About Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy

인공식생이 없는 경우에 대하여 파가 입사할 때 해안에 미치는 영향 및 지형 변화에 대하여 Fig. 4(a) 및 Fig. 5(a)에 각각 도시하였다.

Fig. 4(a)의 평상파 조건에서 해안선 위치(l)는 6 cm 후퇴하였으며 쇄파(Wave breaking)는 연안사주의 위치와 동일한 지점에서 발생하였다. 연안사주는 L₁=122 cm 지점에서 발생하였으며, 연안사주의 최대 높이 D=1.85 cm로 나타났다. Fig. 5(a)의 폭풍파 조건에서 해안선 위치(l)는 8 cm 후퇴하였으며 쇄파(Wave breaking)는 약 L₁=200 cm 지점에서, 연안사주는 L₁=212 cm지점에서 발생하였으며, 연안사주의 최대 높이 D=3.35 cm로 나타났으며, 모든 실험 Case에서 가장 큰 값을 나타내었다. 폭풍파의 경우 높은 파 처오름에 의해 평상파 조건에 비해 초기 해빈의 해안선 후면부에 많은 양의 해빈을 침식시켰다.

결과적으로 인공식생이 없는 경우 연안사주의 발달 및 초기해안과 비교하였을 때 해안선의 후퇴 등 침식형 해안의 물리적인 특성을 잘 나타내었다.

Fig. 4. 
Comparison of the variation in measured beach profiles with and without vegetation (for normal wave conditions).

Fig. 5. 
Comparison of the variation of measured beach profiles with and without vegetation (in stormy conditions).

전술한 바와 같이 인공식생의 파 에너지 저감 효과는 식생의 운동특성 및 밀도, 수심에 대한 상대길이에 의해 결정된다고 알려져 있다(Méndez and Losada[2004]). Asano et al.[1992]은 수심 1/2의 길이에 해당하는 인공식생을 2차원 조파수조내에 설치하여 인공식생이 닿지 않는 상층에서 파고 변화를 측정하여 아래 식 (2)와 같은 지수적 파고 저감식을 제안하였다.

여기서, H는 파의 각 수평방향 진행거리에서의 파고, H_o는 인공식생 통과 전의 입사파고, k_i는 지수적 감쇠계수(주기 1.4 sec일 때 평균 0.031 m^-1, 주기 2.0 sec일 때 평균 0.05 m^-1), x는 파의 수평방향 진행거리를 나타낸다.

Fig. 6은 인공식생 전면과 후면에서 계측되어진 실험안 Ch-5의 파 시계열을 나타내고 있다. 입사파가 인공식생을 지나면서 파고가 약 41% 급격히 감소하는 경향을 나타내고 있다. 또한 Fig. 7은 본 실험을 통해 얻어진 투과파고를 앞서 Asano et al.[1992]의 식(2)의 지수적 파고 저감식과 비교하여 제시하였다(주기가 비슷한 1.4sec 인 경우만을 고려). 기존의 파고 저감식에 비해서 인공식생을 설치하고 실험한 Ch-5 및 Ch-6의 경우가 전달파고가 다소 크게 나타나는 것을 알 수 있다.

Fig. 6. 
Time serial of waterlevel elevation at the location of in front and behind vegetation (Case Ch-5).

Fig. 7. 
Comparison of data of Asano et al.(1992) and this study (Case Ch-5 and Ch-6).

본 연구에서는 수심 1/2의 높이를 가지는 인공식생에 대해서 인공식생 폭의 영향을 중심으로 살펴보고자 하였다.

인공식생 유무 및 폭(B)의 차이에 따른 상대파고(H_i/h)에 대한 반사율(K_r=H_r/H_i)을 나타낸 것이 Fig. 8이다. 인공식생이 없을 경우 반사율이 약 0.14의 값을 가지나 인공식생이 있을 경우 약 0.22의 값으로 증가함을 알 수 있다. 그러나 인공식생 폭(B)의 변화에는 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 인공식생이 외해 방향으로의 파에너지 반사를 일으켜 배후사면으로 파 에너지 전달을 감소시키고 있음을 알 수 있다. 또한 Fig. 9는 인공식생 유무 및 폭(B)의 차이에 따른 상대파고(H_i/h)에 대한 연안사주의 위치(L₁/L)를 나타낸 것이다. 인공식생이 없을 경우 연안사주의 위치(L₁/L)는 입사파 조건과 무관하게 일정한 위치에서 발생하였으나 인공식생이 있고 그 폭(B)이 증가할 수 록 물가선(정선)으로 접근하여 발생되고 있음을 알 수 있다. 더구나 파고가 클수록 연안사주의 위치(L₁/L)는 더욱 줄어드는 것을 알 수 있다. Fig. 10은 인공식생 유무 및 폭(B)의 차이에 따른 상대파고(H_i/h)에 대한 연안사주의 최대 높이(D/H_i)를 나타낸 것이다. 전체적으로 인공식생의 설치 폭(B)이 클수록 연안사주의 최대 높이(D/H_i)가 감소한다. 또한 Fig. 11에서 입사파 조건과 인공식생의 설치 길이(B)에 따른 해안선 위치(l) 변화를 파악하였다. 인공식생이 설치되지 않은 경우에는 파 내습에 따라 해안선 위치(l)가 후퇴(-)하였으나 인공식생이 설치된 모든 경우 해안선에서 퇴적(+)현상이 나타났다.

Fig. 8. 
The relationship between the wave reflection coefficient K_r and the relative wave height (H_i/h).

Fig. 9. 
Variation in the relative horizontal distance from shoreline to longshore bar as a function of the relative wave height (H_i/h).

Fig. 10. 
The variation of the relative maximum height of the longshore bar as a function of the relative wave height (H_i/h).

Fig. 11. 
The variation in the relative horizontal location of the longshore bar as a function of the relative wave height (H_i/h).

이상의 결과를 살펴보면 인공식생이 없는 경우 수면상의 쇄파점 아래의 해저경사면에 연안사주가 발생하였다. 또한 입사파 조건(평상파 또는 폭풍파) 및 인공식생의 폭(1B 또는 2B)에 따라서 사면상에 연안사주가 발견되는 현상이 차이를 보였는데 대체적으로 인공식생의 폭(B)이 클수록 최대 연안사주 위치 L₁이 감소하고 그 높이(D)도 감소하였다. 하지만 폭풍파 조건인 Ch-6에서는 정선에서 퇴적 현상이 나타나고 사면상의 파 처오름 현상에 의해 연안사주는 발견되지 않았다.

사면측정기를 이용하여 파 작용 전후의 지반 변화를 계측하고, 물가선(정선)으로부터 인공식생까지의 거리(L₂)에서의 해빈단면 변화량을 계산하였다. 그 결과는 Table 2에 기술하였다. 인공식생이 없을 경우 평상파 조건에서는 해빈단면 변화량이 -46.9 cm², 폭풍파 조건에서는 -492.1 cm²이며, 결과적으로 해빈단면의 변화는 인공식생이 없을 경우 전반적으로 외해로 유출되고 고파 내습시 그 변화량도 약 10배에 달하는 것을 알 수 있다. 하지만 인공식생이 있을 경우 그 값이 (+)의 값을 가지게 되어 초기 사면이 퇴적되는 결과를 나타내고 있다.

결과적으로 평상파 및 폭풍파 조건에서의 모든 해빈단면 침퇴적 현상을 살펴보았을 때 인공식생이 없는 조건에서는 침식 현상이, 인공식생 폭 1B 조건에서는 평형상태를 유지하고 있었다. 또한 인공식생 폭 2B 조건에서는 평상파의 경우 퇴적 현상이 발생하지만 그 총량이 5.4 cm²로 매우 적은 양이므로 정상상태로 판단되며 폭풍파의 경우 퇴적이 우세하게 일어났다.

최종적으로 평상파 조건에서 식생너비가 증가함에 따라 해빈단면의 변화(최대 연안사주 위치 L₁ 및 그 높이 D)가 점점 감소하는 것을 알 수 있다. 폭풍파 조건에서 해빈단면은 식생너비가 증가할수록 해안선이 점점 전진하고 있으며 초기단면의 해안선에서 퇴적량이 커지고 있는 것으로 판단된다. 이는 평상파에 비해 파고가 높고주기가 길어 비교적 에너지를 더 많이 전파하고 많은 양의 모래를 이동시켜 해빈단면을 변화시키기 때문인 것으로 판단된다.

인공식생이 없는 경우 해빈 파고 반사율이 약 0.14로서 해안선의 후퇴, 연안사주의 발달 등 침식해빈의 물리적인 특성을 잘 나타내었다. 인공식생이 있을 경우 반사율은 약 0.22로 증가하였으나 인공식생 폭(B)의 변화에는 큰 차이를 보이지 않았다.

평상파 조건에서 해안선의 변화는 나타나지 않았으나 앞서 (4.1)의 해빈단면에 비해 연안사주의 크기가 감소하였으며 해안선 방향으로 더 가까운 지점에 형성되었다. 폭풍파 조건에서는 초기단면의 해안선에서 약 1.8 cm의 퇴적이 발생하며 해안선이 12 cm 전진하였다. 연안사주의 크기 및 형성위치는 평상파와 동일한 경향을 나타내었다.

평상파 조건에서 앞서 (4.1),(4.2)보다 크기가 작은 연안사주가 형성되며 전체적으로 해빈의 변화는 거의 나타나지 않았다. 폭풍파 조건에서는 초기단면의 해안선에서 약 2.4 cm의 퇴적이 발생하며 해안선이 25 cm 전진하였다.

최종적으로 앞서 결과를 종합해 보았을 때 인공식생이 없는 조건에서는 해안선이 후퇴하고 연안사주는 연안에서 가장 먼 지역에서 형성되며 연안사주의 퇴적 높이도 가장 높게 나타났다. 하지만 인공식생이 있는 조건에서는 이와 반대로 해안선이 전진하며 연안사주의 형성위치가 연안방향으로 이동하고 연안사주의 퇴적 높이도 낮아진다. 또한 식생이 없는 조건에 비해 인공식생 전면에서의 파고 반사율이 약 2배 높게 나타나는데 이는 인공식생이 설치된 배후사면으로의 파 전달에너지가 감소하는 것이라 할 수 있다.

이상의 연구결과를 통해 인공식생이 해빈단면의 변화에 영향을 미치며 해빈침식방지 공법으로의 적용가능성을 가지고 있음을 알 수 있었다. 그러나 본 연구에서 수리모형 실험은 평상파와 폭풍파 등 6가지의 case에 한정되어 있다. 따라서 보다 세밀화된 수리모형 실험(현장 파랑조건, 해저경사 및 저질, 인공식생의 재료 및 재질 등)이 요구된다.