회절(Diffraction) 변형 / 회절도 / 회절파 산정

회절(Diffraction) 변형에 대하여

이번 시간에는 항만설계 시 회절 변형에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

회절 현상과 회절도

파랑이 방파제나 섬 등의 배후 수역으로 돌아서 전파되는 현상을 우리는 파의 회절이라고 부릅니다. 파의 굴절에서는 파향선을 가로지르는 파랑 에너지의 흐름이 없다고 가정하지만 이는 에너지의 차이가 작은 경우에만 성립하며, 방파제 선단부와 같이 차폐로 인한 에너지의 차이가 큰 곳에서는 회절현상이 뚜렷하게 나타납니다.

 

파의 회절 실험(위)과 에너지 전파 모식도(아래)

 

 

입사파고에 대한 회절파고의 비를 회절계수(Kd)라고 합니다. 아래 첫번째 그림은 반무한 방파제에 파가 직각으로 입사하는 경우의 회절도로서, 좌표축은 파장(L)에 대한 비로 표시하고 있습니다. 회절계수는 방파제 선단부터 파의 진행방향인 y축을 따라 거의 0.5의 값을 가지며, 차폐역에서는 축선에서 멀어지면서 급격하게 감소하게 됩니다. 파의 진행영역에서는 회절계수가 약간의 진동을 하면서 1.0의 값으로 수렴하게됩니다.

 

두번째와 세번째 그림은 방파제 개구폭 B가 각각 0.1L과 0.5L일 때 파랑이 방파제에 직각으로 입사하는 경우의 회절도 형상입니다. 여기서 L은 입사파의 파장입니다. 이 외에도 다양한 경우에 대한 회절도가 있는데 회절도 중에서 B/L이 거의 같은 것을 택해서 차폐역에서의 회절계수를 읽습니다.

 

 

반무한 방파제에 의한 규칙파의 회절도

방파제 개구부에서 규칙파의 회절도(B/L=0,1)

방파제 개구부에서 규칙파의 회절도(B/L=5.0)

 

 

입사파향이 직각이 아닌 경우

개구 방파제에 파랑이 사각으로 입사할 경우의 회절도는 컴퓨터에 의한 수치계산으로 구하는 것이 바람직하나, 다음과 같이 근사적으로도 구할 수 있습니다.

 

 

다음은 불규칙파의 경우에 회절파의 축선 방향을 나타내는 표입니다.

 

 

 

회절파의 산정

회절파의 영향을 크게 받을 것으로 예상되는 영역 내의 파고는 회절도, 수치실험 또는 수리실험에 의하여 산정합니다. 파랑의 회절에서 주기의 변화보다 파향 변화의 효과가 크므로 파장에 비하여 큰 섬 등에 의한 회절에 대하여는 파 에너지의 방향 분산만을 고려할 수도 있습니다.

 

파랑의 차폐 구역에서 수심이 크게 변화할 때는 적절한 방법으로 파랑의 굴절도 동시에 고려하여야 합니다. 회절된 불규칙파의 유의파 주기는 회절 전과 다르므로 주의가 필요합니다. 회절 후의 파랑이 안벽 등에 의해서 반사될 때는 반환 회절도법이나 다른 적절한 방법으로 반사의 효과를 계산하여야 합니다.

 

다방향 불규칙파 조파기의 발달로 인하여 방향 분산성을 갖는 파를 평면수도 내에서 재현할 수 있으므로 회절 실험을 비교적 간단하게 실시할 수 있습니다. 유효 조파영역 내에 항만 모혀으이 개구부를 설치하고 관측은 항내의 여러지점에서 동시에 실시합니다. 회절계수는 항내 유의파고를 항 입구의 적어도 2개 지점에서 관측한 유의파고의 평균치로 나눈 값으로 정합니다.

 

지금까지 항만설계 시 회절 변형에 대하여 알아보았습니다. 여러분에게 조금이나마 도움이 되었기를 바랍니다. 이상입니다.