[논문]한반도 남해안에 대한 지진해일 수치실험

김현승; 김현성; 강영승

[국내논문] 한반도 남해안에 대한 지진해일 수치실험
The Simulation of Tsunami against the South Coast of the Korean Peninsula 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.22 no.5 = no.84, 2008년, pp.31 - 38

김현승 ((주) 한국해양과학기술 부설연구소) , 김현성 ((주) 지오피디엠 부설연구소) , 강영승 ((주) 한국해양과학기술 부설연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The numerical simulation of tsunami against the south coast of the Korean Peninsula has been performed by adopting the standard appropriate grid size and the numerical model has been constructed to include the characteristics of the tsunami propagation applied for the care of the East China Sea. The artificial tsunami has been modelled first and then, it has been used as the boundary condition for the detailed model which showed the south coast of the Korean Peninsula.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 한반도 동해안보다 수심이 매우 얕은 동중국해 및 남해안의 지진해일 수치 모델 구축을 위한 공간 격자 크기를 결정하고, 선형 및 비선형 방정식을 사용한 동적 결합 지진해일 수치 모델을 수립하였다. 그리고 수립된 모델을 이용하여 과거서.

가설 설정

(3)

(3)의식에서 〃는 총수심으로 九 +〃이고, 爲, %는 r, g 방향의 마찰 응력이며, 4는 수평 방향의 와 점성계수로 공간, 시간에 대해 일정하다고 가정한다.

제안 방법

각 영역별로 다른 격자 간격 및 지배 방정식(선형, 비선형 모형)을 설정하였고, 모형의 연결 비율은 1:3이며, 세부격자의 시간 간격은 광역 격자의 1/2로 하였다. Domain A는 광역격자로서 선형이론에 기초하여 파향선법에 의한 Wave ray와 지진해일의 초기파형 및 Hydrodynamic model 수행을 위한 기본 Domain으로 구성하였고, Domain 日는 지진해일의 전파가 대륙붕을 지나 연안에 접근하면 선형장파 이론은 더 이상 유효하지 않고, 파장은 더욱 짧아지고 크기는 더욱 커지게 되므로, 비선형관성력 (Nonlinear convective inertia force) 과 바닥 마찰 효과를 고려한 비선형 천수방정식을 적용하여 해안선에 대한 이동 경계조건을 적용하였다.
위해 동적 결합된 다중격자 결합 모형을 구성하였다. 각 영역별로 다른 격자 간격 및 지배 방정식(선형, 비선형 모형)을 설정하였고, 모형의 연결 비율은 1:3이며, 세부격자의 시간 간격은 광역 격자의 1/2로 하였다. Domain A는 광역격자로서 선형이론에 기초하여 파향선법에 의한 Wave ray와 지진해일의 초기파형 및 Hydrodynamic model 수행을 위한 기본 Domain으로 구성하였고, Domain 日는 지진해일의 전파가 대륙붕을 지나 연안에 접근하면 선형장파 이론은 더 이상 유효하지 않고, 파장은 더욱 짧아지고 크기는 더욱 커지게 되므로, 비선형관성력 (Nonlinear convective inertia force) 과 바닥 마찰 효과를 고려한 비선형 천수방정식을 적용하여 해안선에 대한 이동 경계조건을 적용하였다.
비교.검증하였으며, 일본 서 남해안의 지진해일 발생 가능성을 고려하여 Point 3에 대한 가상의 지진해일 발생 조건을 고려하여 Hydrodynamic tsunami model을 수행하였다. Fig.
비교. 검토를 통해 검증을 수행하였다. Wave ray model 결과의 〃+〃 표시는 지진해일의 도달 위치를 1시간 단위로 나타낸 것으로 Hydrodynamic tsunami model의 시간에 따른 지진해일의 전파경로가 Wave ray model과 유사하게 진행되는 것을 알 수 있다(Fig.
초기 파형산정에 필요한 단층 파라미터는 지진발생 시 관측에 기초하여 산정되는 것이다. 과거에 류큐열도 인근에서 발생한 지진해일에 대한자료가 전무하므로 발생 위치의 상이성은 있으나 극한의 조건을 고려하여 1983년 일본 Akita 지진해일의 파라미터(Aida, 1984)를 일부 변형시킨 형태로 사용하였는데, 지진의 규모에 따라 단층의 길이와 폭을 결정하였고, 지진해일의 초기 진행 방향을 결정하는 Strike an이e은 절단 단층의 수직 방향으로 결정하여 적용하였다
그리고 수립된 모델을 이용하여 과거서. 남해안 및 동중국해에서 발생한 지진해일의 전파 특성을 파악하였고, 한반도 남해안에 발생 가능한 가상 의지 진해 일에 대한수치실험을 수행하였다.
본 논문에는 Point 1과 2에 대한 Hydrodynamic tsunami model을 수행하여 이론식에 기초한 Wave ray model의 결과와 비교.검증하였으며, 일본 서 남해안의 지진해일 발생 가능성을 고려하여 Point 3에 대한 가상의 지진해일 발생 조건을 고려하여 Hydrodynamic tsunami model을 수행하였다.
본 연구에서 지진해일에 의한 남해안의 파고 분포를 계산하기 위해 동적 결합된 다중격자 결합 모형을 구성하였다. 각 영역별로 다른 격자 간격 및 지배 방정식(선형, 비선형 모형)을 설정하였고, 모형의 연결 비율은 1:3이며, 세부격자의 시간 간격은 광역 격자의 1/2로 하였다.
이와 같은 자료에서 볼 수 있듯이 한반도 인근 해역에서도 지진이 발생하고 지진에 의한 해일의 발생 가능성이 있으며, 이에 따라 지난 1세기 동안의 지진 및 지진해일의 발생지점을 조사하였다. 지난 1900년부터 2006년까지 한반도 서남해안 및 동중국해에서 발생한 지진 및 지진해일의 발생지점은 러시아의 Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics(http://tsuiisscc.
지진해일의 공백역으로 알려진 한반도 남해안 및 동중국해에서 지진해일 수치 모형 수립을 위한 적절한 공간격자 크기를 산정하여 모형을 수립하여 지진해일의 전파경로 및 영향을 격자의 동적 결합(Two way nesting grid) 방법을 통해 분석 및 예측하였다.
이러한 문제는 경계면에서 특성 곡선법을 사용함으로써 간단히 해결할 수 있다. 특성 곡선법을 설명하기 위해 일차원 문제를 고려하기로 한다. 수심이 九로 일정한 수로에서의 선형장파 이론식은 다음과 같다.

이론/모형

계산영역에서 파동이 자유롭게 개방 경계를 통해 바깥 방향으로 통과할 때의 조건은 특성량의 관계식을 이용하여 구한다. 경계 r = r()에서는 t = 0이^로 초기 조건인 也o=%=O을 만족하고 %는 다음과 같이 표현할 수 있다.
수 있다. 원래 파향 선 방정식은 17세기 프랑스 수학자 Fermat가 제시한 광학의 원리에서 착안한 방법으로 이를 응용하여 해양의 파동에 적용하였다(Lee et a丄, 1997).
파향선을 계산하는 데는 Munk와 Arthur가 제안한 다음의 방법 (Mun* and Arthur, 1952)을 이용한다.

성능/효과

Region lf 2, 3에 제시된 영역에 대해서 Fractal 이론을 적용한 결과 dx값이 4km~6km일 때 해저 지형이 크게 변화하였고/ 1.5km 에서도 변화가 있는 것을 알 수 있다 또한 격자 간격의 변화에 따른 해저 지형의 변화에서는 dx값이 1km에서 0.5km로 변화할 때 지형의 변화가 크지 않으므로 수치 모델의 계산영역에 대한격자간격은 약 1km가 적절한 것으로 판단된다. Fig.
분석되었다. 또한 일본 후쿠오카 북서쪽 해역에서 발생된 규모 7.0의 지진에 대한 지진해일의 발생을 가정한 수치 실험에서 지진해일 발생 3시간 후에는 한반도 남해안 전역에 전파되는 것으로 예측되었다.
지진해일 발생지점과 가까운 부산과 울산에서는 상대적으로 해수면의 변화가 크게 나타났지만/완도나 거문도와 같은 지점에서는 초기의 발생에너지가 수심의 영향으로 대부분 소멸되어 해수면의 변화가 크지 않은 것으로 나타났다. Fig.

후속연구

파향선법에 의한 이론식의 적용이 검토된 Hydrodynamic tsunami model을 이용하여 2005년 후쿠오카에서 발생한 지진에 의한 가상지진해일의 전파경로 및 남해안 주요 검조소의 해 일고 발생 경향을 예측하였는데, 수치 모델의 최소 격자 간격을 고려하여 본 논문에서 수행한 해일고에 대한 예측값은 각 검조소 간의 상대적인 평가에 사용되어야 할 것으로 판단된다.

참고문헌 (15)

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Choi, B.H., Pelinovsky, E., Ryabov, I. and Hong, S.J.(2002). "Distribution Functions of Tsunami Wave Heights", Natural Hazards, Vol 25, pp 1-21

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Imamura, A. (1949). "Homeland Tsunami Chronology Japanese, Zisin", Ser. 2, Vol 2, pp 23-28
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Lee, H.J., Imamura, F. and Shuto, N. (1997). "Precision of the Tidal Wave Number Value Calculation Which is Observed to Refraction Phenomenon", JSCE Coastal Engineering Journal, Vol 44, pp 276-280
Linsley, R.K. and Franzini, J.B. (1979). Water Resources Engineering, 3rd Edition, McGraw Hill Kogakukusha, Ltd
Manshinha, L. and Smylie, D.E., (1971). "The Displacement Fields of Inclined Faults", Bull Amer. Seism Soc., Vol 61, No 5, pp 1433-1440
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Ueno, T. (1965). "Numerical Computations for the Chilean Earthquake Tsunami", Oceanogr. Mag., Vol 17, pp 87-94

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