항만설계 시 지진해일의 대책

이번 시간에는 항만설계 시 지진해일에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

지진해일의 제원으로 최고조위, 최저조위, 지진해일 편차, 지진해일의 파고 및 주기 등을 고려합니다. 이러한 제원은 될 수 있는 한 장기간에 걸친 실측값, 기왕 재해시의 흔적고 등을 참고하여 정합니다.

방파제를 월류한 지진해일에 의한 침수피해뿐만 아니라 항내에서 소형 계류선의 유출, 방파제 개구부의 세굴, 방파제의 활동, 전도 등에 대한 검토가 매우 중요합니다. 지진 재해에 대해서는 방파제, 방조제 등의 정비뿐만 아니라 경보 시스템의 설치, 피난훈련, 지진해일 정보 제공 등의 대응이 필요합니다.

지진해일 대책을 세우기 위해서는 대상 지역의 지진해일을 가정하고 모형실험으로 지진해일의 파고, 기어오름 높이, 도달 시각 등을 추산하여야 합니다.

지진해일 전경

지진해일은 주로 해양성 지진에 수반되는 해저지반의 융기·침강에 의하여 발생하는 주기가 매우 긴 파동입니다. 연안에 가까워지면 천수효과와 지형에 의한 집중효과때문에 파고가 급격히 커져 연안에 큰 피해를 주는 경우가 종종 있습니다.

 

일반적으로 대양에서 지진해일의 파고는 매우 작으나, 해일 파고계의 연속 관측기록에 의해 검지할 수 있습니다. 지진해일이 만내에 침입하면 만의 형태 및 고유진동주기와의 관계에 따라 파고가 크게 변화하므로 설계에 작용하는 지진해일의 제원은 그 지점에 있어서의 기왕의 지진해일 기록 및 지점마다의 계산에서 얻어진 값으로 정하게 됩니다.

 

다음으로 지진해일에 관한 용어의 정의에 대해 알아보도록 하겠습니다.

① 추산 조위 : 검조기록상에서 지진해일이라고 생각되는 주기 성분 및 이보다 짧은 부진동을 평활화하여 제거한 조위를 기본수준면(D.L)상의 값으로 표시합니다.

② 흔적고 : 육상 자연지형 또는 구조물에 나타난 지진해일의 흔적 높이로서 흔적조사를 기초로 결정합니다.

지진해일 용어의 설명도

③ 편차 : 실측조위와 추산조위의 차를 편차라 합니다. 실측조위가 추산조위보다 높을 경우 편차의 최대값을 최대편차라 합니다.

④ 최고조위 : 실측조위의 최고값(기본수준면상)을 최고조위라 합니다.

⑤ 지진해일 파고 : 풍파와 같이 영점 상향교차법(Zero up-crossing method)으로 분석할 수 있습니다. 지진해일 파형의 최고수위와 최저수위의 차를 지진해일 파고라 합니다. 연속된 지진해일 기록 중에서 최대 파고를 최대 지진해일 파고라 합니다.

⑥ 초동(初動) : 지진해일이 관측지점에 도달하여 수위가 추산조위와 어긋나기 시작하는 시각을 초동시각이라 합니다.

 

그리고, 지진해일의 주기에 대해 알아보겠습니다.

만내에서 관측되는 지진해일의 주기는 지진의 규모, 진원으로부터의 거리, 만의 공진 특성 등에 따라 변화하게 됩니다. 또, 만내의 지진해일 파고는 지진해일의 주기에 따라 크게 달라집니다. 따라서 설계 시에는 실측 주기뿐만 아니라 항만의 고유진동 주기와 같은 주기의 지진해일에 대하여도 수치모델링 등을 통하여 검토하는 것이 필요합니다.

 

지진해일 수치모형실험의 지배방정식은 폭풍해일 수치모형실험의 지배방정식 중 기상 교란항을 제외한 경우에 해당됩니다. 입사파형을 사전에 정의하고 지진단층모델의 해저지반 변동량과 초기 수위 변동량이 같다고 가정하는 방법으로 방파제의 효과와 준설, 매립 등에 따른 지형변경의 지진해일에 대한 영향을 검토할 수 있습니다. 지진해일이 파장에 비해 먼 거리를 전파할 경우 지배방정식에 분산효과(Dispersion effect)를 고려하여야 합니다. 지진해일 수리모형실험은 모형의 경계에서 사전에 수치모형실험에서 재현한 지진해일 파형을 조파하는 것으로 방파제의 효과, 매립 지형의 영향 등을 검토할 수 있습니다.

 

지금까지 항만설계 시 지진해일에 대한 내용을 알아보았습니다. 지진해일은 자연재해인 만큼 우리의 안전과 재산을 보호하기 위해서는 설계 시 꼭 반영이 되어야 겠다는 생각이 듭니다. 그럼 이만~ 다음내용으로 찾아뵙겠습니다. ~!!