시뮬레이션을 통한 재난 예측, 사례 연구 부탄 왕국

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-11-29 11:01:58
  • -
  • +
  • 인쇄
3'20"읽기
- 지난 40년 동안 빙하 호수의 수는 두 배 증가
- 빙하 호수는 부서질 수 있는 자연 댐으로만 막혀 있기 때문에 매우 위험
- 힌두쿠시 히말라야의 5개 주요 강 유역에만 2만5000개 이상의 호수가 있다.
- 최악의 경우, 물의 90%가 댐을 통과할 때 초당 최대 5700㎦의 물과 진흙이 계곡으로 쏟아져

시뮬레이션을 통한 재난 예방

빙하 호수의 수는 지난 40년 동안 두 배가 되었다.
높은 산골짜기에 사는 사람들에게는 위험을 의미한다. 빙하 호수가 폭발할 때 빠른 속도로 계곡 아래로 이동하는 진흙이 포함된 돌발 홍수가 발생한다. 뮌헨 응용과학 대학(Munich University of Applied Sciences)의 연구원들이 부탄 왕국의 히말라야 계곡에서 재난이 발생했을 때 일어날 일을 처음으로 시뮬레이션했다. 

▲ 그림 1. 연구 장소의 지도와 호수 주변의 위성 이미지(검정색 프레임으로 표시된 위치). 데이터 출처: AW3D30(고도), RGI 2017(빙하 범위), World Imagery by Esri, Maxar, Earthstar Geographics, USDA FSA, USGS, Aerogrid, IGN, IGP 및 GIS 사용자 커뮤니티(위성 이미지). (자료출처: 관련논문 PDF 파일 Hazard Assessment for a Glacier Lake Outburst Flood in the Mo Chu River Basin, Bhutan)

전 세계적으로 빙하는 기후 변화의 결과로 녹고 있다.
"이것은 해수면 상승으로 이어질 뿐만 아니라 빙하 호수의 수를 증가시킨다"고 뮌헨 응용과학 대학의 지리 정보 학부 교수인 빌프리드 하그(Wilfried Hagg)가 설명했다. “빙하 호수는 부서질 수 있는 자연 댐으로만 막혀 있기 때문에 매우 위험할 수 있다. 그 결과는 높은 계곡에 사는 사람들에게 치명적인 결과를 초래하는 빙하 호수 폭발이다.”

지난 40년 동안 연구원들은 녹은 물이 모이는 빙하 호수가 두 배로 증가하는 것을 관찰했다. 오늘날 힌두쿠시 히말라야의 5개 주요 강 유역에만 2만5000개 이상의 호수가 있다. 대부분은 암석, 모래 및 점토 벽 뒤에 형성된다. 호수의 수위가 상승하면 이러한 말단 빙퇴석도 점점 포화돼 안정성을 잃게 된다.

예를 들어 폭우, 빙하 조각 또는 얼음 눈사태로 인한 추가 오염은 재난으로 이어진다.
댐이 무너지고 물이 퇴적물과 혼합된 산사태로 최대 시간당 20킬로미터 속도로 계곡을 따라 정착지와 마을을 향해 돌진한다. Hagg는 "이미 히말라야에서 'Glacier Lake Outburst Floods'' 또는 줄여서 GLOF가 여러 번 있었다. 부탄에서는 1994년 그러한 발병으로 21명이 사망했다.
▲ 그림 5. GLOF 및 호수 수심 측량의 최상단에서 최악의 시나리오의 최대 유속([13]에서 가져옴, 약간 수정됨). (출처: Esri, Maxar, Earthstar Geographics, USDA FSA, USGS, Aerogrid, IGN, IGP 및 GIS user community).

사례 연구 ; 부탄 왕국 

지리학자들과 빙하학자들은 부탄 왕국을 알고 있다.
부탄 왕국은 정부가 자신의 관점에서 볼 때 높은 국내 총생산이 아니라 높은 국민 총 행복을 목표로 하는 나라다. 3년 전 하그(Hagg)는 히말라야 국가로 여행을 떠났고 당국 및 연구원들과 수많은 접촉을 했다. 최근 그는 학생 그룹과 함께 Sintaphu Tsho 빙하 호수가 폭발했을 경우의 결과를 조사했다. 위치와 크기로 보아 호수는 24헥타르의 면적을 차지하고 620만㎦(입방미터)의 물을 보유하며 특히 위험한 호수 중 하나다.

“프로젝트의 과제는 매우 복잡한 소프트웨어 도구를 사용해 지형 모델을 만들고 이를 사용하여 발병 시 다양한 시나리오를 계산하는 것이었다. 이것은 부탄의 빙하 호수에 대해 수행된 적이 없다”고 Hagg는 설명한다.

데이터가 좋을수록 더 정확한 진단

첫 번째 단계에서 팀은 지구 관측 위성에서 자유롭게 사용할 수 있는 레이더 데이터에서 디지털 지형 모델을 만들었다.
첫 번째 경우에는 빙하 호수가 폭발할 때 물의 90%가 계곡으로, 두 번째 경우에는 70%, 세 번째 시나리오에서는 40%가 계곡으로 떨어진다. Hagg는 "우리 계산의 첫 번째 결과는 그다지 의미가 없었다"고 회상한다. "격자 간격이 30m경우 지형 모델의 해상도가 너무 낮고 세부 사항을 볼 수 없었으며 형태가 부자연스럽게 보였고 어떤 시나리오에서도 수괴를 늦출 수 없었다.
▲ 그림 7. EM3D 고도 데이터를 기반으로 한 Punakha의 최악의 시나리오에 대한 최대 홍수 깊이(설명은 텍스트 참조). 문자 a-c(노란색 원으로 표시)는 영향을 받는 건물의 위치를 나타냅니다. 배경 지도: World Imagery(출처: Esri, Maxar, Earthstar Geographics, USDA FSA, USGS, Aerogrid, IGN, IGP 및 GIS 사용자 커뮤니티).

정보가 생명을 구한다.

고해상도의 지구관측자료를 획득하고 지형모델을 개선할 수 있을 때 유체역학 모델은 현실적인 결과를 제공했다. 최악의 경우, 물의 90%가 댐을 통과할 때 초당 최대 5700㎦의 물과 진흙이 계곡으로 쏟아진다. 4시간 후, 해일은 85km 떨어진 푸나카(Punakha) 정착지에 도달했다. 가장 좋은 경우 호숫물의 40%만 빠져나갈 때 초당 816m3의 물만이 계곡을 따라 흐르고 지하 표면과의 접촉으로 계속해서 느려지고 7시간 후에야 Punakha에 도달하는 것이다.

Hagg는 "결과는 시뮬레이션을 사용하여 빙하 호수 폭발 이후에 일어날 일을 예측할 수 있음을 보여준다"고 말했다. “재난 보호를 위한 가장 중요한 요구 사항은 정보이기 때문에 이는 지방 당국에 도움이 된다. 무슨 일이 일어날 수 있는지 알면 예방조치를 취할 수 있다. 예를 들어, 호수의 수위를 인위적으로 낮추고 경고 시스템을 설치하여 인구가 적시에 더 높은 고도에서 보호를 찾을 수 있도록 할 수 있다.
(Applied Sciences , 2021; doi: 10.3390/app11209463)
출처: Hochschule München

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]

  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
뉴스댓글 >

주요기사

+

많이 본 기사

Basic Science

+

Technology

+

Photos

+