수리모형실험을 통한 1격실 슬릿 케이슨 구조물의 월파량 경험식 제안
Development of an Empirical Formula for Wave Overtopping of a Single-Chamber Slit Caisson Based on Hydraulic Model Tests
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초록
본 연구는 우리나라 항만의 외곽 및 접안시설에 자주 적용되는 슬릿 케이슨 구조물의 월파량 예측을 위한경험식을 제안하기 위해 수리모형실험을 수행하였다. 총 429개의 실험을 통해 입사파고와 여유마루고, 수심, 주기등의 다양한 조건에서 무차원 월파량 데이터를 확보하였다. 실험 결과를 기존 월파량 경험식과 비교한 결과, 일부조건에서 과대 예측이 발생함을 확인하였다. 이에 무차원 여유마루고를 설명변수로 하는 지수함수 기반의 경험식을구성하고, 각 매개변수를 Levenberg-Marquardt 알고리즘을 활용하여 최적화하였다. 제안된 경험식은 평균 예측오차가 작고, 90% 신뢰수준 내에서 대부분의 데이터를 포함하여 기존 경험식 대비 우수한 예측 성능을 나타내었다. 본연구의 결과는 향후 해수면 상승 및 고파랑 내습 조건에 대비한 슬릿 케이슨 구조물의 설계 및 유지관리 전략 수립에 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
This study proposes a new empirical formula for predicting wave-overtopping discharge for slit caisson structures, which are frequently used in breakwaters and berthing facilities in Korean ports. A total of 429 hydraulic model experiments were conducted under various conditions, including incident wave height, freeboard, water depth, and wave period, to establish a dataset of dimensionless overtopping discharges. Comparison with existing empirical formulas revealed a tendency to overestimate overtopping under certain conditions. A new empirical formula based on an exponential function of the dimensionless freeboard was developed, with its parameters optimized using the Levenberg-Marquardt algorithm. The proposed empirical formula demonstrated improved predictive performance with a low mean error and encompassed the majority of the data within a 90% confidence interval, thus outperforming existing formulas. The results of this study are expected to provide valuable fundamental data for the design and maintenance strategies of slit caisson structures, particularly under future scenarios involving sea level rise and increased frequency of extreme waves.