쇄파(Wave breaking)에 관하여

쇄파

항만구조물이 쇄파지점 부근에 있는 경우에는 쇄파의 영향을 고려하여야 합니다. 그 전에 먼저 파랑이 연안으로 전파되면서 얕아진 수심에 의해서 천수변형을 일으키고 그에 따라 파고는 높아지며 파장은 감소하게 되는데 이 것을 쇄파라고 부릅니다. 이는 파봉 부근의 물 입자 속도가 파속보다 큰 경우에 발생한다고 볼 수 있겠습니다. 영어로는 Wave breaking으로 표기합니다.

 

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

 

항만기술기준 정보시스템 (portcals.go.kr)

 

 

쇄파의 형식으로는 다음 그림과 같은 세가지 형태가 있습니다.

(사진) 쇄파 형태

① 붕괴파(Spilling breakers)

파형이 진행함에 따라 비대칭이 되고, 파봉 부분의 일부에 하얀 거품이 생기며 점차적으로 깨져 그것이 차차 파의 전면에 무너져가는 형태의 쇄파로 천해인 해안뿐만 아니라 심해역에서도 발생합니다.

② 권파(Plunging breakers)

해안 부근의 수심이 얕은 곳에 파랑이 도달하면 해저 마찰 때문에 수립자의 속도가 해저보다 표면에서 크게 되어 파봉이 앞으로 덮어씌워져 파랑 전체가 앞으로 일시에 넘어지는 형태의 쇄파입니다.

③ 쇄기파(Surging breakers)

권파와 같이 일시에 파랑 전체가 깨지는 것이 아니고, 파랑의 하부쪽에서 부서지기 시작하여 파의 전면 대부분이 깨어져 해안선에서 공기를 혼합시키면서 사면을 타고 올라갑니다.

 

 

 

그리고 쇄파 형식은 입사파의 파형경사 Ho/Lo 와 해저경사의 영향을 받게 됩니다. 일반적으로 파형경사가 큰 경우는 붕괴파가 되고, 해저경사가 큰 경ㅇ는 쇄기파가 발생합니다.

쇄파 형식은 해안선 변형에 밀접한 관계가 있는 동시에 구조물에 작용하는 파력에도 관계가 있습니다. 경사가 완만한 해안에서는 여러 번의 쇄파가 발생하며, 가장 먼 외해 쪽에서부터 해안 가장 가까운 곳까지 쇄파가 일어나는 지역을 쇄파대라고 부릅니다.

방파제에 강력한 파력을 미치는 쇄파는 주로 권파이며, 많은 파력 공식들은 이 쇄파에 대한 식입니다.

구조물이 쇄파지점 내에 있는 경우는 쇄파 후의 파랑이 구조물에 작용하는 것으로 하여 설계합니다. 구조물이 쇄파지점보다 외해 쪽에 있는 경우는 굴절 또는 회절에 의해서 구한 파향 및 파고에 의해서 설계합니다.

 

다음으로 해저경사가 비교적 작은 경우에 규칙파의 쇄파 한계파고는 이론식 또는 수리모형실험 결과를 이용하여 산정하여야 합니다. 파랑이 해안으로 진입하면 천수변형에 의해 파고가 증가하고 한계파고에 이르면 쇄파가 발생하게 됩니다. 쇄파로 이해 공기가 수중에 주입되고 와류가 형성되어 쇄파 전후의 파랑운동은 상당한 차이가 발생하게 되는 것입니다.

파가 부서지는 점을 쇄파점, 그 지점의 수심을 쇄파수심, 그리고 그 때의 파고를 쇄파고로 정의합니다.

 

 

 

 

우리는 다음 그림을 통해 쇄파고를 산정할 수 있습니다.

진행파의 쇄파고와 쇄파수심은 기존 연구성과 등을 활용하여 조건에 부합하는 적합한 방법으로 산정하며, 쇄파현상이 복잡한 경우에는 수리모형실험을 수행하게 됩니다. 파군 중 개개의 파에 대한 쇄파점을 나타내기는 쉬워도 불규칙파군에 대한 쇄파점을 지정하기는 어렵습니다.

그러나 때로는 불규칙파의 쇄파대 폭을 추정 또는 파군 전체에 대한 쇄파지표의 지정이 필요한 경우가 발생합니다. 쇄파대 내에서의 유의파고의 최대값 (H1/3)peak를 쇄파고로 하면 쇄파지표 곡선은 아래 그림(a)로 나타낼 수 있습니다. 또한, 유의파고가 최대로 되는 수심 (H1/3)peack를 쇄파수심으로 하면 쇄파수심은 아래 그림 (b)로 산정할 수 있습니다.

이번 시간에는 쇄파에 대해 알아보았습니다. 쉽게 말해 연안에서 파랑이 부셔지는 형태를 말하는 것입니다. 이러한 현상은 파고가 높아지고 파장이 감소하는 형태를 보이기 때문에 연안에 위치한 항만시설들은 검토가 꼭 필요할 것이라는 생각이 듭니다. 그럼 다음 주제로 뵙겠습니다.~~~