백두산은 역사시대에 다수의 분화 기록이 있으며, 2002년도에 불안정한 전조를 나타내었다. 지질조사 결과 백두산에서는 플리니안 분화로 인하여 강하화산재 발생 후 분연주의 붕괴로 화쇄류가 발생한 것이 인지되므로, 특정 분화구로부터 소규모 분화에 의한 화쇄류의 영향 범위에 대하여 시뮬레이션 하였다. 화산폭발지수(VEI) 3 이하의 분화가 발생하여 분연주의 붕괴에 의하여 화쇄류가 발생하면 칼데라 외륜산으로부터 백두산 사면을 따라 최대 7 km까지 영향을 미칠 것으로 해석되었으며, 칼데라 내의 분화구에 의한 분연주 발생 시 대부분이 칼데라 내부에 퇴적되거나, 흘러넘칠 경우에는 주로 북쪽 이도백하 상류 계곡에 두껍게 퇴적될 것으로 파악된다.

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.

백두산에서 폭발적인 플리니식 분화에 의해 분연주가 형성되고, 이 분연주의 붕괴에 의하여 화쇄류가 발생하는 조건을 가정하였다. 이 가정에 근거하여 Titan2D 모델을 적용하 여 모의하였다. 화산분화 시나리오에 근거하여 화쇄류의 영향 범위를 파악하기 위하여 화산 폭발지수별로 영향 범위를 산출하였다. 각 화산 시나리오별 결과를 비교하기 위하여, 화구의 위치는 산사면 8곳(8방위)과 칼데라 중심부 1곳 등 9곳을 선정하였다. 화쇄류 흐름의 내부 마찰각은 35°, 층저마찰각은 16°로 설정하였다. 각 화산폭발지수별 붕괴 분연주의 높이, 화 구의 직경, 분연주 붕괴에 의한 초기속도, 붕괴 화산재의 체적에 근거한 수치모의시간 등을 적절하게 가정하였다. 수치모의 결과를 비교하여 보면, 높은 화산폭발지수일수록 분화가 증 가하면 화쇄류는 더 멀리 퍼져 나간다. 칼데라 바깥쪽 북동쪽 산사면에 위치한 화구로부터 의 화쇄류 발생은 화산폭발지수가 2에서 7로 증가함에 따라 각각 3.3 km, 4.6 km, 13.2 km, 24.0 km, 50.2 km, 83.4 km로 멀어진다. 본 연구 결과가 DB로 구축되면 벡두산 인근 지역 에서 화쇄류 발생으로 인한 인적, 물적 피해를 최소화하는 것을 목표로 하는 재해 예방과 비상 관리 차원에서 매우 중요한 자료로 제공되어 질 것이다.

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.

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.