연안역에서 폭풍해일과 고파랑의 결합에 의한 침수해석수법의 개발

Abstract

최근, 지구온난화 및 변화된 해양환경의 영향으로 고파랑을 동반한 태풍 및 폭풍해일로 인하여 연안재해가 빈번히 발생되고 있다. 우리나라 남해안의 연안역은 태풍의 진로상에 위치되어 거의 매년 태풍으로 인한 막대한 연안재해를 입어왔다. 이러한 피해는 폭풍해일이 발생하는 지역의 지형적 특성에 따라 크게 영향을 받는다. 태풍의 규모와 강도가 커지고 있고, 향후 발생빈도가 더욱 증가할 것으로 예측된다. 또한, 재해규모도 증대될 것으로 예상되고 있다. 특히, 폭풍해일의 경우에 최대폭풍해일고가 만조와 중첩되면서 해안구조물을 월류하여 제내지에서 많은 인명손실과 막대한 재산피해를 준다. 폭풍해일에 의한 재해를 방지 또는 최소화하기 위해서 재해발생이 예상되는 모든 연안지역에 대해 지역적 특성과 관련된 폭풍해일고의 변동 양상을 조사하는 것이 중요하다.

본 연구에서는, 신심해설계파를 고려하여 부산 연안역에서의 폭풍해일고의 변동 특성을 검토하기 위해 수치시뮬레이션을 실시하였다. 과거 부산 연안역에 심각한 피해를 발생시킨 태풍 Sarah(5914), Thelma(8705) 및 Maemi(0314)에 대해서 폭풍해일고의 검토를 위한 수치시뮬레이션을 실시하였다. 그리고, 자유대기풍과 해상풍을 초기조건으로 MASCON모델에 의한 지형의 영향이 고려된 새로운 바람장을 추정하고, 그 결과를 SWAN모델에 적용하여 천해파랑특성을 검토하였다. 그리고, 부산 전연안역에 대해서 수심 20m내외 위치에서의 기존의 심해설계파제원과 신심해설계파제원에 의한 천해설계파를 산정하여 비교하였다. 이를 기초로 하여 추정된 폭풍해일고를 고려한 설계조위와 신심해설계파로부터 산정된 천해파랑에 대해 VOF법으로 월파량을 산정함으로써 고파랑과 폭풍해일의 결합에 의한 침수해석을 수행할 수 있는 수법을 개발하였다. 그리고, 이를 현지에 적용하여 그의 타당성을 확인할 수 있었다.

Recently, coastal disasters occur frequently by the typhoon and storm surge which accompany the severe water waves due to the global warming and the oceanic environment change. Coastal zone in the southern sea of Korea, which is located on the course of the typhoon, has been experienced a vast coastal disasters due to the typhoon almost every year. These damages are greatly dependent on the local peculiarities of the region which storm surge occurs. The scale and intensity of the typhoon are becoming large, and its occurrence frequency will increase in the future. Also, the scale of disaster due to these typhoons will increase too. Especially, in the case of storm surge, if the maximum storm surge height which is increased by combining with high tide overflow the coastal structure, it could result in many loss of life and badly property damage in the inland. In order to prevent and reduce recurrence of the disaster due to the storm surge, it is very important to investigate the fluctuation characteristics of the storm surge height related to the local peculiarities at every coastal areas which occurrence of the disaster is expected. In this study, considering new deepwater design wave, the storm surge was simulated to examine its fluctuation characteristics at the coast of Busan. And typhoon of Sarah(5914), Thelma(8705) and Maemi(0314), which caused terrible damage to the coastal area in the coast of Busan in the past, were taken as an object of the storm surge simulations. In addition, new wind field, which calculated by MASCON model considering effect of topography, was estimated. Free atmospheric wind and sea wind were used as its initial conditions. Estimated new wind field data was applied to SWAN model. And, by using its results, characteristics of shallow wave were investigated. Results of shallow waves by consideration existing deepwater design wave and new deepwater design wave were compared about water depth 20m for the coast of Busan. Design water level considering storm surge, which was estimated by shallow wave, and shallow wave estimated by new deepwater design wave were applied to computation of overtopping rate. Also, calculation of overtopping rate was used VOF method. Using the overtopping rate estimated by these methods, technical skill of inundation analysis technique by combination of storm surge and severe water waves was developed. And, by application of these methods to actual place, validity of numerical analysis was confirmed.