침수 범람해석모델

3.4 결언

3.4.3 침수 범람해석모델

(1) 태풍 Maemi 내습으로 인한 녹산국가산업단지 인근에서의 침수역및침수고를 예측하였고, 그결과를 수리모

형실험의결과 및 설문조사와비교·검토하여 본연구의 타당성을확인할 수 있었다.

(2) 고파랑에대한호안월파량의고정도산정은제내지내의침수고및침수역을예측하는데중요한파라미터로 작용할 수 있다.

(3) 본연구의범람모델은연안재해의 예측, 방재계획의 수립, 위험도작성, 배후역에서의지반고결정, 도시계획적

인 문제 등에 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

(4) 향후 강우에 의한침수, 배수, 역류 및 건물 등의 지하로 유입되는 침수량을 고려하여 보다정도 높은 해석을

수행할 필요가 있다.

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論文.

86

4. 지진해일의 수치시뮬레이션

4.1 서언

해저지진이나 해저지반의 sliding, 해저화산활동 등으로말미암아 지층의 수직이동(단층활동)이발생하면 그와

동일한 현상으로해면이변화하여 파형이 형성되며, 이렇게 형성된 대단히 긴주기를갖는 해양파가 지진해일이

라 불리고, 해저지반의연직변위가클수록지진해일의크기는 증가한다. 지진해일은만이나항구에서상당한수

위상승 또는 진동을 유발시켜해안지역을 침수시키거나 해안및 항만구조물에 심각한피해를 준다.

지진해일의 발생원인은 암석권에있는 판(plate)의 움직임에 있으며, 직접적으로 지진을 일으키기도하고 다른 형태로지진의에너지원을제공하기도한다. 판을움직이는힘은다양한형태로나타날수있으며, 침강지역에 서판이암석권밑의상부맨틀에비해 차고무겁기때문에이를뚫고들어가려는힘, 상부맨틀밑에서판이상 승하여분리되거나좌우로넓어지려는힘, 지구내부의열대류에의해상부맨틀이 판의밑부분을끌고이동하는

힘이있지만이것들이어느정도의비율로 작용하는지는정확히알려져있지않다. 암석권(lithosphere)은지표에

서 100km 정도에 달하는두께의딱딱한층으로, 그 밑에는 암석권에 비해덜 딱딱하고온도도높아 쉽게 변형될

수 있는 상부맨틀층이 존재하고, 지진이 일어날 수 있는 깊이의 한계는지표로부터 약 700km이다.

해저지반이연직방향으로 변위를 일으키면그위에 놓여진 해수는 수평방향으로는 이동할 시간도 없이 같은 방향인연직방향으로변위가발생하고, 이는주위와수위차를갖게된다. 수면변위는다시중력에의해반복적 으로상하운동을 하면서 대양으로전파된다. 대양에서지진해일이 발생하기위해서는 규모 7.0 이상의대형지진

이 수심 1,000m 이상의 해저면에서 발생하여야 하는 것으로 알려져있다(국립방재연구소, 1998).

전술한바와같이지진해일의발생원인으로해저지진에의한해저면의융기와침강, 화산분화, 해저 sliding, 연안지역에있어서의절벽붕괴, 운석의낙하등을들수있다. 지진해일의발생원인별발생횟수와비율을살펴

보면, 해저지진에 의한발생비율이가장높으며 화산폭발과해저 sliding의순으로많이 발생한것을알 수있다

(양금석, 2007). 그리고 Fig. 4.1은해저지진에 의한지진해일의 발생모식도를나타내고 있다.

이상과같이 발생된 지진해일은연안에 가까워짐에 따라천수, 굴절, 반사, 회절, 공진(부진동) 등에의해 변형

된다. 지진해일이발생하는해역의수심이 1,000m 이상인경우는대부분심해에해당하며, 심해를횡단하는중

의 지진해일은 천수효과와 파고분산에 의한파고의상쇄효과 때문에(solition) 파고의 증폭은 없고, 지진해일의 전

파속도는C gh로수심에비례하여전파된다(여기서C는위상전파속도, g는중력가속도, h는수심). 지

진해일이천해에 도달하면 파장이감소하고, 일반적으로 파고는 높아진다. 이 때의 해일의 높이는 Fig. 4.2의 천수

효과에 의해 h^1/4에반비례하여증폭되고, Fig. 4.2의굴절에 의해b^1/2에반비례하여 증폭된다. 이의관계가 Fig.

4.3의 Green정리로 알려져있고 다음의식(4.1)로 나타낼 수 있다.

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Fig. 4.1 Earthquake-generated tsunami

(a) Shoaling (b) Refraction Fig.4.2 Shoaling and refraction of tsunami

Fig. 4.3 Changes of wave height caused by variation of depth and width b₁

h₁

h₂ wave height: H₁

wave height: H₂

b₂

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2

1/ 2 1/ 4

1 2 2

1 1

1 H

H b h

b h

   

   

    (4.1)

식(4.1)에따르면수심의감소가 1/10배되면 파고는 1.8배 증가하고, 폭이 1/10배 감소되면 파고는 3.2배증가

하게된다. 풍파와는 달리 지진해일의 파장은 수십 km에 달하기 때문에 지진해일이파원을 출발하여파동의 선

단부가천해역에도달했을때에그후단은아직심해역에위치하고있는경우가많다. 따라서 지진해일의전달

속도가수심의함수이기때문에연안에접근하는해일의선단은진행이지체되고후단이빠르게진행되어그

사이에서응축된 에너지가 높은 파고로 전환되게 된다.

해안에도달한 지진해일의 선단부가가파르게 증폭되는전경화현상이 발생하면 그 전면의 수위와는층을 이

루게된다. 일반적인 풍파의경우에전경화가일어나산이형성되면그배면의 수위는낮아지게 되지만, 지진해

일의경우는주기가충분히길기때문에전경화된부분의배면은수위가하강하지않고선단을경계로수위에

계단을 형성하게 된다. 이러한 파동을 단파(bore)라 한다.

쇄파형단파는전경화된파의전면이파도처럼되는경우이며, 이원리는천해역에서파의진행속도에비해

물입자가진행하는 속도, 즉관성이크기때문이다. 쇄파가발생하여도파고는거의일정하게유지된다. 쇄파되

지 않고 단파의 선단으로부터단주기의 파군이 발생하는 경우를파상단파라 한다.

단파의배후에서파동은상하로원운동을하면서 산을 형성하게 된다. 위로볼록한원운동을하면서 해면을

상승시키고배후로돌아갈때는다시아래로볼록한원운동을하면서해면이하강한다. 이러한원운동가운데

원심력에 의해산은 점차높아지고 곡은 낮아지게된다. 곡률이 클수록 원심력의효과는커지게되는 현상을 파

의 곡률효과라한다. 또한, 이러한 과정속에서단주기의파성분이 점차분리되어 나가며, 이를천해역에서의 파

동분산현상이라 한다.