1. 서 론
최근 전 지구적으로 대규모 해저지진에 따른 쓰나미 재해가 빈번히 발생하고 있으며, 특히 일본 난카이 해곡은 역사적으로 반복적인 대규모 지진이 발생한 지역으로, 향후 수십 년 내 Mw 8.0 이상의 지진이 발생할 확률이 높다는 경고가 지속적으로 제기되고 있다. 이러한 난카이 해곡 지진은 일본 열도뿐만 아니라 지리적으로 인접한 한반도 남해안 및 제주 해역에도 해일(쓰나미)의 영향을 미칠 수 있는 잠재성을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 국내에서는 해당 시나리오에 기반한 해양재난 영향 평가와 방재 인프라 수요 예측에 대한 연구가 다소 미흡한 실정이다. 특히, 연안 지역의 지형적 특성에 따라서 해일 피해 취약성이 지역별로 상이하기 때문에 이를 고려한 지역 맞춤형 대응 전략이 필요하다.
본 연구는 일본 난카이 해곡(Nankai Trough)에서 발생 가능한 대규모 지진 및 이로 인한 쓰나미가 우리나라 남해안 및 제주 해역에 미치는 잠재적 영향을 과학적으로 분석하고, 이에 따른 해양수산 방재 인프라의 수요를 예측하는 것을 주된 목적으로 한다. 특히, 일본 중앙방재회의의 지진-쓰나미 시나리오(Mw 9.1)를 기반으로, 우리 연안 도달 해일고를 추정하고, DEM(지형 정보를 담은 수치 모형인 수치표고모델, Digital Elevation Model) 수심자료를 바탕으로 피해 가능 지역을 정량적으로 도출한다.
특히, 본 연구에서는 최근 일부 생성형 AI 플랫폼에서 제공하고 있는 유한 차분 해석기(Finite difference solver)와 파이썬 코드 인터프리터(Code Interpreter)를 활용하여, 전문 쓰나미 해석 프로그램을 사용하는 기존 연구들과의 차이를 알아보고자 한다. 생성형 AI 플랫폼의 활용은 보조적 시뮬레이션·해석 도구로서, 전문 해석프로그램을 사용하는 대규모 시나리오 분석의 사전단계에 유효할 것으로 판단되며, 근사·추정·패턴 분석을 지원하는 도구로서, 초기변위 산정, 도달시간·파고 근사 예측, 신속한 결과 추정에 활용하는 것으로 한정하여 검토한다.
2. 생성형 AI 플랫폼 적용
2.1 생성형 AI 플랫폼의 활용
난카이 해곡에서 발생할 수 있는 대규모 지진은 한반도 남해안에 도달하는 쓰나미의 발생 가능성을 내포한다. 이러한 쓰나미의 도달 시간과 규모를 예측하고 대비하기 위해서는 적절한 시뮬레이션 기법이 필요하다. 기존에는 검증된 대규모 수치해석 모델링 프로그램을 활용하여 계산 과정 및 결과값의 안정성을 확보하고 해양 방재 구조물 설계에 결과값을 반영할 수 있을 정도로 연구자와 기술자들의 공감을 얻는 방법을 사용하고 있다. 다만, 알고리즘 수정/확장이 쉽지 않고 고가의 전산자원이 필요하며 라이선스 및 유지관리 비용이 높은 것 등이 단점이 될 수 있다.
최근 생성형 AI 플랫폼의 발전은 과학, 기술 분야에 있어서도 방법론의 변화 가능성을 제시해 주고 있으며, 일부 플랫폼에서는 이미 다양한 솔버(Solver) 기능을 제공하기 시작했으며 컴퓨터 코드 자동 생성 및 간단한 수치해를 계산해 주고 있다. 본 연구에서는 생성형 AI 플랫폼을 활용하여 실제 지형 데이터 기반 선형장파 근사식과 전파시간적분식으로 계산을 수행하였다. 시뮬레이션 수행은 GPT-5를 활용하였으며, 입력자료를 미리 지정하면, 각 단계가 반자동으로 검토되어 입력작업의 많은 부분에서 시간이 절감된다.
본 연구에서의 AI 활용은 전통적인 수치해석(Okada 모델, 천수방정식 등)을 전면적으로 대체하기 위함이 아니라,
① 단순 근사 계산의 자동화(여러 시나리오에 대한 도달시간·파고 산정 반복 작업),
② 패턴 인식 기반 불확실성 평가(11개 분포형 소스에서 공통 경향·극값 추출),
③ 빠른 예측 모델링 지원(복잡한 수치모델 대비 계산시간 단축, 조기 경보 적용 가능),
에 초점을 둔다.
즉, AI는 보조적 시뮬레이션·해석 도구로서, 대규모 시나리오 분석의 효율을 높이고 불확실성을 정량화하는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 Table 1과 같이 AI를 물리 기반 수치해석과 병행하여, 근사·추정·패턴 분석을 지원하는 도구로 정의하며, 적용 범위는 초기변위 산정, 도달시간·파고 근사 예측, 불확실성 정량화로 한정하였다.
Table 1.
Key research methods and contents using AI platforms
2.2 입력 자료
2.2.1 쓰나미 발생 설정 자료(일본 중앙방재회의 11개 시나리오)
난카이 해곡은 시즈오카현 앞바다에서 규슈 남부까지 약 800 km에 걸쳐 분포하는 해저 단층으로, 역사적으로 Mw 8–9급의 대지진이 반복 발생해 왔다. 일본 중앙방재회의는 향후 30년 내 발생 확률을 80%로 평가하며, 이를 반영해 2012년에 총 11개의 분포형 slip 시나리오(Mw ≈ 9.1)를 제시하였다. 각 시나리오는 단층 파열 구간과 slip 분포가 달라 지진모멘트(5.3–6.7 × 1022 N·m), 평균 slip(약 8.8–11.3 m), 응력강하(2.3–3.0 MPa)가 변동하며, 이에 따라 쓰나미 발생 위치와 파형 특성이 크게 달라질 수 있다. Table 2에서 본 연구에 사용된 일본 중앙방재회의 11개 시나리오를 정리하였다. 일본 중앙방재회의 11개 시나리오는 단순히 지진 규모(Mw = 9.1)를 반복한 것이 아니라, slip 집중, 응력강하, 파열 위치 조합이라는 세 가지 변수를 다르게 설정하여 현실적 변동성을 반영한 것이다. 공학적 관점에서 동일 규모 지진이라도 쓰나미 응답은 매우 다르다는 사실을 정량적으로 보여주며, 이는 곧 남해안 항만 설계, 방파제 높이, 항만 대피계획 수립에서 시나리오 기반 확률론적 접근이 필수적임을 의미한다.
Table 2.
Nankai 11 Scenarios — Core Parameters (2012 Japan Central Disaster and Safety Countermeasures Conference Second Report)
2.2.2 해저지형 데이터(GEBCO DEM)
GEBCO(General Bathymetric Chart of the Oceans)는 전 세계 해양의 수심(해저 지형) 데이터를 디지털 고도 모델(DEM, Digital Elevation Model) 형태로 제공하는 조직이자 데이터셋이다. GEBCO는 이 데이터를 통해 해저의 입체적인 형태를 시각화하고 분석하며, 해양 연구, 해안 관리, 해저 지형 모델링 등에 활용된다. 본 연구에서는 GEBCO_2025 Grid는 15 초(arc-second) 해상도의 해양 및 육지 고도 데이터를 사용하였다.
본 연구의 1차 목적은 외해–연안 이행대에서 장주기 쓰나미의 전파 특성을 이용해 각 관심지점(Point of Interest, POIs)의 도달시간, 외해 파고, 파속, 주기를 안정적으로 추정하는 것이다. 쓰나미는 파장이 수 km–수백 km에 달해 GEBCO 15″ DEM(약 400–500 m 간격)만으로도 충분히 규모 분리가 확보되며, 수심 오차가 도달시간·진폭에 미치는 영향은 수 % 이내로 제한적이다. 또한 POI를 연안선에서 이격한 근해에 배치함으로써 국지적 노이즈를 줄이도록 하였다.
2.2.3 관심 지점(Point of Interest, POIs)
본 연구에서 설정한 POI는 쓰나미의 생성·전파·변형 과정을 분석하는 데 있어 피해 산정의 대표성, 수치해석의 안정성, 그리고 지형·해양환경의 이질성을 동시에 확보하도록 배치하였다. 쓰나미 피해 대표성(보호구역·항만·양식장과의 직접 연계), 수치해석 결과의 안정성(복잡지형·오류 요인 회피), 공간적 이질성 반영(섬·해협 구분될 수 있도록), 그리고 실무 연계성(경계조건–세부해석–의사결정 연결)을 고려하였으며 구체적인 조건은 다음과 같다.
(ⅰ) DEM 해상도와 수치모형 특성이 조화되도록 경사·수심 변화가 완만한 구간을 선정하였다.
(ⅱ) 조석과 저면마찰의 영향을 줄이기 위해 조위 변동에 민감하지 않은 기준 수심대에서 응답을 추정하도록 했다.
(ⅲ) 수치영역 외곽 경계조건에서 오는 반사를 검증할 수 있도록 위상 일관성이 확보되는 선상에 배치하였다.
(ⅳ) 단층의 분포형 슬립 모델의 불확실성에 대비해 지형적 프리즘 효과(섬체 차폐·곶·만 형상 차이)를 최대한 고려하였다.
(ⅴ) 외해 파라미터를 연안 지표로 전이할 때의 경험식 적용 타당성을 확보하기 위해 각 전이 단계의 대표 수심대에 배치하였다.
(ⅵ) 항만, 양식시설, 보호구역 위치 등을 고려하여 방재 실무 의사결정과 연결될 수 있도록 검토하였다.
POI는 한반도 남해안 및 인근 해역에 위치하며, 쓰나미 전파 시 해당 지역에서의 파고, 유속 등의 변화를 기록하고 분석하는 데 활용된다. 정의된 지점들은 다음과 같다: POI-1: 진도 연안(34.26394, 126.2707), POI-2: 완도 연안(34.25827, 126.9043), POI-3: 여수 연안(34.66536, 127.8965), POI-4: 거제 연안(34.65, 128.85), POI-5: 부산 연안(34.85, 129.25), POI-6: 울산 연안(35.45321, 129.4203), POI-7: 포항 연안(35.90069, 129.6460), POI-8: 제주도 연안(33.28471, 126.9158). Fig. 1에서 본 연구에 사용된 POI의 위치를 나타낸다.
2.3 해석 이론
2.3.1 OKADA 모델
Okada 모델은 Okada(1985, 1992)가 제시한 모델로 지진학·지반변형 분야에서 매우 널리 쓰이는 탄성 변형(Elastic Dislocation) 해석 모델이다. 지진 단층 운동이 지표면(또는 해저면)에 어떤 지형 변위를 일으키는지를 계산하기 위해 사용된다. 지구 깊은 곳에 위치한 균질하고 탄성인 반무한체 내에 위치한 직사각형 단층이 주어진 슬립(변위)을 일으킬 때, 그 위 지표면(또는 해저면)에서 발생하는 변위장, 응력장 등을 해석적으로 계산할 수 있게 한 해석 방법이다. 쓰나미 모델링에서는 특히 단층 위 해저의 수직 운동에만 관심을 두고 해석한다.
일본 중앙방재회의 및 관련 워킹그룹은 난카이 해곡 지진·쓰나미에 대한 Okada 모델 해석을 위해, Table 3과 같이 파라미터 범위를 설정하고, 각 파라미터를 단층대 위치 및 발생 시나리오에 맞게 구체화하여 11개 시나리오를 해석하였다. 해저지진에 의한 초기 해수면 변위 η0(x, y) 계산 시 Okada 모델로 계산된 수직 변위 성분()을 초기조건으로 사용하며, 이게 쓰나미 발생 단계 해석의 핵심이다.
Table 3.
Standard Okada Fault Input Parameters (Based on Central Disaster Management Council, Cabinet Office, Japan, 2012 Scenarios)
| Parameter | Standard value / range | Notes (from CDMC 2012 scenarios) |
| Magnitude (Mw) | 9.0 - 9.1 | Target class of “Nankai Trough Megaquake” scenariosMagnitude |
| Seismic moment () | (5.3 – 6.7) × 1022 N·m | Corresponding to Mw 9.0–9.1 |
| Strike | < 230° (parallel to trough) | Adjusted slightly by segment, generally 225–240° |
| Dip angle | 10 - 20° (standard: 15°) | Typical shallow subduction interface dip |
| Rake | 90° | Pure reverse fault (thrust) |
| Fault Length (L) | 600–750 km (case-dependent) | Total rupture length varies by scenario (single vs. double areas) |
| Fault Width (W) | < 180 - 220 km | Downdip extent, corresponds to ~50 km bottom depth at 15° dip |
| Top depth () | 0 - 5 km | Along the trench axis, sometimes set to 0 km |
| Average slip (D) | < 9 - 11 m (case-dependent) | Larger in “ultra-large slip” patches near trench axis |
| Slip distribution |
Heterogeneous: background, large-slip, ultra-large-slip | Scaling rules applied (decreasing with depth/edges) |
| Rupture velocity (Vr) | 2.5 km/s | Uniform, all scenarios |
| Rise time (Tr) | 60 s | Applied to each subfault (half-cosine function) |
| Fault Model | Okada (1985) Model-based seafloor displacement generation | |
2.3.2 선형 장파 근사식(Non-dispersive Shallow Water Theory)
본 연구에서는 관심 지점(Point of Interest, POI)에서의 쓰나미 수면 변위를 시간 함수로 단순화하여 근사하기 위하여 감쇠 사인파 기반의 파형 모델을 도입하였다. 이 모델은 쓰나미의 장주기적 특성을 유지하면서도, 시간 경과에 따른 진폭의 점진적 감소를 반영할 수 있는 장점이 있다. 파형은 다음과 같이 정의된다.
여기서, 는 초기 파고(Amplitude)로서 해당 지점에서 최초로 도달하는 주파 성분의 최대 진폭을 나타낸다. 는 감쇠율(Damping coefficient)로, 시간 경과에 따라 파고가 점차 감소하는 물리적 현상을 반영한다. 이는 쓰나미 파가 해역 내에서의 에너지 산란, 해저 지형과의 상호작용, 연안 마찰 등에 의해 발생하는 감쇠 효과를 단순화한 계수이다. 는 도달 시작 시각(Onset time)으로, 경로 적분식으로 산출된 도달시간을 기준으로 설정된다. 𝑇는 지배 주기(Dominant period)로, 난카이 해구 및 한반도 남해안에 도달하는 쓰나미의 특성을 반영하여 약 20–30분 범위에서 결정된다.
본 파형 근사식은 기본적으로 사인 함수 형태를 가지며, 이는 쓰나미의 주기적 수면 변동 특성을 표현한다. 동시에 지수 감쇠항 를 곱함으로써 시간이 경과할수록 진폭이 점차 감소하는 물리적 과정을 모사할 수 있다. 즉, 초기에는 비교적 큰 진폭의 파가 발생하나, 이후 점차 감쇠하며 연안에 안정된 수위 진동을 남기는 실제 관측 경향과 부합한다.
이 모델은 복잡한 비선형 수치해석 결과를 단일 수식으로 단순화하여 표현할 수 있다는 점에서 유용하다. 특히, 실제 조위계 기록을 단순화하여 재현하거나, 다수의 시나리오 결과를 비교할 때 표준화된 파형 지표를 제공한다는 장점이 있다. 다만, 국소적인 다중 경로 간섭이나 단주기 성분의 세부 구조는 반영하지 못하므로, 본 연구에서는 주로 장주기 파동 지배 조건에서의 1차 근사 모델로 활용하였다.
2.3.3 전파 시간 적분식
본 연구에서는 소스–관심지점 간 쓰나미 도달시간을 추정하기 위하여 비분산 장파 근사(Non-dispersive Shallow Water Theory)에 기반한 전파 시간 적분식을 적용하였다. 장주기 쓰나미의 경우 파속은 국소 수심 ℎ(s)에 따라 쓰나미의 장파(비분산) 근사에서 위상/군 속도는 이다. 소스에서 관심지점까지의 경로 Γ를 따라 국소 수심 ℎ(s)에 대한 선적분으로 1차 도달시간을 얻는다.
여기서, T(Travel time, 도달시간, 단위:sec)는 쓰나미 파가 소스에서 관심 지점까지 도달하는 데 걸리는 총 시간이며, Γ (Propagation path, 전파 경로)는 소스 중심과 관심 지점을 연결하는 해수면상의 경로로 보통 대권경로나 직선 경로를 사용하되, 다도해/육지 차폐 시 최소 회피 경로로 수정하게 된다. 𝑑𝑠 (Infinitesimal arc length, 경로 미소구간, 단위:m)는 경로 Γ 상에서의 미소 길이 요소로 수치계산 시 보통 0.5–5 km 간격으로 분할하여 사용한다. GEBCO 2024 DEM 해상도는 약 15″(≈450 m)로 실제 적용에서 연안 및 대륙붕 구간은 1 km, 심해 구간은 5 km로 1–5 km 간격을 가변적으로 사용하였다. g(Gravitational acceleration, 중력가속도, 단위: m/s2)는 9.81 m/s2, h(s) (Local water depth, 국소 수심, 단위: m)는 경로 Γ 상의 위치 s에서의 수심을 나타낸다.
2.3.4 비분산 단일경로 모델 적용
비분산 단일 경로 모델(Non-dispersive single-path model)은 모든 파 주기가 같은 속도로 전파된다고 가정하며, 단일경로(Single-path) 쓰나미가 하나의 직선 또는 최단경로를 따라 이동한다고 가정하는 근사해법이다. 계산이 간단하여 생성형 AI 플랫폼에서 적용이 용이하며, DEM을 활용하기 쉬운 장점이 있다. 또한 계수 보정이 가능하며, 수 시간 단위 다중 시나리오 반복이 가능해 짧은 시간에 많은 수의 모델 해석이 가능하다.
난카이 해구 쓰나미는 주기 20–30분급 장주기 성분이 지배적이어서 심해 전파에서 분산효과가 미미하고, 한반도 남해안은 완만하고 광범위한 대륙붕이 조성되어 있어서, 본 모델 적용이 가능한 환경을 가지고 있어, 실무적으로 충분히 타당하다고 판단된다. 일본 중앙방재회의의 11개 시나리오와 8개소의 POI를 수 시간 내 계산 가능하게 하며, 조기경보 및 민감도 분석 목적에 적합하였다.
2.3.5 GEBCO DEM 자료 전처리
본 연구에서는 쓰나미 전파 해석을 위해 GEBCO 2024(15″ 격자) 수심망을 사용하였다. 모든 자료는 EPSG:4326 좌표계와 미터 단위로 통일하였으며, 또한 복잡한 지형 DEM 때문에 발생되는 해석의 잡음을 피하기 위해 가우시안 함수(Gaussian kernel)를 사용해 해석 잡음이 발생되는 해당 지점 주변 셀을 가중 평균하고, 결측 자료는 최근접 이웃 보간으로 보완하였다. 이러한 전처리로 해석시 발생되는 오류를 최소화하고, 이후 경로 적분 계산의 신뢰성을 확보하였다.
2.3.6 경계 및 예외 처리 방식
본 연구의 경로 적분은 DEM 기반 수심을 직접 활용하므로, 육지 교차·극천수·내만·해협 등에서 예외 처리가 필요하다. 다음과 같은 보정으로 DEM 불확실성으로 인한 오류를 줄이고 도달시간 추정의 신뢰성을 높였다. 경로가 육지를 통과할 경우 최단 해수면 경로로 재조정하고, ℎ < 5–10 m의 극천수 구간은 주변 수심값이나 하한치를 적용하여 비현실적 속도 저하를 방지하였다. 또한 내만·해협에서는 최소 수심 대신 경로 평균 수심을 사용하여 왜곡을 줄였으며, 모든 계산은 g = 9.81 m/s2와 일관된 단위 체계를 유지하였다.
2.3.7 해석 case와 적용 방법
본 연구는 난카이 해곡 거대지진에 따른 쓰나미의 도달 특성을 검토하기 위해 세 가지 해석 방법을 적용하였다. Case 1은 단일 Okada 모델 기반의 단순 모델로 참조 결과를 제시하였고, Case 2는 Okada 모델 기반의 2012년 일본 중앙방재회의의 11개 시나리오를 적용하여 분포형 단층을 반영하고 결과값은 앙상블 통계처리를 하였다. Case 3은 도호쿠 지진 검증을 통해 보정된 파라미터를 적용하여 감쇠·위상 지연 등 실제 관측 특성과의 일치성을 높였다.
2.4 시뮬레이션 결과
2.4.1 각 case별 결과 비교
Fig. 2에서 각 해석 방법 Case에 따른 쓰나미 도달시간 결과를 정리하였다. 해석 방법 Case에 따르는 경향 및 차이의 원인을 살펴보면, Case 1은 기준선(baseline) 역할로 단일 균일슬립(average slip)으로 가정하였기에 단순한 파형, 비교적 짧은 도달시간, 작은 파고 분포의 특성을 가지며, 분포형 불확실성을 고려하지 않아 변동성이 거의 없다. Case 2는 일본 내각부 제시 11개 분포형 시나리오를 적용해 단층 파열의 공간적 불균질성을 반영하고, 도달시간과 파고 모두 넓은 범위를 가진다. 특히 부산, 울산, 포항 등 동해안 POI에서 변동 폭 큰 특징이 있다. 원인은 파열 위치·규모·슬립 분포에 따라 쓰나미 초기 형상이 달라지고, 전파 경로도 달라지기 때문이다. Case 3는 2011 동일본대지진 자료 기반으로 slip distribution 및 동역학적 효과 일부 보정한 것으로 평균값은 Case 2와 유사하나, 일부 지점에서 조금 더 짧은 도달시간 및 조금 더 큰 파고를 보이고 있다. 원인은 수평 변위 효과(Tanioka and Satake, 1996)가 반영되어, 조기 도달 선행파가 발생하기 때문이다.
지점별 도달시간 차이를 분석해 보면, POI-1(진도)와 POI-2(완도)는 남해 서쪽 끝에 위치하여, 일본 난카이·도호쿠 해역에서 오는 파랑이 먼 거리 이동 후 한반도에 도달하는 특성을 가지며, 대륙붕 진입 전까지는 속도가 빠르지만, 광활한 대륙붕 경사면을 따라 감속하여 상대적으로 늦은 도달 시간을 가진다. POI-3(여수)와 POI-4(거제)는 남해 중앙부, 도서지형(다도해, 거제도 등)의 섬 간섭 효과가 크기 때문에, 섬에 의한 회절(diffraction)과 부분 반사로 파속 감소 및 다중 도달파 가능성이 크다. 따라서 Case 2·3에서 일본 중앙방재회의의 시나리오별 도달시간 변동 폭이 크게 나타난다. POI-5(부산), POI-6(울산) 및 POI-7(포항)은 동해안 접경 지역으로 일본 열도와 직접 마주보는 곳에 위치한다. 대륙붕 폭이 좁아 파랑이 빠르게 진입하여, 도달시간이 3–5시간대로 가장 짧다. 단, 파열 위치(난카이 서부 vs 도호쿠 동부)에 따라 경로 차이가 크기 때문에, Case 2·3에서 불확실성의 폭도 넓다. POI-8(제주도)는 외해에 직접 노출되어 대륙붕 감쇠 효과가 상대적으로 작다. 따라서 도달시간은 부산·울산보다 다소 길지만, 파형 보존률이 높다.
Fig. 3에서 각 해석 방법 Case에 따른 최대 파고 도달 결과를 정리하였다. 해석 방법 Case에 따르는 지점별 최대 파고의 차이를 분석하면, 서남해안(POI 1–3: 진도, 완도, 여수)은 일본에서 오는 파랑이 장거리로 전파하면서 에너지가 크게 감쇠하고, 섬과 해저 지형의 회절·분산 효과로 인해 0.5 m 이하파고가 낮다. Case 2·3에서는 일부 시나리오에서 0.8 m 근접하는 국지적 증폭도 실현가능하다. 동남해안(POI 4–7: 거제, 부산, 울산, 포항)은 일본과 마주하는 동해는 파랑 전파 경로가 짧고 직선적이라 감쇠 적다. 동해의 좁은 수심대와 분지 공진 효과(resonance)로 인해 0.7–1.0 m 이상으로 파고가 크게 증폭되었다. 특히 포항은 해저지형에 의한 국지적 증폭이 커서 Case 2·3에서 파고 변동성이 크다. 제주도(POI 8)는 외해에 위치해 일본에서 오는 원파(incident wave)를 거의 그대로 받고 있으나, 섬 지형에 의해 일부 회절 발생하여 남해보다 크고 동해보다는 작은 0.6–0.8 m의 중간 규모 파고를 형성한다.
2.4.2 기존 연구 결과와 본 연구 결과 비교
기존 연구에서 쓰나미 도달시간은 동일본대지진 당시 한반도 동해안에 4–7시간 후 도달했으며(Bae et al., 2012), 조위계 관측 결과는 0.2–0.3 m 수준으로 보고되었다(Bae et al., 2012). 1983년 일본 동해중부지진(Mw 7.8)의 경우에는 약 90분 내 도달하였으며, 파고는 2–7 m까지 보고되기도 하였다(Warren, 2011). 본 연구에서는 쓰나미 도달 시간은 모든 POI에서 대체로 지진 발생 후 4–7시간 내 도달하는 것으로 나타났으며, 도호쿠 보정을 적용했기 때문에 도달시간이 전체적으로 길게 계산되었으나, 일본 남동해 국지적 지진 소스의 경우에는 짧은 도달시간을 보인다. 최대 파고는 대부분 1.0 m 이하로 계산되었다. 본 연구에서 원거리 지진원(난카이·도호쿠) 경우에 수십 cm 규모의 쓰나미 파고가 도달하는 것으로 계산된 결과는 기존 연구 관측·해석 결과와 일치하는 경향을 확인하였다. 다만, 본 연구에서 도입한 계산법으로는 근거리 지진원(지역 소스)이 있는 경우는 검토되지 않았다. Table 4에서 본 연구의 Case 3:도호쿠 지진 보정 결과와 기존 연구 결과를 비교하였으며, 전반적으로 잘 일치하는 것을 알 수 있다.
Table 4.
Comparison of the Tohoku correction (Case 3 of this study) results with those of previous studies
| Category |
This Study (Tohoku- Calibrated Simulation) |
Previous Studies (Range) | Reference Sources | Key Remarks |
|
Tsunami Arrival Time (min) | 20–60 (avg. 35 ± 10) | 25–55 | KHOA (2013); Cho et al. (2008) |
Comparable to Nankai-type scenarios; minimal offshore reflection influence. |
|
Maximum Wave Height (m) | 0.3–1.1 (avg. 0.6) | 0.2–1.0 | Ha et al. (2022); KMA and NEMA (2019) |
10–20% higher at outer harbors (e.g., Yeosu, Wando). |
|
Energy Attenuation (after 1 h) | 70–85% reduction | 65–80% | Cho et al. (2008) |
Slightly higher decay with refraction factor 1.15 applied. |
|
Tsunami Duration (min) | 80–140 | 90–150 | KHOA (2013) |
Consistent; secondary arrivals observed due to offshore reflection. |
|
Arrival Order (Major Ports) |
Jeju → Jindo → Wando → Yeosu → Tongyeong | Same trend |
Cho et al. (2008); Ha et al. (2022) |
Spatial arrival pattern matches previous studies. |
Fig. 4에서 일본 중앙방재회의 11개 시나리오를 도호쿠 지진 보정 파라미터를 적용(Case 3)한 결과를 보여주고 있다. 본 연구 결과에서 남해안 POI(여수·거제·부산·제주)에 도달시간(4–7시간), 중간 규모 파고(0.5–0.8 m), 다중 파군 지속성이 나타났다. 이는 기존의 난카이 해구 지진(1707 Hoei) 쓰나미 전파 시뮬레이션 연구에서 한국 남해안 도달시간이 약 200분(≈3.3시간)으로 추정되고, 제주–남해를 통해 서해로 확산되며 약화되는 기존 연구(Kim et al., 2016)와 비슷한 경향을 보인다.
3. 결 론
생성형 AI 플랫폼을 활용한 난카이 지진 시나리오에서 남해안의 도달 파도 예측 연구에서 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다.
(1) 생성형 AI 플랫폼을 활용한 간편법 시뮬레이션은 복잡한 수치해석 과정을 단축하면서도 다수의 시나리오를 신속하게 분석하여 정량화할 수 있다는 장점이 있었으며, 그 결과 또한 기존 전문프로그램을 사용한 것과 유사한 결과를 얻었다. 때문에 보조적 시뮬레이션·해석 도구로서, 전문 해석프로그램을 사용하고 방재 해양 구조물을 설계하는 대규모 시나리오 분석의 사전단계에서 유효할 것으로 판단되었다.
(2) 기존 연구와 비교하여, 도달시간은 4–7시간으로 기존 연구와 일치하고, 최대 파고는 수십 cm로 동일본대지진 관측과 일치한다. 다만, 본 연구에서는 난카이, 도호쿠 등 원거리 지진원 중심으로 해석하여 한국 연안에서 발생되는 지진 영향이 제한적으로서, 실제 위험성 평가에서는 우리나라 동해 내부 단층 시나리오까지 포함하여야 할 것으로 나타났다.
(3) 해석 방법 Case별 차이는 Case 1은 기준선 역할로 단순하고 변동성 없으며, Case 2는 불확실성을 반영한 것으로 결과 폭이 넓고, Case 3는 도호쿠 실측 보정한 것으로 Case 2 대비 파가 조기 도달하거나 일부 증폭하는 경향을 보인다.
(4) 쓰나미 도달시간 경향은 동남해안(부산·울산·포항)-제주-서남해안(거제·여수·완도·진도) 순으로 빠르게 도달하며, 이는 전파 경로 길이, 대륙붕 감속, 섬 간섭 등이 원인으로 추정된다. 최대 파고 경향은 동남해안(최대)-제주(중간)-서남해안(최소)순이며, 에너지 감쇠, 해저지형 증폭, 분지 공진 효과가 주요 원인이다.
(5) 일본 지진원 위치가 일본 동쪽(토카이–도난카이)에 치우치면 부산·울산·포항의 파 도달이 더 빠르고 강하게 영향을 받으며, 반대로, 일본 서쪽(시코쿠–규슈)인 경우에는 제주·전남권이 더 큰 파고와 늦은 도달시간을 가진다. 이는 방재 실무적으로 우리나라 동남해안 방파제/항만 설계와 서남해안 설계에서 고려하여야 할 지진원 특성이 다를 수 있음을 나타내었다.
(6) 단일 지진 시나리오(Mw = 9.1, = 2.5 MPa, slip≈10 m)만으로 설계할 경우, 지진 시나리오 9·11 9와 11 같은 극단적 상황을 과소 평가할 위험이 있고, 반대로, 모든 경우를 동시에 고려하면 불필요한 과잉 방재비용을 초래할 수 있다. 따라서, “최소–평균–최대” 삼중 안전계수 체계로 설계 기준을 도출하는 것이 바람직할 것으로 나타났다.
