태풍 힌남노 내습시 부산 해운대 마린시티의 호안 월파 발생 특성

3.1 대기 및 해양환경 조건

부산 연안의 태풍 힌남노 내습시 대기 및 해양물리환경 변화를 알아보기 위하여 2022년 9월 5일부터 16시간의 시간경과에 따른 대기 기상자료와 해양의 해면기압, 바람장(풍속, 풍향), 조위 그리고 입사 파고를 살펴보았다. Table 1은 태풍 힌남노 내습시 6일 2시부터 7시까지의 시간경과에 따른 대기 기상자료와 해양 상황을 정리한 결과이다. 표에서 (-)로 표기된 부분은 조사 정점에 관측 센서가 없거나 태풍 내습 당시 결측된 것을 의미한다.

Table 1.

Hourly meteorological and ocean wave data measured each observation station in Busan coast during the passing of typhoon Hinnamnor

먼저 Fig. 3은 태풍 힌남노 내습시 각 관측 정점에서 계측되어진 해면기압을 시계열로 나타낸 것이다. 태풍이 부산 연안을 통과할 시 St.W2(오륙도)에서 6일 6시에 해면기압이 958.1 hPa으로 관측되었다. 특히 St.W2의 매분 관측 기록을 살펴보면 5시 53분에 중심기압 955.9 hPa이 기록되어 태풍 내습시 부산 연안 관측치 중 가장 낮은 해면기압을 기록하였다.

Fig. 3.

Time series of fluctuations in the atmospheric pressure of sea surface in the Busan coast during the passing of typhoon Hinnamnor.

Fig. 4는 태풍 힌남노 내습시 각 관측 정점별 풍속 시계열을 나타낸 것이다. St.W1~St.W4에서의 풍속은 태풍이 북상하는 과정에서 증가하는 양상을 보였다. 부산 연안에 태풍이 통과하던 5시 30분에 St.W2(오륙도)에서 28.5 m/s, St.W1(영도)에서 16.0 m/s의 최대 풍속이 나타났는데 이는 두 정점이 해상과 육상의 관측소 차이, 주변 산이나 건물의 지형적 영향, 관측기기의 차이 등으로 다소 큰 오차를 보이는 것으로 생각된다.

Fig. 4.

Time series of fluctuations in the wind velocity measured each locations in the Busan coast during the passing of typhoon Hinnamnor.

이상의 그림에서 태풍 중심이 6일 6시경 부산 연안을 통과하면서 해수면에 직접적인 영향을 주었을 것으로 추정된다. 태풍 중심이 통과한 뒤에는 기압이 다시 가파르게 증가하고, 풍속도 빠르게 감소하는 등 기상 환경이 빠르게 정상으로 회복되는 전형적인 특성을 유지하였다.

그리고 Fig. 5는 태풍 힌남노 내습시 관측 정점별 풍향의 시계열을 나타낸 것이다. 태풍이 부산 연안에 도달하기 전인 5일 18시의 각 관측 정점별 풍향 분포 특징을 살펴보면 태풍 내습 전에는 대부분 정점에서 NE 방향의 바람이 불다가 태풍 내습 시점에서(5시 30분)는 급격히 W 방향으로 변화하는 것을 알 수 있다. 이는 태풍이 북상하는 과정에서 부산 지역이 태풍 중심의 오른쪽 반원(위험반원, dangerous semicircle)에서 왼쪽 반원(가항반원 또는 안전반원, navigable semicircle)으로 변하는 위치에 있기 때문에 일어나는 현상이라 할 수 있다. 이는 해양환경에도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.

Fig. 5.

Time series of fluctuations in the wind direction measured each locations in the Busan coast during the passing of typhoon Hinnamnor.

Fig. 6은 태풍 힌남노 내습시 5일 18시부터 16시간의 시간경과에 따른 부산 조위관측소에서 관측된 실측 조위와 예측 조위를 나타내고 있다. 여기서 검정 실선은 실측 조위, 점선은 예측 조위 그리고 회색 실선은 잔차(관측값-예측값)를 나타낸다. 이를 살펴보면, 부산 조위관측소의 예측 조위는 6일 5시에 93 cm가 예측되었으나 이번 태풍 힌남노 내습시에 예측 조위보다 42% 증가된 225 cm가 관측되었다. 이는 폭풍 해일고(Storm surge)가 최대 132 cm 만큼 증가하여 태풍 힌남노의 영향으로 부산 연안의 조위가 상승하였음을 알 수 있다. 그리고 태풍의 영향을 벗어나는 6일 7시 이후에는 잔차가 0에 가까워지는 것을 확인할 수 있으며 Fig. 3에서 해면기압의 정상화 시점과 동일하게 나타나는 것을 알 수 있다.

Fig. 6.

Time series of tide change in the Busan coast during the passing of typhoon Hinnamnor.

마지막으로 Fig. 7과 Fig. 8은 태풍 힌남노 내습시 St.W2(오륙도)에서 계측된 1시간 간격의 파랑 관측 자료를 나타내고 있다. 6일 5시에 최대 파고 12.1 m, 유의파고 7.6 m, 평균 파고 3.8 m로 계측되었으며 이때 평균 파주기는 8.1 sec이었다. 가장 파고가 높을 것으로 예상되는 6시의 경우(평균 파고는 5.0 m) 결측되어 정확한 값은 알 수 없으나 5시의 경우보다 더 컸을 것으로 추정된다.

Fig. 7.

Time series of fluctuations in the wave height measured at St.W2 during the passing of typhoon Hinnamnor.

Fig. 8.

Time series of fluctuations in the wave period measured at St.W2 during the passing of typhoon Hinnamnor.

이상의 결과를 태풍 힌남노 내습 기간인 6일 2시부터 7시까지의 30분 간격(파고 부이 자료는 1시간 간격)의 조위, 해면기압, 풍속, 풍향, 파고(최대 및 유의파고, 주기) 자료를 정리하면 Table 1과 같다. 표에서 대체적으로 모든 요소들이 최댓값을 보이는 시간은 6일 4시 30분부터 6시까지 약 1시간 30분 동안에 발생하는 것을 알 수 있다. 태풍 내습시 부산 연안의 최대 조위가 관측된 시간은 4시 59분이었다.

3.2 호안 월파 출현 빈도

Fig. 1(B)의 동영상 촬영 위치인 C1, C2에서 살펴본 해운대 마린시티 호안에서의 시간대별 월파 발생 횟수 그리고 월파의 발생 정도를 상/중/하 또는 대/중/소로 구분하여 분석하였다. Fig. 9는 Fig. 1(B)의 C1, C2에서 촬영한 동영상의 이미지 영상으로 6일 05시 09분과 56분에 해당하는 호안 월파 장면이다.

Fig. 9.

The video images of wave overtopping over seawall ((a) I area and (b) II area) at Busan Haeundae Marine City during passing of typhoon Hinnamnor.

결과적으로 Table 2는 태풍 힌남노 내습시 5일 18시부터 6일 9시까지의 시간경과에 따른 I 구역과 II 구역에서의 월파 상황을 정리한 것이다. 또한 Fig. 10의 경우 부산 조위관측소의 조위 관측 시계열과 호안 구간별로 월파 발생 횟수를 나타낸 시계열 그래프이다.

Table 2.

The number of wave overtopping occurrences over the seawall at Haeundae Marine City during the passing of typhoon Hinnamnor

Fig. 10.

Time series of tide changes and number of wave overtopping occurrences over the seawall at ‘Haeundae Marine City’ during the passing of typhoon Hinnamnor.

Table 2에서와 같이 태풍이 내습하는 시간동안에 I 구역에서는 총 809회, II 구역에서는 총 472회의 월파가 발생하였다. I 구역과 II 구역을 모두 합하면 1,281회이고 I 구역이 II 구역보다 337회만큼 더 많이 월파가 발생하였음을 알 수 있다. 가장 많은 월파가 발생한 시간은 태풍의 중심이 부산 연안에 상륙하여 해면기압이 장 낮은 때인 6일 6시에 발생하였는데 이때 마린시티 호안의 월파는 I 구역에서 H_sum=111회, II 구역에서 H_sum=72회로 총 183회 관측되었다.

그리고 Fig. 10을 살펴보면 시간 경과에 따라서 호안 월파 발생 횟수는 조위 증가와 더불어 증가하는 경향을 보이고 있는데 태풍의 영향으로 조위가 상승된 4시 이후에는 호안 월파 횟수가 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 태풍의 중심이 부산 연안에 상륙한 6시경에 최대치를 보이고 7시 이후에는 월파 출현 빈도가 절반 이하로 낮아졌으며 9시 이후에는 월파가 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

특징적으로 I 구역에서 5일 21시(H_sum=17회), 24시(H_sum=32회), 6일 2시(H_sum=40회)에 호안 월파가 일정한 패턴으로 증가하는 경향을 보이고 있으나 이에 반해 II 구역에서는 5일 21시(H_sum=5회), 24시(H_sum=11회), 6일 2시(H_sum=13회)로서 상대적으로 적은 횟수의 월파 상황을 보이고 있어 대조를 보이고 있음을 알 수 있다.

더구나 5일 20시~24시의 경우 해상 조위 상태가 저조시에 해당함에도 불구하고 호안 월파가 일부 발생하고 있음을 알 수 있다. 이는 Fig. 4의 해상 풍속의 시간별 변화와 함께 살펴보면 해면기압, 풍향 및 파랑의 영향보다는 돌풍(바람 강도의 강화)에 의한 영향으로 추측된다.

3.3 호안 월파 크기

본 연구에서는 태풍 힌남노 내습시 부산 해운대 마린시티 호안에서 발생된 월파의 크기를 월파고(파의 처오름 높이)와 배후 침수량의 2가지 관점으로 평가하여 분석하였다.

먼저 Fig. 11은 각 대상 구역별 호안 마루(천단)를 넘는 해수에 대하여 월파고(파의 처오름 높이)를 호안 배후 가로등의 높이를 기준으로 상(H_H)/중(H_M)/하(H_L)로 나누어 분석하였다. 그 결과를 그림에서 살펴보면 태풍 내습시 호안 월파의 출현빈도는 증가하는 경향으로 나타났으며 그 중 호안 배후 가로등의 높이의 절반보다 높은 월파고(H_M)를 가지는 월파의 빈도가 큰 것으로 나타났다. 가장 많은 월파가 발생한 시간인 6일 6시에 호안의 월파는 I 구역에서 상(H_H)19회, 중(H_M) 63회, 하(H_L) 29회로 나타났으며 II 구역에서는 상(H_H) 4회, 중(H_M) 46회, 하(H_L) 22회로 관측되었다. 또한 I 구역이 II 구역보다 월파 횟수가 1.54배(64.9%) 많은 상황임에도 불구하고 가로등 높이(약 6 m)보다 높은 월파고(H_H)를 가지는 월파는 I 구역이 II 구역보다 4.75배로 관측되었다. 이는 I 구역이 파 에너지가 집중되는 돌출형 호안으로 파의 중첩에 의한 고파랑의 파가 내습되어 발생된 것으로 판단된다.

Fig. 11.

The evaluation of the number of wave overtopping occurrences over seawall ((a) I area and (b) II area) at Busan Haeundae Marine City according to the wave overtopping height during passing of typhoon Hinnamnor.

다음으로 Fig. 12는 각 구역별 호안 마루(천단)를 넘어온 해수에 대해서 배후 인도 및 도로에 발생하는 해수 침수 정도를 대(Q_L)/중(Q_M)/소(Q_S)로 구분하여 나타낸 것이다. 결과를 살펴보면 대체적으로 태풍 내습시 발생된 월파의 침수 정도가 차도를 넘어 건물 인도까지 도달하는 침수의 발생 빈도가 크게 증가한 것을 확인할 수 있다. 그리고 가장 많은 월파가 발생한 시간인 6일 6시에 호안의 월파는 I 구역에서 대(Q_L) 46회, 중(Q_M) 54회, 소(Q_S) 11회로 나타났으며 II 구역에서는 대(Q_L) 36회, 중(Q_M) 35회, 소(Q_S) 1회로 관측되었다. 배후 인도 및 도로에 발생하는 해수 침수 정도는 I 구역이 II 구역보다 대(Q_L)의 경우 1.28배, 중(Q_M)의 경우 1.54배 크다는 것을 알 수 있다.

Fig. 12.

The evaluation of the number of wave overtopping occurrences over seawall ((a) I area and (b) II area) at Busan Haeundae Marine City according to the degree of seawater inundation in the hinterland during passing of typhoon Hinnamnor.

이상의 결과를 바탕으로 태풍 힌남노 내습시 부산 연안에 도달하기 전인 6일 5시 이전에는 월파고와 배후 해수 침수 정도가 비슷한 경향을 나타내었으나 태풍이 부산 연안에 도달한 5시 이후에는 I 구역에서는 높은 월파고(Q_L)에 의한 발생 빈도가 큰 반면에 II 구역에서는 중간(Q_M) 정도의 월파 발생 빈도가 크다는 것을 알 수 있었다. 호안 공간상으로 월파 현상은 상대적으로 편차를 보이거나 배후 침수량이 차이 나는 월파 발생 특성을 보이고 있다는 것을 알 수 있다. 이는 태풍 내습 당시 Fig. 7 및 Fig. 8에서 살펴볼 수 있는 것과 같이 높은 파고와 장주기 성분을 가진 파랑 내습에도 불구하고 Fig. 5에서 알 수 있듯이 태풍 진행 경과에 따라 E 계열에서 N~W 계열로의 풍향이 급격하게 변화함에 따라서 호안을 넘는 해수에 대해서 반대 방향의 바람 작용에 따른 에너지 소산 작용으로 생각할 수 있다.

3.4 마린시티의 호안 월파 발생 특성

해운대 마린시티 호안에 대해 KBS와 MBC 방송국이 실시간 촬영한 동영상으로부터 태풍 힌남노 내습시 호안을 넘어 월파된 현상에 대해서 고찰한 결과를 정리하면 다음과 같다.

태풍 힌남노 내습 기간인 6일 2시부터 7시까지의 30분 간격(파고 부이 자료는 1시간 간격)의 조위, 해면기압, 풍속, 풍향, 파고(최대 및 유의파고, 주기) 자료로부터 태풍의 영향으로 대체적으로 모든 요소들이 최댓값을 보이는 시간은 6일 4시 30분부터 6시까지 약 1시간 30분 동안에 발생하는 것을 알 수 있다.

이를 바탕으로 촬영 동영상으로부터 확인한 가장 많은 월파가 발생한 시간은 태풍의 중심이 부산 연안에 상륙하여 해면기압이 가장 낮은 때인 6일 6시에 발생하였다. 시간 경과에 따라서 호안 월파 발생 횟수는 조위 증가와 더불어 증가하는 경향을 보이고 있는데 태풍의 영향으로 조위가 상승된 4시 이후에는 호안 월파 횟수가 급격히 증가하는 것을 알 수 있었다.

동영상이 촬영한 전체 영역 중에서 호안 배후면이 건물로 인해 막혀있는 구역(I area)과 배후 도로로 연결되는 구역(II area)으로 구분하여 월파 현상을 분석한 결과, I 구역이 파 에너지가 집중되는 돌출형 호안으로 파의 중첩에 의한 고파랑의 파가 내습되어 발생된 것으로 판단된다. 또한 배후 인도 및 도로에 발생하는 해수 침수 정도는 I 구역이 II 구역보다 대(Q_L)의 경우 1.28배, 중(Q_M)의 경우 1.54배 크다는 것을 알 수 있다.

이는 대상 지역의 배후면 고층 건물로 인해 빌딩풍이 발생할 경우 호안 월파에 어떠한 작용을 할 것인지에 대해서 전술한 바와 같이 풍속, 급강하, 소용돌이 등을 일으키는 현상인 벤투리(Venturi) 효과가 클 것으로 예상되었던 II 구역이 예측과는 달리 I 구역에서 호안 월파 발생 및 빈도가 더 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다.

이상의 결과를 바탕으로 태풍 힌남노 내습시 부산 연안에 도달하기 전인 6일 5시 이전에는 I 구역과 II 구역이 월파고와 배후 해수 침수 정도가 비슷한 경향을 나타내었으나 태풍이 부산 연안에 도달한 5시 이후에는 I 구역에서는 높은 월파고(Q_L)에 의한 발생빈도가 큰 반면에 II 구역에서는 중간(Q_M) 정도의 월파 발생 빈도가 크다는 것을 알 수 있었다. 즉, 호안 공간상으로 월파 현상은 상대적으로 차이를 보이고 배후 침수량에도 차이 나는 점을 발견할 수 있었다. 이에 따라서 배후지 월파 및 해수 침수에 따른 피해 정도가 공간상으로 차이를 보일 가능성이 크다고 할 수 있다.