방파제 피복층의 누적 피해 계산 방법의 비교

서경덕,장은석,Suh, Kyung-Duck,Chang, Eun-Seok 한국해양과학기술원 2003 Ocean and Polar Research Vol.25 No.suppl3

In the reliability design of the breakwater armor layer, it is often necessary to calculate its damage accumulated over the life of the breakwater. In this paper comparison is made between the two methods proposed by Hanzawa et at. in 1996 and Melby and Kobayashi in 1998 to calculate the cumulative damage of the breakwater armor layer. Tn the case where a severe damage occurs at the beginning of the life or toe breakwater, the two methods do not show significant difference, but in general the farmer predicts a cumulative damage several times larger than the latter.

깊이가 유한한 다중 투수층 위에서의 파의 감쇠율

서경덕(Suh, Kyung-Duck),도기덕(Do, Ki-Deok) 한국해안해양공학회 2009 한국해안해양공학회 논문집 Vol.21 No.2

Reid and Kajiura(1957)은 해저면에 무한한 깊이의 투수층이 존재할 경우에의 파의 감쇠율을 유도하였다. 본 연구에서는 유한한 깊이의 투수층이 존재할 경우에의 파의 감쇠율을 선형파이론을 이용하여 유도하였다. 그리고 이를 확장하여 해저면에 재질이 다른 2 층 또는 3 층의 투수층이 존재할 경우에 파의 감쇠율을 제시하였다. 다음으로 이를 완경사 방정식에 적용하여, 해저면에 투수층이 존재할 경우에의 파의 투과율을 계산하였으며, 1층 투수층이 존재할 경우의 수치계산결과를 Flaten and Rygg(1991)의 적분식 방법과 비교하여 검증하였다. Reid and Kajiura(1957) has studied on the wave damping rate over a permeable bed of infinite depth. In this study, wave damping rate over a permeable bed of finite depth is derived by linear wave theory. It is then extended to derive wave damping rates over a double or triple layer, each of which consist of different material. Applying the wave damping rate to the mild slope equation, the wave transmission coefficient over a permeable bed has been calculated. The model has been certificated by comparing with the result of Flaten and Rygg(1991)'s integral equation method in the case of a single-layer bed.

경험모의기법을 이용한 한반도 주변 해역에서의 극치해면 분석

서경덕(Suh, Kyung-Duck),양영철(Yang, Young-Chul),전기천(Jun, Ki-Chun),이동영(Lee, Dong-Young) 한국해안해양공학회 2009 한국해안해양공학회 논문집 Vol.21 No.3

해양 및 해안의 구조물 설계 시 극치해면 연구가 필수적이다. 본 논문에서는 한반도 주변의 무역항과 연안항 총 52개 항에서 수치모의 된 폭풍해일 자료를 연최대치 시계열 방법, 부분 시계열 방법, 경험모의기법을 이용하여 빈도분석을 수행한 후 비교하였다. 연최대치 시계열 방법과 부분 시계열 방법에서 매개변수 추정을 위해 최우도법을 사용하였다. 분포는 Generalized Pareto 분포를 사용하였고 적합성은 5% 유의수준으로 χ² 및 K-S 검정을 수행하였다. 또한, 경험모의기법에 조석을 추가하여 극치해면을 산정하였으며 정 등(2008)이 제시한 극치 해면과 비슷한 값을 나타내었다. The estimation of the extreme sea level is necessary in the design of offshore or coastal structures. In this paper, the storm surge data calculated numerically at 52 harbors around the Korean Peninsula are analyzed by using annual maximum series(AMS), peaks over threshold(POT) and empirical simulation technique(EST). The maximum likelihood method was used to estimate the parameters in both AMS and POT models. The Generalized Pareto distribution was used and Chi-square and Kolmogorov-Smirnov goodness-of-fit tests were performed with the acceptable significance level 5%. The extreme sea levels were also evaluated by EST including tide effect, showing similar results as given by Jeong et al.(2008).

장기간의 항만 폐쇄와 일시적 운영 중단이 직립 방파제 케이슨의 최적 설계에 미치는 영향

서경덕(Suh, Kyung-Duck),김덕래(Kim, Deok-Lae),김경숙(Kim, Kyung-Suk) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.2

본 연구에서는 직립 방파제 케이슨의 활동에 따른 복구비용, 과도한 케이슨 활동 발생시 항만 폐쇄에 따른 경제적 피해 비용 그리고 월파에 의한 일시적 작업 중단에 따른 경제적 피해 비용을 동시에 고려하는 기대 총 건설비 산정 모델을 수립하였다. 발생시점이 서로 다른 피해 비용을 일정한 기준으로 산정하기 위해 할인율을 적용하였다. 케이슨의 최적 단면은 방파제 수명 동안의 기대 활동량의 허용범위 내에서 기대 총 건설비용이 최소가 되는 단면으로 정의되며, 그 기대 활동량의 허용치는 0.3 m와 0.1 m 두 가지 경우에 대해 살펴보았다. 과도한 케이슨 활동에 의한 항만 폐쇄에 따른 경제적 피해 비용과 그 산정 기준이 케이슨 복구비용이나 월파에 의한 작업 중단에 따른 경제적 피해 비용보다 최적 단면 결정에 더 중요한 요인임을 확인하였고, 항만 폐쇄에 대한 케이슨 활동량의 임계 칼이 커질수록 케이슨의 최적 단면은 기대 총 건설비의 최소점보다 기대 활동량의 허용치에 의해 결정되는 것으로 나타났다. In this study, a model to calculate the expected total construction cost is developed that simultaneously considers the rehabilitation cost related to the sliding of the caisson, the economic damage cost due to harbor shutdown in the event of excessive caisson sliding, and the economic damage cost due to temporal operational stoppage by excessive wave overtopping. A discount rate is used to convert the damage costs occurred at different times to the present value. The optimal cross-section of a caisson is defined as the cross-section that requires a minimum expected total construction cost within the allowable limit for the expected sliding distance of the caisson during the lifetime of the breakwater. Two values are used for the allowable limit: 0.3 and 0.1 m. It was found that the economic damage cost due to harbor shutdown by excessive caisson sliding is more critical than the rehabilitation cost of the caisson or the economic damage cost by excessive wave overtopping in the decision of the optimal cross-section. In addition, the optimal cross-section of the caisson was shown to be determined by the allowable limit for the expected sliding distance rather than the minimum expected total construction cost as a larger value is used for the threshold sliding distance of the caisson for harbor shutdown.

사석방파제 위에 피복한 Rakuna-IV의 안정공식

서경덕(Suh, Kyung-Duck),이태훈(Lee, Tae Hoon),남홍기(Nam, Hong Ki) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.4

본 연구에서는 사석 방파제 위에 피복한 Rakuna-IV에 대하여 파랑조건과 구조물의 경사를 변화시키며 51가지 실험을 수행하여 안정공식을 유도하였다. 안정공식에서 안정수는 상대피해, 파의 개수, 구조물 경사 및 surf similarity parameter의 함수로 표시된다. 안정공식은 권파와 쇄기파에 대하여 따로따로 유도되었으며, 둘 중 안정수를 크게 계산하는 공식을 사용한다. 또한 권파와 쇄기파의 경계가 되는 critical surf similarity parameter를 제시하였다. 마지막으로, Hudson 공식에서 사용되는 안정계수에 익숙한 기술자들에게 Rakuna-IV의 안정성을 설명하기 위하여, 대표적인 권파와 쇄기파 조건에 대하여 유의파고의 변화에 따른 Rakuna-IV의 소요중량을 계산하고, 이를 몇몇 다른 안정계수를 사용한 Hudson 공식의 결과와 비교하였다. In this study, a total of 51 cases of hydraulic model tests has been conducted for various wave conditions and slope angles of breakwater to develop a stability formula for Rakuna-IV armoring a rubble-mound breakwater. The stability number of the formula is expressed as a function of relative damage, number of waves, structural slope, and surf similarity parameter. The stability formula is derived separately for plunging and surging waves, the greater of which is used. The transitional surf similarity parameter from plunging waves to surging waves is also presented. Lastly, to explain the stability of Rakuna-IV to the engineers who are familiar with the stability coefficient in the Hudson formula, the required weight of Rakuna-IV is calculated for varying significant wave height for typical plunging and surging wave conditions, which is then compared with those of the Hudson formula using several different stability coefficients.

Recent Development of Angular Spectrum Models for Water Wave Propagation

Kyung Duck Suh(서경덕) 한국해안해양공학회 1990 한국해안해양공학회 논문집 Vol.2 No.4

다열 커튼월-파일 방파제에 의한 규칙파의 반사 및 투과

서경덕(Suh, Kyung-Duck),지창환(Ji, Chang-Hwan) 한국해안해양공학회 2006 한국해안해양공학회 논문집 Vol.18 No.2

고유함수전개법을 이용하여 다열 커튼월-파일 방파제로부터의 규칙파의 반사율과 투과율을 계산할 수 있는 수학적 모형을 제안하였으며, 파일 부분의 유공율, 커튼월의 흘수 그리고 방파제 열 사이의 간격 등을 다르게 하면서 수리모형실험을 실시하였다. 상대수심이 감소하면서 반사율은 감소하고 투과율은 증가하는 경향을 보이다가, 상대수심이 아주 작아지면 반사율은 다시 증가하고 투과율은 감소하는 경향을 보였다. 다른 실험 변수들은 고정시킨 상태에서, 커튼월의 흘수만 변화시키거나 파일 부분의 유공율만 변화시키는 경우에는 반사율과 투과율의 상대적인 크기는 달라지지만 전반적인 거동은 유사했다. 입사파의 파장과 열 사이의 간격이 일치하는 경우에는 반사율과 투과율이 급격하게 변화하였다. 3열로 구성된 방파제의 경우에도 수학적 모형과 실험 결과가 대체로 잘 일치하였다. Using the eigenfunction expansion method, a mathematical model has been developed to calculate the reflection and transmission of regular waves from a multiple-row curtainwall-pile breakwater. In addition, hydraulic model experiments have been conducted with different values of porosities between the piles, drafts of the curtain walls, and distances between the rows of the breakwater. It is found that the reflection and transmission coefficients decrease and increase, respectively, with decreasing relative water depth, but they bounce to increase and decrease, respectively, as the relative water depth decreases further. When either the porosity between the piles or the draft of the curtain wall is changed with other parameters fixed, the relative magnitudes of the reflection and transmission coefficients have been changed, but the general trend remained the same. When the wavelength is the same as the distance between the rows of the breakwater, a rapid change was observed for the reflection and transmission coefficients. A good agreement between the measurement and prediction was also founded for three-row breakwaters.

기후변화 효과를 고려한 케이슨 방파제의 시간 의존 성능설계

서경덕(Suh, Kyung-Duck),김승우(Kim, Seung-Woo) 한국해안해양공학회 2011 한국해안해양공학회 논문집 Vol.23 No.3

케이슨 방파제의 설계는 구조물의 기능을 유지하면서 일정 피해를 허용하는 성능설계를 권장한다. 하지만 기존 성능설계 방법은 기후변화로 변화된 해양 환경을 설계에 반영하기 어려워 구조물의 수명 동안에 안정성을 보장할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 기후변화 효과인 해수면 상승과 파고의 증가를 고려한 시간 의존 성능설계를 수행하여 케이슨의 기대활동량과 파괴확률을 산정하였다. 특히, 해수면 상승과 파고의 증가가 시간의 함수로 표현되어 케이슨 활동에 대해 시간 의존 파괴확률을 계산하였다. 개발된 방법을 일본 동해안에 위치한 Hitachinaka항 동방파제에 적용하였다. 해수면 상승보다 파고의 증가가 구조물의 안정성에 훨씬 큰 영향을 주는 것으로 분석되었는데, 이는 해수면 상승 폭이 구조물 전면 수심에 비해 상대적으로 아주 작기 때문이다. 또한 설계자들의 실제적인 관심사인 기후변화에 의한 케이슨 단면 폭의 변화를 산정하였다. 구조물의 설계수명이 커질수록 단면 폭의 증가가 컸으며, 현재 폭이 약 22 m인 Hitachinaka 방파제 케이슨은 기후변화 효과인 파고의 선형 및 포물선 증가에 의해 단면 폭이 각각 0.5m와 1.5m 내외로 증가된다. During the past decade, the performance-based design method of caisson breakwaters has been developed, which allows a certain damage while maintaining the function of the structure. However, the existing method does not consider the changing coastal environment due to climate change impacts so that the stability of the structure is not guaranteed over the lifetime of the structure. In this paper, a time-dependent performance-based design method is developed, which is able to estimate the expected sliding distance and the probability of failure of a caisson breakwater considering the influence of sea level rise and wave height increase due to climate change. Especially, time-dependent probability of failure is calculated by considering the sea level rise and wave height increase as a function of time. The developed method was applied to the East Breakwater of the Hitachinaka Port which is located on the east coast of Japan. It was shown that the influence of wave height increase is much greater than that of sea level rise, because the magnitude of sea level rise is negligibly small compared with the water depth at the breakwater site. Moreover, investigation was made for the change of caisson width due to climate change impacts, which is the main concern of harbor engineers. The longer the structure lifetime, the greater was the increase of caisson width. The required increase of caisson width of the Hitachinaka breakwater whose width is 22 m at present was about 0.5 m and 1.5 m respectively for parabolic and linear wave height increase due to climate change.

부분반사 전면 및 완전반사 후면을 갖는 반무한 방파제 또는 방파제 개구부에 의한 파의 산란

서경덕(Suh, Kyung-Duck),김한나(Kim, Han-Na) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.3

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. Analytic solutions are derived for wave scattering by a semi-infinite breakwater or a breakwater gap with partially reflective front and fully reflective back. The water depth is constant and a regular wave train is normally incident to the breakwater. Wave scattering is studied based on the linear potential wave theory. The governing equation is transformed into ordinary differential equation by using the method of variation of parameters and coordinate transformation. Comparison with finite element numerical solution shows that the analytic solution obtained in this paper gives quite good results. Using the analytic solution, the tranquility of harbor entrance is investigated by changing the reflection coefficient at the breakwater.

경험모의기법에 의한 남해안의 심해 설계파고 산정

서경덕(Suh, Kyung-Duck),김문기(Kim, Mun-Ki),천제호(Chun, Je-Ho) 한국해안해양공학회 2011 한국해안해양공학회 논문집 Vol.23 No.4

방파제 등 항만 외곽시설의 설계에 있어서 파랑은 구조물의 단면을 결정하는 가장 중요한 요소이다. 본 연구에서는 Holland(1980)의 파라미터 모델을 이용하여 태풍시의 해상풍을 구축하고, WAM 모형을 이용하여 태풍에 의한 파랑을 수치 계산하였다. 남해안의 부산, 목포, 여수, 서귀포 지역에 영향을 미친 태풍을 선정하고 가상의 태풍을 추가하여 training set을 구성하고, 남향 계열의 7개 파향에 대해서 경험모의기법을 적용하여 재현기간별 설계 파고를 산정하였다. 또한, 이를 POT 방법과 한국해양연구원(2005)의 결과와 비교, 분석하였다. Estimation of wave height is the most important factor in the design of coastal structures such as breakwaters. In the present study, typhoon wind distribution was constructed by applying the parametric model of Holland (1980), and numerical simulations on the typhoon-generated waves were carried out using the WAM. The typhoons which affected the southern coast of the Korean Peninsula and several hypothetical typhoons were selected to construct the training sets. Design wave heights were estimated using the empirical simulation technique for various return periods and wave directions. The estimated design wave heights were compared with those by the peaks-over-threshold method and the results of KORDI(2005).