환산심해파고, 반사파

오늘은 항만설계 설계기준 중 환산심해파고와 반사파에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

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

 

 

 

 

 

환산심해파고는 굴절, 회절 등에 의한 파고 변화의 영향을 설계계산 및 수리모형실험에서 쉽게 다루기 위한 가상적인 파고이며, 쇄파, 파의 처올림, 월파 등의 현상을 심해파와 관련하기 위해 도입한 것이라고 합니다.

환산심해파고의 파고 및 주기는 다음과 같은 식으로 산정합니다.

쇄파, 파의 처올림, 월파 등과 같은 현상은 주로 수리모형실험에 의해 분석되며, 기존의 결과들은 2차원 수로에서 이루어진 것들이 많으므로 이를 활용하기 위한 방안으로 환산심해파고가 고안된 것입니다. 회절과 굴절 등을 고려할 수 있는 3차원 수조에서는 이 개념이 필요하지 않으나 3차원 실험은 과다한 비용과 시간이 소요되는 단점이 있어 환산심해파고를 계속 사용하고 있습니다. 해저경사가 완만하고 파랑이 상당한 거리를 진행하면 해저마찰로 인한 파고 감쇠를 무시할 수 없으며, 이런 경우 감쇄율 Kf를 위 식에 곱해 환산심해파고를 계산합니다. 실제 지형에서는 굴절․회절 계수가 장소에 따라 다르기 때문에 환산심해파고 계산은 장소에 따라 변하는 점에 주의하여야 합니다.

 

그리고 다음으로 항만시설물 설계 시 인근 구조물에 의한 반사파의 영향과 해당 시설물이 인근 지역에 미치는 반사파의 영향에 대하여 검토하여야 합니다.

방파제에서 반사된 파가 항로를 소란하게 하거나, 인근 안벽에서 다중 반사된 파가 항내를 교란시키기도 합니다. 이 것은 실제 항만에 가시면 눈으로 확인할 수 있는 현상들입니다. 따라서 항만시설에 의한 반사파가 선박의 항행 및 하역에 큰 영향을 미치는 경우가 있으므로 주의를 요합니다.

반사파에 의해 여러 파군이 존재할 경우의 파고는 다음 식으로 산정할 수 있습니다.

구조물의 수직선과 입사파와의 사잇각(입사각)이 45°보다 작은 경우 입사각과 같은 반사각을 가지는 반사파가 형성되나 입사각이 45°보다 크고 70°보다 작은 경우에는 반사각은 입사각보다 크게 될 뿐만 아니라 마하스템(Mach-stem)이라는 새로운 파형이 구조물에 인접한 곳에 형성되며, Mach-stem의 진폭은 입사파의 진폭보다 큽니다. 입사각이 70°보다 큰 경우에는 Mach-stem만이 존재하며, 구조물로부터 직각 방향으로 형성되는 Mach-stem의 폭은 입사파랑 진행방향으로 점차 증가하고 진폭도 커지게 되므로(Chen, 1961) 돌제 등의 마루높이 결정에 이를 고려합니다.

 

반사파와 반사파 또는 입사파와 반사파가 중첩된 경우의 파고는 다음과 같이 구합니다. 규칙파는 파형의 단순한 중첩에 의해 구하며, 이는 위상의 상황에 따라 심한 기복을 나타냅니다. 그러나 불규칙파에서는 많은 성분파를 포함하고 있기 때문에 이 기복은 평활화되어 반사파의 파고는 각 파군의 에너지가 중첩된 것으로서 위 식으로 계산할 수 있습니다. 이와 같은 방법은 반사면에서 0.7파장 이상 떨어진 지점에서 적용할 수 있습니다.

 

다음은 반사율의 산정입니다. 항반사율은 현장관측에 의해 산정하는 것이 바람직하지만, 관측이 어려운 경우 또는 시공전의 경우에는 수리모형실험 결과를 참조하여 산정합니다. 반사율 산정 실험시의 파랑은 불규칙파를 사용하여야 합니다.

반사율은 반사계수 Kr로 나타내며, 반사파고 Hr에 대한 입사파고 Hi의 비로 정의합니다. 반사율은 구조물의 형태, 재질과 같은 구조물 특성과 파형경사, 상대수심과 같은 파랑의 특성에 따라 정해지게 됩니다. 다음 표를 참고하여 반사율의 개략값을 산정할 수 도 있습니다.

지금까지 환산심해파고와 반사파, 반사율에 대하여 알아보았습니다. 이번에는 어려운 내용이 별로 없었던 것 같습니다. 하지만, 내용은 중요하다고 생각하니 꼭 알고 넘어가도록 합시다.~