연구보고서 51 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안 Earthquake Disaster Mitigation and Management in Korea: Current Status and Suggestions for Future Improvement 2008 연구책임자 연 구 원 : 윤 정 방 (KAIST) : 김 동 수 (KAIST) 변 지 석 (삼성지구환경연구소) 신 수 봉 (인하대학교) 신 진 수 (한국지질자원연구원) 이 철 호 (서울대학교) 현 창 헌 (한국원자력안전기술원) 연 구 조 원 : 김 재 천 (인하대학교) 자 문 위 원 : 김 용 석 (목포대학교) 김 재 관 (서울대학교) 김 준 경 (세명대학교) 이 도 형 (배재대학교) 이 재 훈 (영남대학교)
제1장 서론 1 1. 연구목표 1 2. 연구내용 1 3. 연구의 배경 및 필요성 2 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 8 1. 국내 주요 지진재해 8 1.1 오대산 지진재해 10 1.2 울진 해역 지진재해 11 1.3 백령도 해역 지진재해 11 1.4 홍도 해역 지진재해 12 1.5 경주 해역 지진재해 13 1.6 영월 지진재해 13 1.7 울진 해역 지진재해 14 1.8 포항 해역 지진재해 14 1.9 의주 지진재해 15 1.10 홍성 지진재해 15 1.11 속리산 지진재해 16 2. 한반도 역사지진의 피해 16 2.1 한반도에 발생한 역사지진 (2~1904년) 17 2.2 한반도에 발생한 역사지진 (1905년~현재) 18 3. 해외 주요 지진재해 19 3.1 중국 쓰촨성 지진재해 22 3.2 일본 니가타 지진재해 23 3.3 일본 노토 지진재해 24
3.4 인도네시아 수마트라 지진재해 25 3.5 대만 지진재해 25 3.6 인도네시아 자바 지진재해 26 3.7 일본 후쿠오카 지진재해 27 3.8 인도네시아 수마트라 지진재해 28 3.9 일본 니가타 지진재해 29 3.10 대만 치치 지진재해 30 3.11 일본 고베 지진재해 31 3.12 미국 노스릿지 지진재해 32 3.13 미국 로마 피에르타 지진재해 33 3.14 멕시코 지진재해 34 3.15 미국 엘 센트로 지진재해 35 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 36 1. 지진 관측 통보 관측망 및 지진조기경보 시스템 36 1.1 지진관측망 현황 37 1.1.1 각 기관별 지진관측 목적 및 관측망 구성 37 1.1.2 국내 지진관측망 구축 현황 38 1.2 국가 통합지진관측망(KISS) 운영방안 39 1.3 지진계 설치 위치 개선방안 40 1.4 지진조기경보시스템 구축방안 41 2. 지진 가속도 관측시설 구축 및 운영방안 44 2.1 전국 지반 가속도 관측망 현황 44 2.2 구조물 가속도응답 계측기 설치 방안 45 3. 지진위험도 평가 및 개선 방안 48 3.1 지진위험도 평가 필요성 48 3.2 해외 지진위험도 평가 정책 방향 48
3.2.1 미국 48 3.2.2 일본 49 3.3 지진위험도 평가 개선 방안 49 3.3.1 지진위험도 평가 방법론 49 3.3.2 지진위험도 평가 입력 자료 개선 방안 51 3.3.3 지진위험도 평가 범위 방안 51 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 53 1. 성능기반내진설계 53 1.1 현행 국내 내진설계법의 문제점 및 개정방향 53 1.2 성능기반내진설계 도입의 필요성 54 1.3 성능기반내진설계 동향 55 1.4 성능기반내진설계 절차 56 1.5 제언 58 2. 건축물 내진설계기준의 검토 및 개선방안 58 2.1 내진설계기준 검토 58 2.1.1 지진하중 58 2.1.2 콘크리트구조 64 2.1.3 강구조 65 2.1.4 제언 65 2.2 건축물의 성능기반내진설계 및 제도적 개선사항 66 2.2.1 건축물의 성능기반내진설계 66 2.2.2 제도적 개선사항 67 3. 교량 내진설계기준 검토 및 개선 방안 69 3.1 교량 내진설계기준 현황 및 문제점 69 3.1.1 교량 내진설계기준 현황 69 3.1.2 국내의 내진설계기준의 문제점 72
3.2 교량 내진설계기준의 단기적 개선방안 73 3.2.1 교량 내진설계기준의 단기적 개선 방향 73 3.2.2 교량 내진설계기준의 구체적인 단기적 개선 방안 74 3.3 교량 내진설계기준의 장기적 개선방안 76 3.3.1 교량의 성능기반내진설계의 배경 76 3.3.2 성능기반설계를 위한 해석절차 및 문제점 77 3.3.3 국내 성능기반설계 개발 방향 78 3.4 법규와 제도의 문제점 및 개선방안 79 3.4.1 설계와 시공의 기술감사 제도 문제 79 3.4.2 설계와 시공의 법적 처벌 문제 80 3.4.3 설계비와 기술료의 불합리성 문제 80 3.4.4 법규와 제도의 개선방안 81 4. 원전 구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 82 4.1 국내외 내진설계기준 82 4.1.1 우리나라의 내진설계기준 82 4.1.2 미국의 내진설계기준 91 4.2 성능기반 내진설계 현황 및 최근 동향 92 4.2.1 내진등급 분류 및 내진설계기준 92 4.2.2 성능기반 내진설계 최근동향 93 4.2.3 일반시설 성능기반 내진설계 방법의 적용성 94 4.3 지진재해 대비 조치 95 4.3.1 지진계측설비 및 원전부지 지진 감시 95 4.3.2 지진발생에 대비한 대책 97 4.3.3 지진대응훈련 99 4.4 문제점 및 개선방안 99 4.4.1 원자력 관련 법규와 지진재해대책법의 내진설계 규정간의 상관관계 99 4.4.2 설계지진 결정방법 개선 100 4.4.3 지진발생시 운전정지 기준 및 후속조치 개선 100 4.4.4 운전원 지진비상대응 훈련 강화 100
5. 지반 내진설계기준 검토 및 개선 방안 101 5.1 역사지진 기록의 재평가 101 5.2 지반분류 및 응답스펙트럼의 재산정 104 5.3 성능기반 내진설계 기준 정립의 필요성 109 5.4 지진계측 시스템의 개선 110 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 113 1. 지진재해 저감활동 113 1.1 지진예측 114 1.2 조기경보 시스템 115 1.3 내진설계 117 1.4 지진대응 시스템 118 2. 해외 지진재해 저감활동 121 2.1 미국 HAZUS 사례 121 2.1.1 HAZUS 개요 121 2.1.2 HAZUS의 구성모듈 122 2.1.3 HAZUS의 지진피해평가 절차 123 2.2 일본 DIS 사례 124 2.2.1 DIS 개요 124 2.2.2 DIS의 구성 125 2.2.3 DIS의 피해 조기평가 시스템 126 2.2.4 DIS의 응급대책 지원시스템 126 3 국내 지진재해 저감활동 127 3.1 지진재해 신속대응시스템 127 3.1.1 기본 개념 127 3.1.2 구성요소 127
3.1.3 지진피해 예측방법 128 3.1.4 DB 구축현황 129 3.1.5 향후 계획 130 3.2. 지진재해대책법 131 4 지진재해 비상대응계획 133 4.1 지진재해 비상대응계획의 필요성 133 4.2 지진재해 비상대응계획의 구성요소 133 4.2.1 지진재해의 시기별 대응개념 134 4.2.2 지진재해의 지역별 대응개념 135 4.2.3 지진에 관한 관측, 정보 수집 및 전달 135 4.2.4 지진재해 비상대응조직 136 4.2.5 지진재해의 구체적 대응 방안 137 제6장 요약 및 제언 138 1. 연구의 배경 및 필요성 138 2. 연구의 목표 및 주요 내용 138 3. 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선 방안 139 4. 내진설계기준 검토 및 개선 방안 139 4.1 성능기반내진설계 139 4.2 건축물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 140 4.3 교량 내진설계기준 검토 및 개선 방안 141 4.4 원전 구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 141 4.5 지반 및 지중구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 142 5. 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 143 참 고 문 헌 144
표 목 차 <표 II-1.1> 국내 지진 피해사례 9 <표 II-1.2> 오대산 지진 피해 내용 (기상청) 10 <표 II-1.3> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 11 <표 II-1.4> 백령도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 11 <표 II-1.5> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 12 <표 II-1.6> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 12 <표 II-1.7> 경주 해역 지진 피해 내용 (기상청) 13 <표 II-1.8> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 13 <표 II-1.9> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 14 <표 II-1.10> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 14 <표 II-1.11> 의주 지진 피해 내용 (기상청) 15 <표 II-1.12> 홍성 지진 피해 내용 (기상청) 15 <표 II-1.13> 속리산 지진 피해 내용 (기상청) 16 <표 II-2.1> 한반도 발생 역사지진의 규모 (2~1904년 사이) 18 <표 II-3.1> 해외 지진 피해사례 20 <표 II-3.2> 중국 쓰촨성 지진 피해 내용 22 <표 II-3.3> 일본 니가타 지진 피해 내용 23 <표 II-3.4> 일본 노토 지진 피해 내용 24 <표 II-3.5> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 25 <표 II-3.6> 대만 지진 피해 내용 25 <표 II-3.7> 인도네시아 자바 지진 피해 내용 26 <표 II-3.8> 일본 후쿠오카 지진 피해 내용 27 <표 II-3.9> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 28 <표 II-3.10> 일본 니가타 지진 피해 내용 29 <표 II-3.11> 대만 지지 지진 피해 내용 30 <표 II-3.12> 일본 고베 대지진 피해 내용 31 <표 II-3.13> 미국 노스릿지 지진 피해 내용 32 <표 II-3.14> 미국 로마 피에르타 지진 피해 내용 33
<표 II-3.15> 멕시코 지진 피해 내용 34 <표 II-3.16> 미국 엘 센트로 지진 피해 내용 35 <표 III-2.1> 가속도센서와 기록시스템 표준화 사양 (안) 47 <표 IV-2.1> 지진구역계수 (재현기간 476년에 해당) 59 <표 IV-2.2> 지진구역계수 (재현기간 500년에 해당) 60 <표 IV-2.3> 위험도계수 60 <표 IV-2.4> 단주기 설계스펙트럼 가속도 61 <표 IV-2.5> 단주기 설계스펙트럼 가속도 61 <표 IV-2.6> 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 의 내진관련 주요 개정 내용 63 <표 IV-2.7> 건축법시행령 에 나타난 내진설계 대상 64 <표 IV-3.1> 지진구역계수 (재현주기 500년에 해당) 69 <표 IV-3.2> 위험도계수 70 <표 IV-3.3> 도로교의 내진등급과 설계지진 70 <표 IV-3.4> 응답수정계수 R 71 <표 IV-4.1> 국내 원전부지별 설계지진값(최대지반가속도) 결정 85 <표 IV-4.2> 방사선 비상등급별 대응조치 98 <표 IV-5.1> 국내 지반분류 방법 106 <표 IV-5.2> 지반종류별 평균 기반암 깊이, 전단파속도 및 지반의 고유주기 비교 107 <표 V-3.1> DB 구축현황 129
그 림 목 차 <그림 I-3.1> 판의 충돌에 의한 지진 발생 양상 2 <그림 I-3.2> 지진발생 회수의 분석 (소방방재청 2005) 3 <그림 I-3.3> 지진방재 종합대책 체계 (소방방재청 2005) 5 <그림 I-3.4> IT기반 지진대응 시스템 개념도 (김재관 2005) 6 <그림 I-3.5> IT 기반 모니터링 시스템 개념도 6 <그림 I-3.6> 지진피해 평가 및 대응 프로그램 (FEMA) 7 <그림 I-3.7> 지진피해 관련 R&D 및 실험인프라 (KOCED) 7 <그림 II-1.1> 한반도 역대 주요 지진 진도표 10 <그림 II-2.1> 한반도에서 발생한 역사지진 (2~1904년 사이) 17 <그림 II-2.2> 한반도에서 발생한 역사지진 (1905~현재) 18 <그림 II-2.3> 삼국사기에 있는 역사지진 기록 19 <그림 III-1.1> 지진관측망 구축 개념도 38 <그림 III-1.2> 국내 속도계 지진관측소 분포도 39 <그림 III-2.1> 국내 지반 가속도 계측을 위한 가속도 관측소 분포 45 <그림 IV-2.1> 표준 설계응답스펙트럼(5% 감쇠비) 60 <그림 IV-2.2> 표준 설계응답스펙트럼 62 <그림 IV-4.1> 표준설계지반응답스펙트럼(최대수평지반가속도 1g에 맞춘 응답스펙트럼) 85 <그림 IV-4.2> 원전의 내진안전성 확보 절차 87 <그림 IV-4.3> 원전의 내진설계 절차 88 <그림 IV-4.4> 지진발생시 원전 대응절차 98 <그림 IV-5.1> 재현주기별 국내 지진위험도 분포도 101 <그림 IV-5.2> 경주지역 전단파속도 주상도 지도 및 단주기 영역 증폭계수 103 <그림 IV-5.3> 지반 증폭 현상 105 <그림 IV-5.4> ROSRINE 현장 지반의 전단파속도 주상도 107 <그림 IV-5.5> 국내 지반과 ROSRINE 현장 지반의 고유주기 비교 107 <그림 IV-5.6> 지진응답해석 결과와 설계응답스펙트럼과의 비교 109
<그림 IV-5.7> 국내 대표 기관의 지진 관측소 현황 111 <그림 IV-5.8> 인천 국제공항 Downhole Seismic Array 관측소 111 <그림 V-1.1> 지진조기경보 시스템 개요 116 <그림 V-1.2> 일본의 지진경보계 설치현황 116 <그림 V-2.1> HAZUS의 분석단계별 모듈 123 <그림 V-2.2> DIS의 구성 흐름도 125 <그림 V-3.1> 지진재해 신속대응시스템의 개념 128 <그림 V-3.2> 지능형 지진재해 대응시스템 130 <그림 V-3.3> 피해예측 모델 고도화 130 <그림 V-3.4> 2차 피해 및 핵심시설 피해예측 131
요 약 문 이 연구의 목적은 우리나라에서의 지진재해 저감 및 관리 대책의 현황과 문제점을 분석하고, 이에 대한 개선 방안을 제시하는 것이다. 이를 위해 연구는 다음 사항들을 중심으로 진행하였다. 국내외 주요 지진재해의 분석 지진관측 시스템, 지진 위험도평가 및 조기경보 시스템 - 지진 관측망 및 조기경보 시스템 - 지진 가속도 관측시설 구축 및 운영 - 지진 위험도 평가 내진설계 기술 및 기준 - 성능기반 내진설계 기술 및 기준 - 시설물별의 내진 설계기준 : 건축물, 교량, 원전구조물, 지반 지 중구조물 지진재해 관련 제도적 사항 - 지진재해 관련 법적/제도적 문제점 - 법적/제도적 개선 사항 지진재해 저감 및 관리 - 지진재해 저감 및 관리 기술 - 해외 지진재해 저감 및 관리 활동 - 국내 지진재해 저감 및 관리 활동 - 지진재해 비상대응대책 i
Abstract This study is to review the current status of the earthquake disaster mitigation and management methodologies and policy in Korea and to develop suggestions for future improvement. The following items have been studied and reported. Review of recent major earthquake disasters in Korea and abroad. Earthquake observation, hazard assessment, and early warning systems - Network for earthquake observation and early warning system - Construction and management of earthquake accelerometer observation facilities - Assessment methods for seismic hazard Seismic design methodologies and codes - Performance-based seismic design methodologies - Current seismic design codes : buildings, bridges, nuclear power plant, and foundation Institutional issues for earthquake disasters - Earthquake disaster related legal/institutional issues - Improvement of legal/institutional issues Earthquake disaster mitigation and management - Earthquake disaster mitigation and management methodologies - Earthquake disaster mitigation activities in foreign countries - Earthquake disaster mitigation activities in Korea - Emergency action plans against earthquake disaster ii
서 론 1장 1. 연구목표 이 연구의 목표는 우리나라에서 발생 가능성이 증가하고 있는 지진으로 인한 재해의 저감 및 관리대책의 현황 및 문제점을 분석하고, 이에 대한 개선 방안 을 제시하고자 하는 것이다. 2. 연구내용 이 보고서에서 다루는 연구의 내용은 지진재해와 관련하여 국내에서 현재 준 비되고 있는 현황을 검토하고 아래 사항들에 대한 개선 및 보완 방안을 제시하 는 것이다. 그리고 개선 및 보완 방안을 정리하여 차후 국가와 학계가 준비하 고 연구하여야 할 기본적인 사항들과 방향에 대해 제언을 하는 것이다. 지진재해 저감 및 대응 대책 방안 검토 - 국내외에서 진행된 지진재해 저감을 위한 연구와 적용방안 등을 검토 - 지진피해 예측 및 위험성 평가 프로그램의 개발 - 지진재해 네트워크에 의한 예측 방안 검토 - 지진재해 구난 및 대응 대처 방안 제시 국내외 주요 지진재해 자료의 검토 지진재해 관리시스템 개선 방안 제1장 서 론 1
- 지진 관측 및 통보와 관련된 경보 시스템 현황 - 지진위험도 평가방법의 개선 방안 제시 내진설계기준 검토 및 개선 방안 - 시설물별(교량, 건축물, 원자력구조물, 지반 등)의 내진설계기준 검토 - 성능기반 내진설계기준 정립으로의 필요성 및 타당성 검토 및 제시 지진재해 관련 제도적 보완 방안 - 내진설계기준을 중심으로 지진재해 관련 법적/제도적 문제점 검토 - 법적/제도적 개선 사항 제시 3. 연구의 배경 및 필요성 최근 중국 쓰촨성 지진을 포함하여 세계 곳곳에서 대규모 지진피해가 발생하 고 있다. 이러한 지진의 피해는 태풍, 호우 등 풍수해와는 달리 사전 예측이 불 가능하며, 피해가 광범위한 지역에 걸쳐 발생하고 있다. 그러나 우리나라는 <그 림 I-3.1>과 같이 중국, 러시아, 영국 등을 포함하는 유라시아판의 동쪽 가장자 리 내륙에 속하고 있어 지진 안전지대라는 사회적 통념이 보편적으로 퍼져 있 기 때문에 지진피해의 심각성과 이를 방지하기 위한 지진방재에 대한 인식, 사 회적 시스템, 제도적 보완이 제대로 이루어져 오지 못하였다. 유라시아판 필리핀판 태평양판 인도판 <그림 I-3.1> 판의 충돌에 의한 지진 발생 양상 2 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
<그림 I-3.2>에서 보듯이 비록 국내와 인접국가에서 국내에 영향을 미치는 지진의 발생빈도가 최근 증가하고 있기는 하지만, 일반 국민이 느낄 수 있는 유감지진의 횟수는 크게 변하지 않고 있기 때문에 이러한 사회적 통념이 크게 변화하지 않는 요인이 되고 있음을 알 수 있다. 그러나 2005년 3월 20일 일본 후쿠오카 북서쪽 해역에서 규모 7.0의 지진이 발생하였으며, 그 진동이 부산, 울산 등 우리나라 일부 지역에 진도 Ⅲ Ⅴ 정도로 감지되어 다수의 국민들을 불안하게 하였다. 특히 후쿠오카 지역은 일본 내에서도 판의 경계에서 약간 떨 어져 있어 수백년간 중소규모의 지진만 발생하는 등 우리나라와 비슷한 지진발 생 경향을 보이던 곳이었는데도 불구하고 규모 7.0의 지진이 발생하였다. 따라 서 이와 비슷한 여건인 우리나라에서도 대규모 지진발생 가능성이 있음을 예시 한 지진이라는 의견이 크게 대두되고 있다. <그림 I-3.2> 지진발생 회수의 분석 (소방방재청 2005) 또한 최근 한반도 부근에서 발생한 대형인명피해를 수반한 대규모 지진들은 우리의 지진방재체제를 되짚어보게 하고 있으며, 우리나라 동남쪽 인근지역에 서 지진이 발생하여 동해안 및 남해안도 지진해일피해 위험지역이 될 수 있어 내륙지역뿐만 아니라 해안지역도 더 이상 지진안전지대가 아니라는 전문가들의 인식 확산되고 있다. 따라서 일본, 미국, 대만, 중국 등과 같이 큰 규모의 지진 이 자주 발생하는 지역이라기보다는, 중 소규모의 판내부 지진이 발생하는 매 카니즘적 특성을 가지고 있는 지역인 우리나라의 특성에 맞는 차별성 있는 지 진재해 방지대책의 수립이 필요하다. 우리나라에서는 미국의 내진설계 기준에 따라 설계된 원자력발전소가 1972년 제1장 서 론 3
에 건설되기 시작한 이래 건축물의 내진설계 규정이 마련된 1988년에 이르러 본격적으로 시설물에 대한 내진설계가 실시되고 있다. 그러나 우리나라 지진재 해 방재를 위한 대책은 재난관련 법률에서 지진방재대책 업무와 제도의 개선을 중심으로 부분적으로 다루어 왔다. 대표적인 법률은 재난 및 안전관리기본 법 (1995.12.6)과 자연재해대책법 이다. 그리고 이들 법률에 제한적으로 규 정되었던 지진방재 관련 내용을 보완하여 별도의 대책법으로 지진재해대책 법 (2008.3.28 제정 법률 제9001호)이 공포되었다. 재난 및 안전관리기본법 (1995.12.6)은 고베지진 이후 개정 및 법제화된 것으 로, 그 내용은 자연재해, 인적재난, 사회적재난으로부터 국민의 생명과 재산을 보호 하기 위한 재난관련 기본법이다. 안전관리기구 및 기능, 안전관리계획, 재난의 예방, 응급대책, 긴급구조, 특별재난지역 선포 및 복구, 재정 및 보상 등의 관련사항을 규 정하고 있다. 그러나 지진관련사항은 지진재해경감대책, 내진설계기준 설정, 지진관 측의 통지 등 3개 조항에 제한되었다. 이에 비해 자연재해대책법 은 자연재해 (태풍, 홍수, 호우, 폭풍, 해일, 폭설, 가뭄, 지진, 적조) 등 자연현상으로 인한 재난 으로부터 국민의 생명 신체 및 재산과 주요 기간시설 보호를 위한 자연재해관련 대 책법률로 자연재해 예방을 위한 사전재해영향성 검토하며, 자연재해 위험지구지정 정비, 비상대처계획 수립 등 재해원인별 예방관련 사항과 재해발생 후 복구 및 그 밖의 대책관련 사항을 규정하고 있다. 그리고 이들 법규들을 바탕으로 2005년 5월 지진방재종합개선기획단을 발족하여 지진재해대책법 으로 최근 정비가 되었다. 지진재해대책법 (2008.3.28)은 자연재해대책법 의 한 분야로 제정되었 으며, 기존 자연재해대책법 3장의 지진관련 조항을 삭제하고 이를 지진 재해대책법 으로 대체한 것이다. 주요 내용으로 다음 사항들을 포함하고 있다. 지진재해경감을 위한 국가와 재난관리책임기관의 책무 지진 및 지진해일 관측망 종합계획과 관측시설 표준화 주요시설물 지진거동 특성 계측 지진관측기관협의회 구성 지진해일위험지도 제작 활용 지진위험지도 제작 활용 지질 지반조사 자료 축적 및 관리 기존시설물 내진보강기본계획 수립 및 내진보강 추진 자연재난 안전대책본부와 종합상황실 내진대책 4 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
지진재해대응체계 구축 지진재해 원인조사 및 피해조사단 구성 운영 피해시설물 위험도 평가 지진재해경감 연구 및 기술 개발 활성단층 조사 연구 및 활성단층 지도 작성 지진재해대응시스템 구축 운영 <그림 I-3.3> 지진방재 종합대책 체계 (소방방재청 2005) <그림 I-3.3>은 이러한 지진방재대책의 개념적 체계를 나타낸 것으로 크게 제도 정비 예방 및 대비 대응 및 복구 로 구분하여 종합적으로 지진이 발생할 경우를 대비한 방재체계를 구축하고자 한 것이다. 그러나 2008년 3월에 공포된 지진재해대책법 도 법에 의해 지진과 지진해 일로 인한 재해를 방지하기 위한 관측, 예방, 대비 및 대응, 연구 및 기술개발 등의 필요한 사항들을 나열하고 있지만, 지진 및 지진해일로 인해 발생할 수 있는 재난을 방지하기 위한 구체적인 세부사항들은 아직 제대로 정비되지 못한 실태이다. 그리고 빠르게 변하고 있는 기술의 발전과 미래 지향적인 방재체계 의 구축에 대한 비전을 제시하는 데에는 아직 부족함이 있는 것으로 보인다. 지진재해 방재대책은 개별적인 연구 보다는 국가적 차원에서의 관리가 필요 한 분야로서, 지진으로 초래될 수 있는 물리적 피해 및 사회경제적 피해 등을 총체적으로 고려하여 피해를 최소화할 수 있도록 되어야 한다. 이를 위하여서 는 다음과 같은 정부차원의 다각도 관리 및 노력이 필요하다. 제1장 서 론 5
<그림 I-3.4>과 <그림 I-3.5>에 제시된 것과 같은 IT기술과의 융합을 통한 지진대응 시스템을 개발 <그림 I-3.6>과 같은 주요 국가시설망과 인구밀집 지역등과 같이 피해의 영향 혹은 피해액이 클 것으로 예상되는 지역에 대해 우선적으로 시나리 오에 따른 지진피해 평가법 및 대응 방안을 개발 <그림 I-3.7>과 같은 관련되는 R&D의 개발과 실험인프라를 구축 IT Intelligent 지진 대응 시스템 IT 관측망 (가속도계) 계 ) 지진피해평가시스템 IT Intelligent 대응 조치 결정/조정 시스템 (AI) 지진규모 발생위치 지진세기분포 명령 전달 IT 실시간 IT 감시망 2차피해발생 구조진행상황 피해복구상황 경보 대피 구조 복구 IT <그림 I-3.4> IT기반 지진대응 시스템 개념도 (김재관 2005) Elasto-magnetic Sensor Sensors on Tower (e.g., anemometer, accelerometer, thermometers, etc.) Wireless Sensors on Cable (e.g., accelerom eter s, cable stress sensor, AE sensor, etc.) Smart Damper GPS Sensor Imaging Sensors (e.g., video camera) Advanced Sensors (e.g., laser vibrometer, vidoegrammetry sensor) Active Structural Control Devi ce Damper for Cable Vibration Control Fiber Optic Sensor Weight-In-Motion (WIM) Sensor Sensor Networks on Bridge Deck Semi-active Damper Advanced Materials for Bridge Deck (e.g., FRP composites, self-repair/healing materials) Base Isolation Bearings Vibration Isolation Remote Structural Health Monitoring System <그림 I-3.5> IT 기반 모니터링 시스템 개념도 6 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
<그림 I-3.6> 지진피해 평가 및 대응 프로그램 (FEMA) <그림 I-3.7> 지진피해 관련 R&D 및 실험인프라 (KOCED) 제1장 서 론 7
국내외 주요 지진재해 발생 현황 2장 최근 쓰촨성지진(중국 2008), 후쿠오카지진(일본 2005), 치치지진(대만 1999), 고베지진(일본 1995) 등의 큰 피해를 입힌 지진들이 한반도를 중심으로 주변 국 가들에서 발생하였다. 이러한 지진들은 대도시를 일시에 파괴시키고 국가의 경 제를 마비시켰으며 주위의 많은 사람들에게 지진에 대한 공포심을 불러일으키 기에 충분하였다. 한반도는 유라시아판 내부에 위치하고 있어 비교적 지진에 대 해 안전하다고 여겨져 왔으나 이러한 일련의 지진피해들을 접하면서 지진에 대 한 국민적 관심과 우려가 증대되었다. 그리고 한반도도 역사지진 기록에 의하면 총 1,800여회의 지진이 발생하였으며, 그중 상당한 피해를 가져온 지진들만도 평균 50년 빈도로 발생하여 왔음을 알 수 있다. 따라서 비록 현대에는 한반도에 큰 지진이 없었으나 세계 어느 지역도 지진에서 절대적으로 안전할 수 었으며, 확률은 작지만 그러한 지진이 한반도에 발생하였을 때 예상되는 피해는 상상을 초월하는 것이기 때문에 이에 대한 적절한 대비가 절실히 필요하다. 따라서 과 학적이고 합리적인 방법에 의해 우리나라의 지진위험도를 가능한 한 정확하게 평가하고, 예상되는 지진하중의 수준에 대하여 우리나라의 각종 시설물과 구조 물이 적절한 내진 안전성을 유지할 수 있으며, 지진시나 경과후 신속하게 본래 의 기능을 회복할 수 있도록 지진후대응시스템을 구축하여야 할 것이다. 1. 국내 주요 지진재해 국내에서 1978년 이후 최근에 발생한 지진들의 지진피해 사례를 중심으로 기 상청 자료를 사용하여 <표 II-1.1>에 정리하였다. 최근 기록을 정리한 <표 II-1.1>에서 우리나라에 발생하는 지진들은 지진재해가 큰 해외 국가들에 비해 규모가 작은 5.0 전후의 중 약진 지역임을 확인할 수 있다. 그리고 지진의 발생 8 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
은 한반도 전체에 골고루 분포하고 있으며 지진동이 심하지 않았기 때문에 경 미한 손상 정도만 발생하였다. 그러나 1978년 홍성지진은 지진에 대한 사회적 인 경각심을 불러일으켰으며, 1996년 영월지진, 1997년 경주지진을 겪으면서 주 요 시설물들에 대한 내진설계의 중요성이 크게 인식되어 국내 주요 구조물들에 대한 내진설계기준이 크게 강화되는 계기가 되었다. 그리고 이러한 배경 하에 현재에도 각 구조물별 내진설계기준이 지속적으로 개선되고 있다. 지 진 명 발생일 진앙위치 규모 피 해 규 모 오대산 지진 2007. 1.20 울진 해역 지진 2004. 5.29 백령도 해역 지진 2003. 3.30 홍도 해역 지진 2003. 3.23 경주 해역 지진 1997. 6.26 영월 지진 1996.12.13 홍도 해역 지진 1994. 7.26 울진 해역 지진 1982. 3. 1 포항 해역 지진 1981. 4.15 의주 지진 1980. 1. 8 강원 평창군 도암면-진부면 경계지역 경북 울진 동쪽 약 80km 해역 인천 백령도 서남서쪽 약 80km 해역 전남 홍도 북서쪽 약 50km 해역 경남 경주 남동쪽 약 9km 지역 강원 영월 동쪽 약 20km 지역 전남 홍도 서북서쪽 100km 해역 경북 울진 북동쪽 약 45km 해역 경북 포항 동쪽 약 65km 해역 평북 서부 의주-삭주-귀성 지역 4.8 5.2 건물이 심하게 흔들림 일부 가구 및 유리창 파손 건물이 심하게 흔들림 모든 사람이 진동을 느끼고 대피한 곳 이 있음 5.0 건물 및 창문이 심하게 흔들림 4.9 건물 및 창문이 심하게 흔들림 4.2 건물 및 창문이 심하게 흔들림 4.5 4.9 4.7 4.8 홍성 지진 1978.10. 7 충남 홍성읍 5.0 속리산 지진 1978. 9.16 <표 II-1.1> 국내 지진 피해사례 충북 속리산 부근 지역 진앙이 내륙이고 진원의 깊이가 낮아 지진의 감지번위가 넓음 건물이 심하게 흔들림 2층 건물, 지하보일러실 내벽 등 10여 곳에 균열 발생 건물 및 창문이 심하게 흔들림 신축한지 3년 된 4층 건물 외벽이 갈라 짐 건물 및 창문이 심하게 흔들림 기왓장이 떨어짐 건물 및 창문이 심하게 흔들림 선반의 물건이 떨어짐 5.3 서울 : 일부 민감한 사람이 진동을 느낌 부상자 : 2명 기타 : 건물파손 118동, 건물균열 1000여 개소, 성곽붕괴 90m, 일시정전 전화불통 5.2 건물 및 창문이 심하게 흔들림 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 9
<그림 II-1.1> 한반도 역대 주요 지진 진도표 1.1 오대산 지진재해 가장 최근에 국내에서 발생한 규모가 상대적으로 큰 오대산 지진에 대한 피 해사례를 <표 II-1.2>에 정리하였다. 발생일 2007년 1월 20일. <표 II-1.2> 오대산 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 강원 평창군 도암면-진부면 경계지역 지진규모 4.8 피해내용 강릉, 평창: 거의 모든 사람이 느낌. 건물이 심하게 흔들리고, 액자가 떨어 짐. 장식장 물건 파손, 일부 가구 및 유리창 파손, 식탁의 그릇이 떨어짐. 속초: 창문이 많이 흔들림. 춘천: 2초 정도의 진동을 느낌, 건물 이 흔들림. 원주, 태백, 삼척: 건물 전체가 흔들리 고 모니터가 흔들림. 영월: 영월 기상대에서 5초 정도 진동 을 감지, 건물이 흔들림. 10 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
1.2 울진 해역 지진재해 2004년 경북 울진 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.3>에 정리하였다. 발생일 2004년 5월 29일. <표 II-1.3> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경북 울진 동쪽 약 80km 해역. 지진규모 5.2 피해내용 울진: 건물이 심하게 흔들림, 거의 모 든 사람이 진동을 느끼고 대피한 곳이 있음. 삼척, 태백, 포항: 건물이 흔들림(5층 아파트, 낮은 주택), 사람이 진동을 느 껴 울렁거림. 안동: 건물과 바닥이 심하게 흔들림 대구, 의성: 건물과 창문, 집기가 흔들 림, 액자가 떨어짐, 서 있는 사람이 진 동을 느낌. 1.3 백령도 해역 지진재해 2003년 백령도 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.4>에 정리하였다. 발생일 2003년 3월 30일. <표 II-1.4> 백령도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 인천광역시 백령도 서남서쪽 약 80km 해역. 지진규모 5.0 피해내용 백령도: 창문이 심하게 흔들림. 영종도: 건물이 흔들림. 인천 영종도 공 항의 책상 및 컴퓨터 모니터가 흔들림. 서울, 대전: 창문과 침대가 흔들림. 광주, 전주: 창문과 집이 약간 흔들림. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 11
1.4 홍도 해역 지진재해 2003년과 1994년 홍도 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.5>와 <표 II-1.6>에 각각 정리하였다. 발생일 2003년 3월 23일. <표 II-1.5> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 전남 홍도 북서쪽 약 50km 해역. 지진규모 4.9 피해내용 흑산도: 창문과 바닥이 흔들리는 정도 의 진동을 느낌. 목포: 시내 일원에서 창문과 건물이 흔 들리고 방바닥이 쿵쿵거림. 광주: 광주 및 화순 지역에서 땅이 흔 들리고 창문이 심하게 흔들림. 여수: 여수기상대 사무실내의 장비가 약간 흔들림. 서울, 인천: 창문이 흔들리고 건물 안의 물건이 약간 흔들리는 진동을 느낌. 발생일 1994년 7월 26일. <표 II-1.6> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 전남 홍도 서북서쪽 100km 해역. 지진규모 4.9 피해내용 광주: 창문이 흔들림. 고층아파트의 약 한 진동으로 일부 시민들이 잠을 깸. 완도: 건물이 2회 흔들림. 읍내 여관 5 층에서 화병이 넘어졌음. 목포, 여수: 창문이 많이 흔들림. 아파트 가 심하게 흔들려 잠이 깬 주민들이 밖 으로 나왔으며, 의자가 흔들림. 군산: 창문이 흔들릴 정도의 진동으로 일부 시민들이 잠에서 깸. 위도 주민의 지진확인 전화가 빈발함. 산에서 갑자기 꿩들이 놀라는 소리를 들은 후 진동현 상을 느낌. 신축한지 3년 된 4층 건물 외벽(붉은 벽돌)이 갈라졌음. 전주: 기상대안의 의자가 약하게 흔들림. 고층아파트에서는 침대가 흔들림. 12 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
1.5 경주 해역 지진재해 1997년 경남 경주 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.7>에 정리하였다. 발생일 1997년 6월 26일. <표 II-1.7> 경주 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경남 경주 남동쪽 약 9km 지역. 지진규모 4.2 피해내용 경주: 호텔 건물이 흔들려 투숙객 대피 밀양: 집 전체가 흔들림. 잠을 자다 방 바닥이 흔들림을 느낌. 구미: 건물이 흔들림. 경산: 아파트가 심하게 흔들림. 대전: 창문, 방바닥, 집이 흔들림. 잠자다 깸. 청주: 침대가 흔들림을 느낌. 추풍령: 잠자다 깸. 1.6 영월 지진재해 1996년 강원 영월 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.8>에 정리하였다. 발생일 1996년 12월 13일. <표 II-1.8> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 강원 영월 동쪽 약 20km 지역. 지진규모 4.5 피해내용 진앙이 내륙이고 진원의 깊이가 낮아 제 주를 포함한 한반도 전역에서 진동을 느 꼈음. 영월: 창문과 장롱이 심하게 흔들리고 선반에 놓인 그릇이 떨어짐. 정선: 2층 건물, 지하보일러실 내벽 등 10여 곳에 균열이 생기고 건물 외벽 타 일 일부가 떨어져 나가는 피해와 예미 리 일부 가옥에서는 담장이 무너지는 피해가 있었음. 춘천, 강릉, 홍천, 인제, 울진, 울산: 건 물이 크게 흔들림. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 13
1.7 울진 해역 지진재해 1982년 경북 울진 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.9>에 정리하였다. 발생일 1982년 3월 1일. <표 II-1.9> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경북 울진 북동쪽 약 45km 해역. 지진규모 4.7 피해내용 울진, 삼천: 유리창이 소리를 내며 떨 리고 집이 파도에 요동치듯 흔들렸음. 그릇의 물이 출렁임. 기왓장이 떨어짐. 대구, 포항: 잠에서 깰 정도의 진동을 느 꼈음. 서울: 일부 고층아파트에서는 흔들려서 잠자리에서 깬 사람이 있었음. 1.8 포항 해역 지진재해 1981년 경북 포항 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.10>에 정리하였다. 발생일 1981년 4월 15일. <표 II-1.10> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경북 포항 동쪽 약 65km 해역. 지진규모 4.8 피해내용 포항: 건물이 마치 기우는 듯하고 형광 등이 흔들려 사람이 놀라 집밖으로 대 피하였으며, 아파트 및 백화점 선반의 물건이 떨어짐. 포항 북쪽 약 20km 지 역에서 블록벽에 금이 갔다는 보고도 있었음. 부산: 대형건물이 심하게 흔들려 건물 속 의 사람이 일시 대피하는 소동이 있었음. 김해: 건물이 흔들려 기상청 직원이 현 기증을 느꼈음. 서울: 여의도, 마포의 고층건물에서 일 부 느꼈음. 14 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
1.9 의주 지진재해 1980년 평북 서부 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.11>에 정리하였다. 발생일 1980년 1월 8일. <표 II-1.11> 의주 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 평북 서부 의주-삭주-귀성지역. 지진규모 5.3 피해내용 서울: 일부 민감한 사람이 진동을 느꼈음. 1.10 홍성 지진재해 1978년 충남 홍성 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.12>에 정리하였다. 발생일 1978년 10월 7일. <표 II-1.12> 홍성 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 충남 홍성읍. 지진규모 5.0 피해내용 부상자: 2명. 기 타: 건물파손 118동, 건물균열 1000 여 개소, 성곽붕괴 90m, 일시정전 및 전화불통, 지면에 폭 1cm, 길이 5-10cm 정도의 균열, 총 피해액은 199,955천원 이며 복구 소요액은 약 4억원. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 15
1.11 속리산 지진재해 1978년 충북 속리산 부근 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.13>에 정리하 였다. 발생일 1978년 9월 16일. <표 II-1.13> 속리산 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 충북 속리산 부근. 지진규모 5.2 피해내용 서울: 일부 아파트와 대부분의 창문이 흔들려 잠에서 깬 사람이 많았음. 대구: 문짝과 집기가 흔들림. 잠에서 깬 사람이 많았음(우르릉 꽝하는 굉음). 대전: 집이 흔들리고 잠자던 주민이 깸. 제천: 그릇의 물이 출렁거림. 여수: 유리창이 흔들림. 2. 한반도 역사지진의 피해 과거 우리나라에 지진이 있었던 사실은 여러 가지 역사 기록과 금세기 초반 부터 이루어진 지진 관측 자료로부터 확인되고 있다. 지금까지 밝혀진 역사 기 록상의 유감 지진은 약 1,800회에 달한다. 특히 이들 지진 중에서도 인명 및 재 산 피해를 수반한 MMI 진도 7이상의 피해 지진은 과거 2,000년 동안 약 40회 이상 있었던 것으로 나타나고 있다. 우리나라의 설계지반 운동의 세기 수준인 0.10g에서 0.15g는 MMI 진도 7에 속한다고 판단된다. MMI 진도 7은 다음과 같이 기술되고 있다. 모든 사람들이 집밖으로 달려 나간다. 잘 설계되고 시공 된 건물에는 경미한 피해가 발생하고 비교적 좋게 시공된 일반 구조물의 경우 에는 약간의 피해가 발생하고, 불량하게 시공되었거나 좋지 않게 설계된 구조 물의 경우에는 심각한 피해가 초래되며 굴뚝이 파괴될 것이다. 차량을 운전하 는 사람도 지진을 감지할 정도이다. 삼국사기를 비롯한 역사문헌에서는 MMI 진도 5 이상 지진이 약 400회 이상 16 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
기록되어 있다. 그중 인명과 재산피해를 일으킨 지진은 약 45회 이상으로 횟수 로 따지면 평균 50년마다 한번씩 피해지진이 발생한 샘이다. 조선왕조실록에도 지진발생 및 피해사례가 많이 수록되어 있다. 조선왕조실록은 그 기록의 정확 성과 철저함에 있어서 세계적으로 유례를 찾아보기 어렵다고 한다. 이러한 역 사기록을 분석한 연구결과로부터 우리나라에서는 지진이 자주 발생하지는 않지 만, 드물게 큰 지진이 발생하여 인명 손실과 구조물 피해를 초래할 수 있는 것 으로 지진학계는 결론을 내리고 있다. 금세기에 들어서 시작한 계기지진관측으 로부터 얻은 결과와 금세기에 발생한 일련의 중규모의 지진 (1936년 쌍계사지 진, 1978년 홍성지진) 은 우리나라에 강진 발생가능성이 상존하고 있음을 뒷받 침하고 있다. 2.1 한반도에 발생한 역사지진 (2~1904년) 한반도에서 2~1904년 사이에 발생한 역사지진의 통계는 <그림 II-2.1>과 <표 II-2.1>에 정리한 바와 같다. <그림 II-2.1>을 보면 15~17세기 사이에 MMI 5~ 6 이상의 지진들이 가장 많이 발생하였으며, 신라시대에는 MMI 9에 해당하는 강진도 다수 발생한 것으로 기록이 남아 있음을 확인할 수 있다. 그러나 역사 지진의 경우 기록에 의존하기 때문에 <그림 II-2.1>에 표시된 발생지역은 주로 인구가 밀집되어 거주하던 곳 위주로 되어 있음을 알 수 있다. <그림 II-2.1> 한반도에서 발생한 역사지진 (2~1904년 사이) 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 17
<표 II-2.1> 한반도 발생 역사지진의 규모 (2~1904년 사이) 구 분 횟 수 MMI 5이상 389 MMI 6이상 168 지진피해 보고 45 2.2 한반도에 발생한 역사지진 (1905년~현재) <그림 II-2.2>는 1905년 이후 지진관측이 시작된 이후 발생한 지진의 통계를 보여준다. 1978년~1982년 사이에 총 310회의 지진 활동이 관측되었으며, 규모 3.0 이상의 중급지진이 160회 (연평균 10회), 1978년 홍성지진과 같은 규모 5.0 이상의 지진이 수차례 발생하였다. <그림 II-2.2> 한반도에서 발생한 역사지진 (1905~현재) <그림 II-2.3>은 삼국사기에 기록된 역사지진 피해사례로서, 89년 7월에는 땅 이 흔들려 갈라지고 민옥이 함몰되어 죽은 사람이 많았다 고 기록되었으며, 304년 10월에는 경주의 땅이 흔들려 민옥이 넘어지고 죽은 자가 있었다 고 기 록되어 있다. 18 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
<그림 II-2.3> 삼국사기에 있는 역사지진 기록 3. 해외 주요 지진재해 최근 해외에서 발생한 주요 지진들의 지진피해 사례를 삼성환경연구소의 자 료를 사용하여 <표 II-3.1>에 정리하였다. 해외의 지진들은 그 규모가 국내에서 발생하였던 지진들에 비해 월등하게 크 며 따라서 그 지진에 의한 피해 역시 엄청나다. 최근에 발생한 주요 지진으로 는 중국 쓰촨성에서 발생한 지진으로 규모도 컸지만 인구 밀집지역을 강타하여 엄청난 인적 물적 재산의 피해를 가져왔다. 최근에 발생한 해외 지진들 중에서 1994년 미국 노스릿지 지진과 1995년 일 본 효고현 남부 고베지진은 그동안 고려되어 왔던 내진설계의 기준을 크게 변 화시키는 계기가 되었으며, 2005년 일본 후쿠오카 지진은 일본에서도 그동안 지진이 크게 발생하지 않던 지역이면서 한반도에 근접한 후쿠오카에 큰 지진이 발생함으로 인하여 우리나라 국민들에게 지진 발생의 위험성을 경고한 예가 되 었다. 그리고 다소 오래되었지만 1940년 엘센트로 지진, 멕시코 지진, 그리고 1989 년 로마 피에르타 지진의 지진동 기록은 서로 다른 특성으로 지진해석 및 내진 설계에서 주요 지진기록으로 고려되고 있다. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 19
<표 II-3.1> 해외 지진 피해사례 지 진 명 발생일 진앙위치 규모 피 해 규 모 중국 쓰촨성 지진 2008. 5.12 원 촨 8.0 사망자: 8만9000명 이상 실종자: 3만2000여명 부상자: 37만명 이상 기 타: 5백36만 채 붕괴, 2천백만 채 파손 일본 주에쓰 오키 지진 2007. 7.16 니가타현 주에쓰, 나가노현 북부 6.8 사망자: 11명 부상자: 2000명 이상 기 타: 870여 채 주택 파손, 3만5000여 세대 가스공급 중단, 원자력 발전소 7기 모두 가동 정지, 3호기 옥외 변압기 화재 발생, 극히 미 량의 방사능 물질 방출 일본 노토 지진 2007. 3.25 노토반도 앞바다 6.9 사망자: 1명 부상자: 700여명 기 타: 350여 채 가옥 파손, 9300여 세대 단 수 및 수백가구 정전, 원자력 발전소 가동 정 지, 노토공항 폐쇄, 이시카와현과 토야마현 철 도노선 운행 일시 중단 인도네시아 수마트라 지진 2007 3. 6 파당 북쪽 50km 6.3 사망자: 70여명 부상자: 200여명 기 타: 수백 채 건물 붕괴 대만 지진 2006.12.26 헝춘 인근 해안 7.1 사망자: 2명 부상자: 47명 기 타: 6개 해저 광케이블 손상 족자카르타 인도네시아 자바 지진 2006. 5.29 남서쪽 25km 6.3 사망자: 2700여명 부상자: 8100여명 기 타: 9000여 채 건물 파손 및 붕괴, 족자카 르타 공항 폐쇄, 교통 통신 두절 일본 후쿠오카 지진 2005. 3.20 후쿠오카 북서쪽 45km 해역 7.0 사망자: 1명 부상자: 675명 기 타: 20여 채 가옥 붕괴 및 2000여 채 파 손, 신칸센 운행 일시 중단 인도네시아 수마트라 지진해일 2004.12.26 인도네시아 수마트라섬 부근 9.1 사망자: 15만 여명 부상자: 2000명 이상 기 타: 물과 음식 부족 및 질병 발생 일본 니가타 지진 2004.10.23 주에쓰 인근 지하 20km 6.8 사망자: 35여명 부상자: 2200여명 기 타: 300여 채 가옥 붕괴 및 6400여 채 파 손, 12만 세대 단수 및 9만5000 세대 정전, 자 동차전용도로 파손 및 이격, 신칸센 열차탈선 20 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
대만 치치 지진 1999. 9.21 대만 중부 7.7 사망자: 2400여명 부상자: 1만여명 실종자: 40여명 기 타: 건물 9900여 채 파손, 교량 댐 등 파손 일본 고베 대지진 1995. 1.16 효고현 남부의 고베시 지역 7.2 사망자: 6300여명 부상자: 2만6804명 기 타: 이재민 약 20만 명, 피해규모 14조 1000억엔 추정, 사회기간시설 파괴, 산업활동 마비 미국 노스릿지 지진 1994. 1.17 LA 서북부 20mile 부근 6.8 사망자: 58명 부상자: 1500여명 기 타: 약 80000~125000채의 건물 붕괴 미국 로마 피에르타 지진 1989.10.17 캘리 포니아주 산타크루즈 산 7.1 사망자: 66명 부상자: 3700 여명 기 타: 1만4000여명 이재민 발생, 11만6882채 의 건물 손상, 상 하수도관, 송전선, 가스관 등에 큰손상 발생 멕시코 지진 1985. 9.19 멕시코 서쪽 태평양안 8.1 사망자: 5000명 부상자: 1만명 기 타: 6000여 채 가옥 파손, 이재민 2만5000 명 이상, 철근콘크리트 빌딩 붕괴 샌디에고 미국 엘 센트로 지진 1940. 5.18 동쪽 145km 6.9 사망자: 8명 부상자: 60명 기 타: 철도 및 교량의 손상 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 21
3.1 중국 쓰촨성 지진재해 2008년 5월 중국 쓰촨성에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.2> 에 정리하였다. <표 II-3.2> 중국 쓰촨성 지진 피해 내용 발생일 2008년 5월 12일. 발생지역 쓰촨성의 성도 청두에서 북서쪽으로 92km 떨어진 원촨지역. 지진규모 7.8로 발표되었으나 중국지진국이 8.0 으로 올림. 피해내용 사망자 : 8만9000명 이상. 실종자 : 3만2000여명. 부상자 : 37만명 이상. 기 타 : 5백36만 채 붕괴, 2천백만 채 파손 등. 현장사진 22 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
3.2 일본 니가타 지진재해 2007년 7월 일본 니가타에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.3> 에 정리하였다. 발생일 2007년 7월 16일. <표 II-3.3> 일본 니가타 지진 피해 내용 발생지역 일본 니가타현 주에쓰 지방과 나가노현 북부 지방. 지진규모 6.8 피해내용 사망자 : 11명. 부상자 : 2000명 이상. 기 타 : 870여 채의 주택 파손, 3 만5000여 세대의 가스공급 중단, 원 자력 발전소 7기 모두 지진 직후 가동 정지, 3호기의 옥외 변압기에 서 화재 발생, 극히 미량의 방사능 물질 방출. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 23
3.3 일본 노토 지진재해 2007년 3월 일본 노토에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.4>에 정리하였다. 발생일 2007년 3월 25일. <표 II-3.4> 일본 노토 지진 피해 내용 발생지역 일본 호쿠리쿠 이시카와현 노토반도 앞바다. 지진규모 6.9 피해내용 사망자 : 1명. 부상자 : 700여명. 기 타 : 350여 채의 가옥 파손, 9300여 세대 단수 및 수백가구 정전, 원자력 발전소 가동 정지, 노토공항 균열로 공항 폐쇄, 이시카와현과 토 야마현의 모든 철도노선 운행 일시 중단. 현장사진 24 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
3.4 인도네시아 수마트라 지진재해 2007년 인도네시아 수마트라 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.5>에 정리 하였다. <표 II-3.5> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 발생일 2007년 3월 6일. 발생지역 인도네시아 수마트라 파당 북쪽 50km 지역. 지진규모 6.3 피해내용 사망자 : 70여명. 부상자 : 200여명. 기 타 : 수백 채의 건물 붕괴. 현장사진 3.5 대만 지진재해 2006년 대만 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.6>에 정리하였다. <표 II-3.6> 대만 지진 피해 내용 발생일 2006년 12월 26일. 발생지역 대만 남단 헝춘 인근 해안. 지진규모 7.1 피해내용 사망자 : 2명. 부상자 : 47명. 기 타 : 6개의 해저 광케이블 크게 손상. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 25
3.6 인도네시아 자바 지진재해 2006년 5월 인도네시아 자바에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.7>에 정리하였다. <표 II-3.7> 인도네시아 자바 지진 피해 내용 발생일 2006년 5월 29일. 발생지역 족자카르타 남서쪽 25km 지역. 지진규모 6.3 피해내용 사망자 : 2700여명. 부상자 : 8100여명. 기 타 : 9000여 채의 건물 파손 및 붕괴, 족자카르타 공항 폐쇄, 교통 통신 두절. 현장사진 26 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
3.7 일본 후쿠오카 지진재해 2005년 3월 일본 후쿠오카 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.8>에 정리하 였다. <표 II-3.8> 일본 후쿠오카 지진 피해 내용 발생일 2005년 3월 20일. 발생지역 후쿠오카 북서쪽 45km 해역. 지진규모 7.0 피해내용 사망자 : 1명. 부상자 : 675명. 기 타 : 20여 채의 가옥 붕괴 및 2000여 채 파손, 신칸센 운행 일시 중단. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 27
3.8 인도네시아 수마트라 지진재해 2004년 12월 인도네시아 수마트라섬 부근 인도양에서 발생한 지진해일로 인 한 피해 내용을 <표 II-3.9>에 정리하였다. <표 II-3.9> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 발생일 2004년 12월 26일. 발생지역 수마트라섬 부근 인도양. 지진규모 9.1 피해내용 사망자 : 15만 여명. 부상자 : 2000명 이상. 기 타 : 물과 음식 부족 및 질병 발 생. 현장사진 28 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
3.9 일본 니가타 지진재해 2004년 10월 일본 니가타에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.10>에 정리하였다. <표 II-3.10> 일본 니가타 지진 피해 내용 발생일 2004년 10월 23일. 발생지역 니가타현 오지야시 인근 주에쓰 지방 지하 20km 지점. 지진규모 6.8 피해내용 사망자 : 35여명. 부상자 : 2200여명. 기 타 : 300여 채의 가옥 붕괴 및 6400여 채 파손, 12만 세대 단수 및 9만5000 세대 정전, 자동차전용도로 파손 및 이격, 신칸센 열차탈선. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 29
3.10 대만 치치 지진재해 1999년 9월 대만 중부에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.11>에 정리하였다. 발생일 1999년 9월 21일. <표 II-3.11> 대만 지지 지진 피해 내용 발생지역 대만 중부. 지진규모 7.7 피해내용 사망자 : 2400여명. 부상자 : 1만 여명. 실종자 : 40여명. 기 타 : 건물 9900여 채 파손, 교 량 댐 등 파손. 현장사진 30 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
3.11 일본 고베 지진재해 1995년 1월 일본 고베시 지역에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.12>에 정리하였다. 발생일 1995년 1월 16일. <표 II-3.12> 일본 고베 대지진 피해 내용 발생지역 간사이 지방 효고현 남부의 고베시. 지진규모 7.2 피해내용 사망자 : 6300여명. 부상자 : 2만 여명. 기 타 : 이재민 약 20만 명, 피해규 모 14조 1000억엔 추정, 사회기간시 설 파괴, 산업활동 마비. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 31
3.12 미국 노스릿지 지진재해 1994년 1월 미국 로스엔젤레스 서북부 20마일 부근에서 발생한 지진으로 인 한 피해 내용을 <표 II-3.13>에 정리하였다. <표 II-3.13> 미국 노스릿지 지진 피해 내용 발생일 1994년 1월 17일. 발생지역 LA 서북부 20마일 부근. 지진규모 6.8 피해내용 사망자 : 58명. 부상자 : 1500여명. 기 타 : 약 80000~125000채 건물 붕괴. 현장사진 32 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
3.13 미국 로마 피에르타 지진재해 1989년 10월 미국 캘리포니아주 산타크루즈산에서 발생한 지진으로 인한 피 해 내용을 <표 II-3.14>에 정리하였다. 발생일 1989년 10월 17일. <표 II-3.14> 미국 로마 피에르타 지진 피해 내용 발생지역 캘리포니아주 산타크루즈산. 지진규모 7.1 피해내용 사망자 : 66명. 부상자 : 3700명. 기 타 : 1만4000여명 이재민 발생, 11만6882채의 건물 손상, 상 하수도 과, 송전선, 가스관 등에 큰손상이 발생. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 33
3.14 멕시코 지진재해 1985년 9월 멕시코 서쪽 태평양 연안에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.15>에 정리하였다. <표 II-3.15> 멕시코 지진 피해 내용 발생일 1985년 9월 19일. 발생지역 멕시코 서쪽 태평양안. 지진규모 8.1 피해내용 사망자 : 5000명. 부상자 : 1만 명. 기 타 : 6000여 채 가옥 파손, 이 재민 2만5000명 이상, 철근콘크리트 빌딩 붕괴. 현장사진 34 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
3.15 미국 엘 센트로 지진재해 1940년 5월 미국 샌디에고 동쪽 145km에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용 을 <표 II-3.16>에 정리하였다. <표 II-3.16> 미국 엘 센트로 지진 피해 내용 발생일 1940년 5월 18일. 발생지역 샌디에고 동쪽 145km. 지진규모 6.9 피해내용 사망자 : 8명. 부상자 : 60명. 기 타 : 철도 및 교량의 손상. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 35
지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 3장 1. 지진 관측 통보 관측망 및 지진조기경보 시스템 지진위험을 최소화할 수 있는 방법은 지진의 발생 위치, 시간 및 규모를 예 측하여 대처하는 것이다. 그러나 지진발생을 단기적으로 예측하는 것은 현재 기술로는 매우 어렵기 때문에 지진 발생 이전에 내진설계를 충실히 하고, 지진 발생 후 그 피해를 최소화 할 수 있는 방안을 강구하는 것이 실용적 접근 방법 일 것이다. 지진발생 후 신속한 지진관측과 조기경보 발령을 통하여 지진피해를 저감하 고자 세계 각 나라에서는 많은 투자와 기술개발을 수행 중에 있다. 지진재해를 많이 경험한 선진국의 경우, 전자통신 기술의 눈부신 발전과 더불어 지진관측 소와 중앙자료센터는 잘 갖추어진 통신망으로 구축될 수 있게 되었다. 이를 바 탕으로 지진 발생 시 큰 지진 피해를 야기 시킬 수 있는 S파가 도착하기 전 에, 먼저 도착하는 작은 에너지의 P파를 감지하여, S파의 도착예상시간과 지진 동 크기를 추정함으로써 조기에 경보를 발령하고자 하는 것이 지진조기경보시 스템(EEWS: Earthquake Early Warning System)의 핵심 원리이다. 이에 대한 연구가 일본, 미국, 대만 등의 나라에서 활발히 진행되고 있으며, 일본 기상청 에서는 이미 2007년 10월 1일부터 일반 대중을 상대로 긴급지진속보 서비스를 실시하기에 이르렀다. 초기 지진파(P파)를 감지하여 신뢰할 수 있는 지진조기경보시스템 구축을 위 해서는 조밀한 지진관측망 구축, 한반도에 적합한 규모 관계식 개발, 지반 종류 에 따른 지진파 증폭 효과 연구 등이 선행 되어야 하며 이를 위하여 국내의 지 진관측망 현황 및 국가 통합지진관측망, 그리고 국내환경에 적합한 지진조기경 36 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
보 시스템 구축 방안에 대하여 차례로 기술하였다. 1.1 지진관측망 현황 국내에서 지진관측망을 운영하는 주요기관으로는 기상청, 한국지질자원연구 원, 한전전력연구원, 한국원자력안전기술원 등이 있다. 이 기관들은 1999년 지 진관측망운영기관 협의회를 구성하여 지진관측시스템 표준화, 지진관측소 신설, 실시간지진관측망 통합 및 자료 공동이용에 대하여 협력하여 왔다. 한국지질자원연구원에서 개발한 실시간 통합지진관측망(KISS: Korea Integrated Seismic System)을 통해 상기 4개 기관은 2002년부터 타 기관의 지진관측 자료를 실시간 공유할 수 있게 됨으로써 지진통보를 담당하는 기상청뿐 아니라 다른 기 관에서도 각자의 관측 목적에 맞게 자료를 활용할 수 있게 되었다. 1.1.1 각 기관별 지진관측 목적 및 관측망 구성 기상청은 지진발생 후 신속하게 지진정보(진앙지, 규모)를 국민에게 통보하는 목적으로 지진관측망을 구축하여 운영하고 있다. 그러므로 기상청의 목적에 적 합한 관측망은 관측소 간격이 일정한 격자망 모습으로 균질한 간격을 유지하는 지진관측망을 구축하는 것이 효과적이다. 한편, 한국지질자원연구원은 국제조약기구(UN)산하 핵실험금지조약기구 (CTBTO)에서 대한민국의 국가지진자료센터(NDC)로 공인되어 핵실험 감시 업 무를 담당하고 있다. 이러한 특수 목적을 위하여 한 지역에 지진계를 여러 대 배열식으로 설치한 원주KSRS 배열식관측소(26개의 시추공관측소로 구성)와 인 프라사운드 배열식관측소 등을 운영하고 있다. 또한, 지진 발생 특성 및 지각 구조 규명 그리고 활성단층 조사 등 지진연구 업무를 수행하기 위하여 지진연 구망을 운영하고 있다. 따라서, 한국지질자원연구원(과거 자원연구소)의 지진관 측소는 지진연구를 위하여 <그림 III-1.1>과 같이 주요 단층지역에 중점적으로 관측소를 설치하여 지진연구를 위한 관측망을 구성하고 있다. 한전전력연구원과 한국원자력안전기술원에서는 원자력발전소의 지진 안전성 을 감시하기위하여 국내 4개 원자력발전소(울진, 월성, 고리, 영광) 내부와 주변 지역 지진관측소를 설치하여 각각 운영 및 지진감시를 하고 있다. 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 37
<그림 III-1.1> 지진관측망 구축 개념도 (출처: 과학기술부 지진재해 대응기술 기획사업, 1997) 1.1.2 국내 지진관측망 구축 현황 국내 주요 지진관측망 운영기관의 지진관측소(속도계) 분포는 <그림 III-1.2> 와 같다. 기상청에서는 전국적인 지진관측을 위하여 속도계(초광대역, 광대역, 단주기)관측소 45개소와 가속도계 관측소 106개소(44개소는 속도계와 연동)를 지방 기상대 부지 내부 또는 인접 지역에 설치하여 운영하고 있으며 기상청의 국가네트워크를 이용하여 모든 관측소의 자료를 실시간 수집하여 분석하고 있 다. 38 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
<그림 III-1.2> 국내 속도계 지진관측소 분포도 한국지질자원연구원 자체 운영 또는 지진연구 대학과 공동 운영되고 있는 지 진연구망 관측소는 2008년 9월 현재 총 37개소로서 속도계(광대역, 단주기) 관 측소는 31개소(가속도계 20개소 연동)이며 공중음파(Infra Sound)와 지진파 배 열식 관측소는 6개소이다. 또한 한전전력연구원은 원자력발전소 부지 내부와 외부에 단주기 속도센서와 가속도센서를 연동한 13개의 관측소를 운영하고 있 으며 한국원자력안전기술원에서는 원자력발전소 지진 안전성 검증을 위하여 4 개 원전 부지 내부에 설치된 광대역속도센서와 가속도센서를 연동한 4개소의 관측소를 운영하고 있다. 실시간 자료전송이 가능한 지진관측소의 자료는 국가 통합지진관측망(KISS) 를 통하여 자료를 공유하고 있으므로 지진관측소의 중복설치를 배재하고 국가 지진관측 인프라를 효율적으로 활용할 수 있도록 구축하였다. 1.2 국가 통합지진관측망(KISS) 운영방안 1999년 기상청, 지질자원(연), 한전전력연구원, 한국원자력안전기술원등 지진 관측망을 운영하는 4개 기관이 지진관측업무 공조를 위하여 지진관측망 운영기 관협의를 결성하였다. 이후 협의회에서는 각 기관을 관측자료를 공동관리하고 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 39
공유하여 자료이용을 효용성을 높이고 관측소 중복설치등을 방지하기 위하여 통합지진관측망을 구축하기로 결정하고 2002년 본격적으로 지진 속도관측소를 중심으로 통함지진관측망을 운영하기 시작하였다. 이 시스템에서는 각 기관의 자료 수집 및 분석를 담담하는 지진분석 전산시스템을 실시간 전용선으로 연결 하여 타기관에서도 자료를 공유하도록 하여 기관 고유 목적에 맞게 활용하도록 하고 있다. 현재 통합지진관측망은 필요성이 증대되어 기상청 지진관측소를 중심으로 총 140여개소의 지진관측소 자료가 하나의 DB로 연계되어 운영되고 있다. 그런데 지질자원(연)의 연구개발 사업의 일환으로 개발된 지진통합네트워크 및 자료 관리 HW/SW가 현재 일부 운영상의 문제점을 보이고 있다. 최초에 개발 적용 한 이후 대폭 증가된 지진관측소 수와 이에 따른 자료전송양의 기하급수적인 증가로 인하여 통신망 및 자료관리 시스템의 대폭적인 확장이 필요하다. 하지 만 이를 위한 국가적인 지원이 이루어지고 있지 않아 현재 상황에서는 제한적 인 자료전송 및 공동 활용이 이루어지고 있다. 2009년도에 실행될 예정인 지진재해대책법 제 18조 2항은 지진 및 지진해일 관측기관협의회는 지진관측 자료를 실시간으로 공유하기 위한 체계를 구축하여 중앙본부장과 지역본부장에게 지진피해지역과 피해정도를 신속히 예측할 수 있 는 입력 자료를 제공하도록 되어 있다. 지진재해 경감을 위하여 소방방재청에 서는 통합지진관측망으로부터 전국 가속도 관측소 자료를 전송 받아 실시간진 동영상((RTICOM)을 운영할 것이다. 이와 같이 통합지진관측망은 지진연구, 기상청의 신속 지진 통보, 그리고 소 방방재청의 신속지진대응체계 구축 등 활용도가 높기 때문에 안정적인 운영이 절대적으로 필요하다. 따라서 국가정책적으로 이에 대한 지원이 필요하다. 여기 에는 현재 지질자원(연)에서 운영중인 통합지진관측망 주 시스템을 기상청, 소 방방재청등에 동일한 체계로 다중화하여 내외부적인 요인에 의하여 시스템 장 애나 통신 네트워크 단절에도 정상적인 기능이 수행될 수 있도록 발전시켜야 할 것이다. 1.3 지진계 설치 위치 개선방안 지진 발생 위치 및 크기 평가 등에 활용되는 전국적인 지진관측망은 지역적 인 부지효과를 제거하여 위하여 기반암의 암반 노두에 설치 되어야 한다. 기반 암에서 관측된 자료는 정확한 지진원 평가, 광역적인 지진파 전파 특성 평가등 40 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
지진 관련연구에 양질의 정보를 제공한다. 이러한 이유로 과거 경제적인 이유 로 일부 토양층에 설치되었던 지진계들도 암반 노두로 이전하는 작업이 진행되 고 있다. 물론 국가의 신속한 지진발생 통보 또는 광역적인 지진학 연구에 필요한 지 진관측소가 아닌 기관의 고유 목적에 따라 설치되는 지진계들은 자료 활용도를 극대화하기 위하여 각 기관에서 위치를 자체적으로 결정해야할 것이다. 예로써 철도공사의 경우에는 철도 선로변을 중심으로 한 위치에서 철도의 지진운동을 정확히 관측할수 있는 지점으로, 가스시설인 경우에는 지진으로 인한 시설물 안전에 가장 취약한 지점등에 지진계를 설치하여야 할 것이다. 최근 들어, 지진활동이 활발한 미국, 멕시코, 일본 및 대만 등지에서 깊이별 지진파를 계측하기 위해, Downhole Seismic Array의 설치가 증가하고 있다. 이 는 현장 및 실내시험에 의하여 쉽게 표현할 수 없는 넓은 범위의 하중조건에 대하여 토층에 의한 감쇠 효과를 분석함으로써 내진 설계에 필요한 지반 동적 물성치를 간접적으로 획득할 수 있으며, 깊이에 따라 지수적으로 감쇠하는 표 면파의 특성에 따라, 인간의 활동에 의한 잡음 등 각종 고주파 잡음의 영향을 적게 받으므로 지표면 관측소에 비해 신뢰성 있는 지진 계측이 가능하다. 국내 에서도 지질자원(연)에서 경북 경주지 효동리 등 7개소가 설치 운영 중이며 인 천 국제공항에서도 이와 같은 시추공형 관측소가 운영중이다. 기상청에서도 울릉도, 강화도등 3~4개 지점에 시추공형 관측소를 설치하였거나 설치 중이며 향후에 더 확대할 예정이다. 현재까지는 일본등에 비하여 Downhole 관측소 설 치가 미미하고 관측 자료의 활용도가 미미한 실정이지만 햫후에는 이러한 방향 으로 관측환경이 개선되어야 할 것이다.. 또한 때에 따라서는 부지효과에 의한 지반 증폭 현상을 평가하고, 실제 지진에 의해 지표면에서 발생하는 피해를 예측하는 지진재해 저감의 공학적인 목적을 위해서는 기반암 및 암반노두에서의 계측자료 뿐 아니라 토사층 및 지표면에도 지진계를 매설하여 지진동을 계측하고 이를 내진설계에 활용할 필요가 있다. 1.4 지진조기경보시스템 구축방안 지진조기경보시스템(EEWS, Earthquake Early Warning System)이란 지진발 생 후 전파되는 초동 P파를 관측하여, S파가 도착하기 전에 대부분의 지진피해 를 주는 S파의 도달시간과 그 크기를 예측하여 조기에 지진경보를 발령함으로 써, 지진피해를 최대한 저감하고자하는 시스템을 말한다. 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 41
이러한 생각은 1989년 일본의 고속철도 신칸센 지진감지시스템인 UrEDA에 최초로 적용되어 실용화 되었으나 이 시스템에서는 일본 주변의 태평양판 섭입 대에서 주로 발생하는 대규모지진의 특성을 이용함으로써 그 기법이 일반화 되 는 데에는 한계가 있었다. 그 후 미국에서 서부 캘리포니아 지역을 대상으로 일반적인 개념으로 확장된 지진조기경보 시스템 적용을 제안 하였다. 일본에 서는 그 후 2000년에 UrEDA 시스템의 기술을 발전시켜서 현대적인 지진조기 경보 기술을 개발하게 되었고 2004년 시범지역 운영 후 2006년에는 전국을 대 상으로 지진조기경보를 적용하는 수준까지 발전하였다. 대만의 경우는 1992년에 지진관측망이 구축되어 지진관측을 시작하였고 1998 년에는 전국적인 지진관측망이 구축되어 실시간 지진분석을 통한 신속지진정보 전파시스템을 개발하기 시작하였으며 2004년부터는 지진조기경보시스템에 관한 연구를 활발히 진행해 오고 있다. 미국의 지진조기경보 기술 개발은 서부 캘리포니아 관측망(CISN)에 대한 시 험 개발을 2006년부터 시작하였으며 3년 계획으로 2009년에는 실시간 지진조기 경보 방법론에 대한 개발과 평가를 목표로 활발한 연구를 수행하고 있다. 지진조기경보(EEW)와 관련하여 미국, 일본, 대만에서 수행되고 있는 최근의 기술현황을 조사해 본 결과 지진조기경보(EEW)의 핵심 항목을 크게 나누면 다 음과 같다. P파에 의한 최초 지진발생 감지 초기 진앙위치 추정. : 단일관측소 또는 다중 관측소 자료 활용 규모 추정 : 초기 P파의 가속도, 속도, 변위에서 규모 추정 진도 추정 : 감쇠식, 지반증폭 고려 경보 기준 : On Site, 규모, 진도에 따른 기준 우리나라에서 국내 환경에 적합한 지진조기경보시스템의 성능 목표와 구축 방안으로서 내륙지진 규모 3.5이상에 대하여 지진 발생 10초 이내에 진앙오차 10km 수준의 조기경보가 가능하려면, 1차적으로 지진관측소(속도, 가속도 포함) 의 평균 간격이 20km 이내로서 국내에서 최소 약 350개에서 400개의 관측소가 필요한 것으로 분석되었다. 또한 지진계측기에서는 자체 지연시간이 없는 실 시간 전송이 필수적으로 구비되어야 할 것이다. 국내 지진 환경에 적합한 지진조기경보시스템 개발을 위해서는, P파를 이용 42 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
한 진앙위치 및 규모 결정에 관한 한반도 관계식 개발이 필수적이며, 보다 신 뢰도 있는 진도 추정을 위한 지반 정보 구축 및 증폭효과 연구가 뒷받침 되어 야 한다. 국내에서는 이미 실시간 지진동표출시스템이 개발되어 운영 중에 있다. 이는 전통적인 진앙위치 결정방법에 의존하지 않고 실시간 지진동 관측을 통하여 지 진계측 진도를 관측 즉시 직관적인 진도도로 표시함으로써, 특히 내륙지진의 경우 진앙지 주변의 최대 진도를 신속하게 파악할 수 있다. 따라서 국내 지진 조기경보시스템은 기존에 구축된 실시간 통합지진관측망(KISS) 그리고 지진동 표출시스템과 접목되면 더욱 효율적으로 개발될 수 있을 것이다. 지진조기경보시스템의 성공적 운영을 위해서는 진앙 위치와 가장 가까운 관 측소가 조밀하게 있을수록 정확하고 빠른 경보를 전파할 수 있다. 일본은 지진 조기경보를 위하여 일본전역에 약 1,000개(일본 기상청 관측소 : 200여 개소, 방 재연구소: 800여 개)개의 지진계를 실시간 사용하고 있으며, 대만도 역시 마찬 가지로 실시간 관측소를 1,000여 개 이상 보유하고 있다. 미국 켈리포니아 지역 은 인구 밀집 지대인 샌프란시스코 등에서는 관측소 간격이 10km 이내 까지 조밀하지만, 사막 지역은 상대적으로 관측소가 적게 분포하여 진앙위치 결정시 속도와 정확도가 낮아지는 약점이 있다. 미국의 캘리포니아관측망은 이런 점을 보완하기 위하여 중장기적 계획을 수립하고 관측망 확충을 하고 있다. 조기경보시스템의 성능목표를 달성하기 위한 국내 관측망 확충이 필수적이며 관측소 환경은 암반의 양호한 조건이며 관측소 간격은 속도와 가속도 관측소를 모두 포함하여 최대 20 km 이내로서 국내 약 350개에서 400개의 관측소가 필 요하다. 또한 지진계는 자체지연시간이 없는 실시간 전송을 할 수 있는 성능이 필요하다. 따라서 현재 국내 지진관측소의 설치 환경과 지진기록계의 성능 분 석이 추가적으로 필요하다. 해외 사례와 비교하여 우리나라에서 지진조기경보시스템을 즉각 선진 기술을 도입하여 운영하는 것은 이에 필요한 예산비용뿐만 아니라 지진발생환경 차이 등의 이유를 고려하면 현 단계에서는 효율적이지는 못하다. 하지만 국가의 지 진방재 대책에서 신속한 지진발생 통보가 지진방재활동에 중요한 역할을 수행 하기 때문에 이를 우리나라 상황에 맞는 기술개발을 하여 적용하는 것을 고려 할 필요가 있다. 우선 지진관측소 성능개선 및 신속 분석시스템 개발 등을 수 행하여 지진통보에 소요되는 시간을 점차적으로 단축한 후 최종적으로 조기경 보시스템을 구축하는 방향으로 진행하는 것이 바람직할 것이다. 지진조기경보시스템의 하드웨어적인 구축과는 별도로 운영에 필요한 기술개 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 43
발은 지속적으로 수행할 필요가 있다. 우리나라의 지진활동 특성과 예상되는 지진재해 유형을 고려한 최적의 지진관측 시스템 설계, 실시간 지진 자동분석 프로그램 개발등과 같은 조기경보시스템 운영에 필요한 필수 선행 기술들은 지 진관측 자료의 분석정확도 향상 및 지진방재대책 등에도 활용도가 높기 때문에 이에 대한 정책적 지원이 있어야 할 것이다. 2. 지진 가속도 관측시설 구축 및 운영방안 국내에 설치된 대부분의 속도센서는 매우 작은 규모의 지진에 대해서도 민감 한 반응을 통하여 지진동을 측정할 수 있으나 천부에서 발생하는 중규모 지진 (규모 4.0이상)의 진앙지에서는 진동의 세기가 속도지진계의 측정범위를 초과할 것으로 예상되므로 이에 대비하여 강진동 측정을 위한 가속도지진계의 설치가 필요하다. 정밀한 파형을 이용한 지진관측 및 연구에서는 주로 속도센서의 지진기록을 이용하지만, 대규모 지진의 경우 속도센서의 측정 범위를 초과하기 때문에 일 본, 대만 등에서는 가속도 지진계를 속도센서와 병행하여 운용하고 있는 것이 보통이며, 속도센서에 비하여 가격이 저렴한 편이므로 지진방재를 위한 계기진 도 평가를 위해서 가속도지진계측기가 속도지진계 보다 많이 설치되는 것이 보 편적이다. 국내에 설치된 가속도계측기의 용도는 지진파에 의한 지반의 가속도응답을 관측하기 위한 자유장(지반) 가속도계측과 구조물의 지진가속도응답을 관측하 기위한 구조물 가속도응답 계측으로 크게 나눌 수 있다. 2.1 전국 지반 가속도 관측망 현황 지진 발생시 신속한 계기진도도 작성 및 진앙지 주변의 진도도를 바탕으로 신속피해 평가활용 등을 위하여 기상청에서는 전국을 대상으로 현재 106개소의 가속도 관측소를 운영하고 있으며, 한국지질자원연구원에서는 20개소, 원자력발 전소 부지 내/외부를 중심으로 한전전력연구원은 13개소, 한국원자력안전기술 원에서는 4개소의 가속도 관측소를 운영하고 있다. 실시간 자료 수신이 가능 한 가속도 관측소는 통합지진관측망(KISS)에 연결되어 타기관과 자료를 실시간 공유할 수 있도록 구축되었다. 44 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
<그림 III-2.1>은 지반가속도 응답을 관측하기 위한 가속도 관측소 분포를 나 타내고 있으며 전국에 약 140여개소가 있다. 그러나 이 관측소들은 주로 인구 밀집지역 보다는 관측환경이 용이한 한적한 곳, 암반 지역에 설치되어 있기 때 문에 실질적인 지진피해가 대규모로 발생하는 도심지역에 가속도 계측기가 추 가적으로 설치되는 것이 바람직하다. 현재, 인구밀집 지역에 위치한 광역시청, 도/군청의 지하에 가속도지진계를 설치하여 지진방재에 활용할 수 있도록 한국 지질자원연구원에서는 부산, 대구, 인천 등 광역시청에 가속도지진계를 이용한 지반진동 감시시스템을 개발하여 시범 운용을 하고 있다. <그림 III-2.1> 국내 지반 가속도 계측을 위한 가속도 관측소 분포 2.2 구조물 가속도응답 계측기 설치 방안 지진발생시 구조물의 지진피해를 판단하고 내진성능을 평가하기위해서 구조 물의 지진가속도 응답을 관측하여야 한다. 구조물 가속도계측기는 대규모지진 발생시 각 구조물의 구조와 종류에 따라 응답특성을 기록함으로써 국내 특성에 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 45
적합한 내진설계 기준을 수립하는데 매우 중요한 자료를 제공하여야 한다. 또 한 큰 규모의 지진이 아니라도, 건물이 중규모 지진에 흔들린 후 건물의 안전 성을 평가하고 내진설계 기준 초과 여부를 판단하는 근거로서 가속도계측 자료 는 반드시 필요한 것이다. 이러한 인식을 바탕으로 인천국제공항, 고속철도(KTX), 댐, 수화력발전소, 가 스정압기지 등에 지반 가속도 계측시스템과 병행하여 구조물 가속도 계측을 위 한 가속도 지진계측기를 설치하여 운용하고 있다. 일부 장대교량과 가스 또는 유류저장용 탱크 구조물에도 가속도지진계측기가 설치되어 있으나 설치요건만 만족하는 낮은 성능의 지진계를 설치하고 관리를 하지 않음으로 인하여 대부분의 가속도계측기들은 작동하지 않고 있는 실정이 다. 따라서 지진계측기의 사양에 대한 표준화, 시스템 관리 및 자료 전송 등에 대한 세부 규정이 마련되어야 한다. 지진관측망 운영기관 협의회에서는 2008년 6월 협의회 회의를 통하여 <표 III-2.1>과 같은 가속도센서와 지진자료획득 장비(기록계)의 표준화 사양(안)을 준비 중에 있다. 전자통신 기술의 발달로 인하여 지진자료획득 장비는 대부분 24bit 아날로그/디지털 변환기를 채택하고 있으며, 내구성을 확보하기 위하여 PC 보드 기반의 제품은 이동용 관측으로만 허용하고 영구 고정식 관측용으로 는 제한하는 것이 바람직하다. 가속도센서와 기록계의 동적범위는 120 db 이상 으로 제안하고 있으나 이는 기존에 설치된 구형 지진계를 고려한 것이며 가능 하면 더 높은 동적범위의 지진계측기를 사용하는 것이 권장된다. 지진계측기의 관리를 위해서는 지진계측기 검/교정에 대한 규정이 마련되어 야 하며 제시된 규정을 만족하는 기관에 대하여 검/교정 권한을 부여함으로써 새로 제작된 지진계측기의 경우 반드시 검/교정을 통과하도록 관리되어야 할 것이다. 지진방재차원의 가속도관측자료 활용을 위하여 지진재해대책법에서는 가속도 계측 자료를 중앙재해대책본부장에게 제출하도록 하고 있다. 각 기관의 가속도 계측 자료를 실시간 통합지진관측망으로 연계할 수 있도록 함으로써 중앙재해 대책 본부에서는 지진재해대응시스템을 통한 지진피해 예측에 적절히 활용할 수 있을 것이다. 46 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
장 비 항 목 내 용 가속 도센 서 지 진 자 료 획 득 장 비 (기 록 계) <표 III-2.1> 가속도센서와 기록시스템 표준화 사양 (안) 형태 이동코일 형태 성분 3축 성분(동서, 남북 및 연직 방향) 3축성분이 모두 케이스 내장형으로 전기적 차폐기능, 케이스 방수기능, 산화 피막 처리 및 수평 조절 기능 DC~50 Hz 이상 주파수 영역 0.1~50 Hz까지 5 % 이내 오차로 평활한 주파수 응답반응 유지 0.1미만, 50 Hz 이상에서 지반운동을 3 db 이내 정확히 감지 동적범위 120 db 이상 ±2 g, ±1.5 g, ±1.0 g, ±0.5 g 측정범위 ±2 g를 기준으로 하며 암반에 설치될 경우 ±0.5 g로 설정할 수 있다. (Full Scale) 사용자 요청에 의해 측정범위를 변경할 수 있고, 변경시 검증한 후에 사 용하여야 함. 전체범위(Full Scale)의 0.1 % 이내 출력전압 선형비 지반운동크기의 왜곡현상 방지 1 % 이내 성분간 감도오차 정확한 벡터(VECTOR) 성분 유추 가능 지진감지 Data 획득 및 처리장치 최대입력전압 이내 출력전압 지진응답계측의 포화 방지 출력방식 Single-ended 또는 Differential 출력 방수 기능이 있어야 하고 단단하고 견고한 재질로 제작된 케이스에 내장 지진자료 획득 장비로서의 내구성과 안정성을 위해 개발되어 검증된 제 품이어야 함. 범용의 PC 기반은 이동식으로 사용 가능하나 영구용 지 진관측소에는 부적합함. 기능 및 형태 지진감지 센서 조정 및 검증 기능 디지털 자료 처리 (Digital Signal Processing) 기능 동시 다중 작업 (멀티태스킹) 기능 매 초당 지진파형의 최대, 최소 및 평균 관측 값을 관측 후 3초 이내에 사용자가 지정하는 기관에 전송할 수 있어야 함. 채널수 3채널이상 아날로그-디지털 변환 24-bit 이상 (AD Converter) 동적범위 120 db 이상 트리거모드 (Trigger Mode) 자료획득 횟수 자료 기록시간 시각오차 자료전송 방식 STA/LTA 또는 Threshold 등. 단 자료를 연속적으로 저장하고 전송할 경우 트리거모드를 200 회/초 이상의 파형 및 샘플링횟수 재설정 가능 연속 자료 기록을 기본으로 하며, 트리거모드일 경우 Trigger 작동시점 을 기준으로 30초 전부터 50초 후까지 기록 5 msec 이내(GPS 보정 가능) Serial 및 IP 통신 방식 모두 지원 가능 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 47
3. 지진위험도 평가 및 개선 방안 3.1 지진위험도 평가 필요성 최근 중국 일본 등에서 대규모 지진이 발생하여 큰 피해를 주고 있으며, 우 리나라에서도 2004년 울진 앞바다 지진, 2007년 강원 오대산 지진 등이 발생하 여 지진재해에 대한 우려가 끊임없이 제기되고 있다. 1985년 멕시코지진 직후 대한건축학회에서는 우리나라를 세계의 지진구역으로 나누고 각 구역에서 지진 재해가능성을 평가하여 내진설계기준을 제시한바 있다. 그후 1995년 일본 효고 현 남부지진이 발생하여 국가 사회적으로 지진재해에 대한 관심이 고조되어 1996년 당시 건설교통부 의뢰로 한국지진공학회에서는 내진설계기준 연구의 일 환으로 우리나라의 전반적인 지진위험도를 계산하고 이를 근거로 지진위험지도 를 제시하였다. 지진위험도는 지진에 의한 인명 및 사회기반 시설의 피해를 최소화할 목적으 로 수행되는 내진설계는 국가 지진방재대책의 기본자료로 제공되는 것이다. 따 라서 향상된 수준의 지진위험도 평가 및 국가 지진위험지도 작성은 충실한 기 반자료와 기술적 토대를 바탕으로 이루어져야 한다. 지진위험도 평가에 있어서 입력자료와 계산과정을 통하여 전파되는 불확실성을 최소화하고, 평가 결과에 포함된 불확실성이 명확하게 파악되기 위하여 다양한 견해와 사용되는 방법론 에 대한 합의 도출 방안을 마련되어야 한다. 현재 우리나라에서도 지속적인 지진관측망의 확충과 지진계 성능의 향상으로 많은 양질의 지진관측 자료가 확보되고 있는 단계이며 관련 연구가 활성화되어 정밀한 지진위험도 평가와 관련된 기초자료의 질적, 양적 토대가 확보되고 있다 고 할 수 있다. 이에 따라, 그동안 이루어진 조사 및 연구결과를 종합하고 보완 하여 새로운 형태의 정밀한 국가 지진위험도를 작성하여야 할 필요성이 있다. 3.2 해외 지진위험도 평가 정책 방향 3.2.1 미국 1976년 이후 미국지질조사소(USGS)에서 확률론적 방법에 의한 국가 광역지 진위험도 지도를 발표하고 있으며, 약 5년마다 새로운 자료와 개선된 연구방법 을 적용하여 결과를 갱신하고 있다. 여기에 주요 대도시 지역에서 독자적으로 48 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
지역적인 상세한 조사와 지질구조 및 표토층의 효과를 고려하여 지진위험도를 평가하고 이를 종합하여 지역지진위험지도를 작성하고 있다. 이는 지역적으로 특징적인 지질구조나 지진활동특성을 면밀히 적용하여 국가광약 지진위험도를 보완하는 것이다. 지진위험도 평가는 전반적인 계산에는 확률론적 방법을, 세부적인 위험도 평 가에는 지진원을 가정한 결정론적 방법을 병행하고 병행하여 수행되고 있다. 가장 최신의 국가지진위험도 평가는 2002년에 발표된 바가 있다. 3.2.2 일본 효고현 남부지진 이후 일본에서는 지진방재대책특별조치법에 따라 설치된 지 진조사연구추진본부에서 1999년부터 지진조사, 관측 및 연구 증진을 위한 기본 시책 을 마련하였다. 여기에서는 면과제의 하나로써 전국을 총괄하는 지진동예 측지도 작성을 목표로 약 10년의 장기 계획을 수립 시행하였고 있다. 이 과제는 확률론적 방법에 의한 지진위험도 작성과 특정 단충지진원을 가정 한 결정론적 지진동 예상지도 작성의 두 가지 형태 연구가 병행 추진되어, 2004년 말 부터에 국가지진위험도에 대한 정보제공 서비스를 시작하였다. 현재 도 기술적 평가방법 보완과 함께 확률론적 방법과 결정론적 방법의 연계방안 연구가 계속 추진되고 있다. 3.3 지진위험도 평가 개선 방안 3.3.1 지진위험도 평가 방법론 지진위험도 평가는 일정한 기간 동안 임의의 장소에서 지진에 의한 지반운동 의 최고치가 정해진 확률에 의하여 초과할 값을 계산하는 확률론적인 방법과 특정 지진원내 지진에 의하여 지진파 감쇠특성이 고려된 지진지반운동이 부지 에 영향을 미치는 정도로써 계산하는 결정론적인 방법으로 수행된다. 1) 확률론적 지진위험도 분석 방법 전통적 확률론적 지진위험도 분석은 광역 범위에서 활성단층을 포함하는 여 러 개의 지진원을 설정하여, 이들 지진원으로부터 발생하는 지진의 진동이 감 쇠를 통해 부지에 전달되는 지반운동을 확률적으로 계산함으로 이루어진다. 한 편 최근에는 지진활동과 관련된 활성단층과 같은 지진원 양상이 뚜렷하지 않은 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 49
지역에서 지진활동의 정도를 공간적으로 평활화하여 확률론적 지진위험도를 계 산함으로써 지진원 설정 및 역사지진자료에 있어서 불확실성을 줄이기 위한 방 법이 도입되고 있기도 하다. 최근의 단층조사 및 지진연구 결과를 반영한 지진원 설정 검토, 확률론적 지 진위험도 계산 프로그램의 계산 정확도 향상과 다양한 형태의 지진원 특성을 고려하기 위한 성능개선 필요성이 제기되고 있는 추세이다. 확률론적 지진위험 도 평가는 입력자료와 방법론에 있어서 다양한 견해를 반영하기 위하여 논리수 목의 활용을 극대화하고, 계산과정에서 이에 따른 불확실성이 명확하게 파악될 수 있도록 기술이 개발되어야 한다. 2) 결정론적 지진위험도 분석 방법 결정론적 지진위험도 평가 방법은 일반적으로 특정 기간 동안 특성지진의 발 생 확률이 충분히 높은 것으로 기대되는 지진원이 상세하게 정의될 때 사용된 다. 지진원은 지질학적 조사나 특성지진의 발생 이력을 통하여 평가가 가능하 다. 우리나라에서는 과거 지진활동에 대한 뚜렷한 지표증거가 없고 계기 지진 관측기록도 미비하여 주로 확률론적 방법이 사용되었으나 최근의 단층조사 및 지진연구 결과를 반영한 지진원 설정을 통하여 다양한 결정론적 지진 발생 시 나리오의 필요성이 제기되고 있다. 내진설계에 필요한 지진 시간이력과 응답스펙트럼 작성을 위하여 실제적인 단층파열 과정과 3차원 지진파 전파 특성 및 부지효과가 반영된 지진지반운동 의 평가가 이루어져야 하며, 그에 다른 결정론적 지진위험도 분석의 개념이 변 화되어야 한다. 3) 확률론적 방법과 결정론적 방법의 연계 확률론적 지진위험도 분석을 통하여 일정 기간 동안 임의 부지에서 지진지반 운동 수준의 초과확률을 계산하고, 지반운동의 최대치와 주파수 특성에 따른 위험도 곡선을 도출할 수 있다. 여기로부터 임의의 부지에서의 지진위험도 분 석 결과에 대하여, 지진 규모와 거리에 따른 격자를 구성하고 각 격자점에 해 당하는 지진요소가 부지의 지진위험도에 기여하는 정도를 평가하기 위한 지진 위험도 분해를 수행하고 최대의 기여도를 보이는 지진규모와 거리를 도출하며, 이 값은 해당 부지에 가장 빈번한 위해를 가할 수 있는 지진이 되면 결정론적 방법으로 개선된 지진위험도를 재평가 할 수 있다. 이는 지진위험도 분석 입력 자료를 검토하여 대표지진의 특성을 구체화하고 이에 따른 시나리오 지진원을 50 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
설정하여 결정론적인 방법에 의한 지진 위험도 분석을 수행하는 것이다.. 3.3.2 지진위험도 평가 입력 자료 개선 방안 지진위험도 평가를 위한 입력자료는 지진발생 기록, 활성단층을 포함한 지진 원 자료, 부지특성을 고려하기 위한 지반조사 자료 등으로 구성된다. 이들 입력 자료는 지진위험평가 결과에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 신뢰도 있는 자료 확보 방안이 준비되어야만 모든 활용주체가 인정할 수 있는 지진위험 평가 결 과를 제시할 수 있다. 각 입력자료들은 객관적인 방법에 의하여 설정되어야하고 관련 연구자 집단 에서 합의되어 공식화된 자료로 인증하는 절차가 필요하다. 이를 위하여서 입 력자료 선정 방법론 토의, 자료 특성 표준화 및 분류기준 등이 정립되어야 할 것이다. 국가의 지진방재 정책 수립 및 내진설계 기준 자료로 활용되는 지진위험도 평가는 다음과 같은 입력자료 관리 및 평가방법 개선이 필요하다. 이는 신뢰 있는 결과를 확보함으로써 평가 과정에서 불가피하게 제기되는 불확실성 문제 를 최소화하여 활용성을 높이기 위함이다. 역사 및 계기지진자료 상세검토 및 공개적으로 합의된 지진목록 확보 지진원 특성 설정을 위한 고지진학 및 제4기 단층 연구 결과의 정량화 통일된 지진 지체구조구 및 지진원 구역 설정 지진지반운동 감쇠관계식 정립 및 신규 연구결과 계속적 반영 권역별 천부지반 특성 자료 데이터베이스 구축 3.3.3 지진위험도 평가 범위 방안 지진위험도 평가는 국토 전체를 대상으로 하는 광역위험도 평가와 대상 지역 을 세부화하여 부지고유 효과를 고려한 지역위험도 평가로 수행될 수 있다. 광역 또는 국가지진위험도 평가는 광역적으로 전반적인 지진위험도 경향성을 파악하고 이를 기반으로 지진구역을 분할할 목적으로 수행되는 것이다. 이것은 일반적인 지질학 자료에서 얻어지는 기반암 부지를 가정하여 위험도 평가가 계 산되며 전반적인 지진지반운동 수준을 제공한다. 광역 지진위험도 평가자료는 부지고유 지진지반운동 평가 및 구조적 설계에 직접적으로 사용될 수는 없을 것이다. 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 51
지역지진위험은 광역 지진위험도 평가에 사용된 입력자료를 그대로 활용하면 서 상세지역으로 세분화 및 각 단위구역내 상세 지질 및 지반 토양층 특성을 반영한 위험도 평가를 수행함으로써 가능하다. 광역평가와는 달리 부지효과를 고려할 수 있으며, 구역내 실질적인 부지교유 해석 및 구조적 설계에 기여할 수 있다. 지진위험도 평가와 이를 종합하여 작성되는 국가 지진위험지도는 적절한 지 진방재 대책수립에 활용된다. 이는 단지 지역별로 지진 위험정도 차이만을 제 시하는 것이 아니라 방재 정책의 단계를 설정할 수 있는 발생 가능한 지진위험 정도를 정량적으로 제시하기 때문에 가능하다. 또한 효율적 국토이용계획 수립 및 시설물 내진설계의 근간자료를 제공한다. 정확한 지진위험도 평가는 적정 내진설계를 유도하여 오히려 경제성 확보에 기여한다. 지방자치단체별 지역지 진위험도 작성 및 홍보는 지역 주민의 지진방재 의식 고취하여 실제 지진 발생 시 안전한 대응체계를 준비할 수 있다. 52 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
내진설계기준 검토 및 개선 방안 4장 1. 성능기반내진설계 1.1 현행 국내 내진설계법의 문제점 및 개정방향 현재 토목/건축분야와 관련된 대부분의 설계는 강제규정에 바탕을 둔 소위 " 사양설계법(prescriptive design methodology)에 바탕을 두고 있다. 사양설계법 에서는 구조물을 어떻게 구축할 것인가를 구체적으로 명시한 코드나 시방서를 따라야 한다. 결과적으로 실제 문제에서 발생할 수 있는 다양한 설계조건에 직 면하여 설계자의 합리적 판단을 행사할 수 있는 기회가 차단되므로 종종 매우 불합리한 설계로 귀결될 수가 있다. 이런 사양설계법의 불합리성 사례는 내화 설계분야에서 많이 제기되었고 이 분야가 성능기반설계 도입의 선두주자 역할 을 하고 있다. 반면 성능기반설계에서는 실제로 발생할 수 있는 다양한 설계조 건하에서 구조물이 만족되어야 하는 성능수준만 규정한다. 따라서 규정한 요구 성능이 만족됨을 입증할 수 있으면 원칙적으로 엔지니어는 어떤 설계방안이든 선택할 수 있다. 사양설계법이 과정지향(process-oriented) 접근법이라면, 성능기 반설계는 합리적이고 측정가능한 지표에 바탕을 두고 요구성능의 확보를 도모 하는 결과지향(product-oriented) 접근법이라 할 수 있다. 설계적 측면에서 사양설계법은 이미 익숙한 방법이고 실행에도 용이한 것이 사실이다. 일반적 조건의 구조물은 전통적 사양설계법을 적용해도 경제적 설계 가 대부분 가능하다. 하지만 사양설계법은 종종 필요 이상으로 보수적이고, 새 로운 재료나 혁신적 시스템 또는 프로세스에 적용할 경우 매우 불합리한 경우 가 생기기도 한다. 1994년 노스리지 지진과 1995년 효고현 남부 지진 당시 현 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 53
행의 응력기반 내진설계법(R factor method) 의 불합리성이 분명하게 지적된 이후 내진설계분야에서도 성능기반설계법이 상당한 설득력을 얻고 있는 상황이 다. 현행의 국내외 건축물 내진기준에서는 건물중요도 및 부지의 지진위험도에 따라 구조시스템, 해석법, 건물고 등에 강제조항을 부여하는 방식에 의해 간접 적으로 성능을 확보하려는 접근법을 택하고 있으나 설계기준이 불투명해지고 객관적 근거를 추적하기 어려운 부작용을 낳고 있다. 장기적인 관점에서 토목/건축공학분야의 많은 설계법이 현행의 사양설계법에 서 성능기반설계로 발전해 갈 것으로 예상된다. 이 성능기반설계법은 구조, 내 화, 환경 등의 각 세부 응용분야의 특성에 따라 다양한 절차와 형식으로 구현 될 것으로 예상된다. 성능기반설계법과 관련하여 아직 많은 기술적 해결과제가 남아 있고 법적/제도적 장애도 분명 존재하지만 매우 유용한 차세대 설계개념 임은 분명하다. 현재에 이루어지고 있는 많은 도전적이고 복잡한 대형 토목/건 축 프로젝트의 설계, 시공, 평가, 유지관리에 정성적이고 불분명한 성능기준에 토대를 둔 사양설계법을 적용하는 것은 많은 부분에서 부적절하다는 것이 중론 이다. 반면, 성능기반설계법은 양질의 구조물을 신속하고 비용효과적으로 구축 할 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 적어도 성능기반설계법은, 사회와 발주자에 게 다양한 옵션의 목표성능을 합리적으로 선택할 수 있는 기회를 제공하고, 설 계자로 하여금 선택한 목표성능을 만족시키도록 설계를 수행할 것을 강제한다. 물론 이것은 설계자에게 휠씬 큰 부담과 창의성을 요구하지만, 새로운 대안이 나 혁신적 기술을 설계과정에서 적극 활용할 수 있는 기회가 될 것이다. 당연 히 엔지니어링 노력의 증대 및 고급화에 부합하는 설계용역비의 상승도 수반되 어야 할 것이다. 1.2 성능기반내진설계 도입의 필요성 최근 들어 사회기반 토목/건축 시설물의 내진설계 기준은 기존의 인명안전에 대한 목표 뿐만 아니라, 구조시설물의 기능에 따른 다양한 성능 목표 및 성능 한계상태를 만족시키는 한계상태 계층화에 따른 경제성을 동시에 만족시키는 성능기반내진설계법으로 변화해 가고 있는 추세이다. 특히, 미국, 유럽 및 일본 등의 선진국들은 성능기반내진설계법에 대한 다양한 연구 및 개발을 통해 설계 기준 및 절차를 확립해 나가고 있는 실정이다. 근래 건설시장의 자유화 등 국 제 무역관계와 관련하여, 현재 사회기반 구조물의 내진설계에 대한 기준들은 자국의 고유한 특성만을 반영하는 기준보다는 국제적으로 광범위하게 사용될 수 있는 기준들을 요구하고 실정인 반면에, 국내에서는 아직까지도 국제기준에 54 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
적합한 내진설계기준이 미흡한 것이 현실이다. 따라서 종래의 내진설계 방법의 단점들을 상당부분 극복할 수 있는 성능기반내진설계방법의 개발필요성이 대두 되고 있고 시급한 실정이다. 하지만, 현재 국내의 실정으로는 성능기반내진설계 방법 및 절차를 정량화하고 규정화하기에는 연구결과가 부족한 실정이므로, 국 내현실에 적합한 지역적, 환경적 특성을 고려한 폭넓고도 세밀한 실험 및 검증 해석연구가, 방법 및 절차의 단위 및 단계별로 필요한 실정으로 판단되고, 이와 관련된 다양한 연구과제 도출이 필요할 것으로 판단된다. 1.3 성능기반내진설계 동향 내진설계 분야에 있어서, 다양한 목표성능들을 만족시키는 성능기반설계에 대 한 중요성이 커짐에 따라, 성능기반설계의 개념과 수행절차들은 주요 연구주제 가 되어 왔고, 이러한 개념들을 내진설계에 바로 적용하기에 앞서 과도기적인 단계로써 지침서의 발간이 이루어져 왔다. 이에 따라, 1990년대 중반부터 미국 의 SEAOC (Structural Engineers Association of California, 이하 SEAOC) 에서 는 Vision2000 위원회를 결성하여 성능기반공학(Performance-based engineering) 의 개발에 착수하여 1995년에 지침서를 발간하였고, 이러한 성능기반공학 개념 에 기초한 구조물, 특히 건물구조물의 보수 및 보강 기법 연구결과들은 미국 연 방비상관리국(Federal Emergency Management Agency, 이하 FEMA)의 지원을 받아 FEMA 273 및 FEMA 274의 보고서 형태로 ATC(Applied Technology Council, 이하 ATC)에 의해 발간되었다. 또한, FEMA는 연방 기관이 성능에 기 초한 내진공학 기준을 개발할 수 있도록 시행 계획을 작성하였고 이를 FEMA 349 보고서 'Action plan for performance-based seismic design' 으로 발간하였 다. 뿐만 아니라, 성능기반내진설계에서 중요한 성능평가를 위한 해석절차의 정 립을 위해 FEMA의 지원 아래, ATC-55(Evaluation and Improvement of Inelastic Seismic Analysis Procedures)는 내진설계 및 구조물의 성능평가와 보 강을 위한 성능기반설계에 사용되는 비탄성해석의 적용성을 개선하기 위해 보 고서를 발간하였고, 이 결과를 바탕으로 하여 FEMA 440(Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures) 보고서가 발간되었다. 2004년 ATC는 FEMA의 지원을 받아 ATC-62(Advanced Seismic Analysis Methods-Resolution of Issues) 보고서를 착수하였고, 여기에서는 주로 비선형 강성저하 거동에 초점을 맞춰, 과거의 기법들을 검토하고 단위 구성요소 및 구 조시스템의 강성저하 거동에 관한 현재의 기법들을 포함하고 있다. 이런 연구결 과들을 바탕으로 하여 성능평가 및 내진보수 및 보강과 관련된 기준들은 미국 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 55
의 ASCE 31과 ASCE 41에 각각 명시되어 왔고, 성능평가를 위해 중요한 비선 형 해석 및 동적해석 등의 구조신뢰성 해석방법에 대한 기본절차들이 ATC3-06, ATC-33 그리고 ATC-58 등의 보고서를 중심으로 이루어지고 있다. 한편 Eurocode8 의 경우에는 엄밀한 의미의 성능기반설계는 아니라 하더라 도, 다양한 부분계수 및 한계상태를 이용한 성능기반 설계를 개념적으로 도입 하였고, 일본의 경우 2001년 일본강구조학회 등을 통해 토목강구조물 성능설계 가이드라인을 제시하였고, 2007년에는 일본토목학회의 강합성구조표준시방서의 총칙편에서 사용성을 구조물의 주요 요구성능으로 구분하였고, 이를 설계편의 사용성에 대한 요구성능 및 조사에서 자세히 설명하고 있는 등, 구조물 설계표 준을 성능중심형으로 하는 개정작업을 진행 중에 있다. 1.4 성능기반내진설계 절차 성능기반 설계에 대한 여러 가지 의견이 있을 수 있지만, 성능기반 설계의 가장 적절한 정의는, 구조물의 설계, 특히 내진설계에 대한 기준들이 기 정립된 일련의 다양한 목표성능 (혹은, 중복 목표성능) 혹은 요구성능 값들을 합리적으 로 만족시키는 방법 및 절차를 제공하는 것이라고 할 수 있다. 따라서 설계된 구조물이 기 정립된 다양한 목표성능을 만족한다면 어떠한 구조형식이나 구조 재료 및 기존의 설계기준에서 지원되지 않는 설계방법이라도 허용되어 질 수 있는 유연성을 내포하고 있다는 것이다. 구체적으로, 구조물의 목적과 목적에 부합되는 기능을 명시하고, 그 기능을 갖기 위해 요구되는 성능을 규정하고, 규 정된 성능을 구조물의 공용기간내 확보하여 구조물의 역할을 만족시키는 설계 방법이라고 할 수 있다. 성능기반설계에서는, 설계단계에서 가장 명백하게 고려해야 할 사항으로서 손 상 수준을 설계자 의도대로 제어할 수 있어야 한다. 이와 같은 손상 수준에 대 한 계획된 제어는 여러 가지 비선형 해석방법을 도입함으로써 얻어질 수 있다. 성능기반설계의 일반적인 절차는 다양한 설계방법들과 결부시켜 사용되어 질 수 있다. 그 중 하나는 현재까지 많이 사용되고 있는 하중기반설계(force-based design)와 결부시키는 방법이다. 즉, 기 정립된 목표성능에 부합되는 목표성능 을 구한 후, 목표성능에 따른 강도설계해석을 실시하여 변위와 손상도를 한계 목표성능과 비교하는 설계방법이 있을 수 있다. 또 다른 방법으로는, 구조물의 중요도 및 사용성에 따른 특정하중에 대한 목표 변위를 먼저 설정한 후, 성능 기반설계와 관련된 응답해석을 실시하는 설계방법이 있을 수 있다. 이와 같은 56 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안
설계방법 및 절차의 선택은 설계자의 공학적인 판단에 상당부분 의존한다. 예를 들어, 지진하중에 대한 손상 평가시 변위는 중요한 성능변수가 될 수 있고, 따 라서 목표성능에 관한 변위응답을 변수로 선택하여 한계상태를 정의할 수 있다. 하지만 일례로, 단주기 구조물의 경우에 대해, 항복전의 한계상태 응답을 검 토할 때, 힘이나 응력과 관련된 기준들이 변위와 관련된 기준들보다 더 적절하 기 때문에, 단일 설계변수 선택은 구조물의 목표성능 검토에 적합하지 않을 수 도 있다. 따라서 구조물의 목표성능 검토를 위한 응답변수의 선택은 설계자의 공학적인 판단을 필요로 한다. 이와 같은 이유들로 인하여, 아주 최근에는 성능 기반설계, 목표성능 평가 및 현장시공까지를 총 망라한 성능기반지진공학 (performance-based earthquake engineering)의 개념도 대두되고 있다. 성능기반설계의 주요 절차를 간략하게 정리하면 아래와 같은 순서로 정리될 수 있다. 목표성능 및 설계하중에 대한 설정 요구성능(demand)과 능력성능(capacity)의 비교변수들에 대한 선택 및 정 의 (예: 변위, 소성힌지부의 회전, 단면의 곡률, 전단강도 등) 힘(force)과 변형(deformation) 성능의 계산 - 강도: 각국의 공인된 설계기준에 의한 계산 - 변형: 각국의 공인된 설계기준에 의한 계산 혹은 실험결과 인용 힘과 변형에 대한 요구성능(demand)의 산출: 다양한 구조해석을 수행 요구성능/능력성능(demand/capacity, D/C)에 대한 비교 - D/C 비율이 1보다 작을 경우에는 설계 타당 - D/C 비율이 1보다 클 경우에는 요구성능(demand) 혹은 능력성능 (capacity)을 변화시켜 설계 변경 즉, 구조물의 기능적 요구에 따른 설계하중과 공용기간내의 요구성능 혹은 목표성능을 설정한 후, 구조부재 및 구조시스템의 기능과 목적에 부합되고, 성 능에 지배적이고 필요로 되는 응답변수들의 선택 및 성능기준 등을 정의한다. 이렇게 설정되고 정의된 목표성능 및 그에 따른 응답변수들을 기본가정으로 출 발하여 기존의 정립된 설계절차에 따라 능력성능을 산출한다. 이 단계에서는 설계기준에 제시되어 있지 않은 구조시스템, 구조재료 및 형식이라 할지라도, 구조물이 설정된 목표성능을 발휘할 수 있는 양질의 타당성이 검증된다면 사용 할 수 있도록 하는 설계의 유연성을 내포하고 있다. 그 후, 다양한 구조해석(성 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 57