파랑의 발생, 전파, 감쇠

안녕하세요~ 오늘은 파랑의 발생, 전파, 감쇠에 대해 알아보겠습니다.

 

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

 

항만기술기준 정보시스템 (portcals.go.kr)

 

 

먼저 심해설계파 산정법은 항만시설의 구조안정 검토에 사용되는 심해파의 설정을 위한 파랑자료의 통계기간을 항만시설의 기능 및 구조특성 등을 감안하여 설정하여야 합니다. 심해파의 제원은 구조물에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 주방향마다 설정하며, 심해파 산정기준은 다음과 같습니다.

 

(1) 실측 자료로서는 10년 이상의 자료가 바람직하나 실측 자료가 없는 경우에는 30년 이상의 기상자료를 이용하여 추산값을 구하고, 이를 실측값과 보정하여 사용합니다.

(2) 기상자료에서 구한 추산값을 실측자료로 보정할 경우, 실측자료는 태풍 또는 계절풍 등에 의해 큰 파가 발생한 자료를 포함하여야 합니다.

(3) 현지 실측자료가 전혀 없는 경우 또는 매우 한정된 조건의 경우에는 자연조건이 유사한 인접지역의 실측자료를 참고로 하여 구할 수 있습니다.

(4) 기상자료에 의한 추산기간 이외에도 특이한 기록이 있는 경우에 이를 고려하여야 합니다.

(5) 실측자료를 이용해서 심해파를 추정할 경우 실측파고는 파의 굴절이나 천수변형 등의 영향을 받고 있기 때문에 파의 굴절계수 및 천수계수 등을 제외하여 심해파로 환산한다. 이 때 파향의 변화를 고려하여야 합니다.

(6) 실측값의 유의파고가 실측지점 수심의 0.5배 이상일 때에는 쇄파의 영향을 고려하여야 합니다.

(7) 설계심해파는 재현기간과 구조물의 내용연수에 입각한 발생확률(Encounter probability)에서 구하는 것이 바람직하나, 발생확률을 어떻게 취하는가는 구조물의 기능, 중요도, 투자효과 등을 고려하여 결정하여야 한다. 여기서, 발생확률이란 가정한 재현기간의 파고보다 큰 파고가 내용연수의 기간 내에 적어도 한번 발생할 확률입니다.

(8) 설계심해파를 결정하는 경우, 설계대상물에 인접한 기존 구조물의 외력 또는 재해에 관한 기존 자료를 참고할 필요가 있습니다.

(9) 심해파의 제원은 16방위마다 설정하는 것이 바람직하나, 파고도 작고 명백하게 구조물에의 영향이 작다고 예상되는 파향은 제외할 수 있습니다. 여기서, 파향은 불규칙파의 성분파 중 에너지가 가장 큰 파의 방향을 의미하며 이를 주파향이라 합니다.

항만 전경1

설계파의 제원을 구하는 절차는 다음과 같습니다.

구조물 설계파는 심해파 등을 적용하여 파의 굴절, 회절, 천수변형 및 쇄파 등에 의한 전파 변형을 고려하고, 구조물 또는 배후시설에 가장 불리하게 작용하는 파를 사용하여야 합니다.

(1) 결정된 심해설계파를 이용하여 굴절, 회절, 천수변형, 쇄파 등의 파랑변형 효과를 고려해서 설계 대상지점의 설계파 제원을 결정합니다.

(2) 대상지점에서의 특수요건, 예를 들어 반사파 또는 오목부에 의한 파고 증대 등의 영향이 있는 경우, 그리고 유속이 강한 해역은 이에 의해 파랑의 발달 및 전파 변형에 상당한 영향을 줄 수 있으므로 이러한 영향을 고려합니다.

(3) 이상에서 구한 파에 대해서 파력, 월파 및 기타 구조물에 대한 파의 작용을 계산합니다.

(4) 파의 작용에 관한 여러 가지 요건에 따라서는 조위가 낮을 때에 파력이 커지는 경우가 있으므로 여러 가지 조위에 대해서도 검토합니다.

(5) 위의 계산을 설계 심해파의 각 방향에 대해서 실시하고 파의 작용이 최대로 되는 것, 또는 구조물 및 배후시설에 가장 불리하게 작용하는 것을 설계파로 결정합니다.

 

그리고 파를 발생․발달시키는 장소를 풍역이라 하며, 파를 발생시키기 위한 제원으로는 풍속, 풍향, 취송거리, 취송시간 등이 있습니다. 풍역이 설정되면 해당 풍역조건에 가장 적합한 추산법을 사용하여 파의 발달․감쇠를 계산합니다.

 

항만 전경2

파랑 발생역에서의 파의 추산은 파랑 스펙트럼법 또는 유의파법 등을 이용합니다. 

(1) 추산결과의 타당성 및 그 정도에 대해서는 관측값과 비교하여 검토할 필요가 있습니다.

(2) 스펙트럼법은 에너지 평형방정식에 기초한 스펙트럼의 발달․감쇠를 추적 계산하는 방법을 총칭하며, 이 방법은 컴퓨터를 사용하여 대규모의 계산을 수행할 필요가 있습니다. 그리고 파의 발달․감쇠의 이론식 및 경험식에는 개선의 여지가 남아 있으나 너울을 포함한 파의 스펙트럼의 발달․변형의 상황을 파악할 수 있는 점 등은 유의파법에서 볼 수 없는 특징입니다.

(3) 유의파법은 처음으로 유의파의 개념을 제안하고 이 유의파의 추산법을 제시한 스베르드럽, 멍크(Sverdrup, Munk) 및 이를 수정 개량한 Bretschneider에 의한 S-M-B법, 또한 이를 보다 일반적인 풍역에 적용 가능하게 확장한 Wilson법, 천해에서의 파의 추정법인 Bretschneider법과 이를 수치계산화한 방법을 총칭합니다.

(4) 파의 스펙트럼을 추정하는 방법으로서는 피어슨(Pierson)․노이만(Neumann)․제임스(James)에 의한 P-N-J법을 비롯하여 왈든(Walden)법, 다비샤(Darbyshire)법 등이 있으나 이들의 방법도 추산 순서는 상기 유의파법과 큰 차가 없고, 또 추산 결과는 유의파로 표시하는 경우가 많습니다. 여기서는 유의파법과 특별히 구별하지 않고 유의파법에 준하는 것으로 취급합니다.

항만 전경3

너울의 추산은 Bretschneider법의 적용을 표준으로 하며 해당 해역의 특성에 맞는 보다 적합한 추산법이 있는 경우에는 이를 적용할 수 있습니다.

(1) 파랑이 풍역에서 벗어나 너울로 진행하게 되면 바람으로부터 에너지의 공급이 없으므로 파고는 점차적으로 감소됩니다. 파고 감소의 원인은 방향 분산과 속도 분산에 의한 파에너지의 밀도 저하에 의한 것입니다.

(2) 너울의 추산법에는 Bretschneider법(1968), P-N-J법(1955) 및 파랑 스펙트럼법 등이 있다. 파랑 스펙트럼법은 앞에서 언급한 바와 같이 수치계산에 의한 것으로 발생역에서 풍파와 너울을 구별하지 않고 여러 주파수에 대해 동시에 계산을 합니다. 결과는 이 두 가지를 합성해서 유의파 제원으로 제시합니다. 파랑 발생역에서 파의 추산에 유의파법을 사용한 경우에는 너울을 추산할 필요가 있으며, 이 경우에는 비교적 간단하며 사용하기 쉬운 Bretschneider법을 표준으로 하였습니다.

항만 전경4

지금까지 파랑의 발생, 전파, 감쇠에 관한 내용에 알아봤습니다. 파랑의 여러가지 추산방법은 보다 전문적인 서적으로 차근차근 알아볼 필요가 있겠습니다. 가장 어려운 부분같습니다.~