쇄파

쇄파

쇄파(碎波, breaker, breaking wave)는 부서지는 파도를 말한다.

개요

쇄파는 심해로부터 너울이나 풍랑 등의 바다파가 밀려와 사빈해안의 근처나 암석 등에 부서지는 파도를 말한다. 즉, 사빈해안의 근처나 암석 등에서 부서지는 파도를 일컫는다. 풍랑이나 넘실거리는 물결이 얕은 수역에 들어오게 되면 파장이 짧아짐과 동시에 파고를 증가시켜 결국에는 일정 수심에서 부서지게 된다. 쇄파로 부서진 바닷물이 앞으로 밀리면서 포상으로 사빈의 사면을 기어 올라가는데, 이것을 스워시(swash)라 한다. 반면 다시 흘러내리는 물을 백워시(backwash)라고 한다. 스워시는 파랑의 접근 방향과 같은 방향으로 대개 사빈의 사면을 비스듬히 기어 올라간다. 그러나 백워시는 중력에 의하여 사빈의 사면을 곧바로 흘러내리므로 사빈의 물질은 스워시와 백워시가 반복될 때마다 지그재그 운동을 하면서 해안선을 따라 한 방향으로 조금씩 이동한다. 사빈에서 일어나는 이러한 과정의 물질 이동을 연안표이(beach drifting)라고 부른다.

심해에서 만들어진 너울이나 풍랑 등의 바다파가 천해쪽으로 이동하게 되면서 주기는 변하지 않으나 파장이 짧아지고, 파고는 높아진다. 이때, 대칭인 파형의 앞쪽이 점차 급경사가 되어 사빈해안의 근처나 암석 등에서 부서지는 파도를 쇄파라 한다. 쇄파는 수심이 파고의 1.28배보다 적고, 파형경사가 1/7보다 커졌을 때 발생하며 형태로는 크게 붕파(서서히 부서지는 파), 권파(말아 올리면서 부서지는 파), 쇄기파(벼랑 근처에 다다랐을 때 전체가 무너지며 밀려오는 파)로 나뉜다. 쇄파 후 부서진 바닷물이 앞으로 밀리면서 사빈의 사면을 올라가는 형상이 보이는데, 이러한 현상을 스워시라 한다.

분류

쇄파는 파도에 집적된 에너지의 발산에 의해 파도가 부서지는 현상이다. 쇄파는 파도가 부서지는 방법에 따라 다음의 3가지로 분류된다.

• 파편상쇄파(spilling breaker) : 파도의 봉우리가 희게 거품이 일기 시작해 이것이 점차 파도의 앞쪽으로 확대 되면서 붕괴해 가는 형태로 파형은 비교적 전후대칭이다. 이 형태의 붕괴는 파봉(波峰) 부근의 일부만이 부서진다.
• 돌진형쇄파(plunging breaker) : 파도의 전면(前面)이 점차 급해져 결국에는 파도의 봉우리가 앞으로 덮어 씌워지며 앞쪽으로 던져지듯이 부서진다. 공기가 말려듬을 동반하며 순간적으로 전체의 물이 부서진다.
• 쇄도형쇄파(surging breaker) : 파도의 전면이 점차 급해지나 도중에 아래쪽에서부터 부서지기 시작해 파도 전면의 대부분이 매우 흐트러진 사면(斜面)을 타고 올라간다.

단, 쇄파의 형식은 근해(沖合) 파도의 파형구배와 해저구배에 의해 지배된다.

특징

파랑이 경사진 해안으로 진행되어 들어올 때 해저의 저항으로 파랑의 진행속도가 수립자의 원운동 속도보다 늦어져 깨어지는 파랑을 말한다. 쇄파는 수심이 파고의 1.28배보다 적고, 파형경사가 1/7보다 커졌을 때 일어난다. 쇄파는 그 형태에 따라 다음과 같이 3종류로 나누어 진다.

• 붕파(崩波, spilling breakers): 서서히 부서지는 파
• 권파(卷波, plunging breakers): 말아 올리면서 부서지는 파
• 쇄기파(碎寄波, suriging breakers): 벼랑 근처에서 전체가 무너지면서 밀려오는 파

특성에 따라 다음과 같이 구분하여 사용 된다.

• breaker: 벼랑이나 암초 위에서 부서지고 있는 파
• surf: 완만한 해안 등에서 파도가 밀어닥치는 곳에서 난바다(庶)에 걸쳐 몇 단으로 파도가 부서지고 있을 때, 쇄파의 전체를 가리켜서 말한다.
• roller: 커다란 너울의 쇄파.
• comber: 주기가 긴 붕파(崩波)
• breaking wave: 쇄파의 작용을 말할 때.
• 쇄파고(碎波高, breaker wave height, breaking wave height, height of breaker): 쇄파가 발생하는 지점에서의 파고
• 쇄파고지표(碎波高指標, breaker height index): 쇄파고를 주기, 수심, 심해파파고 등과 관련지어 만든 도표, 수치 등
• 쇄파대(碎波帶, breaker zone, surf zone): 해저가 경사된 해안에서 입사파가 해저의 영향으로 쇄파되거나 쇄파되면서 진행하고 있는 영역을 말한다. 이에 대해 개개의 파도가 쇄파되는 점을 파쇄점(破碎點)이라고 한다. 또한 평면적으로 이것이 선형분포(線形分布)를 이룬다고 보아 쇄파선(碎破線)이라고 한다.

쇄파 형식은 입사파의 파형경사 Ho/Lo와 해저경사의 영향을 받게 된다. 일반적으로 파형경사가 큰 경우는 붕괴파가 되고, 해저경사가 큰 경우는 쇄기파가 발생한다. 쇄파 형식은 해안선 변형에 밀접한 관계가 있는 동시에 구조물에 작용하는 파력에도 관계가 있다. 경사가 완만한 해안에서는 여러 번의 쇄파가 발생하며, 가장 먼 외해 쪽에서부터 해안 가장 가까운 곳까지 쇄파가 일어나는 지역을 쇄파대라고 부른다. 방파제에 강력한 파력을 미치는 쇄파는 주로 권파이며, 많은 파력 공식들은 이 쇄파에 대한 식이다.

구조물이 쇄파지점 내에 있는 경우는 쇄파 후의 파랑이 구조물에 작용하는 것으로 하여 설계한다. 구조물이 쇄파지점보다 외해 쪽에 있는 경우는 굴절 또는 회절에 의해서 구한 파향 및 파고에 의해서 설계한다. 해저경사가 비교적 작은 경우에 규칙파의 쇄파 한계파고는 이론식 또는 수리모형실험 결과를 이용하여 산정하여야 한다. 파랑이 해안으로 진입하면 천수변형에 의해 파고가 증가하고 한계파고에 이르면 쇄파가 발생하게 된다. 쇄파로 이해 공기가 수중에 주입되고 와류가 형성되어 쇄파 전후의 파랑운동은 상당한 차이가 발생하게 되는 것이다. 파가 부서지는 점을 쇄파점, 그 지점의 수심을 쇄파수심, 그리고 그 때의 파고를 쇄파고로 정의한다.

쇄파의 형태

쇄파의 유형

파랑은 연안으로 전파되면서 얕아진 수심에 의한 천수 변형으로 파고는 높아지고 파장은 감소한다. 이와 더불어 파봉은 뾰족해지고 파곡은 평탄해진다. 뾰족해진 파봉의 형태를 유지하지 못하고 파형이 흐트러져 부서지게 되는데 이런 현상을 쇄파(breaking wave)라고 한다. 이는 파봉 부근의 물 입자 속도가 파속보다 큰 경우에 발생한다고 볼 수 있다. 심해파 조건에서는 이론적 쇄파 한계는 파봉 부근의 물 입자 속도가 파속과 같다는 조건에서 구할 수 있다.

쇄파는 크게 서서히 부서지는 붕파(spilling), 말아 올리면서 부서지는 권파(plunging), 벼랑 근처에 다다랐을 때 전체가 무너지면서 밀려오는 쇄기파(surging)로 분류된다. 붕파는 완만한 해저경사와 비교적 작은 파형경사에서 발생하고, 파랑의 전면에서 거품이 발생하며 부서진다. 권파는 해저경사와 파형경사가 붕파의 경우보다 클 때 발생하고, 쇄파 시 파봉이 뾰족해지고 앞으로 말리면서 수면 위로 떨어진다. 쇄기파는 해저경사가 상당히 급하고 파형경사가 상당히 클 때 발생하며, 권파와 같이 파봉은 뾰족해지지만 파봉이 전방으로 떨어지기 전에 파랑의 아래 부분이 해빈면을 따라 쇄도해 올라간다. 이러한 쇄파의 유형은 해안선의 변형과 구조물에 작용하는 파력과 관계가 있다.

영향 및 연구

파랑이 쇄파하면서 쇄파대 내에서 수위를 변화시키고 다양한 흐름, 파랑, 난류 등 다양한 시공간 스케일을 가진 동수역학적 특성들이 존재하게 된다. 이러한 수리학적 복잡성과 관측의 어려움으로 인한 자료의 부족으로 연안에서의 표사 이동 및 해저지형 변동에 대한 이해 및 예측은 아직 부족한 수준이다. 그러나 최근 관측 장비의 발전으로 인해 현장 관측의 정확도가 증가하고 있으며, 또한 축척 효과를 최소화하는 대형 수리모형실험의 기술이 발전하고 있어, 이를 토대로 쇄파대 내에서의 표사 이동 메커니즘에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

참고자료

• 〈쇄파〉, 《네이버 국어사전》
• 〈쇄파〉, 《물백과사전》
• 〈쇄파〉, 《지구과학사전》
• 〈쇄파〉, 《대한건축학회 건축용어사전》
• 〈쇄파〉, 《선박항해용어사전》
• 〈쇄파〉, 《해양학백과》
• 이슈러블, 〈쇄파(Wave breaking)에 관하여〉, 《스타급이슈》, 2020-06-27

같이 보기

• 파도
• 심해
• 너울
• 풍랑
• 암석
• 물결
• 붕파
• 권파
• 쇄기파
• 바닷물
• 해안선

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