디지털 수치수조 기법에 의한 연안 Tsunami의 수치 시뮬레이션

Abstract

A Digital Wave Tank simulation technique, based on a finite-difference method and a modified marker-and-cell (MAC) algorithm, is applied in order to investigate the characteristics of nonlinear Tsunami propagations and their interactions with a 2D sloping beach, Ohkushiri Island, and to predict maximum wave run-up around the island. The Navier-Stokes (NS) and continuity equation are governed in the computational domain, and the boundary values are updated at each time step, by a finite-difference time-marching scheme in the frame of the rectangular coordinate system. The fully nonlinear, kinematic, free-surface condition is satisfied by the modified marker-density function technique. The near shore Tsunami is assumed to be a solitary wave, and is generated from the numerical wave-maker in the developed Digital Wave Tank. The simulation results are compared with the experiments and other numerical methods, based on the shallow-water wave theory.1. 서 론Tsunami는 해저나 해안지역에서 지각변동으로 인한 해표면의 변위차 때문에 주로 발생된다. 이 변위차에 기인하는 Tsunami의 초기 형상은 약 0.5에서 1.0m에 불과하지만 그 길이(파장)는 수심에 비해 아주 길어서 수백km가 넘기도 한다. Tsunami의 전파속도는 일반적으로 수심과 중력가속도와의 곱에 대한 제곱근으로 계산되어지며, 예를 들어 3km의 수심에서는 분당 약 200km의 속도로 전파를 하게 된다. 그래서 심수역에서 발생한 Tsunami는 처음에는 빠르게 전파되며 연근해역에 접근함에 따라 수심의 급격한 감소로 인해 파형은 급준화되고 전파속도는 감소하게 된다. 따라서 Tsunami가 천수역인 해안, 만, 항구 등에 도달할 시점에는 파 에너지가 급준화된 파정부근에 집중하고 경우에 따라서는 30m가 넘는 파고를 이루기도 한다. 비록 해저지진의 발심원이 수십 키로나 떨어져 있다고 하더라도 Tsunami는 지형의 조건에 따라 단 몇 분도 걸리지 않아 해안선에 도달할 것이다.전 세계적으로 1900년 이후의 Tsunami로 인한 희생자는 30,000명도 훨씬 넘는다. 참고를 위해 1900년 이후 대표적인