백두산 분화에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성 홍수의 피해범위 예측을 위한 예비연구 A Preliminary Study for Predicting a Damage Range of Pyroclastic Flows, Lahars, and Volcanic Flood caused by Mt. Baekdusan Eruption원문보기
백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강, 동쪽과 서쪽으로 두만강과 압록강 하구에서 발견되고 있다. 즉 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수와 같이 흐름에 수반된 화산물질의 영향범위는 천지를 중심으로 반경 400 km의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러나 약 1,000년 전 분화 때와는 달리 천지칼데라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 담수저장시설이 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받게 된다. 이 연구는 백두산 화산분화 시 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 수치해석 및 지형자료 분석을 통해 유체의 흐름방향을 산정하고 백두산 일원의 댐과 인공호수의 저수용량에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 피해범위를 파악하였다. 분출 초기에 급경사를 따라 이동하는 화쇄류는 산지의 경사면을 따라 이동하여 평탄지까지 영향을 미치며, 천지호의 유출에 의한 화산이류는 주요 하천까지 도달할 수 있다. 화산성홍수의 경우 현존하는 인공적인 담수 저장시설물들로 인하여 천지칼데라호의 담수 유출에 의한 피해 범위는 과거에 비하여 매우 제한적인 범위에 영향을 미칠 것으로 판단된다.
백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강, 동쪽과 서쪽으로 두만강과 압록강 하구에서 발견되고 있다. 즉 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수와 같이 흐름에 수반된 화산물질의 영향범위는 천지를 중심으로 반경 400 km의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러나 약 1,000년 전 분화 때와는 달리 천지칼데라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 담수저장시설이 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받게 된다. 이 연구는 백두산 화산분화 시 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 수치해석 및 지형자료 분석을 통해 유체의 흐름방향을 산정하고 백두산 일원의 댐과 인공호수의 저수용량에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 피해범위를 파악하였다. 분출 초기에 급경사를 따라 이동하는 화쇄류는 산지의 경사면을 따라 이동하여 평탄지까지 영향을 미치며, 천지호의 유출에 의한 화산이류는 주요 하천까지 도달할 수 있다. 화산성홍수의 경우 현존하는 인공적인 담수 저장시설물들로 인하여 천지칼데라호의 담수 유출에 의한 피해 범위는 과거에 비하여 매우 제한적인 범위에 영향을 미칠 것으로 판단된다.
Products of the eruption of Mt. Baekdusan are identified as volcanic materials at the estuaries of the Songhuagang river to north, the Dumangang river to east and the Amnokgang river to west. More speficially, pyroclastic flows, lahars and volcanic floods can affect an area of 400km in radius, cente...
Products of the eruption of Mt. Baekdusan are identified as volcanic materials at the estuaries of the Songhuagang river to north, the Dumangang river to east and the Amnokgang river to west. More speficially, pyroclastic flows, lahars and volcanic floods can affect an area of 400km in radius, centering around Lake Cheonji caldera. However, unlike the millenium eruption, the flow situation has been changed. Because multi-purpose dams and reserviors with a combined pondage of mora than 2 billion tons of water have been built in the rivers of which sources are originated from Lake Cheonji caldera. In addition, the flow of fluids expected to take place when the volcano has erupted is thought to be affected by artificial constructions in both direct and indirect ways. This study calculates the direction of fluids flow by using numerical analyses of pyroclastic flows, lahars and volcanic floods that can occur when the volcano of Mt. Baekdusan has erupted. We also estimate the scope of damages by pyroclastic flows, lahars, volcanic flooding caused by the pondage of the dams and water storages in and around Mt. Baekdusan. Pyroclastic flows transported over the steep slopes at the early times of eruptions move over the mountain slopes, affecting airplanes, and lahars due to leaks of Lake Cheonji could reach as far as major rivers and streams near Mt. Baekdusan. Unlike historical accounts, volcanic flood is expected to be limited in its scope of influence to reservoirs bigger than Lake Cheonji in pondage.
Products of the eruption of Mt. Baekdusan are identified as volcanic materials at the estuaries of the Songhuagang river to north, the Dumangang river to east and the Amnokgang river to west. More speficially, pyroclastic flows, lahars and volcanic floods can affect an area of 400km in radius, centering around Lake Cheonji caldera. However, unlike the millenium eruption, the flow situation has been changed. Because multi-purpose dams and reserviors with a combined pondage of mora than 2 billion tons of water have been built in the rivers of which sources are originated from Lake Cheonji caldera. In addition, the flow of fluids expected to take place when the volcano has erupted is thought to be affected by artificial constructions in both direct and indirect ways. This study calculates the direction of fluids flow by using numerical analyses of pyroclastic flows, lahars and volcanic floods that can occur when the volcano of Mt. Baekdusan has erupted. We also estimate the scope of damages by pyroclastic flows, lahars, volcanic flooding caused by the pondage of the dams and water storages in and around Mt. Baekdusan. Pyroclastic flows transported over the steep slopes at the early times of eruptions move over the mountain slopes, affecting airplanes, and lahars due to leaks of Lake Cheonji could reach as far as major rivers and streams near Mt. Baekdusan. Unlike historical accounts, volcanic flood is expected to be limited in its scope of influence to reservoirs bigger than Lake Cheonji in pondage.
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문제 정의
이 연구는 백두산의 분화과정에서 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수에 의한 피해범위 예측을 위한 초기 단계의 연구이다. 이를 위해 흐름에 수반되는 피해를 저감시키는 담수시설의 위치와 지형자료를 기초로 예상되는 피해범위를 판단하고 이와 더불어 TITAN2D 및 LAHARZ의 수치해석 결과를 반영하여 최대 영향범위를 추정하였다.
가설 설정
, 2009; Robinson and Clynne, 2010). 모의에 사용된 H/L비는 Yuan et al. (2012)이 에너지 선 모형 (Energy-Line Model)을 이용하여 백두산의 H/L 비 0.07로 가정하였다.
, 2003). 이 모형은 최초 위치 좌표 뿐만 아니라 사용자가 지정하는 높이, 너비 및 두께를 가진 물체의 타원체 물체 더미로서 유동을 시작한다고 가정한다. 기타 두 개의 입력 변수는 내부 마찰각과 층저 마찰각이다.
8E)에서 수렴되고 화산물질의 흐름이 정지하게 될 것이다. 흐름의 진행 경로에 저수용량 62.1억 톤의 백산수고(Fig. 8C)와 2.4억 톤의 적석수고가 위치하고 있으나 여러 수계가 만나 집수용량이 클 뿐만 아니라, 우기 시 발생하는 화산성홍수의 용량을 고려하여 풍만수고에서 수렴될 것으로 추정하였다.
제안 방법
LAHARZ를 이용한 범람범위 해석을 위해 40 km× 40 km 범위를 대상으로 5 m 격자간격의 DEM을 작성하여 화산이류 모의를 수행하였다.
따라서 본 연구에서도 백두산 천지의 면적인 9.82 km2를 기준으로 하여 산정한 물 부피의 두 배를 LAHARZ에 입력하는 화산이류의 부피로 Table 3과 같이 산정하여 모의를 수행하였다(Muñoz-Salinasa et al., 2009; Robinson and Clynne, 2010).
특히 담수량이 수억 톤 이상의 저수지가 화산성홍수의 유출경로에 위치한 경우, 화산물질을 포함한 유체의 이동을 차단하여 피해 범위가 축소될 것이다. 따라서 화산성 홍수의 피해범위는 주위 지형에 따른 유체의 흐름방향 뿐만 아니라 담수시설에 따라 달라지므로 이를 고려하였다. Table 1은 백두산 일원에 분포하는 댐과 저수지의 현황을 정리한 것이며 Fig.
또한 TITAN2D 코드를 이용하여 화쇄류 흐름을 시뮬레이션 하였다. TITAN2D 소프트웨어는 개발자 소속의 뉴욕주립대학(버팔로 소재)의 Geophysical Mass Flow Group (www.
화산이류의 피해예상범위는 이류를 구성하는 물질의 밀도와 흐름방향을 좌우하는 지형 및 주위 수계(水系) 방향 등을 파악하여 판단해야 한다. 연구에서는 화산이류 해석 프로그램인 LAHARZ를 사용하여 화산이류 흐름을 시뮬레이션하고 백두산 지형 및 주위 수계 방향 등을 고려하여 피해범위를 추정하였다.
이 연구는 백두산 화산분화 시 발생할 수 있는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수에 대하여 수치해석을 통한 시뮬레이션을 실시하고 지형기복을 고려하여 피해범위를 산정한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이 연구에서는 TITAN2D의 시뮬레이션 해석결과 및 지형자료를 통한 흐름분석을 근거로 화쇄류의 최대 피해범위를 추정하였다.
이 연구는 백두산의 분화과정에서 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수에 의한 피해범위 예측을 위한 초기 단계의 연구이다. 이를 위해 흐름에 수반되는 피해를 저감시키는 담수시설의 위치와 지형자료를 기초로 예상되는 피해범위를 판단하고 이와 더불어 TITAN2D 및 LAHARZ의 수치해석 결과를 반영하여 최대 영향범위를 추정하였다.
5의 A, B), 주어진 해석조건아래 TITAN2D를 이용하여 천지에서 화산이 분화할 경우 피해범위를 예측한 것이다. 입력변수들은 1903년 백두산에서 발생한 소규모의 분화를 가정하여 화산폭발지수 3 정도의 분화가 발생하였다고 가정하여 분화구 위치, 내부 및 층저 마찰각, 분연주 높이, 분화구의 직경, 그리고 체적 등을 변화시켜 3가지 상황에 대한 분석을 실시하였다(Table 2 및 Fig. 5).
성능/효과
(1) 화쇄류의 흐름은 분화 초기에 사방으로 흐름이 진행되다 북동쪽 방향에서 장백폭포가 위치한 이도백하 방향으로, 더 멀리 확산되어 x=26.0 km, y=24.5 km, 면적=335.0 km3 규모의 피해범위가 산정된다.
(2) 배수성 화산이류의 흐름은 지형을 따라 사방형으로 흐름이 발생하며 골짜기와 개울을 따라 확산범위가 증가하여 x=135.7 km, y=127.5 km, 면적= 8,512.8 km3 규모의 피해범위가 예상된다.
(3) 화산성홍수는, 분화 초기 사방으로 흐름이 진행되다 크게 3방향(북쪽/서쪽 방향, 동쪽 방향, 남쪽/서쪽 방향)의 수계를 따라 폭이 좁고 길게 퍼지는 모양으로 확산되어 각각 풍만수고, 동해, 운봉댐에서 수렴할 것으로 판단된다.
(4) 백두산 화산활동에 의한 흐름유형 피해범위 분석결과, 과거와 동일한 규모의 화산 활동이 발생하더라도 현존하는 인공적인 담수 저장시설물들로 인하여 천지칼데라호의 담수 유출에 의한 피해 범위는 과거에 비하여 제한적일 것이다.
5 m, (b) 5 m 그리고 (c) 25 m 상승에 따른 화산분출물 부피에 대해 화산이류의 흐름을 해석하였다. 칼데라호의 수위가 2.5 m 상승하여 이류 사태물질의 체적이 49,100,000의 경우 확산물질의 최대폭은 약 2.1 km에 달했으며(Fig. 7a), 수위가 5 m 상승하여 이류 사태물질의 체적이 98,200,000의 경우 확산물질의 최대폭은 약 2.6 km를 나타냈다(Fig. 7b). 그리고 칼데라 호의 수위가 25 m 상승함에 따라 화산분출물 부피가 491,000,000에 달하는 Fig.
후속연구
연구에서 제시된 피해범위 예측은 백두산 화산 분화가 천지의 외륜산 내부에서 발생할 경우에 해당하며, 분화가 외륜산의 외곽에서 발생할 경우에는 화산이류와 화산성홍수의 피해범위는 본문에 제시된 범위 보다 줄어들게 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화산이류로 인해 발생하는 결과는 무엇인가?
만일 천지 칼데라호에서 분화가 발생할 경우 마그마의 파쇄와 상승에 의해 부피가 팽창하고, 칼데라호의 담수가 외륜산의 외부로 유출되어 대규모의 화산이류(lahar)와 홍수(flood)를 유발하게 된다. 화산이류는 도로, 전기, 광산, 주거지 등의 시설물을 파괴하며, 생태계의 변란, 토양침식, 식수 오염 그리고 냉해 등 악순환을 초래할 가능성이 매우 높다 (Yun, 2010). 또한, 화산성홍수의 경우 화산이류에 비해 강도와 점성이 약하지만 난류와 입자 상호작용에 의해 부서진 파편들과 높은 유사(sediment loads)를 이동시켜 더 넓은 범위로 피해를 확산시킨다(Pierson and Scott, 1985; Smith, 1986; Scott, 1988).
백두산의 분화가 기록된 역사기록물은 무엇이 있는가?
일본기략(日本紀略), 고려사, 고려사세가, 동국문헌 비고(東國文獻備考), 조선왕조실록, 장백산강강지략(長 白山江崗誌略) 등의 역사기록에서 백두산은 서기 900 년 이후 현재까지 6-7회의 분화가 있었고(Fig. 1), 이 중 1,000년경에 대규모 화산활동이 있었다(Lee and Yun, 2011; Simkin and Siebert, 1994; Wei et al.
백두산 분화의 분출물은 어느 범위까지 영향을 미치는가?
백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강, 동쪽과 서쪽으로 두만강과 압록강 하구에서 발견되고 있다. 즉 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수와 같이 흐름에 수반된 화산물질의 영향범위는 천지를 중심으로 반경 400 km의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러나 약 1,000년 전 분화 때와는 달리 천지칼데라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 담수저장시설이 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받게 된다.
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