[논문]시간이력 및 공간분포를 지닌 지반운동에 의한 지진해일 발생 및 전파: 해석적 접근

정태화; 손상영

doi:10.9765/kscoe.2018.30.6.263

시간이력 및 공간분포를 지닌 지반운동에 의한 지진해일 발생 및 전파: 해석적 접근
Propagation of Tsunamis Generated by Seabed Motion with Time-History and Spatial-Distribution: An Analytical Approach 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.30 no.6, 2018년, pp.263 - 269

정태화 (한밭대학교 건설환경공학과) , 손상영 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
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해저에서 지진 및 산사태 등에 기인하는 수심변화는 자유수면의 변동을 유발한다. 이러한 자유수면의 변동은 해안으로 전파하고 천수현상에 의해 파고가 상승하면서 큰 피해를 야기한다. 지진해일의 생성 및 전파과정을 모의하기 위해 다양한 수치해석모형이 개발된 바 있다. 대부분의 지진해일모형은 해저 지반의 움직임이 수면에 즉시적이고 동일하게 전달된다는 가정하에 초기수면을 결정한다. 하지만, 이 접근 방법은 시간적 및 공간적 차이를 지니고 발생하는 해저지진의 특성을 고려하지 못하며, 이는 그대로 해석오차에 반영된다. 본 연구에서는 Hammack(1973)의 해석해를 응용하여 수심이 시간차를 가지고 변할 때 이로 인한 초기 자유수면의 변동과 이렇게 변화된 수면의 전파 특성을 모의하고 그 결과를 검토하였다. 이는 다양한 유형의 지반운동과 자유수면 형성과의 인과관계 및 상승된 자유수면의 이동속도 등의 관계규명에 도움이 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Changes in water depth caused by underwater earthquakes and landslides cause sea surface undulations, which in turn propagate to the coast and result in significant damage as wave heights normally increase due to the wave shoaling process. Various types of numerical models have been developed to simulate the generation and propagation of tsunami waves. Most of tsunami models determine the initial surface of the water based on the assumption that the movement of the seabed is immediately and identically transmitted to the sea surface. However, this approach does not take into account the characteristics of underwater earthquakes that occur with time history and spatial variation. Thus, such an incomplete description on the initial generation of tsunami waves is totally reflected in the error during the simulation. In this study, the analytical solution proposed by Hammack (1973) was applied in the tsunami model in order to simulate the generation of initial water surface elevation by the change of water depth with time history and its propagation. The developed solution is expected to identify the relationship among various type of seabed motions, initial surface undulations, and wave speeds of elevated water surfaces.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Hammack(1973)의 해석해를 응용하여 수심 변화가 발생하는 경우에 초기 수면변위의 생성 및 전파 특성을 검토하였다. 수심이 상승하는 시간이 짧으면 수심변화에 의해 상승된 수면이 이동하기 전에 수심 상승이 발생하여 수심의 상승과 수면의 상승이 비례하면서 거의 동시에 발생하였다.

제안 방법

t´ = 1.0 및 tdelay = 2.0trise인 상황에서 두 영역 사이의 거리(x2, s − x1, e)를 0, 1b 및 2b로 변화를 주면서 값을 계산하였다.
다음으로 Fig. 3과 같이 두 개의 영역에서 시간차를 가지고 수심 변화가 발생하는 경우에 대하여 수면변위를 계산해 보았다. 계산 조건은 Fig.
이상의 논문들을 통해서 다양한 수심변화에 의해서 발생하는 수면변화 및 기타 수반되는 여러가지 물리량들에 대해서는 연구가 수행되었으나 바닥수심의 변화가 시간차를 가지고 발생하는 경우에 대해서는 아직까지 연구된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 Hammack(1973)의 해석해를 확장하여 영역별로 시간차를 가지고 바닥수심이 변하는 경우에 대해 해석해를 제시하여 수면변위를 계산하였다. 본 연구에서는 2개의 영역에서 대해서만 다루었으나 이를 다수의 영역으로 확장할 수 있으며 또한 수심변화가 발생하는 시간 또한 다수로 나누어 계산할 수 있다.
본 연구의 접근법에 대한 검증은 Hammack(1973)이 실험값과 비교함으로써 증명하였기 때문에 생략하였다. 먼저, Fig. 1과 같이 하나의 영역에서 바닥수심이 변하는 경우에 대하여 자유수면 변화를 모의하였다. 계산 조건은 Hammack(1973)과 동일하게 수심(h) 0.
따라서 본 연구에서는 Hammack(1973)의 해석해를 확장하여 영역별로 시간차를 가지고 바닥수심이 변하는 경우에 대해 해석해를 제시하여 수면변위를 계산하였다. 본 연구에서는 2개의 영역에서 대해서만 다루었으나 이를 다수의 영역으로 확장할 수 있으며 또한 수심변화가 발생하는 시간 또한 다수로 나누어 계산할 수 있다. 이와 같은 접근법은 공간 및 시간 영역을 세밀하게 나누어 계산할 경우, 실제에서 발생하는 바닥 수심의 변화를 좀 더 정확하게 모의할 수 있다는 장점이 있다.
수심의 상승시간은 두 영역 모두 t´ = 1.0으로 하였으며, 파가 어느 정도 진행을 한 t = 3trise인 순간에 위치에 따른 수면변위를 계산하였다.

이론/모형

본 연구의 접근법에 대한 검증은 Hammack(1973)이 실험값과 비교함으로써 증명하였기 때문에 생략하였다. 먼저, Fig.

성능/효과

두 개의 영역에서 시간차를 가지며 수심변화가 발생하는 경우에는 두 영역간의 거리차 및 수심이 변하는 시간차에 따라서 최대 수면변위의 값이랑 위치가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 이는 먼저 상승한 수심으로 인해 발생한 수면이 이동하면서 두 번째로 상승한 수심으로 인한 수면변위와 중첩하여 발생하는 것으로 경우에 따라 증가하거나 감소하였다.

후속연구

한 가지 주목할 만한 점은 술라웨시 지진의 경우 섭입대(subduction zone)에서 주로 발생하는 지진과 달리 지진해일이 발생하기 힘들다고 알려진 주향이동단층(strike-slip, 수평 이동하는 단층)이었음에도 불구하고 약 4~7 m의 지진해일고를 기록하였다는 점이다. 그 원인에 대해서는 만의 형태를 지닌 피해지역의 지형, 해저산사태의 연쇄작용 등 현재 과학계에서 다양한 주장이 제기되고 있는 실정이며 정확한 원인규명을 위한 후속연구가 진행 중이다.
실제 해역에서 지진해일이 발생하는 경우, 대부분의 지진 해일 수치모형은 바닥의 변화를 자유수면의 초기파형으로 가정하기 때문에 이러한 시간차에 의해 발생하는 효과를 고려하지 못하고 있다. 본 연구를 확장하여 바닥변화와 자유수면과의 인과관계 및 상승된 자유수면의 이동속도 등을 규명한다면 향후 지진해일 수치모형연구에 도움이 될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지진해일을 모의할 때 무엇을 사용하는가?	이처럼 지진해일의 피해는 불의 고리라고 일컫는 환태평양조산대를 중심으로 하여 여러 나라에서 지속적으로 발생하고 있으며, 그 피해 역시 엄청난 규모를 나타내기에 정확한 예측모형개발과 방재시스템 구축에 많은 노력을 기울이고 있다. 지진해일을 모의 할 때, 통상적으로 장파이론에 기반을 둔 선형 혹은 비선형의 비분산성 천수방정식을 사용하게 되고,이에 따라 다양한 모형들이 구축되어 왔다. 몇 가지 예를 들면, Titov and Synolakis(1998)가 개발한 MOST(Method Of Splitting Tsunami), Wang(2009)이 개발한 COMCOT(COrnell Multi-grid COupled Tsunami model), Kowalik et al.
	자유수면의 변동은 어떻게 피해를 야기하는가?	해저에서 지진 및 산사태 등에 기인하는 수심변화는 자유수면의 변동을 유발한다. 이러한 자유수면의 변동은 해안으로 전파하고 천수현상에 의해 파고가 상승하면서 큰 피해를 야기한다. 지진해일의 생성 및 전파과정을 모의하기 위해 다양한 수치해석모형이 개발된 바 있다.
	역사상 3번째로 큰 규모의 대지진은 무엇이었는가?	2000년대에 발생한 지진해일의 대표적 사례를 소개하면 다음과 같다. 우선 2004년 12월 26일 인도네시아 수마트라 섬 서부 해안의 40 km 지점에서 발생한 규모 9.3의 인도양 수마트라 지진에 의해 약 33 m에 이르는 지진해일고가 해안에 전파되었으며, 이로 인해 약 23만 명이 목숨을 잃고 5만 명 이상이 실종, 169만 명 이상의 난민이 발생하는 등의 인명피해를 입었다. 이는 역사상 3번째로 큰 규모의 대지진으로 기록되기도 하였다(Grilli et al.

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