2열 해저 사각구조물 높이에 따른 파랑 감쇠 효과 수치 및 실험 연구

초록

지속적인 해안 및 연안 개발과 기후 변화로 인해 해안 침식 문제가 심각해지고 있다. 해안의 보호는 단순한 관광과 레저의 목적만이 아니라, 해일 및 범람에 대비하기 위한 중요한 이슈이다. 해안 보호 시설 중 해저 구조물(수중 방파제)는 파랑의 에너지를 감소시키는 기능을 수행함과 동시에 기존 매립 돌출형 방파제와 비교하여 해안의 경관 유지 및 생태계 보존 측면에서 장점을 가지고 있다. 수중 방파제를 다열로 배치할 경우 해양파에 대한 Bragg 반사 효과를 통해 장파에 대한 파랑 감쇠가 가능하다. 본 연구에서는 2열로 설치된 해저 사각구조물(수중 방파제)의 높이에 따른 파랑의 반사계수와 투과계수를 측정하고 파랑 감쇠 효과를 분석하였다. 수치 해석은 경계 요소법(Boundary element method)과 전산유체역학(CFD)을 활용하여 2차원 수치조파수조(Numerical wave tank)를 구현하였다. 수리 실험은 인하대학교 2차원 조파 수조에서 진행하였으며, 수중 방파제의 전면과 후면에서 입사파의 주기 별로 파고를 측정한 후 3점법을 이용해 반사계수와 투과계수를 도출하였다. 그림 1은 실험 수행을 위한 개략도이다. 비점성 기반의 포텐셜 유동 해석과 점성 유체 기반의 수치해석 및 실험 결과는 대체적으로 유사한 경향을 보인다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 2열의 해저 고정체의 간격이 입사파장의 1/2 이 되는 경우에 Bragg 반사가 발생할 수 있는데 (kh=1.5 근처), 이때 최대 반사계수와 최소 투과 계수를 나타내었다. 또한, 투과 계수에서 점성 유동 해석 결과와 실험 결과는 포텐셜 유동 기반 결과와 상당한 차이가 발생하였는데, 이는 구조물을 통과하는 해양파가 유체 점성과 Bragg 반사 효과로 인해 에너지 손실이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 반사계수에서는 실험 결과와 포텐셜 유동과의 차이가 더 현저한데, 이는 반사파가 조파기에서 재 반사되어 그 크기가 심화된 것으로 판단할 수 있다.