Each year, the south coast of Korea is badly damaged from storm surge. The damages are greatly dependent upon the local peculiarities of the region where the storm surge occurs. So, in order to prevent/reduce recurrence of the disaster, it is very important to investigate the fluctuation characteris...
Each year, the south coast of Korea is badly damaged from storm surge. The damages are greatly dependent upon the local peculiarities of the region where the storm surge occurs. So, in order to prevent/reduce recurrence of the disaster, it is very important to investigate the fluctuation characteristics of the storm surge height, related to the local peculiarities at each coastal area where occurrence of the disaster is expected. In this paper, using the numerical model, the storm surge was simulated to examine its fluctuation characteristics at the Gyeongnam coast (southeast coast of Korea). Typhoons of Sarah (5914), Thelma (8705) and Maemi (0314), which caused terrible damage to the coastal area in the southeast coast of Korea in the past, were used forstorm surge simulations. Moreover, the storm surge due to virtual typhoons, which were combined the characteristics of each proposed typhoons (Maemi, Sarah, Thelma)with the travel route of other typhoon, was predicted. As expected, the results revealed that the storm surge heights are enhanced at the coastal regions with the concavity like a long-shaped bay. Also, the storm surge heights, due to each typhoon, were compared and discussed at major points along the Gyeongnam coast, related to the local peculiarities, as well as the characteristics and the travel route of typhoon.
Each year, the south coast of Korea is badly damaged from storm surge. The damages are greatly dependent upon the local peculiarities of the region where the storm surge occurs. So, in order to prevent/reduce recurrence of the disaster, it is very important to investigate the fluctuation characteristics of the storm surge height, related to the local peculiarities at each coastal area where occurrence of the disaster is expected. In this paper, using the numerical model, the storm surge was simulated to examine its fluctuation characteristics at the Gyeongnam coast (southeast coast of Korea). Typhoons of Sarah (5914), Thelma (8705) and Maemi (0314), which caused terrible damage to the coastal area in the southeast coast of Korea in the past, were used forstorm surge simulations. Moreover, the storm surge due to virtual typhoons, which were combined the characteristics of each proposed typhoons (Maemi, Sarah, Thelma)with the travel route of other typhoon, was predicted. As expected, the results revealed that the storm surge heights are enhanced at the coastal regions with the concavity like a long-shaped bay. Also, the storm surge heights, due to each typhoon, were compared and discussed at major points along the Gyeongnam coast, related to the local peculiarities, as well as the characteristics and the travel route of typhoon.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 폭풍해일의 피해에 가장 많이 노출되어 있는 남해 동부 연안 중 경남 연안역을 대상으로 폭풍해일의 위험성 검토를 위한 수치 시뮬레이션을 실시하였다. 우선, 2003년 9월 12일 경남 사천에 상륙(당시 중심기압 950hPa) 하여마산을 비롯한 경남 연안역에 막대한 피해를 입히며, 과거 태풍 중 태풍 규모와 재해 규모 측면에서 각종 기록을 경신한 태풍 매미를 대상으로 폭풍 해일 고를 산정하였다.
본 연구에서는 태풍 매미뿐만 아니라 경남 연안역에 인적 . 물적으로 가장 큰 영향을 주었다고 평가되는 태풍 사라 및 태풍 셀마에 의한 폭풍해일 고의 수치시뮬레이션을 실시하였다.
본 연구에서는 현재까지 우리나라에 가장 큰 피해를 주었던 태풍 매미(0314)와 태풍 매미 이전 경남 연안역에 인적 . 물적으로 가장 큰 영향을 주었다고 평가되는 태풍 사라<5914) 와 태풍 셀마(87Q5)를 대상으로 경남 연안의 폭풍해일고를 추정하였고, 또한 과거 태풍의 조합에 의한 4개의 가상 태풍에 대해서도 시뮬레이션을 수행하였다.
또한 내습 가능한 폭풍해일의 상세한 위험성 검토를 위하여 태풍 매미, 사라 및 셀마 상륙 시의 이동 경로에 이들 각각의 태풍 특성(중심기압, 태풍의 이동속도 및 태풍반경)을 조합시킨 조건도 폭풍해일 시뮬레이션의 설정조건으로서 이용하였다. 이러한 폭풍해일의 계산 결과를 근거로 과거 경남 연안역에 큰 영향을 주었던 태풍 및 앞으로 충분히 발생할 수 있는 가상의 태풍에 의한 폭풍해일 고의 지역별 특성을 검토하였다.
가설 설정
폭풍해일의 추산에 이용된 기압분포에는 식 (15) 와같은 Myers and MaUdn(1961)의 분포를 가정하였고, 최대풍속반경 /■0는 남해안의 관측기압으로부터 구하였다.
제안 방법
경남 연안역의 지역 형상에 따른 폭풍해일의 변동양상을 검토하기 위하여, Fig. 6에 나타낸 것과 같은 32개 지점에서의 폭풍해일 고의 시간파형을 계산한 후, 이를 이용하여 최대 폭풍 해일 고를 산출하였다. Fig.
1(a)에 나타낸 것과 같이, 태풍의 주경로를 포함하기 위해 한국 및 일본과 태평양을 포함하는 광역으로 설정하였다. 관심영역에서의 계산 정도를 높이기 위하여 계산영역을 제1영역에서 제6영역까지 Nesting 하여 계산을 수행하였다.
단, 재현계산 시에는 현재의 해저지형을 이용하였다. 또한 내습 가능한 폭풍해일의 상세한 위험성 검토를 위하여 태풍 매미, 사라 및 셀마 상륙 시의 이동 경로에 이들 각각의 태풍 특성(중심기압, 태풍의 이동속도 및 태풍반경)을 조합시킨 조건도 폭풍해일 시뮬레이션의 설정조건으로서 이용하였다. 이러한 폭풍해일의 계산 결과를 근거로 과거 경남 연안역에 큰 영향을 주었던 태풍 및 앞으로 충분히 발생할 수 있는 가상의 태풍에 의한 폭풍해일 고의 지역별 특성을 검토하였다.
또한, 검증을 위하여 태풍 매미 통과 시 통영 및 마산항 검조소에서 관측된 기압 및 폭풍해일 고의 시간 변화와 본 연구에 의한 결과치를 비교. 분석한 결과 전체적으로 좋은 일치성을 보이는 것을 확인하였다.
물적으로 가장 큰 영향을 주었다고 평가되는 태풍 사라 및 태풍 셀마에 의한 폭풍해일 고의 수치시뮬레이션을 실시하였다. 또한, 이들 과거 태풍의 조합에 의한 4개의 가상 태풍에 대해서도 수치시뮬레이션을 수행하였으며, 계산에 이용된 태풍 경로 및 조건의 조합을 Table 1에 나타내었다.
. 물적으로 가장 큰 영향을 주었다고 평가되는 태풍 사라 및 태풍 셀마에 의한 폭풍해일 고의 수치시뮬레이션을 실시하였다. 또한, 이들 과거 태풍의 조합에 의한 4개의 가상 태풍에 대해서도 수치시뮬레이션을 수행하였으며, 계산에 이용된 태풍 경로 및 조건의 조합을 Table 1에 나타내었다.
. 물적으로 가장 큰 영향을 주었다고 평가되는 태풍 사라<5914) 와 태풍 셀마(87Q5)를 대상으로 경남 연안의 폭풍해일고를 추정하였고, 또한 과거 태풍의 조합에 의한 4개의 가상 태풍에 대해서도 시뮬레이션을 수행하였다.
우선, 2003년 9월 12일 경남 사천에 상륙(당시 중심기압 950hPa) 하여마산을 비롯한 경남 연안역에 막대한 피해를 입히며, 과거 태풍 중 태풍 규모와 재해 규모 측면에서 각종 기록을 경신한 태풍 매미를 대상으로 폭풍 해일 고를 산정하였다. 다음으로 태풍 매미 이전의 기록에서 경남을 포함한 우리나라 남해 동부 연안에 가장 큰 피해를 준 태풍으로 인식되고 있는 1959년 14호 태풍 사라(Sarah)와 1987년 5호 태풍 셀마(Thelma) 상륙 시의 경남 연안역에서의 폭풍 해일 고를 재현하였다.
그경도에 따라 그 값은 변화한다. 이와 같이 대상으로 하는 태풍(Sarah, Thelma, Maemi) 의 풍속에 따라 풍속의 저감율과 편향각의 값을 다르게 적용하여야 하나, 본 연구에서는 계산의 편의상 풍속의 저감율을 0.67, 풍향의 편향 각을 30로 일정하게 설정하였다.
폭풍해일 고의 위험성 검토를 위한 시뮬레이션을 실시함에 앞서, 우선 태풍 매미에 대한 수치 계산을 수행하여 본 연구에서 설정한 계산조건 및 수치 시뮬레이션 기법의 타당성을 검토하였다. 폭풍해일의 추산에 이용된 기압분포에는 식 (15) 와같은 Myers and MaUdn(1961)의 분포를 가정하였고, 최대풍속반경 /■0는 남해안의 관측기압으로부터 구하였다.
폭풍해일 추산에 이용하는 해상풍(해면상 10m 고도에서의 바람)은, 2.4절에서 설명되는 Myers의 기압분포를 가정한 태풍 모델에 의해 추산한 자유 대기 풍(기압경도풍과 태풍의 이동에 의한 바람장)에 해면 마찰을 고려하여 이용하였다. 일반적으로 자유 대기 풍을 해상풍으로 변환시킬 때, 해면상의 풍속의 연직분포가 대수분포인 것을 감안하여 자유대기의 바람장에 0.
대상 데이터
계산 격자의 구성은 저 h 영역에서 32.4km의 격자크기로 시작하여, 순차적으로 16.2km, 5.4km, 1.8km, 600m의 격자간격을이용하였으며 관심 대상 영역인 제6영역 즉, Fig. 1(b)에 나타내는 경남 연안역에 있어서 최소격자 간격은 200m로 설정하였다.
폭풍해일 시뮬레이션의 대상 영역은 Fig. 1(a)에 나타낸 것과 같이, 태풍의 주경로를 포함하기 위해 한국 및 일본과 태평양을 포함하는 광역으로 설정하였다. 관심영역에서의 계산 정도를 높이기 위하여 계산영역을 제1영역에서 제6영역까지 Nesting 하여 계산을 수행하였다.
데이터처리
이상과 같이, 폭풍해일 시뮬레이션을 위해 연속식 (5)와 비선형 장파 방정식 (8), (9) 를 이산화하여 유한차분법으로 계산을 수행하였다.
이론/모형
다음으로 태풍 매미 이전의 기록에서 경남을 포함한 우리나라 남해 동부 연안에 가장 큰 피해를 준 태풍으로 인식되고 있는 1959년 14호 태풍 사라(Sarah)와 1987년 5호 태풍 셀마(Thelma) 상륙 시의 경남 연안역에서의 폭풍 해일 고를 재현하였다. 단, 재현계산 시에는 현재의 해저지형을 이용하였다. 또한 내습 가능한 폭풍해일의 상세한 위험성 검토를 위하여 태풍 매미, 사라 및 셀마 상륙 시의 이동 경로에 이들 각각의 태풍 특성(중심기압, 태풍의 이동속도 및 태풍반경)을 조합시킨 조건도 폭풍해일 시뮬레이션의 설정조건으로서 이용하였다.
따라서 이와 관련된 많은 경험 값이 제안되어 있지만, 본 연구에서는 Mitsuyasu and Kusaba(1984)에 의한 제 안식을 사용하였다.
폭풍해일 시뮬레이션에 이용한 계산수법은, 저기압에 의한 수면상 승과 바람에 의한 수면 상승을 고려한 비선형 장파 이론에 근거한 단층모델을 이용하였다(Kawai et al., 2005a, b).
성능/효과
(1) 과거 내습한 태풍(사.라, 셀마, 매미) 중, 태풍 매미가 내습한 경우에 경남 서부 및 동부 연안에서 높은 폭풍 해일 고를 기록하였다.
(2) 태풍 매미 내습 시의 이동 경로와 태풍 사라 내습시의 태풍 특성을 조합한 조건에서 전반적으로 경남 연안의 최대폭풍해일고 분포가 높게 나타났다.
(3) 경남 서부 연안에서는 태풍 셀마의 이동 경로에서, 경남 동부 연안에서는 태풍 매미의 이동 경로에서 폭풍해일고가 높게 나타났다.
(4) 과거 태풍을 조합시킨 상황에서는, 경남 서부 연안에 있어서는 태풍 사라를 태풍 셀마의 이동 경로로 진행시킨 경우에서, 경남 동부 연안에 있어서는 태풍 사라를 태풍 매미의 이동 경로로 진행시킨 경우에서 가장 높은 폭풍 해일 고를 보였다.
(5) 진주만, 고성만 및 마산만과 같이 수괴의 진행이 차폐되거나, 만의 길이가 길고 수심이 얕은 곳에서폭풍해일 고가가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
2에 과거 우리나라 남해 동부 연안에 영향을 주었던 태풍들의 이동경로를 나타내었다. 그림으로부터, 본 연구에서 폭풍해일 시뮬레이션의 조건으로 이용하는 태풍 사라(5914)와 태풍 셀마(8705) 및 태풍 매미(0314)는 동부 연안을연안을 통과하는 대표적인 태풍진행경로라는 것을 알 수 있다.
우선, 2003년 9월 12일 경남 사천에 상륙(당시 중심기압 950hPa) 하여마산을 비롯한 경남 연안역에 막대한 피해를 입히며, 과거 태풍 중 태풍 규모와 재해 규모 측면에서 각종 기록을 경신한 태풍 매미를 대상으로 폭풍 해일 고를 산정하였다. 다음으로 태풍 매미 이전의 기록에서 경남을 포함한 우리나라 남해 동부 연안에 가장 큰 피해를 준 태풍으로 인식되고 있는 1959년 14호 태풍 사라(Sarah)와 1987년 5호 태풍 셀마(Thelma) 상륙 시의 경남 연안역에서의 폭풍 해일 고를 재현하였다. 단, 재현계산 시에는 현재의 해저지형을 이용하였다.
의한 결과치를 비교. 분석한 결과 전체적으로 좋은 일치성을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구에서 얻어진 주요한 결론을 나타내면 다음과 같다.
이상과 같은 결과로부터, 연안 형상에 따른 폭풍 해일 고의 위험성 검토를 위한 목적에 대해서 본 연구의 수치 모델은 충분한 정도를 가지고 있다고 판단된다.
이상의 결과로부터, 태풍의 이동 경로의 영향을 본다면 태풍 매미의 경우가, 중심기압의 영향을 고려한다면 태풍 사라 내습 시의 경우가 경남 연안에 큰 조위 편차를 나타냄을 알 수 있다. 또한 G氾4와 Cwe-5의 경우를 본다면, 경남 서부 연안에서는 태풍 셀마의 이동 경로어〕서, 경남 동부 연안에서는 태풍 셀마보다도 태풍 매미의 이동 경로에서 높은 폭풍해일 고가 발생함을 알 수 있다.
이와 같이 태풍의 특성(중심기압, 이동속도, 태풍반경)과 이동 경로에 따라서 폭풍 해일 고에 큰 차이가 발생할 수 있다는 것을 알 수 있으며, 연안의 수심 및 평면적인 형상 등이 폭풍 해일 고와 밀접한 관계가 있다는 것이 여기서도 확인되었다. 따라서, 수심이 얕고 길이가 긴 만의 내부연안과 같이 폭풍해일에 대한 위험성에 크게 노출되어 있는 지역은 특별한 주위와 대책이 필요할 것으로 판단된다.
7(b)의 경남 동부 연안 역시 과거 태풍 중에서는 Case3(태풍 매미)이 높은 폭풍 해일 고를 기록하고 있다. 하지만 과거 태풍을 조합해 본 결과, 태풍 매미(95아『a)보다 중심기압이 낮은 태풍 사라(9%5h『a)를 태풍 매미의 이동 경로로진행시킨 경우(Case;)에서 가장 높은 폭풍해일고를 기록했다. Fig.
후속연구
구축은 앞으로의 연구 과제이다. 그리고 보다 정도 높은 폭풍해일의 추산을 위하여, 조석, 밀도성층, 하천 유입, Wavesetup등의 고려 뿐만 아니라 해상풍의 추산에 육상지형의 영향을 고려할 수 있는 모델(3DMASCON MODEL, 3D-SOLA) 의 이용 등은 향후 해결해 나가야 할 과제이다.
확인되었다. 따라서, 수심이 얕고 길이가 긴 만의 내부연안과 같이 폭풍해일에 대한 위험성에 크게 노출되어 있는 지역은 특별한 주위와 대책이 필요할 것으로 판단된다.
또한 더욱 다양한 이동 경로 및 조건을 통한 데이터 베이스의 구축은 앞으로의 연구 과제이다. 그리고 보다 정도 높은 폭풍해일의 추산을 위하여, 조석, 밀도성층, 하천 유입, Wavesetup등의 고려 뿐만 아니라 해상풍의 추산에 육상지형의 영향을 고려할 수 있는 모델(3DMASCON MODEL, 3D-SOLA) 의 이용 등은 향후 해결해 나가야 할 과제이다.
이상과 같이, 태풍의 이동 경로와 태풍의 특성(중심기압, 이동속도, 태풍반경)에 따라서 각 지역의 폭풍 해일 고에 차가 발생하는 것을 알 수 있었으며, 연안의 수심 및 평면적인 형상 등이 폭풍해일고와 밀접한 관계가 있으므로 수심이 얕고 길이가 긴 만의 내부연안과 같이 폭풍해일에 대한 위험성에 크게 노출되어 있는 지역은 특별한 주위와 대책이 필요할 것으로 판단된다.
향후 조석, 밀도 성층, Wavesetup 및 육상 지형의 영향 등을 고려할 경우 더욱 높은 정도의 폭풍해일고를 재현할 수 있을 것으로 판단된다.
이종섭, 한성대 (2004). '마산시의 해일방재대책 방향설정에 관한 고찰', 한반도 해역의 고파.폭풍해일 워크숍 논문집, 한국해안.해양공학회, pp 45-47
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최병호, 엄현민, 김현승, 정원무, 심재설 (2004). 'Wave-Tide-Surge Coupled Simulation for Typhoon Maemi', 한반도 해역의 고파.폭풍해일 워크숍 논문집, 한국해안.해양공학회, pp 121-144
Kawai, H., Kim, D.S., Kang, Y.K., Tomita, T. and Hiraishi, T. (2005a). 'Hindcasting of Storm Surge at Southeast Coast by Typhoon Maemi', 한국해양공학회지, 제19권 제2호, pp 12-18
Kawai, H., Kim, D.S., Kang, Y.K., Tomita, T. and Hiraishi, T. (2005b). Hindcasting of Storm Surges in Korea by Typhoon 0314(Maemi)', Proceeding of the 15th International Offshore and Polar Engineering Conference, ISOPE, pp 446-453
Mitsuyasu, H. and Kusaba, T. (1984). 'Drag Coefficient over Water Surface under the Action of Strong Wind, Journal of Natural Disaster Science, Vol 6, No 2, pp 43-50
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