호안 제체 내부수위 상승Internal set- up1. 개요최근 연안침식에 따른 매립호안시설 피해와 준설토 투기장 호안 제체가 붕괴되는 피해가 자주 발생하고 있다.특히 투기장의 경우는 체절 후 제·내외 수위차가 커짐에 따라 제체에 주 외력인 수압이 커져 제체내 침투 유로가 형성되면서 사면과 저부에 피복재 이탈, 파이핑, 침하, 세굴이 발생한다. 사면 외측과 내측은 일반적으로 허드슨식이나 반데미어식으로 피복재 중량을 산정하고 그 내부에 중간피복재도 설계기준에 따라 중량을 산정하여 적용하고 있다. 또한 제내 외 수위차 저감을 위해 해수 소통구와 월류제 등을 두어 수위차문제를 해결하고 있다.좀 더 깊이 살펴보면 파랑이 제체 사면에 처오름과 처내림 작용으로 내부 깊숙이 침투하여 내부 재료의 안정에 영향을 미치는 내부 수위상승을 동반하게 된다. 이에 대하여 어느 깊이까지 침투하여 저류되는지 저류공간을 확인해 볼 필요가 있다. 이와 관련하여 해외기준 “Coastal estuarial and harbour engineers reference book. (p381- 397)”과 CIRIA CUR “ The Rock Manual (p744 -747)” 에 내부 수위상승 개념과 침투깊이 산출방법이 제시되어 설계시 활용할수 있을 것으로 판단되어 내용을 발췌하여 소개하고자 한다.2. 내부수위상승(Internal set-up)2.1 사석식 제체의 파괴형태사석식 제체의 흔한 파괴형태는 과 같이 다양하다. 사석식 제체의 파괴형태파랑에 의한 사석식 제체의 파괴 형태를 설명하기 위해서는 수리학적 상호작용과 관련된 환경적 변수, 구조적 변수와 반응 사이의 함수관계로 공식화할 수 있다.물리적 사항을 고려하여 실축척 모델 실험에 의해 유도된 공식들은 일부 변수의 범위에서만 타당성이 있다. 따라서 이런 공식들이 오픈되었을 때 불확실성에 대한 내용도 함께 제기되므로 ,파괴 모드 공식의 타당성과 이용성의 한계는 실험실에서 모델 실험을 지속적으로 수행해서 최적화하고 설계는 항상 최적화된 공식과 경험에나인 처오름과 처내림은 파랑이 사면에 부서지면서 발생하는데, 정수위(still water level)에서 수직으로 최대, 최소로 측정된 수위는 에서 처오름은 RU, 처내림은 RD로 나타낸다.RU와 RD는 사면의 공극 과 투수성, 표면조도, 사면경사각 뿐만 아니라 진행파와 굴절파의 상호작용, 경사파의 파형경사와 파고에 종속된다.해상조건과 사면경사각이 주어지면, 처오름과 처내림의 최대 흐름 속도 값은 매끄러운 불 투수 사면에서 생긴다.는 매끄러운 불 투수 사면을 따라 올라가는 흐름속도 벡터 변화를 은 투수 사면을 따라 올라가는 흐름속도의 벡터 변화를 설명해준다.제체의 피복재 안정성에서는 속도벡터의 크기와 방향 둘 다 중요하다.처오름에 위험한 경사인 1: 3.5 보다 더 완만한 경사를 제외하면 최고의 한계유속은 정수면 주변 영역에서 발생한다. 불 투수 사면에서 처오름과 처내림 투수 사면에서 처오름과 처내림에서 보여주는 속도벡터는 왜 사석 제체가 S-profile의 형태로 되어야 하는 이유를 설명해준다.제체 사면의 투수성이 증가하면 제체 사면의 표면을 따라가는 흐름 속도는 감소한다.왜냐하면 사면 내에 더 큰 흐름의 공극이발생하기 때문이다.에서 보여주는 것처럼 파랑이 사면에 작용하면 평균 간극수압 상승의 영향으로 내부 수위가 상승하게 될 것이다.내부 수위 상승(Internal set-up)은 처내림시 도달하는 수위보다 처올림시 도달하는 높은 수위가 원인이다.사면에 파랑 유입시 평균 흐름 경로는 파랑 유출 흐름경로 보다 짧다. 유입 흐름과 유출 흐름이 균형을 이룰 때까지 내부 침윤선의 상승은 계속될 것이다.에서 보여주는 것처럼 제체가 투수성이 낮으면 낮을수록 내부 수위 상승(Internal set-up)은 더욱더 높아진다. 투수성에 따른 내부 수위상승공극이 커지면 월류 속도를 감소시키는데 이유는 공극이 저류지와 같은 역할을 하여 유입수 체적의 상당 부분을 저류할 수 있기 때문이다.이렇게 유입수를 적극 수용하는 저류지 효과는 내부 수위 상승을 크게 감소시킨다.처오름보다 낮 되어 와 같이 감소한다. 저마루 높이 제체에서 처내림 감소월파가 커지면 커질수록, 처내림으로 인해 피복석에 작용하는 불안정 흐름 외력은 더욱더 크게 감소한다.반면, 가상의 처오름 쐐기를 차단하는 반파공은 에서 보여주는 것처럼 처내림 속도를 증가시키고 결국은 역시 피복재에 불안정한 흐름 외력을 증가시킨다.차원해석에서 처오름(RU) 와 처내림(RD) 은무차원 변수로 표기하면 RU /H 와 RD/H (상대 파고 처오름, 상대 파고 처내림)로각각 사면의 투수성, 공극, 표면조도 뿐만아니라xi (쇄파지수)의 함수로 나타내며 쇄파 빈파공 반사로 인한 처내림 속도 증가지수에는 해저 경사각이 아니라 제체사면각이 들어가게 된다.(xi = {tan alpha } over {(H _{s} /L _{0} ) ^{1/2}} )RU와 RD은 사면 앞에 수심의 영향과 굴절이 상당히 작아 종종 무시한다.또한 제체로 유입하는 파랑의 불안정도 (비쇄파 , 쇄파중, 쇄파) 역시 일반적으로 무시하며, 불규칙파의 파형경사 특성값인Som과S _{OP} ^{} `을xi 주1 (쇄파지수)에 넣게 된다.그러나 HS 같은 특성파고를 사면 앞에서 사용한다 할지라도 파형경사와 Som 또는 Sop 을 얻기 위해서는 아직도 전형적인 심해파장 (LO)을 사용하고 있다.사석식 제체의 처오름에 대해 반데미어는 에서 사석제체에 전반적인 공칭투수계수 p를 도입하여, 사석으로 피복된 직선사면에 대한 실험 결과를 근거로 잘 입증된 공식을 제시하였다. 여러 제체에 대한 공칭투수계수 pa) p=0.1, b) p=0.4 , c) p=0.5, d) p=0.6공칭투수계수(p) 역시 공극의 체적효과를 포함하고 있으며, 초과확률도 P(%)에서 처오름을 RUP로 정의, 0.1≪p≪ 0.6에서 타당하며 정면파(head-on wave)에서는 다음과 같은 식으로 제시된다.RUP / HS = axi m forxi m < 1.5bxi cm forxi m >1.5(식 2 ?1)p >0.4 인 투수성 제체의 경우 ,RUP / HS 는 d 와 같은 최 계수처오름 초과확률도 P(%)abcd0.11.121.340.552.5820.961.170.461.9750.861.050.441.68100.770.940.421.45500.470.600.340.82상기 계수 값은 불규칙 파랑의 처오름 정도를 다양하게 변화 시킨다는 사실을 반영하고 있다.매끈한 경사면의 처오름 정도에 대해서는 , Ahrens(1981), Allsop(1985)과 TAW (1974)가 작성한 관련 문헌이 있으며 ,후자는 다양한 형태의 표면조도에 대해 처오름이 감소하는 내용을 포함하고 있다.실제 바다에서 짧은 파정부 파고인 때에는최고의 처오름이 정면파에 의해 발생하며 , 긴 파정부 파고의 처오름과 같게 된다.매끄러운 경사면에서 처오름은 경사각alpha로 인해 점진적으로 감소하게 되며, 처내림은 항상 처오름의 1/3∼1/2 사이에 있다.주요피복재를 하부방향으로 확장을 최소화하고, 피복재 크기를 줄이기 위해서 최대 처내림 위치는 가능한 한 소단부보다 높은 위치에 도입하는 것이 바람직하다.3. 침투길이 및 내부수위 상승고3.1 간극수압의 침윤층 저류량 제어Barends (1988)는 상기 내용을 한 단계 진전시켜 제체 내부 침투 길이와 최대 내부 상승 수위고를 실제적으로 계산할 수 있는 공식을 제안했다.CIRIA 매뉴얼 (p744-747)에 보면 제체 내에 조위나 파랑과 같은 제체 외부 압력의 동요가 제체 내에 사석을 선택적으로 승하강 시키고, 간극수압의 대소가 침윤층의 저류량 정도를 지배하며, 침윤층 표면에서 물의 유출입 흐름을 발생시키게 된다.제체 내부에 침투한 외부 압력이 와 같이 전파되면서 진폭감쇄(damping)와 위상차(phase lag)를 동시에 동반하게 된다.침윤층의 저류 현상이 내부 거동보다 중요하고 상당히 복잡하다고 할지라도, 압밀의 경우처럼, 그것이 간극수압과 유효응력 사이의 실제적인 상호작용을 동반하는 것은 아니다.그 문제는 전체가 배수되는 것으로 다루어질 수도 있고, 2상(2-phase)의 토질 모델을 요구하지 않을 수도 있기 때문 계수를 Tph(s)로, 길이 축척 계수를 Lph(m)로 표현하여 식 2-2와 2-3에 의해 결정할 수 있으며, 모델 해석으로도 유도할 수 있다.T _{ph} = {PI ``n _{v} ``B ^{2 _{{} ^{{} _{}}}}} over {h``k} 식 2-2L _{ph} = sqrt {{T``h``k} over {PI ``n _{v}}} 식 2-3B = 제체 폭(m),n _{v} = 제체 공극(체적상) (-)T = 파랑주기(sec), k = Darcy 의 투수계수(m/sec)h = 수심 또는 제체 평균 수중높이(m)침윤선하 저류량을 지배하는 Tph(s)와 Lph(m)의 물리적 의미는 다음과 같이 설명할 수 있다.시간축척계수 Tph(s)는 전면에서 거리 B까지 침투하는데 대칭적으로 변하는 하중에 필요한 시간이며, 길이축척계수 Lph(m)는 전면에서 진폭하중(파고)이 상당히 감소된후 제체내부까지 침투한 거리다.Ho와 Hx는 제체전면과 거리 x 만큼 떨어진 지점에 파고이며, 감쇄비는 식 2-4에서 마이너스 지수함수로 표현할 수 있다.{H _{x}} over {H _{o}} =`exp(-x/L _{ph} ) 식 2-4만일 상대적인 (또는 무차원) 침윤 시간 축척이 Tph / T = (B/Lph)2 < 1 이면 침윤층 저류량은 중요하지 않고, 하중을 준-정상류(quasi -stationary)로 고려할 수 있다.반면 Tph / T = (B/Lph)2 > 1 반대의 경우에는 침윤층 저류량은 제체의 전면으로부터 제체내부까지 상대 거리가 x/Lph = 1∼3내에 있어 제체에 대해 중요하다.3.3 내부 수위상승고 (Internal set-up)경사면이 있으므로 인해 내부 침윤층의 수위가 상승되며, 고수위 순간에 사면을 따라 표면으로 유입하는 흐름이 저수위시 표면에서 유출 흐름보다 크고, 평균 유입 경로 길이가 유출 경로 길이보다 짧기 때문이다왜냐하면, 주기적으로 수위가 변하는 동안 많은 량의 물이 제체에 남을 수 있는 것 보다 들어가는 량이 더 많게 될 것이다.잔여량의 승고(
■ 컨테이너 장치기간 (Dwell time)1.1 장치기간의 정의? 컨테이너 터미널에서 장치기간이라 함은 컨테이너가 터미널 장치장에(ON DOCK) 도착한 시간에서 출발한 시간을 뺀기간을 말하며 이속에는 무료장치기간이 (Free period) 포함되며 터미널 능력 산정시 중요한 요소로 적용된다.C= {L TIMES H TIMES W TIMES K} over {D TIMES F} C : 터미널능력H : 적재높이L : 20FEET 컨테이너 바닥 점유수(TGS)W: 분리계수K: 년간 전체 작업일수D: 컨테이너 장치기간F: 피크계수? 평균 장치기간은 컨테이너 종류,환적화물의 비중,무료장치기간, 터미널 운영특성에따라 다양하다. 따라서 평균 개념도입시 터미널별로 상당한 범위의 차이를 보이며 평군장치기간은 터미널의 생산성을 나타내는 지표가 된다. 그러므로 터미널 운영업체는 효율적으로 터미널을 관리를 위해 컨테이너의 회전율 증대, 터미널 면적당 생산성 향상, 고객써비스 제고 측면에서 대부분 정교한 컨테이너 정보와 터미널 운영방식(하역방식,장치료,장치기간포함)을 통하여 평균장치기간의 단축을 도모하려한다.1.2 터미널내 화물 경로및 보관시스템 운영방법1.2.1 화물경로가. 수입화물의 경우간접경로는 일단 하역된 화물은 보관시설에 이송된 후 무료 장치기간을 포함하여 일정기간 보관된후 육로 또는 철도 등의 내륙운송로를 통해 최종 목적지 까지 운송하며 직접경로는 항만내 보관시설을 거치지 않고 항만에서 직접 철도, 육로 등에 의해 상업적인 외부창고(ICD, ODCY)로 이송되어 일정기간 동안 보관된후 최종 목적지로 내륙운송 하게 된다.혼합경로는 직접경로, 간접경로를 혼합한 방법으로 항만내의 보관시설에서 무료장치 기간동안만 보관한 후 나머지 기간을 상업적인 외부 창고(ICD)에 장치하는 경로다.나. 수출화물의 경우는상기와 반대가 된다.화물운반경로1.2.2 보관시스템 운영방법선박운항의 불규칙성과 물동량의 피동성으로 인해 내륙연계 운송 시스템과의 조정역할 배후권역에 대한 창고의 역할과 화물의 적정배분이라는 두가지 측면에서 운영이 되고 있으며 화물 배분, 무료장치기간, 보관시설 이용요금의 적정성에 의거 운영하게 된다.화물이 어떤 경로로 운송할 것인지는 화주의 영업적 판단이 반영되며 각 경로별로 발생하는 상대적인 비용에 따라 결정하게 된다.일반적으로 항만내에서는 간접경로가 직접경로보다 물동량흐름에서 포화상태에 달하기 쉽다. 그이유는 보관 시스템에 의해 제공되는 서비스는 항만내 다른 여타시스템이 그기능을 대체할 수 없기 때문이다. 따라서 보관능력을 개선(증측 또는 확장)할 수 없는 경우에는 직접경로의 물동량 처리를 증가시키는 일련의 조치가 필요하게 된다. 직접?간접 모두 해결이 곤란할 경우는 보관시간 단축을 위해 사용료 인상등과 같은 행정적인 조치가 필요하다.보관시스템에 실질적인 영향을 주는 중요한 요인중의 하나는 화물의 저장기간 ,즉 보관기간이다. 그러나 단순히 평균보관기간만을 고려하는것은 보관시스템의 정확한 능력을 아는데 충분하지 않다. 보관능력을 정확히 알기위해서는 평균보관기간의 분포를 살펴야 하며 가장이상적인 분포형태는 전기간에 걸쳐 일정량의 화물이 분포되는 형태라고 할수있다. 한편 서비스시설이 제한을 받을 경우에는 상업창고(ICD,ODCY) 보다는 항만보관시스템(ON DOCK) 선호하게 되는데 항만보관 시스템은 무료장치기간이 있고 보관료가 상대적으로 저렴하고 이용성이 편리하여 관행적으로 사용할 수 있다. 따라서 이용자 입장에서는 항만보관시설을 선호하므로 상업창고에 비해 보관 폭주현상이 생길 수 있다.항만보관시스템이 물류시스템의 생산성을 저해할 정도로 폭주하는 경우에는 시설확장, 경영방법의 개선(완전자동, 반자동화, 보관료 인하등), 효율적인 정보시스템(전산화, EDI, RFID등)을 도입하여 일시보관능력을 향상시키는 방법이나 화믈 보관기간을 감소시키는 방법으로 문제를 해결할수 있다.1.2.3. 화물 보관기간 단축사례가. 무료 보관장치기간 축소사례1995년 부산의 H터미널의경우 컨테이너 장치장을 이용한 평균장치기간은 수입컨테이너가 3일, 수출 컨테이너가 2,5일 이었으며, 장치기간이 4일이내의 수출화물이 91.33%와 장치기간이 5일이내의 수입화물은 91.78%를 차지하고 있었다.이처럼 짧은 기간내에 화물이 반출입 되는이유는 출입한 물동량에 비해 컨테이너 장치장의 면적이 부족하여 무료장치기간이 수출은 4일 수입은 5일로 정해져 있기 때문으로 보인다. H 터미널의 장치일수 분포자료 : 항만물류씨스템(이철영,P137)나. 가격구조를 통한 보관 장치기간 축소UNCTAD의 보고서에 따르면 항만보관 시스템을 남용하여 화물을 장치장에 장기간 보관하는 것을 방지하고, 보관 시스템의 유효저장능력 증대를 통한 생산성향상은 보관시간과 비례하여 단위시간당 초과보관료를 부과해야한다고 강조하고 있다.이유는 장치장에서 장치기간을 단축하므로서 유효보관능력을 증대시킬 수 있고, 또한 기항선박수나 취급화물량이 증대되어 더 많은 수입이 생기기 때문이다.그러나 요율체계의 형태와 관계없이 무료장치기간을 초과하여 보관된 화물에 대하여 높은 요율을 부가하면 결과적으로 항만은 장기보관화물보다는 단기보관화물을 우대하는 결과가 된다.실제로 많은 항만들은 어느정도 누진적인 요율체계를 도입하고 있고, 산정단위는 항만마다 다르나 대부분의 항만이 하루단위로 하고있으며, 기준은 점용면적, 화물의 중량, 부피같은 화물의 특성에 의하는 것이 일반적이다. 그러나 컨테이너 화물의 경우에는 대부분 거의 모든 항만에서 정률적인 요율체계를 채택하고 있다.항만요율을 인상했을 경우 화물의 보관기간은 감소하는 경향을 보일 것이며 이러한 경향은 장치기간의 변화율과 요금인상비율에 의해 정해질 것이다. 그러나 요금인상비율이 크게 인상되지 않으면 장치화물의 변동은 없을 것이므로 보관시스템의 생산성은 늘지 않더라도 항만수입은 늘 것이다.그러나 인상의 정도가 너무 커서 항만보관시스템이 더 이상 다른 대안들보다 매력적이 될 수 없다면 무료장치기간의 이점에도 불구하고 직접경로를 이용하여 물동량은 현저하게 감소 될 것이다.1.3 무료장치기간 사례? 일반적으로 무료장치기간은 수입의 경우 하역완료 시점, 수출의 경우에는 장치장에 입고 완료된 시점부터 계산되는데 우리나라의 경우 무료장치기간을 초과하는 화물에 대해서는 체화료를 징수하고 있다.? 무료장치기간은 화물마다 다르며 개발부두의 경우 컨테이너부두를 제외하고는 관행적으로 인정되고 있는 기한은 15일이다. 그러나 일반부두는 수입화물에 대해서는 5일 수출화물에 대해서는 7일을 허용하고 있다. 화물별 무료장치기간부두화물무료허용기간개발부두양곡15일고철 ? 광석15일석탄15일일반부두외항화물입항 5일 , 출항 7일연안화물4일자료 : 항만물류씨스템(이철영,P318)? 한편 보관시스템의 정확한 능력을 산출하기 위해서는 보관기간에 대한 분포를 정확히 파악해야하나 과거 부산의 경우 보관능력이 부족한 컨테이너 부두에 무료장치 기간을 수출 4일 수입 5일로 대폭 줄이기도 했다. 세계주요 컨테이너 터미널 의 무료장치기간컨테이너 터미널수출수입환적 컨테이너 화물 특별조항로테르담항(ECR)함부르크항(Eurokia)브레메르하벤도쿄항MOL(OHI)K-LINE(OHI)요코하마항(NYK)고베항(NYK)펠릭스토우항(MTL)카오슝항(공용부두)홍콩항(MTL)싱가폴항5337107107없음73535710710없음없음53처음 5일간 보관료는 요율에 포함14일간 무료29일간 무료자료 : 항만물류씨스템(이철영,P319)1996년 전반기에는 H터미널에서 취급한 컨테이너의 평균 장치기간은 2.75일 이었으며, 무료장치기간 이전에 ODCY로 이동하여 장치하였다가 내륙 운송되거나 수출 되었다.환적화물의 경우(T/S)는 10일 이내 환적하면 무료이고 그 이후는 T/S 자격을 상실하여 보통 컨테이너와 동일하게 취급하고 있다. 그러나 홍콩, 싱가폴항 등은 에 보이는 봐와 같이 T/S 화물에 대하여 우대조치하고 있다.1.4 평균장치기간 사례? 우리나라 컨테이너부두 생산성 향상방안 연구(2002. 4, 한국컨테이너 부두공단) 자료에 따르면 싱가포르항의 평균 장치기간은 반출입 컨테이너 모두 1.8일 1.2일로 다른 항만에 비하여 터미널당 생산성이 높고, 홍콩의 경우는 환적 및 공컨테이너의 평균 장치기간이 다른 항만에 비하여 장기간인 것으로 나타났다.
민자유치 추진관련1) 민자유치 적용법 비교(민간투자법 / 항만법)근거법(소관)사회간접자본시설에대한민간투자법 (기획예산처)항만법 (해양수산부)사 업 명 칭민간투자사업비관리청항만공사도 입 년 도1994년1967년사 업 대 상화물처리를 위한 안벽, 항만부지 조성 등전용성이 강한 돌핀, 소규모항만시설, 유지보수 등추 진 절 차- 민간투자대상사업 지정- 시설사업기본계획 고시- 사업계획서 제출, 평가- 협상대상자 지정- 협상 및 사업시행자 지정- 실시계획 승인- 착공 및 준공- 비관리청항만공사시행허가신청- 비관리청항만공사시행허가- 실시계획 승인- 착공 및 준공소유권 귀속사업추진방식(BTO, BOT,BOO 등)에 따라 다양국가귀속(전용시설 등은 비귀속)무상사용기간사전 결정(최장 50년)사후 정산(투자비에 달할 때까지)투자비 보전- 자가사용 및 타인사용료 징수- 재정지원- 자가사용 및 타인사용료 징수- 다른 항만시설 무상사용2) 민간투자법에 의한 추진절차□ 정부고시사업〈 사업시행자 〉〈 정 부 〉〈 주요내용 〉Step 1대상사업 지정(2천억원미만 : 해양부2천억원이상 : 기예처)?민간투자사업기본계획에대상사업 포함 공고* 심의위원회 심의Step 2시설사업기본계획수립?고시(해양부)?사업개요, 사업시행절차 등 명시* 심의위원회 심의Step 3사업계획서 제출Step 4사업계획서 검토?평가및 협상대상자 지정(평가단 및 해양부)?평가단 별도 구성?운영?협상대상자는 2인이상 지정Step 5실시협약 협상(해양부/협상대상자)?양자간 협상단을 구성하여 협상Step 6실시협약체결 및 사업시행자 지정(해양부)?총사업비, 사업기간, 사용료 등 사업시행조건 결정* 심의위원회 심의Step 7실시계획승인신청(실시설계 포함)실시계획 승인(해양부)?승인전 관계기관 협의Step 8공사시행준공 확인(해양부)□ 민간제안사업Step 1제안서 제출(민간→PICKO)?지방해양수산청 경유Step 2제안서내용 검토의뢰(해양부→PICKO)?접수일부터 15일이내제안서 내용 검토(PICKO)제안서 채택불가 통지(해양부→제안자)검토의견 제출(PICKO→해양부,기예처)?검토의뢰일부터60일이내NoYesStep 3제3자 제안요청 공고(해양부)?제안자에게 통지*사전 심의위원회 심의타제안이 없을 경우타제안이 있을 경우Step 4제안서 검토?평가(평가단 및 해양부)제안자를 협상대상자로지정(해양부)협상대상자 지정(해양부)Step 5실시협약 협상(해양부/협상대상자)실시협약 협상(해양부/협상대상자)Step 6실시협약체결 및 사업시행자 지정실시협약체결 및사업시행자 지정3) 공모형 PF 사업과 민간투자사업 비교?구 분공모형 PF사업민간투자사업목?? 적도시의 계획적 개발 및 기반시설의 적기 공급을 위해 도입(‘01년)부족한 재정 보완, 사회기반시설 적기 제공 등 국민편익의 조기 실현을 위해 도입(‘94)개?? 념공공부문이 특정 부지를 대상으로 개발사업을 수행할 민간사업자를 공모 선정하고 공공부문과 민간부문이 공동으로 출자하여 프로젝트회사를 설립한 뒤 그 회사의 책임으로 자금을 조달하여 사업을 시행하는 민관합동 개발사업도로, 학교 등 사회기반시설을 민간자금으로 건설? 운영근거법률개별법률(택지개발촉진법, 도시개발법)에 근거한 민간사업자 공모지침서사회기반시설에 대한 민간투자법대상시설공동주택, 상업시설(쇼핑몰, 할인점, 영화관 등), 업무시설 등 특별한 제한 없음교통?환경?교육시설 등 법령에 규정된 46개 사회기반시설(민간투자법 제2조)시설성격민간시설공공시설특?? 징발주처(LH공사, SH공사 등)가 SPC에 20%미만으로 자본출자를 하고 있어 공공-민간 합동PF사업의 성격민간의 창의와 효율을 활용하여 정부 재정부담 완화시행절차①지구지정 등 사업인정고시 → ② 평가/민간사업자 선정 → ③협약체결 단계 → ④ 토지매매계약 체결 → ⑤착공 및 잔금납입 ⑥사업진행 및 청산①제안서 제출(민간제안사업)→②적격성조사 → ③제3자 공고 → ④평가/우선협상대상자 선정→ ⑤실시협약 체결 → ⑥실시계획 승인→ ⑦착공/운영사업기간건설(약5년)+분양(청산)?임대(20년이상)건설(5년)+운영(20년이상)토지매입공공기간에서 토지조성 후 민간에 매매(민간소유)정부가 토지를 대부분 매입하여 제공(정부소유)자본구조(자본금) 총사업비 : 5~10%?* 공공기관 참여 : 20%이내(타인자본) 총사업비 :90~95%(자본금) 총민간투자비 20%(15%)(타인자본) 총민간투자비 80%(95%)?* FI가 50%이상 지분 참여시4) 민간투자사업 정의??ㅇ 민간이 특정사업에 대하여 공동으로 사업비를 출자하고 그 사업을 위한 특수법인(Special Project Company)을 설립하여 사업에 자본을 투자?건설하고 운영수입을 통한 이익배당으로 투자비를 회수하는 사업5) 민간투자사업분류?ㅇ BOO (Build-Operate-Own) :????민자자가 시설을 건설한 후, 소유권 및 운영권을 민간이 갖는 형태?ㅇ BOT (Build-Operate-Transfer) :????민자자가 시설을 건설한 후, 일정기간 동안 소유?운영 후 소유권 및? 운영권을 정부에 귀속 (휴게소등 소규모 사업)?ㅇ BTO (Build-Transfer-Operate) :????민자자가 시설을 건설 직후 소유권을 정부에 귀속하고 일정기간동안? 관리운영권을 설정받아 운영 (고속도로등 대규모 사업)?ㅇ DBOT (Design-Build-Operate-Transfer) :??? 민자자가 시설의 계획과 설계까지 담당하는 것 외에는 BOT방식과 동일?ㅇ BOOS (Build-Own-Operate-Sell) :????일정기간 경과 후 정부는 잔존가치에 대한 지불을 함으로써 해당???? 시설의 소유권을 소유?ㅇ BOOT (Build-Own-Operate-Transfer) :????BOOS 방식과 동일하나 운영기간을 정하지 않음6) 민간투자사업 재원조달방법?ㅇ (자기자본) 민자자가 보유하고있는 자금 및 신용을 근거로 주식, 채권,? 국제채등의 증권을 국내외에서 발행하여 소요재원 조달??- (타인자본) 민자사업에 대한 수익성을 담보로 한 Project Financing과 같은 무담보 대출형태의 기법으로 차입금의 규모, 차입기간, 상환방법, 이자율 및 지급방법등을 기준으로 대출협약을 체결하여 소요재원 조달7) 관련용어설명□ 실시협약?ㅇ정부와 민간사업시행자간에 민간투자사업을 추진함에 있어 필요한 권한과 의무등을 동등한 입장에서 정한 계약형태의 약정서□ 총사업비?ㅇ민간투자사업에 소요되는 다음항목을 합산한 비용으로 민간투자자가 이비용을 일정기간동안 통행료로 회수???-(조사비) 사업의 시행을 의한 측량비 기타 조사비???-(설계비) 공사의 시행을 위한 설계에 소요되는 비용
제목: 프로펠러에 의해 발생하는 후류속산정과 세굴방지공Evaluation of propeller induced seabed velocityand scour protection1. 선박의 대형화오늘날 선박 운송분야는 국제유가와 간접비용의 상승으로 운송시간과 항차수를 획기적으로 줄여야 하는 실정이며, 경제성을 추구하기위해 선박의 대형화 ,노선단축, 속도개선의 변화를 하고있다.선박자체 만 볼때 최대 현안사항은 선박 적재능력과 운항속도 개선에 있으나. 이와 병행하여 선박이 접이안하기 위한 기존 항만의 접안시설 변경이 필수적으로 수반된다. 예를들면 안벽길이, 하역장비 ,증심 ,방충제, 곡주,세굴방지공등 상당부분의 개보수가 필요하게 된다. 특히 최근 건조된 대형선박은 많은화물 적재를 위해 선장, 선폭, 흘수가 커지고 추진력 개선을 위해 프로펠러와 트러스트 기능을 현격히 개선하고 있다. 추진력이 큰 대형 컨테이너선, 로-로선 , Gas & Oil Tanker 선이 부두의 고정적인 위치에 반복적으로 접·이안 시, 선박의 프로펠러나 트러스트에 의해 발생하는 후류속이 안벽전면 기저부에 세굴 을 발생시키고 그것이 가속화되면 안벽시설물 기초부를 파괴하는 결과로 이어지게 된다.따라서 향후 신항만 부두건설 또는 기존부두 증심시 안벽에 프로펠러와 트러스트의 후류속을 고려하여 적정한 규모의 세굴방지공 시설을 반드시 설치해야 할것이다본고는 많은 해외 지침서가 있으나 “PIANC", “CIRIA(The Rock Manual)”, “Recommendations of the Committee for Waterfront Structures Harbours and Waterways EAU 2004” 및 “Marine Structures Engineering” 등의 지침서 내용중, 프로펠러 와 트러스터의 관련된 다양한 후류속 계산 방법을 소개하여 현지여건과 선박의 제원에 따라 세굴방지공 설치범위와 규모, 종류 선정시 본 검토가 미력하나마 도움이 되고자 한다.2. 대형선박의 추진력1990년대 중반에 접어들면서 선박의 대형화에 가장 큰 제약요인인 엔진 추진력 제고에 진전을 보이면서 타선박에 비해 컨테이너선과 원유운반선의 경우는 엔진 추진력이 눈에 띠게 증가추세를 보이고 있다. 최근건조된 Emma Maersk의 컨테이너선 추진력은 80,000kW이고, 대우조선해양에서 건조중인 Gas & Oil Tanker의 추진력은 최대 94,600kW까지 제작되고 있다. 이처럼 추진력 향상을 위해서는 프로펠러가 가장 큰 요인으로 작용하며 최근에 건조된 선박의 경우 직경이 10m 까지 이르고 있다.글로벌 선박엔진 제조업체인 MAN Diesel & Turbo는 향후 컨테이너선박의 가장 큰 분류단계인 ULCV(Ultra Large Container Vessel)의 추진력이 91,500kW이상(178,000DWT급 이상)급 선박이 될 것으로 예측하고 있다. 따라서 앞으로 대형선박의 선형연구도 수반되겠지만 프로펠러 관련 씨스템의 능력 향상을 위한 획기적인 연구가 증가될것이다.2.1 프로펠러에 의한 후류속선박에 프로펠러 및 트러스터에 의해 발생되는 후류속은 난류교환과 혼합과정에 의해 옥수수 모양과 같이 확장하면서 발생하게 된다.발생된 후류속은 후류발생지점을 기준으로 이격거리,안벽구조물 형태, 선박 접안방법, 프로펠러 제원, 수심 및 해저지형의 형태에 따라 안벽구조물과 기저부에 미치는 영향이 달라지게된다.주 프로펠러와 트러스터에 의해 발생하는 후류 속을 계산하는 방법은 여러 기술문헌이 있으나, 본고에서는 빈도수가 높은 다음 기준에 있는 후류속 산정식을 소개 하고자 한다.?The Rock Manual(CIRIA,2007,p440-442)본지침서는 프로펠러에 의해 발생하는 후류 속을 위치별로 산정하고 있으며, 엔진 추진력(kw)과 프로펠러의 직경, 해저면과 프로펠러와의 축간거리 등에 의해 산정하나 방향타에 의한 영향을 고려할수 있는 경험계수가 세분화 되지않았다. 주 프로펠러에 의해 발생하는 후류속프로펠러 후면의 유속:u _{p,0} =1.15(P/( rho _{w} D _{0} ^{2} )) ^{1/3}식 (1)프로펠러 축방향의 유속:u _{p,axis} (x)=au _{p,0} (D _{0} /x) ^{m}식 (2)유속분포:u _{p} (x,r)=u _{p,axis} (x)·exp[-br ^{2} /x ^{2} ] 식 (3)수평 해저면을 따라 발생하는 최대해저면 유속:u _{p,max`bed} =cu _{p,0} (D _{0} /z _{p} ) ^{n}식 (4)P: 선박엔진 추진력 (watt)D _{p}: 실제 프로펠러 직경 (m)D _{0}: 프로펠러 유효직경 (m)z _{p}: 해저면과 주 프로펠러 축 간의 거리 (m)rho _{w}: 해수 단위중량 (t/m ^{3})a,`b,`c,`m,n: 경험계수첫 번째로 프로펠러 유효직경(D _{0})을 프로펠러가 노즐속에 있는 경우와 없는 경우로 나누고, 프로펠러의 직경을 모를경우 선박엔진의 추진력을 kw와 W로 구분하였고, 델프트 수리시험소에서는 직경산정 식을 다음과 같이 제시하고 있다.D _{0}:0.7D _{p}- 노즐이 없는 프로펠러 식 (5)D _{0}:1.0D _{p}- 노즐속에 있는 프로펠러와 트러스터 식 (6)D _{p} =0.0133·P ^{0.365} : P (단위W) 식 (7)D _{p} =0.164·P ^{0.365} : P (단위kW ) 식 (8)두 번째로 해저면과 프로펠러 축 간의 거리z _{p}를 중요한 계수로 반영하고 있는데z _{p} 값은 keel clearance + keel에서 프로펠러 축 까지의 거리를 더하여 적용한다.세 번째로 후류속을 구하는 공식에는 다양한 경험계수가 사용되는데, 네덜란드에서는m=n=1,a=2.8,b=15.4값을 c=0.3의 결과에 국한하여 일반적인 설계에 사용하며, 방향타(rudder)의 영향을 고려하지 않는다.Blokland and Smedes(1996)는 그림3과 같이 트러스터가(안벽에 직각) 직접 안벽에 영향을 주는 경우, 에 사용되는 경험계수는m=1,a=2.8,x=최대값(x _{pq} +z _{p} `;`2.8`z _{p} )을 제안하였다. 여기서,x _{pq}는 프로펠러에서 안벽까지의 거리이다. 또한, 프로펠러나 트러스트가 안벽에 가깝지 않다 면 식(4)의u _{p,bed}는 식(2)의u _{p,axis}보다 크게된다.? Recommendations of the Committee for Waterfront Structures Harbours and Waterways(EAU 2004, 7.6.2절).상기 지침서는 프로펠러에 의한 후류속 산정을 프로펠러 속도에 의한 방법과 추진력에의한 두가지 방법과 , 방향타 유무에 따른 영향을 고려할수 있는 식을 제시하고 있다.첫째 선박의 프로펠러 속도를 알면 후류속은 다음식으로 산정한다.v _{0} =1.6·n·D· sqrt {k _{T}}식 (9)n: 프로펠러 속도 (1/s)D: 프로펠러 지름 (m)k _{T}: 프로펠러의 트러스트계수 (0.25~0.5)만약, 프로펠러의 트러스트계수 평균값을 적용하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.v _{0} =0.95·n·D식 (10)둘째 선박의 프로펠러 속도대신 추진력을 알면 후류 속은 다음 식으로 계산할 수 있다.v _{0} =C _{P} [ {P} over {rho _{0} ·D ^{2}} ] ^{1/3}식 (11)C _{P}: 1.48 - 노즐이 없는 프로펠러1.17 - 노즐속에 있는 프로펠러P: 프로펠러의 추진력 (kW)rho _{0}: 해수의 밀도 (t/m ^{3}) 주 프로펠러에 의해 발생하는 후류속 모식도 (EAU 2004)상기 모식도에 따르면 후류속은 기저부에서 최대유속을 보이며, 가장 많은 세굴을 유발 할 것으로 보인다. 기저부 저면 부근에 발생하는 프로펠러의 의한 최대유속은 다음 식을 통해 구할 수 있다.{max``v _{b`ottom}} over {v _{0}} =E``·`(` {h _{P}} over {D} `) ^{`a}식 (12)여기서,E : 0.71 - 방향타가 있는 싱글 프로펠러0.42 - 방향타가 없는 싱글 프로펠러0.52 -트윈방향타를 가진 트윈프로펠러 (프로펠러 위치가 0.9
사석 경사식 방파제 배면측(항내측) 피복재 직경산정1. 개요현재 국내외에서는 월파에 관하여 많은 연구와 실험결과가 발표되고 있으며, 월파의 영향이 사석 경사식 방파제에 지대한 피해를 줄 수 있다고 강조해오고 있습니다.그러나 그 현상이 복잡하여 명확한 식으로 정립되어있지 않고, 설계 시 사석 경사식 방파제에 월파를 일부 또는 적극 허용 시 월파된 수괴가 방파제 마루 및 배면(항내측)을 강타하여 피해 발생을 최소화 하기위한 피복재 질량을 대부분의 기준서 들이 수리모형실험을 권장하고 있는 실정입니다.하지만 모든 설계가 수리모형 실험을 시행할 수 있는 여건이 아니므로, 계획단계에서 Van Gent 와 Pozueta (2005)가 제안한 피복재 직경 산정식을 일부 적용하는 사례가 있어, 본고에서 해당부분을 소개 하고자 합니다.검토 내용중 미비한 부분이 있을 수 있으므로 많은 선배제현의 가필정정과 아낌없는 지도편달을 기다립니다.2. 본론2.1 월파를 허용하는 사석경사식 방파제 배면의 피복재 직경 산정사석 경사식 방파제 설계 시 전면과 후면의 주요제원과 방파제 안정성이 주요 검토사항이 됩니다. 안정성과 관련된 설계조건중 가장 큰 비중을 차지하는 사항은 월파이며 월파의 경우 일부허용 조건인지, 적극 허용 조건인지를 결정해야합니다. 이 조건이 결정되면 월파후의 여러 세부 사항들이 순차적으로 정해지게 되고 이용조건, 시공성, 유지관리, 경제성 등을 결정짓는 중요 항목이 됩니다.상치구조물이 없는 일반적인 사석식 방파제 배면 피복재 질량은 항만 및 어항설계기준서 (2005년, 상권 P139, SPM 1984)에 월파가 거의 없거나 어느 정도 있는 경우, 과 같이 배면의 피복재 질량을 마루위의 주 피복재를 배후면의 정수면 하 상당부분의 수심까지 연장해서 설치하고, 그 밑의 수심부분은 적은규격의 피복재를 적용하고 있습니다.〈그림 1〉파랑이 해측에서 내습하는 경우(항만 및 어항설계기준서, 2005)〈그림 2 〉파랑이 제체 양측에서 내습하는 경우(항만 및 어항설계기준서, 2005)소단을 파 에너지는 마루 및 배면측에 하중으로 작용하게 되므로, 마루와 배면측 피복재가 해측 피복재와 같은 크기로 설계될 수 있습니다.설계자는 내습파로 인하여 견딜 수 있는 소요피복재 질량(직경), 마루높이, 마루폭, 경사등을 충분히 확보하고자 하며 이 항목들은 배면측 사면 안정성에 직접적인 영향을 주게 되나 사석식 방파제 배면부에 피복재 관련 내용은 설계기준에 명확히 되어 있지 않아 수리모형실험에 의존하고 있습니다.이에 Van Gent와 Pozueta는 사석식 방파제 배면부에 안정성을 확보하기위해 피해도 계수를 이용하여 다음과 같은 소요 피복재 직경 산정식을 제안하였습니다.〈그림 4 〉배면 소요 피복재 직경(D _{n50})산정식D _{n50} =0.008 LEFT ( {S _{d}} over {sqrt {N}} RIGHT ) ^{-1/6} BULLET LEFT ( {u _{1%} T _{m-1,0}} over {sqrt {TRIANGLE }} RIGHT )#`````````````````````` BULLET ` LEFT ( cot alpha _{rear} RIGHT ) ^{-2.5/6} LEFT ( 1+10exp( {-R _{c,rear}} over {H _{s}} ) RIGHT ) ^{1/6} 식 (2)(Van Gent와 Pozueta, 2005)여기서,S _{d}= 피해도 계수 ;S _{d} =A _{e} /D _{n50} ^{2},A _{e} = 침식 면적(m2)N= 파수H _{s}= toe지점에서 입사파의 유의파고 (H _{1/3})T _{m-1,0}= 평균 에너지파 주기 (sec)alpha _{rear}= 배면측 경사각R _{c,rear}= 마루의 배면측 수위와 관련되는 마루높이u _{1%}= 마루 배면측에 월파하는 입사파중 모든 파군의 상위 1% 최대유속(평균수심)은 식 (3)와 같다 (Van Gent, 2003 참조)u _{1%} =1.7 LEFT ( g gamma _{f-c} RIGHT ) ^{0.5} LEFT ( {R _{u1%} -R _{c}}````경우`````````` xi _{s-1,0} LEQ p식 (4)R _{u1%} / LEFT ( gamma H _{s} RIGHT ) =c _{1} -c _{2} / xi _{s-1,0} ````경우```````` xi _{s-1,0} SUCC p식 (5)여기서,c _{0} ,``c _{1} ,``c _{2}= 계수;c _{0} =1.45,`c _{1} =5.1,c _{2} =0.25c _{1} ^{2} /c _{0}p =0.5c _{1} /c _{0} 참조gamma =gamma _{f} gamma _{beta }경사파 영향을 고려한 감소계수,대략적으로gamma _{beta }=1-0.0022betabeta LEQ 80 DEG 이며gamma _{f}는 조도계수xi _{s-1,0}= 쇄파계수(Surf Similarity Parameter),xi _{s-1,0} = {tan alpha } over {sqrt {2 pi H _{s} /(gT _{m-1,0} ^{{} ^{2}} )}}H _{s}와T _{m-1,0}을 사용한 파 처오름 예측계수 (식(4) 과 식(5) )Run-up levelc _{0}c _{1}R _{u1%}1.455.1R _{u2%}1.354.7R _{u10%}1.104.0자료: CIRIA (The Rock Manual, p515)gamma _{f} ``,gamma _{f-c}와 관련 조도계수는 매끄러운 불투수성 표면의 처오름 높이에 대한 주어진 표면의 (계획하려는) 처오름 높이의 비로서 Battjes(74), Ahrens(77), Stoa(78)가 사석의 경우 와 같이 제시하였습니다. 사석 피복의 조도계수자료:사면종류시공방법gamma매끄럽고 불투수성-1.0사석(단일층),기초,불투수층난적0.80사석(단일층),기초,불투수층은층적0.75~0.80원형사석(단일층),기초,불투수층난적0.60~0.65사석(3개층),기초,불투수층난적0.60~0.65사석(2개층),기초,불투수층-*0.50농업진흥공사, 직무교육교재(6-4), p174* 는 해안공학, 구미서관,콘크리트 피복재 영향에 대해 식 (3)에 정확한 마찰계수(gamma _{f}와gamma _{f-c} )가 사용된다면, 해측사면과 마루부가 콘크리트로 피복 되었을 경우 식(1)을 개략검토 식으로 사용할 수 있을 것으로 사료됩니다.2.2 적용범위식(1)에 정도를 높이기 위해 Van Gent 와 Pozueta는 관련변수의 적용범위를 와 같이 제시하였습니다. 그러나 적용범위가 넓은 변수의 경우 앞으로 더욱 세분화 하여야 할 것으로 보입니다. 식 (2)에 사용할 변수의 적절한 범위변 수범 위Toe 지점에 겉보기 파형경사;S _{s-1,0} =2 pi H _{s} /(gT _{m-1,0} ^{2} )0.019-0.036파수,N< 4,000해측면의 상대마루높이,R _{c} /H _{s}0.3-2.0배면측의 상대마루높이,R _{c,rear} /H _{s}0.3-6.0상대 마루 폭,B/H _{s}1.3-1.6처오름 높이에 대한 상대 마루높이,R _{u1%} -R _{c} / gamma H _{s}0-1.4안정 수, (H _{s} / TRIANGLE D _{n50})5.5-8.5배면 측 경사, (V:H)1:4-1:2피해도 계수,S _{d}2.0-3.0자료: CIRIA(The Rock Manual), p 633주: 상대수중밀도 ?=1.652.3 주요 계수2.3.1 피해도 계수(S _{d})사석식 방파제의 피해는 여러 변수에 의해 다양한 영향을 받고 피해의 정도를 피해도 계수로 표현하게 됩니다.여기서 피해도 계수는 방파제 피해가 발생되고 정적으로 안정된 후에 변위된 블록의 수 또는 피해발생량(예, 피해전?후의 방파제 횡단면의 차이)을 말하며, 사석 경사식 방파제의 피복층 피해량은 특정지역(피복층 전체 또는 일부분)에 대한 변위된 사석의 비율로 산출하게 됩니다.피해도는 정수면 부근의 침식 면적을 통해 피해를 설명할 수 있고 침식 면적이 피복석 직경, 무차원 피해도와 관련될 때 구조물의 길이와 높이, 사면각과 관계없게 됩니다.S _{d} (피해도`계수)=A _{e} /D _{n50} 피해도 계수(S _{d} =A _{e} /D _{n50} ^{2})와 서로 반비례 관계가 되므로 피복재 직경은 작아지게 됩니다. 2층 피복의 경우에 있어서 각 단계의 재해에 대한 변형정도(S)사면경사초기피해중간피해파손1:1.523-581:224-681:326-9121:438-12171:638-1217자료: 항만 및 어항 설계기준(2005년, 상권, P.135)따라서 설계자는 설계 시 어느 정도 변형을 허용할 것인지에 대한 방향을 초기에 설정하고 기타변수들에 대한 적용범위를 검토 후 본식을 사용하여야 할 것으로 생각됩니다.2.3.2 쇄파계수(Surf similarity parameter)일반적인 쇄파계수는 다음 을 통하여 구할 수 있으나xi = {tan alpha } over {sqrt {s _{o}}} = {tan alpha } over {sqrt {H _{s} /L _{o}}} = {tan alpha } over {sqrt {(2 pi H _{s} )/(gT ^{2} )}}식 (6)Van Gent 와 Pozueta의 식(2)에는 마루 배면측에 월파 하는 입사파중 모든 파군의 상위 1% 최대 유속과 관련된 쇄파계수xi _{s-1,0}는 일반 쇄파 계수(Iribarren number)와는 다른 계수를 사용하였습니다.쇄파계수xi _{s-1,0}는 유의파고와 파장, 주기에 따른 다양한 변수를 사용하여 구한 쇄파계수이며, 유의파고(H _{s})는H _{1/3}(유의파고)를, 주기(T)는 평균에너지 파주기(T _{m-1,0})를 사용하였습니다.평균에너지 파주기는 단봉형 스펙트럼의 경우, 여러 실험을 통해 얻어진T _{p}(첨두주기)와T _{m-1,0}의 비율을 이용하여 평균 에너지 파주기를 다음식 (7)과 같이 추정할 수 있습니다.T _{P} =1.1T _{m-1,0}식 (7)하지만, 극천해역이나 쌍봉형 스펙트럼이 나타나는 경우에 정확한T _{m-1,0} 값은 수리 및 수치모형 실험을 수행토록 권고하고 있습니다.3. 결론본고에서 소개한 사석식 방파제 배면에 월파 피해에계기준"