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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 향후 발생하는 태풍에 의한 해일 및 범람을 예측하여 연안재해의 피해를 최소화하기 위해 과거 발생한 태풍으로부터 중심기압, 최대풍 반경, 진로 등을 변경한 가상 태풍 시나리오 D/B를 구축하여, 향후 태풍 내 습시 해당 태풍정보와 가장 유사한 시나리오 D/B의 결과를 추출하여 피해 예측정보로 활용하는 방안을 제시하고자 한다. 이에 태풍 MAEMI(0314)의 내습으로 막대한 피해를 초래한 바 있는 마산지역을 대상으로 시나리오를 설정하여 적용하였다.
- 특히 태풍의 진행속도는 연안으로 접근할수록 빨라져 대상 태풍을 수치적으로 해석하는데 수행시간이 많이 필요함을 감안하면 접근하고 있는 태풍에 대한 수치모의로부터 피해예상 정보를 파악하는 것은 적절한 대안으로는 불충분하다. 따라서 후술되는 태풍에 대한 시나리오의 다양한 설정을 통해 향후 발생하는 태풍의 보다 엄밀한 피해정보를 예측하고자 한다.
- 본 연구에서는 과거 발생한 태풍으로부터 시나리오 대상 태풍으로 선정하고 시나리오별 모의를 통해 가상 태풍 시나리오 D/B를 구축하여, 향후 태풍 내습시 해당정보와 가장 유사한 시나리오 D/B 결과를 추출하여 피해 예측정보 로 활용할 수 있는 방안을 제시 하였다.
제안 방법
- Fig. 3(a), (b)와 같이 200 m 격자에 대한 모의결과와 태풍 MAEMI(0314)시 마산 및 부산 검조소의 1분 간격의 조위 관측자료를 이용한 해일고를 비교하였다. 대상지역 해 일고를 재현한 Area-6에 격자간격 100 이인 Area-7과 50 m 인 Aiea-8를 추가로 구성하여 해일발생에 따른 범람도 모의하였다.
- 폭풍해일 시나리오를 적용할 대상지역의 해상 및 해저의 지형적 특성을 반영하고 과거 발생한 태풍 정보 및 해일고 분석자료를 검증자료로 활용하여 수치모델을 구축한다. 검증된 과거 태풍은 시나리오 대상 태풍으로 선정한 후 중심 기압과 최대풍 반경은 과거 태풍 정보로부터 일정비율로 증가 또는 감소시키고, 이동경로는 좌우측으로 일정간격으로 이동시켜 태풍이 우리나라에 영향을 줄 수 있는 범위까지 확장하여 가상태풍 시나리오를 구성한다. 예를 들면 과거 마산지역에 영향을 미친 5개 태풍을 시나리오 대상태풍으 로 선정하고 중심기압, 최대풍 반경, 이동경로를 각각 7 case 를 적용하면 마산지역에 1715(태풍 5개×중심기압 7case ×최대풍 반경 7 casex이동경로 7 case)개의 시나리오가 구성되는 것이다.
- 태풍 MAEMI(0314)에 의해 높은 해일고와 범람피해가 발생한 마산지역에 모델을 적용하기 위해 대상지역의 상세 지형자료와 당시의 기상, 조석 및 파랑자료 등을 수집, 분석하여 입력자료로 활용하였다. 계산영역은 8단계에 걸쳐 최대 격자간격은 Table 1과 같이 31, 600m에서 최소 50m로 nesting하여 구축하였다. 광역 격자망인 Area-1은 태풍의 발생 및 진행경로의 재현을 충분히 반영하기 위해 우리나라,일본, 대만 등이 포함된 위도 15°~ 55°, 경도 110°~ 160°를 대상영역으로 설정하였으며, Area-3은 제주도 및 우리나라 해안을 충분히 포함하여 향후 여러 대상해역에 대한 모의에 활용토록 구성하였다.
- 또한 허동수 등(2006a, 2006b)은 태풍 MAEMI(0314), SARAH(5914), THELMA(8705)의 상륙시 이동경로에 이들 각각의 태풍특성(중심기압, 태풍의 이동속도 및 태풍반 경)을 조합시킨 모의 조건으로 부산 및 경남연안에 대하여 가상 태풍에 의한 폭풍해일고를 산정하고 지역별 분포특성을 검토한 바 있다. 그러나 태풍에 따른 피해를 저감시키기 위한 방재대책에 활용하기 위해서는 기존연구에 비해 수 많은 태풍 경우에 대한 고찰이 필요할 것으로 사료되어, 본 연구에서는 기존 태풍의 주요인자를 변경한 가상 태풍 시나리오를 적용하였다.
- 3(a), (b)와 같이 200 m 격자에 대한 모의결과와 태풍 MAEMI(0314)시 마산 및 부산 검조소의 1분 간격의 조위 관측자료를 이용한 해일고를 비교하였다. 대상지역 해 일고를 재현한 Area-6에 격자간격 100 이인 Area-7과 50 m 인 Aiea-8를 추가로 구성하여 해일발생에 따른 범람도 모의하였다. Fig.
- 마산지역의 태풍 시나리오 적용을 위해 최근 마산에 영향을 미친 태풍을 파악하고 그에 따른 해일고를 1분 관측 자료를 활용하여 산정하였다. Table 2와 같이 매년 태풍 영향으로 높은 해일고가 발생하고 있으며, 2003년 태풍 MAEMI(0314)와 2004년 태풍 MAGI(0415)에 의해 각각 238 cm, 91 cm의 높은 해 일고 발생한 바 있다.
- 본 연구에서는 태풍 MAEMI(0314), MEGI(O415> 시나리오 대상 태풍으로 선정하여 마산만에 시범적으로 적용하여 우선 태풍 매미시 마산만 일대의 범람을 재현하였고, 총 260 case의 시나리오 적용을 통해 최대 발생해일고를 제시하였다. 마산지역에 영향을 미친 과거 태풍에 의한 해일고와 시나리오 D/B로 추출된 해일고와의 비교를 통해 시나리오 D/B의 활용가능성을 확인할 수 있었다.
- 시나리오 구성은 과거 우리나라에 영향을 미친 태풍을 고려하여 이동경로는 마산지역이 태풍의 반경에 포함되는 황해의 중국해안까지 이동시켰고, 과거의 태풍 SARAH(5914), DINAH (8712), MIREILLE(9119) 등이 우리나라 내습시 중심기압이 950 hPa 이하였음을 감안하여 63hPa의 기압심 도까지 고려하였다. Fig.
- 태풍발생시 신속하게 해일고 및 해일에 의한 해안침수에상도를 제공하는 것은 인명 및 재산피해와 상당한 연관성이 있다. 실제 태풍진 행시 각종 정보 예측의 어려움을 감안하여 다양한 시나리오에 대한 사전 모의를 통하여 태풍정보별 해일고 및 해일고 공간분포를 데이터화하여 실제 태풍의 발생시 유사한 태풍의해 일고를 제공함으로써 태풍 피해의 경각심을 고취하고 유사시 신속한 대응을 용이하도록 하는 방안으로 사료된다. 앞서 기술된 바와 같이 마산지역에 불과 260개의 시나리오 구축을 통한 것으로 대상지역의 지형적 특성에 따른 태풍의 영향 파악, 태풍의 진행속도 및 영향시기별 해일고 변화 양상 등의 추가적인 연구와 함께 중심기압, 최대풍 반경 및 이동경로에 대한 추가 시나리오를 구축을 통해 예측 해일고의 신뢰성 확보를 위한 노력이 필요하다.
- 태풍 MAEMI(0314)를 통한 시나리오는 Table 3과 같이 태풍의 중심기압을 -30^10 hpa 까지 10hpa 단위로, 최 대풍반경은 -50~+100 km 까지 50 km 단위로 변화시켰다. 이동경로는 실제 경로에 ~6~+4° 까지 변화하여 140 case(중심기압 5caseX 최대풍반경 4 case X이동경로 7 case)로 설정했으며, 태풍 MEGI(0415)도 동일한 방법을 적용하여 120case로 설정하였다.
- 가상태풍 시나리오는 시나리오 대상태풍의 중심기압, 최 대풍반경, 이동경로를 변화시 키고, 진행속도는 대상태풍의 진행속도와 동일하게 구성하였다. 태풍 MAEMI(0314)를 통한 시나리오는 Table 3과 같이 태풍의 중심기압을 -30^10 hpa 까지 10hpa 단위로, 최 대풍반경은 -50~+100 km 까지 50 km 단위로 변화시켰다. 이동경로는 실제 경로에 ~6~+4° 까지 변화하여 140 case(중심기압 5caseX 최대풍반경 4 case X이동경로 7 case)로 설정했으며, 태풍 MEGI(0415)도 동일한 방법을 적용하여 120case로 설정하였다.
- 태풍 MAEMI(0314)에 의해 높은 해일고와 범람피해가 발생한 마산지역에 모델을 적용하기 위해 대상지역의 상세 지형자료와 당시의 기상, 조석 및 파랑자료 등을 수집, 분석하여 입력자료로 활용하였다. 계산영역은 8단계에 걸쳐 최대 격자간격은 Table 1과 같이 31, 600m에서 최소 50m로 nesting하여 구축하였다.
- 폭풍해일예측을 통한 상황대처 방안 강구를 위해 행정 자치부 국립방재연구소(2002)는 중심기압을 960hPa로 선정하고 10m 이상의 최대풍속이 발생하는 반경을 150km 로 가정하여 가상태풍에 의해 해일의 최고수위를 산정한 바 있다. 태풍의 진로는 대한해협 통과, 남해안 상륙, 군산지역 상륙 그리고 인천지역으로 상륙하는 4가지 경우로 설정 하였다. 그러나 사용된 공간격자나 태풍 경로에 있어 다양성을 확보하지 못했으며, 태풍 모형의 운영도 중심기압과 태풍의 진행속도를 일정하게 하여 실제 발생하는 태풍과는차이가 있었다.
- 폭풍해일 시나리오를 적용할 대상지역의 해상 및 해저의 지형적 특성을 반영하고 과거 발생한 태풍 정보 및 해일고 분석자료를 검증자료로 활용하여 수치모델을 구축한다. 검증된 과거 태풍은 시나리오 대상 태풍으로 선정한 후 중심 기압과 최대풍 반경은 과거 태풍 정보로부터 일정비율로 증가 또는 감소시키고, 이동경로는 좌우측으로 일정간격으로 이동시켜 태풍이 우리나라에 영향을 줄 수 있는 범위까지 확장하여 가상태풍 시나리오를 구성한다.
대상 데이터
- 계산영역은 8단계에 걸쳐 최대 격자간격은 Table 1과 같이 31, 600m에서 최소 50m로 nesting하여 구축하였다. 광역 격자망인 Area-1은 태풍의 발생 및 진행경로의 재현을 충분히 반영하기 위해 우리나라,일본, 대만 등이 포함된 위도 15°~ 55°, 경도 110°~ 160°를 대상영역으로 설정하였으며, Area-3은 제주도 및 우리나라 해안을 충분히 포함하여 향후 여러 대상해역에 대한 모의에 활용토록 구성하였다.
- Table 2와 같이 매년 태풍 영향으로 높은 해일고가 발생하고 있으며, 2003년 태풍 MAEMI(0314)와 2004년 태풍 MAGI(0415)에 의해 각각 238 cm, 91 cm의 높은 해 일고 발생한 바 있다. 따라서 본 연구에서는 높은 해일고를 발생시킨 태풍 MAEMI(0314), MEGI(0415X 시나리오 대상 태풍으로 선정하여 시나리오를 구축하였으며, 각각의 태풍 진로는 Fig. 5와 같다. 태풍 정보는 세계기상기구 규정에 따라 일본 도쿄에 위치한 RSMC(Regional Specialized Meteorological Center) 및 우리나라 기상청에서 제공하는 태풍의 자료를 이용하였다.
- 마산지역에 태풍 MMEMI(0314)와 MEGI(0415)를 대상으로 시나리오를 구축하여 총 260개 시나리오 DZB를 구축하였다. 구축된 시나리오 D/B에서 Table 2에 제시한 마산지역에 영향을 미친 과거 태풍의 정보에 해당하는 시나리오 결과와 관측된 해일고를 비교하여 Table 4에 제시하였다.
- 따라서 본 연구에서는 향후 발생하는 태풍에 의한 해일 및 범람을 예측하여 연안재해의 피해를 최소화하기 위해 과거 발생한 태풍으로부터 중심기압, 최대풍 반경, 진로 등을 변경한 가상 태풍 시나리오 D/B를 구축하여, 향후 태풍 내 습시 해당 태풍정보와 가장 유사한 시나리오 D/B의 결과를 추출하여 피해 예측정보로 활용하는 방안을 제시하고자 한다. 이에 태풍 MAEMI(0314)의 내습으로 막대한 피해를 초래한 바 있는 마산지역을 대상으로 시나리오를 설정하여 적용하였다.
- 태풍 MAEMK0314)에 의한 해일고 비교와 함께 해일 발생에 따른 범람을 Fig. 4와 같이 Ama-6(200m)과 Area- 8(50 m)에서 모의하였다. 범람범위가 Fig.
- 5와 같다. 태풍 정보는 세계기상기구 규정에 따라 일본 도쿄에 위치한 RSMC(Regional Specialized Meteorological Center) 및 우리나라 기상청에서 제공하는 태풍의 자료를 이용하였다. 태풍 MAEMI(0314)와 MEGI(0415)의 모의결과에 따른 마산지역 최대해일고는 249 cm와 96 cm로 실제 관측 해일고 238 cm, 91 cm보다 5% 정도 크게 나타나고 있는데, 이는 태풍에 의한 최악의 피해를 대비하기 위한 보수적 관점으로 폭 풍해일 시나리오를 구축함으로써 피해를 최소화하기 위함이다.
이론/모형
- 정확도를 높일 수 있다. 본 연구에서는 이러한 조건들을 만족하는 수치모형(柴木秀之, 2004)을 이용하여 과거 태풍 및 가상 태풍 시나리오에 대한 침수예측실험을 실시하였다. 본 연구에 이용된 기초방 정식은 다음의 연속방정식 (1)과 운동방정식 (2)~(4)로 구성 된다.
성능/효과
- 3(c)의 50m 격자에 의한 결과가 200m 격자의 결과(Fig. 3(a))에 비해 해일 발생전의 편차분포는 크게 개선되지 않았지만 해일 발생시 위상 및 해일 전파시 진 동 등은 개선되었다.
- 8과 같다. 결과에서 보는 바와 같이 태풍 MAEMI(0314)는 마산만을 따라 진행하는 경우의 진로에서 큰 해일고가 발생하고 기압심도(대기압과 태풍 중심기압과의 기압차)의 증가에 따라 해일고가 더욱 증가하는 양상을 보이고 있다. 태풍 MEGI(0415>의 시나리오 결과는 진로가 마산의 좌측으로 북상하는 경우 마산이 태풍의 위험반경에 포함되어 실제 발생된 해일고에 비해 크게 증가하는 것으로 나타난다.
- 5> 시나리오 대상 태풍으로 선정하여 마산만에 시범적으로 적용하여 우선 태풍 매미시 마산만 일대의 범람을 재현하였고, 총 260 case의 시나리오 적용을 통해 최대 발생해일고를 제시하였다. 마산지역에 영향을 미친 과거 태풍에 의한 해일고와 시나리오 D/B로 추출된 해일고와의 비교를 통해 시나리오 D/B의 활용가능성을 확인할 수 있었다. 또한 시나리오별 모의 결과를 통해 태풍의 중심기압, 최대풍 반경 및 이동경로가 실제보다 조금 다른 조건으로 진행한다면 수 이의 해일고 가 발생할 가능성을 제시하고 있다.
- 본 모형은 폭풍해일 및 지진해일에 적용할 수 있는 다층 모델이며, 광역격자로부터 여러 단계의 상세역 격자로 nesting이 가능하여 효율적으로 계산시간을 단축할 수 있고 상세역에서 해일고 및 범람을 정도 높게 모의할 수 있다. 또한 조간대 처리기법(岩崎敏夫, 野 明, 1979)이 포함되어 비선형장파의 육상 처오름에 의한 범람을 재현할 수 있고, 구조물의 천단고를 넘는 경우에는 Homma공식(水理公式集, 1985)을 통해 월류량을 산정할 수 있다.
후속연구
- 구성된 시나리오는 과거 태풍으로 검증된모형을 활용하여 각 시나리오별 해일고 및 피해범위 등을 모의할 수 있다. 구성된 각 시나리오별 모의 결과는 태풍의 중심기압, 최대풍 반경 , 이동경로 등의 조건별로 D/B화 하며, 향후 태풍 내습시 해당하는 정보를 갖는 시나리오 D/B 의 결과를 보간하여 제시함으로써 그에 따른 예싱피해 정보로 활용할 수 있다. Fig.
- 4의 격자크기에 따른 결과 비교를 통해 해일 및 범람모의시 세밀한 격자의 구성과 상세지형정보의 반영이 실제 현상의 재현을 위해 반드시 필요함을 재확인할 수 있었다. 또한 본 연구를 통해 향후 해일 및 범람모의시 격자구성을 50m 이하로 구축되어야 바람직 할 것으로 사료된다.
- 마산지역에 영향을 미친 과거 태풍에 의한 해일고와 시나리오 D/B로 추출된 해일고와의 비교를 통해 시나리오 D/B의 활용가능성을 확인할 수 있었다. 또한 시나리오별 모의 결과를 통해 태풍의 중심기압, 최대풍 반경 및 이동경로가 실제보다 조금 다른 조건으로 진행한다면 수 이의 해일고 가 발생할 가능성을 제시하고 있다. 이는 가상 태풍에 의한 것이지만 과거 우리나라에 영향을 미친 태풍의 중심기압이 모의에 활용된 것보다 낮은 태풍이 있었으며 그 진행진로가 다양했음을 감안하면 무시할 수 없는 결과이다.
- 실제 태풍진 행시 각종 정보 예측의 어려움을 감안하여 다양한 시나리오에 대한 사전 모의를 통하여 태풍정보별 해일고 및 해일고 공간분포를 데이터화하여 실제 태풍의 발생시 유사한 태풍의해 일고를 제공함으로써 태풍 피해의 경각심을 고취하고 유사시 신속한 대응을 용이하도록 하는 방안으로 사료된다. 앞서 기술된 바와 같이 마산지역에 불과 260개의 시나리오 구축을 통한 것으로 대상지역의 지형적 특성에 따른 태풍의 영향 파악, 태풍의 진행속도 및 영향시기별 해일고 변화 양상 등의 추가적인 연구와 함께 중심기압, 최대풍 반경 및 이동경로에 대한 추가 시나리오를 구축을 통해 예측 해일고의 신뢰성 확보를 위한 노력이 필요하다.
- 시나리오 대상 태풍(MAEM((0314), MEGI(0514))을 제외한 7개의 태풍에 대한 시나리오 D/B로부터 추출된 해일고는 관측 해일고보다 동일하거나 다소 크게 나타나고 있다. 이는 시나리오 대상 태풍의 보수적 관점의 검증을 통한 결과로 사료되며, 본 연구의 시나리오 D/B는 불과 260개 시나리오 모의를 통해 얻은 결과로써 향후 시나리오 대상 태풍의 추가 및 태풍 주요인자별 시나리오 추가 구성을 통해 폭풍해일 시나리오 D/B를 보완한다면 해일고 예측의 정확도를 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
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