우리나라는 하절기 태풍으로 인하여 매년 항만구조물에 직접적인 피해가 발생한다. 특히 테트라포드 등 콘크리트 이형블록과 같은 피복재로 이루어진 경사식 구조물의 경우 피복재가 이탈되는 피해가 발생한다. 이와 같은 경사식 방파제 설계시 방파제 간부구간에 대한 안정중량 산정식이 제시되어 있으며, 제두부의 경우 제간부 피복재 중량의 1.5배 이상을 적용하도록 제시하고 있다(해양수산부, 2014). 그렇지만 2000년대 이후 태풍에 의한 피해사례를 분석하면 제두부 이외에도 제간부 특히 볼록부(concave curve)에서 피복재가 이탈되는 피해가 보고되고 있다. 이러한 피해를 감안하여 볼록부 설계시 피해율을 고려하여 설계파고를 재산정하거나, 사면경사를 완만하게 하여 안정중량을 확보하는 방법이 적용되고 있다. 또한 제두부와 유사한 개념으로 제간부 중량의 1.5배 이상을 거치하는 방법이 사용되고 있다. 그렇지만 이에 대해서는 UASCE(2006)에도 마찬가지로 정확한 설계기준이 없으며 볼록부 및 오목부에 대한 안정중량 산정방법에 대한 제시는 없다. 본 연구에서는 수리실험을 통하여 볼록부 구간에 피복된 피복재의 안정중량 산정을 위한 수리실험을 수행하였다. 안정중량 산정식은 허드슨식과 같은 형태를 적용하였으며, 볼록부 중심각에 대한 안정중량 산정기법은 Kd를 적용하였다.

본 연구에서는 Tetrapod로 피복된 경사식구조물의 처오름높이 산정에 대한 수리실험을 수행하였다. 국내 항만 및 어항설계기준·해설(2014)에는 불투과성 완경사 사면 및 피복석으로 피복된 경사식구조물에 대한 처오름높이 산정식이 제시되어 있으나, 국내에서 일반적으로 사용되는 Tetrapod 피복 경사식구조물의 처오름높이 산정식은 제시되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 국내 최대규모의 2차원 단면수로를 활용하여 다양한 입사파조건(유의파고, 유의주기) 및 수심조건을 대상으로 체계적인 처오름높이 산정실험을 수행하였다. 실험파는 Bretschneider-Mitsyasu 주파수 스펙트럼을 이용한 불규칙파를 적용하였으며, 구조물 선단부에서 비쇄파 및 쇄파조건이 포함되도록 하였다. 또한 최근 기후변화 등으로 인해 해양외력이 증대됨에 따라 기존 외곽 방파제 보강사업이 진행되고 있으나, 이를 위한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 기존 경사식구조물 보강시 활용될 수 있는 피복층수에 따른 처오름높이 저감효과 도출을 위한 실험도 동시에 수행하였다. 본 연구결과는 경사식구조물의 마루높이 산정시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 해양외력 증대로 인해 기존 방파제의 보강이 진행될 것으로 판단되며, 기존 방파제의 보강을 위한 체계적인 지침이 미흡한 상황을 감안할 때 이를 위한 체계적인 연구를 수행할 필요가 있다.

경사식 구조물 피복재의 안정중량 산정을 위하여 국내외 설계기준에서는 제간부 즉, 파랑이 구조물에 직각으로 입사하는 조건을 대상으로 설계기법이 제시되어 있다. 그리고 제두부의 경우 제간부 중량의 1.5배를 할증하는 방법이 제시되어 있다. 이와 같은 방법으로 일반적으로 제두부의 경우 제간부에 비하여 할증된 중량의 피복재가 거치되고 있다. 그렇지만 최근 발생한 방파제 피해 중 서귀포항의 경우 경사제 제간부 특히 볼록부 구간에 2012년 내습한 태풍 볼라벤 및 이전에도 2차례에 걸쳐 유사한 피해가 발생하였다. 더불어 이와 같은 제간부 볼록부의 피해는 다른 항만에서도 조사되었다. 본 연구에서는 이와 같은 경사제 제간부 중 특히 볼록부에 대하여 테트라포드가 거치된 경우 구조물의 중심각이 90도 일 때 입사파향에 따른 피복재의 안정중량을 Hudson식에서 제시하고 있는 값을 이용하여 분석하고자 한다.

본 연구에서는 사석경사제 전면에 부유식구조물 설치하여 처오름을 감소시키는 방파제 보강방안을 제안한다. 부유식구조물 설치에 의한 사석경사제에 발생하는 처오름 특성을 검토하고자 일본에서 개발한 수치파동수조(CADMAS-SURF)를 이용하여 수치모의를 실시하였다. 부유식구조물의 설치와 흘수심을 변형시켜 처오름높이를 측정하였으며, 부유식구조물의 흘수심이 증가할수록 사석경사제에서의 처오름높이가 감소함을 확인하였다.