마산항, 부산항 등 남동해안의 폭풍해일을 산정하기 위해 3차원 및 2차원 폭풍해일 모델을 구축하여 2003년 태풍 "매미"에 의한 폭풍해일을 수치계산하였다. 태풍 "매미"는 2003년 9월 12일 21시에 중심기압 950 hPa인 상태로 남해안에 상륙하였다. 마산항에서 태풍 "매미"에 의한 peak 시 폭풍해일의 현장관측치는 230 cm, 3차원 모델에 의한 계산결과는 238 cm, 2차원 모델에 의한 계산치는 208 cm이다. 부산항에서 관측된 폭풍해일은 89 cm, 3차원 모델과 2차원 모델에 의한 계산치는 각각 91 cm, 79 cm이다. 본 연구에 의한 3차원 폭풍해일 모델은 현지 폭풍해일을 거의 정확하게 추산하였다. 3차원 모델이 2차원 모델보다 폭풍해일의 peak 시에 현지 폭풍해일을 보다 정확하게 해석하였다. 또한, 2003년 태풍 "매미" 통과시 폭풍류를 수치계산하였다. 마산만 내에서 태풍으로 발생한 표층 유속은 30~60 cm/sec 크기로 만내로 유입하고, 저층에서는 20~40 cm/sec로 마산만에서 외해로 유출하는 흐름패턴을 보여주고 있다.
마산항, 부산항 등 남동해안의 폭풍해일을 산정하기 위해 3차원 및 2차원 폭풍해일 모델을 구축하여 2003년 태풍 "매미"에 의한 폭풍해일을 수치계산하였다. 태풍 "매미"는 2003년 9월 12일 21시에 중심기압 950 hPa인 상태로 남해안에 상륙하였다. 마산항에서 태풍 "매미"에 의한 peak 시 폭풍해일의 현장관측치는 230 cm, 3차원 모델에 의한 계산결과는 238 cm, 2차원 모델에 의한 계산치는 208 cm이다. 부산항에서 관측된 폭풍해일은 89 cm, 3차원 모델과 2차원 모델에 의한 계산치는 각각 91 cm, 79 cm이다. 본 연구에 의한 3차원 폭풍해일 모델은 현지 폭풍해일을 거의 정확하게 추산하였다. 3차원 모델이 2차원 모델보다 폭풍해일의 peak 시에 현지 폭풍해일을 보다 정확하게 해석하였다. 또한, 2003년 태풍 "매미" 통과시 폭풍류를 수치계산하였다. 마산만 내에서 태풍으로 발생한 표층 유속은 30~60 cm/sec 크기로 만내로 유입하고, 저층에서는 20~40 cm/sec로 마산만에서 외해로 유출하는 흐름패턴을 보여주고 있다.
A three and two dimensional (3D and 2D) numerical models were established to study the storm surge induced by Typoon Maemi in Masan and Pusan Ports. The typhoon landed on the southern coast of Korean Peninsula at 21:00, September 12, 2003 with a central pressure of 950 hPa. The observed maximum stor...
A three and two dimensional (3D and 2D) numerical models were established to study the storm surge induced by Typoon Maemi in Masan and Pusan Ports. The typhoon landed on the southern coast of Korean Peninsula at 21:00, September 12, 2003 with a central pressure of 950 hPa. The observed maximum storm surge in Masan Port was 230 cm, and the computed peak storm surge using the 3D and the 2D models were 238 cm and 208 cm, respectively. The observed maximum storm surge in Pusan Port was 89 cm, and the peak storm surge of the 3D and the 2D models were 91 cm and 79 cm, respectively. The hindcasted storm surge using 3D model was in good agreement with the observed data, and the 3D model at peak time was more accurate than the 2D. The storm-induced currents were computed using the 3D model. The currents in the surface layer of Masan Bay went into the inner bay with 30~60 cm/sec, while the currents in the bottom layer flowed out with 20~40 cm/sec.
A three and two dimensional (3D and 2D) numerical models were established to study the storm surge induced by Typoon Maemi in Masan and Pusan Ports. The typhoon landed on the southern coast of Korean Peninsula at 21:00, September 12, 2003 with a central pressure of 950 hPa. The observed maximum storm surge in Masan Port was 230 cm, and the computed peak storm surge using the 3D and the 2D models were 238 cm and 208 cm, respectively. The observed maximum storm surge in Pusan Port was 89 cm, and the peak storm surge of the 3D and the 2D models were 91 cm and 79 cm, respectively. The hindcasted storm surge using 3D model was in good agreement with the observed data, and the 3D model at peak time was more accurate than the 2D. The storm-induced currents were computed using the 3D model. The currents in the surface layer of Masan Bay went into the inner bay with 30~60 cm/sec, while the currents in the bottom layer flowed out with 20~40 cm/sec.
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문제 정의
본 연구에서는 연안도시 침수 예경보 시스템 구축 일환으로 남동해안의 폭풍해일에 관한 3차원 및 2차원 모델을 구축하여 2003년 태풍 “매미” 통과 기간 중에 부산, 마산 등 남동해안 주요 도시의 매시간별 폭풍해일을 산정하고, 또한 태풍 “매미”로 인한 해수순환 특성을 해석하고자 한다.
제안 방법
2003년 태풍 “매미” 통과시 남동해안의 해수면 변화 특성을 해석하고, 폭풍해일 모델의 입력 자료 및 검증 자료로 활용하기 위해 1) 국립해양조사원에서 관측한 부산항 및 마산항에서 관측한 수위 자료, 2) 기상청의 기압분포 자료, 3) 부산 및 마산 기상 관측소에서 관측한 바람 자료를 수집 분석하였다.
Semi-implicit법을 이용한 3차원 폭풍해일 모델을 개발하여 부산연안과 진해만을 포함하는 남동해안에 적용하여 폭풍해일로 인한 남동해안의 수위 상승량 예측 및 해수순환 특성을 해석하였다.
마산항, 부산항 등 남동해안의 폭풍해일을 산정하기 위해 3차원 및 2차원 폭풍해일 모델을 구축하여 2003년 태풍 “매미”에 의한 폭풍해일을 수치계산하였다.
본 연구에서는 2003년 9월 11일 0시부터 9월 13일 24시까지 기상청 기압분포도를 사용하여 해상풍을 계산하였으며, 해상풍 계산결과를 다시 폭풍해일 계산영역으로 입력해서 폭풍해일을 수치해석하였다. 해상풍 모델에서 격자간격은 x, y 방향 동일하게 500 m로 하였다.
대상 데이터
계산영역은 부산 해운대 해수욕장에서 진해만까지 동서방향으로 76 km, 남북방향으로 48 km인 190×120 격자체계로 구성하였으며(그림 2), 총 격자수는 22,800개이다.
계산영역은 울산 해역에서 완도해역까지 동서방향으로 290 km, 남북방향으로 195 km인 580×380 격자체계로 구성하였으며, 총 격자수는 220,400개이다.
연직와동점성계수는 각 층간의 유속차로부터 구한다. 연직방향으로 4층으로 분할하였으며, 표층의 두께는 3 m, 수심 9 m 이하는 저층으로 하였다. 계산영역은 부산 해운대 해수욕장에서 진해만까지 동서방향으로 76 km, 남북방향으로 48 km인 190×120 격자체계로 구성하였으며(그림 2), 총 격자수는 22,800개이다.
이 태풍은 11일 09시부터 전향하기 시작하여 12일 06시경부터 북북동진 하면서 빠른 속도로 진행하였고, 12일 18시경 제주도 성산포 동쪽 부근해상을 거처 12일 20시경에 경상남도 사천시 부근 해안으로 상륙하였다. 육상에 상륙한 태풍은 북북동진하여 경남 함안을 거쳐 13일 02시 30분경에 울진 부근 해안을 통해 동해상으로 진출하였으며, 태풍의 이동경로는 그림 1과 같다. 우리나라 남해상 부근의 해수면 온도가 높아 태풍의 세력을 계속 유지하면서 육상으로 상륙한 후에도 중심기압이 950 hPa로 태풍의 위력이 강하여 우리나라 기상관측 이래 최대순간풍속 극값을 갱신하였다.
5E)에서 발생하여 느리게 북서진 후, 9일 09시경에 태풍(TY)로 발달한 후 11일 09시경에 중심기압이 910 hPa로 가장 낮았다. 이 태풍은 11일 09시부터 전향하기 시작하여 12일 06시경부터 북북동진 하면서 빠른 속도로 진행하였고, 12일 18시경 제주도 성산포 동쪽 부근해상을 거처 12일 20시경에 경상남도 사천시 부근 해안으로 상륙하였다. 육상에 상륙한 태풍은 북북동진하여 경남 함안을 거쳐 13일 02시 30분경에 울진 부근 해안을 통해 동해상으로 진출하였으며, 태풍의 이동경로는 그림 1과 같다.
이론/모형
본 연구에 사용된 3차원 폭풍해일모델은 본 논문의 제 1저자가 개발한 해수유동의 3차원 level 모델(Kim and Lee, 1994)과 3차원 layer·level 혼성모델(김차겸 등, 1999)을 기초로 하여 폭풍해일에 적용하였으며, 2차원 폭풍 해일모델 역시 본 논문의 제1저자가 개발한 해수유동의 2차원 모델(김차겸 등, 1994)을 폭풍해일에 적용한 것이다. 2차원 모델도 3차원 모델과 동일하게 유한차분화하여 ADI 법으로 계산하였다.
본 연구에 사용된 3차원 폭풍해일모델은 본 논문의 제 1저자가 개발한 해수유동의 3차원 level 모델(Kim and Lee, 1994)과 3차원 layer·level 혼성모델(김차겸 등, 1999)을 기초로 하여 폭풍해일에 적용하였으며, 2차원 폭풍 해일모델 역시 본 논문의 제1저자가 개발한 해수유동의 2차원 모델(김차겸 등, 1994)을 폭풍해일에 적용한 것이다.
본 연구에서는 식 (5)~(7)을 유한차분화하여 ADI(Alternating Direction Implicit)법으로 계산하였으며, 공간적으로는 staggered grid scheme을 사용하였다. 격자간격은 광역계산에서는 x, y 방향 동일하게 400 m, 시간간격은 CFL 조건을 참고로 하여 20초, 수평와동점성계수 εx=εy=0.
태풍 “매미”에 대한 해상풍은 Hydromet-Rankin Vortex model(Holland, 1980; Bretschneider and Lo, 1984)을 사용하여 계산하였다.
성능/효과
그림 12는 수영강 하구(그림 2의 정점 T3)에서 3차원 모델과 2차원 모델에 의한 폭풍해일의 계산결과이다. 3차원 모델에 의한 폭풍해일의 최고치는 106 cm, 2차원 모델에 의한 최고치는 93 cm로 나타났다. 2차원 모델이 3차원 모델보다 약 13 cm 작게 나타났다.
마산항에서 관측에 의한 폭풍해일의 최고치는 230 cm, 3차원 모델에 의한 최고 수위는 238 cm로 나타났다. 3차원 모델에 의해 계산한 폭풍해일은 현장관측결과보다 약 8 cm 크게 나타났으나, 현장 폭풍해일 상황을 비교적 정확하게 추산하였다.
본 연구결과에 의하면, 가장 중요한 시간대인 태풍해일의 peak를 기준으로 했을 때 2차원 모델이 3차원 모델보다 마산만에서는 약 30 cm, 부산항에서는 약 12 cm, 수영강 하구에서는 약 13 cm 정도 작게 나타났다. 또한, 현장관측치와 비교했을 때 peak 시에 2차원 모델은 현장관측치보다 과소 평가되기 때문에 폭풍해일을 해석할 때 3차원 모델을 사용하는 것이 보다 정확한 태풍해일을 해석할 것으로 생각된다.
2차원 모델이 3차원 모델보다 약 13 cm 작게 나타났다. 본 연구결과에 의하면, 가장 중요한 시간대인 태풍해일의 peak를 기준으로 했을 때 2차원 모델이 3차원 모델보다 마산만에서는 약 30 cm, 부산항에서는 약 12 cm, 수영강 하구에서는 약 13 cm 정도 작게 나타났다. 또한, 현장관측치와 비교했을 때 peak 시에 2차원 모델은 현장관측치보다 과소 평가되기 때문에 폭풍해일을 해석할 때 3차원 모델을 사용하는 것이 보다 정확한 태풍해일을 해석할 것으로 생각된다.
3차원 모델에 의한 폭풍해일의 최고치는 238 cm이고, 2차원 모델에 의한 최고치는 208 cm로 나타났다. 즉, 3차원 모델에 의해 계산한 폭풍해일은 현장관측치(230 cm)보다 약 8 cm 크게 나타났고, 2차원 모델에 의해 계산한 결과는 현장관측결과보다 약 22 cm 정도 작게 나타났다.
즉, 태풍 “매미” 통과시 풍속은 부산이 마산보다 크고, 기압은 마산이 부산보다 작게 나타났다.
태풍 “매미”로 인한 마산항의 수위상승은 평상시보다 약 220~230 cm 정도 높게 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태풍 통과시마다 폭풍해일로 인한 막대한 재산피해를 입고 있는 지역은 어디인가?
마산, 부산, 남해 등 남동해안 및 남해안은 태풍 통과시마다 폭풍해일로 인한 막대한 재산피해를 입고 있다. 특히, 마산, 부산지역은 태풍 내습시마다 해안침수 사례가 발생하고 있지만, 이에 대한 방재대책은 일시적인 것으로 미흡한 실정이다.
연안도시 침수발생원인은 무엇인가?
특히, 마산, 부산지역은 태풍 내습시마다 해안침수 사례가 발생하고 있지만, 이에 대한 방재대책은 일시적인 것으로 미흡한 실정이다. 연안도시 침수발생원인으로는 1) 육상 기원 유출수, 2) 해상기원 월류수, 3) 강우로 볼 수 있다. 특히, 마산과 같은 저지대 해안도시는 고조시 해수면이 상승하였을 때 육상 유출수가 해상으로 방류가 억제되어 오히려 상승한 해수가 육상으로 역류하는 현상이 발생하고 있다.
태풍이 내습하였을 시 발생하는 피해 상황은 어떻게 세 가지로 나눌 수 있는가?
태풍이 내습하였을 시 발생하는 피해 상황은 크게 셋으로 나눌 수 있다. 첫째는 높은 파고에 의한 파압, 파의 처올림 (wave run-up) 등으로 인한 구조물의 파괴이고, 둘째는 강한 바람이 외해수를 연안으로 “불어보내기 작용”에 의한 수면상승과 기압차에 의해 수면이 상승하는 폭풍해일로 해안지역에 침수가 발생하는 것이고, 셋째는 집중호우로 인한 도시의 침수피해가 발생하는 것이다.
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