항만설계 시 파랑 및 파력

안녕하세요~ 이번 시간에는 항만설계 설계조건 중 가장 중요한 파랑 및 파력에 대해서 알아보겠습니다.

 

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

 

 

 

항만구조물의 설계 및 항내정온도 분석을 위한 파랑은 실측값 또는 풍속에서 추산한 심해파 및 평상시 파랑 자료를 통계처리한 후 해안지형에 의한 변형을 고려한 값을 사용합니다. 그리고 설계파 산정 및 항내정온도 검토 시 파랑의 불규칙성을 고려해야 합니다.

 

 

우리나라 해안에 내습하는 설계파랑은 주로 태풍과 동계 계절풍에 의한 파랑입니다.
현재까지 우리나라의 파랑 실측기간은 길지 않으나, 바람자료는 관측기간이 상대적으로 길기 때문에 일반적으로 바람자료로부터 추산합니다.

최근에는 태풍 또는 저기압에 의한 바람은 기압 분포에서 비교적 정확하게 계산할 수 있고, 그 결과를 가지고 파랑수치모형을 사용하여 계산된 불규칙파의 파고와 주기를 사용합니다.

파랑의 통계처리는 이상시(異常時) 파랑과 평상시(平常時) 파랑으로 구분하여 이에 적합한 분석방법을 사용합니다. 이상시 파랑은 태풍, 폭풍 등에 의해 발생하는 고파랑의 장기간 자료의 극치통계분석을 통해 구하며, 평상시 파랑은 1년 이상의 연속된 파랑자료를 통계 처리하여 구한 파랑조건을 사용합니다. 이상시 파랑은 구조물의 설계파 산정과 이상시 항내정온도 검토에 이용되고, 평상시 파랑은 항내정온도 분석 및 항만 가동일수 또는 작업일수 산정에 이용됩니다.

파랑 변형은 외해로부터 내습하는 파랑이 파랑 자료를 필요로 하는 천해지점에 도달할 때까지의 변형으로서 천수변형, 굴절변형, 회절변형, 반사 및 쇄파 등에 의한 변형입니다.

 

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

진행파의 파형은 파고 , 주기 및 수심 에 따라 변합니다. 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.

 

 

불규칙한 심해파 파군의 파고분포로는 레일레이(Rayleigh) 분포를 사용합니다. 레일레이 분포 이론은 파의 에너지가 특정 주파수 영역에 매우 좁게 분포한다고 가정하여 제안된 것으로 주파수대가 넓으면 적용성의 문제가 있지만 근사적으로 적용할 수 있습니다.

실제 파형은 매우 불규칙하며, 한 점에서 측정한 파고기록은 아래 참고 그림과 같은 형태를 보입니다. 기록된 파형의 평균면을 기준선으로 정하고 개개의 파형이 파곡에서 파봉으로 상향 진행할 때 기준선과 만나는 점들로부터 개별 파의 주기와 개수를 결정하는 방법이 영점상향교차(零點上向交叉, Zero up-crossing)법입니다.
반면에 영점하향교차(零點下向交叉, Zero down-crossing)법은 파형이 기준선을 하향으로 통과하는 점들을 하나의 파랑 시작점과 끝점으로 정하며, 통계학적으로는 두 방법은 같은 방법으로 취급합니다.

파형이 기준선을 통과하지 않고 불규칙하게 움직이는 경우에는 동일한 파랑으로 간주합니다. 인접한 영점이 교차하는 사이를 하나의 파랑으로 정의하여 영점상향교차법을 사용한 참고 그림에서는 관측기간 중에 총 21개의 파랑으로 구성되며, 개개 파랑의 파고는 파형의 최고점과 최저점의 수위차가 됩니다.

이번 시간에는 파랑 및 파력에 대해서 알아보았습니다. 다음 시간에는 파랑의 발생, 전파, 감쇠에 대한 내용으로 찾아뵙겠습니다. 기다려주세요~~~