"쓰나미는어떡하조"의 두 판 사이의 차이

2019년 12월 23일 (월) 02:17 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 동해안의 지진해일 처오름 분석 및 대책 마련

영문 : Analysis of tsunami run up on the east coast and countermeasures

과제 팀명

쓰나미는어떡하조

지도교수

김대홍 교수님

개발기간

2019년 0월 ~ 2019년 0월 (총 0개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 20168600** 김**(팀장)

서울시립대학교 토목공학과 20168600** 성**

서울시립대학교 토목공학과 20148600** 이**

서울시립대학교 토목공학과 20148600** 강**

서울시립대학교 토목공학과 20158600** 카**

서론

연구 배경 및 목적

 전 세계에서 가장 위험하고 파괴적인 자연재해 중 하나로 지진해일을 뽑을 수 있다. 한반도는 판구조론의 측면에서 볼 때 환태평양 지진대에서 떨어져 있다는 이유로 지진해일 안전지대라고 주장하는 사람들이 많았다. 하지만 그러한 주장과 달리 최근 올해 동해안에서 규모 4 이상의 해저지진이 모두 울릉단층을 따라 발생하였고, 2016년 9월 12일 대한민국이 기상관측을 시작한 이래 최대 규모의 지진이 경주시 남서쪽 8,9 km에서 두 차례 발생하였다. 이와 같이 지진이 잇따르자 양산 단층과 울산단층 같은 동해지역 단층들이 ‘활성단층’일 수 있다는 우려가 나오고 있다. 지진 전문가들은 동해 해저에 남북으로 길게 단층대가 분포하고 있고, 규모 7 정도의 쓰나미를 일으킬 수 있는 해저지진이 발생할 가능성도 있다고 말한다. 이와 같이 우리나라 또한 더 이상 지진해일의 안전지대가 아님을 인지하고 있어야 한다.

 2011년 3월 11일 일본 도호쿠 지방 앞바다의 대지진과 지진해일로 인하여 최악의 피해인 후쿠시마 방사능 유출 사고가 있었다. 지진해일이 덮치면서 무려 2만 명이 넘는 사람들이 목숨을 잃고 원전사고로 인해 약 8년이 넘은 현재까지도 방사능으로 인한 피해는 심각하다. 방사능의 오염수와 폐기물 처리는 끝나지 않는 문제이다. 특히 우리나라는 동해안을 따라 세워진 원자력발전소의 분포도가 높다. 따라서 동해에서 해저지진이 일어났을 시 원전들의 파괴로 발생할 수 있는 2차 피해 또한 클 것으로 보여 동해안 지역에 보수적인 방재대책이 시급하다. 

 이 연구에서는 지역별 지형적 특징에 따른 지진해일의 처오름 높이가 현저히 다르게 나타나고 있음 감안하였다. 따라서 동해안의 해저지형을 고려하여 처오름 높이를 분석하고 이에 따른 대책마련을 하는 것이 본 연구의 목표이다. 동해 연안의 해저지형을 대륙붕과 대륙사면을 고려하여 대략 60개의 지점으로 나누어 수치모형화하고 초기파고와 주기를 결정하여 처오름 높이를 분석해 보다 정확한 대책을 구한다. 

연구 동향 및 방법

 LDN(leading depression N-wave)과 LEN(leading eleation N-wave)으로 구분되는 N-형 지진해일의 발생과 전파 및 처오름에 관한 다수의 연구가 진행되어왔다. 기존 연구에서는 주로 LDN이 LEN 보다 처오름 높이가 크다는 결과가 제시되었으나(Scrinvas Tadepali, 2017), 최근 들어 LDN과 LEN의 상대적 처오름 높이차는 지형의 경사와 파쇄조건에 따라 달라질 수 있다는 결과가 보고되었다(Kim and Son, 2019).

본 연구는 Kim and Son (2019)의 연구를 확장하여, 우리나라 동해안의 지형에 따른 처오름 높이를 분석한다. 울진부터 울산 부근까지의 해저 경사는 Google Earth Pro 프로그램을 통해 구하였고, 고립파(solitary wave), LDN 그리고 LEN 세 가지 파에 대하여 처오름 높이를 계산하였다. 또한, 체계적인 연구 수행을 위해 다음과 같은 절차로 연구를 수행하였다.

2장은 부시네스크 흐름모델을 사용한 이유와 파와 지형의 설정을 설명하였다. 파의 설정에서는 고립파, LDN과 LEN에 대하여 자세하게 다루었다. 지형은 단순화된 모형을 통해 설명하였다.

3장에서 Google Earth Pro 프로그램을 통해 대상 지역을 산정하고, 그에 대한 해저 경사를 구축하였다. 그 값에 대한 입력자료를 Fortran을 통해 지구물리학적 규모에서 처오름 높이를 계산하였고, Matlab 프로그램을 이용하여 SImulation하고 검토하였다. 추가로 6가지 경우에 대한 지형에 따른 처오름 높이를 분석하였다.

4장에서는 3장에서 구한 Simulation 이용하여 각 지역별 처오름 높이를 분석한 결과를 토대로 위험지역을 산정하였다, 본 팀은 위험지역에서 일괄적인 방파제를 적용시키는 것보다는 지형별로 파력 분산 효과가 뛰어난 방파제 모델이 제시되어야 한다고 고려하였다. 따라서 새로운 방파제 모델을 제안하였다. 

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

이론적 배경

흐름모델

부시네스크 흐름모델

 물리적 실험이나 실제 관측은 쓰나미에 대한 실제적 정보를 제공할 수 있다. 하지만 쓰나미는 간헐적으로 발생하고, 실제 관측되는 경우도 매우 드물다. 추가로, 파도의 진폭/깊이가 매우 작으므로 실험하는 것 역시 부적절하다. 결과적으로, 현장 관찰 또는 실험실 측정으로 부터 충분한 양의 정확한 데이터를 획득하고, 측정된 데이터를 사용하여 물리량을 정밀하게 분석하는 것은 어렵다.

따라서, 수치적 방법을 기반에 둔 부시네스크 방정식을 사용한다. 부시네스크 모델은 쓰나미의 발생조건과 파쇄현상을 고려할 수 있다. 또한, 비선형성 분산성 회전성 난류흐름을 고려할 수 있기 때문에 본 연구에서는 부시네스크 모델을 사용한다. (Kim et al, 2009)

위 방정식에서 x는 공간적 격자를 나타내며, t는 시간이다.

다음 방정식은 컴퓨터 프로그래밍을 이용하여 모델링할 수 있다. 이 모델은 성공적으로 다양한 물리적 특성을 고려할 수 있고, 쓰나미의 발생과 파쇄, 보조파 생성과 같은 해안가 근처에서의 현상을 고려할 수 있다 (Kim and Lynett, 2011).

지형과 파의 설정

지형의 설정

지형은 지구물리학적 규모를 고려하였다. 지진해일은 수심 2000m의 지형에서 발생하며, 2000~200m 사이의 경사가 1/15이고, 수심이 200m 이하인 경우 지형의 경사는 3장에서 제시된 대륙붕의 경사를 이용하였다 (Fig. 2.1).

사진

파의 설정

파는 세가지 경우를 고려하였다. 고립파와 LDN과 LEN의 경우의 처오름 높이를 고려하였다. 고립파는 단 하나의 파도가 솟아올라 수면 위로 진행하는 파이다 (Fig. 2.2). LDN은 N-형 파 중 하나로, negative wave가 먼저 해안가에 오고 positive wave가 그 뒤를 따라서 오는 파이다 (Fig. 2.4). LEN은 positive wave가 먼저 오고 그 뒤를 negative wave가 뒤따라 오는 N-파이다 (Fig. 2.3).

사진

N파의 방정식은 다음과 같다(Tadepalli and Synolakis,1996).

사진

  a0는 파의 진폭이고, Tw는 파의 주기 그리고 Lw는 파장이다. μ는 해수면으로부터 마루또는 골의 길이를 지정하는 인자이다. N-파의 경우, μ의 값을 1로 하였고, 고립파의 경우 μ를 0으로 하였다. 또한, (x-xe)/Lw = π/8이며, (x-xd)/Lw = -π/8 으로 지정하였다 (Kim and Son, 2019).    이러한 설정을 바탕으로 동해안의 지형학적 특성을 확인하기 위해, 지진해일의 발생조건은 일정하게 지정하였다. 전체 수심 d=2000m로 울릉분지의 평균적인 수심을 적용하였고, 지진해일은 수심이 d=2000m가 되는 지점으로부터 100km 떨어진 지점에서 발생한다고 지정하였다. 또한 초기 발생조건의 setup은 주기는 780s, 초기파고는 0.5m와 1m 두가지 경우에 대하여 simulation을 진행하였다.

대상지역 및 자료

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용