최근의 기상이변과 그에 따른 해상조건의 변화로 해안 및 항만의 피해규모와 피해액이 증가하고 있는 추세이며 급경사 또는 직립의 획일적인 형식의 호안구조물로 인해 세굴 및 해빈 침식 등의 문제점을 발생시키고 있다. 또한 항만분야 설계시 반사계수 계산은 수리모형실험 또는 추산식에 의한 값을 이용하도록 되어 있어 반사계수 결정에 불확실성과 장시간이 소요되는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하고자 많은 연구가 선행되었지만 특정 호안구조물을 개발하여 효율성을 검증하는데 한정되어있으며 호안의 물리적 특성(마찰면적, 공극률, 배열)이 파랑에너지에 미치는 영향에 대한 연구와 반사계수 계산 방법에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 다양한 마찰면적과 공극률 그리고 배열을 가지는 호안을 제작하여 물리적 특성이 파랑에너지에 미치는 영향을 수리모형실험을 통하여 분석하였으며 실험 결과를 이용하여 반사계수 산정 그래프를 작성하여 개선된 반사계수 계산 방법을 제시하였다. 다양한 형태의 호안 형상의 물리적 특성이 파랑에너지에 미치는 영향을 분석하기 위하여 원(구)형, 얇은판형, 원기둥형의 3가지 호안형상이 다양한 마찰면적과 공극률을 가지도록 배열하여 12가지 실험모형을 제작하여 규칙파 조건에서 5가지 파고(2, 4, 6, 8, 10cm)와 4가지 주기(2, 4, 5, 6sec)에 대해 수리모형실험을 수행하였다. 실험 결과 공극률이 같을 때 마찰면적이 증가할 경우 마찰면적이 가장 큰 구조물이 전체 주기와 파고에 대해서 최대처오름과 반사계수가 가장 낮게 측정되었으며 마찰면적이 같을 때 공극률의 증가는 공극률이 클수록 파랑에너지 감소 효율이 좋으나 짧은 주기에서는 큰 공극률에 저류된 물이 처오름을 가중시켜 최대처오름을 증가시키는 것으로 분석되었다. 마찰면적과 공극률의 증가 역시 파랑에너지 감소에 효과적이나 마찰면적과 공극을 증가시키더라도 파도의 진행방향과 연직방향으로 접촉면적이 큰 형상과 배열은 파랑에너지 저감 효율이 낮은 것으로 분석되어 호안의 형상과 배열이 파랑에너지 제어에 중요한 인자로 평가되었다. 또한 실험결과를 이용하여 주기와 파고에 따라 호안의 물리적 특성(마찰면적과 공극률)에 따라 반사계수를 산정할 수 있는 반사계수와 산정 그래프를 작성하였으며 수리모형실험을 통하여 그래프에 의해 산정된 반사계수의 신뢰성을 검증하였다.

국내 연안에 시공된 호안구조물은 불투수성 콘크리트 재료로 이루어져 있고 급경사 또는 직립의 획일적인 형식이다. 경사 및 직립식 호안 구조물은 파랑에너지가 감소 효과가 미비하며 호안 구조물의 저면 세굴로 인한 구조물 붕괴, 반사파에 의한 주변해빈 침식으로 자갈층이 형성되는 문제점을 발생시키고 있다.(국토해양부, 2010) 사석구조물의 안정성에 대한 연구는 Tompson and Shuttler(1975)가 최초로 수행한 이래 많은 연구가 있었지만 기존에 수행된 대부분의 연구는 파랑에너지 저감 및 해안침식 저감을 위한 사석 및 블록 개발에 대한 내용이 주된 내용으로 사석의 형상 및 배열에 따른 파(Wave)의 흐름특성에 대한 연구는 수행된 사례가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 형상과 배열이 다른 인공사석들을 제작하여 형상과 배열이 파(Wave)에 미치는 영향을 수리모형실험을 통하여 분석하였다. 동일한 마찰면적과 공극률을 가진 호안구조물의 경우 파도의 진행방향과 연직방향으로 접촉면이 클수록 처오름 및 반사율이 크게 측정되었으며 특히 짧은 주기에서는 공극률에 저류된 물이 배수되기 전에 다음 파의 영향으로 처오름을 가중시키는 것으로 분석되었다. 2차원 유속측정 결과 X방향 유속은 처오름과 반사율 측정 결과의 경향과 비슷한 결과를 보였으며 Y방향 유속은 파의 흐름을 인위적으로 바꾼 배열이 크게 측정되었다. 또한 1：1.5 경사와 1：2.0 경사에 따른 흐름특성 분석 결과 처오름 및 반사율이 1：2.0 경사가 낮게 측정되었으며 입사유속 대비 반사유속 저감율 역시 1：2.0 경사가 높은 것으로 측정되었다. 해안 침식 방지를 위한 호안구조물은 에너지 감소를 위한 물리적 특징과 함께 형상과 배열도 중요하다고 평가되었다.

현재 국내 연안에 시공된 호안구조물은 불투수성 콘크리트 재료로 이루어진 급경사 또는 직립의 획일적인 형식으로 파랑에너지 저감 효과가 미비하며 저면 세굴로 인한 구조물 붕괴 및 반사파에 의한 주변해빈 침식의 문제점을 발생시키고 있다. 이러한 파랑에너지에 의한 연안의 침식 및 자갈화 문제를 해결하고자 많은 연구가 선행되었지만 특정 구조물을 개발하여 효율성을 검증하는데 한정되어있는 실정으로 호안구조물의 물리적 특성(마찰면적, 공극률, 배열)이 파랑에너지에 미치는 영향에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 다양한 마찰면적과 공극률 그리고 배열을 가지는 인공사석들을 제작하여 호안구조물의 물리적 특성이 파랑에너지에 미치는 영향을 수리모형실험을 통하여 분석하였다. 12가지 사석형상에 대한 1차 규칙파 수리모형실험 결과 공극률이 같을 때 마찰면적이 증가할 경우 마찰면적이 가장 큰 구조물이 전체 주기와 파고에 대해서 최대처오름과 반사율이 가장 낮게 측정되어 마찰면적이 증가는 파랑에너지 감소에 효과적인 것으로 평가되었으며 마찰면적이 같을 때 공극률의 증가는 공극률이 가장 큰 구조물이 파랑에너지 감소가 가장 잘되는 것으로 평가되었으나 짧은 주기에서는 큰 공극률에 저류된 물이 처오름을 가중시켜 최대처오름을 증가시키는 것으로 분석되었다. 또한 마찰면적과 공극률이 증가할수록 파랑에너지에 효과적이나 마찰면적과 공극이 작더라도 파도의 진행방향과 연직방향으로 접촉면적이 작은 사석 배열이 마찰면적과 공극이 크지만 파도의 진행방향과 연직방향으로 접촉면적이 큰 사석 배열보다 파랑에너지 감소에 효과적인 것으로 분석되어 사석의 배열이 파랑에너지 감소에 중요한 인자로 평가되었다. 2차 불규칙파 수리모형실험 결과 동일한 마찰면적과 공극률을 가진 호안구조물의 경우 파도의 진행방향과 연직방향으로 접촉면이 클수록 처오름 및 반사율이 크게 측정되었다. 2차원 유속측정 결과 X방향 유속은 처오름과 반사율 측정 결과의 경향과 비슷한 결과를 보였으며 Y방향 유속은 파의 흐름을 인위적으로 바꾼 배열이 크게 측정되었다. 또한 1:1.5 경사와 1:2.0 경사에 따른 흐름특성 분석 결과 처오름 및 반사율이 1:2.0 경사가 낮게 측정되었으며 유속 저감 효율도 1:2.0 경사가 높은 것으로 측정되었다. 해안 침식 방지를 위한 호안구조물은 물리적 특성과 배열이 파랑에너지 저감에 중요하다.

연안으로 입사해 들어오는 파랑은 월파형 파랑제어구조물에 의해 증폭, 월파되어 구조물 배후의 유수지에 위치 에너지로 저장될 수 있으며, 수두차의 형태로 저장된 위치에너지는 초저낙차 수차 터빈을 통해 전기에너지로 변환될 수 있다. 본 연구는 이와 같은 월파형 파력발전에 있어서 주어진 입사파 조건에 대해 최대 월파 유량을 획득하는 월파형 파랑제어구조물의 최적 형상을 도출하기 위한 실험적 연구이다. 월파형 파랑제어구조물의 형상 도출을 위한 수조 실험은 삼차원 조파 수조에서 이루어졌으며, 평면 파랑 집중 형상을 가진 삼차원 구조물의 형상은 5가지의 종류로 제작되었다. 파랑제어구조물은 신과 홍(2005)에서 제안한 월파형 파랑제어구조물의 이차원 단면 형상을 토대로 수로폭 및 수렴각을 가진 삼차원 형상으로 확장한 것이다. 본 삼차원 월파실험에서는 20개의 입사파 조건과 각각의 파에 대한 0˚, 15˚, 30˚의 상대 입사각을 부여하여 계측된 월파량을 분석하였다.