부분유공케이슨 방파제로부터의 불규칙파의 반사 = Irregular wave reflection from partially perforated caisson breakwater

국문 초록 (Abstract)

기존의 전유공케이슨 방파제로부터의 파의 반사를 계산하기 위하여 개발된 Suh and Park (1995)의 해석모형을 케이슨 전면 하부의 연직벽을 경사가 매우 급한 경사벽으로 가정함으로써, 부분유공케이슨 방파제에 적용이 가능한 Suh (1996)의 규칙파에 대한 해석모형이 개발되었다. 본 연구에서는 Suh (1996)의 규칙파 모형에 대하여 불규칙파의 적용성을 알아보기 위해 유의파고와 유의주기를 달리하고 유수실 폭을 변화시켜가며 실험을 수행하였고, 그 결과를 주파수 평균한 반사율과 B/L_(c) ( B는 유수실 폭, L_(c)는 유수실 내심에서의 파장)의 관계를 이용하여 분석하고 해석모형과 실험결과의 반사율을 비교하였다.
수리모형실험은 수심이 50 cm인 수조내에 마운드 및 부분유공케이슨을 설치하고 Bretschneider-Mitsuyasu 스펙트럼을 이용하여 불규칙파를 생성한 후, 최소자승법에 기초한 3점 분리법(Park et al., 1992)을 통해 입,반사파를 분리하였다. 취득한 실험 자료를 분석한 결과 B/L_(c)가 0.17부근에서 주파수 평균한 반사율이 최소가 되는 것으로 나타났으며 이는 해석모형의 예측과도 일치한다. 이 값은 관성저항의 영향을 무시한 경우의 0.25보다 작으며, 거의 동일한 조건에서의 규칙파 실험 연구인 Park et al. (1993)의 0.2보다 작은 값이다. 한편 파형경사가 커질수록 반사율이 작아지고, 반사율이 파의 주기에 의존하는 성향을 보였다. 하지만 반사율이 작은 곳에서는 해석모형이 실험 자료에 비해 다소 과소산정하고 반사율이 큰 곳에서는 그 반대의 현상이 나타남을 확인하였다. 또한 해석모형은 반사율이 증가함에 따라 에너지 소산계수를 과소산정하였다. 해석모형과 실험 자료의 이러한 반사율 차이는 유공벽에서 에너지 손실을 증가시키는 소멸파의 영향을 무시했기 때문인 것으로 보인다.
실험 자료 분석을 통해 Suh (1996)의 해석모형을 불규칙파에 적용하는 것이 타당함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Suh and Park (1995) developed an analytical model to calculate wave reflection from a conventional fully perforated caisson breakwater. Suh (1996) extended the model to a partially perforated caisson breakwater by approximating the vertical wall of the lower part of the front face of the caisson as a very steep sloping wall. In this study, experiments were made for irregular waves of various significant wave heights and periods that propagate normally to a partially perforated caisson breakwater on the rubble mound in order to examine the applicability of the Suh (1996)’s regular wave model. Experimental data were compared with the analytical model using the frequency-averaged reflection coefficient.
The wave reflection becomes minimum when B/L_(c) is approximately 0.17 (in which B=wave chamber width, L_(c)=wave length inside the wave chamber). This is slightly smaller than the theoretical value 0.25 based on the assumption of negligible inertial resistance and the value 0.2 that suggested by previous researches. It was found that the larger the wave steepness, the smaller the wave reflection and the wave reflection depends on wave frequency. The reflection coefficient estimated by the model is larger than that of experiment and vice versa. The model also underestimates the energy loss coefficients as wave reflection becomes larger. These differences seem to occur because analytical model neglects the evanescent waves near the breakwater, which increase the energy loss at the partially perforated wall.
Through the experimental examination, it was verified that Suh (1996)'s regular wave model could be successfully applied to irregular waves.