[논문]경험자료에 의한 동해안의 지진해일 재해도 평가

김민규; 최인길; 강금석

doi:10.5000/eesk.2010.14.4.017

경험자료에 의한 동해안의 지진해일 재해도 평가
Tsunami Hazard Evaluation for the East Coast of Korea by using Empirical Tsunami Data 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.14 no.4 = no.74, 2010년, pp.17 - 22

김민규 (한국원자력연구원 종합안전평가부) , 최인길 (한국원자력연구원 종합안전평가부) , 강금석 (한전전력연구원 녹색성장연구소)

초록
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본 연구에서는 지진해일에 의한 원자력발전소의 확률론적 안전성 평가를 위하여 필수적으로 도출해야 하는 지진해일 재해도 곡선을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 1900년도 이후에 기록된 동해안에서의 지진해일 기록과 1900년도 이전에 역사지진기록에서 찾을 수 있는 지진해일 기록을 이용하여 지진해일에 의한 최대파고에 대한 재현주기를 산정하고자 하였다. Power law, upper-truncated power law 그리고 지수함수에 의해서 추세선을 작성하였으며 그 결과를 비교하였다. 동해안에서 발생한 지진해일의 기록이 10건 내외에 불과하므로 기록에 의한 지진해일 재해도 곡선추정 연구에 제한이 있으나 국내에는 지진해일의 재해도곡선 추정에 관한 연구가 전무한 현실이므로 지진해일 확률론적 안전성 평가를 위한 초석을 놓은 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a tsunami hazard curve was determined for a probabilistic safety assessment (PSA) of a tsunami event at a Nuclear Power Plant site. A Tsunami catalogue was developed by using the historical tsunami record prior to 1900 and the instrumental tsunami record after 1900. For the evaluation of the return period of the tsunami run-up height, power-law, upper-truncated power law and exponential function were considered for the assessment of regression curves and each result was compared. Although there were in total only 9 tsunami records on the east coast of Korea during the time period of the tsunami catalogue, there is no research like this about tsunami hazard curve evaluation, so this research lays a foundation for probabilistic tsunami hazard assessment (PTHA)

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

동해안의 지진해일 목록 또한 이러한 기록은 하나의 지역에 대한 재현주기를 산정하는 것도 불가능한 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 동해안 지역을 하나의 지역으로 간주하여 동해안에서 관측된 지진해일에 의한 최대파고에 대한 재현주기를 산정하고자 하였다. 따라서 연도별 동해안의 지진해일에 의한 최대파고를 정리하고자 하였다.
그러나 단층으로부터의 지진해일 모사에 대한 연구는 우리나라의 단층이 완전히 파악되지 않았고 우리나라에 지진해일을 유발시키는 일본 서해안의 단층에 의한 영향도 규명이 되지 않은 부분이 많아서 이를 이용한 지진해일 재해도 곡선을 도출하는 것은 좀 더 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 역사지진에 의한 지진해일과 1900년도 이후에 우리나라에서 기록되어 있는 지진해일에 대한 기록을 이용하여 경험적인 방법으로 재현주기를 도출하고자 하였다. 다만 본 연구를 위해서는 국내의 지진해일에 대한 자료가 매우 부족한 상황이므로 많은 불확실성을 포함할 수밖에 없으며 다음과 같은 가정사항을 두었다.
따라서 본 연구에서는 동해안 지역을 하나의 지역으로 간주하여 동해안에서 관측된 지진해일에 의한 최대파고에 대한 재현주기를 산정하고자 하였다. 따라서 연도별 동해안의 지진해일에 의한 최대파고를 정리하고자 하였다. 조선시대의 지진해일의 경우는 최대파고를 산정하는 것이 쉽지 않은 것이 현실이다.
본 연구에서는 과거의 동해안에서 발생한 지진해일 기록을 이용하여 재현주기에 따른 최대파고를 예측하고자 하였다. 지진에 대한 정보와 지진해일 발생위치 및 최대파고 등을 비교적 정확하게 알 수 있는 1900년도 이후의 기록과 그 이전의 역사지진에 의한 것으로 구분하여 정리하였다.
본 연구에서는 원자력발전소의 지진해일에 대한 안전성 평가기법을 개발하기 위하여 동해안 지역을 대상으로 하여 지진해일에 대한 재해도 평가를 수행하였다. 지진해일 재해도 평가는 경험적인 방법으로 수행하였으며, 1900년도 이후에 발생한 4건의 지진해일 기록과 조선왕조실록에서 기록하고 있는 내용중에서 지진해일인 것으로 판단되는 5건의 지진해일 기록을 이용하여 지진해일 목록을 작성하였으며, Power 법칙과 지수함수를 이용하여 회귀분석을 수행하여 최대파고에 대한 재현주기를 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 조선시대의 역사기록과 1900년 이후 동해안에서 발생한 지진해일 기록을 이용하여 동해안에서의 지진해일에 의한 최대파고의 재현주기를 도출하였다. 대상으로 하는 자료가 부족하고 신뢰성이 적기 때문에 재현주기 결과의 신뢰성이 높지 않다고 볼 수 있으나 그것은 자료의 부족에 기인한 것으로 현재로서는 확보할 수 있는 모든 자료를 이용한 최선의 결과를 도출하였다고 할 수 있다.
한국수력원자력㈜⁽⁴⁾에서는 조선왕조실록과 승정원일기의 기록을 분석하여 조선시대에 발생하였던 지진중에서 지진해일이 발생하였을 가능성이 큰 지진을 정리하였다. 지진해일의 발생가능성이 중간 이상되는 것은 8건 정도인 것으로 보고하고 있으나 본 연구에서는 중복되는 기록인 것으로 판단되는 것과 동해안이 아닌 곳에서 발생한 지진해일을 제거 하여 분석하였다. 조선시대의 지진해일에 대하여 다음의 표 2에 정리하였다.

가설 설정

특별히 Geist 와 Parsons의 연구에서는 Mexico의 Acapulco지역의 지진해일 관측자료를 이용하여 재현주기에 따른 최대파고를 예측하는 연구에서 역사기록에 의한 지진해일의 최대파고가 4m 이내에는 거의 없는 것으로 판단하고 있다. 따라서 조선시대의 지진해일기록을 고려한 동해안에서의 지진해일에 의한 최대파고를 가정하여 표 3과 같이 정리하였다. 또한 그림 1에 도시하였다.
작은 규모의 지진해일은 조선왕조실록이나 승정원일기에 기록이 되지 않았을 것이며 실지로도 감지가 어려울 것으로 판단된다. 역사기록의 지진해일은 최소 2m 정도의 파고가 발생하였을 경우에 기록이 되었을 것으로 가정하였다. 이것은 과거의 기록에 의지하여 지진해일의 재현주기를 결정하였던 과거의 많은 연구^(6),(7)에서 공통적으로 발생하는 현상이다.

제안 방법

3장에서 정리한 지진해일 목록을 이용하여 지진해일에 의한 최대파고의 재현주기를 산정하였다. 2장에서 기술한 바와 같이 Power 법칙을 사용하여 추세선을 작성하였으며, 일반적으로 회귀분석에 널리 사용하는 지수함수를 추가하였다. upper-truncated power law를 사용하는 경우는 발생 확률이 영이 되는 최대파고를 임의로 결정하여야 하므로 다소 주관적이 될 가능성이 있는 것으로 판단하여 재현주기 평가에서는 제외하였다.
3장에서 정리한 지진해일 목록을 이용하여 지진해일에 의한 최대파고의 재현주기를 산정하였다. 2장에서 기술한 바와 같이 Power 법칙을 사용하여 추세선을 작성하였으며, 일반적으로 회귀분석에 널리 사용하는 지수함수를 추가하였다.
원자력발전소의 경우는 모든 시설물 중에서 가장 먼저 지진해일에 대하여 안전성 여부를 검토하고 발전소 주변에 발생가능한 지진해일에 대한 연구를 수행하였다. 특히 2004년 인도네시아 지진해일시 인도의 Madras 원자력발전소에서는 지진해일에 의한 최대파고가 2.
⁽⁶⁾ Geist와 Parsons⁽⁷⁾는 확률론적 지진재해도평가 (Probabilisitic Seismic Hazard Analysis, PSHA)기법을 이용하여 PTHA 기법을 정립하고 경험자료를 이용한 지진해일의 재현주기 추정방법을 제시하였다. 제시한 방법을 기반으로 하여 Mexico의 Acapulco 지역에 대하여 적용하여 지진해일에 의한 최대파고의 재현주기를 구하였다. 29개의 지진해일 1732년부터 1985년까지 29개의 관측된 지진해일 목록을 이용하여 분석하였다.
본 연구에서는 과거의 동해안에서 발생한 지진해일 기록을 이용하여 재현주기에 따른 최대파고를 예측하고자 하였다. 지진에 대한 정보와 지진해일 발생위치 및 최대파고 등을 비교적 정확하게 알 수 있는 1900년도 이후의 기록과 그 이전의 역사지진에 의한 것으로 구분하여 정리하였다.
본 연구에서는 원자력발전소의 지진해일에 대한 안전성 평가기법을 개발하기 위하여 동해안 지역을 대상으로 하여 지진해일에 대한 재해도 평가를 수행하였다. 지진해일 재해도 평가는 경험적인 방법으로 수행하였으며, 1900년도 이후에 발생한 4건의 지진해일 기록과 조선왕조실록에서 기록하고 있는 내용중에서 지진해일인 것으로 판단되는 5건의 지진해일 기록을 이용하여 지진해일 목록을 작성하였으며, Power 법칙과 지수함수를 이용하여 회귀분석을 수행하여 최대파고에 대한 재현주기를 평가하고자 하였다. 조선왕조실록에서 기록하고 있는 1392년부터 2009년까지의 지진해일 기록이 9건에 불과하며 해당 지진해일의 최대파고를 가정에 의존해야 하는 많은 불확실성이 존재함으로 본 연구에서의 결과를 최종적인 결과로서 판단하기에는 무리가 있으며 동해안에 지진해일을 유발할 수 있는 모든 단층으로부터의 지진해일 전파 모의 시물레이션을 통하여 지진해일 재해도 평가를 수행한다면 좋은 비교가 될 수 있을 것으로 판단된다.
다만 본 연구를 위해서는 국내의 지진해일에 대한 자료가 매우 부족한 상황이므로 많은 불확실성을 포함할 수밖에 없으며 다음과 같은 가정사항을 두었다. 첫째, 동해안 지역에 발생한 지진해일을 모두 대상으로 하여 동해안을 하나의 지역으로 간주하였다. 이것은 우리나라가 미국이나 호주등지에 비해서 매우 작은 지역이며 워낙에 지진해일의 기록이 적기 때문에 그것을 지역별로 세분하면 그 자료가 더욱 적어지기 때문이다.

대상 데이터

제시한 방법을 기반으로 하여 Mexico의 Acapulco 지역에 대하여 적용하여 지진해일에 의한 최대파고의 재현주기를 구하였다. 29개의 지진해일 1732년부터 1985년까지 29개의 관측된 지진해일 목록을 이용하여 분석하였다. Geist와 Parsons⁽⁸⁾는 이후 PTHA 방법을 이용하여 미국 동해안의 잠재 지진해일의 영향에 대하여 분석하였다.
이것은 우리나라가 미국이나 호주등지에 비해서 매우 작은 지역이며 워낙에 지진해일의 기록이 적기 때문에 그것을 지역별로 세분하면 그 자료가 더욱 적어지기 때문이다. 둘째로는 역사지진은 조선왕조실록과 승정원일기를 대상으로 하였다. 이것은 기존의 한국수력원자력⁽⁴⁾에서 수행한 연구내용을 근거로 한 것이며 따라서 표본 대상 구간은 조선의 설립인 1392년부터 2009년까지 618년으로 하였다.
둘째로는 역사지진은 조선왕조실록과 승정원일기를 대상으로 하였다. 이것은 기존의 한국수력원자력⁽⁴⁾에서 수행한 연구내용을 근거로 한 것이며 따라서 표본 대상 구간은 조선의 설립인 1392년부터 2009년까지 618년으로 하였다.
또한 그림 1에 도시하였다. 표본구간은 대상으로 하는 역사기록인 조선왕조실록의 기록이 태조1년인 1392년부터이므로 1392년부터 2009년까지의 기간으로 하여 618년으로 하였다. 표와 그림에서 보는 바와 같이 역사지진에 의한 기록을 추가한 지진해일 목록에서는 1392년부터 1643년까지의 251년과 1741년부터 1940년의 200년간 한번의 지진해일도 발생하지 않은 것으로 기록하고 있다.

데이터처리

지수함수를 이용하여 회귀분석을 수행한 경우만을 대상으로 하여 1964년 Niigata 지진시의 지진해일 기록을 포함한 경우와 그렇지 않은 경우의 발생확률과 재현주기를 표 4에 비교하였다. 표에서 보는 바와 같이 1964년 지진해일의 고려여부가 결과에 영향을 미치지만 그 미치는 영향은 그리 크지 않은 것을 알 수 있다.

성능/효과

결과적으로 기존의 경험자료를 이용하여 지진해일의 재해도 곡선 도출시 널리 사용하는 Power 법칙과 지수함수에 의한 회귀분석을 수행하여 지진해일에 의한 최대파고에 대한 재현주기를 도출하였다.

후속연구

이에 대한 많은 연구가 지진해일을 유발할 수 있는 단층으로부터 지진해일이 발생하여 어떻게 전파될 것인가를 예측하는 연구에 집중되어 있는 현실이다. 그러나 단층으로부터의 지진해일 모사에 대한 연구는 우리나라의 단층이 완전히 파악되지 않았고 우리나라에 지진해일을 유발시키는 일본 서해안의 단층에 의한 영향도 규명이 되지 않은 부분이 많아서 이를 이용한 지진해일 재해도 곡선을 도출하는 것은 좀 더 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 역사지진에 의한 지진해일과 1900년도 이후에 우리나라에서 기록되어 있는 지진해일에 대한 기록을 이용하여 경험적인 방법으로 재현주기를 도출하고자 하였다.
지진해일 재해도 평가는 경험적인 방법으로 수행하였으며, 1900년도 이후에 발생한 4건의 지진해일 기록과 조선왕조실록에서 기록하고 있는 내용중에서 지진해일인 것으로 판단되는 5건의 지진해일 기록을 이용하여 지진해일 목록을 작성하였으며, Power 법칙과 지수함수를 이용하여 회귀분석을 수행하여 최대파고에 대한 재현주기를 평가하고자 하였다. 조선왕조실록에서 기록하고 있는 1392년부터 2009년까지의 지진해일 기록이 9건에 불과하며 해당 지진해일의 최대파고를 가정에 의존해야 하는 많은 불확실성이 존재함으로 본 연구에서의 결과를 최종적인 결과로서 판단하기에는 무리가 있으며 동해안에 지진해일을 유발할 수 있는 모든 단층으로부터의 지진해일 전파 모의 시물레이션을 통하여 지진해일 재해도 평가를 수행한다면 좋은 비교가 될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 지진해일의 재현주기 평가는 원자력발전소의 지진해일에 의한 확률론적 안전성 평가를 위하여 반드시 수행하여야 할 내용이므로 본 연구를 통하여 그 초석을 놓은 것으로 판단된다.
대상으로 하는 자료가 부족하고 신뢰성이 적기 때문에 재현주기 결과의 신뢰성이 높지 않다고 볼 수 있으나 그것은 자료의 부족에 기인한 것으로 현재로서는 확보할 수 있는 모든 자료를 이용한 최선의 결과를 도출하였다고 할 수 있다. 추후 동해안 지역에 대한 지진해일의 재해도곡선을 도출하기 위해서는 발생가능한 단층을 대상으로 하여 지진해일 전파모의를 통한 추정이 있어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라에서 일반인들에게 지진해일에 대한 인식이 생긴 것은 언제 이후인가?	2004년 인도네시아에서 수마트라 지진해일이 발생하기 이전에는 우리나라에서는 일반인들에게 지진해일에 대한 인식이 거의 전무하다시피 했던 것이 사실이다. 그러나 최근에는 지진해일에 대한 일반인의 관심이 많이 증가하였고 지진과 더불어 우리나라에서 발생가능한 주요 자연재해로서 받아들여지고 있는 것이 현실이다.
	우리나라에서 지진해일에 대응하는 방법은 어느 수준에 머물고 있는가?	그러나 최근에는 지진해일에 대한 일반인의 관심이 많이 증가하였고 지진과 더불어 우리나라에서 발생가능한 주요 자연재해로서 받아들여지고 있는 것이 현실이다. 다만 지진의 경우 지진재해대책법이 발표되어 국가적으로 기간시설이나 민간 시설에 대하여 종합적인 대응을 하고 있는 것과는 반대로 지진해일에 대해서는 해안지역에 대하여 지진해일에 대한 경보시스템을 통한 대피시스템을 구축하는 정도에 머물고 있다.
	지진해일로 인해 발전소에 사고가 발생한 첫 번째 사례는 무엇인가?	원자력발전소의 경우는 모든 시설물 중에서 가장 먼저 지진해일에 대하여 안전성 여부를 검토하고 발전소 주변에 발생가능한 지진해일에 대한 연구를 수행하였다. 특히 2004년 인도네시아 지진해일시 인도의 Madras 원자력발전소에서는 지진해일에 의한 최대파고가 2.9m 발생하여 취수시설이 침수되는 사고가 발생하였다.(1) 방사능 유출 등의 위험한 사고로 연결되지는 않았지만 지진해일로 인해 발전소에 사고가 발생한 첫 번째 사례이다.

참고문헌 (9)

USNRC, Tsunami Hazard Assessment at Nuclear Power Plant Sites in the United States of America, NUREG/CR-6966, PNNL-17397, 2008.
ANS and IEEE, PRA Procedure Guide-A Guide to the Performance of Probabilistic Risk Assessments for Nuclear Power Plants, US NRC, NUREG/CR-2300, 1982.
IAEA, Advanced nuclear plant design options to cope with external events, IAEA-TECDOC-1487, 2006.
한국수력원자력(주), 원자력환경기술원, 한반도 주변해양 및 원양의 지진해일에 의한 원전 안전성 평가, 2006-환경-단32, 2006.
Burroughs, S.M., and Tebbens, S.F., “Upper-truncated Powerlaw in Natural Systems,” Pure Applied Geophysics, 158, 331-342, 2001.
Burroughs, S.M., and Tebbens, S.F., “Power-law Scaling and Probabilistic Forecasting of Tsunami Runup Heights,” Pure Applied Geophysics, 162, 331-342, 2005.

상세보기
Geist, E.L. and Parsons, T., “Probabilistic Analysis of Tsunami Hazards,” Natural Hazards, Vol. 37, 277-314, 2006.

상세보기
Geist, E.L. and Parsons, T., “Assessment of source probabilities for potential tsunamis affecting the U.S. Atlantic coast,” Marine Geology, 264, 98-108, 2009.

상세보기
한국수력원자력(주), 울진원전 부지의 지진해일에 따른 처오름 해석 및 모델분석의 적정성 평가, 2006-환경-단38, 2006.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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