파도는 어떻게 만들어지나요?

끊이지 않는 자연재해와 계속되는 인간의 노력,
해일을 극복하기 위한 파도 연구가 시작되다!
2011년 3월, 일본의 도호쿠 지방에서 일어난 대규모 지진으로 초대형 쓰나미가 발생하였다. 이로 인해 주변 해안뿐만 아니라 수도권 일대까지 피해가 속출하여 약 2만 명이 넘는 사망자와 실종자가 발생하였고, 이때 세계에서 가장 깊은 방파제로 기네스북에 오른 가마이시 방파제 대부분이 파괴되었다. 31년 만에 완공된 길이 1.9킬로미터, 두께 20미터, 수심 63미터에 이르는 가마이시 방파제가 완공된 지 2년 만에 파괴되자 각 언론에서는 ‘인간의 무력함’을 보여준 사례로 보도했다. 31년 전 방파제 설계 당시 예상했던 지진해일보다 더 큰 지진해일이 밀려왔던 탓이다. 이후 이 방파제로 쓰나미의 습격 시간이 6분 정도 늦춰졌고, 물에 잠긴 마을 면적도 훨씬 줄어든 것으로 밝혀져 복구하기로 결정, 현재 공사가 진행되고 있다.
이처럼 지진이 자주 발생하여 지진해일에 따른 피해를 여러 번 겪은 일본을 비롯하여 전 국토의 4분의 1이 해수면보다 낮은 네덜란드는 자연재해의 위협을 극복하기 위해 아주 오래전부터 연구와 실험을 계속해온 결과, 현재 해안공학이 크게 발달한 나라로 손꼽힌다.
어떻게 하면 자연재해에서 재산과 인간의 생명을 보호할 수 있을까를 고민하면서 해양학자들은 더욱 튼튼한 구조물을 설계하기 위해 끈질기게 파도를 연구해왔다. 그 결과, 자연에서의 파도를 인공적으로 재현하여 해안구조물의 성능을 평가하기에 이르렀다. 우리나라의 여러 연구기관에서도 이에 관한 연구를 해오고 있으며, 이 책의 저자 역시 한국해양과학기술원에서 파도와 연안구조물에 관한 연구를 하는 연구원으로, 이 책은 그 연구에 관해 일반인들에게 알기 쉽게 설명해주는 소개글이라고 할 수 있다.

이 책은 크게 3장으로 나누어 자연에서 발생하는 파도의 원리를 살펴보고, 파도를 어떻게 재현하는지를 알아본다. 또한 파도 발생장치의 다양한 활용과 함께 앞서 말한 네덜란드와 일본을 비롯하여 여러 나라의 해양구조물들을 소개한다. 중고등학생도 쉽게 읽을 수 있는 설명과 다양한 사진과 그림을 곁들인 이 책이, 앞으로 바다 연구를 꿈꾸는 미래의 해양 과학자들에게 도움이 되었으면 한다.

다양한 파도 발생장치의 원리와 활용은
후대를 이어 계속되어야 할 연구 과제
왜 과학자들은 실험실에서 인공 파도를 재현하려 했을까? 한마디로, 자연재해에서 인간이 겪을지도 모를 위험한 상황에 대처하기 위해서다. 파도는 바람뿐만 아니라 외부에서 전달된 에너지가 물 입자를 움직임에 따라 형성된다. 파도 발생장치는 바로 이러한 원리에서 설계되었다. 물에 에너지를 가하는 방법이 여럿인 만큼 파도 발생장치의 종류도 다양하다. 이처럼 파도를 만드는 기계를 ‘조파기’라고 하며 여기에는 조파판, 펌프, 대형 선풍기 등 있고, 조파기를 이용하여 파도를 만드는 시설이 조파수조이다.
특히 조파판은 가장 기본적인 조파기로, 판으로 물을 밀어내어 파도를 만든다. 욕조 안에서 손바닥으로 물을 앞으로 밀어내면 파도가 생기듯, 손바닥 대신 판을 이용하는 셈이다. 다양한 조파기로 파도를 만드는 조파수조에서는 방파제를 비롯한 항만구조물들의 성능 평가 실험이 이루어진다.
조파기에 따라 조파수조의 규모와 쓰임새가 다양하다. 해당 구조물의 축소 모형을 단면으로 만들어 실험하는 수조를 단면 조파수조, 대형 선풍기로 파도를 일으키는 풍동 조파수조, 반사 에너지를 흡수하는 조파판과 흐름 발생장치를 갖춘 원형 조파수조, 수조의 바닥판을 움직여 지진해일과 유사한 파도를 만드는 바닥기울임 조파수조 등 전 세계적으로 다양한 조파수조가 있다. 또한 석유를 시추하는 특수 선박의 기능을 알아보기 위해 수조 한가운데 구멍이 깊게 뚫린 해양공학수조, 강한 해류에도 수중로봇이 오작동을 일으키지 않는지를 실험하는 회류수조 같은 특수 목적으로 만든 수조도 있다.
뿐만 아니라 현재 해양경찰교육원들의 해상 구조 훈련 역시 조파수조에서 이루어지고 있으며, 워터파크 풀장과 파도타기 전용 풀장도 펌프를 활용한 파도 발생장치로 많은 사람들이 여가 활동을 즐기고 있다.

현재 지구 온난화로 해수면이 높아지고 기후변화로 태풍이나 허리케인의 강도가 세지면서 강과 바닷가 주변 지역에서의 인명과 재산피해 규모가 지속적으로 증가하고 있다. 자연재해가 발생하면 그 규모가 상상을 초월할 정도로 막대하기 때문에 전 세계의 많은 정부와 기업들이 적지 않은 비용을 들여서라도 자연에 가깝게 조파수조를 재현하여 실험과 연구를 해보고 안전하게 해안을 보호할 수 있는 더 나은 방법을 찾으려 노력을 기울이고 있다. 따라서 이 연구는 후대를 이어 계속되어야 하는 과제이며, 그 발전 가능성은 무한히 열려 있다.

저 : 오상호

1975년 서울에서 태어나 서울대학교 토목공학과를 졸업하였다. 같은 대학교에서 해안공학 분야로 석사와 박사 학위를 받았다. 한국해양과학기술원(전 한국해양연구원)에서 근무하면서 파도와 연안구조물에 관한 연구를 해왔으며, 현재는 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원에서 겸임교수로 재직 중이다. 지은 책으로는 『지속가능한 연안개발』(공저)이 있다.