선박의 항행시 발생하는 파도 ~ 항주파

이번 시간에는 항주파에 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)

 

 

우리가 흔히 알고 있는 운하나 선박의 항로에서는 항해선박에 의한 항주파를 고려하여야 합니다.

항주파는 선박이 항행할 때 발생하는 파도로 항적파라고도 하며, 선박이 클수록, 손도가 빠를수록 파고가 커지게 됩니다. 항주파는 전파거리가 커지면 감쇠되므로 넓은 수역에서는 큰 문제가 되지 않지만, 항구 내, 폭이 좁은 수로(항로) 등에서는 정박 중인 소형선박, 이동식 부두 등의 흔들림을 발생시키는 경우가 있습니다. 또한 수로의 양쪽 호안에서의 월파, 세굴, 피복블록의 안전성 등에 영향을 미치는 경우도 종종 있습니다.

 

항주파를 상공에서 바라보면, 아래 그림과 같이 배앞머리의 약간 전방에서 부터 八자 모양으로 넓어지는 파도와 배 후방에서 파봉이 배의 진행방향과 직각이 되는 파도의 2가지 계열로 구성되어 있으며, 전자는 종파(Divergent waves), 후자는 횡파(Transverse waves)로 불립니다. 종파는 요곡선을 이루며, 그 간격은 안쪽으로 갈수록 좁아지게 됩니다. 횡파는 거의 원호형이며 그 간격도 일정하게 발생됩니다. 또한 항주파의 존재범위는 수심이 깊은 경우, 선수의 약간 전방을 기점으로 항적중심선(±19º 28')과 이 각도를 이루는 선(이것을 커스프라인(Cuspline)이라 합니다)의 안쪽으로 한정됩니다. 최외연인 종파와 횡파는 이 선의 약간 안쪽에서 교차하며, 그 지점에서 파고는 최대가 됩니다. 종파에 비해 횡파는 파형경사가 작아 항공사진으로는 식별되지 않는 경우가 많이 있습니다.

항주파의 파장 및 주기는 종파와 횡파가 다르며, 후자쪽이 더 깁니다. 또한 종파의 파장 및 주기는 제1파가 최장이며, 점차 짧아집니다. 횡파의 파장은 횡파파속이 배의 전진속도와 같다는 조건하에 아래 식의 수치해로 구할 수 있습니다.

횡파주기는 수심 h의 파장 Lt를 갖는 진행파 주기이며, 아래 식으로 구할 수 있습니다.

종파의 파장 및 주기는 종파의 진행방향에 대한 배의 속도 성분이 종파파장과 같다는 조건하에 아래 식으로 구할 수 있습니다.

켈빈(Kelvin)의 조파이론에 의하면, 수심이 충분히 깊은 곳에서의 종파 진행각도는 대상지점과 배와의 상대위치 함수로서 아래 그림과 같이 구할 수 있습니다. 단, 실제 선박에서는 각도의 최소값이 40º 정도인 경우가 많고, 또한 1개 종파상의 파고최대점을 주목해보면 각도는 50~55º가 됩니다. 또한 각도는 그림 중의 삽도로도 알 수 있듯이 대상지점에 도달한 종파파원의위치 Q를 나타내는 각도입니다. 그리고 α는 커스프라인과 항적중심선이 이루는 각도입니다.

일반적인 물과 파도와 마찬가지로 항주파도 그 파장에 비해 수심이 얕아지면, 수심의 영향으로 그 성질이 변화합니다. 항주파에 대한 천수효과를 무시할 수 있는 것은 아래 식에 나타내는 조건에 한합니다.

위 식에 의해 항주파가 심해파로 간주되는 한계수심을 시산하면 아래 표와 같습니다. 이 표에서 알 수 있듯이 일반선박이 만드는 파도는 거의 대부분이 심해파입니다. 천수파가 되는 것은 고속페리 등이 비교적 얕은 수역을 항행하는 경우, 모터보트가 천수역을 항행하는 경우, 혹은 항주파가 천수역에 전파하는 경우입니다. 또한 천수역에서 만들어지는 항주파의 파장 및 주기는 같은 항행속도에 대한 심해역의 항주파보다 길어집니다.

일본 해난방지협회 항주파연구위원회는 항주파의 파고추찬식으로 아래 식을 제안하고 있습니다.

지금까지 항주파에 대하여 알아보았습니다. 우리가 무심코 지켜보던 선박이 항행할 때 발생하는 바다의 출렁임도 항만설계에서는 중요한 인자가 된다는 것을 알게 된 시간이었습니다. 그럼 이만~~다음시간에 뵙겠습니다~~~