[논문]과거 및 가상 지진해일에 의한 임원항의 침수예상도

김태림; 조혜린; 조용식

doi:10.5000/eesk.2017.21.1.001

과거 및 가상 지진해일에 의한 임원항의 침수예상도
Inundation Map at Imwon Port with Past and Virtual Tsunamis 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.21 no.1, 2017년, pp.1 - 9

김태림 (한양대학교 건설환경공학과 대학원) , 조혜린 (한국건설기술연구원 수자원연구소) , 조용식 (한양대학교 건설환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The scale of disaster and damage witnessed in the 2004 Indian Ocean Tsunami and the 2011 Great East Japan Tsunami has motivated researchers in developing foolproof disaster mitigation techniques for safety of coastal communities. This study focuses on developing tsunami hazard map by numerical modeling at Imwon Port to minimize losses of human beings and property damage when a real tsunami event occurs. A hazard map is developed based on inundation maps obtained by numerical modeling of 3 past and 11 virtual tsunami cases. The linear shallow-water equations with manipulation of frequency dispersion and the non-linear shallow-water equations are employed to obtain inundation maps. The inundation map gives the maximum extent of expected flooded area and corresponding inundation depths which helps in identifying vulnerable areas for unexpected tsunami attacks. The information can be used for planning and developing safety zones and evacuation structures to minimize damage in case of real tsunami events.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 새롭게 개정된 국민안전처(MPSS.[4])의 재해정보도 작성 지침에 따라 지진해일고, 지진해일 발생원, 지진해일 전파고, 침수심을 추가하여 대피자들이 재해정보와 주의사항을 쉽고 간편하게 알아볼 수 있도록 기존의 지진해일 재해정보도를 개선하였다. 또한, 대상지역에 대한 현장조사를 실시하였고 그 결과를 토대로 대피계획 수립에 필요한 사항들을 실제 대상지역의 지형특성을 고려하여 효율적으로 작성하였다.

가설 설정

대상지역을 수치모의 하려면 먼저 지진원을 결정해야 한다. 발생원의 초기 수면변위를 추정하기 위해 Manshinha and Smylie[7]가 제시한 초기수면변위가 해저변위의 연직성분과 같다는 가정으로 Fig. 2에 도시한 단층 매개변수를 기초로 한 모형을 사용하였다. 단층면에서의 단층매개변수는 H: 단층면 상단의 깊이(Height), δ: 단층면의 주향(Strike angle), θ: 단층면의 경사진 각(Dip angle), λ: 단층면이 미끄러지는 방향(Slip angle), L: 단층의 길이(Length), W: 단층의 폭(Width), D: 단층면이 어긋난 변위량(Dislocation)을 나타낸다

제안 방법

대피 시 주의사항에 대피과정에서 필수적인 지식을 간략히 수록하여 대피자들이 안전하고 신속하게 대피할 수 있도록 정보를 나열하였고, 비상시 연락처에는 긴급상황을 알려 조취를 취하거나, 위험에 빠진 대피자가 도움을 청하는데 필요한 연락처를 제공하였다. 대피소 위치 및 상세내역에는 대피장소의 사진과 대피장소에 대한 간략한 설명을 추가하였다.
[4])의 재해정보도 작성 지침에 따라 지진해일고, 지진해일 발생원, 지진해일 전파고, 침수심을 추가하여 대피자들이 재해정보와 주의사항을 쉽고 간편하게 알아볼 수 있도록 기존의 지진해일 재해정보도를 개선하였다. 또한, 대상지역에 대한 현장조사를 실시하였고 그 결과를 토대로 대피계획 수립에 필요한 사항들을 실제 대상지역의 지형특성을 고려하여 효율적으로 작성하였다.
지진원으로부터 대상지역인 임원항까지 도달하는 지진해일의 크기를 정확하게 예측하기 위해서는 파랑이 전달되는 위치의 해저지형을 실제에 가깝게 표현해야하고 이를 위해서는 유한차분 격자의 크기를 작게 해야 한다. 본 연구에서는 큰 격자와 작은 격자의 크기 비를 1:3으로 하여 지형을 세분화하였으며 이러한 방법으로 대상 영역의 격자를 분할하여 그 세부 영역으로 Fig. 5의 지형 자료를 작성하였다. Table 3에 각 영역별 계산 조건을 나타냈으며, Fig.
본 연구의 재해정보도는 대피활용형, 방재교육용과 방재정보용으로 활용할 수 있도록 제작하였다. 재해정보도의 대피소를 시나리오별로 지정할 수 있으나 재난시 대피는 효율성보다는 효과성이 우선시되므로 보수적인 차원에서 모든 시나리오를 종합한 최대침수예상도를 바탕으로 대피소를 지정하였다.
따라서 본 연구에서는 실제 지진해일의 영향으로 피해를 경험하였던 임원항을 대상지역으로 선정한다. 아울러, 일본 근처에서 이미 발생하여 우리나라에 영향을 주었던 3개(1964년 니이가타, 1983년 동해 중부, 1993년 북해도 남서 외해)의 과거 지진해일(Past tsunami)과 일본 지진조사 위원회에서 제공한 30년 발생가능 지진공백역의 위치로부터 선정된 발생 가능성이 높은 11개의 가상 지진해일을 수지치모의하고 기존에 작성하였던 임원항 지진해일 재해정보도를 보완하여 새로 작성한다(Ahn et al.[6]). 특히, 국민안전처(MPSS.
앞서 언급한 총 14개의 침수예상도(과거 및 가상 지진해일 침수예상도)에서 지점별 최대침수심을 추출하여 임원항 최대침수예상도 Fig. 10을 작성하였다. 각각의 침수예상도를 결합하여 제작한 최대침수예상도는 발생 가능한 지진해일을 대상으로 제작하였기 때문에 실제 지진해일이 발생한 상황에서 인근 사용자들이 위험지역을 쉽게 파악하고 위험지역으로부터 가장 안전한 곳으로 대피할 수 있는데 큰 도움을 줄 수 있으며, 지진해일로부터 인명피해를 최소화 할 수 있다.
재해정보도는 최대침수예상도와 함께 지진해일고, 지진해일 발생원, 지진해일 전파도, 지진해일 정보, 대피시 주의사항, 비상시연락처, 대피소 위치 및 상세내역, 침수심, 범례 등 필요 정보를 포함하여 작성하였다(MPSS.[4]). 작성된 재해정보도는 범람예상지역을 쉽게 알려줄 뿐만 아니라 신속한 대피를 위한 정보제공의 역할을 수행할 수 있다.
본 연구의 재해정보도는 대피활용형, 방재교육용과 방재정보용으로 활용할 수 있도록 제작하였다. 재해정보도의 대피소를 시나리오별로 지정할 수 있으나 재난시 대피는 효율성보다는 효과성이 우선시되므로 보수적인 차원에서 모든 시나리오를 종합한 최대침수예상도를 바탕으로 대피소를 지정하였다. 또한 각 대피소까지의 대피거리는 교통약자들의 침수예상구역 이탈가능시간과 지진해일 최소도달시간을 종합적으로 고려하여 교통약자들도 충분히 대피할 수 있도록 하였다.
지진해일고에는 지진해일 도달시간과 도달 후 지진해일고의 변화를 나타내었다. 지진해일 발생원과 지진해일 전파도에는 그림을 삽입하여 발생원 위치와 전파양상을 쉽게 알아볼 수 있도록 하였다. 지진해일 정보에는 사용된 지진원과 지진해일고 기준 및 최대 침수심 높이 등을 간략히 나타내었다.
침수예상도는 국토지리정보원에서 제공한 대상지역의 주거지 및 구조물이 상세히 표시된 수치지형도위에 지진해일 범람수치모의 결과(범람침수심)를 합성하여 제작한다. 지진공백역에서 발생한 3개의 과거 지진해일,11개의 가상 지진해일을 초기수면변위로 이용한 수치모형실험에서 지진해일 발생 후 150분이 경과하였을 때의 임원항의 범람양상을 Fig.
[6]). 특히, 국민안전처(MPSS.[4])의 재해정보도 작성 지침에 따라 기존에 작성하였던 재해정보도와 다르게 지진해일고, 지진해일 발생원, 지진해일 전파도, 지진해일 정보, 침수심을 추가하였다.

대상 데이터

가상 지진해일은 우리나라에 지진해일 피해를 유발시킬 가능성이 매우 높은 일본 홋카이도와 혼슈의 서쪽 해안을 따라 남북으로 길게 발달된 단층대에 설정된 11개의 가상 지진해일 발생원을 사용하였으며 지진매개변수로서 한반도에너지개발기구 KEDO[3]가 제시한 값에 따라 초기수면변위를 재현하였다. 과거 지진해일은 우리나라에 피해를 입혔던 1983년 동해 중부 지진해일과 1993년 홋카이도 남서 외해 지진해일, 1964년 니이가타 지진해일을 발생원으로 사용하였다.
가상 지진해일은 우리나라에 지진해일 피해를 유발시킬 가능성이 매우 높은 일본 홋카이도와 혼슈의 서쪽 해안을 따라 남북으로 길게 발달된 단층대에 설정된 11개의 가상 지진해일 발생원을 사용하였으며 지진매개변수로서 한반도에너지개발기구 KEDO[3]가 제시한 값에 따라 초기수면변위를 재현하였다. 과거 지진해일은 우리나라에 피해를 입혔던 1983년 동해 중부 지진해일과 1993년 홋카이도 남서 외해 지진해일, 1964년 니이가타 지진해일을 발생원으로 사용하였다. Table 1에 가상 지진해일의 초기수면 변위 생성을 위한 단층매개변수를 나타냈고, Table 2에는 과거 지진해일의 초기수면변위 생성을 위한 단층매개변수를 나타냈다.
따라서 본 연구에서는 실제 지진해일의 영향으로 피해를 경험하였던 임원항을 대상지역으로 선정한다. 아울러, 일본 근처에서 이미 발생하여 우리나라에 영향을 주었던 3개(1964년 니이가타, 1983년 동해 중부, 1993년 북해도 남서 외해)의 과거 지진해일(Past tsunami)과 일본 지진조사 위원회에서 제공한 30년 발생가능 지진공백역의 위치로부터 선정된 발생 가능성이 높은 11개의 가상 지진해일을 수지치모의하고 기존에 작성하였던 임원항 지진해일 재해정보도를 보완하여 새로 작성한다(Ahn et al.

이론/모형

그러나 선형 Boussinesq 방정식은 3계 미분항으로 표시되어 있는 분산항을 포함하고 있어 차분화하는 것이 복잡하고 비효율적이다. 따라서 본 연구에서는 수정차분기법을 이용하여 분산항을 무시한 선형천수방정식을 사용하였으며, 차분과정에서 발생하는 수치분산 오차가 선형 Boussinesq 방정식의 분산항을 대체할 수 있도록 조정하였다(Cho, Cho et al.[8, 9]). 식 (1)-(3)에서 ζ는 자유수면변위(m), h는 정수면에서부터 바닥까지의 수심(m), P와 Q는 각각 x축과 y축 방향의 평균수심의 체적유량이고, g는 중력가속도이다.
식 (4)-(6)에서 H는 전체수심이고 n은 Manning 조도계수이다. 또한 영역별 해안선의 연속적 움직임을 정확히 표현하여 수치모의의 정확성을 향상시키기 위해 외해경계조건으로 동시격자접속기법을 사용했다(Lim et al.[12]). 또한 식 (1)-(6) 에 대한 자세한 내용과 검증은 Cho et al.

성능/효과

기존의 재해지도 제작기술을 개선하여 범람구역 설정 시 가장 안전한 대피소를 선별하여 추가함으로 침수예상도 및 재해정보도의 신뢰성을 향상시켰다. 단순한 1회성 제작에 그치지 않고 항만개발, 환경 변화에 충분히 적용할 수 있도록 의견을 수렴하고 지속적으로 개선한다면, 향후 우리나라 연안재해대응체계 수립에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
재해정보도의 대피소를 시나리오별로 지정할 수 있으나 재난시 대피는 효율성보다는 효과성이 우선시되므로 보수적인 차원에서 모든 시나리오를 종합한 최대침수예상도를 바탕으로 대피소를 지정하였다. 또한 각 대피소까지의 대피거리는 교통약자들의 침수예상구역 이탈가능시간과 지진해일 최소도달시간을 종합적으로 고려하여 교통약자들도 충분히 대피할 수 있도록 하였다.
지난 100여년 동안 우리나라에 영향을 주었던 지진해일은 세 경우이다. 먼저, 1964년 니이가타 지진해일은 인명피해 없이 약간의 재산피해만 야기 시켰으며, 1983년 규모 7.7의 동해 중부 지진해일과 1993년 북해도 남서 외해 지진해일은 동해안 지역에 비교적 큰 피해를 입혔다. 특히, 1983년 지진해일로 인해 강원도 삼척시 원덕읍 임원항 인근에서 인명피해(1명 사망,2명 실종)와 재산피해 4억원 정도가 발생하였다.

후속연구

기존의 재해지도 제작기술을 개선하여 범람구역 설정 시 가장 안전한 대피소를 선별하여 추가함으로 침수예상도 및 재해정보도의 신뢰성을 향상시켰다. 단순한 1회성 제작에 그치지 않고 항만개발, 환경 변화에 충분히 적용할 수 있도록 의견을 수렴하고 지속적으로 개선한다면, 향후 우리나라 연안재해대응체계 수립에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	재해정보도에는 어떤 내용이 있나요?	재해정보도는 최대침수예상도와 함께 지진해일고, 지진해일 발생원, 지진해일 전파도, 지진해일 정보, 대피시 주의사항, 비상시연락처, 대피소 위치 및 상세내역, 침수심, 범례 등 필요 정보를 포함하여 작성하였다(MPSS.[4]).
	우리나라에 영향을 주었던 지진해일은 무엇인가요?	지난 100여년 동안 우리나라에 영향을 주었던 지진해일은 세 경우이다. 먼저, 1964년 니이가타 지진해일은 인명피해 없이 약간의 재산피해만 야기 시켰으며, 1983년 규모 7.7의 동해 중부 지진해일과 1993년 북해도 남서 외해 지진해일은 동해안 지역에 비교적 큰 피해를 입혔다. 특히, 1983년 지진해일로 인해 강원도 삼척시 원덕읍 임원항 인근에서 인명피해(1명 사망,2명 실종)와 재산피해 4억원 정도가 발생하였다. 또한, 1993년 북해도 남서 외해 지진해일에 의해서는 인명피해는 없었으나 약 4억여원의 재산피해가 발생하였다(MPSS, NIDP..
	우리나라 동해안이 지진해일에 대비할 필요가 있는 이유는?	일본 서해안에는 대형 지진 발생 가능성이 매우 높은 소위 지진공백역(seismic gap)이 존재하므로 우리나라 동해안은 지진해일에 대비할 필요가 있다. 더욱이, 최근 태평양의 소위 불의 고리(Ring of Fire) 지역에서 일련의 해저지진이 발생하고 있을 뿐만 아니라 Fig.

참고문헌 (13)

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