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문제 정의
- kr)을 통하여 5nix5ni의 격자에 대한 지반고의 디지털데이터를 세밀하게 획득하였다. 여기서, 전술한 바와 같이 해상의 일부영역과 육상을 포함하는 마지막 영역인 9영역에서 침수가 발생되지 않는 산지와 내륙 및 수치지형도로부터 높이를 알 수 없는 건물의 경우에 대해서는 그의 높이를 적절히 높게 하여 계산중에 침수가 발생되지않도록 고려하였다. 이와 같은 과정을 통해 획득한 마산만의 호안 배후에 있는 건물밀집도와 도로상황의 계산초기조건에 대한 평면도와 마산만 주변의 지형데이터를 각각 Fig.
제안 방법
- 따라서, 본 연구에서는 2003년 9월 12일 부산 및 경남지역을 내습하여 엄청난 연안재해를 발생시켰고, 특히 경남의 연안역에서는 당시의 설계태풍이었던 태풍 Sarah를 상회하는 수위 상승을 기록한 14호 태풍 Maemi(0314호)를 대상으로 많은 인명피해와 막대한 침수피해를 초래한 마산만 배후의 해안 저지대에서의 범람현상을 해역 . 육역의 일체화된 격자구성을 통한 상호연계된 수치해석 법으로 명확히 규명한다.
- 본 연구에서는 Table 2에 제시된 태풍 Maemi의 내습시에 시각의 변화에 따른 태풍의 위치(경도, 위도), 기압심도, 태풍반경 및 이동속도(김도삼 등, 2007)를 입력조건으로 최대 폭풍 해일 고를 추정하고, 동시에 폭풍해일에 의한 범람해석을 실시하였다. Fig.
- 해석영역의 변동으로 인한 이동경계조건이 요구된다. 본 연구에서는 이동경계조건으로 Fig. 2에 나타내는 바와 같이 파선 단 부에서의 지형을 계단상으로 고려하고, 육측격자점의 지 반고보다 해측격자점의 수위가 높은 경우에 그 차를 실수심 〃로하여 유량 Flux를 계산하는 방법을 적용한다(Iwasaki and Manoz 1979). 여기서, 〃>10—%11를 계산최소수심으로 하며, 이 값 이상의 격자점에 대해서 계산을 수행한다.
- 본 연구의 기초방정식은 연직방향으로 적분된 2차원 천수 방정식으로 다음의 연속방정식 ⑴과 운동방정식 (2) 및 (3) 으로구성된다.
- 인적 재해를 초래한 태풍 Maemi(0314호)의 내습시를 대상으로 2 차원비선형천수방정식을 적용하여 마산만의 인근 연안 역에서 폭풍 해일 고를 추정함과 동시에, 폭풍해일에 의한 배후역의 범람 현상을 수치적으로 규명하였다. 본 해석법은 관측치의 폭풍 해일 고를 사용하여 침수해석을 수행하는 기존의 범람해석법 (마산시, 2004; Yasuda et al.
- 한편, 범람류는 지반의 조도계수에 의해 그 거동이 영향을 받기 때문에 바닥조건에 따라 상이한 조도계수를 적용하는 것으로 하였다. 즉, 본 계산에서 사용한는 조도계수로 도로의 경우는 0.
대상 데이터
- 큰 영역에서 작은 영역으로의 계산은 Nesting을 통하여 계산이 수행되고, 큰 격자에서 다음의 작은 격자의 크기비율은 1/3로 구성되어 있다. 계산영역에서 수심데이터는 상용의 수치해도로부터 취득되었고, 또한 범람해석의 수행에 필요한 건물의 위치 및 도로 등의 지반고의 데이터는 상용의 수치지형도로부터 Land desktop(http://www.auto desk.co.kr)을 통하여 5nix5ni의 격자에 대한 지반고의 디지털데이터를 세밀하게 획득하였다. 여기서, 전술한 바와 같이 해상의 일부영역과 육상을 포함하는 마지막 영역인 9영역에서 침수가 발생되지 않는 산지와 내륙 및 수치지형도로부터 높이를 알 수 없는 건물의 경우에 대해서는 그의 높이를 적절히 높게 하여 계산중에 침수가 발생되지않도록 고려하였다.
- 본 연구에서는 부산 및 경남 연안역에 막대한 물적 . 인적 재해를 초래한 태풍 Maemi(0314호)의 내습시를 대상으로 2 차원비선형천수방정식을 적용하여 마산만의 인근 연안 역에서 폭풍 해일 고를 추정함과 동시에, 폭풍해일에 의한 배후역의 범람 현상을 수치적으로 규명하였다.
- 태풍 Maemi에 의한 마산만 호안배후역에서의 범람 현상을 규명하기 위한 본 연구의 수치 계산영 역은 Fig. 4와 Table 1 에나 타내는 바와 같이 총 9개 영역으로 구성되고, 제1영역은 32, 805m의 격자크기를, 일부의 해역과 육역을 포함하는 마지막인 제9영역은 5ni의 격자크기를 각각 갖는다. 큰 영역에서 작은 영역으로의 계산은 Nesting을 통하여 계산이 수행되고, 큰 격자에서 다음의 작은 격자의 크기비율은 1/3로 구성되어 있다.
이론/모형
- 육역의 일체화된 격자구성을 통한 상호연계된 수치해석 법으로 명확히 규명한다. 기초방정식으로 폭풍 해일 고와 침수범람에 고정도의 결과를 나타내는 것으로 널리 알려져 있고, 또한 그의 타당성이 인정되는 2차원 비선형 천수 방정식을 적용하며 (Kawai, 2003; 허동수 등, 2006a; 2006b; 김도삼 등, 2007), 수치해석법으로 유한차분법을 적용한다. 이로부터 얻어진 본 연구의 수치해석결과를 현지조사결과 및 기존의 연구결과(마산시, 2004; Yasuda et al.
- 기초하여 이산화한다. 이 때, 공간 및 시간항에는 각각 다음의 Fig. 1에 나타내는 바와 같은 Staggered mesh와 Leap-frog 법에 의한 스킴을 적용한다. Leap-frog법의 차분스킴에서는 수위 〃와 수평유량 MJV의 계산점을 각각 다른 위치에 정의하며, 그림에서 직각좌표 x, y에 대응하는 이산화량을 아래첨자 , , 顶로, 시간 t 에는 윗첨자 R로 각각 나타낸다.
- 풍속, nn은 N但^ng의 조도계수, CD 는 항력계수이다. 항력계수 C에 대해서는 많은 경험값이 제안되어 있지만, 본 연구에서는 모형실험이나 현지관측에 기초하여 제안된 다음의 Mitsuyasu and Kusaba(1984)의 결과를 적용한다.
성능/효과
- ④ t = 30hrs(Fig. 8(d)) : 항내에서는 약 1.43m 정도의 폭풍해일 고가 발생하고, 해운동지역에서 약 1.5m 전후, 월영동의 일부 지역에서 약 1.0m 전후, 문화동의 일부지역에서 약 1.5m 전후, 반월동의 호안주변지역에서 약 1.4m 전후, 신포동의 일부 지역과 동성동에서 약 L2m 전후, 오동동과 합포동에서 약 l-4m 전후의 침수고가 나타나며, 동시에 마산자유무역지역에서 침수가 시작된다.
- 5hrs(Fig. 8(e)) : 항내에서 약 1.75m 정도의 폭풍해일 고가 발생하고, 해운동에서 약 L7m 전후, 월영동에서 약 1.5m 전후, 반월동에서 약 1.7m 전후, 신포동과 동성동에서 약 1.5m 전후, 합포동에서 약 1.7m 전후/ 마산자무역지역에서 약 1.4m 전후의 침수고가 각각 나타난다.
- 10과 11 의 현장조사-결과와 본 연구의 폭풍해일에 의한 범람해석결과를 Table 3에 나타내었다. ①〜 ③지역인 해운동, ④지역인 반월동, ⑦〜⑨지역인 동성동 등에서는 조사결과와 거의 동일한 침수고가 나타남을 알 수 있으며, 그 외의 지역에서는 약간의 차이를 보이고 있지만, 현지 조사치의 가변성을 감안하여 제시된 지점에서 수치보다는 구역이라는 공간분포의 관점에서 비교하면, 조사결과와 매우 유사한 경향을 알 수 있고, 전반적인 침수고 및 침수영역이 상당히 잘 일치하는 것을 알 수 있다
- 사실을 확인할 수 있었다. 그리고/ 약 30시간 후에 마산 자 W 무역 지역에서도 침수가 나타나기 시작하여 양덕동으로 침수지역이 확대되는 것도 알 수 있었고, 이후에 태풍이 마산지역을 벗어남에 따라 항내의 수위상승량도 감소하여 더 이상 침수지역이 확대되지 않았으며/ 약 33시간 후에는 항 내의 해일 고가 0.17m星 하강하는 양상도 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 후술하는 사후조사 및 수치해석(마산시, 2004; Yasuda et alv 2004a)에서 얻어진 침수상황과 매우 잘 일치하는 것을 알 수 있다.
- 17m星 하강하는 양상도 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 후술하는 사후조사 및 수치해석(마산시, 2004; Yasuda et alv 2004a)에서 얻어진 침수상황과 매우 잘 일치하는 것을 알 수 있다.
- 이상의 본 해석결과로부터 태풍 Maemil가 발생하여 약 27 시간 30분 후에 해운동과 동성동에서 먼저 침수가 발생하기 시작하여 약 28시간 후에는 합포동과 문화동 및 반월동 등에서도 침수가 발생하기 시작하였고, 시간이 경과함에 따라 항 내로부터 월류수가 증가하여 이 지역들에서부터 범람수가 제내지로 퍼지면서 침수면적이 넓어지고, 동시에 침수고가 높아지는 사실을 확인할 수 있었다. 그리고/ 약 30시간 후에 마산 자 W 무역 지역에서도 침수가 나타나기 시작하여 양덕동으로 침수지역이 확대되는 것도 알 수 있었고, 이후에 태풍이 마산지역을 벗어남에 따라 항내의 수위상승량도 감소하여 더 이상 침수지역이 확대되지 않았으며/ 약 33시간 후에는 항 내의 해일 고가 0.
후속연구
- , 2004a) 와 비교 . 검토하여본 연구의 타당성과 적용성을 확인할 수 있었고, 얻어진 결과는 마산만의 인근연안역을 비롯한 타지역에서의 연안사업 및 연안 방재사업 에 중요한 기초자료로 활용되 기를 기대한다.
- 기초방정식으로 폭풍 해일 고와 침수범람에 고정도의 결과를 나타내는 것으로 널리 알려져 있고, 또한 그의 타당성이 인정되는 2차원 비선형 천수 방정식을 적용하며 (Kawai, 2003; 허동수 등, 2006a; 2006b; 김도삼 등, 2007), 수치해석법으로 유한차분법을 적용한다. 이로부터 얻어진 본 연구의 수치해석결과를 현지조사결과 및 기존의 연구결과(마산시, 2004; Yasuda et al.z 2004a) 등과 비교하여 본 연구의 타당성과 적용성을 검토하였으며, 향후 본 해석 결과가 마산만 인근의 해안배후역을 비롯한 기타 다른 지역에서의 연안사업 등에 기초자료로 활용되기를 기대한다.
- 이와 같이 대형태풍에 동반되는 침수피해의 주된 원인이 되는 폭풍해일고의 추정 및 예측은 해양공학, 해안 및 항만 공학의 설계분야에서 설계조위의 설정 등에 가장 중요한 기초자료로 활용될 수 있고, 폭풍해일에 의한 침수고 및 침수범위의 추정은 지반고의 결정과 계획범위에 관련된 연안사업 및 지역 연안 방재계획의 수립에 직결되는 주요한 요소이므로 정확히 검토되어야 할 시급한 과제로 판단된다.
- 향후, 조석 및 파랑과 결합된 다층모델에 의한 수치해석법을 적용하여 보다 정밀한 폭풍해일고를 추정하고자 한다.
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