수리모형실험을 통한 호안형태와 배열별 반사파의 감쇄효과 분석
해안침식(Beach erosion)은 최근 발생된 문제가 아니며 미국·일본·네덜란드 등 선진국에서는 수십년 전부터 중요한 해안공학적 문제로 취급하여 왔다.
해양파랑에 의해 해안구조물과 해저면이 접하는 부분에서 해안구조물의 해안 방향의 해저면에서 발생하는 기초지반의 유실인 세굴은 해안구조물의 파괴모드 중 한가지로, 최근 이러한 세굴로 인한 해안 구조물의 파괴에 관심이 집중되고 있다. 현재 국내 연안에 시공된 호안구조물의 파랑에너지가 감소 효과가 미미하며 호안 구조물의 저면 세굴로 인한 구조물 붕괴, 반사파에 의한 주변해빈 침식으로 자갈층이 형성되는 문제점 등이 빈번하게 발생하고 있으며 연안을 따라 인구밀집과 국가기반 시설물들이 건설되고 있는 환경여건의 변화로 각종 재해로부터 연안지역을 보호하는 문제는 국가적으로 매우 중요한 문제이다. 파랑에너지를 효율적으로 제어하여 연안시설을 보호하는 방법에 관한 연구가 선행되어야 하나 기존에 수행된 대부분의 연구는 파랑에너지 저감 및 해안침식 저감을 위한 사석 및 블록 개발에 대한 것이 주된 내용으로 사석의 배열 및 형상이 파랑에너지 저감에 미치는 영향에 관한 연구는 수행된 사례가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 파랑에너지 감소에 가장 큰 영향을 미치는 호안의 물리적 특성치인 마찰면적과 공극률이 증가된 다양한 호안의 형태와 배열을 도출하였으며 연안의 범위에 포함되는 다양한 수리조건에 대해 수리모형실험을 실시하여 반사파 감쇄효과를 분석하였다. 표면적/부피 비율이 큰 형상이 단위 부피안에 마찰면적과 공극률 증가시킬 수 있는 사석형상으로 원기둥(Cylinder)과 얇은 판(Thin Plate) 형상의 경우 원형사석 대비 마찰면적이 2~17배 증가하였다.
이렇게 도출한 사석형상을 이용하여 총 33종류의 실험모형을 제작하여 다양한 조건에서 규칙파 및 불규칙파 수리모형실험을 실시하였다. 실험 결과 파랑에너지 저감에는 마찰면적 보다는 공극률의 영향이 컸으며 마찰면적과 공극률이 같이 증가되는 것이 저감 효율이 가장 높은 것으로 분석되었다. 최대 25%의 반사율 저감율을 보였으며 파도의 진행방향과 연직방향으로 접촉 면적이 작을수록 파랑에너지 감소 효과가 커 파도의 방향에 대한 사석의 배치도 영향을 미치는 인자인 것으로 분석되었다.
또한 경사에 따른 영향 분석 결과 완경사(1:3.0)가 급경사(1:1.5) 보다 최대 49% 반사파 감쇄효과가 있는 것으로 측정되어 호안 경사가 완만할수록 파랑에너지 감소효과가 좋았으나 급경사 충진형 호안구조 형식의 경우 최대 66% 반사율 저감율을 보여 급경사라도 마찰면적과 공극률을 극대화하면 파랑에너지 감소에 효과적이며 이를 활용하면 친환경 및 경제성을 갖춘 호안구조물 설치가 가능할 것으로 판단된다.
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