KR100523078B1 - 해역에있어서조석잔차류의생성방법 - Google Patents

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신이치로 야노
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마루에이 콘크리트 고교 가부시키가이샤
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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Abstract

해역에 있어서 해저면에, 조석류를 제어하기 위한 저면구조체를 복수해치하여, 새로운 조석잔차류를 생성하는 것을 특징으로 했다.

Description

해역에 있어서 조석잔차류의 생성방법{METHOD OF FORMATION OF TIDAL RESIDUAL CURRENT IN WATER AREA}
본 발명은 만, 항, 섬 주변의 해역 등에 있어서 조석류(潮汐流)를 제어하여, 새로운 조석잔차류를 생성하는 방법에 관계한다.
종래, 만, 항, 섬 주변의 해역 등에 있어서는, 해수의 교환이 거의 두절된 폐쇄성해역이 발생하고 있고, 관련된 폐쇄성해역에 하천이나 배수로 등에서 오탁·오염된 물 등이 유입한 경우에는, 폐쇄성해역 내에 오탁·오염된 물 등이 체류하여, 폐쇄성해역내의 수질이 시간이 경과함에 따라서 악화된다고 하는 좋지 않은 상태가 있다.
그래서, 오탁·오염된 물 등을 정화하기 위한 방법으로써, 예를 들면, 일본특개소 6146249호에 기재된 수질정화 방법이 개발되어 있다.
관련된 수질정화 방법은, 폐쇄성해역의 유로(流路)를 형성하는 양측벽에, 복수의 인공조도(artificial roughness)를 유로연장 방향으로 간격을 벌려 취부하고, 동인공조도에 의해 유로내에 한 쪽 방향으로의 조석류의 흐름을 생성함으로써 폐쇄성해역내에 유입된 오염된 물을, 폐쇄성해역외로 유출시켜서, 폐쇄성해역내를 정화한다고 하는 것이다.
그러나 상기의 수질정화방법은 아직까지 다음과 같은 과제를 갖고 있다:
① 폐쇄성해역 유로의 폭이 큰 경우, 측벽에 취부한 인공조도에는 조석류의 평균흐름이 생성되지 않는다.
② 생성된 조석류의 평균흐름은, 폐쇄성해역의 유로(流路)를 따라 한쪽 방향의 흐름이며, 흐름방향을 자유로이, 동시에, 임의의 방향으로 제어할 수 없다.
③ 폐쇄성해역의 유로(流路)에 생성되는 한쪽 방향의 조석류의 평균흐름은 2차원적인 변화이며, 예를들면, 온도가 높고 가벼운 표층과 온도가 낮고 무거운 심층(무산소 또는 저산소 상태의 층)이 형성되는 성층화(成層化) 현상의 발생 방지나, 성층의 파괴를 행하려고 하는 3차원적인 흐름의 변화는 아니다.
도 1은 본발명에 관련한 조석잔차류의 생성방법을 나타내는 개념설명도.
도 2는 동(同)조석잔차류의 생성에 사용되는 저면구조체의 사시설명도.
도 3은 동저면구조체에 의한 성층방지의 설명도.
도 4는 동저면구조체의 사용설명도.
도 5는 동저면구조체의 제1변형예를 나타내는 사시설명도.
도 6은 동저면구조체의 제2변형예를 나타내는 사시설명도.
도 7은 동저면구조체의 제3변형예를 나타내는 사시설명도.
도 8은 동저면구조체의 제4변형예를 나타내는 사시설명도.
도 9는 동저면구조체의 제5변형예를 나타내는 사시설명도.
도 10은 동저면구조체의 제6변형예를 나타내는 사시설명도.
도 11은 동저면구조체의 제7변형예를 나타내는 사시설명도.
도 12는 동저면구조체의 제8변형예를 나타내는 사시도
도 13은 동변형예의 설명도.
도 14는 동저면구조체의 제9변형예를 나타내는 사시도.
도 15는 동제9변형예의 설명도.
도 16은 동저면구조체의 제10변형예를 나타내는 사시도.
도 17은 동제10변형예의 설명도.
도 18은 동저면구조체의 제11변형예를 나타내는 사시도.
도 19는 동제11변형예의 설명도.
도 20은 동저면구조체의 제12변형예를 나타내는 사시도.
도 21은 동제12변형예의 설명도.
도 22는 동저면구조체의 제13변형예를 나타내는 사시도.
도 23은 동제11변형예의 설명도.
도 24는 동저면구조체의 제14변형예를 나타내는 사시도.
도 25는 동제14변형예의 설명도.
도 26은 본발명에 관련한 조석잔차류의 생성방법을 나타내는 설명도.
도 27은 다른 실시예로서의 저면구조체의 평면설명도.
도 28은 다른 실시예로서의 저면구조체의 평면설명도.
도 29는 동저면구조체의 사시도.
도 30은 다른 실시 예로서의 저면구조체의 평면설명도.
도 31은 동저면구조체의 사시도.
도 32는 동저면구조체의 사시설명도.
도 33은 동저면구조체의 사시도.
도 34는 조석잔차류의 생성 설명도.
도 35는 또 하나의 다른실시예로서의 조석잔차류의 생성방법을 나타내는 설명도.
도 36은 또 하나의 다른실시예로서의 저면구조체의 사시도.
도 37은 모델만의 설명도.
도 38은 동저면전단응력의 모델화의 설명도.
도 39는 사례①의 경우의 모델만의 설명도.
도 40은 사례②의 경우의 모델만의 설명도.
도 41은 사례③의 경우의 모델만의 설명도.
도 42는 조류 계산 결과도 (최대간조시).
도 43은 조류 계산 결과도 (최대만조시).
도 44는 조석잔차류 계산 결과도.
도 45은 오염물질 농도분포 계산 결과도(정상상태).
도 46은 조석잔차류 계산 결과도.
도 47은 오염물질 농도분포 계산 결과도(정상상태).
도 48은 조석잔차류 계산 결과도.
도 49는 오염물질 농도분포 계산 결과도(정상상태).
도 50은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (50주기후).
도 51은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (100주기후).
도 52는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (150주기후).
도 53은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (200주기후).
도 54는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (50주기후).
도 55는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (100주기후).
도 56은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (150주기후).
도 57은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (200주기후).
도 58은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (50주기후).
도 59는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (100주기후).
도 60은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (150주기후).
도 61은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (200주기후).
도 62는 만내의 오염물질 잔류율의 시간변화도.
도 63은 조류 계산 결과도(최대간조시)
도 64는 조류 계산 결과도(최대만조시)
도 65는 조석잔차류 계산 결과도.
도 66은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (정상상태).
도 67은 조석잔차류 계산 결과도.
도 68은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (정상상태).
도 69는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (50주기후).
도 70은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (100주기후).
도 71은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (150주기후).
도 72는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (200주기후).
도 73은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (50주기후).
도 74는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (100주기후).
도 75는 오염물질 농도분포 계산 결과도 (150주기후).
도 76은 오염물질 농도분포 계산 결과도 (200주기후).
도 77은 만내의 오염물질 잔류율의 시간변화도.
도 78은 제3실시 예로서의 모델만의 설명도.
도 79은 사례③｀의 경우의 모델만의 설명도.
도 80은 사례④｀의 경우의 모델만의 설명도.
도 81은 사례⑤｀의 경우의 모델만의 설명도.
도 82는 사례①｀의 경우의 조석잔차류 계산 결과도.
도 83은 사례②｀의 경우의 조석잔차류 계산 결과도.
도 84는 사례③｀의 경우의 조석잔차류 계산 결과도.
도 85는 사례④｀의 경우의 조석잔차류 계산 결과도.
도 86은 사례⑤｀의 경우의 조석잔차류 계산 결과도.
도 87은 오염물질 농도분포 계산 결과도(50주기후).
도 88은 오염물질 농도분포 계산 결과도(100주기후).
도 89는 오염물질 농도분포 계산 결과도(150주기후).
도 90은 오염물질 농도분포 계산 결과도(200주기후).
도 91은 오염물질 농도분포 계산 결과도(50주기후).
도 92는 오염물질 농도분포 계산 결과도(100주기후).
도 93은 오염물질 농도분포 계산 결과도(150주기후).
도 94는 오염물질 농도분포 계산 결과도(200주기후).
도 95는 오염물질 농도분포 계산 결과도(50주기후).
도 96은 오염물질 농도분포 계산 결과도(100주기후).
도 97은 오염물질 농도분포 계산 결과도(150주기후).
도 98은 오염물질 농도분포 계산 결과도(200주기후).
도 99는 만내의 오염물질 잔류율의 시간변화도.
도 100은 모델만의 설명도.
도 101은 사례(1)의 경우의 모델만의 설명도.
도 102는 사례(2)의 경우의 모델만의 설명도.
도 103은 사례(3)의 경우의 모델만의 설명도.
도 104는 사례(4)의 경우의 모델만의 설명도.
도 105는 사례(0)의 경우의 조류 계산 결과도.
도 106은 동사례(0)의 경우의 조석잔차류의 유선도.
도 107은 사례(1)의 경우의 조류 계산 결과도.
도 108은 동사례(1)의 경우의 조석잔차류의 유선도.
도 109는 사례(2)의 경우의 조류 계산 결과도.
도 110은 동사례(2)의 경우의 조석잔차류의 유선도.
도 111은 사례(3)의 경우의 조류 계산 결과도.
도 112는 동사례(3)의 경우의 조석잔차류의 유선도.
도 113은 사례(4)의 경우의 조류 계산 결과도.
도 114는 동사례(4)의 경우의 조석잔차류의 유선도.
도 115는 사례(0)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vmax가 얻어진 시각).
도 116은 동사례(0)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vres가 얻어진 시각).
도 117은 사례(1)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vmax가 얻어진 시각).
도 118은 동사례(1)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vres가 얻어진 시각).
도 119는 사례(2)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vmax가 얻어진 시각).
도 120은 동사례(2)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vres가 얻어진 시각).
도 121는 사례(3)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vmax가 얻어진 시각).
도 122는 동사례(3)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vres가 얻어진 시각).
도 123은 사례(4)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vmax가 얻어진 시각).
도 124는 동사례(4)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (Vres가 얻어진 시각),
도 125는 사례(0)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (15주기후).
도 126은 동사례(0)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (60주기후).
도 127은 사례(1)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (15주기후).
도 128은 동사례(1)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (60주기후).
도 129는 사례(2)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (15주기후).
도 130은 동사례(2)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (60주기후).
도 131은 사례(3)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (15주기후).
도 132는 동사례(3)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (60주기후).
도 133은 사례(4)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (15주기후).
도 134는 동사례(4)의 경우의 입자추적 계산 결과도 (60주기후).
도 135는 입자잔존율의 시간경과 변화도.
도 136은 실험장치의 측면 설명도.
도 137은 동실험장치의 평면 설명도.
도 138은 항력측정장치의 확대측면 설명도.
도 139는 1/4구형상의 저면구조체의 사시도.
도 140은 동저면구조체의 설명도.
도 141은 조건 1에 있어서 항력계수를 비교한 그래프.
도 142는 조건 2에 있어서 항력계수차를 비교한 그래프.
도 143은 조건 3에 있어서 항력계수차를 비교한 그래프.
도 144는 조건 1에 있어서 효율을 비교한 그래프.
도 145는 조건 2에 있어서 효율을 비교한 그래프.
도 146은 조건 3에 있어서 효율을 비교한 그래프.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명의 실시의 형태를 도면을 참조하면서 설명하면, 도1에 표시한 바와 같이 사각형으로 모델화한 쇄성해역으로써 만() 1 내의 해저면 2에, 조석류를 제어하기 위한 저면구조체 3을 복수 배치하고 있다.
그리고, 저면구조체 3은 도 2에도 표시한 바와 같이, 1/4 구형상의 구면부 3a와, 동구면부 3a의 배면측에 오목형상으로 개구를 시켜 형성한 개구부 3b로 형성하고 있어, 구면부 3a에 조석류가 부딪히는 경우, 즉, 순류에 대한 순류측 조도를 가지게 하는 것과 동시에, 개구부 3b에 조석류가 부딪히는 경우, 즉, 역류에 대한 역류측 조도를 가지게 하여, 순류측 조도보다도 역류측 조도를 크게 하는 것에 의해, 양방향 사이에 방향조도차를 가지게 한다. F는 순류방향, B는 역류방향을 표시하고 있다.
또, 관련 저면구조체 3은, 도1에 표시한 만 1내의 해저면 2에, 다음과 같이 배치하고 있다.
즉, 복수의 저면구조체 3을, 우측역에 있어서는, 구면부 3a가 조석류의 만조(flood tide)에 부딪히는 방향으로 향하도록 하여서, 만구 1a측에서 만내 1b측에 순차로 일정한 간격을 벌려서 배치하고, 또, 만내 1b의 해역에 있어서는, 구면부 3a가 우측을 향하도록 하여, 우측에서 좌측에로 순차적으로 일정한 간격을 벌려서 배치하고, 또, 좌측 해역에 있어서는, 구면부 3a가 조석류의 간조에 부딪히는 방향으로 향하도록 하여, 만내 1b측에서 만구 1a측에 순차적으로 일정한 간격을 벌려서 배치하고 있다.
이와같이, 우측 해역에 있어서는, 만구 1a측에서 만내1b측으로 흐르는 만조류 T1에 대한 저면구조체의 3의 역류측 조도보다도, 만내 1b측에서 만구 1a측으로 흐르는 간조류 T2에 대한 저면구조체 3의 역류측 조도가 크기 위해서, 조석 운동이 생긴 경우의 우측해역에서는, 만조류의 쪽이 간조류 보다도 흐르기 쉽게 되고, 또, 똑같이, 만내 1b의 해역에서는 우측에서 좌측쪽이 만조류 보다도 흐르기 쉽게 되어서, 결국, 만외(灣外)의 해수가 만구 1a에서 만내에 유입하여, 만 1내를 시계방향으로 주위를 돌아서, 만구 1a에서 외해로 유출하는 환류가 조석잔차류 T3으로서 생성된다.
여기서, 조석잔차류 T3의 흐름의 방향은, 저면 구조체 3의 배치와 조도의 크기를 적절하게 설정하는 것에 의해, 자유로이 디자인하는 것이 가능하다.
더욱이, 만1 내에 발생하고 있는 복수의 환류들 간에 조석잔차류 T3를 생성하는 것에 의해 환류들을 접속하여, 하나의 큰 환류를 생성하는 것도, 또 하나의 환류를 횡단하는 상태로 조석잔차류 T3를 생성함으로써 하나의 환류를 분단하여, 복수의 환류를 생성하는 것도 가능하다.
더욱이, 저면구조체 3의 개구부 3b를 향하여 해수가 흐르는 경우에는, 도 3에 표시하는 것과 같이, 용승류 T4가 생성되기 때문에, 동용승류T4에 의해 성층(stratified water layer)을 파괴하는 것이 가능함과 동시에, 성층화 현상의 발생을 방지하는 것이 가능하며, 영양분이 풍부한 성층수를, 수면 근방의 빈 영양 수역층 9a에 공급하는 한편, 용존 산소가 풍부한 수면 근방의 표층수를, 무산소 또는 저산소 상태의 성층 9b에 공급하는 것이 가능하고, 안정된 플랑크톤 증식 시스템을 구축하는 것이 가능하여, 안전된 어장의 형성이나, 해양의 환경보전에 이바지하는 것이 가능하다.
또, 도 4에 표시한 것과 같이, 저면구조체 3의 표면부 3a를, 조류(藻類)등의 해초류 4가 붙기 쉬운 재질이나 형상으로 하는 것에 의해, 조장(seaweed field)을 육성하는 것이 가능하다.
그리고 도 4에 표시한 바와 같이, 저면구조체 3은, 내부에 어초(魚礁), 어소(魚巢)용 공간 5을 형성하고 있기 때문에, 만 1내에 인공어장을 형성하는 것도 가능하다. 6은, 저면 구조체 3에 연통로(達通路), 7은 어소 블록, 9은 물고기이다.
다음에, 저면구조체 3의 형상에 대하여 설명하면, 동저면구조체 3의 형상은, 기본적으로, 순류측 조도와 역류측 조도와의 사이에 방향조도차를 가지고 있는 것이 바람직하며, 더구나 방향조도차가 큰 것이 보다 바람직하다.
그리고 흐름의 방향을 디자인할 때에는, 단지 조도를 가질 뿐이고 방향조도차를 가지지 않는 저면구조체와, 방향조도차를 가지는 저면구조체 3을 조합하여 배치하는 것도 , 더욱이, 방향조도차 등의 크기가 다른 저면구조체 3을 조합하여 배치하는 것에 의해서, 원하는 흐름을 디자인할 수 있다.
또, 도 5～ 도 25는, 앞에서 기술한 기본형태로서의 저면구조체 3의 변형예의 예를 표시하고 있다.
도 5에 표시한 제 1 변형예로서의 저면구조체 3은, 좌우폭 방향으로 신연(伸延)하는 1/2 원통형상체 3c와, 동 1/2원통형상체 3c의 양단부에서 1/2 원통형상체 3c가 원호형으로 돌출하는 측과는 반대측으로 신연하는 일대의 판형상체 3d, 3d에서 평면상으로 보아 거의 ㄷ자형으로 형성하고 있다.
그리고, 관련 저면구조체 3은, 1/2 원통형상체 3c의 원호형상 볼록면에 부딪히는 흐름이 순류로 되어, 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능하도록 하고 있다.
도 6에 표시한 제 2변형예로서의 저면구조체 3은, 일대의 1/2 원통형상체 3e, 3e의 원호형상 볼록면을 각각 외측방에 배치함과 동시에, 선단끼리 접속하여 평면상으로 보아 거의 V자형으로 형성하고 있다.
그리고, 관련 저면구조체 3은, 평면상으로 보아 거의 V자형의 돌출측에 부딪히는 흐름이 순류로 되어, 큰 방향 조도차를 얻는 것이 가능하도록 하고 있다.
도 7에 표시한 제 3변형예로서의 벽면구조체 3은, 1/4 구면형상의 구면부 3a, 동구면부 3a의 배면측에 형성된 거의 수직인 벽면부 3f로 구성되고 있다.
그리고 관련 저면구조체 3은, 구면부 3a에 부딪히는 흐름이 순류로 되고, 또 거의 수직인 벽면부 3f에 부딪히는 흐림이 역류로 되어, 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능하도록 하고 있다.
더욱이, 거의 수직인 벽면부 3f는, 흐름이 동벽면부 3f에 부딪히면, 관련 해수가 벽면부 3f를 따라 상승하여, 순조롭게 용승류를 형성하도록 하고 있다.
도 8에 표시한 제 4변형예로서의 저면구조체 3은, 변형1/2 구면형상의 구면부 3g와, 동구면부 3g의 배면측에 형성된 거의 수직인 벽면부 3h로 구성되어 있다.
관련 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 도 7의 저면구조체 3과 비교하여, 구면부 3a,3g의 곡률반경을 같게 하고, 높이만을 높게 설정하는 것이 가능하여, 같은 사용형태에 있어서, 조도를 크게 하는 것이 가능함과 동시에, 용승류를 일으키기 쉽게 하는 것이 가능하다.
도 9에 표시한 제 5변형예로서의 저면구조체 3은, 일대의 1/2 원주형상체 3j, 3j의 원호형상 블록면을 각각 외측방으로 배치함과 동시에, 거의 수직인 벽면의 내측방에 배치하여, 선단끼리 접속하는 것에 의해, 평면상으로 보아 거의 V자 형상으로 형성하고 있다.
관련 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 도 6의 저면구조체 3과 같은 모양의 사용형태에서, 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능함과 동시에, 역류방향의 해수가 벽면을 따라 상승하여, 순조롭게 용승류를 생성하도록 하고 있다.
도 10에 표시한 제 6 변형예로서의 저면구조체 3은, 전후방향으로 신연하는 일대의 폭이 좁은 직사각형 판체 3k, 3k의 선단끼리 접속하여, 평면상으로 보아 거의 V자 형상을 형성하고 있다.
관련 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 도 9의 저면구조체 3에 비하여 방향조도차를 작게 설정하는 것이 가능하고, 같은 사용형태에 있어서, 용승류를 원활하게 생성하는 것이 가능하도록 하고 있다.
더욱이, 도 6, 도 9 및 도 10에 표시한 평면상 거의 V자 형상의 저면구조체 3,3,3은 각각 V자형을 형성하는 내각 θ를 임의의 첨각에 설정하는 것에 의해, 조도 및 방향조도차를 적의 조정하는 것이 가능하다.
도 11에 표시한 제 7변형예로서의 저면구조체 3은, 1/2 원통형상의 간단한 형상으로 되어 있다.
그리고 관련 저면구조체 3은 원호형상 볼록면에 부딪히는 흐름이 순류로 되어 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능하도록 하고 있다.
도 12 및 도 13에 표시한 제 8변형예로서의 저면구조체 3은, 상방으로 점차지름이 작아지는 형상으로 형성된 깔대기 형상체를, 종분할한 반쪽의 형상이다. k는 조도 높이, b1은 하단 외경, b2는 중도부 내경, b3는 상단 외경, t1은 두께이다.
관련 저면구조체 3은, 상단이 개구되어 있기 때문에, 용승류가 생성되기 쉽고, 더욱이 원하는 방향의 조도차를 확보하는 것이 가능하다.
도 14 및 도 15에 표시한 제 9변형예로서의 저면구조체 3은, 1/2 구형상을 형성하고 있다. 2r은 외경이다.
관련 저면구조체 3은, 조도 높이를 높게 하는 것이 가능하고, 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능함과 동시에, 확실히 용승류를 생성하는 것이 가능하다.
도 16 및 도 17에 표시한 제 10 변형예로서의 저면구조체 3은, 축선을 수직방향으로 향한 원통형상체의 후부를 일부 잘라서, 조도 높이를 동일하도록 한 3개의 일부 잘라낸 수직원통형성체 3m-1, 3m-2, 3m-3을 동일선상에 일정한 간격 11, 12를 벌려서 배치한 것이다.
그리고 3개의 일부 잘라낸 수직원통형상체 3m-1, 3m-2, 3m-3은, 순차 조도 반경 r1,r2,r3를 작게 형성하여, 이들 일부 잘라낸 수직원통형상체가 구성하는 윤곽이 순류방향에 유선형상으로 되도록 하고 있다.
또, 관련 저면구조체 3은, 경계층의 박리를 적게 하는 것이 가능하다.
도 18 및 도 19 도에 표시한 제 11변형예로서의 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 제 10 변형예로서의 저면구조체(3)와 기본적 구조를 같게 하고 있지만, 순류방향의 하류측에 배치하는 일부 잘라낸 수직원통형상체 3n-2의 조도 높이 k2를, 상류측의 일부 잘라낸 수직원통형상체 3n-1의 조도 높이 k1보다도 높게 형성하고 있다.
관련 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 제 10 변형예의 경우와 같이, 윤곽을 순류방향으로 유선형상으로 되게 하는 생각을 높이 방향에도 적용하여, 경계층의 박리를 보다 작게 하는 것이 가능하다.
도 20 및 도 21에 표시한 제 12변형예로서의 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 제 7변형예로서의 저면 구조체 3을 거의 U자형상으로 굴곡시킨 1/2 원통 U자 형상체를 형성하고 있다. b는 외경이다.
관련 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 제 7 변형예로서의 저면구조체 3에 비하여 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능하다.
도 22 및 도 23도에 표시한 제 13변형예로서의 저면구조체 3은, 앞에서 기술한 제 12 변형예로서의 저면구조체 3과 같이 형성한 1/2 원통 U 자형상체 3p의 위에, 앞에서 기술한 기본형태로서의 저면구조체 3과 같이 형성한 1/4 구형상체 3q를 올려 설치하여 형성하고 있다. θ3은, 1/4 구형상체의 열린 각도이다.
관련 저면구조체 3은, 단일체로서 제 12 변형예로서의 저면구조체 3이나, 기본형태로서의 저면구조체 3보다도 더욱 더 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능함과 동시에, 확실히 용승류를 생성하는 것이 가능하다.
도 24 및 도 25에 표시한 제 14변형예로서의 저면 구조체 3은, 일부 잘라낸 수직원통형상체 3s의 위에, 1/4 구형상체 3q를 올려 설치하여 형성하고 있다.
그리고 일부 잘라낸 수직원통형상체 3s에는, 순류방향으로 연통하는 복수의 연통공 3t를 원주방향으로 간격을 벌려서 형성하고 있다.
관련 저면구조체 3은, 일부 잘라낸 수직원통형상체 3에 복수의 연통공 3t를 형성하고 있는 것에도 관계없이, 큰 방향조도차를 얻는 것이 가능함과 동시에, 저면구조체 3 내의 토사의 퇴적을 방지하는 것이 가능하며, 용승류도 생성하는 것이 가능하다.
도 26은, 만구 1a의 개구폭에 비하여 만내 1b까지의 내측방향이 긴 만 1에 있어서 저면구조체 3의 배치 예를 도시한 것이다.
즉, 만 1내에 해저면 2에 있어서, 만구 1a의 근방에서, 동시에 좌측역에, 구면부 3a를 만구 1a측으로 향하게 복수의 저면구조체 3을 배치함과 동시에, 만국 1a의 근방에서, 동시에 우측역에, 개구부 3b를 만구 1a측으로 향하게 복수의 저면구조체 3을 배치하고, 또한, 만내(16)의 근방에서 동시에 좌측역에, 개구부(36)을 만구(1a)측으로 향해 복수의 저면구조체(3)를 배치함과 동시에, 만내 1b의 근방에서 동시에 우측역에, 구면부 3a를 만구 1a측으로 향하게 복수의 저면구조체 3을 배치하고 있다.
이렇게 하여, 만외의 해수가 만구 1a의 좌측부에서 만내로 유입하여, 동만 1내의 만구측 반부를 반시계 방향으로 회전하여, 만구 1a의 우측부에서 외해로 유출하는 만구측 조석잔차류 T5와, 만 1 내의 만내부측 반부에 있어서는 시계방향으로 회전하는 만내측 조석잔차류 T6가 생성되도록 하고 있다.
그리고 시간이 경과함에 따라, 만구측 조석잔차류 T5와 만내측 조석잔차류 T6가 만 1내의 거의 중앙부에 있어서 접속되어, 거의 8자형의 전체 만규모의 조석잔차류 T7이 형성되도록 하고 있다.
따라서, 만내 1b의 오염물질 등도, 시간이 경과함에 따라 대형 조석잔차류 T7에 의해 만국 1a의 우측부에서 외해로의 유출시키는 것이 가능하여, 만 1내에 오염물질 등이 체류하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
도 27은, 도 26과 같은 만 1에 있어서 다른 실시예로서의 저면 구조체 21,22,23,24,25의 배치 예를 보이고 있다.
여기서, 도 28～ 도 31에 기본형태로 되는 제 1의 저면구조체 20을 표시하고 있어, 동저면구조체 20은, 사각기둥 형상으로 형성하여, 동저면구조체 20의 장방형상의 측면을 운동량 부여면 27,28로 되게 하여, 각 운동량 부여면 27,28에 부딪히는 조석류에 원하는 방향으로의 운동량을 부여하는 것이 가능하도록 하고 있다.
그리고 관련 제 1의 저면구조체 20은, 도 28에 표시하는 바와 같이, 평면상으로 보아 직각삼각형상으로 되어, 한쪽 방향의 운동량 부여면 27을 기준으로 하여 꼭지점 29의 각도 θ4를 점차 크게 형성하는 것에 의해, 변형예로서의 도 2, 도 3, 4의 저면구조체 21,22,23을 임의로 형성하는 것이 가능하도록 하여, 제 4의 저면구조체 23은, 평면상으로 보아 2등변삼각형으로 되어 있다.
또, 제 1의 저면구조체 20은, 도 30에 표시한 바와 같이, 평면상으로 보아 다른 방향의 운동량 부여면 28을 기준으로 하여, 꼭지점 29의 각도 θ4를 점차 크게 형성하는 것에 의해, 변형예로서의 제 5, 제 6, 제 7의 저면구조체 24,25,26을 형성하는 것이 가능하다.
위에서 기술한 바와 같이 구성한 제 1～ 제 7의 저면구조체 20,21,22,23,24,25,26은, 기본적으로 조석류와 교차하는 방향에 조석잔차류가 생성되도록, 동조석잔차류를 디자인하는 경우에, 디자인하는 조석잔차류가 생성되는 방향으로 운동량을 조석류에 부여하는 것이 가능하도록 배치한다.
즉, 도 27 및 도 34에 표시한 바와 같이, 만 1내의 거의 중앙부에, 평면상으로 보아 2등변삼각형상의 제 4 저면구조체 23을 배치함과 동시에, 동 제 4 저면구조체 23은, 꼭지점 29가 우측에 위치하도록 배치하여, 동시에 동꼭지점 29를 통하는 가상 대칭선 C1이 좌우방향으로 향하도록 배치한다.
그리고, 제 4 저면구조체 23에서 우측방향에 또한 만구 1a로 향하여 순차 제 3 저면구조체 22, 제 2 저면구조체 21, 제 5 저면구조체 24, 제 6 저면구조체 25를 배치한다.
또, 제 4 저면구조체 23에서 좌측방향에 또한 만구 1a에 향하여, 순차 제 3, 제 2, 제 5, 제 6 저면구조체 22, 21, 24, 25를 각각 위에서 기술한 우측에 배치한 각 저면구조체의 겉과 속을 반전시킨 상태에서 배치한다.
더구나, 위에서 기술한 제 6, 제 5, 제 2, 제 3, 제 4, 제 3, 제 2, 제 5, 제 6 저면구조체를 전술한 가상 대칭선 C1을 중심에 선대칭 위치에 배치하고, 더욱이, 이들 저면구조체를 만내부측에 180도 점대칭의 위치에 배치한다.
이와 같이 하여, 제 34 도에 표시한 바와 같이, 만조류 T1, 제 6, 제 5, 제 2, 제 3, 제 4, 제 3, 제 2, 제 5, 제 6 저면구조체 25, 24, 21, 22, 23, 22, 21, 24, 25의 각 운동량 부여면 27, 28에 부딪히면, 각 운동량 부여면 27, 28에서 만조류 T1에 새롭게 운동량성분 F1이 첨가되어, 또 같은 모양으로 간조류 T2가 각 운동량부여면 27,28에 부딪히면, 각 운동량 부여면 27,28에서 간조류 T2에 새로운 운동량 성분 F2가 첨가되어, 조석류의 1주기 평균에 의해 이들 운동량 성분 F1, F2의 벡타를 합성한 방향으로 잔차운동량을 발생하여, 동잔차운동량이 시간이 경과함에 따라 조석잔차류 T5를 생성한다. 마찬가지로 만 1내의 만내부측 반부에 배치된 제 6, 제 5, 제 2, 제 3, 제 4, 제 3, 제 2, 제 5, 제 6 저면구조체 25, 24, 21, 22, 23, 22, 21, 24, 25에 의해, 동만내부측 반부에 있어서 시계방향으로 회전하는 만내측 조석잔차류 T6가 생성된다.
그리고, 시간이 경과함에 따라, 만구측 조석잔차류 T5와 만내측 조석잔차류 T6가 만 1 내의 약 중앙부에 있어서 접속되어, 거의 8자형의 전체 만규모의 조석잔차류 T7이 형성된다.
따라서 만내부 1b의 오염물질 등도, 시간이 경과함에 따라 전체 만규모의 조석잔차류 T7에 의해 만구 1a의 우측부에서 외해로 유출시키는 것이 가능하여, 만 1내에 오염물질 등이 체류하는 것을 확실히 방지하는 것이 가능하다.
도 35는, 도 26에 표시한 저면구조체 3의 배치형태와, 도 27에 표시한 제 1～제 5 저면구조체 20, 21, 22, 23, 24의 배치형태를 조합시킨 저면구조체의 배치형태이다.
이렇게 하여, 조석류의 흐름방향의 조석잔차류와, 동조석류와 교차하는 방향의 조석잔차류를 효율 좋게 생성하는 것이 가능하다.
따라서, 만구측 조석잔차류 T5와 만내측 조석잔차류(T6)가 원활하게 동시에 확실하게 생성되어, 그 결과, 만 1내의 외해와의 해수교환을 활발히 행하는 전체 만규모의 조석잔차류 T7이 생성된다.
도 36은 다른 실시예로서의 저면구조체 30을 표시하고 있어, 동저면구조체 30은. 삼각추형상으로 형성하고, 동저면구조체 30의 삼각형상의 측면을 운동량 부여면 27, 28로 하여, 각운동량 부여면, 27,28에 부딪히는 조석류에 원하는 방향으로 운동량을 부여하는 것이 가능하도록 하고 있다.
또, 앞에서 기술한 저면 구조체 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 30은 꼭지점 29와 대향하는 측의 면을 개구시킴과 동시에, 내부에 공간을 형성하여, 각 저면구조체에 어초, 어소 기능을 부여하는 것도 가능하다.
[실시예]
[제 1실시 예]
본 발명에 관련한 해역에 있어서 조석잔차류의 생성방법에 의해서 생성되는 조석잔차류와, 동조석잔차류에 의한 오염물질 농도분포의 변화를 실제로 모델평가했다.
즉 도 37에 표시한 바와 같이, 개방경계를 가지는 평면상으로 보아 정방형의 모델 만 10에 있어서, 만내에 2개소의 오염물질 유입지점 11, 11을 설치하여, 각 오염물질 유입 지점 11,11에서 오염물질을 유입시킨 경우에, 모델 만 10내에 생기는 조석잔차류와, 동조석잔차류에 의해서 퍼진 오염물질 농도분포를 수치 해석하여 검토했다.
그리고 관련 해석에는, 평면 2차원 조류, 확산의 기초식으로서, 이하의 연속의 식, x방향의 운동방정식, y방향의 운동방정식 및 이류확산 방정식을 채용했다.
연속의 식
x방향의 운동방정식
y방향의 운동방정식
이류확산방정식
여기서 x와 y는 수평방향 좌표, t는 시각, U와 V는 x, y 방향의 수심 평균 속도, C는 수심 평균 확산물질 농도, 는 수위 상승(조위), h는 평균수심, νt 는 겉보기 와동점성계수, D는 분산계수, S는 단위면적·단위시간당의 확산물질의 유입량, q는 단위면적·단위시간당의 담수유입량, γb 2 해저마찰계수(=0.0026), g는 중력가속도, f는 코리올리의 계수이다.
또, 저면 전단응력의 평가식( 도 38을 참조), 매닝(Manning)의 식, γb 2 와 n과의 관계식을 , 이하에 기술한다.
저면전단응력의 평가식
여기서, γb 2 : 해저마찰계수, ρ: 밀도
매닝(Manning)의 식
여기서, g: 중력가속도, n : 매닝의 조도계수, R: 경심
γb 2 와 n의 관계식
이것에 의해 h= 20m의 경우에는, γb 2 =0.0026에서 n=0.0268로 되고, γb 2 =0.0049에서 n=0.0368로 된다.
또 표 1에 계산의 조건을 나타낸다.
제 39도는, 비교예로서의 사례①를 나타나고 있으며, 계산조건으로서, 전해 역 동일하게 매닝의 조도계수를 n=0.0268, 해저마찰계수를 γb 2 =0.0026로 설정하고 있다.
제 40도는, 사례②를 나타내고 있으며, 모델만 10을 좌측반분의 해역A와 우측반분의 해역 B로 구분하여, 해역 A와 해역 B에 있어서 각 순류측 조도와 역류측 조도의 매닝의 조도계수와, 해저마찰계수의 계산조건을, 표2에 표시한 바와 같이 설정하여, 해역 A·B에 상호로 반대방향의 방향조도차를 가지도록 하고 있다.
제 41도는, 사례③을 나타내고 있으며, 모델만 10을 좌측부의 해역A와 중앙부의 해역 B와 우측부의 해역 C와 만내부의 해역 D로 구분하여, 각 해역 A, B, C, D에 있어서 각 순류측 조도와 역류측 조도의 매닝의 조도계수와 해저마찰계수의 계산조건을, 표 3에 표시한 바와 같이 설정하여, 각 해역 A, B, C, D에 각각 방향조도차를 가지도록 하고 있다.
여기서 해역 D에서는, 우측에서 좌측으로 물의 흐름(U<0)을 순류방향으로 하고, 그 반대방향의 흐름(U>0)을 역류방향으로 하고 있다.
또, 사례①,②,③에 있어서, 2개소의 각 오염물질 유입지점 11,11에서 유입하는 오염물질의 유입량은 500 kg/일로 설정하고 있다.
각 사례①,②,③에 대하여, 위에서 기술한 계산조건에 기초를 두고 계산한 결과를, 이하에 기술한다.
즉, 사례①에 있어서 조류계산 결과를 도 42 및 도 43에 표시하고 있고, 도 42는 최대 간조시를 표시하고, 또한 도 43은 최대만조시를 표시하고 있다.
그리고, 도 44는, 조석잔차류의 계산결과를 표시하고 있고, 또한 도 45는, 정상상태의 오염물질 농도분포의 계산결과를 표시하고 있다.
관련 사례①에 있어서는, 도 44에 표시하는 바와 같이, 강한 조석잔차류는 거의 생성되지 않고, 도 45에 표시하는 바와 같이, 오염물질 유입지점 11,11에서 유입하는 오염물질도, 동오염물질 유입지점 11,11의 근방에 대부분이 체류하고 있는 것을 알 수 있다.
다음에, 사례 ②에 대하여, 조선잔차류의 계산결과를 도 46에 표시하고, 또, 정상상태의 오염물질 농도분포의 계산결과를 도 47에 표시한다.
관련 사례②에 있어서는, 도 46에 표시하는 바와 같이, 만구의 우측부→만내의 우측부→만내의 좌측부 →만구의 좌측부에 향해서 흐르는 거의 U자형의 조석잔차류가 생성되어 있는 것을 알 수 있다.
그리고 도 47에 표시하는 바와 같이, 오염물질 유입지점 11,11에서 유입한 오염물질은, 동오염물질 유입지점 11,11에서 해역 A와 해역 B의 만내측에 걸쳐서 저농도의 것이 분포하고 있는 것으로부터, 위에서 기술한 조석잔차류에 의해, 오염물질이 만외로 효율적으로 유출되고 있는 것을 알 수 있다.
다음에, 사례③에 대하여, 조석잔차류의 계산결과를 도 48에 표시하고, 또 정상상태의 오염 물질 농도분포의 계산결과를 도 49에 표시한다.
관련 사례③에 있어서는, 제 48도에 표시하는 바와 같이, 앞에서 기술한 사례②와 같은 모양의 조석잔차류가 생성되는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 49에 표시한 바와 같이, 오염물질 유입지점 11,11에서 유입한 오염물질은 사례 ②와 같은 모양으로 조석잔차류에 의해서, 오염물질이 만외로 유출되고 있는 것을 알 수 있다.
다음에, 사례 ①,②,③의 각각에 대하여, 해수교환의 비교를, 표 4에 표시한 조건에서 행하였다.
그리고 도 50～ 도 53에, 사례 ①에 있어서 만조시에 오염물질 농도분포의 계산 결과를, 조석운동의 만조에서 다음의 만조를 1주기로 하여, 50주기 후, 100주기후, 150주기후 및 200주기 후에 대하여 각각 나타내고 있다.
관련 사례①과 같은 모양으로, 사례②는 도 54～도 57에 나타내고 있으며, 또한 사례 ③은 도 58～ 도 61에 나타내고 있다.
도 62는, 만내의 오염물질 잔류율의 시간변화를 나타내고 있으며, 여기에서 사례 ②가 더욱 더 오염물질의 잔류율이 낮으며, 수질정화율이 우수하다는 것을 알수 있다.
[제 2 실시예]
제 2 실시예에서는, 제 1실시예에 있어서 사례 ①,② 에 대하여, 조건을 약간 변경한 사례 ①｀,②｀의 조류와 조석잔차류와 오염물질 농도분포를 계산하여, 모델평가했다.
그리고 변경한 조건은, 수심 h=10(m)를 일정으로 하여, 사례①｀의 해저마찰 계수를 γb 2 = 0.0026, Manning의 조도계수를 n=0.0239로 설정해져 있다. 또한, 사례②｀의 Manning의 조도계수와 해저마찰계수는, 표 5에 표시한 대로 설정했다.
각 사례 ①｀,②｀에 대하여, 앞에서 기술한 계산조건에 의거하여 계산한 결과를 이하에 나타낸다.
즉, 사례 ①｀에 있어서 조류계산결과를 도 63 및 도 64에 표시하고 있으며, 도 63은 최대간조시를 나타내고, 또한 도 64는 최대만조시를 나타내고 있다.
그리고 도 65는, 조석잔차류의 계산결과를 표시하고 있으며, 또한 도 66은, 정상상태의 오염물질 농도분포의 계산결과를 나타내고 있다.
관련 사례 ①｀에 있어서는, 도 65에 표시하는 바와 같이, 조석잔차류는 좌우측의 만안(灣岸)에만 겨우 생성될 뿐이며, 도 66에 표시하는 바와 같이, 오염물질 유입지점 11,11에서 유입하는 오염물질도, 동오염물질 유입지점 11,11의 근방에 대부분이 체류하고 있는 것을 알 수 있다.
다음에, 사례 ②｀에 대하여, 조석잔차류의 계산결과를 도 67에 나타내고, 또한, 정상상태의 오염물질 농도분포의 계산결과를 도 68에 나타낸다.
관련 사례 ②｀에 있어서는, 도 67에 표시하는 바와 같이, 사례 ②와 같은 모양으로 거의 U자형의 조석잔차류가 생성되고 있는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 68에 표시하는 바와 같이, 오염물질 유입지점 11,11에서 유입한 오염물질은, 동오염물질 유입지점 11,11에서 해역 A의 만내부에 걸쳐서 저농도의 것이 분포하고 있는 것으로부터, 앞에서 기술한 조석잔차류에 의해서, 오염물질이 만외에 효율적으로 유출되고 있는 것을 알 수 있다.
다음에 사례 ①｀,②｀의 각각에 대하여, 해수교환의 비교를, 제 1실시예와 같은 모양으로, 표4에 표시하는 조건에서 행하였다.
그리고, 사례 ①｀에 있어서 만조시의 오염물질 농도분포의 계산결과를 50주기 후, 100주기후, 150주기 후, 및 200 주기 후 마다 각각 도 69 ～ 도 72에 나타낸다.
관련 사례 ①｀과 같은 모양으로, 사례 ②｀에 대하여서는 도 73～ 도 76에 나타낸다.
도 77은, 만내의 오염물질 잔류율의 시간변화를 나타내고 있으며, 여기에서, 사례 ②｀의 경우, 오염물질의 잔류율을 거의 0로 하는 것이 가능하여, 수질정화효율이 매우 양호하다는 것을 알 수 있다.
[제 3 실시예]
제 3 실시예에서는, 도 78에 표시하는 바와 같이, 개방경계를 외해까지 확장해서 설정하여, 표6에 표시하는 조건에서 수치해석했다.
도 79는, 사례③｀을 표시하고 있으며, 동 사례③｀에서는, 모델만 10을 만구측과 만내측으로 2등분하여, 또한, 만구측의 좌측반부의 해역 A와, 만구측의 우측반부의 해역 B, 만내측의 해역 C로 구분하고 있다.
제 80도는, 사례 ④｀를 표시하고 있으며, 동사례④｀에서는 모델만 10을 만구근방측(만구에서 만내까지의 1/4의 폭)과 만내측으로 2등분하여, 또한 만구근방측의 좌측의 해역 A와, 만구근방측의 우측의 해역 B, 만내측의 해역 C로 구분하고 있다.
도 81은, 사례 ⑤'를 나타내고 있으며, 동사례 ⑤'에서는, 사례 ③'에 있어서 해역 A의 좌측반부를 해역 C로 하며, 또한 해역 B의 우측반부를 해역 C로 하고있다.
그리고 앞에서 기술한 사례 ③,④,⑤의 Manning의 조도계수와 해저마찰계수는 도 7에 표시된 대로 설정했다. 다음의 각 사례 ①',②',③',④',⑤'에 의거하여 계산한 결과를 이하에 표시한다.
즉, 도 82~도 86은, 각 사례 ①'~⑤'의 조석잔차류의 계산결과를 나타내고 있다.
이것으로부터 사례 ②'~⑤'의 조석잔차류는, 거의 같은 모양의 형태에서 생성되는 것을 알 수 있다.
그리고 만내와 외해와의 해수교환의 정도를 알아보기 위하여, 초기시각에, 만내에 일정한 농도(C=10.Omg/1)를 주어서, 사례 ①',②',③'의 경우에 대하여 만내에 잔류한 오염물질의 농도분포를 계산하여, 그 결과를 50주기후, 100주기후, 150주기후, 및 200주기후 마다 도 87~도98도에 나타내고 있다.
도 99는, 각 주기에 만내에 잔류하고 있는 전 오염물질량의 초기시각에 있어서 만내 전물질량에 대한 비, 즉 잔류율의 시각변화에 대하여 알아 본 결과를 나타내고 있다.
이것으로부터, 사례 ②'와 사례 ③'에 대하여서는, 거의 같은 해수교환 능력을 가지고 있는 것으로 생각되어진다.
즉, 조도를 가지는 저면구조체 3의 배치의 방법에 의해서, 적은 조도에서 효율 좋게 조석잔차류를 생성하는 것이 가능하다는 것이 시사되고 있다.
[제 4 실시예]
제 4 실시예에서는 도 100도에 도시하는 바와 같이, 만구 1a의 좌측반부에 방파제 12가 구축된 모델만 10내에 생기는 기존의 조석잔차류의 패턴을, 방향특성을 가지는 저면구조체 3의 배치에 의해서 변하는 것이 가능한지 어떤지를 수치 해석하여 검토했다. 더욱이, 계산조건이나 경계조건은 앞에서 기술한 제3실시예에 있어서 표 6에 나타낸 조건과 동일하다.
도 101은, 비교예로서의 사례(1)를 나타내고 있으며, 동사례(1)에서는, 모델만 10을 좌측반분의 해역 A와 우측반분의 해역 B로 구분하고 있다.
도 102도는 사례(2)를 표시하고 있으며, 동사례(2)에서는 모델만 10내의 우측 1/4를 해역 A로 하는 것과 동시에, 좌측 3/4를 해역 B로 하여 구분하고 있다.
도 103도는, 사례(3)을 표시하고 있으며, 동사례(3)에서는, 모델만 10내의 우측반부에서, 또한 만구측반부의 1/4의 구획을 좌우로 2분할하여 그 우측반부를 해역 A로 함과 동시에, 좌측반부를 해역 B로 하여 구분하고, 이들 해역 A,B 이외의 해역을 저면구조체 3을 배치하지 않는 해역 C로 하고 있다.
도 104는, 사례(4)를 표시하고 있으며, 동사례(4)에서는 상기 사례(3)의 해역 A,B의 만내측반부를 해역 C로 하고 있다.
그리고 앞에서 기술한 사례(1)~(4)에 있어서, 화살표의 방향을 순류방향으로하여, 도 100의 y축의 정방향성분에 대하여, 해저마찰계수 γb 2 = 0.0026을 부여함과 동시에, 부방향성분에 관하여, γb 2 = 0.0053을 부여했다. 단 사례(4)에 대하여서는, 역류에 대하여는 조도계수차를 2배로 하여, γb 2 = 0.0088(n=0.044)을 부여했다.
또, 사례(0)으로 하여, 모델만 10내에 해저구조체 3을 배치하지 않은 경우를 설정했다.
다음에, 각 사례(0),(1),(2),(3),(4)에 대하여 앞에서 기술한 계산조건에 의거하여 계산한 결과를 이하에 기술한다.
즉, 도 105 ~ 도 114는 각 사례(0)~(4)에 있어서 1주기분의 조석류의 계산 결과를 평균으로 하는 것에 의해서 얻어진 조석잔차류와 그 유선(流線)의 계산결과를 나타내고 있다.
이것으로부터, 사례(0)에서 만스케일의 순환류가 형성되며, 사례(1)에서는 사례(0)에서 만내에 기존에 존재하고 있던 만스케일의 순환류가 강화되며, 사례(2)~(4)에서는 외해에 발달한 순환류가 만내부에까지 침입하고 있는 것을 알 수 있다.
이것은, 저면구조체 3의 배치를 강구함과 동시에, 방향조도차가 큰 저면구조체 3를 배치하는 것에 의해서, 조석잔차류를 보다 효율좋게 제어하는 것이 가능한 것을 시사하고 있다.
또, 사례(1)과 같이, 만내의 순환류를 강화할 뿐만 아니라, 사례(2)~(4)와 같이, 만구부근의 외해의 순환류를 변환시켜서 만내에 침입시키는 것에 의해서, 외해의 순환류와 만내의 순환류를 혼합시키는 것이 가능하여, 외해와의 해수교환을 보다 활발화시키는 것이 가능하다.
다음에, 저면구조체에 의한 조석잔차류의 제어가 해수교환에 미치는 영향에 대하여 알아보기 위하여, 만내에 표식입자를 배치하여 입자추적계산 (Euler-Lagrange법)을 행했다.
이 경우, 각 시각에 있어서, 입자의 위치벡터는, 다음 식에 의해 계산했다.
여기서,
X(t),U(X(t),t)는 각 시각의 입자의 위치벡터와 그 위치에 있어서 유속벡타.
그리고, 앞에서 기술한 각 사례(0)~(4)에 대하여 얻어진 1주기분의 유속데이타를 기준으로, 표식입자의 이동을 계산했다. 계산시간 간격은, 입자의 이동거리가 1 매쉬 이상이 되지 않도록 Δt=150초로 설정했다. 경계부근의 처리는, 벽면에서 입자는 완전반사하며, 개방경계에서 유출한 입자는 다시 계산영역내에 돌아오지않는 것으로 했다. 더욱이 난류확산 이류분산에 의한 효과는 금회의 계산에는 취급해 넣지 않았다.
해수교환율을 평가하는 경계선은, 도 100에 표시하는 만구부의 라인 a'-b'로하여, 표식입자를 라인에서 만내측 전면에 1매쉬(500m×500m)당 25개, 계 10,000개를 배치하여, 간조최강시에서 시작하는 1조석간에 걸쳐서 각 입자의 궤적을 계산했다.
그리고 조석의 1주기간에 경계선보다도 외측으로 나간 입자가 대표하는 만내수의 체적이 최대로 되는 때(통상은 최간조시부근)의 체적을 Vmax로 하여, 1주기후의 간조 최강시에 라인외측에 남아 있는 입자가 대표하는 체적을 Vres로 하여, 해수교환율을 다음의 식에서 정의하고 있다.
본 실시예에서는, 이 해수교환율 EX에 의해 저면조도(底面粗度)의 효과를 평가했다.
입자추적 계산결과의 하나의 예로서, 사례(0)~(4)의 Vmax와 Vres가 얻어진 시각의 만구부 부근의 입자의 분포를 도 115도~도 124도에 나타낸다. 또, 각 사례(0)~(4)에 있어서 얻어진 Vmax, Vres 해수교환율 EX의 값을 표 8에 나타낸다.
이 결과에 의하면, 사례(4)가 더욱 더 해수교환이 활발화되어 있고, 저면구조체를 설치하지 않은 경우(사례(0))의 약 2배의 교환율이 얻어지고 있다. 사례(4)는, 저면구조체를 배치한 면적은 더욱더 작지만, 조도차를 다른 사례(1)~(3)보다 크게 설정한 것에 의해, 해수교환을 크게 하기에는 만구부근에 국소적으로 강한 조도차를 부여하여 과도한 발생을 촉진시키는 것이 중요한 것으로 추정 가능하다.
다음에, 만내수의 장기적인 교환능력에 대하여 비교하기 위하여, 입자추적계산을 60주기(약 1개월)에 걸쳐서 행하였다. 초기시각에서 15주기후와 60주기후의 최대간조시의 입자의 분포를 사례(0)~(4)에 대하여 제125도~제134도에 표시한다.
또, 초기시각에 만내에 배치된 전입자중에서, 각 주기의 최후의 시각(최대간조시)에 만내에 존재하고 있는 입자잔존율의 경과변화를 제135도에 나타낸다.
이들 결과를 비교하면, 비교적 초기의 단계에서 해수교환율이 큰 사례(4)가 만내수를 외해로 유출시키는 능력이 큰 것을 알 수 있지만, 10주기를 지나면 외해로의 유출이 작아지고 있다. 20주기 정도부터는 오히려 사례(2)의 편이 잔존율이 내려가고 있어, 장기간에 걸친 교환능력은 더욱더 우수하다고 하는 결과로 되었다.
또, 사례(2)가 만구에서 만내까지 조도를 배치하고 있던 것에 대하여, 사례(4)가 만구부 부근에만 강한 저항차를 부여하고 있는 것을 생각하면, 폐쇄성 해역의 해수교환의 촉진에는, 만구부의 해수교환능력의 상승과 만전체에 걸친 스케일의 순환류에 의해서 만내부의 해수를 만구 부근으로 운반하는 기능의 2가지가 필요하다는 것을 알 수 있다.
[제5실시예]
제5실시에에서는, 앞에서 기술한 기본형태로서의 저면구조체 제3 및 제8~제14 변형예로서의 저면구조체 3에 대하여, 실내실험에 의해서 순류방향과 역류방향의 저항특성의 검토를 행하였다.
본 실험에서는, 순류방향과 역류방향의 저항차를 더욱더 크게 되도록 개체저면구조체의 최적형상을 알아보기 위하여, 제136도에 표시하는 실험장치 M을 이용하여 각 저면구조체에 작용하는 효력을 측정했다.
먼저, 실험장치 M에 대하여 설명하면, 동실험장치 M은, 제136도~제138도에 표시하는 바와 같이, 수로형성체(水路形成體)(40)의 상류측에 정수판 41을 설치하고, 중앙부에 항력측정장치 42를 설치하며, 하류측에 가동언(可動堰) 43을 설치하여, 동수로 형성체 40의 상류측 직상방위치에 급수부 44를 배설하여 구성하고 있다.
그리고, 수로형성체 40은 중도부에 수로바닥 40a와 좌우내측벽 40b,40b를 설치하여 내외측 2중구조로 되어 있다.
또, 항력측정장치 42는, 수로바닥 40a의 중앙부에 형성한 개구부 45중에 조도설치판 46을 배치함과 동시에 동조도설치판 46을 3장의 인청동판 47,47,47에 의해 상류측 2점, 하류측 1점의 3점에서 지지하고, 하류측의 인청동판 47에 왜곡게이지 48을 첨설하고 있다.
제136도-제138도에 있어서, L1=6000mm, L2=1800mm, L3=3000mm, L4=1200mm, L5=1700mm, L6=200mm, L7=1100mm, H1=100mm, H2=385mm, H3=15mm, H4=80mm, W1=424mm, W2=38mm, W3=38mm, W4=250mm, W5=2mm, W6=2mm, t2=1mm, t3=2mm, t4=2mm 이다.
이렇게 하여, 항력은 조도설치판 46에 작용하는 힘에 의해 생기는 인청동판 46의 변형을 왜곡게이지 48에 의해 읽어 들여, 실험후에 행하는 검정에서 얻어지는 검정곡선에 의해 환산하여 구했다. 더욱이 조도설치판 46은 조도로서의 저면구조체 3를 설치한 때에, 상면이 수로바닥 40a의 상면과 같아지도록 조절한다.
다음에, 실험방법에 대하여 설명하면, 본 실험에서는 조도로서의 저면구조체 3을 조도설치판 46위에 고정한 상태에서, 순류방향(첨자 f로 표시)과 역류방향(첨자 b로 표시)에 대하여, 각각 조도설치판 46에 작용하는 전항력(Df,Db)을 측정하여, 그후, 저면구조체를 떼어낸 상태에서 조도설치판 46에 작용하는 저면마찰력(Ff,Fb)을 측정하여, 그 값을 빼는 것에 의해서, 각 저면구조체에 작용하는 항력(τf=Df-Ff,τb=Db-Fb)을 구했다.
또, 수심 h는, 조도설치판 46의 전후 1m의 2개소에서 사보식 수위계(도면에는 표시하지 않음)을 이용하여 측정하고, 양측정치의 평균치에 의해 구했다. 유량 Q는 유량바케스(도면에는 표시하지 않음)에 의해 측정했다.
이상의 요령으로 측정한 τ,h,Q를 이용하여, 다음 식에 의해 각 저면구조체의 항력계수 C d를 구했다.
여기서, τ는 조도의 항력, ρ는 물의 밀도, A는 조도의 흐름방향으로의 투영면적, U는 단면평균유속(=Q/hB, B=42.4cm)이다.
그리고, 실험조건은 , 표 9에 나타내는 대로이다.
여기서, 조도 NO. 1은, 제139도 및 제140도에 표시하는 1/4구형상의 저면구조체 3, 조도 NO.2는, 제12도 및 제13도에 표시하는 제8변형예로서의 저면구조체, 조도 NO.3는, 제14도 및 제15도에 표시하는 제9변형예로서의 저면구조체, 조도 NO.4는, 제16도 및 제17도에 표시하는 제10변형예로서의 저면구조체, 조도 NO. 5는, 제18도 및 제19도에 표시하는 제11변형예로서의 저면구조체, 조도 NO. 6은, 제20도 및 제21도에 표시하는 제12변형예로서의 저면구조체, 조도 NO.7은, 제22도 및 제23도에 표시하는 제13변형예로서의 저면구조체, 조도 NO.8은, 제24도 및 제25도에 표시하는 제14변형예로서의 저면구조체이다.
그리고, 제140도에 있어서, θ1은, 저면구조체 3의 수로바닥 40a에서 개구면적까지의 각도, θ2는 동저면구조체 3의 구면의 열린각이다.
또, 조도 NO.1~NO.8의 조도높이 k, 조도반경 r, 두께 t, 조도폭 b, 각도 θ, 간격 1의 구체적 수치는, 표 10에 표시하는 대로이다.
또, 방향조도차로서의 항력계수차 ΔCd는 순류방향의 항력계수 Cdf를 역류방향의 항력계수 Cdb에서 뺀 값으로서 얻는 것이 가능하며, 같은 항력계수차 ΔCd의 경우에는 순류방향의 항력계수가 작은 편이 유리하다고 말할 수 있다.
그래서, 저면구조체의 종합평가로서, 다음의 식에 나타나는 항력계수차 ΔCd와 순류방향의 항력계수 Cdf와의 비 a에 의해 효율을 비교했다.
각 조도 NO.1~NO.8의 항력계수차 ΔCd를 제141도~제143도에 나타내고, 를 제144도~제146도에 표시한다.
이것으로부터, 조도 NO.7, NO.8은 항력계수차 ΔC2에 관해서 크게 값을 취하고, 조도 NO.8은 에 관하여도 큰 값을 취하고 있다.
이상에서 조도 NO.7과 조도 NO.8의 저면구조체가 더욱더 효과적이라고 생각할 수 있다.
또 조도 NO.1이나 조도 NO.3과 같은 단순한 형상의 저면구조체 3에서도 비교적 큰 ΔCd, 의 값을 취하고 있는 것을 알았다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
① 본 발명에서는, 해역에 있어서 해저면에 조석류를 제어하기 위한 저면구조체를 복수배치하여, 조석잔차류를 생성하도록 하고 있기 때문에, 페쇄성해역의 유료(流路)의 폭에 관계없이, 외해와 연결되는 조석잔차류를 생성하는 것이 가능하며, 관련 조석잔차류에 의해 해수의 교환을 활발화시켜서, 폐쇄성해역을 개방성해역과 동등히 하는 것이 가능하다.
더구나 조석잔차류의 흐르는 방향은 조석류를 제어하기 위해 저면구조체의 배설위치와 크기를 설정하는 것에 의해 자유롭게 또한, 임의의 방향으로 설정하는 것이 가능하고, 폐쇄성해역이던 장소에 새로운 흐름을 만들어 폐쇄성 해역을 개방성해역과 동등하게 하는 것이 가능하다.
따라서 관련 해역내에 하천이나 배수로 등에서 오탁, 오염된 물 등이 유입한 경우에도, 관련 오탁, 오염된 물 등은 외해역에 유출되어 체류하는 일이 적어지게되어, 시간이 경과함에 따라 폐쇄성이던 장소의 수질을 정화하는 것이 가능함과 동시에, 수질오탁을 방지하는 것이 가능하다.
더욱이 해저면에 배치하는 저면구조체에 의해서 용승류가 생성되기 때문에 성층을 파괴하는 것이 가능함과 동시에, 성층화 현상의 발생을 억제하는 것이 가능하여 영양분이 풍부한 심층수를 수면근방의 빈영양 수역층에 공급하는 한편, 용존산소가 풍부한 수면근방의 표층수를, 무산소 또는 저산소 상태의 심층에 공급하는 것이 가능하여 안정된 플랑크톤 증식 시스템을 구축하는 것이 가능하여, 안정된 어장의 형성이나, 해양의 환경보전에 이바지하는 것이 가능하다.
또, 저면구조체의 표면을 조류 등의 해초류가 붙기 쉬운 재질이나 형상으로 하는 것에 의해, 조장(藻場)을 육성하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에서는, 연안역의 새로운 수환경을 만드는 것이 가능하다.
② 본 발명에서 저면구조체는 조도를 가지는 것이기 때문에, 구조간이로 하여 상기 ①의 효과를 얻는 것이 가능하다.
③ 본 발명에서는, 저면구조체는 순류방향의 조석류에 대한 순류방향측 조도와, 역류방향의 조석류에 대한 역류측 조도와의 사이에 생기는 방향조도차를 가지는 것이기 때문에, 원하는 조석잔차류를 생성하는 것이 가능하며, 상기 ①의 효과를 효율 좋게 얻는 것이 가능하다.
④ 본 발명에서는, 저면구조체는, 조석류에 원하는 방향으로 운동량을 부여하는 운동량 부여면을 가지는 것이기 때문에, 동운동량 부여면에 조석잔차류가 부딪히면, 동운동량 부여면에서 조석류에 새롭게 운동량 성분이 추가되어, 조석류의 1주기평균에 의해 운동량 성분의 벡타를 합성한 방향으로 잔차운동량이 발생하여, 동잔차운동량이 시간이 경과함에 따라 조석잔차류를 생성한다.
따라서, 관련 저면구조체는, 조석류의 흐름방향과 교차하는 방향에 맞추어 배치하는 것에 의해, 곡선적인 새로운 조석잔차류를 확실히 생성하는 것이 가능하다.
⑤ 본 발명에서는, 해역에 있어서 해저면에, 앞에서 기술한 ③의 방향조도차를 가지는 저면구조체를, 조석류의 흐름방향에 맞추어 배치함과 동시에, 앞에서 기술한 ④의 운동량 부여면을 가지는 저면구조체를, 조석류의 흐름방향과 교차하는 방향에 맞추어 배치하여 곡선적인 흐름의 패턴을 가진 새로운 조석잔차류를 생성하도록 하고 있기 때문에, 만내에 원하는 조석잔차류를 효율 좋게 생성하는 것이 가능하여, 만내에 오염물질 등이 체류하는 것을 확실히 방지하는 것이 가능하다.
⑥ 본 발명에서는, 저면구조체는, 어초(魚礁), 어소(魚巢) 기능을 가지는 것이기 때문에, 상기 ①의 효과에 첨가하여, 새로이 개방성 해역과 동등하게 된 장소에, 양식장을 형성하는 것이 가능하다.
표 1
표 2
표 3
표 4
표 5
표 6
표 7
표 8 Vmax, Vres, EX 의 값
표 9
표 10
본 발명은, 해역에 있어서 해저면에, 조석류를 제어하기 위한 저면구조체를 복수배치하여, 조석잔차류를 생성하는 것을 특징으로 하는 해역에 있어서 조석잔차류의 생성방법에 관한 것이다.
또, 본 발명은, 저면구조체가 조도(roughness)를 가진다는 것, 저면구조체가, 순류방향의 조석류에 대한 순류측 조도와, 역류방향의 조석류에 대한 역류측 조도와의 사이에 생기는 방향조도차(difference in directional roughness)를 가진다는 것, 저면구조체는, 조석류에 원하는 방향으로의 운동량을 부여하는 운동량 부여면(momentum-adding surface)을 가진다는 것, 해역에 있어서 해저면에, 앞에서 기술한 방향조도차를 가지는 저면구조체를, 조석류의 흐름의 방향에 따라 배치함과 동시에 앞에서 기술한 운동량 부여면을 가지는 저면구조체를, 조석류의 흐름방향과 교차하는 방향에 따라 배치하고, 곡선적인 흐름의 패턴을 가진 새로운 조석 잔차류를 생성하는 것, 및 저면구조체가 어초(魚礁)·어소(魚巢) 기능을 가진다는 것에도 특징을 가진다.

Claims (6)

  1. 해양으로 통하는 개구(opening), 상기 개구에 대향하는 만내(rear bay side), 상기 개구에 근접하는 만구(front bay area) 및 제 1 및 제 2 만 측면 구역(first and second side bay areas)을 구비하고, 해수를 교환하기 위해 상기 폐쇄성 해역의 외해로부터 상당한 양의 담수가 유입되지 않는 부분적으로 폐쇄된 해역내에서 조석잔류차를 생성하는 방법으로서, 상기 방법이
    각각 순류측(forward current side)과 역류측(rearward current side)을 갖는 복수의 저면구조체들을 제공하는 단계로서, 상기 순류측이 순류측에 부딪치는 조석류에 대한 저항성을 제공하는 순류측 조도(forward current roughness)를 제공하는 구성을 갖고, 상기 역류측이 역류측에 부딪치는 조석류에 대한 저항성을 제공하는 역류측 조도(rearward current roughness)를 제공하는 구성을 가지며, 조석류에서 상기 순류측으로부터 상기 역류측으로 신연하는 순수 흐름 방향 (net flow direction) 상의 순방향 흐름 (net directional flow)을 생성할 수 있도록 상기 역류측 조도가 순류측 조도 보다 큰 저항성을 제공하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 만 측면 구역의 적어도 하나에 제 1 해저역(bottom area)을 한정하는 단계,
    상기 제 1 및 제 2 만 측면 구역의 다른 하나에 제 2 해저역을 한정하는 단계;
    상기 순 흐름 방향이 상기 조석류의 간조 방향(ebbing tide direction)에 대치하는 방향이 되도록 상기 제 1 해저역에 복수의 상기 저면 구조체 구성원들의 제 1 그룹을 배치하는 단계;
    상기 순 흐름 방향이 상기 조석류의 용승류 방향(rising tide direction)에 대치하는 방향이 되도록 상기 제 1 해저역에 복수의 상기 저면 구조체 구성원들의 제 2 그룹을 배치하는 단계를 포함하고; 및
    그에 의해 상기 제 1 그룹 및 제 2 그룹이 서로 상호작용하여 제 1 그룹은 용승류에 대해서보다 간조류에 대해서 더 큰 저항성을 제공하고 제 2 그룹은 간조류에 대해서보다 용승류에 대해서 더 큰 저항성을 제공하여 상기 개구를 통한 해수교환을 촉진하는 환류가 생성됨에 따라 상기 부분적으로 폐쇄된 해역 내에서 환류형태로 조석잔차류를 생성하는 폐쇄성 해역 내에서의 조석잔류차 생성방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방법이 곡선적인 흐름의 패턴을 가진 조석 잔차류를 생성하기 위해 상기 순 흐름 방향이 상기 간조 방향(ebbing tide direction) 및 용승류 방향에 직교하도록 상기 부분적으로 폐쇄된 해역의 다른 해저역에 상기 저면구조체 구성원들의 제 3 그룹을 배치하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 방법이 상기 저면구조체 구성원들의 적어도 일부를 어초로 기능하는 조석 피난 공간(tide sheltered volume)을 제공하도록 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 방법이 상기 부분적으로 폐쇄된 해역내의 상기 만내의 제 3 해저역에 상기 저면구조체 구성원들의 제 3 그룹을 배치하는 단계 및 조석 잔차류를 곡선적인 흐름의 패턴으로 생성하기 위해 상기 제 3 그룹의 순 흐름 방향을 상기 간조 방향(ebbing tide direction) 및 용승류 방향에 직교하도록 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 해양으로 통하는 개구(opening), 상기 개구에 대향하는 만내(rear bay area), 상기 개구에 근접하는 만구(front bay area) 및 제 1 및 제 2 만 측면 구역(first and second side bay areas)을 구비하고, 해수를 교환하기 위해 상기 폐쇄성 해역의 해외로부터 상당한 양의 담수가 유입되지 않는 부분적으로 폐쇄된 해역내에서 조석잔류차를 생성하는 방법으로서, 상기 방법이
    각각 순류측(forward current side), 역류측(rearward current side) 및 운동량 부여면 구조를 가지며, 조석류에서 상기 순류측으로부터 상기 역류측으로 신연하는 순 흐름 방향 (net flow direction) 상의 순방향 흐름 (net directional flow)을 생성하기 위해 상기 순류측에 부딪치는 조석류에 대한 저항성을 제공하는, 상기 역류측에 먼저 부딪치는 역류에 대한 저항성 보다 큰 순류측 조도(forward current roughness)를 제공하는 복수의 저면구조체를 제공하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 만 측면 구역들 중 적어도 하나에 제 1 해저역(bottom area)을 한정하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 만 측면 구역의 다른 하나에 제 2 해저역을 한정하는 단계;
    상기 순 흐름 방향이 상기 조석류의 간조 방향(ebbing tide direction)에 대치하는 방향이 되도록 상기 제 1 해저역에 복수의 상기 저면 구조체 구성원들의 제 1 그룹을 배치하는 단계:
    상기 순 흐름 방향이 상기 조석류의 용승류 방향(rising tide direction)에 대치하는 방향이 되도록 상기 제 1 해저역에 복수의 상기 저면 구조체 구성원들의 제 2 그룹을 배치하는 단계를 포함하고; 및
    그에 의해 상기 제 1 그룹 및 제 2 그룹이 서로 상호작용하여 제 1 그룹은 용승류에 대해서 보다 간조류에 대해서 더 큰 저항성을 제공하고 제 2 그룹은 간조류에 대해서 보다 용승류에 대해서 더 큰 저항성을 제공하여 상기 개구를 통한 해수 교환을 촉진하는 환류가 생성됨에 따라 상기 부분적으로 폐쇄된 해역 내에서 환류 형태로 조석잔차류를 생성하는 폐쇄성 해역 내에서의 조석잔류차 생성방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 방법이 상기 부분적으로 폐쇄된 해역의 만내의 제 3 해저역에 상기 저면 구조체 구성원들의 제 3 그룹을 배치하는 단계 및 조석 잔차류를 곡선적인 흐름의 패턴으로 생성하기 위해 상기 제 3 그룹의 순 흐름 방향을 상기 간조 방향(ebbing tide direction) 및 용승류 방향에 직교하도록 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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