규칙파의 개요 및 이론

규칙파

이번 시간에는 규칙파에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

파랑의 파장, 주기 및 파고 등은 일반적으로 미소진폭파 이론에 의하여 산정하나, 파고가 큰 천해역에서는 파랑의 유한진폭 효과를 고려하여 산정하여야 합니다. 그러나 불규칙파군을 각 성분파의 중첩으로 나타내는 경우에 성분파의 기본성질은 미소진폭파 이론에 의해 계산할 수 있습니다.

 

진행파의 파형은 파고 , 주기 및 수심 에 따라 변하게 됩니다. 파랑 이론은 미소진폭파(微小振幅波) 이론과 유한진폭파(有限振幅波) 이론으로 대별되며, 유한진폭파는 파봉(波峯)이 뾰쪽하고 파곡(波谷)은 평평한 형태를 보입니다. 파고, 파장 및 수심으로부터 두 개의 무차원변수를 만들 수 있습니다. 즉, 파장에 대한 파고의 비인 파형경사(波形傾斜) H/L , 파장에 대한 수심의 비인 상대수심 h/L , 그리고 이 변수들로부터 구성되는 또 다른 무차원변수 HL^2/h^3인 어셀(Ursell)수의 상대적인 크기에 따라 적합한 파랑 이론을 사용합니다.

 

 

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항만기술기준 정보시스템 (portcals.go.kr)

 

 

 

(1) 미소진폭파 이론

파랑의 선형적인 특성은 미소진폭파 이론으로 나타내어지며, 필요에 따라 고차의 근사식인 유한진폭파 이론에 의해 보다 정밀한 파랑 특성을 계산할 수 있습니다. 미소진폭파 이론에 따른 파랑운동은 속도포텐셜(Φ)로 표시됩니다. 파랑의 운동방정식은 라플라스(Laplace)식이며, 적합한 경계조건을 부여하고 H<L 및 H<h의 전제조건하에 풀면 다음과 같은 파랑 특성을 얻게됩니다.

 

(2) 유한진폭파 이론

파고가 큰 일반적인 천해파에 대해서는 미소진폭파 식의 정도가 높지 않으므로 필요에 따라 유한진폭파 이론식을 사용합니다. 미소진폭파 이론식을 사용하여 계산할 때 오차는 파형경사 및 상대수심 에 의하여 변합니다. 특히 해상구조물과 잔교식 구조물 등의 설계 시에는 미소진폭파 식은 상당한 오차를 유발하여 부적절하므로 유한진폭파 식을 사용하여야 합니다. 유한진폭파 식도 파형경사 및 상대수심에 따라 여러 가지 이론이 있어 적합한 이론을 사용해야 하나, 수치모형인 푸리에급수 파랑이론(Fourier series wave theory)은 상대수심의 전체 범위에 걸쳐 한계파고까지 파랑특성을 계산할 수 있습니다(참고 ACES Technical Ref., 1992). 파의 유한진폭 효과의 하나는 파고에 대한 파봉고의 비가 변하며, 파고가 커지는 만큼 비도 증대됩니다. 아래 그림은 수심 100〜150cm의 수리모형실험의 자료로부터 진행파의 파봉고 변화를 나타낸 것입니다[Goda(合田), 1974].

 

이번 시간에는 규칙파에 대하여 간략히 알아보았습니다. 파도에 대한 이론이라서 그런지 매우 어려웠습니다. 전문적인 서적을 통해서 많은 공부가 필요할 것 같습니다. 여러분들께 조금이나마 도움이 되었기를 바라며 마치겠습니다. ^^