방파제

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1. 개요
2. 역사
3. 구조에 따른 분류
4. 목적 및 기능
5. 재료 및 설계
- 5.1. 재료
- 5.2. 설계
6. 환경 및 사회적 영향
- 6.1. 긍정적 영향
- 6.2. 부정적 영향
7. 미래 기술
참조

1. 개요

방파제는 항만이나 해안을 보호하기 위해 건설되는 구조물이다. 역사는 고대 로마 시대부터 시작되었으며, 산업 혁명 이후 기술 발전을 거쳐 다양한 형태와 구조로 발전해왔다. 방파제는 파도의 에너지를 감소시켜 안전한 정박지를 제공하고 해안 침식을 방지하는 역할을 한다. 구조에 따라 경사제, 직립제, 혼성제 등으로 분류되며, 케이슨, 소파 블록 등 다양한 재료와 설계가 사용된다. 방파제는 낚시 등 긍정적인 영향을 주기도 하지만, 해안 침식, 퇴적물 변화, 생태계 교란 등 부정적인 영향도 미칠 수 있다. 미래 기술로는 해저에 잠기는 방파제, 쌍동형 방파제 등이 연구되고 있다.

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방파제
개요
스페인 빌바오 항구의 방파제
유형	해안 방어 구조물
정의 및 기능
정의	방파제는 해안이나 항구의 해안선과 평행하게 건설되어 파도의 힘을 약화시키거나 굴절시켜 항구, 해안, 정박지, 강어귀 등을 보호하는 구조물임.
주요 기능	파도 에너지 감소 해안 침식 방지 선박의 안전한 정박 및 항해 지원
작동 원리
파도 에너지 감소	방파제는 파도 에너지를 흡수하거나 반사, 소산시켜 후방 지역의 파고를 감소시킴.
굴절 및 회절	파도가 방파제를 통과할 때 굴절 및 회절 현상이 발생하여 파도의 방향과 에너지를 변화시킴.
반사	방파제는 파도를 반사시켜 다른 방향으로 보냄으로써 특정 지역에 도달하는 파도 에너지를 줄임.
설계 고려 사항
수심	방파제 설계는 건설 위치의 수심에 따라 달라짐. 수심이 깊을수록 더 크고 견고한 구조물이 필요함.
파도 조건	예상되는 최대 파고, 파장, 주기 등을 고려하여 방파제의 높이, 폭, 재료를 결정해야 함.
해저 지형	해저 지형의 안정성과 경사도는 방파제의 기초 설계에 중요한 영향을 미침.
환경 영향	방파제 건설은 해양 생태계에 영향을 미칠 수 있으므로, 환경 영향을 최소화하는 설계가 필요함.
선박 통행	방파제가 선박의 통행을 방해하지 않도록 적절한 간격과 위치를 고려해야 함.
종류
경사식 방파제 (Rubble Mound Breakwater)	쇄석, 콘크리트 블록, 테트라포드 등의 재료를 쌓아 경사면을 형성하는 형태. 시공이 비교적 간단하고 경제적임.
직립식 방파제 (Vertical Wall Breakwater)	콘크리트 케이슨, 강철 시트 파일 등으로 수직 벽체를 건설하는 형태. 좁은 공간에 효과적이지만, 파도 반사율이 높음.
혼합식 방파제	경사식과 직립식 방파제의 장점을 결합한 형태. 하부는 경사식으로, 상부는 직립식으로 건설하여 안정성과 공간 활용도를 높임.
부유식 방파제 (Floating Breakwater)	폰툰, 콘크리트 상자 등을 연결하여 물 위에 띄우는 형태. 수심이 깊은 곳에 적합하며, 환경 영향이 적음.
공기 방파제 (Pneumatic Breakwater)	해저에 설치된 파이프에서 공기를 분사하여 수면 위에 기포를 형성, 파도 에너지를 감소시키는 형태. 특수한 환경에 사용됨.
건설 재료
자연 석재	화강암, 현무암 등 다양한 크기의 자연 석재.
콘크리트	시멘트, 골재, 물 등을 혼합한 인공 재료. 케이슨, 블록, 테트라포드 등 다양한 형태로 제작됨.
강철	강철 시트 파일, 강관 등을 사용하여 직립식 방파제 벽체를 구성함.
쇄석	암석을 잘게 부순 재료로, 경사식 방파제의 기초 재료로 사용됨.
유지 보수
정기 점검	방파제의 균열, 침하, 손상 등을 정기적으로 점검하여 조기에 보수해야 함.
보수 공사	손상된 부분을 보수하고, 침식된 재료를 보충하여 방파제의 기능을 유지해야 함.
퇴적물 관리	방파제 주변에 퇴적된 토사를 제거하여 선박 통행을 원활하게 하고, 방파제 기능 저하를 방지해야 함.
해양 생물 관리	방파제에 부착된 해양 생물을 제거하여 방파제의 무게 증가와 부식 방지
환경 영향 및 관리
해양 생태계 영향	서식지 파괴: 방파제 건설로 인해 해저 서식지가 파괴될 수 있음. 수질 변화: 방파제 건설로 인해 해수 흐름이 변경되어 수질이 악화될 수 있음. 소음 발생: 건설 과정에서 발생하는 소음이 해양 생물에 영향을 미칠 수 있음.
환경 영향 저감 대책	친환경 재료 사용: 콘크리트 대신 자연 석재를 사용하거나, 인공 어초를 설치하여 해양 생물의 서식지를 제공함. 오탁 방지막 설치: 건설 과정에서 발생하는 부유 물질의 확산을 방지하기 위해 오탁 방지막을 설치함. 주기적인 환경 모니터링: 방파제 건설 및 운영 과정에서 해양 환경 변화를 주기적으로 모니터링하고, 필요한 조치를 취함.
관련 법규 및 기준
한국	항만법: 항만 시설의 건설 및 관리에 관한 법률. 어항법: 어항 시설의 건설 및 관리에 관한 법률. 해안법: 해안의 보전 및 관리에 관한 법률.
국제	국제항해협회: 방파제 설계 및 시공에 대한 국제적인 기술 기준을 제공함.
참고 문헌
도서	"해안 및 항만 공학" (Coastal and Ocean Engineering) "항만 설계 기준" (Port Designer's Handbook)
학술 논문	Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering Coastal Engineering Journal
관련 프로젝트
주요 프로젝트	새만금 방조제: 대한민국 서해안에 건설된 세계 최장의 방조제. 두바이 팜 아일랜드: 아랍에미리트 두바이에 건설된 인공 섬으로, 방파제로 보호됨. 네덜란드 델타 계획: 네덜란드 남서부 해안 지역의 홍수 방지를 위한 대규모 방파제 및 댐 건설 프로젝트.
같이 보기
관련 항목	방조제 테트라포드 케이슨 항만 공학 해안 침식

2. 역사

선박이 정박하는 항만은 파랑이 잔잔한 곳이 요구되었지만, 오래된 시기에는 내해나 만, 곶의 배후 해안, 앞쪽이 섬으로 둘러싸인 해안 등 파랑이 적은 자연 조건이 갖춰진 곳에 항만이 설정되었다. 해상 무역이 발전하면서 선박이 커지자 자연 조건에 좌우되지 않는 항만 입지가 필요하게 되었다.

고대 지중해에서는 로마 제국 시대에 이미 방파제가 건설되었다. 황제가 리비아의 렙티스 마그나 항에 건설한 방파제는 석재가 정연하게 쌓여 있으며 길이가 약 500m에 달했다. 로마 근교의 오스티아 항이나 팔레스타인의 세바스토스 항의 방파제는 콘크리트제 기초를 갖는 등 매우 견고하게 만들어졌다.

로마 시대 이후 방파제 기술은 정체되었고, 오랫동안 해중에 석재를 투하하여 방파제를 축조하는 사석(捨石) 방파제가 만들어졌다. 그러나 산업 혁명기에 들어서면서 유럽에서 방파제 기술이 급속히 진보했고, 사석 기초 위에 콘크리트제 직립벽이 설치되는 근대적인 혼성제가 등장하여 세계 각지로 보급되었다.

직립벽식 혼성제는 높은 견고성을 가졌지만, 강한 파랑에는 종종 붕괴되어 개선이 필요했다. 제2차 세계 대전 전후 미국에서 방파제 기술이 다시 급속히 발전했다. 미 육군 공병대 수로 시험소는 수리 모형 실험을 통해 안정적인 방파제 건설 기술을 개발했다. 대전 후에는 직립벽 대신 케이슨(콘크리트·강철 상자형 구조물)을 설치한 케이슨 혼성제가 방파제의 주류가 되었다. 일본에서 케이슨을 가라앉혀 만드는 본격적인 방파제 공사는 1919년의 사메 항 수축 공사가 최초이다.^[7]

방파제의 안정성은 높아졌지만, 파랑의 거대한 에너지로 인해 방파제가 붕괴될 위험성은 극히 적지만 존재했으며, 더 높은 안정성을 추구하게 되었다. 1960년대 캐나다에서 소파 케이슨이 도입되어 파랑 에너지 제어에 큰 성과를 거두었다. 1970년대 일본에서 개발된 반원형 케이슨 방파제 또한 매우 높은 안정성을 보이며, 중국 등에서 도입되고 있다. 그 외 파랑에 관한 연구도 진전되어, 파랑 에너지를 효율적으로 분산시키는 다양한 방파제가 연구·개발되고 있다. 더 나아가 해저에 물을 주입하여 액상화시킴으로써 파랑을 억제하는 기술도 연구되고 있다.

2. 1. 고대

선박이 정박하는 항만은 파랑이 잔잔한 곳이 요구되었지만, 오래된 시기에는 내해나 만, 곶의 배후 해안, 앞쪽이 섬으로 둘러싸인 해안 등 파랑이 적은 자연 조건이 갖춰진 곳에 항만이 설정되었다.

해상 무역이 발전하면서 선박이 커지자 자연 조건에 좌우되지 않는 항만 입지가 필요하게 되었다. 오래전부터 해상 교통이 발달했던 지중해에서는 이미 로마 제국 시대에 항만을 지키기 위한 방파제가 건설되었다. 황제 셉티미우스 세베루스가 리비아의 렙티스 마그나 항에 건설한 방파제는 석재가 정연하게 쌓여 있으며 길이가 약 500m에 달했다. 그 외 로마 근교의 오스티아 항이나 팔레스타인의 세바스토스 항의 방파제는 콘크리트제 기초를 갖는 등 매우 견고하게 만들어졌다.

2. 2. 중세 및 근대

선박이 정박하는 항만은 파랑이 잔잔한 곳이 요구되었지만, 오래된 시기에는 내해나 만, 곶의 배후 해안, 앞쪽이 섬으로 둘러싸인 해안 등 파랑이 적은 자연 조건이 갖춰진 곳에 항만이 설정되었다.

해상 무역의 발전에 따라 선박이 대형화되면서 자연 조건에 좌우되지 않는 항만 입지가 요구되었다. 오래전부터 해상 교통이 발달했던 지중해에서는 이미 로마 제국 시대에 항만을 지키기 위한 방파제가 건설되었다. 황제 셉티미우스 세베루스가 리비아의 렙티스 마그나 항에 건설한 방파제는 석재가 정연하게 쌓여 있으며 연장 약 500m에 달했다. 그 외 로마 근교의 오스티아 항이나 팔레스타인의 세바스토스 항의 방파제는 콘크리트제 기부를 갖는 등 매우 견고하게 만들어졌다.

로마 시대 이후 방파제 기술은 정체되었고, 오랫동안 해중에 석재를 투하하여 방파제를 축조하는 사석(捨石) 방파제가 만들어지는 정도의 상황이 계속되었다. 그러나 산업 혁명기에 들어서면서 유럽에서 방파제 기술이 급속한 진보를 보였고, 사석 기초 위에 콘크리트제 직립벽이 설치되는 근대적인 혼성제가 등장했다. 혼성제는 유럽에서 세계 각지로 보급되었고, 방파제 기술의 주류가 되었다.

2. 3. 현대

선박이 정박하는 항만은 파랑이 잔잔한 곳이 요구되었지만, 오래전에는 내해나 만, 곶의 배후 해안, 앞쪽이 섬으로 둘러싸인 해안 등 파랑이 적은 자연 조건이 갖춰진 곳에 항만이 설정되었다.

해상 무역이 발전하면서 선박이 대형화되자 자연 조건에 좌우되지 않는 항만 입지가 요구되었다. 산업 혁명기에 들어서면서 유럽에서 방파제 기술이 급속히 발전했고, 사석 기초 위에 콘크리트제 직립벽이 설치되는 근대적인 혼성제가 등장했다. 혼성제는 유럽에서 세계 각지로 보급되어 방파제 기술의 주류가 되었다.

직립벽식 혼성제는 높은 견고성을 가졌지만, 강한 파랑에는 종종 붕괴되어 개선이 필요했다. 제2차 세계 대전 전후 미국에서 방파제 기술이 다시 급속히 발전했다. 미 육군 공병대 수로 시험소는 수리 모형 실험을 통해 안정적인 방파제 건설 기술을 개발했다. 대전 후에는 직립벽 대신 케이슨(콘크리트·강철 상자형 구조물)을 설치한 케이슨 혼성제가 방파제의 주류가 되었다. (일본에서 케이슨(콘크리트 상자)을 가라앉혀 만드는 본격적인 방파제 공사는 1919년의 사메 항 수축 공사가 최초이다.^[7].)

방파제의 안정성은 높아졌지만, 파랑의 거대한 에너지로 인해 방파제가 붕괴될 위험성은 극히 적지만 존재했으며, 더 높은 안정성을 추구하게 되었다. 1960년대 캐나다에서 도입된 방파제는 케이슨에 해수가 통과할 수 있는 구멍이 뚫린 소파 케이슨으로, 파랑 에너지 제어에 큰 성과를 거두어 세계 각지의 강파랑 지역에서 채택되고 있다. 1970년대 일본에서 개발된 반원형 케이슨 방파제 또한 매우 높은 안정성을 보이며, 중국 등에서 도입되고 있다. 그 외 파랑에 관한 연구도 진전되어, 파랑 에너지를 효율적으로 분산시키는 다양한 방파제가 연구·개발되고 있다. 더 나아가 해저에 물을 주입하여 액상화시킴으로써 파랑을 억제하는 기술도 연구되고 있다 (구조물에 의존하지 않는 "보이지 않는 방파제").

3. 구조에 따른 분류

방파제는 구조에 따라 크게 경사제, 직립제, 혼성제로 나눌 수 있다.

바다의 파력은 매우 크기 때문에 방파제가 없으면 파도의 에너지가 모두 해안으로 밀려와 피해를 입힌다.^[8] 방파제는 해안으로 밀려오는 파도의 에너지를 약화시켜 이러한 피해를 줄이는 역할을 한다. 과거에는 방파제가 파도에 의해 파괴되는 경우가 많았지만, 현대적인 기술이 개발된 후에는 안정성이 높아졌다. 그러나 케이슨식 방파제에서도 파력에 의해 케이슨이 이동하거나 붕괴되는 사례가 발생하고 있으며, 2011년 동일본 대지진 당시 가마이시 항만구 방파제가 쓰나미로 파괴되기도 했다.^[8]

경사제: 사석이나 콘크리트 블록을 쌓아 만든다.
직립제: 수직 벽면을 가진 구조물을 해저에 설치한다.
혼성제: 경사제와 직립제를 결합한 형태이다.

이 외에도 소파 블록을 사용하여 파력을 줄이는 소파 블록 피복제, 케이슨의 형상을 특수하게 만들어 파랑을 제어하는 소파 케이슨제, 상부 경사면 케이슨제, 반원형 케이슨제, 이중 슬릿형 케이슨제 등이 있다.

해안 공학에서 방파제는 양쪽에 물이 있는 해상 구조물이며, 육지에 접한 구조물은 사면 보호 공법으로 불린다. 파랑 에너지를 흡수하기 위해 질량(예: 케이슨)을 사용하거나 사면 보호 공법 (예: 석재 또는 콘크리트 피복재)을 사용한다.

케이슨 방파제는 일반적으로 수직 측면을 가지며, 방파제 내측면에 하나 이상의 선박을 계류하려는 경우에 주로 설치된다. 케이슨의 질량과 내부 채움재를 사용하여 파도가 부딪힐 때 가해지는 전도력을 저항한다. 얕은 수심에서는 비교적 건설 비용이 많이 들지만, 더 깊은 곳에서는 경사제 방파제보다 상당한 비용 절감을 제공할 수 있다. 때때로 수직 구조물 앞에 추가적인 잡석 제방을 설치하여 파랑 에너지를 흡수하고 수직 벽에 반사파와 수평 파압을 줄이기도 한다.

파랑 감쇠기는 해안과 평행하게 정렬된 일련의 콘크리트 구조물로 구성되며, 자유 수면 아래 1피트 깊이에 수평으로 배치된다. 바다를 향하는 4개의 슬래브, 1개의 수직 슬래브, 육지를 향하는 2개의 슬래브로 구성되며, 각 슬래브는 일정한 간격으로 분리되어 있다.

수중 유연 둔덕 방파제는 얕은 수역에서 파도 제어를 위해 사용될 수 있다. 기존의 수중 방파제보다 건설 비용이 적고, 선박과 해양 생물은 충분히 깊다면 이 방파제를 통과할 수 있다. 이러한 해양 구조물은 충돌하는 파도의 에너지를 감소시키고 정재파의 생성을 방지한다.^[3]

3. 1. 경사제

수 미터 크기의 석재(사석)나 콘크리트 블록을 바닷속에 투하하여 사다리꼴 모양으로 만든 것을 말한다. 사다리꼴 경사면이 파력을 분산시키는 역할을 한다. 전통적인 방파제의 형태이지만, 현대에도 석재가 많이 생산되는 지역이나 파도가 그다지 강하지 않고 수심이 얕은 항만 등에서 사용되고 있다.^[8]

사석을 사용한 것을 '''사석식 경사제''', 콘크리트 블록을 사용한 것을 '''사블록식 경사제'''라고 부른다.^[8]

쇄석 방파제는 구조적 공극을 사용하여 파랑 에너지를 소산시킨다. 쇄석 방파제는 단위 중량에 따라 대략적으로 분류된 돌 무더기로 구성된다. 코어에는 작은 돌을 사용하고 파랑의 공격으로부터 코어를 보호하는 장갑층에는 더 큰 돌을 사용한다. 구조물 외부에 있는 암석 또는 콘크리트 장갑재는 대부분의 에너지를 흡수하고, 자갈이나 모래는 파랑 에너지가 방파제 코어를 통과하는 것을 막는다. 사면의 경사는 사용되는 재료에 따라 일반적으로 1:1에서 1:2 사이이다. 얕은 수심에서는 사면 방파제가 일반적으로 비교적 저렴하다. 수심이 깊어질수록 재료 요구 사항, 즉 비용이 현저하게 증가한다.

3. 2. 직립제

직립제는 전면이 수직으로 된 둑체를 직접 해저에 설치하는 것을 말한다. 견고한 해저 지반을 필요로 하기 때문에 설치 장소는 한정된다.^[8]

둑체가 콘크리트 블록인 것을 '''콘크리트 블록식 직립제''', 케이슨에 의한 것을 '''케이슨식 직립제'''라고 한다.^[8]

3. 3. 혼성제

사다리꼴 모양으로 성형된 기초 사석 상부에 직립 둑체를 설치한 것을 혼성제라고 한다. 경사제와 직립제를 복합한 기능을 가지며, 안정성이 높다. 기초부를 크게 하면 경사제적인 기능이 강해지고, 직립제부를 크게 하면 직립제적인 기능이 강해져, 파력에 따라 다양한 대응을 할 수 있다.^[8]

직립제부에 따라 '''콘크리트 블록식 혼성제''', '''케이슨식 혼성제''' 등으로 불린다. 케이슨식 혼성제는 안정성이 높기 때문에, 일본에서는 방파제의 주류가 되고 있다.^[8]

3. 4. 기타

방파제는 그 형태와 기능에 따라 다양한 종류가 있다.

'''경사제'''

: 수 미터 크기의 돌(사석)이나 콘크리트 블록을 바다에 투하하여 사다리꼴 모양으로 만든 것이다. 사다리꼴 경사면이 파도의 힘을 분산시킨다. 전통적인 형태이지만, 돌이 많이 나오는 지역이나 파도가 강하지 않고 수심이 얕은 항만 등에서 쓰인다.

::* 사석을 사용한 것은 '''사석식 경사제''', 콘크리트 블록을 사용한 것은 '''사블록식 경사제'''라고 한다.

'''직립제'''

: 앞면이 수직인 둑을 해저에 직접 설치하는 것이다. 단단한 해저 지반이 필요하므로 설치 장소가 제한된다.

::* 둑이 콘크리트 블록이면 '''콘크리트 블록식 직립제''', 케이슨을 사용하면 '''케이슨식 직립제'''라고 한다.

'''혼성제'''

: 사다리꼴 모양의 기초 사석 위에 직립 둑을 설치한 것이다. 경사제와 직립제의 기능을 모두 가지며, 안정성이 높다. 기초 부분을 크게 하면 경사제 기능이, 직립제 부분을 크게 하면 직립제 기능이 강해져 파도에 따라 다양하게 대응할 수 있다.

::* 직립제 부분에 따라 '''콘크리트 블록식 혼성제''', '''케이슨식 혼성제''' 등으로 불린다. 케이슨식 혼성제는 안정성이 높아, 일본에서는 방파제의 주류가 되고 있다.

'''소파 블록 피복제'''

: 둑 앞면에 소파 블록을 배치하면 파도의 힘을 줄일 수 있다. 경사제, 직립제, 혼성제에 관계없이 소파 블록으로 덮인 둑을 '''소파 블록 피복제'''라고 한다.

이 외에도 케이슨 형태에 따라 다음과 같은 종류가 있다.

'''소파 케이슨제''': 케이슨에 파도가 통과할 수 있는 구멍이 있어, 둑에 대한 파도의 힘을 줄이고, 파도를 잠잠하게 할 수 있다.
'''상부 경사면 케이슨제''': 케이슨 윗부분이 경사져 파도의 힘을 억제한다.
'''반원형 케이슨제''': 둑에 반사되어 일어나는 반사파를 억제한다.
'''이중 슬릿형 케이슨제''': 원형 케이슨 내부에 이중 공간을 만들어 높은 소파 기능을 가진다.

새로운 둑 개발을 위한 연구는 지금도 계속되고 있다.

; 특수한 방파제

후쿠오카현 기타큐슈시에는 퇴역한 구 일본 해군의 함선(구축함)을 방파제 기초로 사용한 '''군함 방파제'''가 있다. 총 3척이 기초가 되었으며, 그 중 2척은 콘크리트에 완전히 묻혔지만, 1척은 선체가 드러나 있다. 오랫동안 비바람에 노출되어 붕괴 직전이었지만, 최근 보수되어 현재도 모습을 유지하고 있다.

히로시마현 구레시 안우라 어항에는 콘크리트선인 제2, 제1 무치마루가 방파제로 이용되고 있다. 이 배는 1944년 5월 제2차 대전 중 강철 부족을 메우기 위해, 제국 해군 마이즈루 해군 공창의 기술 중좌였던 하야시 쿠니오가 설계하고, 오사카의 토목 회사 무치 아키지로가 효고현 다카사고시의 염전 부지 조선소에서 건조했다. 1944년부터 1945년까지 사용된 후, 1947년 당시 방파제가 없었던 안우라 어항에서 전용되었다.

4. 목적 및 기능

방파제는 연안 수역의 파도 세기를 줄여 안전한 정박지를 제공한다. 또한 완만한 경사의 해변을 보호하여 해안 침식을 줄이도록 설계된 작은 구조물일 수 있으며, 비교적 얕은 수심의 해안에서 약 30.48m에서 약 91.44m 떨어진 곳에 설치된다.

정박지는 그곳에 정박한 선박이 거대한 구조물 뒤에 몸을 숨겨 강력한 파도의 힘으로부터 보호받을 때만 안전하다. 자연 항만은 곶이나 암초와 같은 장벽에 의해 형성된다. 인공 항만은 방파제의 도움으로 만들 수 있다. D-데이 멀버리 항구와 같은 이동식 항만은 제자리에 떠서 방파제 역할을 했다. 플리머스 사운드, 포틀랜드 항구, 셰르부르와 같은 일부 자연 항만은 바위로 만들어진 방파제에 의해 강화되거나 확장되었다.

이안 방파제(또는 떨어진 방파제라고도 함)에는 크게 두 가지 유형이 있는데, 단일형과 다중형이 있다. 단일형은 하나의 끊어지지 않는 장벽으로 구성된 방파제인 반면, 다중 방파제는 2개에서 20개 사이의 틈을 두고 배치된다(50m 또는 300m). 틈의 길이는 상호작용하는 파장에 의해 크게 결정된다. 방파제는 고정형 또는 부유형일 수 있으며, 구조물의 해안 쪽으로 퇴적물을 이동시키기 위해 불투과성이거나 투과성이 있을 수 있는데, 이는 조수 간만의 차와 수심에 따라 선택된다. 일반적으로 각각 최대 10~15톤의 무게가 나가는 큰 암석(화강암) 조각이나 사석으로 구성된다. 설계는 파도의 접근 각도 및 기타 환경 매개변수에 의해 영향을 받는다. 방파제 건설은 해안선 요구 사항에 따라 해안과 평행하거나 수직으로 이루어질 수 있다.

5. 재료 및 설계

방파제는 크게 수직벽 방파제, 사석 방파제, 혼성 방파제(상부 구조물을 갖춘 사석 방파제)로 나뉜다.

더 정교한 개념으로는 앞면에 다양한 유형의 천공이 있는 파랑 흡수 케이슨이 있다. 이러한 구조물은 해양 석유 산업에서 성공적으로 사용되었지만, 낮은 파고의 구조물이 필요한 해안 프로젝트(예: 베이루트와 모나코)에서도 사용되었다. 앙스 뒤 포르티에에서는 27m 높이의 18개 파랑 흡수 케이슨을 포함하는 프로젝트가 진행 중이다.

파랑 감쇠기는 해안과 평행하게 정렬된 일련의 콘크리트 구조물로, 자유 수면 아래 1피트 깊이에 수평으로 배치된다. 파랑 감쇠기는 바다를 향하는 4개의 슬래브, 1개의 수직 슬래브, 육지를 향하는 2개의 슬래브로 구성되며, 각 슬래브는 200mm 간격으로 분리되어 있다. 바다를 향하는 슬래브와 육지를 향하는 슬래브는 슬래브 아래 물의 부피 작용으로 해상 파랑을 반사시키는데, 이 물은 입사파의 영향으로 진동하여 슬래브 하류에서 입사파와 위상 반대인 파랑을 생성한다.

수중 유연 둔덕 방파제는 기존의 강성 수중 설계의 진보된 대안으로 얕은 수역에서 파도 제어를 위해 사용될 수 있다. 수중 유연 둔덕 방파제는 건설 비용이 기존 수중 방파제보다 적고, 선박과 해양 생물은 충분히 깊다면 이 방파제를 통과할 수 있다. 이러한 해양 구조물은 충돌하는 파도의 에너지를 감소시키고 정재파 생성을 방지한다.^[3]

이안 방파제(또는 떨어진 방파제)에는 단일형과 다중형 두 가지 유형이 있다. 단일형은 하나의 끊어지지 않는 장벽으로 구성된 방파제인 반면, 다중 방파제는 2개에서 20개 사이의 틈을 두고 배치된다. 틈의 길이는 상호작용하는 파장에 의해 크게 결정된다. 방파제는 고정형 또는 부유형일 수 있으며, 구조물의 해안 쪽으로 퇴적물을 이동시키기 위해 불투과성이거나 투과성이 있을 수 있는데, 이는 조수 간만의 차와 수심에 따라 선택된다. 일반적으로 각각 최대 10~15톤의 무게가 나가는 큰 암석(화강암) 조각이나 사석으로 구성된다. 설계는 파도의 접근 각도 및 기타 환경 매개변수에 의해 영향을 받는다. 방파제 건설은 해안선 요구 사항에 따라 해안과 평행하거나 수직으로 이루어질 수 있다.

매우 깊은 수심의 가장 노출된 위치에 가장 큰 피복재가 필요한 경우, 피복재는 콘크리트 큐브로 형성되는 경우가 많으며, 스페인 라 코루냐 근처 푼타 랑고스테이라의 방파제 끝단에는 최대 약 195톤까지 사용되었다.

피복재 크기의 예비 설계는 종종 허드슨 방정식, 반 데르 메어(Van der Meer) 및 최근 반 겐트(Van Gent) 등의 방법을 사용하여 수행된다. 이러한 방법들은 CIRIA 683 "The Rock Manual"과 미국 육군 공병대 연안 공학 매뉴얼 등에 설명되어 있다. 상세 설계를 위해서는 축소된 물리적 수리 모형을 사용하는 것이 이러한 복잡한 구조물의 실제 거동을 예측하는 가장 신뢰할 수 있는 방법이다.

5. 1. 재료

방파제 구조는 부딪히는 파도의 에너지를 흡수하기 위해 질량(예: 케이슨)을 사용하거나 사면 보호 공법(예: 석재 또는 콘크리트 피복재)을 사용한다. 해안 공학에서 사면 보호 공법은 육지에 접한 구조물인 반면, 방파제는 양쪽에 물이 있는 해상 구조물이다.

쇄석 방파제는 구조적 공극을 사용하여 파랑 에너지를 소산시킨다. 쇄석 방파제는 단위 중량에 따라 대략적으로 분류된 돌 무더기로 구성된다. 코어에는 작은 돌을 사용하고 파랑의 공격으로부터 코어를 보호하는 장갑층에는 더 큰 돌을 사용한다. 구조물 외부에 있는 암석 또는 콘크리트 장갑재는 대부분의 에너지를 흡수하고, 자갈이나 모래는 파랑 에너지가 방파제 코어를 통과하는 것을 막는다. 사면의 경사는 사용되는 재료에 따라 일반적으로 1:1에서 1:2 사이이다. 얕은 수심에서는 사면 방파제가 일반적으로 비교적 저렴하다. 수심이 깊어질수록 재료 요구 사항, 즉 비용이 현저하게 증가한다.^[3]

케이슨 방파제는 일반적으로 수직 측면을 가지며, 방파제 내측면에 하나 이상의 선박을 계류하려는 경우에 주로 설치된다. 케이슨의 질량과 내부 채움재를 사용하여 파도가 부딪힐 때 가해지는 전도력을 저항한다. 얕은 수심에서는 비교적 건설 비용이 많이 들지만, 더 깊은 곳에서는 경사제 방파제보다 상당한 비용 절감을 제공할 수 있다.

파랑 에너지를 흡수하여 수직 벽에 반사파와 수평 파압을 줄이기 위해 때때로 수직 구조물 앞에 추가적인 잡석 제방을 설치한다. 이러한 설계는 해상 측면에 추가적인 보호 기능을 제공하고, 방파제의 내측면에 안벽을 제공하지만, 월파를 증가시킬 수 있다.

설계 파고가 커짐에 따라, 사석 방파제는 파도의 힘에 저항하기 위해 더 큰 피복재가 필요하다. 이러한 피복재는 콘크리트 또는 자연 암석으로 구성될 수 있다. CIRIA 683 "The Rock Manual"에 제시된 사석 피복재의 가장 큰 표준 등급은 10~15톤이다.

성형된 콘크리트 피복재(예: 돌로스, X블록, 테트라포드 등)는 자중, 파도 충격 및 복잡한 형상의 주조/양생 중 열 균열로 인해 손상되기 전까지 약 40톤까지 제공될 수 있다.

5. 2. 설계

방파제 구조는 질량(예: 케이슨)을 사용하거나 사면 보호 공법 (예: 석재 또는 콘크리트 피복재)을 사용하여 부딪히는 파도의 에너지를 흡수하도록 설계되었다.

쇄석 방파제는 구조적 공극을 사용하여 파랑 에너지를 소산시킨다. 쇄석 방파제는 단위 중량에 따라 대략적으로 분류된 돌 무더기로 구성된다. 코어에는 작은 돌을 사용하고 파랑의 공격으로부터 코어를 보호하는 장갑층에는 더 큰 돌을 사용한다. 구조물 외부에 있는 암석 또는 콘크리트 장갑재는 대부분의 에너지를 흡수하고, 자갈이나 모래는 파랑 에너지가 방파제 코어를 통과하는 것을 막는다. 사면의 경사는 사용되는 재료에 따라 일반적으로 1:1에서 1:2 사이이다. 얕은 수심에서는 사면 방파제가 일반적으로 비교적 저렴하며, 수심이 깊어질수록 재료 요구 사항과 비용이 현저하게 증가한다.

케이슨 방파제는 일반적으로 수직 측면을 가지며, 방파제 내측면에 하나 이상의 선박을 계류하려는 경우에 주로 설치된다. 케이슨의 질량과 내부 채움재를 사용하여 파도가 부딪힐 때 가해지는 전도력을 저항한다. 얕은 수심에서는 비교적 건설 비용이 많이 들지만, 더 깊은 곳에서는 경사제 방파제보다 상당한 비용 절감을 제공할 수 있다.

파랑 에너지를 흡수하여 수직 벽에 반사파와 수평 파압을 줄이기 위해 때때로 수직 구조물 앞에 추가적인 잡석 제방을 설치하기도 한다. 이러한 설계는 해상 측면에 추가적인 보호 기능을 제공하고, 방파제의 내측면에 안벽을 제공하지만, 월파를 증가시킬 수 있다.

더 정교한 개념으로는 앞면에 다양한 유형의 천공이 있는 파랑 흡수 케이슨이 있다.

설계 파고가 커짐에 따라, 사석 방파제는 파도의 힘에 저항하기 위해 더 큰 피복재가 필요하다. 이러한 피복재는 콘크리트 또는 자연 암석으로 구성될 수 있다. CIRIA 683 "The Rock Manual"에 제시된 사석 피복재의 가장 큰 표준 등급은 10~15톤이다. 더 큰 등급도 가능할 수 있지만, 최종 크기는 현지에서 구할 수 있는 암석의 자연적인 파괴 특성에 따라 실제적으로 제한된다.

성형된 콘크리트 피복재(예: 돌로스, X블록, 테트라포드 등)는 자중, 파도 충격 및 복잡한 형상의 주조/양생 중 열 균열로 인해 손상되기 전까지 약 40톤까지 제공될 수 있다. 매우 깊은 수심의 가장 노출된 위치에 가장 큰 피복재가 필요한 경우, 피복재는 콘크리트 큐브로 형성되는 경우가 많다.

피복재 크기의 예비 설계는 종종 허드슨 방정식, 반 데르 메어(Van der Meer) 및 최근 반 겐트(Van Gent) 등의 방법을 사용하여 수행된다. 이러한 방법은 모두 CIRIA 683 "The Rock Manual"과 미국 육군 공병대 연안 공학 매뉴얼 (온라인에서 무료로 제공) 등에 설명되어 있다. 상세 설계를 위해서는 축소된 물리적 수리 모형을 사용하는 것이 이러한 복잡한 구조물의 실제 거동을 예측하는 가장 신뢰할 수 있는 방법이다.

6. 환경 및 사회적 영향

방파제는 긍정적 영향과 부정적 영향을 동시에 가지고 있다. 긍정적인 영향으로는 낚시 환경 개선을 통한 낚시 문화 발전 기여가 있으며, 부정적인 영향으로는 해안 침식, 생태계 교란 등이 있다.

최근 쓰나미 대책으로 방파제가 고층화되는 경향이 있다. 개수 후 높이가 10미터를 넘는 곳도 나타나, 바다에 추락할 경우 구조가 어려운 곳이 늘고 있다. 이 때문에 과거 낚시를 허용했던 곳도 금지 구역이 되는 경우가 늘고 있다.

6. 1. 긍정적 영향

방파제는 낚시 환경을 개선하여 낚시 문화 발전에 기여한다. 육지에서 뻗어 있는 방파제는 발판이 좋고 교통이 편리하여 낚시 입문자나 가족 단위 낚시객에게 인기가 높다. 낚시에서는 낚시터나 대상 어종에 특화된 "방파제 낚시", "파도 낚시"와 같은 장르가 확립되어 있다. 또한, 배를 이용하여 접근할 수 있는 먼바다의 방파제는 다양한 회유어를 만날 수 있는 낚시 명소로 알려져 있다.^[1]

6. 2. 부정적 영향

방파제는 심한 폭풍우에 손상되거나 넘칠 수 있다. 일부 방파제는 뉴포트 방파제의 더 웨지처럼 서퍼들을 끌어들이는 독특한 파도를 만들어내기도 한다.

방파제 후면에 형성되는 에너지 소산과 상대적으로 잔잔한 수면은 종종 퇴적물 퇴적을 촉진한다(방파제 계획 설계에 따라). 하지만, 이는 과도한 돌출부의 형성으로 이어져 사취가 형성될 수 있으며, 이는 방파제의 해안 쪽에서 연안류를 감소시킨다. 이러한 퇴적물 포획은 방파제 하류에서 부정적인 영향을 미쳐 해변 퇴적물 부족과 증가된 해안 침식을 초래할 수 있다. 이는 방파제 개발 하류에서 추가적인 공학적 보호가 필요하게 만들 수 있다. 방파제 주변 지역의 퇴적물 축적은 수심이 감소된 평탄한 지역을 유발하여 해저의 지형적 경관을 변화시킨다.^[4]

방파제의 결과로 형성되는 돌출부는 방파제가 해안에서 얼마나 떨어져 있는지, 파도가 방파제를 어떤 방향으로 치는지, 그리고 방파제가 어떤 각도로 건설되었는지(해안과 관련하여)에 따라 달라진다. 이 세 가지 요소 중 방파제가 건설된 각도가 돌출부의 공학적 형성에 가장 중요하다. 방파제가 건설된 각도는 파도의 새로운 방향(방파제에 부딪힌 후)을 결정하며, 결과적으로 퇴적물이 흐르고 시간이 지남에 따라 축적되는 방향을 결정한다.^[5]

방파제가 도입하여 해저 지형의 다양성이 감소하면 주변 생태계의 종 풍부도와 다양성이 감소할 수 있다.^[6] 방파제가 퇴적물 축적으로 인해 유발하는 지형의 다양성 감소와 수심 감소의 결과로 주변 해역의 자외선 노출과 온도가 증가하여 주변 생태계를 교란시킬 수 있다.^[4]^[6]

7. 미래 기술

평상시에는 해저에 잠겨 있는 직립 부상식 해일 방파제나, 아직 계산상의 이론치이지만 해일의 높이를 1/10로 줄일 수 있는 쌍동형 방파제, 그 외 반원형 방파제(혹은 "반원형 케이슨 방파제")의 연구가 진행되고 있다.

참조

_[1] 간행물 Ancient Port Structures, Parallels between the ancient and the modern https://www.academia[...] A. de Graauw 2022
_[2] 학술지 Rock Manual – The use of rock in hydraulic engineering http://rockmanual.di[...] CIRIA, CUR, CETMEF 2007
_[3] 논문 Experimental modeling of the interaction between waves and submerged flexible mound breakwaters 2021
_[4] 학술지 Eroding diversity away: Impacts of a tetrapod breakwater on a subtropical coral reef https://onlinelibrar[...] 2020
_[5] 학술지 Beach morphologies induced by breakwaters with different orientations 2015-06-15
_[6] 학술지 Mapping microhabitat thermal patterns in artificial breakwaters: Alteration of intertidal biodiversity by higher rock temperature 2019
_[7] 웹사이트 防波堤の役割を知ろう https://www.pa.thr.m[...] 2023-06-14
_[8] 웹사이트 プロムナード人と、海と、技術の出会い｜一般社団法人日本埋立浚渫協会 https://www.umeshunk[...] 2023-01-24

방파제