Fig. 13. 3D view of storm surge barrier(Case 3)
Fig. 13. 3D view of storm surge barrier(Case 3)
Fig. 13. 3D view of storm surge barrier(Case 3)

FLOW-3D를 이용한 부유 플랩형 고조방파제의 수리학적 특성 분석

연구 배경 및 목적

문제 정의

  • 폭풍해일(storm surge)은 연안 지역에 큰 피해를 주며, 이를 방지하기 위해 다양한 유형의 고조방파제(storm surge barrier)가 개발되고 있음.
  • 기존 고정식 방파제와 달리, 부유 플랩형 고조방파제는 평상시 해저에 가라앉아 있다가, 폭풍해일이 발생하면 공기압을 이용해 상승하여 방어 기능을 수행함.

연구 목적

  • FLOW-3D를 이용하여 부유 플랩형 고조방파제의 거동 특성을 수치적으로 분석.
  • 고조방파제가 다양한 해양 환경(파고, 조위 차, 유속 등)에서 효과적으로 작동하는지 평가.
  • 마산만(Masan Bay) 적용 가능성 검토 및 최적 설계 조건 도출.

연구 방법

해석 모델 및 경계 조건

  • 대상 지역: 마산만
  • 사용 모델: FLOW-3D 기반 3차원 CFD(전산유체역학) 모델
  • VOF(Volume of Fluid) 기법을 사용하여 자유 수면 추적
  • GMO(General Moving Object) 모듈을 적용하여 플랩형 구조물의 운동 해석 수행
  • 고조 조건 4가지(Case 1~4) 설정, 각 조건에서 방파제의 회전 각도 및 내측 수위 변화 분석

주요 결과

수치해석 결과

  • Case 1 (고조차 0m, 파랑 없음): 방파제는 부력에 의해 평균 회전각 57.18°로 부상
  • Case 2 (고조차 2m, 파랑 없음): 정수압 차이로 인해 평균 회전각이 42.05°로 감소
  • Case 3 (고조차 2m, 파랑 3m, 주기 15s): 파랑 영향을 받을 경우, 회전각이 37.63°로 추가 감소하였으나 방어 기능 유지
  • Case 4 (파랑 주기 변화, 8~20s): 입사파 주기와 방파제 회전 응답 주기가 유사하게 나타남 → 동적 안정성 확인

결론 및 향후 연구

결론

  • FLOW-3D 기반 시뮬레이션을 통해 부유 플랩형 고조방파제가 실질적으로 작동 가능함을 확인
  • 고조방파제는 최대 3m 파고, 2m 조위 차 조건에서도 안정적으로 방어 기능 수행
  • 입사파 주기 변화에 따라 방파제의 회전각이 유사한 응답을 보이며, 동적 안정성이 검증됨

향후 연구 방향

  • 고조방파제의 월파 가능성 및 구조적 안전성 추가 분석
  • 실제 현장 데이터와 비교 검증
  • 고조방파제 설치 최적 위치 및 운영 방안 연구

연구의 의의

이 연구는 FLOW-3D를 활용하여 부유 플랩형 고조방파제의 수리학적 성능을 분석하고, 폭풍해일 대응 효과를 검증하였다. 향후 실험 및 실증 연구를 통해 최적 설계 및 적용 방안을 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

Fig. 3. Location of Masan bay and tide level
Fig. 3. Location of Masan bay and tide level
Fig. 9. Velocity magnitude and vectors around storm surge barrier(Case 2)
Fig. 9. Velocity magnitude and vectors around storm surge barrier(Case 2)
Fig. 13. 3D view of storm surge barrier(Case 3)
Fig. 13. 3D view of storm surge barrier(Case 3)

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