계기에 의한 진도산정은 보통 PGA와 진도와의 경험적인 관계식으로부터 계산되어 왔다. 그러나 일본 기상청은 지진에 의한 피해의 정도는 관측된 PGA보다는 진도와 상관이 더 크다는 점에 착안하여, 지진 계측기에 의해 실시간으로 진도를 산정(JMA 계측 진도)함으로서 지진재해를 좀 더 정확히 평가하는 방안을 채택하고 있다. 이 연구의 목적은 국내에서의 JMA 계측진도의 실제적인 활용방안을 제시하는 것이다. 한반도는 강진의 발생빈도가 낮기 때문에 사용할 수 있는 강진자료가 충분치 않다. 따라서 한반도의 지진원 특성과 감쇠특성에 맞는 강진동을 추계학적인 방법으로 합성하였다. 이러한 방법으로 합성된 강진자료에 대하여 JMA 계측진도를 포함한 6개의 공학적 지진동 상수들을 계산하였다. 다음으로 계산된 상수들 사이의 경험적인 관계식을 결정하였으며, 이 상수들을 몇 개의 그룹으로 분류하기 위한 군집분석을 수행하여 지진동 상수들을 분류하였다. 그 결과, JMA 가속도 ($a_0$)는 스펙트럼 진도와 유사한 그룹으로 분류되었으며, CAV(Cumulative Absolute Velocity)와는 비교적 관계가 먼 그룹으로 나타났다. JMA 계측진도는 지진재해 평가에 있어서 다른 하나의 평가척도로서 사용이 기능할 것으로 생각된다. 한편 지진재해의 예측에 활용이 가능한 PGA와 $a_0$에 대한 감쇠식이 모멘트 규모와 진원거리의 함수로 유도되었다.
계기에 의한 진도산정은 보통 PGA와 진도와의 경험적인 관계식으로부터 계산되어 왔다. 그러나 일본 기상청은 지진에 의한 피해의 정도는 관측된 PGA보다는 진도와 상관이 더 크다는 점에 착안하여, 지진 계측기에 의해 실시간으로 진도를 산정(JMA 계측 진도)함으로서 지진재해를 좀 더 정확히 평가하는 방안을 채택하고 있다. 이 연구의 목적은 국내에서의 JMA 계측진도의 실제적인 활용방안을 제시하는 것이다. 한반도는 강진의 발생빈도가 낮기 때문에 사용할 수 있는 강진자료가 충분치 않다. 따라서 한반도의 지진원 특성과 감쇠특성에 맞는 강진동을 추계학적인 방법으로 합성하였다. 이러한 방법으로 합성된 강진자료에 대하여 JMA 계측진도를 포함한 6개의 공학적 지진동 상수들을 계산하였다. 다음으로 계산된 상수들 사이의 경험적인 관계식을 결정하였으며, 이 상수들을 몇 개의 그룹으로 분류하기 위한 군집분석을 수행하여 지진동 상수들을 분류하였다. 그 결과, JMA 가속도 ($a_0$)는 스펙트럼 진도와 유사한 그룹으로 분류되었으며, CAV(Cumulative Absolute Velocity)와는 비교적 관계가 먼 그룹으로 나타났다. JMA 계측진도는 지진재해 평가에 있어서 다른 하나의 평가척도로서 사용이 기능할 것으로 생각된다. 한편 지진재해의 예측에 활용이 가능한 PGA와 $a_0$에 대한 감쇠식이 모멘트 규모와 진원거리의 함수로 유도되었다.
In general, the seismic intensity deduced from instrumental data has been evaluated from the empirical relation between the intensity and the PGA. From the point of view that the degree of earthquake damage is more closely associated with the seismic intensity than with the observed PGA, JMA develop...
In general, the seismic intensity deduced from instrumental data has been evaluated from the empirical relation between the intensity and the PGA. From the point of view that the degree of earthquake damage is more closely associated with the seismic intensity than with the observed PGA, JMA developed the instrumental seismic intensity (JMA instrumental intensity) meter that estimate the real-time seismic intensity from the observed strong motion data to obtain a more correct estimate of earthquake damage. The purpose of the present study is to propose a practical application of the JMA instrumental intensity in Korea. Since the occurrence of strong earthquakes is scarce in the Korean Peninsula, there is an insufficiency of strong motion data. As a result, strong motion data were synthesized by a stochastic procedure to satisfy the characteristics of a seismic source and crustal attenuation of the Peninsula. Six engineering ground motion parameters, including the JMA instrumental intensity, were determined from the synthesized strong motion data. The empirical relations between the ground motion parameters were then analyzed. Cluster analysis to classify the parameters into groups was also performed. The result showed that the JMA acceleration ($a_0$) could be classified into similar group with the spectrum intensity and the relatively distant group with the CAV (Cumulative Absolute Velocity). It is thought that the $a_0$ or JMA intensity can be used as an alternative criterion in the evaluation of seismic damage. On the other hand, attenuation relation equations for PGA and $a_0$ to be used in the prediction of seismic hazard were derived as functions of the moment magnitude and hypocentral distance.
In general, the seismic intensity deduced from instrumental data has been evaluated from the empirical relation between the intensity and the PGA. From the point of view that the degree of earthquake damage is more closely associated with the seismic intensity than with the observed PGA, JMA developed the instrumental seismic intensity (JMA instrumental intensity) meter that estimate the real-time seismic intensity from the observed strong motion data to obtain a more correct estimate of earthquake damage. The purpose of the present study is to propose a practical application of the JMA instrumental intensity in Korea. Since the occurrence of strong earthquakes is scarce in the Korean Peninsula, there is an insufficiency of strong motion data. As a result, strong motion data were synthesized by a stochastic procedure to satisfy the characteristics of a seismic source and crustal attenuation of the Peninsula. Six engineering ground motion parameters, including the JMA instrumental intensity, were determined from the synthesized strong motion data. The empirical relations between the ground motion parameters were then analyzed. Cluster analysis to classify the parameters into groups was also performed. The result showed that the JMA acceleration ($a_0$) could be classified into similar group with the spectrum intensity and the relatively distant group with the CAV (Cumulative Absolute Velocity). It is thought that the $a_0$ or JMA intensity can be used as an alternative criterion in the evaluation of seismic damage. On the other hand, attenuation relation equations for PGA and $a_0$ to be used in the prediction of seismic hazard were derived as functions of the moment magnitude and hypocentral distance.
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문제 정의
또한 이 상수들을 몇 개의 그룹으로 분류하기 위한 군집분석을 수행하여 지진동 상수들을 분류한다. 이러한 결과를 토 대로 일본의 진도 계측방식을 국내에 적용하기 위한 방안을 제시하고자 한다.
가설 설정
모사된 315개의 강진동 자료에 대하여 계산된 강진동 상수들 사이의 관계를 logY = alogX + b의 선형함수로 가정하여 각 상수들 사이의 관계식을 추정하였다. 표 3에 이 관 계식의 계수를 제시하였다.
제안 방법
1. 이 연구에서는 한반도의 지진원 특성에 맞는 강진동 315 개를 추계학적 기법으로 모사하여, 이 강진자료를 이용하여 정확한 정의에 따라 상수들이 계산되었다. JMA 계측 진도는 불연속적인 양이기 때문에 이 계측진도대신에 진도를 결정하기 위한 가속도(a0)를 직접 사용하였다.
2. 이와 같이 계산된 상수들 사이의 경험적인 선형 관계식을 결정하였다. 또한 이 상수들을 몇개의 그룹으로 분류하기 위한 군집분석을 수행하였으며, 이 분석에서는 유사성의 척도로서 상관계수를 사용하였다.
), 2) PGA, 3) RMS 진폭, 4) CAV, 5) Arias 진도, 6) Spectrum 진도를 계산하였다. 또한 지진동 상수들을 계산하여 그들 사이에 어떤 관계가 있는가를 조사하였다.
이 연구에서는 JMA 계측진도를 포함한, 최대 지반가속 도(PGA), RMS 진폭, 스펙트럼 진도, Arias 진도, 누적 절대속도(CAV)의 6가지 공학적 지진동 상수들을 선정하여 이 상수들 사이의 경험적인 관계식을 결정할 예정이다. 또한 이 상수들을 몇 개의 그룹으로 분류하기 위한 군집분석을 수행하여 지진동 상수들을 분류한다. 이러한 결과를 토 대로 일본의 진도 계측방식을 국내에 적용하기 위한 방안을 제시하고자 한다.
이와 같이 계산된 상수들 사이의 경험적인 선형 관계식을 결정하였다. 또한 이 상수들을 몇개의 그룹으로 분류하기 위한 군집분석을 수행하였으며, 이 분석에서는 유사성의 척도로서 상관계수를 사용하였다.
), 2) PGA, 3) RMS 진폭, 4) CAV, 5) Arias 진도, 6) Spectrum 진도를 계산하였다. 또한 지진동 상수들을 계산하여 그들 사이에 어떤 관계가 있는가를 조사하였다. Shabestari et al.
선정된 주요 입력상수들은 표 2와 같다. 위의 입력상수들을 이용하여, 15개의 모멘트 규모(4.0, 4.25, 4.5, 4.75, 5.0, 5.25, 5.5, 5.75, 6.0, 6.25, 6.5, 6.75, 7.0, 7.25, 7.5)에 대하여 진원거리 1~200km 구간을 20등분하여 강진동을 모사하였다. 이 방법으로 얻어진 강진동 자료의 수는 15×21=315개이다.
큰 규모의 지진이 발생했을 때, 어떤 지역에서 어느 정도의 에너지를 가진 지진파가 전달되어 어느 정도의 피해를 입게 될까를 예측하기 위해서는 지진동의 감쇠식이 필요하다. 이 연구에서는 PGA 및 JMA 가속도가 어떻게 감쇠하는가를 예측하는 감쇠식을 지진규모와 진원거리의 함수로 유도하였다. 감쇠식의 기본적인 형태는 다음과 같다.
이 연구에서는 위 식을 이용하여 JMA가속도로부터 MM 진도를 계산하였다.
데이터처리
이와 같이 상관이 큰 상수들 사이에는 서로 대신 사용함이 가능함을 의미한다. 다음으로 지진동 상수들을 통계학적인 기법으로 군집분석을 수행하였다. 군집분석은 대상(개체 또는 변수)들 사이에 서로 연관성이 큰 대상을 동질집단으로, 연관성이 작은 대상을 이질 집단으로 분류하는 통계적 기법이다.
이론/모형
이 연구에서는 Boore(8)의 추계학적 모사법을 이용하여 시간영역에서 강진동을 모사하였다. 강진동 모사에 있어서의 주요 입력상수들은 한반도 지진특성에 관한 최근의 연구 를 참조하여 선정되었다.
그림 7, 8, 9에 각각 지진규모 5, 6, 7에 대한 감쇠곡선을 다른 연구와 비교하여 도시하였다. 이 연구에서의 감쇠곡선은 국내지진에 대하여 Jo and Baag(10) 이 얻은 감쇠식과 미국 서부지역에 대한 Atkinson and Silva(15)의 중간 정도를 나타내고 있다. 또한 그림 10에는 모멘트 규모 5, 6, 7에 대응하는 JMA 가속도의 감쇠와 MM진도의 하한값이 도시되어 있다.
성능/효과
이러한 계측진도를 사용함으로서 좀 더 객관적으로 진도를 평가할 수 있게 되었으며, 무인 관측이 가능해짐에 따라 다수의 관측소의 자료를 신속히 수 집하여 지진발생과 동시에 실시간으로 진도도(Intensity Map)를 작성할 수 있게 되었다.(1) 일본 기상청 계측진도는 종래의 진도에 대한 정의와 같으며 현재 10등급으로 나누어져 있다. 그 정의는 표 1과 같다.
3. 그 결과, JMA 가속도 a0는 스펙트럼 진도와 유사한 그룹으로 분류되며, CAV와는 비교적 관계가 먼 그룹으로 나타났다.
4) 하나의 성분으로 합성된 가속도 기록의 진폭이 특정의 값 a0보다 큰 값을 갖는 시간의 합이 0.3 sec, 즉 지속 시간이 0.3초가 되는 진폭 a0를 결정한다.
4. PGA, JMA가속도, CAV에 대한 감쇠식이 지진규모와 진원거리의 함수로 유도되었으며, 이 식은 지진재해의 예측에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
위에서는 지진동 상수들 사이에 선형적인 관계를 가정하여 이들 사이의 관계를 분석해 보았다. 그 결과 Arias 진도와 CAV, JMA 가속도와 스펙트럼 진도사이에 상관이 상대 적으로 크다는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 상관이 큰 상수들 사이에는 서로 대신 사용함이 가능함을 의미한다.
그림 3, 4, 5에 JMA가속도와 CAV와의 관계, JMA가속도와 Spectrum 진도와의 관계, CAV와 Arias 진도와의 관계를 도시하였다. 그림에서 알 수 있는 바와 같이 JMA가 속도는 Spectrum 진도와 상관이 크고, CAV는 Arias 진도와 상관이 큰 것으로 나타났다.
후속연구
5. 강진 발생 후, 지진피해를 일으킬 수 있는 최소의 CAV (0.16 g-sec)에 대응하는 JMA 가속도(~62.6 gal)의 초과 여부를 새로운 추가의 평가조건으로 부여함으로서 주요 시설물의 내진안전성 확보에 기여할 수 있을 것으로 판 단된다.
그림에서 알 수 있는 바와 같이, PGA-RMS 진폭, Arias 진도-CAV, JMA 가속도-스펙트럼 진도가 우선적으로 상호 관련성이 큰 대상으로 묶이게 되며, 최근 미국 원자 력 발전소의 강진동 평가상수로서 중요시 되고 있는 CAV와 JMA 진도는 서로 다른 집단에 속한다고 볼 수 있다. 따라서 JMA 가속도는 CAV와는 별개로 추가의 평가조건으로 사용할 수 있을 것으로 생각된다.
6gal을 얻을 수 있다. 따라서 이 최소 CAV(0.16 g-sec)에 대응하는 JMA 가속도 a0(~62.6 gal)의 초과여부를 추가의 평가조건으로 부여함으로서 주요 시설물의 내진 안전성 확보에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
이 연구에서는 JMA 계측진도를 포함한, 최대 지반가속 도(PGA), RMS 진폭, 스펙트럼 진도, Arias 진도, 누적 절대속도(CAV)의 6가지 공학적 지진동 상수들을 선정하여 이 상수들 사이의 경험적인 관계식을 결정할 예정이다. 또한 이 상수들을 몇 개의 그룹으로 분류하기 위한 군집분석을 수행하여 지진동 상수들을 분류한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한반도의 지진에 대한 기록은 어떤 것들이 있는가?
한반도는 지리적으로 인접한 북동 중국이나 서남일본에 비하여 지진활동이 활발하지 않은 편이며, 큰 규모 지진의 발생빈도도 낮다. 기상청에 의하면, 1978년부터 2006년까지 30년간에 관측된 규모 3.0이상의 지진 수는 총 304회로서 연평균 대략 10회에 해당하며, 규모 5이상의 지진은 5회에 불과하다. 그러나 과거 역사기록을 조사해 보면 성곽이 붕괴되고, 100여명이 사망할 정도의 파괴적인 지진이 발생한 기록이 있다. 또한 1905년 이래의 계기지진을 조사해 보면, 1952년에 평양 남쪽에서 발생한 규모 6.3의 강서지진과 같은 강력한 지진이 발생한 기록도 있다. 한반도는 지진학적으로 판 내부에 속하며, 발생지진도 판 내부지진의 특성 을 갖고 있다.
한반도의 지진에 관련된 특징은 무엇인가?
3의 강서지진과 같은 강력한 지진이 발생한 기록도 있다. 한반도는 지진학적으로 판 내부에 속하며, 발생지진도 판 내부지진의 특성 을 갖고 있다. 따라서 판 경계지진에 비하여 지진의 시공간 분포가 불규칙적이므로, 예측이 쉽지 않으며 지진발생 빈도가 낮고 우발적이라 할 수 있다. 따라서 이와 같은 판내부 지진의 특성 때문에 지진에 대한 대비가 소홀하기 쉽다.
현대사회가 지진과 같은 자연재해에 취약한 이유는 무엇인가?
한편, 현대사회는 지진과 같은 자연재해에 대하여 대단히 취약하다 할 수 있다. 인구의 도시집중, 산업시설의 밀집 등은 지진과 같은 재해가 발생했을 때 재해의 증폭이 쉽고 장기적으로 그 파급효과가 크게 나타나게 되어, 오랜 기간 동안 국가경제에 큰 타격을 줄 수 있기 때문이다.
참고문헌 (17)
Japan Meteorological Agency, “http://www.jma.go.jp/jma/indexe.html”.
Danciu, L., and Tselentis, G.-A., “Engineering ground motion parameters attenuation relationships for Greece,” Bulletin of Seismological Society of America, Vol. 97, 162-183, 2007.
Arias, A., “A measure of earthquake intensity, in Seismic Design of Nuclear Power Plants,” Edited by Hansen, R., MIT Press, Cambridge, Massachusettes, 438-483, 1970.
Housner, G.W., “Spectrum intensities of strong motion earthquakes,” in Proceedings of Symposium on Earthquake and Blast Effects Structures, C.M. Feigen(Editors), Los Angeles, 21-36, 1952.
EPRI(Electric Power Research Institute), “Standardization of the cumulative absolute velocity,” EPRI TR-100082s, 1991.
Boore, D.M., “SMSIM - Fortran programs for simulating ground motions from earthquakes: Version 2.3 - A Revision of OFR 96-80-A,” U.S. Geological Survey, 55, 2005.
Davis, J.C., Statistics and data analysis in geology, John Wiley & Sons Inc., New York, U.S.A., 550, 1973.
Reghunath, R., Murthy, T.R.S., and Raghavan, B.R., “The utility of multivariate statistical techniques in hydrogeochemical studies: an example from Karnatake, India,” Water Research, Vol. 36, 2437-2442, 2002.
Atkinson, G.M. and Silva, W., “Stochastic Modeling of California Ground Motions,” Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 90, 255-274, 2000.
U.S. NRC, “Regulatory guide 1.166 Pre-earthquake planning and immediate nuclear power plant operator post-earthquake actions,” U.S. Nuclear Regulatory Commission, 1997.
McCann, M.W., “Development of U.S. NRC OBE exceedance criteria for NPPs,” International Workshop on Technical issues of Post-earthqwuake Procedure for NPPs organized by KEPRI, NETEC, KHNP, and KOPEC, 2009.
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