[논문]단층 파라미터에 따른 확률론적 지진해일 재해곡선의 민감도 분석

조명환; 김건형; 윤성범

doi:10.9765/kscoe.2019.31.6.368

초록
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확률론적 지진해일 재해도 평가를 위한 로직트리는 지진발생 패턴의 다양성을 고려하기 위해 많은 변수를 고려하여 구성된다. 고려되는 변수가 많아질수록 재해도 평가 결과는 다양한 패턴으로 변화한다. 본 연구에서는 로직트리에 제시되어 있는 다양한 단층 파라미터 변수와 스케일링 규칙이 부산 근해에서의 지진해일 재해도에 미치는 영향을 평가하였다. 로직트리에 제시된 변수 중 주향각, 경사각 및 단층변위분포 변수의 값을 변화시켜가며 지진해일 전파모의를 수행하고, 그 결과를 이용하여 민감도 분석을 수행하였다. 그 결과 주향각 변수가 재해도 평가 결과에 미치는 영향은 예상보다 크지 않은 반면, 초기수면의 공간적 분포에 영향을 줄 수 있는 경사각과 단층변위분포의 영향이 크게 나타났다. 이는 주향각보다는 초기수면의 형상을 결정하는 경사각과 단층변위의 공간분포가 동해 지진해일의 재해도 평가에서 중요인자임을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Logic trees for probabilistic tsunami hazard assessment include numerous variables to take various uncertainty on earthquake generation into consideration. Results from the hazard assessment vary in different way as more variables are considered in the logic tree. This study is conducted to estimate...

Logic trees for probabilistic tsunami hazard assessment include numerous variables to take various uncertainty on earthquake generation into consideration. Results from the hazard assessment vary in different way as more variables are considered in the logic tree. This study is conducted to estimate the effects of various scaling laws and fault parameters on tsunami hazard at the nearshore of Busan. Active fault parameters, such as strike angle, dip angle and asperity, are adjusted in the modelling of tsunami propagation, and the numerical results are used in the sensitivity analysis. The influence of strike angle to tsunami hazard is not as much significant as it is expected, instead, dip angle and asperity show a considerable impact to tsunami hazard assessment. It is shown that the dip angle and the asperity which determine the initial wave form are more important than the strike angle for the assessment of tsunami hazard in the East Sea.

주제어

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문제 정의

동일한 해일고가 수심이 같은 지역에 내습하더라도 만과 같은 폐쇄적인 지형을 가진다면 해일고가 높아지고, 개방된 해역에서는 상대적으로 낮은 해일고를 보이게 된다. 따라서 지형의 영향을 최대한 배재하고 입력변수만의 영향을 확인하기 위해 개방된 해역에서의 지진해일 재해도를 산출하고자 하였다. 선정해역은 부산광역시에서 25 km 정도 떨어진 수심 40 m의 개방된 해역으로 선정하였다.
본 연구에서는 동해 동연부에서 지진해일이 발생 가능한 2개의 세그먼트에 대하여 우리나라 부산 근해에서의 지진해일 재해도의 민감도 분석을 수행하였다. 지진해일 전파 모의가 요구되지 않는 재현기간, 표준편차, 타절범위는 예시를 통해 재해도 평가결과에 미치는 영향을 검토하였으며, 단층의 주향각, 경사각, 단층변위분포에 따른 민감도는 동해 동연부 지진해일의 전파 수치모의 결과를 바탕으로 확인하였다.
재현기간의 변동은 재해곡선을 연직방향으로 이동시키며, 따라서 재현기간의 분기 값을 설정하는 방법에 따라서 지진해일 재해도에 미치는 영향은 크게 달라질 수 있다. 본 연구에서는 지진 발생 재현기간을 고려하지 않고 다른 변수들에 대한 민감도를 분석한다.

제안 방법

(2019)은 Rhee et al.(2015)과 비슷한 방법을 사용하면서도 원지지진해일의 전파특성을 고려하기 위해 기존 로직트리를 보완하여 우리나라 동해안 남부지역에 대한 확률론적 지진해일 재해도 평가를 수행하였다. 그러나 Jho et al.
지진해일의 전파모의에 있어서 초기 수면의 형상은 매우 중요하므로 적용할 스케일링 규칙 선택 또한 재해도 평가에 큰 영향을 미칠 것이라고 판단된다. 따라서 스케일링 규칙에 관한 분기를 Jho et al. (2019)의 로직트리에 추가하여 파라미터 설정 방법 선택에 따른 불확실성을 고려하였다.
7보다 작은 경우 우리나라 부산지역에서 산출한 지진해일고가 스케일링 규칙의 선택에 크게 좌우되지 않으므로 재해도의 민감도를 판단하기에 적합하지 않다. 따라서 이후의 분석에서는 스케일링 규칙의 선택에 민감한 규모 7.7 이상의 지진에 대해서 민감도 분석을 수행하였다.
지진해일 수치모의와 재해도 평가에 있어 초기수면의 형태는 매우 중요한 요소이므로 스케일링 규칙의 변경에 의해 지진해일 재해도 평가 결과에 변화가 따를 것으로 예상된다. 본 연구에서는 Jho et al. (2019)에서 고려한 로직트리에 다른 스케일링 규칙 분기를 추가하여 우리나라 부산 해안지역에서의 확률론적 지진해일 재해도 평가를 수행하고 로직트리 변수에 따른 지진해일 재해 곡선의 민감도를 분석하였다.
19는 주향각 분기에 따른 지진해일 재해곡선 산정결과를 보인 것이다. 재해곡선은 논리분기의 수만큼 존재하여 그림에 전부 나타낼 수는 없으므로, 각각의 주향각 분기를 공통적으로 거치는 논리분기에서 산출된 재해곡선들을 산술평균하여 대표값으로 제시하였다. 재해곡선의 크기를 비교하면 세그먼트 A에서는 -5º에서 +5º로 갈수록 재해도 평가치가 감소하는 반면, 세그먼트 B에서는 반대로 지진해일 재해도가 점차 증가하는 경향이 있다.
본 연구에서는 동해 동연부에서 지진해일이 발생 가능한 2개의 세그먼트에 대하여 우리나라 부산 근해에서의 지진해일 재해도의 민감도 분석을 수행하였다. 지진해일 전파 모의가 요구되지 않는 재현기간, 표준편차, 타절범위는 예시를 통해 재해도 평가결과에 미치는 영향을 검토하였으며, 단층의 주향각, 경사각, 단층변위분포에 따른 민감도는 동해 동연부 지진해일의 전파 수치모의 결과를 바탕으로 확인하였다. 주향각의 경우는 분기에 따른 변동성은 크지 않았으나 주향각의 증감에 따라 일정한 방향으로 변하였다.
(2019)이 제시한 바를 기반으로 하였다. 해당 연구에 제시된 지진해일 발생해역은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 세그먼트 A와 세그먼트 B에 해당하는 장소이고, 각 영역에 대한 로직트리는 Fig. 2에 보인 바와 같이 지진 규모, 재현기간, 단층 주향(Strike angle), 경사각(Dip angle), 경사위치, 단층 변위분포(Asperity), 표준편차와 타절범위 등, 총 8개 변수로 구성된다.

대상 데이터

따라서 지형의 영향을 최대한 배재하고 입력변수만의 영향을 확인하기 위해 개방된 해역에서의 지진해일 재해도를 산출하고자 하였다. 선정해역은 부산광역시에서 25 km 정도 떨어진 수심 40 m의 개방된 해역으로 선정하였다. 지진해일 수치모의에 사용된 초기수면 재현 모델과 지진해일 전파모델은 각각 Mansinha and Smylie(1971)와 Yoon et al.

이론/모형

지진해일 수치모의에 사용된 초기수면 재현 모델과 지진해일 전파모델은 각각 Mansinha and Smylie(1971)와 Yoon et al.(2007)의 방법을 적용하였다.
(2019)에서 사용된 스케일링 법칙은 Rhee et al.(2015)이 사용한 방법과 달리 JSCE(2016)에서 제시된 스케일링 규칙을 적용하였다. 지진해일 수치모의와 재해도 평가에 있어 초기수면의 형태는 매우 중요한 요소이므로 스케일링 규칙의 변경에 의해 지진해일 재해도 평가 결과에 변화가 따를 것으로 예상된다.
본 연구에서 지진해일 재해도의 민감도 분석을 위해 사용한 로직트리와 지진해일 발생해역은 Jho et al.(2019)이 제시한 바를 기반으로 하였다. 해당 연구에 제시된 지진해일 발생해역은 Fig.
일본 토목학회에서 현재까지 사용한 이력이 있는 스케일링 규칙은 2가지 방법이 존재한다. 먼저, 지진의 규모와 단층의 길이가 비례한다는 가정을 바탕으로 한 Takemura(1998)의 방법을 사용한 스케일링 규칙(규칙 1)이다. 이 방법은 2011년도 일본 토목학회에서 출간한 확률론적 지진해일 해저드 해석의 방법에 적용되었다.
먼저, 지진의 규모와 단층의 길이가 비례한다는 가정을 바탕으로 한 Takemura(1998)의 방법을 사용한 스케일링 규칙(규칙 1)이다. 이 방법은 2011년도 일본 토목학회에서 출간한 확률론적 지진해일 해저드 해석의 방법에 적용되었다. 두 번째 방법은 2016년도 원자력발전소 지진해일 평가기술에 제안된 방법으로 Somerville et al.

성능/효과

17에 보인 바와 같이 세그먼트 A의 경우는 강한 단층 활동변위의 위치에 무관하게 우리나라에 미치는 영향이 비교적 동등하게 발생한다. 반면 세그먼트 B의 경우는 Fig. 18에 보인 바와 같이 최대변위의 발생위치에 따라 지진해일의 지향성과 사도 섬에 의한 차폐효과로 우리나라 동해안에 미치는 영향에 차이가 나타났으며, 전반적으로 최대변위 발생위치가 북에서 남으로 이동함에 따라 우리나라 해안에 미치는 영향은 감소하는 것으로 나타났다.
18에서 확인하였듯이 발생위치가 같더라도 단층변위분포에 따라 발생한 지진해일의 전파양상이 크게 달라지므로 분기별로 재해곡선이 상이하게 나타난다. 세그먼트 A에서는 Asperity 1에서, 세그먼트 B는 Asperity 3에서 재해도가 가장 크게 평가되었으며, 단층의 길이가 짧아 공간상 변동이 비교적 크지 않은 스케일링 규칙 1에 따른 결과는 작은 변동 폭을 보여준다. 단층변위분포 분기에 따른 재해곡선의 변동은 세그먼트 A가 세그먼트 B보다 작게 나타났는데 이는 세그먼트 B는 Fig.
표준편차가 증가함에 따라 확률밀도함수의 첨두치는 점차 줄고 분포의 형상이 전반적으로 고르게 형성되는 것을 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	확률론적 지진해일 재해도 평가는 무엇인가	확률론적 지진해일 재해도 평가는 지진의 발생과 지진해일로 인한 해수위에 관한 불확실성을 고려하여 지진해일고가 발생할 가능성의 범위를 평가한다. 지진의 불확실성을 설명하기 위한 여러 가지 방법 중의 하나로서 로직트리가 사용된다.
	부산 근해에서의 지진해일 재해도의 민감도 분석을 수행의 결과를 말하라	본 연구에서는 동해 동연부에서 지진해일이 발생 가능한 2개의 세그먼트에 대하여 우리나라 부산 근해에서의 지진해일 재해도의 민감도 분석을 수행하였다. 지진해일 전파 모의가 요구되지 않는 재현기간, 표준편차, 타절범위는 예시를 통해 재해도 평가결과에 미치는 영향을 검토하였으며, 단층의 주향각, 경사각, 단층변위분포에 따른 민감도는 동해 동연부 지진해일의 전파 수치모의 결과를 바탕으로 확인하였다. 주향각의 경우는 분기에 따른 변동성은 크지 않았으나 주향각의 증감에 따라 일정한 방향으로 변하였다. 그러나 경사각과 단층변위분포 분기에서는 주향각과 같은 경향을 보이지 않는 경우가 존재하였다. 경사각과 단층변위 분포는 지진해일이 발생하는 위경도상 위치와 관계되는 변수(경사각, 단층변위 분포)로서 값에 따라 지진해일 재해도에 큰 변화를 발생시키는데 이는 동해의 해저 및 연안지형과 발생위치에의 상호작용으로 인한 것으로 판단된다. 동해 동연부에서 발생하는 지진 해일의 재해도 평가는 Rhee et al.(2015)이 제시한 바와 같이 모든 변수를 고려하면 지진의 재현기간의 영향을 가장 크게 받는다고 할 수 있으나 단층 파라미터에 한정한다면 단층변위분포와 경사각에 대한 민감도가 크다고 평가할 수 있다.
	단층변위분포 분기에 따른 재해곡선의 변동은 세그먼트 A가 세그먼트 B보다 작게 나타났는데 그 이유는?	세그먼트 A에서는 Asperity 1에서, 세그먼트 B는 Asperity 3에서 재해도가 가장 크게 평가되었으며, 단층의 길이가 짧아 공간상 변동이 비교적 크지 않은 스케일링 규칙 1에 따른 결과는 작은 변동 폭을 보여준다. 단층변위분포 분기에 따른 재해곡선의 변동은 세그먼트 A가 세그먼트 B보다 작게 나타났는데 이는 세그먼트 B는 Fig. 18 에서 볼 수 있듯이 큰 활동변위의 위치에 따라 주변 지형의 영향을 받는 정도가 달라지므로 지진해일이 전파하는 양상이 크게 변하기 때문이다. 반면 세그먼트 A에서는 단층변위분포의 위치에 따라 주변지형에 차폐될 가능성이 없으므로 재해도 변동폭이 작게 발생하였다.

참고문헌 (15)

Atomic Energy Society of Japan (2011). Implementation standard concerning the tsunami probabilistic risk assessment of Nuclear Power Plant:2011 AESJ-SC-RK004E : 2011, NISSEI EBLO INC., Tokyo, Japan.
Baek, U. (2013). Effects of underwater topography of East Sea on propagation of tsunamis towards Korean Peninsula. Doctorate dissertation, Hanyang Univerisity.
Irikura, K. and Miyake, H. (2001). Prediction of strong ground motions for scenario earthquakes. Journal of Geography, 110(6), 849-875 (in Japanese).

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Japan Society of Civil Engineers (2002). Tsunami assessment method for Nuclear Power Plants in Japan.
Japan Society of Civil Engineers (2011). Method for probabilistictsunami hazard analysis (in Japanese).
Japan Society of Civil Engineers (2016). Tsunami assessment method for Nuclear Power Plants 2016 (in Japanese).
Jho, M.H., Kim, G.H. and Yoon, S.B. (2019). Construction of logic trees and hazard curves for probabilistic tsunami hazard analysis. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 31(2), 62-72 (in Korean).

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Mansinha, L. and Smylie, D. (1971). The displacement fields of inclined faults. Bulletin of the Seismological Society of America, 61(5), 1433-1440.
Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (2014). Report of the study group on investigation and assessment of large-scale earthquake in the Sea of Japan (in Japanese).
Murotani, S., Matsushima, S., Azuma, T., Irikura, K. and Kitagawa, S. (2010). Scaling relations of earthquakes on active mega-fault systems. Geophysical Bulletin of Hokkaido University 73, 117-127 (in Japanese).
Rhee, H.M., Kim, M.K., Sheen, D.H. and Choi, I.K. (2015). Application of probabilistic tsunami hazard analysis for the Nuclear Power Plant site. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, 19(6), 265-271 (in Korean).

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Somerville, P., Irikura, K., Graves, R., Sawada, S., Wald, D., Abrahamson, N., Iwasaki, Y., Kagawa, T., Smith, N. and Kowada, A. (1999). Characterizing crustal earthquake slip models for the prediction of strong ground motion. Seismological Research Letters, 70(1), 59-80.

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Tajima, R., Matsumoto, Y., Si, H. and Irikura, K. (2013). Comparative study on scaling relations of source parameters for great earthquakes in inland crusts and on subducting plate-boundaries. Journal of the Seismological Society of Japan, 66(3), 31-45 (in Japanese).
Takemura, M. (1998). Scaling law for japanese intraplate earthquakes in special relations to the surface faults and the damages. Journal of the Seismological Society of Japan, 5, 211-228 (in Japanese).
Yoon, S.B., Lim, C.H. and Choi, J. (2007). Dispersion-correction finite difference model for simulation of transoceanic tsunamis. Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences, 18(1), 31-53.

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