본 논문에서는 부분 반사 반무한 방파제 또는 방파제 개구부에 사각으로 입사하는 파의 산란에 대한해석 해를 유도하였다. 유도된 해의 타당성을 검토하기 위하여, 완전 반사의 경우에 대하여, McIver 및 Bowen andMcIver가 1999년과 2002년에 각각 반무한 방파제와 방파제 개구부에 대하여 유도한 식의 결과와 비교하였다. 또한 유도된 해석 해를 이용하여 방파제의 반사계수와 파의 입사각이 항 입구에서의 정온도에 미치는 영향을 조사하였다. 방파제의 반사계수가 증가함에 따라, 그리고 파가 사각으로 입사함에 따라, 반사파의 영향으로 항 입구의정온도가 악화된다.
본 연구에서는 회절을 고려하여 반무한방파제 형식의 직립식 장대구조물에 작용하는 파력에 대해 검토하였다. 장대구조물에 작용하는 파력은 규칙파, 일방향 불규칙파 및 다방향 불규칙파를 대상으로 하였다. 방파제 전면 및 후면에서 발생하는 회절을 모두 고려하였다. 방파제의 상대길이(1/L)가 0인 경우 방파제에 작용하는 파력은 회절에 의해 0이 된다. 방파제의 상대길이가 1.0 이하인 경우에는 회절의 영향이 비교적 강하였으며, 방파제의 상대길이가 0.5 이상인 경우에는 방파제의 장대화 효과에 의해 작용 파력이 크게 감소하였다. 즉, 방파제의 상대길이가 1.0 이하인 경우에는 회절효과의 고려가 필요하며, 장대 방파제의 파력 감소효과를 얻기 위해서는 방파제의 상대길이가 최소 0.5 이상이어야 함을 알 수 있다.
The knowledge of the waves passing through the breakwater makes an important role in the efficient breakwater design. Wave diffraction is an important factor in this role, but some usable development about it have not been made in our country as yet. The diffraction of sea-water waves round the end of a semi-infinite impermeable breakwater has been investigated, applying a solution of the water wave diffraction problems given by Penney & Price. The wave pattern and heights on both the leewardside and the windward-side of the breakwater have been calculated and summarized in the form of diagrams with diffraction factors between $r/{\lambda}=0~50$. This involves some extension of the diffraction diagrams made previously. The theory and computation methods with computer program in fortran IV developed in this study make an efficient use for estimating the diffraction effects at a semi-infinite breakwater.
This study deals with the analytical and numerical solution for the combined wave reflection and diffraction near the impermeable rigid upright breakwater, subject to the excitation of a plane simple harmonic wave coming from infinity. Three cases are presented : a) the analytical solution near a thin semi-infinite breakwater, b) the analytical solution near the semi-infinite breakwaters of arbitrary edge angles, $30^{\circ},\;45^{\circ},\;and\;90^{\circ}$, c) the numerical solution near a detached thin breakwater the results are presented in amplification factor and wave height diagrams. Moreover, the amplification factors near the structure(2 wavelength before and behind the structure) are compared for the given cases. A finite difference technique for the numerical solution was applied to the integral equation obtained for the wave potential.
부분반사 전면 및 완전반사 후면을 갖는 반무한 방파제 및 방파제 개구부에 의한 파의 산란 현상에 대한 해석 해를 유도하였다. 이는 수심이 일정하고 파가 방파제에 직각으로 입사하는 경우에 적용 가능하며, 선형파 이론에 근거하여 변수 변환 및 좌표 변환을 통해 지배 방정식을 상미분 방정식으로 전환하여 구하였다. 본 연구에서 유도된 해석 해는 유한 요소 수치 모델의 결과와 비교하여 그 정확도를 비교하였는데, 꽤 정확한 결과를 보인다는 것을 알 수 있었다. 유도된 해석 해를 이용하여 방파제에서의 반사율에 따른 항 입구에서의 정온도에 미치는 효과를 조사하였다.
수치모형이 파랑변형 중에서 회절을 어느 정도로 정확히 해석할 수 있는 지에 대한 연구는 매우 중요한 일이다. 세가지 포물선형 방정식민 단순 포물선형, 광각 포물선형, 삼변수 포물선형 방정식에 대하여 파의 회절의 관점에서 비교하였다. 단순 포물선형 방정식에 대해서는 측면경계에서 불필요한 반사를 피하기 위하여 Dalrymple and Martin(1992)이 제안한 완전경계조건을 적용하였다. 반무한 방파제의 경우에 Penney and Price(1952)의 해석해와 각 모형의 결과를 비교하였다. 입사각이 방파제에 대하여 직각일 때는 모두 좋은 결과를 보여주었으나, 입사각이 직각에서 편향됨에 따라 단순 보물선형 방정식에 의한 해의 오차가 가장 컸고 삼변수 포물선형 방정식에 의한 해의 오차가 가장 작았다
본 연구에서는 회절을 고려하여 반무한방파제 형식의 직립구조물에 작용하는 지점별 파력 분포를 검토하였다. 비쇄파 조건에서 직립구조물에 작용하는 규칙파 및 불규칙파의 파력에 대해 방파제 전, 후면의 회절을 모두 고려하여 연구하였다. 방파제의 폭이 0인 조건을 비교 대상의 기준 조건으로 채택하였다. 규칙파의 경우 방파제 두부(head of breakwater)에서는 전후면의 입사파 및 회절파가 동시에 작용하여 상대 파력이 0이 되었으며, 두부에서 멀어지면 상대 파력 1.0을 중심으로 진동하는 패턴이 나타났다. 또한 경사입사각이 증가할 경우 규칙파의 상대 파력은 감소하는 경향을 보였다. 본 연구에서는 제곱평균의 제곱근비와 파력 스펙트럼을 이용하여 불규칙파의 상대 파력을 정의하였다. 각 성분파가 갖는 임의의 위상을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우를 비교하였으며, 그 결과는 거의 동일하게 나타났다. 불규칙파의 경우 방파제 두부 근처에서 규칙파와 마찬가지로 상대 파력이 0으로 나타났으며, 두부에서 멀어질 때에는 다양한 성분파의 합성에 의해 상대 파력 1.0을 기준으로 진동하는 패턴이 비교적 약하게 나타났다.
반무한방파제 전면 및 후면에서 회절파 진폭의 공간적인 변화에 대해 Penney and Price(1952)의 해석해를 활용하여 분석하였다. 방파제 전면에 회절파의 영향으로 입사파와 반사파를 합친 중복파의 파력보다 더 큰 파력이 발생한다. 좀 자세히 알아보면, 회절파는 방파제의 선단 (x, y) = (0, 0)을 기존으로 동심원 형태로 위상 변화가 발생하는 반면 입사파와 반사파는 평면 형태로 위상 변화가 발생한다. 따라서, 입사파(또는 반사파)와 회절파가 중첩에 의한 파의 진폭은 에너지 불연속선에서부터 떨어진 곳에서는 항상 요동치게 된다. 방파제 전면 및 후면 (x, y) = (0, y) 지점은 회절파 파봉선을 따라 에너지 불연속선 지점에서부터 y(π/2 - β) 만큼 떨어져 있다. 회절파 에너지의 감쇠의 정도는 회절파 파봉선을 따라 에너지 불연속선 지점에서 떨어진 거리에 비례한다. 따라서, 방파제 전면 및 후면(x, y) = (0, y) 지점에서의 회절파의 진폭은 y(π/2 - β)의 제곱근에 반비례한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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