Applicability of Coupled Tide-Surge Model

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조석-해일 결합모형의 적용성 검토 Applicability of Coupled Tide-Surge Model

박선중*·강주환**·김양선**·문승록***

Seon Jung Park*, Ju Whan Kang**, Yang Seon Kim** and Seung Rok Moon***

요 지 : 본 연구에서는 조석과 해일이 결합된 범람모의 적용에 앞서 적용모형인 MIKE21 모형의 실시간 조석 및

조석-해일 결합모의에 대한 적용성을 검토하였다. 실시간 조석모의에 대한 적용성 검토결과, 한반도 주변해역을 모 두 포함하는 광대역에 대한 모의결과임에도 만족스러운 결과를 보였다. 조석-해일 결합모의에 있어서도 전반적으로 높은 정도로 태풍 MAEMI(0314) 내습 당시의 수위 상승 양상의 재현이 가능하였을 뿐 아니라 태풍 MAEMI가 상 륙한 통영, 마산, 부산 해역의 경우 관측조위와 정량적으로 매우 근접한 모의 결과를 획득할 수 있었다. 또한 조 석의 영향이 강하고 수심이 복잡한 목포해역 일대에서는 조석과 해일 상호간의 비선형 효과가 크게 작용하고 있음 을 확인할 수 있었고, 이에 따라 특히 서남해안에서의 조석-해일 결합모형의 효용성을 입증할 수 있었다.

핵심용어 : 조석, 해일, 결합모형, MIKE21, MAEMI(0314)

Abstract : Applicability of the MIKE21 model as a real time coupled tide-surge model is examined prior to the application as an inundation model. Though the model domain contains the whole southern coasts of Korean Peninsula, the results of tide simulations show good agreement with the observed values. Moreover, the coupled tide-surge model simulates water levels well, especially near the sites which typhoon MAEMI(0314) struck, such as at Tongyung, Masan and Pusan. In addition, it is confirmed that the interaction between storm surge and tide is notable where the water depth is small and the tidal range is large, which indicates the necessity of coupled model especially at the southwestern coast.

Keywords : tide, surge, coupled model, MIKE21, MAEMI(0314)

1. 서 론

폭풍해일 추산 기술은 동수역학 이론에 기초한 수치실험을 통해 복잡한 지형, 지구자전효과, 시시각각으로 변하는 기상 상태 등을 포괄적으로 고려할 수 있기 때문에 과거현상에 대 한 추산은 물론 예보의 목적으로 광범위하게 활용되는 기술 이다(과학기술부, 2000). 최근에는 폭풍해일 내습시 피해저감 을 위한 대책 수립이나 예·경보 시스템을 구축하기 위해 태 풍에 의한 영향을 정확히 고려할 수 있는 정밀격자 수치모형 의 개발과 함께 조석, 폭풍해일, 파랑에 의한 복합적인 이상 해면의 산출이 요구되고 있다. 정밀한 해일 예측을 위해 천 문조와 해일, 파랑 간의 연관성이 제기되기 시작한 이후 이 들 요소간 상호작용의 중요성은 많은 연구자들에 의해 확인 되고 있다(Heaps, 1983; Wolf et al., 1988; Tolman, 1990;

Mastenbroek et al., 1993). Li and Zhang(1997) 및 Ozer et al.(2000) 등에 의해 파랑모형과 폭풍해일모형 상호간의 영향

을 고려하는 양방향 모형 결합모의가 시도되기 시작한 이후 Cieslikiewcz and Herman(2002), Osuna and Monbaliu(2004), Xie et al.(2008) 등은 더 나아가 동적결합형 조석-해일-파랑 수치모델에 대한 연구를 수행한 바 있다.

2000년대 이전까지 국내의 해일, 조석, 그리고 파랑 예측 에 관한 많은 연구(오 등, 1993; 안·오, 1995; 문 등, 1998) 가 있었지만, 대부분의 연구가 해일, 조석, 그리고 파랑의 상 호작용을 무시한 채 독립적으로 수행되었다(문·오, 2003).

2000 년대 들어 최·엄(2000)이 황해의 최대유의파고 산정에 약 결합모형을 적용한 이후, 문 등(2000)과 Moon(2000)은 파랑 - 해양순환 접합모델을 이용하여 한반도 서해안에서 실시간으 로 해수면을 예측하였고, Choi et al.(2003)은 조석-파랑-해일 접합모델을 이용하여 황해에서 태풍 SARAH(5914)에 의해 발생한 해일과 파랑을 모사하였다. 이러한 연구를 토대로 하 여 해일의 발생과 전파에 미치는 파랑과 조석의 영향이 상세히 연구되기 시작한 것은 문·오(2003)가 파랑 모형인 WAVEWATCH-

*(주)혜인이엔씨 기술연구소(Technology R&D Institute, Hyein E&C)

**목포대학교 토목공학과(Corresponding author : Ju Whan Kang, Dept. of Civil Engineering, Mokpo National University, Muan-gun, Jeonnam 534-729, Korea, [email protected])

***(주)지오시스템리서치 연구기획부(Planning & Projecting Department, GeoSystem Research Corporation)

II 와 3차원 POM 모델을 접합한 파랑-해양순환 접합모델을 서 해안에 적용한 이후로 근래의 일이다. 이후 Choi et al.(2004) 과 천 등(2009)이 파랑과 조석, 해일이 결합된 동적결합형 모 델을 개발하고 폭풍해일에 대한 파랑과 조석의 영향을 연구 한 바 있다.

최근 적용되고 있는 동적결합형 수치모형의 대부분은 심해 부터 천해까지 일체화된 격자로 구성하는 둥지형 격자망을 채 택함으로써 경계에서의 연속성 확보 및 크기가 다른 격자망 간 상호연계된 수치모의를 통해 정확한 사상 재현이 가능하 다. 이와 함께 천해에서의 침수/노출 알고리즘이 적용될 경우 해일-조석-파랑의 비선형 효과가 감안되어 실제와 가까운 범 람현상의 재현이 가능해 진다. 태풍 내습 또는 악기상 상황 에서 유발될 수 있는 연안재해를 사전에 예방할 수 있는 방 안 중 하나는 해수면 상승 및 범람 발생 가능성에 대한 정 확하고 신뢰성 있는 예측정보를 사전에 제공하고 이에 대비 함으로써 인적 물적 손실을 최소화하는 것으로, 이를 위해서는 해일 및 해수범람 요인들을 정확히 예측할 수 있는 기술 및 시스템 구축이 반드시 필요하다.

본 논문에서는 연결 논문인 조석-해일이 결합된 범람모의 적용에 앞서 적용모형인 MIKE21 모형의 동수역학 모듈인 HD(Hydrodynamic) 모듈의 조석-해일 결합모의에 대한 적용 성을 검토하기 위해 한반도 남부 해안을 대상으로 조석을 가 능한 한 정밀하게 예측할 수 있는 모의체계를 구축하고, 이 를 토대로 조석과 해일의 비선형 효과를 감안할 수 있는 조 석-해일 결합모형을 수립검증하였다. 수립된 모형의 검증을 위 해 남해안 동부지역에 극심한 피해를 유발했던 2003년 14호

태풍 MAEMI 사상을 재현하였으며, 조석 경계조건과 태풍 정 보는 NAO(National Astronomical Observatory of Japan)에서 제공되고 있는 NAO.99Jb 분조 자료와 일본 기상청(www.

jma.go.jp)에서 제공되고 있는 태풍 자료를 활용하였다. 적용 모형인 MIKE21 모형의 HD 모듈은 조석과 해일 상호간의 비선형 효과 및 파랑에 의한 수면 상승 효과를 고려할 수 있 는 대표적인 상용모형으로, 일체화된 둥지형 격자망의 적용 이 가능해 크기가 다른 격자망간 상호 연계된 수치모의를 통 해 보다 정확한 사상 재현이 가능한 모형이다(DHI Water and Environment, 2007).

2. 조석-해일 결합모형 수립

2.1 모의영역 설정 및 격자구성

조석-해일 결합모형의 검증을 위해서는 유동특성을 정확히 재현하기 위한 입력 파라메타 및 외해 경계조건의 결정과정 이 필요하며, 이러한 요소들은 수차례의 시행착오를 통해 적 절한 설정값이 산정되게 된다. 또한 본 논문이 조석과 해일 의 상호작용을 고려한 결합형 수치모형의 구축이 주된 목적 임을 감안할 때 조석과 해일 현상을 가능한 한 실제에 가깝 게 재현하기 위해서는 연안지형을 상세히 재현할 수 있는 세 격자의 구성이 요구된다.

본 논문에 적용된 MIKE21 모형의 둥지형 격자망 구축시 공간상 해석능력의 도약은 ∆x

=3∆x

으로 격자간격을 1/

3 씩 감소시킬 경우 격자수의 증가에 따른 계산 소요시간의 증 대가 불가피하며, 특히 모형 검증을 위해서는 외해 경계조건

Fig. 1. Computational domain.

의 입력 분조 수에 따라 최소 15일 이상이 모의되어야 한다.

이에 본 논문에서는 계산 시간의 효율성 측면을 고려해 격자 망의 해상도를 최대 21,870 m에서 최소 270 m로 하는 총 5 단계, 7개 영역으로 구성하였다(Fig. 1(a)). 격자간격 21,870 m인 Area_1 영역은 한반도, 일본, 대만 등 광범위한 해역을 포함 하여 태풍의 생성 및 진행경로의 재현이 충분히 반영되도록 하였다. 또한 모형 검증시 한반도 남부 연안역에 위치한 주 요 조위관측소의 관측자료와의 비교를 위해 통영, 마산, 부산 등 경남연안을 상세화한 Area_4~Area_5 영역(Fig. 1(b))과 목포, 완도, 고흥 등 전남연안을 상세화한 Area_6~Area_7 영 역(Fig. 1(c))을 구축하고, 이들 영역의 격자간격을 270~810 m 로 구성하여 복잡한 연안지형의 재현이 제한적으로나마 가능 하도록 하였다. 특히 둥지형 격자망 구축시 접합경계에서의 연속성 유지를 위해 각 영역별 접합경계부근의 수심을 동일 하게 보정하였고, 수심 및 지형자료가 정확히 구현될 수 없 는 큰 격자의 수심을 작은 격자의 상세수심으로 보정하는 과 정을 전 영역에 대해 수행함으로써 보다 정도 높은 모의 결 과를 기대할 수 있도록 하였다. 구축된 모형의 총 격자수는

530,400개이며, 각 영역별 격자구성에 관한 자세한 사항은 Table 1 에 제시하였다.

2.2 조석 경계조건 검증

수립된 조석모형의 조석 경계조건으로는 반일주조 성분인 M

, S

, N

, K

분조와 함께 일주조 성분인 K

, O

, P

, Q

분조 등 주요 8개 분조성분을 Fig. 1(a)의 Area_1 영역에 외 해경계조건으로 동시에 고려하여 태풍 MAEMI(0314)의 한 반도 영향기간인 2003년 9월 12~13일을 포함해 2003년 9월 1일부터 9월 30일까지 한 달간 모의하였다. 모의결과를 토대 로 한반도 남부 연안역에 위치한 8개 주요 조위관측소 지점 에서 조석 조화상수를 산출하고 해당 조위관측소의 기준조석 과 비교검증하였다. 외해경계조건인 조석성분의 진폭과 위상 자료는 NAO(National Astronomical Observatory of Japan) 에서 제공하고 있는 NAO.99Jb 분조 자료를 활용하였다.

NAO 모델은 격자간격 1/2

의 전지구 모델(NAO.99b)과 격자 간격 1/12

동북아시아 모델(NAO.99Jb)로 구분되어 있으며, 본 논문에 적용한 동북아시아 모델(NAO.99Jb)의 경우 일본 및

Table 1. Grid specifications

Computational area Origin^a) (m)

Grid spacing (∆x = ∆y) Grid numbers (Nx × Ny)

X Y

Area_1 Area_2 Area_3 Area_4 Area_5 Area_6 Area_7

-800,000 16,480 106,390 372,070 418,510 153,370 201,430

2,000,000 3,297,620 3,533,330 3,760,130 3,828,440 3,730,970 3,791,990

21,870 7,290 2,430 810 270 810 270

110×150 106×115 226×220 262×256 448×421 262×256 361×358

a)UTM-52

Fig. 2. Comparison of harmonic constituents (amplitude).

우리나라 조위관측소 자료와의 검증을 통해 정확도를 향상시 킨 모델(Matsumoto et al., 2000)로, 국내 적용사례로는 천 등(2009)과 Choi et al.(2004) 등이 태풍 MAEMI에 의한 폭 풍해일 계산시 적용한 바 있다. NAO.99Jb 모델은 9개의 반 일주조 성분(M

, S

, N

, K

, 2N

, MU

, NU

, L

, T

) 과 7 개의 일주조 성분(K

, O

, P

, Q

, OO

, M

, J

) 등 총 16 개 분조에 대한 조석 조화상수값을 제공하며, 본 논문에서는 앞서 언급한 주요 8개 분조성분의 진폭과 위상 조건만을 부 여하였다.

외해경계조건으로 입력된 8개 분조 성분별 목포, 완도, 여

수, 통영, 마산, 부산, 울산, 서귀포 등 한반도 남부 해역에 위 치한 8개 주요 조위관측소 관측결과와 조석모의결과 도출된 시계열 자료의 조화분석 결과를 Fig. 2와 Fig. 3 및 Table 2, Table 3에 제시하였다. 진폭의 경우를 살펴보면(Fig. 2, Table 2), M

분조의 경우 완도를 제외한 모든 비교 조위관측소에 서 관측치에 비해 0.01~0.13 m 작게 모의되고 있어 전반적 으로 다소 과소평가되고 있음을 알 수 있다. M

분조에 비 해 진폭이 상대적으로 작은 S

, K

, O

, N

, K

, P

, Q

분 조의 경우 일부 조위관측소에서 관측치와 다소 차이를 보이 고 있으나, 대부분 비교 조위관측소에서 4 cm 이내의 오차

Fig. 3. Comparison of harmonic constituents (phase).

Table 2. Comparison of harmonic constituents (amplitude, unit : m)

Tidal station M₂ S₂ K₁ O₁

Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev.

Mokpo 1.41 1.32 -0.09 0.48 0.40 -0.08 0.31 0.35 0.04 0.24 0.24 0.00

Wando 1.07 1.10 0.03 0.46 0.44 -0.03 0.27 0.28 0.01 0.20 0.21 0.01

Yeosu 1.01 0.91 -0.10 0.47 0.39 -0.08 0.20 0.16 -0.04 0.12 0.13 0.01

Tongyung 0.80 0.67 -0.13 0.37 0.39 0.02 0.15 0.12 -0.03 0.10 0.10 0.00

Masan 0.58 0.52 -0.06 0.28 0.27 -0.01 0.08 0.08 0.00 0.04 0.04 0.00

Pusan 0.40 0.37 -0.03 0.19 0.19 0.00 0.04 0.06 0.02 0.02 0.02 0.01

Ulsan 0.16 0.16 -0.01 0.08 0.09 0.01 0.03 0.04 0.00 0.03 0.03 0.00

Seogwipo 0.76 0.68 -0.08 0.34 0.32 -0.02 0.25 0.24 0.00 0.18 0.19 0.01

Tidal station N₂ K₂ P₁ O₁

Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev.

Mokpo 0.28 0.29 0.01 0.14 0.25 0.11 0.09 0.12 0.03 0.05 0.07 0.02

Wando 0.21 0.23 0.02 0.12 0.16 0.04 0.08 0.06 -0.03 0.04 0.06 0.02

Yeosu 0.18 0.20 0.01 0.12 0.11 -0.01 0.06 0.08 0.02 0.03 0.05 0.02

Tongyung 0.15 0.14 -0.01 0.10 0.06 -0.04 0.05 0.02 -0.02 0.02 0.03 0.01

Masan 0.12 0.13 0.01 0.08 0.07 -0.01 0.03 0.03 0.01 0.01 0.02 0.01

Pusan 0.07 0.08 0.01 0.05 0.01 -0.04 0.01 0.02 0.01 0.00 0.01 0.01

Ulsan 0.03 0.04 0.01 0.02 0.02 0.00 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00

Seogwipo 0.15 0.16 0.01 0.09 0.12 0.04 0.08 0.03 -0.05 0.04 0.06 0.02

로 관측치에 대체적으로 부합하는 결과를 보이고 있다. 위상 의 경우(Fig. 3, Table 3) 관측치와 거의 일치하는 결과를 보 인 M

, S

분조와는 달리 K

, O

, N

, K

, Q

분조는 다소 빠르게 모의되었으며, P

분조의 경우 관측치와 적지 않은 차 이를 보이고 있다.

이처럼 주요 조위관측소별 조석 조화상수 비교 결과, 일부 조위관측소에서 진폭 및 지각이 다소 차이를 보이고 있으나 대체적으로 만족할 만한 결과를 보이고 있다. 특히 조석 운 동에 가장 지배적인 성분인 M

, S

, K

, O

등 주요 4대 분 조의 경우 관측결과와 큰 오차없이 부합하는 결과를 보여 수 립된 모형에 외해경계조건으로 부여된 분조성분들의 진폭 및 지각 설정값의 적절성이 확인되고 있다.

2.3 해상풍 검증

태풍 통과시 모의 영역내 생성되는 바람과 기압변화는 중 심기압, 최대풍반경, 이동속도 등을 고려해 MIKE21 모형에 포함된 CYWIND 부프로그램를 이용하여 30분 간격으로 모 든 격자점에서 산출하였다. 태풍 MAEMI의 진행경로 및 주 요 매개변수는 일본 기상청(www.jma.go.jp)에서 제공되는 자 료를 활용하였다.

거리가 r인 지점에서의 해면기압(P

) 은 중심기압(P

), 최대 풍 반경(P

), 주변기압(P

) 등의 파라메타로 나타내는 다음 식 (1) 의 기압분포 관계식(Holland, 1980)에 의해 계산된다.

P

= P

+ ( P

– P

) exp ⋅

(1)

Tidal station M₂ S₂ K₁ O₁

Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev.

Mokpo 29.6 24.1 -5.5 70.2 77.0 6.8 243.4 224.4 -19.0 219.9 224.3 4.4

Wando 283.5 267.6 -15.9 308.4 240.8 -67.6 194.1 167.4 -26.7 171.7 162.1 -9.6 Yeosu 253.9 259.4 5.5 282.7 288.8 6.1 190.7 156.5 -34.2 152.6 150.1 -2.5 Tongyung 248.4 238.1 -10.3 275.9 264.9 -11.0 172.6 154.2 -18.4 149.4 133.6 -15.8

Masan 241.4 232.5 -8.9 268.6 259.1 -9.5 157.1 148.8 -8.3 131.7 116.4 -15.3 Pusan 232.8 234.0 1.2 261.3 259.4 -1.9 137.1 185.6 48.5 112.2 112.0 -0.2 Ulsan 212.3 219.2 6.9 246.8 244.4 -2.4 45.1 151.6 106.5 350.3 277.9 -72.4 Seogwipo 274.1 277.4 3.3 293.9 304.2 10.3 200.8 181.7 -19.1 177.1 180.7 3.6

Tidal station N₂ K₂ P₁ O₁

Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev. Obs. Cal. Dev.

Mokpo 45.2 24.5 -20.7 113.8 118.3 4.5 262.1 282.6 20.5 211.4 214.9 3.5

Wando 308.5 272.1 -36.4 353.8 338.5 -15.4 215.5 274.4 58.8 164.9 153.3 -11.7 Yeosu 275.3 266.2 -9.1 318.9 319.7 0.8 194.4 358.9 164.4 143.7 146.0 2.3 Tongyung 268.1 243.2 -24.9 310.2 265.6 -44.6 193.0 354.3 161.2 144.1 128.6 -15.5

Masan 263.9 237.3 -26.6 306.4 281.3 -25.1 178.3 43.7 -134.6 129.2 115.4 -13.8 Pusan 259.6 239.7 -19.9 301.6 263.7 -37.9 166.5 26.1 -140.4 103.0 288.6 185.6 Ulsan 230.0 223.3 -6.7 274.6 272.5 -2.1 76.4 36.0 -40.4 328.8 57.3 -271.5 Seogwipo 298.1 281.3 -16.8 339.4 327.2 -12.2 221.0 285.6 64.6 174.6 169.5 -5.0

Fig. 4. Wind and pressure field of the typhoon MAEMI(0314).

여기서, r은 태풍 중심으로 부터의 거리, B는 관측된 기압 분포 자료에서 경험적으로 얻어지는 형상계수로 1~2.5 사이 의 값을 취하게 되며, B=1인 경우가 가장 적절한 값으로 알 려져 있다(Huang et al., 2007).

Fig. 4는 산출된 태풍 MAEMI의 바람장과 기압장을 도시 한 것으로 한반도 상륙이전 12시간 동안의 변화를 6시간 간 격으로 나타낸 것이다. 그림의 등압선은 해면기압을 나타내고 있으며, 화살표의 크기와 방향은 바람벡터를 나타낸 것이다.

Fig. 5 는 생성된 바람장의 검증을 위해 태풍 MAEMI 내습 당시 진로상에 위치한 동중국해상의 이어도 해양관측기지에 서 관측된 풍속 관측자료와 생성된 바람장 모의결과를 비교

· 검증한 것으로 태풍 통과 전후의 풍속은 다소 작게 모의되 고는 있으나, 실제 태풍 중심이 해당해역을 통과하는 9월 12 일의 모의결과는 관측된 풍속자료와 거의 부합하는 결과를 보 이고 있다.

생성된 기압장은 태풍 MAEMI의 한반도 상륙지점에 위치 한 마산, 부산 등의 기상관측소에서 관측된 해면 기압과의 비 교를 통해 검증하였다(Fig. 6). 관측된 해면 기압자료의 경우 3시간 간격의 관측자료로 실제 태풍 내습 당시의 정확한 기 압변화를 표현비교하기에는 다소 한계가 있으나 관측된 해면 기압자료와 생성된 기압자료는 거의 일치하는 결과를 보이고 있다. 이처럼 관측자료와의 비교를 통해 생성된 바람장과 기 압장의 적절성을 검토한 결과, 두 성분 모두 관측결과와 비 교적 잘 일치하는 결과를 보이고 있어 생성된 해상풍 자료의 적절성을 확인할 수 있다.

3. 조석-해일 결합모형 검증

3.1 실시간 조석모의

Fig. 7은 2003년 9월 내습한 태풍 MAEMI의 영향기간을 포함해 한 달간의 실시간 조석모의 결과 중 모델 영역내 유 동장이 안정화된 이후인 2003년 9월 5일 부터 25일간의 시 계열 자료를 도시한 것이다. 그림의 굵은 실선은 조석모의 결 과이며 각 조위관측소별 관측조위는 가는 실선으로 표현하였 다. 여기서 관측조위는 국립해양조사원에서 제공되고 있는 동 일 기간의 1시간 조위자료이다.

관측조위의 경우 해역별로 차이는 있으나 9월 12일 이후 태풍 MAEMI 상륙시 해수면 상승의 영향으로 조위가 크게 상승된 것을 알 수 있다. 이 기간을 제외하고 모의된 결과와 관측조위는 전 기간에 걸쳐 조위와 위상에 큰 편차 없이 일 치하는 결과를 보이고 있다. 다만 M

분조가 지배적인 해역 중 하나인 목포해역의 경우 조화분석 결과 관측치에 비해 진 폭이 작게 모의됨에 따라 실시간 조석모의 결과 또한 관측조 위와 비교해 다소 작게 모의되고 있으며, 여수 해역에서도 그 러한 영향이 나타나고 있음을 알 수 있다.

실시간 조석모의 결과, 주요 협수로 및 지형의 영향을 받 는 해역에서의 해수유동 재현의 한계성을 나타내고 있으나, 일반적으로 조석에 의한 해수유동 특성을 정확하게 재현 가 능한 국지모형에 비해 수립된 모형의 경우 한반도 주변해역 을 모두 포함하는 광대역에 대한 모의결과임을 감안할 때 조 석모의에 대한 적절성 검토 결과는 매우 만족스러운 결과를 보이고 있다고 판단된다. 특히 격자간격 270 m인 Area_5, Area_7 영역(Fig. 1)에서 계산된 결과인 목포, 완도, 통영, 마 산, 부산 지점을 제외한 여수, 울산, 서귀포 지점의 계산결과 는 격자간격 2,430 m인 Area_3 영역 또는 격자간격 810 m 의 Area_4, Area_6 영역에서 계산된 결과를 이용해 산출된 결과로, 지형이 복잡한 한반도 남부 해역을 구현하기에는 다 소 무리가 있는 낮은 해상도임에도 관측결과와 큰 오차 없이 부합하는 결과를 보이고 있다. 다만 수립된 모형의 둥지형 격 자체계가 조석의 영향을 크게 받는 서남해안 일대를 어느 정 도 상세화했음에도 불구하고, 목포 해역의 계산결과는 다소 부정확한 결과를 보인 점은 향후 수립된 모형의 정확도 개선

Fig. 6. Verification of model pressure.

이 좀 더 필요할 것으로 판단된다.

3.2 조석-해일 결합모의

Fig. 8은 각 조위관측소별 태풍 MAEMI의 영향 기간을 포 함해 5일간(2003년 9월 10일~14일)의 결합모의 결과 도출된 조위 시계열(굵은 실선)과 관측조위(가는 실선)를 제시한 것 이다. 이를 보면 목포, 완도 등 일부 해역을 제외하고 최대 해일고가 발생하는 시점까지의 조위변화는 관측결과와 매우

부합하는 결과를 보이고 있으나, 최대해일고 발생 직후 저조

위는 폭풍해일 모의시 발생된 과도한 수위 하강으로 인해 다

소 부정확한 양상이 나타나고 있다. 이를 제외하고는 전반적

으로 높은 정도로 태풍 내습 당시의 수위 상승 양상을 재현

하고 있으며, 특히 통영, 마산, 부산 등 태풍 MAEMI가 상

륙한 인근 해역의 경우 관측조위와 비교해 조석-해일 결합모

형의 결과가 매우 근사하게 모의되고 있음을 알 수 있다. 이

처럼 조석과 해일을 동시에 고려한 결과, 실제 관측조위와 정

량적으로 매우 근접한 모의 결과를 획득할 수 있었다. 특히 수립된 조석-해일 결합모형의 격자 해상도가 한반도 남부해 안의 연안지형을 재현하기에는 다소 낮게 구축된 점을 감안 할 때 실시간 모의의 적용성은 매우 높은 것으로 판단된다.

본 연구에서 구축한 조석-해일 결합모형의 효용성을 입증 하기 위하여 기존 방법인 해일만을 모의한 결과와 비교하였 다. 즉, 조석외력을 배제한 상태에서 폭풍해일을 모의한 결과 와 결합모형 결과에서 조석모의 계산치를 빼줌으로써 해일고

만을 추출한 결과를 비교하였다. 이때 모형의 해상도를 높이 기 위하여 마산과 목포 등 두 지점을 택해 Fig. 1의 세부역 (Area_5 및 Area_7) 내부에 표시된 영역에 대하여 90 m 격 자망을 추가로 생성하여 모의하였다. 마산해역의 경우 Fig.

9(a)에 보인 바와 같이 태풍 MAEMI가 통과하는 시점의 조

위는 M.S.L.(+)0.88 m이고, 해일모형과 결합모형을 통해 계

산된 결과가 각각 2.09 m 및 2.88 m로서 순수한 해일고는

각각 2.09 m와 2.00 m가 되어 결합모형의 결과가 0.09 m

작게 나타나고 있다. 일반적으로 조석이 크게 작용하고 수심 이 얕은 해역에서 조석과 해일을 동시에 고려할 경우 이들 상 호간의 비선형효과로 인해 해일고가 다소 낮아지게 된다는 이 론(Zhang et al., 2007)과도 일치하는 결과인 것이다. 조석이 크게 작용하는 목포해역에서는 MAEMI의 실제 사상에서의 해일고 자체가 그리 크지 않기 때문에 MAEMI의 경로가 목 포해역을 통과하는 직선화된 가상태풍(Fig. 1(c)의 T3_a1)(박, 2010) 이 발생한 경우에 대하여 동일한 분석을 시행하였다. 이 경우 Fig. 9(b)에 보인 바와 같이 해일모형과 결합모형에 의 한 순수 해일고는 각각 1.33 m와 1.03 m로서 이 역시 결합 모형의 결과가 0.30 m 작게 나타나고 있다. 이와 같이 조석 의 영향이 강한 서해안 일대에서는 조석과 해일 상호간의 비 선형 효과가 크게 작용하고 있음을 확인할 수 있고, 이에 따 라 특히 서남해안에서의 조석-해일 결합모형의 효용성을 입 증할 수 있다.

4. 결 론

본 논문에서는 조석과 해일이 결합된 범람모의 적용에 앞 서 적용모형인 MIKE21 모형의 실시간 조석 및 조석-해일 결 합모의에 대한 적용성을 검토하였다. 이를 위해 한반도 남부 해안을 대상으로 조석을 가능한 한 정밀하게 예측할 수 있는 모의체계를 구축하고 조석 경계조건 및 생성된 해상풍 자료 의 검증을 선행하였으며, 이를 토대로 조석과 해일의 비선형 효과를 감안할 수 있는 조석-해일 결합모형을 수립적용하였 다. MIKE21 모형의 실시간 조석 및 조석-해일 결합모의에 대한 적용성 검토 결과를 정리하면 다음과 같다.

(1) 조석 경계조건 검증 결과, 일부 조위관측소에서 진폭 및 지각에 다소 오차를 보이고 있으나 대체적으로 만족할 만한 결과를 보였으며, 특히 조석 운동에 가장 지배적인 성분인 M

, S

, K

, O

등 주요 4대 분조의 경우 관측결과와 큰 오 차 없이 부합하는 결과를 보여 수립된 모형에 외해경계조건 으로 부여된 분조성분들의 진폭 및 지각 설정값의 적절성을 확인할 수 있었다. 생성된 해상풍 검증 결과 또한 태풍 MAEMI 내습 당시 진로상에 위치한 이어도 해양관측기지의 관측 풍속자료 및 마산, 통영, 부산 기상관측소의 관측 해면 기압과 거의 일치하는 결과를 보여 생성된 해상풍 자료의 적 절성이 확인되고 있다.

(2) 주요 협수로 및 지형의 영향을 받는 해역에서 해수유 동 재현에 한계가 있는 것으로 나타났으나, 조석에 의한 해 수유동을 정밀하게 재현 가능한 국지모형에 비해 수립된 모 형은 한반도 주변해역을 모두 포함하는 광대역에 대한 모의 결과임을 감안할 때 조석모의에 대한 적절성 검토 결과는 매 우 만족스러운 결과를 보였다.

(3) 최대해일고가 발생하는 시점까지의 조위변화는 관측결 과와 매우 부합하는 결과를 보이는 등 전반적으로 높은 정도 로 태풍 내습 당시의 수위 상승 양상을 재현하고 있으며, 특 히 통영, 마산, 부산 등 태풍 MAEMI가 상륙한 인근 해역의 경우 관측조위와 정량적으로 매우 근접한 모의 결과를 획득 할 수 있었다. 수립된 조석-해일 결합모형의 서남해안 적용 결과 격자 해상도가 한반도 남부해안의 연안지형을 상세히 재 현하기에는 해상도가 다소 낮게 구축된 점을 감안할 때 실시 간 조석-해일 결합모의에 대한 적용성은 매우 높은 것으로 판 단된다. 또한 조석의 영향이 강하고 수심이 복잡한 목포해역 일대에서는 조석과 해일 상호간의 비선형 효과가 크게 작용 하고 있음을 확인할 수 있었고, 이에 따라 특히 서남해안에 서의 조석-해일 결합모형의 효용성을 입증할 수 있었다.

감사의 글

본 연구는 2007년도 정부(과학기술부)의 재원으로 한국과 학재단의 연구비지원(No. R01-2007-000-200090-0)에 의해 수행되었습니다. 또한 본 연구는 건설교통부 지역특성화연구 개발사업의 연구비지원(05지역특성B05-01)에 의해 수행되었 습니다.

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원고접수일: 2010년 6월 22일 게재확정일: 2010년 8월 11일