KR100431572B1 - 경사식 해수유입 방파제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외항의 해수를 항내로 원활히 유입시켜 항내의 오염을 저감할 수 있는 경사식 해수유입 방파제에 관한 것으로, 특히 마운드(1)위에 적층설치되는 상치구조물(10)에 상하방향으로 유수실(11)이 형성되고, 이 유수실(11)은 전방측벽에 외해의 평균해수면 부근에 배치되는 유입구(11a)를 통하여 외해의 해수를 유입시키고, 이 유수실(11)의 유입해수는 상기 유수실(11)의 후방측벽에 상기 유입구(11a)보다 낮은 위치에 방파제 폭방향을 따라 수평방향으로 배치된 복수개의 수로(12)를 통하여 내항쪽으로 배출되게 되어 있다. 이러한 본 발명의 방파제는 외해의 해수를 보다 원활하게 항내로 유입시키는 동시에 유입된 해수의 역류를 억제시킴으로써 해수의 순유입량을 증대시켜 항내의 해수오염을 효율적으로 방지하고, 종래 경사식 해수유입 방파제에 비하여 공사가 쉬워서 공사비를 절감하고, 시공기간을 단축할 수 있고, 유지보수가 편리한 효과가 있다.

Description

경사식 해수유입 방파제{Rubble mound Water-inflowing Breakwater}

본 발명은 경사식 방파제에 관한 것으로, 특히 외항의 해수를 항내로 원활히 유입시키는 경사식 해수유입 방파제 구조에 관한 것이다.

일반적으로 방파제는 외해로부터의 파도힘을 차단하여 항내의 해역을 보호하도록 해저에 고정되어 구축되는 구조물로서,상기 방파제의 종류로는 수심이 얕은 해역에 설치되는 경사제(Rubble mound breakwater)와 케이슨(Caisson)을 이용하여 수심이 깊은 해역에 설치되는 혼성제(Mixed type breakwater) 등이 있다.

그런데, 방파제가 설치되면 내항과 외항 사이에 해수교환이 원활하지 않게 되는 문제가 있는 데, 특히 조수간만의 차가 적은 해역에서는 오염된 항내의 해수가 쉽게 배출되지 않기 때문에 항내가 오염될 뿐만아니라 항내 해수에 산소가 부족하게 되어 악취를 발생시키게 되는 것이다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 현재 방파제는 외해의 해수가 유입되도록 하고, 내항의 해수는 항의 입구를 통하여 다시 외항쪽으로 유출되게 함으로써, 항내에 매우 완만한 해수의 흐름을 유지하여 항내의 오염을 억제하고, 항내의 해수에 산소를 풍부하게 공급시킴으로써 항내 해수의 수질개선 및 보전에 크게 기여할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 외해의 해수가 유입되게 하는 종래 경사식 해수유입 방파제는, 도 6에 도시된 바와 같이, 주로 상치구조물(Super structure) 내에 직접 파이프형 수로(103)를 설치하는 구조를 채택하고 있다. 상기 종래의 방파제(101)는 도 6에 도시된 바와 같이, 입경이 가는 사석으로 된 마운드(S) 위에 상치구조물(102)이 설치되고, 이 상치구조물(102) 내에 파이프형 수로(103)가 내장되었으며, 상치구조물 전면 사면에는 굵은 사석 또는 콘크리트 블록(104)이 설치된 해수유입용 경사식 방파제이다. 외해로부터 파도가 치면 파이프형 수로(103)를 통하여 항내로 외해수가 유입되는 것이다.

여기서, 상기 도 6에 도시된 구조물의 상세형을 보면 해수의 유입량을 증대시키기 위하여 파이프형 수로(103)의 유입구(103a)의 단면적을 파이프형 수로(103)의 단면적보다 크게 할 경우에는 파이프형 수로(103)의 유입구(103a)의 구조적 안정성을 확보하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이 파이프형 수로(103)의 유입구(103a)에 연직벽을 설치하도록 되었는데 이는 시공을 어렵게 한다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 파이프형 수로(103)의 유입구(103a)에는 굵은 사석이나 콘크리트 블록의 깨진 잔해가 들어가지 못하도록 구멍이 작은 격자망(105)을 설치하여야 하나 이는 공사를 어렵게 할 뿐 아니라 해양생물의 부착으로 구멍이 점차 작아져 해수의 유입기능이 현저하게 감소될 수 있다. 또한, 파도에 의해 입경이 굵은 사석 또는 콘크리트 블록이 상기 격자망(105)에 반복적으로 부딛침에 따라 격자망(105)이 파괴되거나 굵은 사석 또는 콘크리트 블록이 깨져서 파이프형 수로(103) 내로 유입될 경우 이를 밖으로 꺼내는 유지보수 방도가 없다는 단점이 있다.

다른 한편, 도 8에서와 같이 유입수를 수중으로 유도할 목적으로 파이프형 수로(103)의 유입구(103a)보다 항내측 유출구(103b)의 높이를 낮게 하기 위하여 상치구조물(102) 내에 굽은 형상의 파이프를 설치하는 것은 공사를 어렵게 한다.

또 다른 한편, 상기 구조물에서는 외해수가 유입되는 파이프의 유입구가 매 파이프에 연결되어야 하므로 상치구조물 내에 형성되는 파이프의 수가 많아서 상치구조물의 중량이 가볍게 되어 상치구조물의 자중으로 파력에 견뎌내야 하는 방파제의 특성상 상치구조물의 항내/외 방향의 길이가 길어져야하므로 제체의 전체 단면이 크게 되어 공사비가 많이 소요되는 단점이 있을 뿐 아니라 외해수를 항내의 해수 정체구역까지 유도하기 위하여 파이프를 항내의 해수 정체구역까지 연장하고자 할 때 파이프의 수가 많아 공사에 어려움을 야기시키며 공사비도 많이 소요된다.

그리고 또다른 한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 태풍등에 의해 큰파가 내습할 때 파이프형 수로(103) 내에 순간적으로 작용하는 충격적인 파압을 외부로 배출하기 위하여 연직으로 압력 배출파이프(106)가 파이프형 수로(103)에 연결되었는데이 또한 공사를 어렵게 하는 요인이 될 수 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 해수유입식 방파제가 가진 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 설계가 용이하며 공사량도 줄이면서 공사를 쉽게 하여 공사비를 줄이며 유지보수가 쉽도록 하면서도 외해수를 방파제로부터 멀리 떨어진 항내 수역까지 원활하게 유입시키는 방파제를 제공함에 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외해측과 내항측에 각각 경사면을 갖는 마운드가 해저면에 일정한 높이로 설치되고, 상기 마운드의 전후방 경사면에는 구조물이 적층되고, 위에는 상치구조물이 적층 시공되며, 상기 상치구조물에는 외해의 해수를 항내로 유입시키는 수로가 구비되고, 상기 상치구조물은 복수개의 유입구를 통하여 외항측 해수를 유입시켜 저류시키는 유수실이 전방측벽에 인접하여 방파제의 상하방향으로 형성되고, 상기 유수실의 유입구는 외해측 평균해수면 부근에 배치되고, 상기 유수실의 후방측벽의 하단부근에는 상기 유입구보다 낮은 위치에서 상기 유수실과 내항을 서로 연통시키는 복수개의 수로가 방파제의 폭방향을 따라 수평방향으로 설치된다.

상기한 바와 같은 구조로 된 본 발명의 방파제에 의하면, 외해의 해수는 유수실의 유입구를 통하여 유수실안으로 유입되어 유수실의 유입구보다 낮은 수위에 배치된 파이프형 수로를 따라 항내의 수중으로 유입된다.

도 1은 본 발명에 따른 방파제의 부분사시도,

도 2는 도 1의 'A-A'선을 따라 절단하여 도시한 횡단면도,

도 3은 본 발명의 방파제에서 수로의 배출선단에 역류방지판이 적용된 예를 개략적으로 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 방파제에서 수로의 배출선단에 역류방지용 이동밸브가 구비된 예를 개략적으로 도시한 단면도,

도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 방파제에 구비되는 상치구조물의 여러가지 변형례의 횡단면도,

도 6은 종래 해수유입방파제의 일실시예에 대한 구조를 도시한 개략적인 단면도,

도 7은 종래 해수유입 방파제에 사용되는 상치구조물의 개략적인 구조를 도시한 사시도,

도 8은 종래 해수유입방파제의 다른 실시예에 대한 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 마운드 2: 피복층

3: 구조물 10: 상치구조물

11: 유수실 11a: 유입구

11c: 격벽 11d: 통수공

O: 외해 L: 평균해수면

I: 항내 12: 파이프형 수로

12a:입구 12b:출구

13: 덮개 14: 역류방지판

15: 구체형 이동밸브 16: 격자망

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 방파제의 개략적인 구성을 도시한 부분사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절단하여 본 발명의 방파제의 구성을 도시한 횡단면도이다. 본 발명은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 전후방에 각각 경사면을 갖는 마운드(1)가 설치되고, 상기 마운드(1)의 전후방 경사면에는 석재등의 피복층(2)이 적층되며, 상기 피복층(2)의 위에는 굵은 사석 또는 테트라포트등과 같이 콘크리트 블록으로 된 구조물(3)이 적층된다.

그리고 상기 마운드(1)의 상면에는 콘크리트등으로 제작된 상치구조물(10)이 설치된다. 상기 상치구조물(10)은 외해측 전방측벽에 인접하여 상하방향으로 형성된 유수실(11)(wave chamber)을 구비하며, 상기 유수실(11)은 상치구조물(10)의 상면측으로 개방된 개방부를 구비하고, 외해(O)측 전방측벽에는 외해측과 상기 유수실(11)을 서로 연통시키는 유입구(11a)가 구비되어 파도에 의해 외해측에서 밀려드는 해수를 유수실(11)안으로 유입시킨다.

상기 유수실(11)의 유입구(11a)의 위치는 외해(O)의 평균해수면(L) 부근에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 유입구(11a)의 위치가 평균해수면(L)보다 상당히 높으면 외해의 해수가 항내(I)로 원활히 유입되지 않으며, 반대로 평균해수면(L)보다 낮으면 방파제 전면에 파봉이 형성될 때 유수실(11)안에 유입된 해수가 항내(I)로 유입되었다가 방파제 전면에 파곡이 형성될 때에는 상기 유입수의 대부분이 항내(I)로부터 외해(O)로 역류하는 현상이 생기기 때문이다.

상기 상치구조물(10)은 상기 유수실(11)안에 유입된 외해측 해수를 항내측으로 유도하는 복수개의 파이프형 수로(12)를 구비한다. 상기 파이프형 수로(12)는 유수실(11)의 내측바닥면보다 약간 높은 위치에 입구(12a)가 형성되어 유수실(11)과 서로 연통되어 있고, 방파제의 폭방향을 따라 거의 수평방향으로 배치되게 하여 출구(12b)는 항내측으로 노출되어 있다.

여기서, 상기 유수실(11)의 유입구(11a)는 크기를 상치구조물(10) 전면의 사면에 설치된 굵은 사석 또는 콘크리트 블록의 크기보다 작게 하는 동시에 설치 수량을 많게 하면 기존 기술에서와 같이 유입구에 격자망을 설치하지 않고서도 유입구의 총단면적을 크게 할 수 있는 장점이 있으며 이는 기존 기술보다 시공이 용이하다.

또한, 유수실(11)은 상부가 개방되어 있으므로 유수실(11)의 내부에는 자유수면이 형성되어 큰 파도가 내습할 때 충격적 압력은 유수실(11) 상부 개방부를 통해 배출되므로 파이프형 수로(12)에는 순간적인 충격파압이 전달되지 않으며 해수가 전방측벽의 유입구(11a)를 통과할 때 발생하는 큰 뭉치의 기포도 공기중으로 잘 배출되는 장점이 있다.

그리고, 파이프형 수로(12)는 유수실(11)의 후방측벽과 상치구조물(10)의 내항측 외측면 사이에 형성되며, 전방측벽 유입구(11a)의 하단보다 낮게 하여 항상 해수중에 잠기도록 함으로써 항상 해수로 차 있게 함으로써 파이프형 수로(12)의 내부로 큰 공기 뭉치의 유입이 억제되어 파이프형 수로(12) 내의 흐름이 원활하게 될 뿐 아니라, 방파제 전면에 파곡이 형성될 때에도 전방측벽 유입구(11a)의 하단이 파이프형 수로(12)보다 높게 형성되어 있으므로 파이프형 수로(12) 내에서 역류의 형성을 억제시킴으로써 해수의 순유입량을 증대시킨다. 역류를 억제하지 않으면 방파제 전면에 파봉이 형성될 때 유입된 해수의 대부분은 뒤이어 파곡이 형성될 때 곧바로 외해로 역류되므로, 방파제 인근의 국소 수역에서는 약간의 수질개선 효과를 기대할 수는 있으나 해수의 유입량에서 역류량을 뺀 순유입량이 항내의 수역을 거쳐 항의 입구를 통하여 흐르는 완만한 흐름을 기대할 수 없기 때문에 총체적이며 효과적인 수질개선의 효과는 거의 기대할 수 없다. 따라서 해수유입방파제에서 역류를 억제하는 것은 매우 중요한 사항이다. 역류를 억제하기 위하여는 전방측벽 유입구의 하단의 높이를 수면과 일치시키는 것이 유리하다.

또한, 유수실(11)은 과도한 압력과 공기의 배출 뿐 아니라 소규모의 저수지의 역할도 하므로 해수 유입량의 증가에 기여하며, 유수실(11)의 하단의 높이는 파이프형 수로(12)의 하부의 높이보다 낮게 형성함으로써 만일 상치구조물(10)의 전방 사면에 설치된 굵은 사석이나 콘크리트 블록의 파괴된 부분이 전방측벽 유입구(11a)를 통과할 경우 파이프형 수로(12)의 내부로 유입되지 않고 상기 유수실(11)에 머물게 하는 역할을 한다. 이때 유수실(11)의 항내/외측 길이의 최소치는 전방측벽 유입구를 통하여 유수지로 들어온 재료의 잔해를 제거하기에 필요한 크기만 유지하면 되므로 최소한 전방측벽 유입구(11a)의 크기의 1/2보다는 커야 할 것이다.

본 발명에서는 외해의 해수가 전방측벽 유입구(11a)를 통하여 일단 유수실(11)로 흘러 들어온 후 파이프형 수로(12)를 통하여 항내로 유입되므로, 파이프형 수로(12)의 숫자를 전방측벽 유입구(11a)의 숫자보다 작게 할 수 있는 장점이 있다. 파이프형 수로(12)에는 해수가 꽉 차서 흐르므로 파이프형 수로(12)의 총단면적이 바로 유효 통수단면적이 되지만 전방측벽 유입구(11a)의 전면에는 굵은 사석 또는 콘크리트 블록이 설치되므로 상기 재료의 개별 개체의 일부분은 전방측벽 유입구(11a)에 끼워짐으로써 전방측벽 유입구의 유효 통수단면적은 전방측벽 유입구(11a)의 총단면적보다 감소하게 된다. 따라서, 일정한 길이의 방파제에서 필요한 파이프형 수로(12)의 총단면적은 전방측벽 유입구(11a)의 총단면적보다 작게 설계하는 것이 바람직하다. 거의 동일한 양의 해수를 유입할 수 있는 한 파이프형 수로(12)의 총단면적을 가능한한 작게 형성시키면 상치구조물(10)의 중량을 적게 감소시키므로 방파제 전체 단면의 크기를 줄일 수 있어 경제적이며, 아울러 항내의 정체수역까지 외해수를 유도하기 위하여 파이프형 수로를 해저면을 따라 연장하여 설치할 경우에도 파이프형 수로의 총단면적이나 숫자를 감소시키는 것은 공사를 용이하게 하고 공사비도 절감시키는 장점이 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 유수실(11)이 있는 상치구조물(10)에서 유수실(11) 전방측벽의 안정성을 확보하기 위해서는 방파제 폭방향으로 복수개의 격벽(11c)을 유수실(11) 내에 설치하여 한다(통상 상치구조물 또는 케이슨 내부의 격벽은 3∼4미터마다 설치하는 방법을 일반적으로 사용한다). 이 경우 유수실(11)은 상기 격벽(11c)으로 여러개로 나뉘어지게 된다. 따라서, 상기 격벽(11c)의 하부에 통수공(11d)을 형성시킴으로써 유수실(11)로 유입된 해수가 인접한 유수실(11)로 흘러갈 수 있게 하면 파이프형 수로(12)의 숫자를 유수실(11)의 총 숫자보다 작게 하여도 되므로 파이프형 수로(12)의 숫자를 감소시킬 수 있어, 상치구조물의 중량증가로 인한 파력에 대한 지지력 증가는 물론 파이프형 수로의 설계 및 시공이 용이하며 파이프형 수로의 숫자 감소에 따른 상기의 다른 장점들도 추가로 확보할 수 있다.

유수실(11)의 상부에는 사람의 발이 빠지지 않을 정도의 크기의 구멍이 많은 금속등의 판으로 덮개(13)를 설치하여 사람의 접근을 용이하게 하며, 유수실(11) 내의 보수를 위해서는 일시 제거할 수 있게 하면 유수실(11) 내의 과도한 압력 배출과 큰 공기뭉치의 공기중 배출 목적은 이루면서도 유수실(11) 내로 유입될지도 모르는 굵은 사석 또는 콘크리트 블록의 파괴된 잔해를 제거하는 유지보수 작업도 용이하게 할 수 있다.

한편, 도 3에서와 같이 파이프형 수로(12)의 항내측 출구(12b)에는 내항측으로만 개방되게 힌지결합된 역류방지판(14)이 설치된다. 이러한 역류방지판(14)은 비중이 물보다 약간 큰 판 모양으로 형성하면 조수 간만의 차이가 큰 해역에서 조위가 전방측벽 유입구(11a)의 하단보다 높은 조건에서 방파제 전면에 파곡이 형성되는 순간에 내항에서 파이프형 수로(12)의 출구(12b)쪽으로 유입될려는 강한 역류를 차단하여 줌으로써 해수의 순 유입량을 증가시킬 수 있다.

또한, 도 4에서와 같이 파이프형 수로(12)는 내항측 출구(12b)를 원형으로 형성할 수도 있다. 이 경우 상기 파이프형 수로(12)는 단면적이 항내측으로 가면서 넓어지는 원추의 모양을 형성시키고 이 속에 원형파이프형 수로(12)의 직경보다 직경이 크며 비중이 해수의 비중과 비슷한 구체형 이동밸브(15)를 넣고 파이프형 수로(12)의 유출구를 격자망(16)으로 막아 상기 구체형 이동밸브(15)가 빠져나오지 못하게 하면 흐름의 방향에 따라 구체형 이동밸브(15)가 움직이므로 역류 발생시에는 상기 구체형 이동밸브(15)가 출구(12b)를 막아 주므로 조수 간만의 차이가 큰 해역에서 상기 고조위시에 역류를 감소시킴으로써 해수의 순 유입량을 증가시킬 수 있다.

도 5의 (a) 및 (b)는 상치구조물의 변형예들의 횡단면도이다. 상치구조물의 단면의 외형 형상은 반드시 직사각형의 모양을 할 필요는 없다. 방파제의 이용 목적에 따라 상치구조물의 외형은 상기 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 형상이외에도 다양하게 변할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 안출된 유수실(11) 및 전방측벽 유입구(11a)와 파이프형 수로(12)는 경사식 방파제에서 사용할 수 있는 상치구조물의 모든 일반적인 형상에 대하여도 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 경사식 해수유입 방파제 구조에 따르면, 외해의 해수를 보다 원활하게 항내로 유입시키는 동시에 유입수의 역류를 억제하므로 해수의 순유입량을 증대시켜 항내의 해수오염을 효율적으로 방지하고, 종래 경사식 해수유입 방파제에 비하여 공사가 쉬워서 공사비를 절감하고, 시공기간을 단축할 수 있고, 유지보수가 편리한 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 외해측과 내항측에 각각 경사면을 갖는 마운드(1)가 해저면에 일정한 높이로 설치되고, 상기 마운드(1)의 전방 경사면에는 굵은 사석 또는 테트라포트등과 같은 콘크리트 블록으로 된 구조물(2,3)이 적층되고, 위에는 상치구조물(10)이 적층 시공되며,상기 상치구조물(10)에는 외항측 해수를 유입시켜 저류시키는 유수실(11)이 전방측벽에 인접하여 방파제의 상하방향으로 형성되고, 상기 유수실(11)과 항내를 서로 연통시켜 외해의 해수를 항내로 유입시키는 수로(12)가구비된 경사식 해수유입 방파제에 있어서,

   상기 상치구조물(10)은전방측벽 평균해수면 부근에 상기 유수실(11)과 외해를 서로 연통시키는 복수개의 유입구(11a)를 구비하고, 상기 수로(12)는 상기 유입구(11a)보다 낮은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 경사식 해수유입 방파제.
2. 제1항에 있어서, 상기 상치구조물(10)은 일정한 부피를 갖는 단위 상치구조물이 방파제 길이방향을 따라 일렬로 배치되어 배치되고, 상기 각 단위 상치구조물(10)마다 상기 유수실(11)이 형성된 것을 특징으로 하는 경사식 해수유입 방파제.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유수실(11)은 복수개의 격벽(11c)에 의해 복수개의 유수실로 구획되고 상기 격벽(11c)에는 통수공(11d)이 구비되어 상기 유수실(11)을 서로 연통시키는 것을 특징으로 하는 경사식 해수유입 방파제.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상치구조물(10)에 형성된 수로(12)는 내항측으로 노출된 선단에 내항측의 해수가 상기 수로(12)를 따라 유수실(11)로 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 경사식 해수유입 방파제.
5. 제4항에 있어서, 상기 역류방지수단은 상기 수로(12)의 내항측 출구선단면에서 내항쪽 일방향으로만 회동하도록 내항측 출구선단면에 힌지결합된 역류방지판(14)으로 구성된 것을 특징으로 하는 경사식 해수유입 방파제.
6. 제4항에 있어서, 상기 역류방지수단은 상기 수로(12)의 내항측 출구 선단면에 원통형으로 확개되어 선단면에 그물망(16)이 부착된 확개부(12c)와, 상기 확개부(12c) 내부에서 구름이동가능하도록 상기 수로(12)의 출구(12b)단면적보다 큰 직경을 가지는 구체형 이동밸브(15)로 이루어진 것을 특징으로 하는 경사식 해수유입 방파제.