[논문]임원에서의 1983년 동해 중부 지진해일 수치모의: 1. 동해에서의 전파

조용식; 이호준

doi:10.3741/jkwra.2002.35.4.443

임원에서의 1983년 동해 중부 지진해일 수치모의: 1. 동해에서의 전파
Numerical Simulations of 1983 Central East Sea Tsunami at Imwon: 1. Propagation across the East Sea 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.35 no.4 = no.129, 2002년, pp.443 - 452

초록
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본 연구에서는 지난 수십 년간 가장 파괴적인 지진해일로 기록된 1983년 동해에서 발생한 지진해일이 동해를 거쳐 우리나라 동해안으로 전파해오는 과정을 수치해석하였다. 천수방정식에 근거한 수치모형을 이용하였으며, 물리적 분산은 leap-frog 유한차분기법에 의해 발생하는 수치분산으로 어느 정도 대체하도록 하였다. 진원으로부터 지진해일 전파도와 파향선법에 의한 전파제적을 산정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The propagation of the 1983 Central East Sea Tsunami recorded as the most devastating tsunami during last decades across the East Sea is numerically simulated in this study h numerical model based on the shallow~water equations is employed. The physical dispersion is somewhat replaced by the numerical dispersion resulting from the leap-frog scheme. Traveling times of leading tsunamis are estimated and wane rays are calulated based on the Munk and Arthur(1952).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 대화퇴 등 복잡한 해저구조를 갖는 동해를 가로질러 동해안에 도달하도록 입사각을 조절하기는 실제로 어렵다. 본 연구에서는 동해안에 도달하는 파향선의 전파경로를 구하기 위하여 출발점에서 떠난 모든 파향선들 중 한반도에 도달한 두 개의 파향선만을 고려하였다. 그리고, 일정 시간간격을 두고 파향선들의 등시 선상에 있는 두 점 사이에 파향선 정보를 내삽한 후 그 정보를 토대로 새로운 파향선이 전파되도록 하였다.
따라서, 지진해일에 의한 피해가 우려되는 해안의 인구밀집지역과 원자력발전소 화력발전소 및 항만시설과 같은 국가기 간시설물에 대해서는 지진해일에 대비한 방재대책이 수립되어야 한다. 본 연구에서는 최근 수십년에 걸쳐 발생한 가장 큰 피해를 입혔던 1983년 동해 중부 지진해일이 동해를 가로질러 동해안에 이르는 전파과정을 수치해석한다. 특히 지진해일의 정량적인 측면보다는 정성적인 특성을 주로 기술한다.

가설 설정

좌표계 또한 앞장에서 소개한 것처럼 구면좌표계를 이용하였고, 그 결과는 GMT (Generic Mapping Tool)를 이용하여 나타냈다. 파향선의 계산 방법은 먼저 출발점에서 점원을 가정하여 360° 방향으로 빙사되도록 하였다. 파향선은 해저지형의 변화 특히 출발점 부근의 지형에 민감하게 굴절하여 입사각의 작은 변화에도 전혀 다른 전파양상을 나타내게 된다.

제안 방법

본 연구에서는 동해안에 도달하는 파향선의 전파경로를 구하기 위하여 출발점에서 떠난 모든 파향선들 중 한반도에 도달한 두 개의 파향선만을 고려하였다. 그리고, 일정 시간간격을 두고 파향선들의 등시 선상에 있는 두 점 사이에 파향선 정보를 내삽한 후 그 정보를 토대로 새로운 파향선이 전파되도록 하였다. 또한, 입사각을 변화시키면서 이러한 작업을 반복하여 파원을 출발하여 동해안에 도달하는 지진해일의 파향선도를 작성하였고, 그림 5는 그 일례를 나타내고 있다.
동적 연결은 1:3으로 세분화된 세부격자가 큰 격자 위에 중첩되는 경계부에서 수위와 유량을 교환하는 방법이다. 또한, 육지에서의 범람 산정을 위해서 이 동경계 조건을 이용하였으며, 사용된 모형은 총 7개의 영역으로 구성되어 있고 6회의 동적연결을 수행하였다 (국립방재연구소 1999, 2000).
그리고, 일정 시간간격을 두고 파향선들의 등시 선상에 있는 두 점 사이에 파향선 정보를 내삽한 후 그 정보를 토대로 새로운 파향선이 전파되도록 하였다. 또한, 입사각을 변화시키면서 이러한 작업을 반복하여 파원을 출발하여 동해안에 도달하는 지진해일의 파향선도를 작성하였고, 그림 5는 그 일례를 나타내고 있다.
마지막으로 파향선을 이용한 지진해일의 전파도를 작성하였다. 파향선 추적기법은 Munk와 Arthur (1952) 의 직교선법에 근거하였으며, 수치기법은 Runge- KLitta법을 사용하였다.
본 절에서는 동해 중부 지진해일이 동해를 가로질러 우리나라 동해안에 도달하는 과정을 수치해석한다 수치모형에서의 외해 경계조건으로는 자유투과조건을 이용하였다. 연안에 접근하는 지진해일의 거동을 상세히 계산하기 위해 1:3 격자의 세분화와 동적 연결을 수행하였다.
본 연구에서는 1983년 발생한 동해 중부 지진해일이 동해를 횡단하여 우리나라 동해안에 이르는 과정을 수치해석하였다 당시 발생했던 피해는 지진해일에 의한 피해로는 국내에서 유래 없는 결과로 방재적인 관점에서 큰 의미를 갖는다. 수치모형의 지배방정식은 선형 천수방정식이었으며, 보정기법을 사용하여 차분화에 따른 수치적 분산을 물리적 분산의 역할을 일부 수행하도록 하였다
본 절에서는 동해 중부 지진해일이 동해를 가로질러 우리나라 동해안에 도달하는 과정을 수치해석한다 수치모형에서의 외해 경계조건으로는 자유투과조건을 이용하였다. 연안에 접근하는 지진해일의 거동을 상세히 계산하기 위해 1:3 격자의 세분화와 동적 연결을 수행하였다. 동적 연결은 1:3으로 세분화된 세부격자가 큰 격자 위에 중첩되는 경계부에서 수위와 유량을 교환하는 방법이다.
해저면의 연직 변위량을 산정하기 위해서 Mansinha 와 Smylie의 이론을 사용하여 단층의 길이, 폭, 주향경사각 및 변위량 등의 단층 제원을 결정하였으며, 동해 중부 지진을 두 개의 단층으로 구성하였다 첫째 단층은 북측의 단층면으로 그 단층면이 크고, 다른 단층은 남측의 것으로 그 단층면이 작지만 해저면의 변위량은 크다 각각의 지진 모멘트는 3.6× 1027dyne·cm 이다. 지진해일 초기파형을 결와 2.

대상 데이터

대형 유류탱크의 이동, 항구에 정박하던 선박이 육지로 이동되는 등 다른 해안 재해보다 큰 피해를 입혔다. 사진 1은 1983년 동해 중부 지진해일 엄습시 임원항에서 일부 선박들이 육지로 밀려온 것을 촬영한 것으로 일부나마 지진해일의 위력을 보여주고 있다.
일본 아키타현 외해에서 발생한 동해중부지진에 의 한 진원역에서의 해저면 변동량을 지진해일의 초기수면 형으로 하여 계산의 초기조건으로 부여하였다. 본 연구에서는 Aida(1984)의 지진 매개변수를 사용하여(표 1참조) Manshinha와 Smylie(1971)의 방법에 따라 지진 발생 후의 해저면의 변동량을 계산하여 지진해일의 초기 파형을 산정하였다.

이론/모형

일본 아키타현 외해에서 발생한 동해중부지진에 의 한 진원역에서의 해저면 변동량을 지진해일의 초기수면 형으로 하여 계산의 초기조건으로 부여하였다. 본 연구에서는 Aida(1984)의 지진 매개변수를 사용하여(표 1참조) Manshinha와 Smylie(1971)의 방법에 따라 지진 발생 후의 해저면의 변동량을 계산하여 지진해일의 초기 파형을 산정하였다.
식 (1)-(3)을 수치해석하는 것은 3차 미분항으로 나타나있는 분산항 때문에 매우 어렵다. 본 연구에서는 식 (1)-(3)을 직접 해석하지 않고 유한차분기법의 하나인 leap-frog기법을 이용하여 선형 천수방정식을 해석하며, 이때 발생하는 수치분산이 물리적 분산의 역할을 하도록 하는 보정기법(modified scheme)을 이용한 다(Cho와 Yoon, 1988). 수치기법에 관한 상세한 설명 은 Cho와 Yoon을 참조할 수 있으며 여기서는 생략한다.
파향선 추적기법은 Munk와 Arthur (1952) 의 직교선법에 근거하였으며, 수치기법은 Runge- KLitta법을 사용하였다. 좌표계 또한 앞장에서 소개한 것처럼 구면좌표계를 이용하였고, 그 결과는 GMT (Generic Mapping Tool)를 이용하여 나타냈다. 파향선의 계산 방법은 먼저 출발점에서 점원을 가정하여 360° 방향으로 빙사되도록 하였다.
태평양이나 동해와 같은 대양을 횡단하는 지진해일의 거동은 지구의 회전에 따른 Coriolis 효과를 포함하 는 선형 Boussinesq 방정식을 이용하여 모의하는 것이 적절하다. 즉, 지진해일이 태평양과 같은 상대적으로 깊은 바다를 횡단하여 먼 거리를 전파하는 경우에는 선형 Boussinesq 방정식을 이용하여 수치모형을 구성한다(Kajiura와 Shuto, 1990; 족 1996; Cho와 Yoon, 1998) . 일반적으로 지진해일이 태평양과 같은 대양을 횡단할 경우에는 구면좌표계를 사용해야 하는 반면, 상대적으로 작은 지역을 전파하는 경우에는 직교좌표계만 을 사용할 수 있다.
6× 1027dyne·cm 이다. 지진해일 초기파형을 결와 2.2×1027dyne·cm 정하기 위한 지진 매개변수로는 표 1에 열거한 것과 같이 Aida의 모델 10을 이용하였다(Aida, 1984).
마지막으로 파향선을 이용한 지진해일의 전파도를 작성하였다. 파향선 추적기법은 Munk와 Arthur (1952) 의 직교선법에 근거하였으며, 수치기법은 Runge- KLitta법을 사용하였다. 좌표계 또한 앞장에서 소개한 것처럼 구면좌표계를 이용하였고, 그 결과는 GMT (Generic Mapping Tool)를 이용하여 나타냈다.

참고문헌 (14)

국립방재연구소 (1999). 동해안에서의 지진해일 재해저감을 위한 연구(I), 연구보고서, NIDP-1999-07, 국립방재연구소
국립방재연구소 (2000). 동해안에서의 지진해일 재해저감을 위한 연구(II), 연구보고서, NIDP-2000-03, 국립방재연구소.11
백운섭 (1983). '동해안지진해일보고,'한국중앙기상대관측국 통계과, 69
이호준, Imamura, F., Shuto, N. (1999). '동해에서의 쯔나미 거동특성,' 대한토목학회논문집, 제19권, 제2-3호, pp. 401-409
이호준, 조용식, 김경희 (2002). '임원에서의 1983년 동해 중부 지진해일 수치모의: 2. 임원항에서의 범람,' 한국수자원학회논문집, 제34권, 제4호, pp. 437-445

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조용식 (1996). 대양을 횡단하는 지진해일의 수치모의, 대한토목학회논문집, 제16권, 제2-3호, pp. 303-310
최병호, 이호준, Imamura F., Shuto, N. (1993). 'Computer animation of marine process- Tsunami event,'한국해안해양공학회지, 제5권, 제1호, pp. 19-24
한국전력공사 (1991). 발전소 구조물에 미치는 지진해일의 영향연구, 기술연구원 보고서, KRC-90H-J04
Aida, I. (1984). 'A source models of the 1983 Nihonkai-earthquake tsunami,' Proc. Symp. Nihonkai Chubu Earthquake Tsunami, JSCE, pp. 9-21
Cho, Y.-S. and Yoon, S.B. (1998). 'A modified leap-frog scheme for linear shallow-water equations,' Coastal Engineering Journal, Vol. 40, pp. 191-205

상세보기
Kajiura, K. and Shuto, N. (1990). 'Tsunami,' in The Sea, edited by B. Le Mehaute, and D.M. Hanes, Vol. 9, Part B, pp. 395-420, John Wiley & Sons, Inc.
Manshiha, L. and Smylie, D.E. (1971). 'The displacement fields of inclined faults,' Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 61, pp. 1433-1440
Munk, W.H. and Arthur, R.S. (1952). 'Wave intensity along a refracted rays,' Natl. Bureau Stand Circ. 521, U.S. Government Office, Washington D.C., pp. 95-109
首藤伸夫 (1984). '秋田？北部海岸における日本海中部地震津波' 東北大？工？部津波防災？驗所硏報究告, 第1？, pp. 12-26

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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