백두산은 정상부에 천지가 존재하는 잠재적인 활화산으로 최근 화산활동 분화와 관련된 화산이류 발생가능성에 대한 우려가 높아지고 있다. 본 연구에서는 백두산 정상부의 칼데라 호수 지점의 분화를 가정한 화산이류의 모델링을 수행하였다. LAHARZ를 적용한 본 연구는 다른 해상도의 수치지형모형을 구동모형의 매개변수를 변화시키며 분화로 야기된 다양한 상황의 화산이류 발생 영향을 검토하였다. 매개변수의 민감도 해석은 움푹 패인 곳(sink)을 정의하는 한계치와 수치지형모형의 해상도가 화산이류의 모델링 결과에 주는 영향이 제한적이라는 결과를 보여주었고, 하천격자의 도출을 위한 한계치와 수치모형의 해상도는 하천격자의 공간적 분포에 상대적으로 민감한 결과를 보여주었다. 또한 LAHARZ가 가지고 있는 문제가 흐름 발생 알고리즘 자체의 한계에 기인하는 것을 확인하였다. 한편, 상이한 수치지형 모형의 해상도가 화산이류의 최종 모델링결과에 미치는 영향은 제한적으로 나타났다.

백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강, 동쪽과 서쪽으로 두만강과 압록강 하구에서 발견되고 있다. 즉 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수와 같이 흐름에 수반된 화산물질의 영향범위는 천지를 중심으로 반경 400 km의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러나 약 1,000년 전 분화 때와는 달리 천지칼데라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 담수저장시설이 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받게 된다. 이 연구는 백두산 화산분화 시 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 수치해석 및 지형자료 분석을 통해 유체의 흐름방향을 산정하고 백두산 일원의 댐과 인공호수의 저수용량에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 피해범위를 파악하였다. 분출 초기에 급경사를 따라 이동하는 화쇄류는 산지의 경사면을 따라 이동하여 평탄지까지 영향을 미치며, 천지호의 유출에 의한 화산이류는 주요 하천까지 도달할 수 있다. 화산성홍수의 경우 현존하는 인공적인 담수 저장시설물들로 인하여 천지칼데라호의 담수 유출에 의한 피해 범위는 과거에 비하여 매우 제한적인 범위에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

본 연구에서는 백두산 화산 분화 시 발생할 수 있는 화산 이류의 피해 범위에 연구 및 적용 방법을 검토하였다. 일반적으로 화산이 폭발한 경우 발생할 수 있는 다양한 형태의 화산 피해 중 화산 이류는 주로 폭발 자체에 의해 물과 마그마가 함께 흘러내리는 1차 화산이류(Eruption Induced Lahars)와 화산 폭발 이후의 강우에 의한 2차 화산이류(Rain-Triggered Lahars)로 나눌 수 있다. 이러한 화산 이류에 의한 피해는 20세기 이후 전지구적으로 30,000명의 사망자를 발생시키는 위험한 화산 부산물로써 이에 대한 대책이 필요하다. 하지만, 일반적인 토석류에 의한 재난과 마찬가지로 화산 이류에 의한 재해를 방지 하는 것을 제한적이므로, 이를 미리 예측하여 화산 폭발이나 폭발 후 집중 강우 발생 시의 대피 등을 통해 피해규모를 줄이는 것이 최선이다. 화산이류의 피해 범위에 대한 예측을 하기 위해서는 화산 이류의 유동에 대한 이해가 필요한데, 미국 지리조사국에서 개발한 화산 이류 모의 소프트웨어인 LAHARZ를 이용하여 GIS데이터와 경험식을 통한 예측이 일반적이다. 본 연구에서는 백두산을 대상으로 발생 가능한 다양한 시나리오를 고려하여 화산 이류의 침수면적에 대한 모의를 수행하고 이러한 침수 면적을 바탕으로 침수 지역의 주제도와의 병합을 통해 실질적인 피해 범위에 대한 연구를 수행하였다.

역사기록과 지표조사에서 관찰되는 백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강과 동쪽과 서쪽으로 압록강과 두만강 하구에서 화산물질이 발견되고 있다. 즉 유체에 의해 이동되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 영향은 천지를 중심으로 반경 400km의 범위에 해당된다. 그러나 약 1000년 전 분화 당시와 달리 현재는 천지칼테라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 다목적댐과 저수지가 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받을 것으로 판단된다. 이 연구는 지형기복을 근거로 유체의 흐름방향을 산정하였고, 백두산 일원의 댐과 인공호수의 저수용량에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 피해범위를 파악하였다. 분출 초기에 급경사를 따라 이동하는 화쇄류는 산지의 경사면을 따라 이동하여 평탄지까지 영향을 미치며, 천지호의 유출에 의한 화산이류는 주요 하천까지 도달할 수 있다. 화산성홍수의 경우 역사기록과는 달리 천지호보다 저수용량이 큰 인공호수까지 영향범위가 제한될 것으로 판단된다.

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.