항내파랑 / 항내정온도 / 하역한계파고

이번 시간에는 항내파랑에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

작성될 내용을 좀 더 자세히 알아보고 싶으신 분들은 관련 설계기준을 다운 및 확인할 수 있는 아래 사이트를 확인하시기 바랍니다.!!

 

항만기술기준 정보시스템 (portcals.go.kr)

 

 

항내정온도 산정 시에는 항내수면을 교란시키는 항입구 침입파, 항내로의 전달파, 반사파, 장주기파, 부진동, 항내 발생파, 항주파 등과 같은 여러 요인을 고려하여야 합니다.

 

항내정온도 문제는 파랑, 바람, 선박 동요 또는 작업기기의 내풍성, 내파성 등의 물리적인 요소 뿐만 아니라 선박 입출항의 난이, 악천후 시 피박(避泊), 해상작업의 한계조건 등의 판단 요인을 합하고, 또한 하역효율, 선박가동률, 정온도 향상을 위한 제반시설의 건설비 등의 경제적 요인과도 관계되는 극히 복잡한 과제입니다.

 

항내정온도는 항내수면을 교란시키는 각 요소들에 대해서 추정된 파랑 성분을 고려하여 산정합니다.

우리는 항내정온도 계산을 실시하기 전에 다음과 같은 유의사항을 숙지하여야 합니다.

1. 항입구의 파고, 주기빈도 분포를 설정할 것

2. 항로수심이 주변해역의 수심과 현저히 다른 경우, 항내에 여울이 존해나는 경우, 항 입구에서 급격한 수심변화가 나타나는 경우의 항내 파고 계산은 가능한 한 항내의 수심변화를 고려할 것

3. 항내 파고의 허용값은 주기 영향을 도입할 것

4. 정온도 목표값은 장래 항만의 이용상황을 고려할 것

 

그리고, 정온도는 하역한계파고 또는 정박한계파고를 넘지 않는 파고의 시간적 발생확률로 계산할 수 있습니다. 하역한계파고는 안벽이나 돌핀에 계류된 선박이 하역활동을 안전하게 실시할 수 있는 한계파고이며, 정박한계파고는 정박지에서의 묘박이나 계선부표 및 계류시설에서의 계류가 가능한 파고입니다. 여기서, 하역한계파고를 넘지 않는 파고의 시간적 발생확률을 가동률이라고 하고, 일반적으로는 정온도는 가동률로 평가합니다. 쉽게말해, 배를 안전하게 정박할 수 있는 시간이 어느정도인가 하는 것입니다. 다음은 가동률을 계산하는 방법입니다.

 

① 평상파에 대한 가동률 계산

가. 항외의 주기대별로 파항별 파고빈도표를 작성합니다.

나. 계산대상인 항외측 파향과 계산파고를 설정합니다.

항외 지점의 파향별 풍파빈도표에서 계산대상으로 하는 파향을 설정합니다. 또한 항외지점에서 설정한 주기, 파향의 조합마다 에너지 평형방정식 등을 이용하여 항입구 지점의 파향과 파고를 계산합니다.

다. 항내 지점의 파고산정과 항내 파고빈도분포를 작성합니다. 에너지 평형방정식 등으로 계산한 항외지점과 항입구 지점의 파고비와 항내 수심이 비교적 변화하지 않는 경우에는 항입구 지점과 항내 각 지점의 파고비를 구합니다. 또한, 나.항에서 구한 항외 주기대마다의 파향별 풍파빈도표의 파고 계급값(상단값)에 해당하는 항내외의 파고비를 곱하여 대상시설 전면파고를 산출하고, 항내의 주기대마다 (항외의) 파향별 파고표를 작성합니다. 또한 항내에서는 주로 회절과 반사변형 등에 유의하여 항내 파고를 구합니다. 그리고 항내 파고는 회절파, 반사파, 전달파 등을 각각 제곱 한 것의 합의 평방근으로 추정할 수 있습니다. 항내파 주기는 전달파나 투과파의 영향이 비교적 적은 항만에서는 회절파 주기로 대표해도 좋습니다.

라. 평상파 성분에 대한 가동률을 계산합니다.

(가) 하역한계파고를 설정합니다.(각 계류시설마다 이용선박의 종류 및 적재화물 중량톤 그리고 파랑의 파향 및 주기 등을 설정합니다.)

(나) 대상시설 전면파고가 하역한계파고를 넘는 경우의 빈도를 누적합니다.

(다) 하역한계파고를 초과하는 비율(%)을 구하고, 전주기(全周期) · 전파향(全波向)에 대해 합산한 후 100%에서 이것을 뺀 가동률을 구합니다.

 

② 이상시 파랑에 대한 정온도

이상시의 파랑(예를 들어, 설계공용기간 50년인 시설에 대해서는 재현기간 50년의 확률파)에 대한 정온도는 일반적으로 이상시의 항내 파랑이 항만시설의 성능에 큰 영향을 끼치는 점을 고려하여 이상시 항내 파랑이 항만시설에 큰 피해를 끼치지 않도록 파고의 한계값을 설정하며, 항내 파고계산으로 산출된 파고가 이 한계값을 넘지 않는 것을 확인함으로서 평가할 수 있습니다.

③ 장주기파에 대한 하역가동률 계산

가. 하역한계파고를 설정합니다.

장주기파성분에 대한 하역한계파고 설정은 대상으로 하는 선박종류나 하역방식을 고려하여 하역실태를 조사한 후 개별적으로 구하는 것이 바람직하며, 장주기파의 하역한계파고는 아래 참고 표로 정의됩니다.

나. 항외의 파향별 장주기파빈도표를 작성합니다.

현지관측에 의한 장주기파의 파향별 빈도표를 얻지 못한 경우, 항외측의 파향별 풍파빈도표를 이용하여 항외측의 파향별 장주기파 빈도표를 작성합니다.

다. 항내 장주기파 파고를 설정합니다.

항외측 파향별 장주기파 빈도표에서 파향이나 장주기파 성분의 파고를 설정합니다.

라. 항내지점의 파고산정과 항내 장주기파 파고빈도표를 작성합니다.

마. 장주기파 성분에 대한 가동률 계산을 실시합니다.

항내파고가 하역한계파고를 넘는 비율을 전 파향에 대해 집계한 후, 100%에서 이것을 뺀 가동률을 구합니다.

장주기파의 하역한계파고

부진동은 대체로 주기가 5분 이상으로 극단적으로 하역을 악화시키는 요인은 아닙니다. 그러나 그 진폭이 커지면 소형선박의 계류장해, 배수구의 역류, 안벽침수 등의 피해가 발생하므로 부진동특성을 가지지 않는 항만형상을 고려하는 것이 바람직합니다. 부진동 추정에는 선형장파의 근사식이나 천수장파이론 등을 응용할 수 있습니다.

 

지금까지 항내파랑을 고려한 항만설계에 대하여 알아보았습니다. 항내정온도, 항만가동률, 하역한계파고 등 선박의 안전한 계류를 위해 고려할 사항이 많다는 것을 알계되는 계기였습니다. 그럼 이만~