Video: 토네이도는 왜 강물까지 들어 올렸을까? | 중국 폭우와 강남역 침수의 공학
Channel: 안될공학 - IT 테크 신기술
Duration: 7m 5s
Source: subtitle (auto, ko)
Transcript:
왜 도시는 그러니까 특히 잘 만들어진 도시조차 이런 비 앞에서 그렇게 쉽게 잠기는 걸까요? 이건 다른 나라 이야기뿐만이 아니라 우리나라도 매년 겪는 문제이기도 하죠. [음악] 네, 여러분 안녕하세요. 패치입니다. 거대한 소용돌이가 강물을 통째로 하늘로 빨아올리고 지상의 자네들이 중력을 거스르며 공중으로 떠오릅니다. 어, 이거는 재난 영어의 한 장면 같은데 시즈가 아니라 며칠 전 중국 후배성에서 실제로 찍힌 영상입니다. 시속 149km의 바람에 전신주가 부러지고요. 상점 유리문들이 살음처럼 깨져 나갔습니다. 토네이도 하면 우리는 보통 미국의 중부 평원을 떠올리잖아요. 그런데 이거는 중국 내륙의 한복판에서 벌어진 일입니다. 며칠 전인 7월 6일 저녁 후배성 동부를 강한 폭풍이 약 4시간 동안 덮쳤습니다.이 토네이도로요. 무려 11명이 숨지고 331명이 다쳤고 주택 약 4,800여체가 파손이 됐다고 합니다. 그런데이 토네이도는 갑자기 생긴게 아니에요. 며칠 전에 지나간 제 10호 태풍 마이사기 그 열쇠였습니다.

태풍은 바다위로 지날 때 따뜻하고 습한 공기를 잔뜩 끌어올리게 되죠. 대기의 수증기라는 연료를 채워넣는 셈인데요.이 연료는 태풍이 지나간 뒤에도 바로 사라지지 않습니다. 이번에도 그 습한 공기가 내륙으로 들어와서 북쪽에서 내려온 창기랑 정면으로 부딪혔다고 합니다. 여기에 한 가지가 더해지는데요. 지표 근처와 조금 높은 곳에서 바람의 방향이랑 속도가 다르게 부는 현상 윈드시어입니다. 이게 있으면 상승하는 공기가 그냥 이렇게 위로 솟는게 아니라 회전을 하면서 빨리 올라가게 되거든요. 속에서 옆으로 누워 있던 회전축이 강한 상승 기류를 만나서 세로로 일으켜 세워지면 뇌우 안에 회전하는 기둥이 생기게 되고 이게 지표까지 내려오면 바로 토네이더가 되는 겁니다. 그럼 저 광물은 왜 하늘로 빨리 올라갔을까요? 핵심은 바로 기압인데요. 토네이도의 중심은 주변보다 기압이 급격하게 낮습니다. 대기압이라는 거는 공기가 위에서 누르는 압력인데 토네이도 중심에는이 누르는 힘이 확 줄어들게 돼요. 그러면 어떻게 되냐면 상대적으로 압력이 높은 주변의 물이 압력이 낮은 중심 쪽으로 그리고 위로 밀려 올라가게 되는 거죠.

우리가 주사기로 액체를 빨아들이는 것과 원리가 같은데요. 주사기 손잡이를 당기게 되면 안쪽에 압력이 낮아지게 되고 바깥 압력이 액체를 밀어 올리게 되죠. 토네이드 중심의 저기압이 딱 그 손잡이 역할을 하는 건데요. 물을 위에서 빨아들이는게 아니라 바깥 공기가 물을 아래에서 밀어 올린다고 보는게 더 정확합니다. 여기에 눈에 보이는 깔데기 현상은 또 다른 현상인데요. 중심 기압이 낮아지게 되면 공기가 팽창하면서 온도가 떨어지게 되고 그 안에 수증기가 물방울로 응결을 하죠. 평소에는 투명하던 회전 기둥이 물방울이 맺히는 순간 하얀 깔데기로 눈에 보이게 되는 거예요. 그래서 강이나 호수 위에서 토네이도가 생기게 되면 낮은 기압이 물을 밀어 올리고 은결이 기둥을 그려 주면서 그 극적인 물기둥 장면이 완성이 되는 겁니다. 그런데 안타깝게도 토네이도가 지나간 뒤에 중국에서는 더 큰 재난이 이어졌습니다. 태풍 직격탄을 맞은 남부 광시성에서는 사흘간 최대 791mm의 비가 쏟아졌는데요. 그 지역의 연간 강우량에 거의 절반에 만먹는 수준입니다.

결국에는 저수지 재방이 무너져서 마을이 잠기게 됐고요. 왜 도시는 그러니까 특히 잘 만들어진 겪는 문제이기도 하죠. 당장 지금 우리나라도 마이삭이랑 바비, 쌍태풍의 영향권에서 국제성 포고가 오락가락하고 있습니다. 우리나라의 경우를 보자면 강남역은 거의 매년 여름 뉴스에 나오게 되는데요. 어, 왜 하필 강남일까요? 공학적으로 보면 세 가지의 이유가 겹쳐 있어요. 첫째는 지형인데요. 강남역일 때는 주변 고지대보다 무려 17m가 낮은 이른바 항아리 지형입니다. 서초랑 역삼 쪽에 높은 곳에서 내려온 물이 항아리 바닥에 요렇게 고이듯이 강남역에 모이게 되는 거죠. 물이 모이기는 쉽고 빠지기는 어려운 구조인 거예요. 두 번째는 불투 수면인데요. 도시는 아스팔트랑 콘크리트 물이 안 스며드는 보도 블록으로 덮여 있죠. 지난 안델 공학의 장마철 공학 이야기에서도 다뤘습니다. 흙이라면 빗물의 상당 부분을 먹으실 텐데 도시에서는 떨어진 비가 거의 그대로 지표를 타고 저지대로 흘러가게 됩니다. 땅이라는 자연 스펀지를 걷어낸만큼 배수관이 감당해야 될 물의 양이 확 늘어난 거예요.

그리고 세 번째 가장 공학적인 지점인데요. 배수 시설의 설계 빈도입니다. 하수가는 무작정 굵게 만들 수가 없으니까음 몇 년에 한 번 올법한 비를 기준으로 용량을 정하게 되는데요. 강남역일 때는 그동안 증서를 거쳐서 지금 시간당 85m 대략 30년에 한 번 올 비를 처리할 수 있는 수준입니다. 그런데 문제는 최근 몇 년간이 기준을 넘는 비가 실제로 계속 내렸다는 겁니다. 2022년 강남일대에는 시간당 116mm의 비가 쏟아졌죠. 배수 용량 85mm로 설계된 도시에 116mm의 비가 오게 되면 초과 물은 갈 곳에 없게 돼요. 그러면 맨월에서 영류하게 되고 도로가 바로 하천이 되어 버리는 거죠. 여기에서 중요한 건 단순히 관리를 못 해서가 아니라는 점입니다. 과거의 강후 기록을 기준으로 성실하게 설계된 인프라조차 기후가 그 기준을 넘어서기 시작을 하면 구조적으로 못 버티게 되는 거예요. 이거는 설계가 틀린게 아니라 설계의 전제였던 기후가 바뀐 거죠. 그렇다면 답은 하수관을 계속 굵게 만드는 걸까요? 그게 생각처럼 간단하지만도 않습니다.

설계 빈도를 30년에서 50년 그리고 100년으로 올린다는 건 수십년에 한번 쓸까 말까한 포구를 위해서 도시 전체 하수도를 다시 파묻는다는 뜻이거든요. 비용도 공간도 막대하겠죠. 실제로 서울 양천구의 신월 빗물 저류 배수 터널은 시간당 100mm의 빛까지 대응하도록 만든 대심도 터널인데 이런 시설은 평소에는 텅 비어 있다가 극한 포구 때만 잠깐 가동이 됩니다. 몇 년에 한 번을 위해서 거대한 지하 방파제를 묻어두는 셈이죠. 그래서 최근에는 접근을 좀 나눠서 봅니다. 상류에서는 빗물이 땅으로 스며들거나 아니면 잠시 머물게 하는 방식. 하류에서는 넘치는 물을 빠르게 빼내거나 잠깐 가둬두는 대형 시설. 그러니까 도시 홍수는 관 하나를 굵게 만든다고 풀리는 문제가 아니라 물이 어디에서 모여서 어디로 가는지를 통째로 다시 설계해야 하는 문제인 거죠. 토네이도는 기압으로 풀리겠지만 도시 침수는 결국 우리가 어떤 비를 기준으로 도시를 설계할 것인가에 대한 질문으로 다시 우리에게 돌아옵니다. 그리고 그 기준이 돼야 할 기후 자체가 흔들리고 있다는 거.

이번 주에 내리는 비를 보며 우리가 생각해 봐야 할 진짜 숙제인지도 모르겠습니다. 그럼 오늘은 여기까지 안공학 패치였습니다.