
Comparison of elevation between case1 and case2.
jkscoe-28-6-397f9.tif
Fig. 10.
Comparison of elevation by the phase differences of the left and right diffracted waves.
jkscoe-28-6-397f10.tif
Fig. 11.
Wave height contours of Regular wave.
jkscoe-28-6-397f11.tif
Fig. 12.
Wave height contours of Uni-directional Irregular wave.
jkscoe-28-6-397f12.tif
Fig. 13.
Wave height contours of Multi-directional Irregular wave.
jkscoe-28-6-397f13.tif
Fig. 14.
Wave crest patterns of Uni-directional Irregular wave.
jkscoe-28-6-397f14.tif
Fig. 15.
Wave crest patterns of Multi-directional Irregular wave.
jkscoe-28-6-397f15.tif
Table 1.
Computational information
Wave condition Regular Irregular(JONSWAP spectrum)

Uni-directional Multi - directional
Hs 1 m
Tp 10 s
Peak enhancement factor(γ) - 3.3
Spectrum frequency - 0.040 Hz∼0.279 Hz (Δf =0.002Hz)
Directional spreading(σθ) - - 10°

References

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