KR101479173B1 - 반잠수 수중익형 부방파제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수면에 부유상태로 계류되어 파랑을 반사 또는 소파(消波)하는 부방파제(浮防波堤)에 관한 것으로, 다수의 선체형(船體形) 부체(20) 사이에 만곡판(10), 저판(12) 및 후면판(17)으로 구성된 일종의 수중익(水中翼)을 설치함으로써, 외해에서 입사되는 파랑이 만곡판(10) 상면을 따라 진행하면서 쇄파(碎波)되어 에너지가 감쇄될 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 부방파제의 방파효율을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 특히 종래 부방파제의 고질적인 문제점이었던 부방파제 요동으로 인한 불요(不要) 조파(造波) 현상을 근본적으로 방지할 수 있다.

Description

반잠수 수중익형 부방파제{FLOATING BREAKWATER WIHT SEMI-SUBMERGED WING}
본 발명은 수면에 부유상태로 계류되어 파랑을 반사 또는 소파(消波)하는 부방파제(浮防波堤)에 관한 것으로, 다수의 선체형(船體形) 부체(20) 사이에 만곡판(10), 저판(12) 및 후면판(17)으로 구성된 일종의 수중익(水中翼)을 설치함으로써, 외해에서 입사되는 파랑이 만곡판(10) 상면을 따라 진행하면서 쇄파(碎波)되어 에너지가 감쇄될 수 있도록 한 것이다.
부방파제는 그 사전적 의미에서와 같이 수면에 부유(浮遊)하는 방파제로서, 케이슨(caisson) 침설식 방파제, 토석제(土石堤) 형식 방파제 등의 착저식 방파제와 대별된다.
부방파제는 착저식 방파제에 비하여 신속하고 간편한 시공이 가능할 뿐 아니라, 부방파제 하부 수역이 개방되어 항내외 해수의 유통을 보장하고 해양 생태 환경을 보전하는 등의 장점이 있으나, 방파효과가 상대적으로 낮고 부방파제의 요동으로 인한 항내측 2차 조파 현상이 발생될 뿐 아니라, 계류삭(91)의 파단시 부방파제가 표류하여 선박과 충돌하는 등의 사고가 발생되는 문제점이 있다.
부방파제는 통상의 부선(艀船) 또는 폰툰(pontoon)과 같이 중공(中空)의 부체(浮體) 형태로 제작되어 설치 지점으로 예인된 후 중량추 또는 앵커 등의 해저 고정 구조물과 계류삭(91)으로 연결되어 계류되는 방식으로 구축되며, 이러한 계류식 부방파제 관련 종래기술로서 공개특허 제2004-100524호를 들 수 있다.
공개특허 제2004-100524호를 비롯한 종래 부방파제의 기본 구조는 계류된 장방형 부체로서, 파랑의 진행방향에 직교하는 방향으로 배치되어 외해에서 입사하는 파랑을 반사 및 소파하게 된다.
즉, 도 1에서와 같이, 외해에서 입사하는 파랑이 부방파제의 외해측 표면에서 반사되거나, 부방파제의 측면에 형성된 소파격실(92) 및 소파격실(92)에 절개 형성된 슬릿(slit)(93)에 의하여 간섭 소파됨으로써 파랑의 투과가 억제되고 부방파제 배후 항내 수역의 정온도(靜穩度)가 확보되는 것이다.
그러나, 전술한 바와 같이, 종래의 부방파제는 고정 구조물이 아닌 부유, 유동 구조물로서, 방파효과에 한계가 있을 수 밖에 없었다.
부방파제의 방파 작용에 있어서, 전술한 입사파의 반사 또는 간섭 소파 공히 부방파제의 정지상태가 유지될 경우 충분한 효과를 나타낼 수 있는데, 부유상태의 부방파제에 있어서 완전한 정지상태는 실질적으로 기대하기 어려우므로, 입사파의 파압으로 인하여 부방파제가 요동하게 되고, 이러한 요동은 반사 및 간섭 효과를 저감할 수 밖에 없는 것이다.
특히, 요동하는 부방파제는 도 1에서와 같이, 부방파제 배후 항내 수역으로 파랑을 생성하는 2차 조파(造波) 현상을 유발하여 항내 정온도를 심각하게 저해할 수 있을 뿐 아니라, 과도한 부방파제의 요동으로 인하여 계류삭(91)이 파단될 경우 선박과의 충돌 등 심각한 사고가 유발될 수도 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 계류식 부방파제에 있어서, 외해측에서 항내측으로 표고가 높아지는 완만한 곡선 경사면이 형성된 만곡판(10)과, 만곡판(10)의 항내측 단부에 하방으로 접합된 후면판(17)과, 만곡판(10)의 외해측 선단과 후면판(17)의 하단에 양단이 접합되어 만곡판(10) 하부를 폐합하는 저판(12)이 다수의 부체(20) 사이에 설치되어 부유되되, 흘수선이 만곡판(10) 표면 내에 형성되어, 외해에서 입사되는 파랑이 만곡판(10) 상면을 따라 진행하면서 쇄파(碎波)됨을 특징으로 하는 반잠수 수중익형 부방파제이다.
또한, 상기 저판(12)의 저면에는 하방으로 돌출된 돌출판(13)이 파랑의 진행방향과 직교하는 방향으로 설치됨을 특징으로 하는 반잠수 수중익형 부방파제이자, 상기 부체(20)는 중공(中空)의 선체형(船體形) 부체(20)로서, 각각 전방격판(23) 및 후방격판(24)에 의하여 분할된 전방격실(21) 및 후방격실(22)이 부체(20) 내부에 형성되고, 전방격실(21) 및 후방격실(22)에는 유입밸브(32)에 의하여 개폐되는 유입구(31)와, 전방격실(21) 및 후방격실(22) 내부와 부체(20) 외부를 연통하는 급기관(33) 및 배수관(34)이 설치되되, 배수관(34)의 하단은 전방격실(21) 및 후방격실(22) 내부 저면에 근접하여, 전방격실(21) 및 후방격실(22)의 유입밸브(32)를 개방하면 해수가 유입되고, 급기관(33)으로 압축공기를 압송하면 배수관(34)으로 해수가 배출됨을 특징으로 하는 반잠수 수중익형 부방파제이다.
본 발명을 통하여, 부방파제의 방파효율을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 특히 종래 부방파제의 고질적인 문제점이었던 부방파제 요동으로 인한 불요(不要) 조파(造波) 현상을 근본적으로 방지할 수 있다.
또한, 부방파제에 직접 작용하는 파압을 저감함으로써, 계류 안정성을 제고하고, 계류삭(繫留索)(91) 파단으로 인한 부방파제의 표류 및 파손을 방지함은 물론 선박 충돌 등 2차 사고의 발생 또한 차단하는 효과를 얻을 수 있다.
특히, 종래 부방파제에 비하여 부방파제 하부의 개방 수역을 최대한 확보함으로써, 항내외 해수의 유통을 보장하고 해양 생태 환경을 보전하는 부방파제의 본연의 목적을 최대한 달성할 수 있다.
도 1은 종래 부방파제의 사용상태 예시도
도 2는 본 발명의 사시도
도 3은 본 발명의 부분절단 사시도
도 4는 본 발명의 발췌 저면 사시도
도 5는 본 발명의 사용상태 대표 단면도
도 6은 본 발명의 돌출판 작용 설명도
도 7은 본 발명의 부체 발췌 사시도
도 8은 본 발명의 부체 발췌 부분절단 사시도
도 9는 본 발명의 부체 운용방식 설명도
본 발명의 상세한 구성 및 원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 2는 본 발명 부방파제의 외관을 도시한 사시도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 다수의 선체형(船體形) 부체(20) 사이에 전방측 즉, 외해측 단부가 예리하게 형성되고 상면에 완만한 곡면이 형성된 일종의 수중익(水中翼)이 설치되어 구성된다.
즉, 본 발명은 도 3에서와 같이, 외해측에서 항내측으로 표고가 점차 높아지는 완만한 곡선 경사면이 형성된 만곡판(10)과, 만곡판(10)의 항내측 단부에 하방으로 접합된 후면판(17)과, 만곡판(10)의 외해측 선단과 후면판(17)의 하단에 양단이 접합되어 만곡판(10) 하부를 폐합하는 저판(12)이 다수의 선체형 부체(20) 사이에 설치되어 해상에 부유상태로 구축된다.
또한, 도 4에서와 같이, 저판(12)의 저면에는 하방으로 돌출된 돌출판(13)이 파랑의 진행방향과 직교하는 방향으로 설치된다.
이러한 본 발명의 부방파제는 도 5에서와 같이, 흘수선(吃水線)이 만곡판(10) 표면 내에 형성될 수 있도록 즉, 만곡판(10)의 하단은 수면 하부에 위치하고 만곡판(10)의 상단은 수면 상부에 위치되는 반잠수(半潛水) 상태를 유지할 수 있도록 계류되는데, 동 도면에 도시된 바와 같이, 중량추 또는 앵커 등의 해저 고정 구조물과 부체(20)를 계류삭(91)으로 연결하여 부방파제의 표류를 억제하게 된다.
본 발명에 있어서 주효한 방파 원리는 도 5에서와 같이, 외해에서 입사되는 파랑이 만곡판(10) 상면을 따라 진행하면서 천수효과(淺水效果, Shoaling effects)에 의하여 쇄파(碎波)됨으로써 파랑의 에너지가 감쇄되는 것이다.
도 1에서와 같이, 종래의 부방파제에서는 파랑의 파압이 직립상태의 부방파제 벽면에 직접 작용하는 반면, 도 5에서와 같이, 본 발명에서는 만곡판(10)의 예리한 선단만이 파랑의 진행에 대항하여 노출되는 구조이므로 파랑이 부방파제에 가하는 외력을 최소화할 수 있다.
또한, 파랑의 에너지는 수면 부근에 집중되는 바, 종래의 부방파제에서는 직립상태의 벽체에 파랑 에너지의 대부분이 직접 작용하게 되지만, 본 발명에서는 수면 부근의 파랑 에너지 집중 수역과 상대적으로 파랑 에너지 집중도가 낮은 하부 수역을 분리하고, 분리된 상부 수역에서는 쇄파를 유도함으로써, 부방파제 구조물에 가해지는 외력은 최소화하면서도 방파효과는 극대화할 수 있다.
파랑이 진행함에 따라 해당 수역의 물 입자는 도 6에서와 같이 타원형 궤적을 가지며 거동하게 되는데, 전술한 바와 같이, 대부분의 에너지는 수면 부근에 집중되지만 본 발명 부방파제의 하부 수역에서도 미약하나마 파랑의 에너지가 타원류 즉, 물입자의 타원운동 형태로 전파되어 부방파제 배후 항내 수역에 투과 파랑을 형성하게 된다.
이에, 본 발명에서는 도 4 및 도 6에서와 같이, 저판(12) 저면에 하방으로 돌출된 돌출판(13)을 형성하여, 부방파제 하부 수역의 타원류가 돌출판(13)에 충돌되어 와류를 형성하도록 유도함으로써 파랑의 에너지가 감쇄될 수 있도록 하였다.
이렇듯, 본 발명에서는 부방파제를 예리한 수중익 형태로 구축함으로써, 부방파제 상, 하부 수역을 분할하여 상부 수역에서는 쇄파를 유도하고, 하부 수역에서는 와류를 유도하여 우수한 방파효과를 발현할 수 있도록 하였으며, 파랑의 전파경로상 직립 벽체형 구조물을 최대한 배제함으로써 파랑에 의한 부방파제의 요동을 최소화할 수 있도록 하였다.
한편, 본 발명에 있어서 전술한 방파효과를 극대화하기 위해서는 만곡판(10)을 비롯한 부방파제 구조물의 자세 및 흘수선을 정확하게 유지할 필요가 있는데, 이는 도 7 내지 도 9에서와 같은 구성을 통하여 부체(20)의 부력 및 무게중심을 조절함으로써 달성할 수 있다.
본 발명에 적용되는 부체(20)는 도 7에서와 같이, 외해측 단부 또는 양 단부가 예리하게 형성된 선체형 중공(中空) 구조물로서, 도 8 및 도 9에서와 같이, 각각 전방격판(23) 및 후방격판(24)에 의하여 분할된 전방격실(21) 및 후방격실(22)이 부체(20) 내부에 형성된다.
도 9에 도시된 실시예에서는 전방격판(23) 및 후방격판(24)이 별도의 벽체로 구성되어 부체(20) 내부 공간이 3개로 분할되었으나, 전방격판(23)과 후방격판(24)을 단일 벽체로 구성하여 내부 공간을 2개로 분할할 수도 있다.
도 7 내지 도 9에서와 같이, 전방격실(21)과 후방격실(22)에는 유입구(31), 급기관(33) 및 배수관(34)이 설치되는데, 유입구(31)에는 유입밸브(32)가 설치되어 유입구(31)를 개폐하게 되며, 급기관(33) 및 배수관(34)은 전방격실(21) 및 후방격실(22)과 부체(20) 외부를 연통하되, 배수관(34)의 하단은 전방격실(21) 및 후방격실(22) 내부 저면에 근접하도록 구성된다.
본 발명에 있어서 만곡판(10)에 형성되는 흘수선 위치는 부체(20)의 부력을 조절함으로써 변경이 가능하고, 만곡판(10)의 자세 또한 부체(20)의 무게중심을 조절하여 변경이 가능한데, 이러한 부체(20)의 부력 및 무게중심 조절은 전방격실(21) 및 후방격실(22)에 해수를 주입하거나 배출함으로써 수행하게 된다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 전방격실(21) 또는 후방격실(22)의 유입밸브(32)를 개방하면 해수가 유입되고, 급기관(33)에 컴프레서 등 압축공기 주입 수단을 연결하여 압축공기를 주입하면 내부 기압이 상승하면서 배수관(34)을 통하여 저류된 해수가 부체(20) 외부로 배출되는 것이다.
도 9는 전방격실(21)의 유입밸브(32)가 개방되어 전방격실(21)내 해수 수위가 상승하고, 후방격실(22)에서는 급기관(33)으로 압축공기가 주입되어 후방격실(22)내 저류되었던 해수가 배출되는 상황을 도시하고 있다.
전방격실(21) 또는 후방격실(22)내 해수의 부체(20) 외부 배출은 부체(20) 상부에 흡입식 펌프를 설치하고 흡입식 펌프와 배수관(34)을 연결하는 방식을 고려할 수도 있으나, 흡입식 펌프의 최대 양정은 8m 내외에 불과하므로 부방파제가 대형화될 경우 적용이 불가능하다.
또한, 배수관(34)의 하단에 수중 가압식 펌프를 설치하는 방안도 고려할 수 있으나, 이 경우 전체 부체(20)에 별도의 수중 가압식 펌프를 상시 장착하여 유지하여야 하므로 최초 제작비용은 물론 유지관리 비용이 과도하게 소요되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명에서는 배수관(34)과 별도의 급기관(33)을 설치하고 전방격실(21) 또는 후방격실(22)내 수위 조절이 필요한 경우 선택적으로 압축공기 주입 수단을 연결하는 방식으로 부체(20)의 부력 및 무게중심을 간편하고 경제적으로 조절할 수 있도록 하였다.
10 : 만곡판
12 : 저판
13 : 돌출판
17 : 후면판
20 : 부체
21 : 전방격실
22 : 후방격실
23 : 전방격판
24 : 후방격판
31 : 유입구
32 : 유입밸브
33 : 급기관
34 : 배수관
91 : 계류삭
92 : 소파격실
93 : 슬릿

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 계류식 부방파제로서, 외해측에서 항내측으로 표고가 높아지는 완만한 곡선 경사면이 형성된 만곡판(10)과, 만곡판(10)의 항내측 단부에 하방으로 접합된 후면판(17)과, 만곡판(10)의 외해측 선단과 후면판(17)의 하단에 양단이 접합되어 만곡판(10) 하부를 폐합하는 저판(12)이 다수의 부체(20) 사이에 설치되어 부유되되, 흘수선이 만곡판(10) 표면 내에 형성되어 즉, 만곡판(10)의 하단은 수면 하부에 위치하고 만곡판(10)의 상단은 수면 상부에 위치되는 반잠수(半潛水) 상태를 유지할 수 있도록 계류되어, 외해에서 입사되는 파랑이 만곡판(10) 상면을 따라 진행하면서 쇄파(碎波)됨을 특징으로 하는 반잠수 수중익형 부방파제에 있어서,
    부체(20)는 중공(中空)의 선체형(船體形) 부체(20)로서, 각각 전방격판(23) 및 후방격판(24)에 의하여 분할된 전방격실(21) 및 후방격실(22)이 부체(20) 내부에 형성되고;
    전방격실(21) 및 후방격실(22)에는 유입밸브(32)에 의하여 개폐되는 유입구(31)와, 전방격실(21) 및 후방격실(22) 내부와 부체(20) 외부를 연통하는 급기관(33) 및 배수관(34)이 설치되되, 배수관(34)의 하단은 전방격실(21) 및 후방격실(22) 내부 저면에 근접하여;
    전방격실(21) 및 후방격실(22)의 유입밸브(32)를 개방하면 해수가 유입되고, 급기관(33)으로 압축공기를 압송하면 내부 기압이 상승하면서 배수관(34)으로 해수가 배출됨을 특징으로 하는 반잠수 수중익형 부방파제.
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