Fig. 9. Comparison of inundation results due to Typhoon Chaba [a)Archived inundation map on Marine City area, b) Simulation results obtained from wave overtopping)

Reproduction of Flood Inundation in Marine City, Busan During the Typhoon Chaba Invasion Using ADCSWAN and FLOW-3D Models

ADCSWAN 및 FLOW-3D 모델을 이용한 태풍 차바 내습 시 부산 마린시티의 침수 재현

Fig. 9. Comparison of inundation results due to Typhoon Chaba [a)Archived inundation map on Marine City area, b) Simulation results obtained from wave overtopping)
Fig. 9. Comparison of inundation results due to Typhoon Chaba [a)Archived inundation map on Marine City area, b) Simulation results obtained from wave overtopping)

연구 배경 및 목적

문제 정의

  • 연안 도시는 폭풍해일과 고파랑에 의한 월파로 인해 심각한 침수 피해를 입을 수 있음.
  • 2016년 태풍 차바(Chaba)는 부산 마린시티에서 대규모 침수 피해를 초래하였으며, 기존 연구는 이러한 복합적 재난을 정확히 재현하기 어려웠음.

연구 목적

  • ADCSWAN(ADCIRC+SWAN) 및 FLOW-3D 모델을 활용하여 태풍 차바 내습 시 부산 마린시티의 침수를 재현.
  • 경험식과 수치 모델을 비교하여 월파량을 평가하고, 모델의 유효성을 검토.
  • 실제 침수 흔적 지도와 비교하여 시뮬레이션 결과를 검증.

연구 방법

모델링 개요

  • ADCSWAN 모델: 태풍의 폭풍해일 및 파랑을 모의하기 위해 사용.
  • FLOW-3D 모델: 3D 전산유체역학(CFD) 모델을 사용하여 부산 마린시티의 침수 과정을 상세히 재현.
  • 모델 결합: ADCSWAN 결과를 FLOW-3D의 입력 경계 조건으로 활용하여 연계 분석 수행.

경계 조건 설정

  • 태풍 경로: KMA(기상청) 데이터 기반 태풍 차바 경로 적용.
  • 해수면 상승 및 파랑: ADCSWAN 모델을 통해 계산된 데이터를 FLOW-3D에 적용.
  • FLOW-3D 도메인: 부산 마린시티 4.8 km × 4.0 km 영역을 1 m 격자로 설정.

주요 결과

월파량 분석

  • 경험식(EurOtop, 2016)과 FLOW-3D 비교
    • 경험식 계산 월파량: 2.237 m³/m/s
    • FLOW-3D 모델 계산 월파량: 6.438 m³/m/s (약 2.8배 높음)
    • 이는 경험식이 실제 고파랑 및 복잡한 지형 영향을 충분히 반영하지 못하기 때문.

침수 재현 결과

  • 최대 침수 깊이 4m 이상, 해수는 도로를 따라 북쪽으로 확산.
  • 침수 흔적 지도와 비교 결과, 모델의 침수 재현 패턴이 실제 관측된 침수 영역과 유사함.

결론 및 향후 연구

결론

  • FLOW-3D를 활용한 침수 시뮬레이션이 기존 경험식보다 더욱 정밀한 월파량 예측이 가능함을 확인.
  • 태풍 차바 사례 연구를 통해 ADCSWAN과 FLOW-3D 모델의 결합이 침수 재현에 효과적임을 입증.
  • 해안 도시의 침수 예측 및 방재 계획 수립에 활용 가능.

향후 연구 방향

  • 다양한 태풍 사례 분석 및 모델 정밀도 향상.
  • 실제 현장 데이터와 추가적인 비교 검증 수행.
  • AI 기반 침수 예측 시스템 개발 가능성 탐색.

연구의 의의

이 연구는 ADCSWAN과 FLOW-3D를 결합하여 연안 도시의 태풍 피해를 정량적으로 재현한 최초의 연구 중 하나이며, 실제 침수 피해 예방 및 대응 전략 수립에 기여할 수 있는 실질적 데이터를 제공하였다.

Fig. 5. Simulation boundary of FLOW3D Model [a) Input boundary of wave and storm surge, b) output boundary of wave overtopping rate]
Fig. 5. Simulation boundary of FLOW3D Model [a) Input boundary of wave and storm surge, b) output boundary of wave overtopping rate]
Fig. 6. Verification of tidal level and storm surge during Typhoon Chaba(1618)
Fig. 6. Verification of tidal level and storm surge during Typhoon Chaba(1618)
Fig. 9. Comparison of inundation results due to Typhoon Chaba [a)Archived inundation map on Marine City area, b) Simulation results obtained from wave overtopping)
Fig. 9. Comparison of inundation results due to Typhoon Chaba [a)Archived inundation map on Marine City area, b) Simulation results obtained from wave overtopping)

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