폭풍해일고 및 연안 침수범람에 관한 수치실험 연구

Abstract

본 논문에서는 다양한 수치실험 연구를 통하여 폭풍에 의한 해일고 및 해일침수범람의 발생 및 이에 대한 모의에 있어서 영향을 주는 각 요소 기술에 대한 적용성을 살펴보았다. 그리고 그 적합성이 검증된 요소기술을 적용하여 주요 태풍에 대해 정밀한 폭풍해일고와 해일침수범람을 산출하였다. 연구의 성과는 기후 및 해양의 환경변화에 따른 연안재해를 저감하기 위한 재난예측 시스템의 구축에 있어서 반드시 필요한 요소라고 할 수 있는데, 본 연구를 통해 수립된 기반기술을 연안 침수범람의 예측시스템에 최종적으로 활용함을 목표로 연구를 수행하였다. 해일 및 침수범람에 대한 수치실험에는 3차원 가변격자 유한체적모형 FVCOM을 적용되었다. 먼저 폭풍에 의한 해일고의 변이 특성을 모의함에 있어서 반드시 살펴보아야 할 조밀한 격자망 선정의 중요성, 2차원 및 3차원 모형간의 특성 비교, 조석의 조건에 따른 폭풍해일고의 변동성, 저면 마찰계수 변화에 따른 침수범람역의 영향 등을 살펴보았다. 이를 통해 침수역에서의 저면 마찰계수가 고려된 정밀격자의 3차원 조석-해일 결합모형의 정확성 및 적용성을 확인하였다. 이어서 과거 남해안의 큰 해일피해를 입힌 주요 8개 태풍에 대한 폭풍해일고를 산출하고 주요 조위관측소의 실제 관측 자료와 비교하여 그 정밀도를 검증하였으며, 각 태풍에 의한 최대 해일침수 범람역을 산정하였다. 수치모의 결과는 관측된 해일고, 침수범위 및 침수심을 정확히 재현하여 해일범람 모형으로서의 그 적용성을 확인할 수 있었다. 각 태풍의 주요 인자에 대한 폭풍해일고의 민감도 평가는 태풍의 강도(풍속), 최대풍 반경, 진행 속도, 이동 경로 등의 요소에 대하여 실시하였다. 그리고 각 주요 인자의 변동에 따른 해일침수범람의 민감도도 동시에 평가하였다. 그리고 미래에 발생 가능한 최대의 폭풍해일고 및 해일침수 범람역을 산출하기 위하여 가상 시나리오에 의한 해일범람을 검토하였다. 이를 위하여 미래의 기후변화 요소를 고려하여 발생 가능한 최대 강도의 태풍 시나리오를 구성하고, 최대 폭풍해일고의 분포 및 해일침수범람의 가능역을 추정하였다. 각 시나리오별 가상태풍은 태풍 Maemi의 경로를 따르게 하였고 그 강도만 변경되게 설정하였다. 모의결과, 마산에서 약 300cm가 넘는 최대 폭풍해일고가 산출되었는데, 이는 재기년도 200년의 폭풍해일고 통계치를 약 20cm 가량 상회하는 결과이다. 이러한 최대 가능태풍을 선정하여 최대 해일고를 산출하는 수치실험 연구는 특정해역에서의 극치 설계고의 값을 산정해야 하는 경우에 좋은 활용방안이 될 수 있다. 본 연구에서 산출된 해일범람 모형에 의한 정밀 해일고 및 침수범람역의 공간분포는 관측 자료에 의한 침수역 분포를 정확히 재현하였다. 따라서 정확한 해상풍의 공간분포에 대한 정보를 활용할 수만 있다면, 빠른 시간 내에 해일범람 등의 모의를 통한 연안재난피해 예측시스템의 구축에 있어서 그 활용도가 매우 높다고 할 수 있으며, 해안침수예상도의 제작을 위한 활용도 가능할 것으로 본다.