철재형 이안제의 설계외력 산정기법 검증을 위한 실해역 시험

권혁민,권오균,한유식,윤강훈,Kweon. Hyuck Min,Kwon. Oh Kyun,Han. Yu Sik,Yoon. Kang Hun 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.1

철재형 이안제는 구조형식이 단조롭고 설계가 용이하며 퇴적파랑을 통과시키는 등 장점이 많아 기존의 중력식 방파제의 대안으로서 기대된다. 철재형 이안제의 설계기법은 권혁민 등(2011), 권오균 등(2011), 이정렬 등(2011)이 보고한 바 있다. 권혁민 등(2011)은 철재형 이안제의 설계외력을 산정함에 있어서 유의파고에 상당하는 규칙파를 사용하고 말뚝의 심도설계를 위한 연직상향력은 수평판의 지점별 최대압력분포로부터 산정할 것을 제안하였다. 본 연구는 제안된 외력산정기법의 실해역 검증을 위하여 수행되었다. 또한 본 연구에서는 설계상 가능한 구조물에 대하여 실해역 실험을 통하여 축조 과정 기술 확보, 파괴 여부 판정, 철거 가능성을 검증하고자 한다. 철재형 이안제에 사용된 소파판은 <TEX>$9m{\times}12m$</TEX>(길이<TEX>${\times}$</TEX>폭)의 크기이고, 강관말뚝은 직경 711 mm, 두께 12 mm, 길이 23.2 m이다. 실해역 실험 결과, 본 구조물의 축조는 기존의 장비로 약 8시간 만에 1셀의 시공이 가능하고, 유의파고 5.83 m의 외력에 대하여 말뚝의 수평 및 수직 상호변위는 매우 작게 발생하였으며, 철거는 양호한 기후조건에서 2일이 소요되었다. 본 실해역 시험을 통하여 권혁민 등(2011)의 철재형 이안제에 작용하는 외력산정기법이 유용하며 말뚝의 인발력에 대한 마찰 안전율이 약 2.0에 상당하다는 것을 알았다. 또한 철재형 이안제는 설계, 시공, 철거가 간단하며, 소파판의 착탈식 운영방식으로 해안의 사정에 따라 모래포집량 조절이 가능할 수 있다는 기대를 높이게 되었다. The steel-type breakwater has the merits of structural simplicity and passing the long period wave for beach accretion. So, it has been expected to be a key tool for the strategic beach protection technology. The design methodology of the steel-type breakwater was published by Kweon et al.(2011), Kwon et al.(2011), Lee et al.(2011). For the analysis of the resistant friction load acting on the pile, Kweon et al. proposed the estimation method of the design up lift force acting on the dual horizontal plate. With a train of regular wave corresponding to the significant one, they integrated the distribution of the biggest pressure at each point. For the verification of the estimation method of the load on the pile, the study is carried out the experiment in a real sea state. Moreover, the construction procedure, the displacement, joint checking and removal possibility of the steel-type breakwater are discussed. The constructed breakwater has the horizontal wave energy dissipator of <TEX>$9m{\times}12m$</TEX>(<TEX>$length{\times}width$</TEX>) and pile diameter of 711 mm, thickness of 12 mm, length of 23.2 m. The construction took about 8 hours for 1 cell composed of 9 piles and 1 horizontal dual plate. There is a little vertical and horizontal displacement of pile attacked by the maximum wave height of 5.83 m. The removal of 1 cell took about 2 days. This study shows the merits of the easier design, faster construction and simpler removal of the steel-type breakwater. The structure could be estimated as a stable one because it has the horizontal dissipator on which acting a little compression and a little uplift force due to the perforated holes. Moreover, the easier removal could make it possible to manage the coastal line as depending on the conditions of erosion or accretion sand volume.

공진형 전력부이의 상하변위증폭 효과에 관한 실험적 연구

권혁민,고혁준,김정록,최영환,Kweon, Hyuck-Min,Koh, Hyeok-Jun,Kim, Jung-Rok,Choi, Young-Hwan 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2

공진형 파동에너지 추출시스템은 권혁민 등(2010)에 의해 최초로 제안되었다. 본 시스템은 계류장치와 직렬발전기 그리고 발전기를 가진하는 부이로 구성되어 있으며 직렬발전기의 운동자는 부이의 수직운동에 의해 내부 진동하는 시스템이다. 하지만, 우리나라와 같이 파랑에너지가 비교적 적은 지역에서는 가진체인 부이의 수직운동 크기를 증폭시킬 필요가 있다. 본 연구는 발전기를 탑재한 부이가 공진할 수 있도록 제원을 조절하고 이의 증폭효과를 실험적으로 확인하였다. 모형부이는 공진주기 1.96 sec에 해당하는 흘수를 확보하도록 제원을 조절하였다. 부이공진 실험은 최대수심 6.0 m, 폭 8 m, 길이 110 m인 대형수조에서 규칙파 및 불규칙파에 대하여 수행되었다. 실험파는 평상파의 파형경사에 해당하는 약 0.01에 상응하도록 파를 선택하였다. 부이의 수직변위 관측시계열 자료는 규칙파의 진폭증폭율과 불규칙파의 스펙트럼 면적비에 대하여 분석하였다. 분석결과, 규칙파실험은 모형 전력생산부이의 공진주기 1.96 sec에서 최대 진폭증폭율 5.66을 얻었으며 불규칙파의 경우는 첨두주기가 1.96 sec보다 약간 짧은 1.85 sec에서 최대 스펙트럼면적비 20.73을 얻었다. 본 실험성과로부터 부이의 공진설계가 전력생산의 증대에 유효하며 우리나라와 같이 비교적 파랑에너지가 적은 지역에서 상업적 전력생산을 위하여 필수불가결함을 알았다. In this study, laboratory experiments and numerical simulations were conducted to test the performance of resonance power buoy system proposed by Kweon et al.(2010). The system is composed of a linear generator and a mooring buoy. The mover of the linear generator mainly has heave motion driven by vertical oscillation of the buoy. In this system, the velocity discrepancy between the mover and the buoy makes electricity. However, ocean wave energy as a natural resource around Korean peninsula is comparatively small and the driving force for producing electricity is not enough for commercialization. Therefore, it is necessary that the buoy motion be amplified by using resonance characteristics. In order to verify the resonance effects on the test power buoy, the experimental investigations were conducted in the large wave flume (length of 110 m, width of 8 m, maximum depth of 6 m) equipped with regular and random plunger wave generator. The resonance draft of test power buoy is designed for the corresponding period of incident wave, 1.96 sec. Regular wave test results show that the heave response amplitude operator(RAO) by a test buoy has the amplification of 5.66 times higher compared to the wave amplitude at the resonance period. Test results of random waves show that the buoy has the largest spectrum area of 20.73 times higher at the point of not the resonance period but the shorter one of 1.85 sec. Therefore this study suggests the resonance power buoy for wave power generation for commercial application in the case of the coastal and oceanic area with smaller wave energy.

신뢰성 해석에 의한 우리나라 해역별 기대월파확률 특성 비교

권혁민(Kweon Hyuck Min),박현석(Park Hyun Suck),안경모(Ahn Kyungmo),천세현(Cheon Se Hyeon) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.4B

권혁민 등(2004)은 우리나라 동해안의 실해역 극치파고 및 조위발생빈도분포를 고려한 기대월파확률 산정기법을 제안했다. 권 등의 연구는 동해안의 묵호와 부산지역을 비교하여 조위발생빈도분포가 기대월파확률에 크게 영향을 준다는 것을 예시했으며 그 분포의 표준편차가 크면 클수록 기대월파확률이 작아짐을 보였다. 본 연구는 권혁민 등이 제안한 기대월파확률 계산방법을 준용하여 우리나라 동ㆍ남ㆍ서 해역의 기대월파확률 특성에 대하여 현행 설계방법에 의해 결정된 마루높이에 대한 평가를 시도하였다. 본 연구결과, 개략적으로 동ㆍ남ㆍ서 해역으로 갈수록 기대월파확률이 작아짐을 알 수 있다. Kweon et al. (2004) proposed the calculation method of Expected Overtopping Probability (EOP) that considers the occurrence frequency distribution of real sea tide. The method was applied for the comparison of the EOP of Mukho and Susan sea. They showed that the tide occurrence frequency had a great effect on the EOP and the value becomes smaller as the standard deviation of the frequency comes bigger. The present study following Kweon et al.'s method estimates the EOP characteristic of the crest elevation located on East, South, and West sea. The study shows that the EOP becomes smaller following East, South, West sea in order.

마루높이 設定 基準을 위한 기대월파확률 추정 Scenario

권혁민(kweon Hyuck Min),김건오(Kim Gun Oh) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 B Vol.29 No.4B

조위발생빈도분포가 상이한 우리나라 해역에 위치한 해안구조물의 마루높이를 설정하는 문제에 있어서 조위의 합리적인 취급이 중요하다. 권혁민 등(2005, 2006)은 해역별 기대월파확률 계산결과로서 조위발생빈도분포의 편차가 크면 클수록 작아지는 경향이 명백함을 보였다. 이는 년 단위 조위의 발생빈도분포가 년 최대파고 급의 파 발생빈도분포와 년 중 언제든 조우할 수 있다는 가정을 내포하고 있다. 본 연구에서는 파와 조위의 조우 가능성을 년 최대 파급의 파가 발생할 수 있는 여름철 또는 겨울철을 대상으로 계절별 일 최대 조위발생빈도분포를 불확정요소로 취급하여 계산했다. 계산결과, 우리나라 전 해역의 기대월파확률이 1%미만으로 수렴됨이 확인되어 이를 시나리오로 제안하고자 한다. 본 시나리오에 의하면 기대월파확률이 동일하도록 마루높이의 설정이 우리나라 전 해역을 대상으로 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 마루높이는 전 해역에 대하여 계절별 일 최대조위의 평균값으로부터 설정이 기능한 것으로 추정된다. The importance of resonable treatment of tide characteristics has been shown by Kweon, et al. (2005, 2006) for the crest elevation estimation because of a big difference of tidal elevation along Korean coast. For the procedure of crest elevation design, the expected overtopping probability (EOP) was estimated by Kweon, et al. (2006). The comparisons on each sea showed that EOP was lower east, south and west sea in order. The results involved the assumption that the tide and design level wave height meet any time in a year. However, big waves mainly occur in summer or winter in Korean coast, the study focuses on the encounter probability of big waves and seasonal tide level. A theory of the encounter probability is not derived by the present study but it shows reasonable acceptability of the proposed scenario in which the expected overtopping probability could be an index for the crest elevation estimation in Korean coast. The calculation based on the scenario gives the possibility range for the crest elevation estimation which has no tendency of each sea along Korean peninsular. The range is within the expected overtopping probability of 1% in the whole coast of Korea.

水平型 二列 組合板의 透過率 算定을 위한 實驗的 硏究

권혁민(Kweon Hyuck-Min),김영학(Kim Young-Hak),기성태(Kee Sung Tae) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 B Vol.28 No.4B

최근 들어 우리나라 전해역에 걸쳐 발생하고 있는 침식은 사회적인 문제가 되어왔다. 하지만, 해안구조물에 의한 기존의 방법으로 해안선을 보호하는 것이 “파랑장에 친화적인가?”라는 관점에서 개선의 여지가 있다. 새로운 형식의 철재형 이안제는 권혁민 등(2007)에 의해 제안되었다. 본 형식은 다수의 파일과 상부에 파랑진행방향과 수평으로 설치된 소파장치로 구성되어 있다. 본 형식은 해수유통원활, 대수심 축조수월, 공기단축 등의 장점이 있다. 본 연구는 소파제로서 철재형 이안제의 상부에 거치가 가능한 이열 조합판의 투과율을 실험적으로 평가했다. 일방향 불규칙파 시스템에 의한 모형실험을 통하여 반사율, 소파율, 투과율에 관하여 분석했다. 실험결과, 파형경사가 클수록 그리고 조합판의 폭-파장비가 클수록 투과율이 작아짐을 보였다. 본 연구는 이열 소파판 조합에 대하여 투과율 산정을 위한 직선식을 제안했다. For last decades, the rapid coastal erosion process spreading along Korean peninsular has become a nuisance especially for tourism and local economy. Global warming and sea-level rise demand persistently new coastal protection strategies against the conventional methods using armored structures. In a view of this, Kweon et at. (2007) has proposed a new type of horizontal steel plates for an ideal candidate as eco-friendly detached breakwater systems for global warming era. The breakwater is composed of piles and horizontal porous plates that was devised for the optimized blockage effects and wave energy dissipations. This system provides outstanding performances as wave barrier and added advantages such as a rapid installation, an easy relocation, a perfect water circulation for the stagnation of pollutions in sheltered regions. The present experimental study focuses on the performance evaluations of the proposed system in wind wave conditions as a wave dissipator and reflector. The reflection, transmission, and energy dissipation of the random waves has been discussed in detail based on a newly proposed relation between wave steepness and a plate width normalized by wave length that are major factors affecting the wave transmission.

[특별세션Ⅰ] 연근해 해양에너지원 개발

권혁민(Hyukmin Kweon) 대한토목학회 2013 대한토목학회지 Vol.61 No.12

단층피복블록 사면의 수리적 안정성

권혁민(Kweon Hyuck-Min),오영민(Oh Young-Min) 대한토목학회 2000 대한토목학회논문집 B Vol.20 No.1B

새로운 샌드바이패싱 시스템의 토출율 예측을 위한 현장실험 연구

권혁민(Kweon, Hyuck-Min),박상신(Park, Sang-Shin),권오균(Kwon, Oh-Kyun) 한국해안해양공학회 2011 한국해안해양공학회 논문집 Vol.23 No.4

본 연구에서는 현재 전 세계적으로 해안선 회복공법의 주류가 된 연성방어 중 하나인 샌드바이패싱을 위한 새로운 시스템을 제안하고자 한다. 검증을 위하여 경제성을 고려한 연구장비를 설계 및 제작하였다. 본 장비의 모래 토출율 예측은 일반적인 하천준설 시스템에 적용시켜 정류상태에서 시간당 토출된 물과 토사 무게를 측정 분석하는 방법으로 수행했다. 자료의 분석 결과, 본 시스템은 이론치에 약 9.6% 차이로 근접한 618 ton/hr의 토출율을 나타냈다. 본 토사류는 고밀도 흐름으로 가정했을 때 비교적 높은 수준으로 예측이 가능함을 알았다. 현장실험에 의한 토출율을 기초로 모래의 토출부피를 예측하였다. 본 시스템과 동일한 400 HP 엔진, 흡입 파이프 300 mm (12 inch), 토출 파이프 250 mm(10 inch)인 미국 플로리다 South Lake Worth Inlet에 설치되어 있는 고정식 샌드바이패싱 장비는 함미비가 20% 수준이며 토사 토출율이 110m³/hr이다. 본 연구에서 제안된 장비의 펌핑 능력은 함미비가 동일할 때, 플로리다 설비와 거의 유사한 토사 효율이 103m³/hr로 예측된다. 본 장비는 플로리다에 설치된 고정식이 아니며 친수성을 고려한 이동식 형태이다. 플로리다 South Lake Worth Inlet 설비의 샌드바이패싱 단가는 미화 8~9 달러/m³이다(Brunn, 1993). 본 시스템은 모래량이 적은 경우에 적절하며 이동을 위한 별도의 장비가 필요하지 않으므로 경제적이고 운행을 위해 25~30 l/hr의 경유가 소모된다. 많은 양의 모래이동을 위해 다수의 소형장비를 동시에 운영하는 시스템은 추후 연구대상이 될 것으로 기대된다. A new type of sand bypassing system is proposed for recovering the eroded beach in this study. This system provides an added methodology to the soft defence which is main recovery method for the coastal shore protection in the world. The study proposes a conceptional design and manufacturing procedure for the relatively small size machine of sand bypassing. In order to get the discharging volume information, the power capacity of the system is tested in the field. The discharge rate of the new system shows up to the expected maximum of 618 ton/hr which is 9.6% lower than that by theoretical calculation. It gives a resonable agreement in this system when the flow is assumed to be of the high density. In this study, the delivering volume of sand is estimated according to the discharge rate. The combination of 300 mm(12 inch) intake and 250 mm(10 inch) discharge pipe line has the pumping capacity of 103m³/hr which is nearly the same as that of South Lake Worth Inlet sand bypassing system, Florida, U.S.A.. The proposed system added the mobility to its merit. The unit price of Florida's sand bypassing is ~8~9/m³ (US). The system would be economically suitable for small volume of sand because no additional equipment is necessary for the intake. The diesel fuel of 25~30 l/hr was consumed during the system operation. The multiple working system would be the next investigation target for large volume of sand.

하프록의 현장 시험시공 (Ⅰ). 허용하중

권혁민(Kweon Hyuck-Min),강보순(Kang Bo-Soon),심형섭(Shim Hyung-Seop) 대한토목학회 2001 대한토목학회논문집 A Vol.21 No.6A

파력발전장치 설계를 위한후포 연안의 파랑 분석 및 스펙트럼 추정

권혁민(Kweon, Hyuck-Min),조홍연(Cho, Hongyeon),정원무(Jeong, Weon-Mu) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.3

파력변환장치에는 여러 가지 형식이 있으며 지점흡수식이 가장 많이 연구되고 있다. 하지만, 국내외적으로 진동형 전력부이 형식의 설계를 위한 계통적 실측자료 분석 예는 찾기가 어렵다. 본 연구는 권 등(2010)에 의해 제안된 지점흡수식인 공진형 파동에너지 추출시스템에 작용하는 파랑외력을 산정하고자 한다. 본 연구는 경북 동해안에 위치한 후 포항 북방파제 전면수역에서 수압식 파고계를 이용하여 약 3년동안 관측한 자료(2002년 5월 1일~2005년 3월 29일)를 대상으로 시계열 스펙트럼을 분석하였다. 분석결과, 월별주기변동과 파고변동이 뚜렷하게 나타나며 월별 파력이 년 간 불균등하게 분포함을 알았다. 상시파랑의 평균 파형경사는 풍파영역인 0.02-0.04보다 작은 0.01이였다. 년 중 파의 평균주기의 최빈값은 5.31 sec 이며 본 주기에 해당하는 파고 중 최빈 파고는 0.32m이다. 첨두 주기의 발생확률은 이산형(bi-modal)으로 나타나며 4.47 sec와 6.78 sec에서 mode값을 보인다. 설계주기는 이러한 4개의 값으로부터 선택할 수 있다. 파고는 1m 이하가 약 95%를 차지하고 있다. 본 연구를 통하여 파력이 미약한 해역에서는 공진형 파력 시스템이 필요하며 파력의 월별 불균등 분포를 극복하기 위한 최적설계가 전력생산단지(Wave Energy Farm) 형성을 위한 주요한 과제임을 알았다. 본 연구는 상시파랑의 평균스펙트럼에 대하여 표준스펙트럼으로 표현이 불가능하여 3개의 매개변수로 표현이 가능한 새로운 스펙트럼형을 제안하였으며 파력부이에 의한 전력생산 예측과 피로해석을 위한 기본 자료를 제공할 수 있다. There exist various types of the WEC (Wave Energy Converter), and among them, the point absorber is the most popularly investigated type. However, it is difficult to find examples of systematically measured data analysis for the design of the point absorber type of power buoy in the world. The study investigates the wave load acting on the point absorber type resonance power buoy wave energy extraction system proposed by Kweon et al. (2010). This study analyzes the time series spectra with respect to the three-year wave data (2002.05.01~2005.03.29) measured using the pressure type wave gage at the seaside of north breakwater of Hupo harbor located in the east coast of the Korean peninsula. From the analysis results, it could be deduced that monthly wave period and wave height variations were apparent and that monthly wave powers were unevenly distributed annually. The average wave steepness of the usual wave was 0.01, lower than that of the wind wave range of 0.02-0.04. The mode of the average wave period has the value of 5.31 sec, while mode of the wave height of the applicable period has the value of 0.29 m. The occurrence probability of the peak period is a bi-modal type, with a mode value between 4.47 sec and 6.78 sec. The design wave period can be selected from the above four values of 0.01, 5.31, 4.47, 6.78. About 95% of measured wave heights are below 1 m. Through this study, it was found that a resonance power buoy system is necessary in coastal areas with low wave energy and that the optimal design for overcoming the uneven monthly distribution of wave power is a major task in the development of a WEF (Wave Energy Farm). Finding it impossible to express the average spectrum of the usual wave in terms of the standard spectrum equation, this study proposes a new spectrum equation with three parameters, with which basic data for the prediction of the power production using wave power buoy and the fatigue analysis of the system can be given.