화산분화재난은 지구 지각판들의 이동으로 인한 압력이 지표면으로 분출되어 발생하는 대규모 자연재난이다. 대륙 이동설에 의하면 지구 지각의 이동은 지각판 경계지역에서 암석을 녹일 정도의 커다란 압력을 발생시키고, 생성된 마그마와 수증기, 화산가스 등을 지표면으로 분출시킨다. 우리나라는 기상예보가 시작된 이후 아직까지 백두산, 한라산과 같은 화산들의 분화활동이 관찰되지 않아 화산분화재난의 발생위험이 그동안 매우 낮은 것으로 인식되고 있으나 최근들어 백두산에서의 지진활동, 지각변이 등이 관찰되면서 화산분화재난의 위험성이 제기되고 있다. 백두산은 2,800만년 전인 신생대 올리고세부터 화산활동이 있었으며 60만년 전부터 1만년 전 동안 백두산 성층 화산체가 형성된 화산이다. 백두산은 지난 12백년 동안 총 15회의 분화가 기록되어 백년마다 평균 1회 이상의 화산분화재난이 발생한 것으로 나타났다.(이승수, 2012) 특히 946년(±20년)으로 추정되는 백두산의 분화는 화산 폭발지수(VEI : Volcanic Explosivity Index)가 7.4로 2010년에 발생한 아이슬란드 에이야프얄라요쿨화산 폭발의 약 천배가 되는 규모이다. 본 연구는 백두산 화산분화재난이 발생하여 화산재가 남한에 강하하였을 때 국제 항공교통 수요에 어떠한 영향이 있으며 이러한 항공교통 수요의 영향이 관광산업에 미치는 경제적 영향을 분석하는 것을 목적으로 한다.

본 연구에서는 백두산에서 폭발적인 플리니안 분화로 인하여 화산재의 분연주가 형성되고 이의 붕괴로 화쇄류가 발생할 경우를 가정하여 Titan2D 모델을 이용하여 시뮬레이션을 하였다. 화산 분화 시나리오별 화쇄류의 영향 범위를 파악하기 위하여 화산폭발지수 별 영향 범위의 거리를 알아보았다. 화산 분화 시나리오별 비교를 위하여 분화구의 위치는 칼데라 외륜산 북동쪽 산사면로 하여 화쇄류 흐름의 내부마찰각 35°, 층저마찰각 16°, 분연주의 붕괴 높이와 분화구 직경은 화산폭발지수에 근거하여 VEI 3은 500 m, 80 m, VEI 4는 1,000 m와 178 m, VEI 5는 2,000 m와 178 m 그리고 VEI 7은 2,000 m와 1,780 m로 하였으며, 분연주 붕괴시 초기 속도는 각각 98.8 m/s, 140 m/s, 198 m/s, 30m/s로 설정하였다. 모의시간은 붕괴된 화쇄재 부피에 의존하여 VEI 3일 때 1시간, 4일 때 6시간, 5일 때 12시간, 7일 때 24시간으로 하였다. 시뮬레이션 결과 각각의 경우 영향 범위의 거리는 분화구로부터 5.9 km, 16.7 km, 27.4 km, 89.0 km 이상으로 모의되었다. 백두산에서의 화쇄류의 확산 범위를 정확하게 예측하기 위해서는 화산폭발지수 별 입력 상수를 변화시키면서 경계조건을 차별화한 수치 시뮬레이션을 통하여 데이터베이스를 구축하고, 지질조사를 통하여 역사시대 분출물의 분포와 분출량을 비교 분석함으로서 향후 폭발적인 분화에 대비한 화쇄류의 영향 범위를 예측할 수 있을 것이다. 그러므로 앞으로 지속적으로 화산폭발지수 별 화쇄류의 영향 범위를 계산하여 비교하는 연구가 진행되어야 할 것이다. 이들 자료가 충분하게 구축되면 백두산에서 화쇄류가 발생하였을 경우 인근 지역의 인적 물적 피해를 최소화하고자 하는 방재 차원에서 매우 중요한 자료로 제공될 수 있을 것이다.

백두산은 지리적으로 전체 면적의 3분의 1이 북한에, 그 나머지 영역이 중국에 속해있다. 최근 백두산 화산분화의 다양한 전조현상들이 나타나고 있으나 백두산에서 실제 일어나고 있는 직접적인 분화 전조현상에 대한 관측 자료를 획득하는 것은 쉽지 않다. 또한 현재 분화 가능성이 대두되고 있는 백두산지역의 지질학적인 환경을 고려한 분화 시나리오에 대한 연구가 매우 부족한 상태이기 때문에 지질학적인 요인을 고려한 분화 시나리오의 작성과 화산재의 한반도 유입 가능성에 대한 신속한 대응을 위한 화산재 확산 조기경보 기술의 개발이 필요한 시점이다. 우리나라는 백두산으로부터 지리적으로 약 500km이상 떨어져 있고, 화산재 및 오염물질의 확산으로 인한 간접적인 피해 영향권 내에 있으므로, 백두산이 폭발적으로 분화한다면 백두산을 중심으로 한반도 주변의 기압배치에 따른 종관 기상장의 영향을 받아 화산 분출물들이 대기 중에서 이류, 확산, 침적됨으로 인해 지리적 위치에 따라 지역적으로 장·단기적인 피해가 발생할 가능성이 예상된다. 본 연구에서는 화산재의 이동 경로 및 침적두께를 추정할 수 있는 Fall3D모델을 사용하여 분화구 주변지역으로부터 한반도의 동쪽에 위치하고 있는 일본지역까지 시간에 따른 화산재 확산현상을 수치모의 하였다. 또한 백두산 분화를 가정한 대표사례일의 기상장을 계산하고 화산에서 분출되어진 총 분출량에 따라 구분되는 화산폭발지수에 따른 화산재의 확산 경로, PM10농도, 화산재의 침적두께를 계산, 분석하였다.

최근 백두산에서 화산가스가 일부 분출되면서 백두산 화산폭발의 가능성이 제기되었고, 사(死)화산이 아닌 휴(休)화산으로서의 백두산이 언제든 화산폭발을 일으킬 수 있다는 우려가 사회적인 공감대를 형성하게 되었다. 뿐만 아니라 화산폭발로 인해 분출되는 화산재에 의해 동북아 지역에 걸친 항공운송 마비 등의 피해가 우려되고 있는 실정이다. 이에 백두산 화산폭발의 가능성이 높아지고 있는 시점에서, 화산폭발로 발생되는 화산재가 우리나라에 어떠한 피해를, 어느 정도로 영향을 미칠 것인가에 대한 객관적이고 과학적인 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 2010년 4월 발생한 아이슬란드 화산분화를 주된 사례로 하여 피해사례를 체계적으로 정리하였으며, 문헌조사 및 피해사례를 통한 유형화와 피해정도를 정리하였다. 분석결과, 화산재에 의한 항공교통에의 영향을 크게 두가지 측면에서 분석해 볼 수 있으며, 항공기 기체에 미치는 피해요인으로는 주로 흡착·침착에 의해 발생되었으며, 그로 인해 엔진정지나 계기이상, 화산재로 인한 기체내부의 오염의 피해가 발생되었다. 또한 항공편(공항)에 미치는 영향으로는 화산재로 인한 운항규제와 그로 인한 관광, 물류 등에의 피해확산으로 파악되었다.

최근 10년간의 중국과 북한 접경지역에 위치하고 있는 백두산 인근의 지각변동, 화산성 가스의 분출 등의 화산 활동성의 증대는 마그마 챔버의 압력을 변화시키는 마그마의 충전에 대한 증거가 발견되고 있다. 이는 백두산의 화산의 휴면기가 활동기로 전환하였음을 의미하는 것으로 화산의 분화 가능성을 시사하고 있다. 백두산 화산의 폭발은 인접한 국가에 다양한 피해를 줄 수 있으나 직접적으로 백두산의 폭발적 분화로 인한 피해는 화산재의 확산, 화쇄류, 화산성 홍수, 화산이류의 형태로 피해가 발생하게 된다. 인접한 지역에 발생하는 피해 중 화산이류는 화쇄류보다 밀도가 적어 이에 의한 피해범위가 더 클 것으로 예상된다. 화산 폭발 시, 화산폭발지수에 비례하여 칼데라 호의 수위가 상승하며, 범람된 칼데라 호의 물과 화산분출물이 섞인 화산이류가 유출될 것으로 예상된다. 이와 같은 피해발생을 예측하기 위해서는 발생되는 밀도류의 진행을 모의해야 하는데, 유체의 중력과 밀도에 지배적인 흐름은 지형에 결정적인 영향을 받는다. 본 연구에서는 화산이류의 발생을 모의하기 위해서 미국지질조사국의 수치지형모형(50 m × 50 m)를 사용하여 분석을 수행하였다. 분석도구로는 미국지질조사국의 LAHARZ 프로그램을 이용하였다. 수치지형분석과정은 수치지형의 선처리 과정(sink 및 flat 격자처리)을 수행한 후, 경사비를 분석하고, 단방향 흐름 알고리즘에 입각하여 흐름 방향을 이도백하방향으로 설정하고 흐름 격자를 도출한다. 분출물의 부피를 고려한 입력계수가 산정되면 화산이류의 범람 대상지역이 도출되는 방식으로 진행된다. 백두산 정상부에 위치한 칼데라 호의 수위(해발고도 2,189 m)가 화산활동에 의해서 각각 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 m 상승한 시나리오를 모의한 결과, 수위상승에 따른 이도백하 상부유역에서의 칼데라호 유출수의 범람면적은 수위상승의 범위가 1 m에서 9 m까지는 완만한 증가세를 보였으나, 10 m의 수위상승에는 급작스런 범람지역의 확대가 발생했다. 물과 화산성 고체의 합성류의 경우는 그 비율을 1：1로 가정하고 모의를 실시한 결과, 화산분화에 의해 칼데라 호의 수위가 5 m이상 상승 시, 유출된 화산이류가 백두산 북북동쪽 골짜기의 최대 통수능 수위를 초과하여 범람지역이 급격하게 확장되는 모의 결과를 확보하였다. 이와 같은 결과는 현재의 백두산지형에서 화산활동으로 인한 화산이류의 발생시 사회 간접자본 및 대피설비의 건설에 필요한 정보를 제공하고 있으며, 비상상황 발생시 주민 대피지역의 결정에도 기여할 것으로 판단된다.

화산분화재난은 판상형 지구 지각의 활동으로 인하여 발생하는 자연재난의 한 유형이다. 한반도에도 백두산, 한라산과 같은 화산이 분포하고 있지만 우리나라에서는 이러한 화산들이 그동안 사화산 또는 휴화산으로 분류되어 재난의 발생위험이 매우 낮은 것으로 인식해왔다. 그결과 재난의 유형을 정의하는 우리나라의 기본법령인 「재난 및 안전관리 기본법」과 「자연재해대책법」에서는 화산과 관련된 재난의 명칭을 명기하지 않았으며 화산의 특성을 고려한 정부의 재난대응체계도 최근까지 갖추지 못한 상태였다. 그러나 2002년부터 2006년까지 백두산은 화산활동을 재개하여 2003년 11월 최대 243회의 지진이 발생하였고, 2004년 12월에는 최대 4.4진도의 지진이 발생하였다. 본 연구는 이러한 백두산 화산분화의 가능성을 고려하여 화산분화재난이 육상교통에 어떠한 위험요인으로 작용하며 그 영향은 어떠한지 전세계에서 발생한 화산재난 사례 중에서 육상교통에 피해를 발생시킨 사례를 조사하고, 그 영향을 분석하는 것을 목적으로 하였다.