4.4 해석결과 및 검토
4.4.1 단일격자모델
(1) 1983년 동해 중부 지진 1) 대상영역 및 계산조건
전술한기초방정식과 후술하는 단층파라미터를 기초로 1983년 5월 26일에발생하여 동해안에상당한 피해를 야기한동해중부지진해일에대한수치해석을수행한다. 대상영역은지진이발생하여그로인한지진해일이충
분히 재현될수있도록하기위해 Fig. 4.7에나타내는바와같이좌하측 격자점(약 경도 124°, 위도 30°), 우상측
격자점(약 경도 143°, 위도 47°)을취하였고, 계산시간은 지진해일의영향을충분히고려할수있도록지진의 발
생시간부터 6시간동안모의하였다. 지진해일의계산에있어서수치모형의상세한계산조건을 Table 4.1에나타
낸다. 육지경계조건을 완전반사로 결정한 것은연안에도달한 지진해일의 파고가 연직방향으로 두배가 되는 것
이해안사면을처오르는지진해일의처오름높이와유사하다는경험적논리를바탕으로하였다(都司와小西, 1985).
Fig. 4.8에 대상영역 수심의 공간분포를 제시하며, 이는 NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)에
서제공하는 1′ 데이터(약 1.8km 간격)를사용하여결정하였다. 수심은지진해일의전파에서가장큰변수로, 동
해상에는최고 3.5~4km의 수심분포가 나타나며, 해저에 퇴적물질이퇴적되어 형성된얕은 구릉인 대화퇴(大和堆)
의수심이 약 200~500m정도의상대적으로아주얕은부분도 존재하며, 이로인한파의천수, 회절 및굴절변형
으로 지진해일의전파양상이상당히변하게된다. 동해중부지진해일에대한 여러 가지단층모델이제안되어 있
지만, 본 연구에서는 Table 4.2~4.5에 제시하는 4개의 모델에대해서검토한다. Table 4.2~4.5에초기조건의 산정에
사용되는동해중부지진해일에 대한단층파라미터를제시한다.
Table 4.1 Computation condition
x (km)
t (sec)
Number of mesh
Computation time (hr) Boundary condition of land
Boundary condition of outside sea
Imesh Jmesh
1.8 4 900 1,100 6 Perfect reflection Free transmission
96
Fig. 4.7 Computation area Fig. 4.8 Distribution of depth
Table 4.2 Fault parameters for 1983 Central East Sea earthquake <Aida(1984)>
Aida Latitude
(˚N)
Longitude
(˚E) H
(km)
(deg)
(deg)
(deg)
L (km)
W (km)
u
(km)
Fault 1 40.21 138.84 2 22 40 90 40 30 7.60
Fault 2 40.54 139.02 3 355 25 80 60 30 3.05
Table 4.3 Fault parameters for 1983 Central East Sea earthquake <Tada(1984)>
Tada Latitude
(˚N)
Longitude
(˚E) H
(km)
(deg)
(deg)
(deg)
L (km)
W (km)
u
(km)
Fault 1 40.20 138.80 0 13 20 90 60 40 3.50
Fault 2 40.73 138.96 0 335 20 90 60 30 3.50
Table 4.4 Fault parameters for 1983 Central East Sea earthquake <Tanaka(1984)>
Tanaka Latitude
(˚N)
Longitude
(˚E) H
(km)
(deg)
(deg)
(deg)
L (km)
W (km)
u
(km)
Fault 1 40.37 138.87 0 15 20 120 30 35 6.00
Fault 2 40.61 139.06 0 350 20 90 60 40 4.00
Table 4.5 Fault parameters for 1983 Central East Sea earthquake <Satake(1985)>
Satake Latitude
(˚N) Longitude
(˚E) H
(km)
(deg)
(deg)
(deg)
L (km)
W (km)
u
(km)
Fault 1 40.21 138.80 1 20 30 90 60 40 5.00
Fault 2 40.67 139.18 1 340 30 90 60 40 4.00
97 2) 수치해석결과
Fig. 4.9는 Table 4.2~4.5에서제시된 단층파라미터를 사용하여 도출된 수치해석의 결과중 지진해일의 전파속
도 나타내고있다. 검토된 4개모델 모두대화퇴부근에서 굴절 및회절되는 현상을 확인할 수 있으며, 전파되는
양상이다소 상이하지만모두 지진이 발생하고 약 100분정도 후에처음으로강원도부근의 동해연안에 내습하
는것을알수있다. 여기서, 포항은약 110~120분, 울산은 140분정도로북에서남의순서로도달하는것을알
수 있고, 이는 관측치와 상당히 일치하는 것을 알수 있다(국립방재연구소, 1998).
(a) Aida (b) Tada
(c) Tanaka (d) Satake Fig. 4.9 Propagation of tsunami occurred by 1983 Central East Sea earthquake
98
Fig. 4.10은각 모델에 의한 지진해일의 계산결과에서 영역내의최고수위분포를 나타내며, 이는 에너지의 전파
과정을 설명하는데 사용된다. 그림을 살펴보면에너지의 대부분은 러시아 방향으로 전파하는 것을확인할수 있
고, 대화퇴 부근에서 일본의 남쪽으로굴절되는 성분이 있음을 알 수있다. 동해안은 수심이 상당히 깊기 때문에
영역내에서수위는모델에따라다른양상을보이지만, 공해상에서 0.1m~1.0m 정도의분포를확인할수있고,
진원지 부근의 초기수위는 최고 4m 이상의 값이나타나는 것을알수있다. 전반적으로 Fig. 4.10(a)와 (d)가 (b)와
(c)에비해상대적으로높은수위분포를보이는것을확인할수있다. 이는전술한 Mansinha and Smylie(1971)에
의해주향과 미끌어지는 방향에 의해 초기수위가 영향을 받기 때문이다.
(a) Aida (b) Tada
(c) Tanaka (d) Satake
Fig. 4.10 Maximum water level height of tsunami occurred by 1983 Central East Sea earthquake
99
Fig. 4.11은속초지역에서수치해석결과와관측치와의시간에따른수위변화를비교한그림이다. 4개의모델
모두지진 발생 후 약 100분 후에 제 1파가 도달하는 양상은 일치하지만 Fig. 4.11(b)와 (c)는 (a)와 (d)의 결과와비 교해서상대적으로계산치가관측치보다과소평가되는것을알수있다. Fig. 4.11(a)를 살펴보면시간에 따른수 위변화의최고치가수분의차이를두고발생하고, 부분적으로일치하지않는시간도존재하지만, 정성적인관
점에서는 관측치와일치하는경향을확인할수 있다. Fig. 4.11(b)는관측치와비교하여 최고치와 0.5m 정도의 수
위차이를 내며 과소평가하고 있고, Fig. 4.11(c)도 (b)와 마찬가지로 관측치를과소평가하고 있지만 수위분포의 형
상은 Fig. 4.11(b)보다는 관측치에 보다 일치하는것을 알수 있다. Fig. 4.11(d)의 수위분포는 최고치가 관측치의수
위고를 잘재현하지만수위분포의형상이수 분 늦게나타나는 경향이 있음을 알 수있다. 이상으로부터 정량적
으로는 일치하지 않는부분도 있지만 정성적 관점에서 Fig. 4.11(a)의 Aida모델이 속초의 관측치를 가장 잘 재현하
고 있다고 판단된다.
Fig. 4.12는묵호지역에서 관측치와 계산치를비교한그림으로, 속초와마찬가지로약 100분에 제 1파가도달
하는양상을확인할수있다. Fig. 4.12(a)를살펴보면수치해석결과의초기파형은관측치보다크게나타나지만
150분 이후의 파형에서는 관측치가높게 나타남을 알 수 있으며, Fig. 4.12(b)는 제 1파의 수위변동은 관측치와 비
슷한경향을보이지만이후의수위변동의분포는 관측치를과소평가하고 있다. Fig. 4.12(c)의초기파형은관측치
와 비슷한양상을 보이지만 시간이 지날수록관측치를 과소평가하며, 전반적인지진해일고의 높이는 Fig. 4.12(b)
와비교할때약간높게나타난다. Fig. 4.12(d)는초기에는 관측치의수위고를잘재현하고정성적인 관점에서는
잘 일치하지만 역시 시간이 흐를수록관측치를 과소평가하고있다. 이상으로부터 상대적으로 Fig. 4.12(a)와 (d)의
모델이 4.12(b)와 (c)의 모델보다는 관측치를 잘 재현하고 있다고 판단된다.
100
(a) Aida (b) Tada
(c) Tanaka (d) Satake
Fig. 4.11 Comparison of time history of water level occurred by 1983 Central East Sea earthquake at Sokcho
(a) Aida (b) Tada
(c) Tanaka (d) Satake
Fig. 4.12 Comparison of time history of water level occurred by 1983 Central East Sea earthquake at Mukho
1 00 120 140 160 180 20 0 22 0 2 40
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide g age Num erical
1 00 120 140 160 180 20 0 22 0 2 40
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide g age Num erical
1 00 120 140 160 180 20 0 22 0 2 40
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide g age Num erical
1 00 120 140 160 180 20 0 22 0 2 40
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide g age Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Numerical
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Numerical
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Numerical
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Numerical
101
Fig. 4.13은포항지역에서 수치해석결과와 관측치와의시간에따른 수위변화를비교한그림이다. 제 1파의 도
달시간이약 140분으로 그림 상의관측치와 거의 일치하는 경향을 확인할수 있다. Fig. 4.13(a)를 살펴보면 약 200
분까지는관측치와계산치가 상당히잘일치하는경향을보이지만이 후로는 수위의최고치와 파형이다소 상
이한 변동을나타내며, Fig. 4.13(b)는 약 180분에서최저치가 조금작게 나타나고, 약 210분까지 관측치와 계산치
가잘일치하는경향을보이지만이후로는 Fig. 4.13(a)와마찬가지로최고치와 파형이다소상이한변동을나타
낸다. Fig. 4.13(c)는 수위변동의양상은 Fig. 4.13(b)와 다르지만관측치와 비교하면 (b)와 비슷한 경향을 보이고, Fig.
4.13(d)는 4.13(a)와비슷한양상을 나타내면서 진행하고약 300분 이후에 관측치와상당히일치하는것을 확인할
수 있다. 수위변동의초기는 Fig. 4.13(a)가 상당히 일치하지만 전반적인 경향은 Fig. 4.13(d)가 관측치에 상대적으로
잘 일치한다고 판단된다.
Fig. 4.14는울산지역에서 관측치와 계산치를비교한그림으로, 약 150분에제 1파가도달하는 양상을 확인할
수 있으며, 그림상의관측치와도 상당히 일치한다. Fig. 4.14(a)는 시간에따른 전반적인 수위변동 양상이 관측치보
다 10여분 정도 늦게나타나지만정성적으로는 상당히일치함을 알 수 있다. Fig. 4.14(b)와 (c)는 전반적인 수위변
동이관측치보다과소평가되고, 수위변동이거의없음을확인할수있으며, 이는전술한바와같이초기수위를
결정하는 조건인 단층파라미터의 차이에 의해야기된결과라고 판단된다. Fig. 4.14(d)는 수위변동의 최고치와최
저치를 잘 재현하고있지만 Fig. 4.14(a)와 마찬가지로위상의차이가 약 10분 정도 발생한다. 그러나 정성적 관점
에서 상당히 일치함을알 수있다. 울산지역역시 이전의지역과동일하게 Fig. 4.14(a)와 (d)의 결과가 (b)와 (c)의
결과보다관측치에 보다 일치하는것으로 판단된다.
102
(a) Aida (b) Tada
(c) Tanaka (d) Satake
Fig. 4.13 Comparison of time history of water level occurred by 1983 Central East Sea earthquake at Pohang
(a) Aida (b) Tada
(c) Tanaka (d) Satake
Fig. 4.14 Comparison of time history of water level occurred by 1983 Central East Sea earthquake at Ulsan
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 -1
-0.5 0 0.5 1 1.5
Tide gage Num erical
103
Fig. 4.15는동해중부지진해일에 의해가장 많은 피해를 입은 임원지역에 대한 계산치이다. 임원지역은 사후조
사에의해침수의흔적높이로최고수위를추정할수있지만수위변동의관측치는존재하지않아계산치만나
타내었다. 각 모델에 의한 Fig. 4.15(a)~(d)의 결과는전술한속초, 묵호, 포항 및울산에비해서는 높은 수위분포를
나타내지만 모두 사후조사에서얻어진 최고수위 5m에는 미치지못하는것을 알수있으며, 이는 천해역에서 수 심이얕아지면서발생하게되는천수효과를본연구의수치해석수법에서충분히재현을할수없었기때문인
것으로 판단된다. 향후 격자접속기법 등의도입을통해 계산격자의 간격을 작게 설정하여천해의수심을 정확히
고려한다면 해결될 수 있는 문제라고 판단된다.
(a) Aida (b) Tada
(c) Tanaka (d) Satake
Fig. 4.15 Comparison of time history of water level occurred by 1983 Central East Sea earthquake at Imwon
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1
1.5 Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1
1.5 Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1
1.5 Num erical
100 120 140 160 180 200 220 240
-1 -0.5 0 0.5 1
1.5 Num erical
104 (2) 1993년 북해도 남서 외해 지진
1) 계산조건
전술한기초방정식과 Table 4.6의 단층파라미터를 기초로 1993년 7월 12일에 발생하여동해안에상당한피해
를 야기한북해도 남서외해지진해일에대한 수치해석을 수행한다. 동해중부지진해일을 수치모의한 Fig. 4.7의 대
상영역과 Fig. 4.8의 수심을 동일하게 적용하였으며, 수치해석에 필요한상세한 계산조건은 Table 4.1에나타낸 바
와 같다. 초기조건의 산정에 사용되는 북해도 남서 외해 지진에 대한 단층파라미터를 Table 4.6에나타낸다.
2) 수치해석결과
Fig. 4.16은 Table 4.6에제시된단층파라미터를사용하여도출된수치해석의결과중지진해일의 전파속도를
나타내고 있다. 수심이깊은심해에서는 전파속도가빠르고천해로 전파됨에 따라전파속도가상대적으로줄어
드는양상을 알 수 있고, 대화퇴부근에서굴절 및 회절이 되는현상을 확인할 수 있다. 지진이발생하고약 100
분정도후에처음으로강원도부근의동해안에내습하는되는것을알수있다. 포항은약 110~120분, 울산은
140분정도에각각도달하는것을확인할수있고, 이는관측치와상당히일치함을알수있다(국립방재연구소, 1998).
Table 4.6 Fault parameters of 1993 Hokkaido southwest off earthquake<Takahashi et al.(1994)>
Takahashi et al. Latitude (˚N)
Longitude
(˚E) H
(km)
(deg)
(deg)
(deg)
L (km)
W (km)
u
(km)
fault 1 42.10 139.30 5 163 60 105 24.5 25 12
fault 2 42.34 139.25 5 175 60 105 30 25 2.5
fault 3 43.13 139.40 10 188 35 80 90 25 5.71
Fig. 4.16 Propagation of tsunami occurred by Fig. 4.17 Maximum water level height of tsunami occurred 1993 Hokkaido southwest off earthquake by 1993 Hokkaido southwest off earthquake