[논문]해양유류오염사고 위해도 평가에 관한 연구

이문진; 김혜진

[국내논문] 해양유류오염사고 위해도 평가에 관한 연구
A Study on the Pollution Risk Assessment of Oil Spill Accidents 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.23 no.1 = no.86, 2009년, pp.24 - 30

이문진 (한국해양연구원 해양안전.방제기술연구부) , 김혜진 (한국해양연구원 해양안전.방제기술연구부)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to establish an assessment method for the estimation of the pollution risk by oil spill accidents. Various oil spill patterns were calculated based on past accidents in the study area and these results were analyzed statistically. Then the risk probability, the oil arrival time, risk range, and so on were calculated. These calculations were performed for sub area sectors, fisheries and aquaculture farms, based on information about environmentally sensitive resources. Finally, the risk to each sub area sector was assessed by comparing the calculated results. These consequences indicated the objective and general risks of oil spill accidents and the result of this method will be made more appropriate by integrating real time risk predictions.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 보다 종합적이고 객관적인 유출유 피해 위험 평가를 위하여 과거 해역특성자료를 이용한 통계적 위험평가 방법을 연구하였다.
이러한 오류를 배제하기 위해서는 과거 해수유 동과 바람 자료에 근거하여 경우별 유출유 확산예측을 수행하고, 경우별 예측결과를 통계분석하여 유출유 확산 피해에 대한 객관적이고 종합적인 분석이 병행되어야 한다(이문진 등, 2007). 본 연구에서는 보다 종합적이고 객관적인 유출유 피해 위험 평가를 위하여 과거 해역특성자료를 이용한 통계적 위험평가 방법을 연구하였다. 본 연구의 위험평가에서는 특정지점 유출사 고에 대해 실시간 유출유 확산예측 시스템을 과거 해역특성자료와 연계하여 경우별 확산경로를 반복적으로 계산하고, 계산된 결과를 통계분석하여 유출유 피해 가능성의 통계적 경향을 제시함으로써 보다 일반화된 유출유 피해 위험을 산정한다.
본 연구에서는 이러한 유출유 피해 위험평가를 위하여 1983년부터 2002년까지의 약 20년 중 무작위로 선택한 임의 시간을 사고 발생시간으로 가정하여 그로부터 5일 동안에 대해 유출유 확산예측을 수행하고, 이러한 과정을 100회 수행하여 도출한 100 가지의 각각 다른 경우에 대한 유출유 확산경로를 통계 분석하여 유출유 피해위험을 산정하였다. 경우별 유출유 확산계산에서 바람은 인접 연안에서 관측된 자료를 이용하였으며, 관측된 바람에 근거하여 재현한 취송류를 적용하였다.
해양유류오염사고 유출유 피해 위험 평가의 일환으로 유출유의 해역별 피해 가능성을 평가하였다. 유출사고 지점은 과거사고 사례에 근거하여 선정된 대산항 진입항로를 고려하였으며, 해역별 피해 가능성은 환경민감자원 현황에 근거하여 선정한 평가대상 해역에 대한 유출유 도달 가능성으로서 평가하였다.

제안 방법

본 연구에서는 보다 종합적이고 객관적인 유출유 피해 위험 평가를 위하여 과거 해역특성자료를 이용한 통계적 위험평가 방법을 연구하였다. 본 연구의 위험평가에서는 특정지점 유출사 고에 대해 실시간 유출유 확산예측 시스템을 과거 해역특성자료와 연계하여 경우별 확산경로를 반복적으로 계산하고, 계산된 결과를 통계분석하여 유출유 피해 가능성의 통계적 경향을 제시함으로써 보다 일반화된 유출유 피해 위험을 산정한다.
또한 확산 과정에서 유출유는 일정한 양을 유지하는 것이 아니라 시간에 따라 생물 · 화학적 작용 및 침강에 의해 감쇠된다. 본 연구의 유출유 확산모델에서는 이러한 현상들을 보다 현실에 부합되도록 모델링하였다. 본 유출유 확산모델의 개요는 다음과 같다.
본 연구의 유출유 확산예측 모델에서 해수유동은 해수유동모 델에 기반한 실시간 해수유동 예측결과를 이용하여 지정하며, 난류적 유속은 프랙탈브라운운동으로 모델링한다(이문진과 강용균, 1997). 또한 생물 · 화학적 작용 및 침강에 의한 감쇠는 기름 종류별 시간에 따른 감쇠율을 적용하여 유출된 총량이 감쇠 하도록 모델링하였으며, 이러한 감쇠율에 따라 수치적 추적자의 수가 줄어드는 것으로 표현하였다.
조류의 실시간 예측은 조류의 조화상수(Harmonic constants) 와 천문적 요소의 변동을 조합하여 계산하였다. 조류의 조화상수는 해수유동모델의 결과를 조화분해하여 산정하였다.
조류의 실시간 예측은 조류의 조화상수(Harmonic constants) 와 천문적 요소의 변동을 조합하여 계산하였다. 조류의 조화상수는 해수유동모델의 결과를 조화분해하여 산정하였다. 해수유동모델의 결과로 계산된 조화상수를 이용하면, 연구해역 내 어느 점에서나 조화방법에 의한 4대 분조 조류의 예측이 가능하다.
시간 정보로서 t_r은 예측하고자 하는 실시간이며, f_k(t_r)와 u_k(t_r)는 진폭 및 지각에 대한 노드변동보정치(Nodal factor)이고 V_k(t_r)는 평형조 지각이다(Schreman, 1958; Foreman, 1978). 본 연구에서 각 분조에 대한 천문변수 f_k, u_k 및 V_k는 1900년 1월 1 일 0시를 기준하여 경과된 시간의 함수로 계산하였다.
본 연구에서는 동시에 관측된 현장 바람과 취송류간의 반응 함수 교적계수(Kernel coefficient)를 산정하여 취송류를 예측하였다. 현장 관측바람과 취송류간의 교적관계는
유출유 확산예측모델의 정확도를 검증하기 위하여 실제 관측된 유출유 추적부이의 이동경로와 본 연구에서 개발한 유출유 확산예측모델로 실시간 계산을 통하여 재현한 확산경로를 비교 하였다.
유출유 추적부이 관측에 사용된 추적 부이는 유출유 추적이 용이하도록 표면흐름을 따라 흐르게 설계되었으며, DGPS(Differential global positioning system) 및 무선 모뎀을 탑재하여 자동으로 위치를 발신할 수 있도록 제작된 부이이다. 본 실험에서는 동일지점에 동시에 3개의 추적부이를 투하하여 1분 간격으로 자동 발신되는 위치를 추적하였다.
실시간 유출유 확산예측모델에서는 유출유 추적부이 실험과 동일한 시간에 대하여 동일지점에 여러 개의 부이가 투하된 것으로 가정하고, 투하된 여러 개의 부이를 수치적으로 추적하였다. Fig.
본 연구에서는 이러한 유출유 피해 위험평가를 위하여 1983년부터 2002년까지의 약 20년 중 무작위로 선택한 임의 시간을 사고 발생시간으로 가정하여 그로부터 5일 동안에 대해 유출유 확산예측을 수행하고, 이러한 과정을 100회 수행하여 도출한 100 가지의 각각 다른 경우에 대한 유출유 확산경로를 통계 분석하여 유출유 피해위험을 산정하였다. 경우별 유출유 확산계산에서 바람은 인접 연안에서 관측된 자료를 이용하였으며, 관측된 바람에 근거하여 재현한 취송류를 적용하였다. 또한 조류는 조류 조화상수 모델링 결과를 이용하여 실시간으로 예측하여 적용하였다.
경우별 유출유 확산계산에서 바람은 인접 연안에서 관측된 자료를 이용하였으며, 관측된 바람에 근거하여 재현한 취송류를 적용하였다. 또한 조류는 조류 조화상수 모델링 결과를 이용하여 실시간으로 예측하여 적용하였다. 본 연구에서 유출유의 피해가능성은 해안 및 어장에 대한 도달 가능성 및 도달시간으로 평가하였으며, 계산에서 고려한 사고 발생시간을 기준으로 계절별로 구분하여 산정하였다.
또한 조류는 조류 조화상수 모델링 결과를 이용하여 실시간으로 예측하여 적용하였다. 본 연구에서 유출유의 피해가능성은 해안 및 어장에 대한 도달 가능성 및 도달시간으로 평가하였으며, 계산에서 고려한 사고 발생시간을 기준으로 계절별로 구분하여 산정하였다.
와 같이 각 경우의 총 유출량에 대한 분포비율을 계절별 계산 횟수로 평균하여 산정하였다. 여기서 P는 피해 위험도이고, N 은 Table 1의 계절별 계산 횟수이며, A i, j는 유출유 확산모델에서 계산된 계산 격자별 유출유 분포량이고, A total은 각 경우별총 유출량이다.
3에 나타낸 바와 같이 대산항 진입항로에서 주로 발생된다. 따라서 본 연구에서는 Fig. 4에 제시한 대산항 진입항 로를 해양오염 발생해역으로 선정하고, 이 해역에서 유출된 기름의 환경 피해 위험을 평가하였다.
이러한 환경민감자원의 분포에 기반하여 본 연구에서는 가로림만 주변해역의 해안 및 어장분 포를 유출유 피해 평가 대상으로 선정하였으며, 피해 위험도의 정량화를 위하여 Fig. 6에 제시한 바와 같이 평가 대상을 등간 격의 격자로 구분하였다.
유출사고 지점은 과거사고 사례에 근거하여 선정된 대산항 진입항로를 고려하였으며, 해역별 피해 가능성은 환경민감자원 현황에 근거하여 선정한 평가대상 해역에 대한 유출유 도달 가능성으로서 평가하였다.
유출유 피해가능성 분석의 일환으로 사고발생 가능해역을 대상으로 해역별 유출유 도달시간을 평가하였다. 유출사고 발생 지점은 과거 사고사례에서 선정된 대산항 진입항로를 고려하였으며, 해역별 도달시간은 해안 및 어장해역에 대해 산정하였다.
유출유 피해가능성 분석의 일환으로 사고발생 가능해역을 대상으로 해역별 유출유 도달시간을 평가하였다. 유출사고 발생 지점은 과거 사고사례에서 선정된 대산항 진입항로를 고려하였으며, 해역별 도달시간은 해안 및 어장해역에 대해 산정하였다.
유출유 도달시간은 총 100회의 서로 다른 경우에 대해 계산한 결과를 근거로 계절별로 평가하였다. 계절별 평가 결과 중도달시간이 가장 빠르게 나타난 겨울철에 대해 유출사고 발생후 5일 경과시 유출유의 해안 및 주변해역 어장 도달시간은 각각 Fig.
3.6 해역별 유출유 피해 위험 평가

가로림만 주변해역의 해양유류오염사고 위해도 평가를 위하여 유출유 피해 가능성과 도달시간 평가결과를 종합하여 해역별 유출유 피해 위험을 평가하였다. 해역별 유출유 피해 위험은 Fig.
본 연구의 위험평가에서는 특정지점 유출사고에 대해 실시간 유출유 확산예측 시스템을 과거 해역특성자료와 연계하여 경우별 확산경로를 반복적으로 계산하고, 계산된 결과를 통계분석 하여 유출유 피해 가능성의 통계적 경향을 제시함으로써 보다 일반화된 유출유 피해 위험을 산정하였다.
가로림만 주변해역의 해양유류오염사고 위해도 평가를 위하여 유출유 피해 가능성과 도달시간 평가결과를 종합하여 해역별 유출유 피해 위험을 평가하였다. 해역별 유출유 피해 위험은 Fig. 11과 같이 대상해역의 6개의 세부해역으로 구분하여 평가 하였으며, 해역별 피해가능성 예측결과 및 도달시간 예측결과를 이용하여 Table 3에 제시한 바와 같이 상세해역별 해안 및 어장의 최단 도달시간 및 최대 피해규모로서 산정하였다. Table 3에서 해안선 및 어장의 최대 피해규모는 전체 해안선 길이 및 어장 면적 중 유출유에 오염된 부분으로 산정하였으며, 100회의 계산 결과 중 가장 큰 규모를 선별하여 제시하였다.

대상 데이터

해양유류오염사고 위험평가를 위한 대상해역으로 가로림만을 선정하였으며, 해양유류오염사고 발생지점은 과거 사고발생 이력에 근거한 사고 다발해역으로 선정하였다. 해양유류오염사고 발생지점 선정을 위한 과거 사고발생 이력은 Table 2에 제시한 바와 같이 1991년부터 2000년까지 약 10년 동안 가로림만 주변 해역에서 발생한 해양유류오염사고 사례를 고려하였다.
해양유류오염사고 위험평가를 위한 대상해역으로 가로림만을 선정하였으며, 해양유류오염사고 발생지점은 과거 사고발생 이력에 근거한 사고 다발해역으로 선정하였다. 해양유류오염사고 발생지점 선정을 위한 과거 사고발생 이력은 Table 2에 제시한 바와 같이 1991년부터 2000년까지 약 10년 동안 가로림만 주변 해역에서 발생한 해양유류오염사고 사례를 고려하였다. Table 2 의 사고 사례에 따르면, 가로림만 주변해역에서의 해양유류오 염사고는 Fig.
본 연구에서는 가로림만 주변해역의 해양유류오염사고 발생시 유출유에 의한 주변해역의 피해 위험을 평가하기 위하여 해양경찰청에서 구축한 가로림만 방제정보지도(해양경찰청, 2001) 의 환경민감자원 분포 데이터베이스를 이용하여 피해 평가 대상을 선정하였다. 해양경찰청에서 구축한 방제정보지도에는 Fig.

이론/모형

또한 생물 · 화학적 작용 및 침강에 의한 감쇠는 기름 종류별 시간에 따른 감쇠율을 적용하여 유출된 총량이 감쇠 하도록 모델링하였으며, 이러한 감쇠율에 따라 수치적 추적자의 수가 줄어드는 것으로 표현하였다. 기름의 종류별 감쇠율은 미국 해양대기청에서 개발한 유출유 풍화과정 모델인 ADIOS의 데이터베이스를 활용하였다.
유출유의 확산을 지배하는 해수유동은 수치모델을 이용하여 계산하였다. 해수유동모델의 계산에는 조류와 취송류만을 포함 하였다.
여기서 교적계수 h(x, y, u)는 과거의 시간지연(Time lag) u에 해당되는 가중치이다. 바람과 취송류의 현장 관측 및 표면취송류 산정은 이문진과 강용균(2000)이 제시한 방법을 이용하였다.
본 연구의 취송류 산정에서는 이문진과 강용균(2000)이 제시한 결과와 본 연구의 현장실험결과를 적용하여 다음과 같이 표면취송류를 산정하였다.
fGn은 fBm 시계열의 시간별 변위로서 결정하였으며, fBm은 중 앙변위(Mid-point displacement) 방법으로 작성하였다(이문진과 강용균, 1997).

성능/효과

또한 생물 · 화학적 작용 및 침강에 의한 감쇠는 기름 종류별 시간에 따른 감쇠율을 적용하여 유출된 총량이 감쇠 하도록 모델링하였으며, 이러한 감쇠율에 따라 수치적 추적자의 수가 줄어드는 것으로 표현하였다.
실시간 유출유 확산예측모델에서는 유출유 추적부이 실험과 동일한 시간에 대하여 동일지점에 여러 개의 부이가 투하된 것으로 가정하고, 투하된 여러 개의 부이를 수치적으로 추적하였다. Fig. 1과 Fig. 2에 제시한 바와 같이 본 연구의 실시간 유출유 확산예측 모델은 실제 관측된 유출유 추적부이의 표류경로를 잘 재현하는 것으로 나타났다.
10에 제시한 바와 같다. 겨울철 대산항 진입항 로에서 유류오염사고 발생 시 유출유는 대부분 6시간 이내에 주변 해안에 부착하는 것으로 나타났다. 또한 어장 도달시간은 난지도 주변 어장의 경우 3시간 이내, 가로림만 어장의 경우 6시간 이내로 각각 평가되었다.
6개로 구분된 상세해역 중 해안선의 피해가 가장 큰 해역은 해역II의 현대정유 및 난지도 주변해역으로 나타났으며, 어장 피해가 가장 큰 해역은 VI의 가로림만 내해 동부해역으로 나타 났다. 한편, 피해가 발생될 수 있는 최단시간은 해역II의 현대정유 주변해역과 해역IV의 가로림만 동쪽 입구해역에서 4시간 이내로 나타났으며, 그 외 해역에서는 6시간 이상으로 나타났다.

후속연구

본 연구의 결과는 실제 해양사고가 아닌 과거사고 사례에 근거하여 선정한 발생가능 사고에 대한 위해도 평가이므로, 특정 사고에 대한 평가자료로 활용될 수 없다. 그러나 본 연구에서 제시된 평가기법은 해양오염사고 발생시 위해도 평가를 위한 방안으로 활용될 수 있다.
본 연구의 결과는 실제 해양사고가 아닌 과거사고 사례에 근거하여 선정한 발생가능 사고에 대한 위해도 평가이므로, 특정 사고에 대한 평가자료로 활용될 수 없다. 그러나 본 연구에서 제시된 평가기법은 해양오염사고 발생시 위해도 평가를 위한 방안으로 활용될 수 있다. 또한 본 연구에서 제시된 평가기법으로 평가된 유출유 위해도 자료는 유류오염사고의 효율적 방제 계획 및 방제전략 수립에 중요한 정보로 제공될 수 있다.
그러나 본 연구에서 제시된 평가기법은 해양오염사고 발생시 위해도 평가를 위한 방안으로 활용될 수 있다. 또한 본 연구에서 제시된 평가기법으로 평가된 유출유 위해도 자료는 유류오염사고의 효율적 방제 계획 및 방제전략 수립에 중요한 정보로 제공될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해상유출 유의 해양오염의 예시에는 어떤 것들이 있는가?	최근 해상 물동량의 증대에 따라 해난사고에 의한 해상유출 유의 해양오염이 빈번해지고 있으며, 그 규모 역시 대형화되고 있다. 전남 여천군 소리도 인근 해상에서 태풍을 피해 외해로 이동중 좌초되어 기름을 유출시켰던 14만톤급 유조선 씨프린스호 사고, 부산 근해 남형제도 부근 해상에서 예인중 침몰 하여 인근해역을 오염시킨 제1유일호 사고, 여천항 내에서 부두에 접안중 안벽에 충돌하여 선체가 파손되면서 기름이 유출 되었던 호남사파이어호 사고, 삼성예인선과 허베이스피리트호 충돌에 의한 서해안 대규모 유류오염사고 등에서 보듯이 한국 근해는 상시적인 누유사고에 직면해 있으며, 다양한 원인에 의해 사고가 유발되고 있다. 해양오염문제는 수산업, 해양생태계 등에 치명적인 영향을 주며 방제와 피해보상에 막대한 규모의 비용이 소요되고 있다.
	해상에서 유출유는 무엇에 의해 확산되는가?	해난사고에 의한 해양오염의 피해를 최소화하기 위해서는 신속한 초동조치, 효율적인 방제전략 수립, 방제기자재의 신속동원 등이 필수적으로 요구된다. 해상에서 유출유는 조류, 해류, 바람 등과 같은 환경외력에 의해 확산되므로, 효율적인 방제를 위해서는 사고당시의 실시간 환경 외력을 고려하여 유출유의 확산경로를 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 해상 유출 유의 확산경로 추정에 관한 이론 및 수치해석은 이미 여러 차례 연구된 바 있으나(홍기용과 이문진, 1998; 류청로 등, 1998), 대부분이 특정사고에 대한 국지적인 해석만을 제시하고 있다.
	해난사고에 의한 해양오염의 피해피해를 최소화하기 위해서 무엇이 필요한가?	해난사고에 의한 해양오염의 피해를 최소화하기 위해서는 신속한 초동조치, 효율적인 방제전략 수립, 방제기자재의 신속동원 등이 필수적으로 요구된다. 해상에서 유출유는 조류, 해류, 바람 등과 같은 환경외력에 의해 확산되므로, 효율적인 방제를 위해서는 사고당시의 실시간 환경 외력을 고려하여 유출유의 확산경로를 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다.

참고문헌 (10)

류청로, 김종규, 설동관, 강동욱 (1998). '한국 동남해역에서의 유출유 확산예측모델', 한국해양환경공학회지, Vol 1, pp 52-59

원문보기 상세보기
이문진, 강용균 (1997). '연안역 와동확산: 관측 및 프랙탈 확산 모델링', 한국연안.해양공학회지, Vol 9, pp 115-124
이문진, 강용균 (2000). '해양 표면취송류(skin drift)의 라그랑쥐 측류 및 모델링', 한국해양환경공학회지, Vol 3, pp 11-17

원문보기 상세보기
이문진, 김혜진, 황호진, 이승현 (2007). '해양유류오염사고 위해도 평가', 해양환경안전학회 2007년 춘계학술발표회 논문집, pp 9-14
해양경찰청 (2001). 태안지역방제실행계획, 한국해양연구원
홍기용, 이문진 (1998). '누유확산모델의 남해안 적용', 한국해양환경공학회지, Vol 1, pp 56-65

원문보기 상세보기
Foreman, M.G.G. (1978). Manual for Tidal Currents Analysis and Prediction, Pacific Marine Science Report pp 78-6
Okubo, A. (1966). 'A Note on Horizontal Diffusion from Instantaneous Source in a Nonuniform Flow', J. Oceanogr. Soc. Japan, Vol 22, pp 35-40

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Okubo, A. (1971). 'Oceanic Diffusion Diagram', Deep Sea Res., Vol 18, pp 789-802

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Shureman, P. (1958). Manual of Harmonic Analysis and Prediction of Tides, United States Government Printing Office, Washington

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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