모세 방벽은 내륙 쓰나미에 견딜 수 있는가

초록

본 연구는 베네치아 인근 내륙에 존재할 가능성이 있는 새로운 단층을 형태구조 구역화와 패턴 인식 기법으로 탐색하고, 해당 단층에서 발생할 수 있는 쓰나미가 MoSE 방벽이 폐쇄된 상태에서 어떻게 작용하는지를 수치 시뮬레이션으로 분석한다. 결과는 첫 도착 파형이 상승파와 하강파가 교대로 나타나며, 방벽이 상승파에 맞을 경우와 하강파에 맞을 경우 각각 구조적 응답이 크게 달라질 수 있음을 보여준다. 이는 MoSE 설계 시 양상 모두를 고려한 내구성 강화가 필요함을 시사한다.

상세 분석

본 논문은 베네치아 해안 방어 시스템인 MoSE(모세) 방벽이 내륙에서 발생할 수 있는 쓰나미에 대해 얼마나 견고한지를 평가하기 위해 세 단계의 분석을 수행한다. 첫 번째 단계는 형태구조 구역화(Morphostructural Zonation, MZ)와 패턴 인식(Pattern Recognition, PR) 기법을 활용해 베네치아 남동쪽 내륙에 잠재적인 지진 발생 구역을 식별하는 것이다. 이 과정에서 지형·지질·지진 기록 등 다양한 지리공간 데이터를 격자화하고, 선형 판별 함수와 신경망 기반 분류기를 적용해 고위험 구역을 도출하였다. 결과적으로, 현재 알려진 단층망과는 별도로 ‘라구나·베네치아 내륙 단층’이라 명명된 새로운 잠재 단층이 고위험 영역으로 선정되었다.

두 번째 단계는 선정된 단층에서 가정된 최대 규모(Mw ≈ 6.5)의 지진 발생 시 해저와 내륙을 연결하는 복합 파동 전파를 3차원 비선형 수치 모델(Numerical Model)로 시뮬레이션하는 것이다. 여기서는 비압축성 유체역학 방정식과 비선형 파동 전파 모델을 결합해, 지진 발생 직후에 발생하는 급격한 지반 변위가 내륙 저수지와 강을 통해 해안으로 전달되는 과정을 재현하였다. 모델은 초기 파동이 상승파(피크)와 하강파(트로프)를 교대로 발생시키는 특성을 보였으며, 특히 내륙 저수지의 깊이와 형태가 파동의 위상과 진폭에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

세 번째 단계는 MoSE 방벽이 ‘폐쇄(standing up)’ 상태일 때, 즉 물이 차단된 상태에서 위에서 기술한 상승파와 하강파가 각각 방벽 상부와 하부에 작용할 경우의 구조적 응답을 평가한다. 유한요소 해석(FEA)을 통해 방벽의 강성, 연결부의 피로 한계, 그리고 물리적 마찰력을 고려한 하중-변형 관계를 계산하였다. 결과는 두 가지 시나리오에서 크게 차이가 있음을 보여준다. 상승파가 방벽 상부에 직접 충돌하면, 급격한 압력 상승으로 인해 상부 플랜지와 힌지 부위에 집중 응력이 발생해 파손 위험이 크게 증가한다. 반면 하강파가 방벽 하부에 도달하면, 급격한 흡입 현상이 발생해 방벽이 내부로 끌어당겨지는 ‘진공 효과’가 나타나며, 이는 기존 설계에서 고려되지 않은 부하 메커니즘이다. 특히 하강파에 의한 흡입력은 방벽의 고정 구조물에 비틀림 모멘트를 유발해, 장기적인 피로 손상을 가속화할 가능성이 있다.

이러한 분석을 종합하면, MoSE 방벽 설계 시 기존의 해양 쓰나미에 대한 충격만을 고려하는 것이 아니라, 내륙에서 발생할 수 있는 복합 파동, 특히 상승·하강 파형이 동시에 발생하는 경우를 포함한 다중 시나리오를 반영해야 함을 시사한다. 설계 보강 방안으로는 방벽 상부와 하부의 연결부에 추가적인 강성 보강재를 삽입하고, 흡입력에 대비한 내부 고정 장치를 도입하는 것이 제안된다. 또한, 내륙 단층에 대한 지속적인 지진 감시와 실시간 파동 전파 모델링을 통해 조기 경보 시스템을 구축하는 것이 방벽 운영 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.