[논문]월성원전 연안역 해수유동 및 오염물 이동 수치실험

박건형; 김기철; 민병일; 이정렬; 서경석

doi:10.7733/jkrws.2012.10.4.255

월성원전 연안역 해수유동 및 오염물 이동 수치실험
Numerical Simulations of Water Circulation and Pollutant Transport near a Coastal Area of Wolsung NPPs 원문보기

방사성폐기물학회지 = Journal of the Korean Radioactive Waste Society, v.10 no.4, 2012년, pp.255 - 262

박건형 (한국원자력연구원) , 김기철 (한국원자력연구원) , 민병일 (한국원자력연구원) , 이정렬 (성균관대학교) , 서경석 (한국원자력연구원)

초록
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원전이 위치한 동해 월성 연안역 주변에서 오염물 이동 확산에 대한 수치 모사를 수행하였다. 월성 연안역의 유속장 재현을 위한 해수유동 수치모형 실험은 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 모델을 사용하여 조위 시계열 검증 및 조화분석을 통한 검증을 실시한 결과 양호한 재현성을 나타내었다. 월성 주변해역의 유속장 산정 결과 창조류시에는 남향, 낙조류 시에는 북향으로 진행되는 결과를 알 수 있었다. 또한 국립수산과학원에서 관측한 수온, 염분의 자료를 이용하여 수치모델을 통한 계산값과 관측값을 비교한 결과 양호한 재현성을 나타내었다. 계산된 해수유동자료와 수온, 염분의 결과를 이용하여 오염물질의 확산특성을 해석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Numerical simulations were performed to evaluate the dispersion characteristics of the pollutant around a Wolsung coastal area at located nuclear power plants. Numerical experiments by using EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) showed good agreements by comparison with the time series and harmonic analysis of the tidal elevations. The released pollutants moved in north direction at flood tide and in south direction at ebb tide. The calculated salinity and temperatures showed good agreements with the observed results by NFRDI(National Fisheries Research & Development Institute). The water circulation due to the variations of the temperature, salinity and tidal components were analyzed to estimate the dispersion characteristics of the pollutant.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 월성원전 부근해역의 EFDC모델을 적용하여 월성 연안역의 해수유동장을 재현하고, 오염물 이동확산현상 모사를 목적으로 수행되었다. 월성 연안역의 오염물 확산수치실험은 월성 원전만을 대상으로 한 것으로 주변의 방사성폐기물처분장의 유출은 전혀 고려하지 않았다.
본 연구에서는 동해의 월성 연안역에 관한 해수유동을 재현하기 위해 해수유동 수치실험을 수행하였다. 계산영역을 동서방향 171 ㎞, 남북방향 235 ㎞로 영역을 구성하였고 격자간격은 1 ㎞ × 1 ㎞의 정방향 격자를 사용하였고 수치실험의 계산 영역은 Fig.
본 연구에서는 해수유동 수치실험의 유동장 재현 결과를 이용하여 오염물 이동확산 수치실험을 통한 오염물 이동확산 영향을 모사하는 것을 주목적으로 한다. 해수유동 수치 실험은 2005년 1월 1일∼10일까지 실시하였으며, 그 결과를 최강 창·낙조류시의 조류벡터도로 Fig.
원자력발전소 주변 해역에 대한 방사성 물질의 확산 특성에 관한 연구는 1989년 “고리주변 환경 종합평가 및 관련모델 개발”의 환경 영향 평가 보고서 작성시 처음으로 수행되었다[5]. 이 연구에서는 고리 해역에 우세히 작용하는 해양 물리현상에 적합한 모델을 정립하여 해수유동과 이에 의한 오염물의 해양 확산특성 평가하였다. 한국해양연구원에서는 2002년“해양환경 방사능 감시기술개발” 연구의 일환으로 황해의 3차원 해수 순환모델과 해양 확산모델을 개발한 바 있다[6].

가설 설정

따라서 본 모델에서는 초당 방출량으로 환산하여 4.12×105 Bq/s 로 모델의 초기 방류량으로 가정하여 수치모델을 수행하였다.

제안 방법

월성 연안역의 오염물 확산수치실험은 월성 원전만을 대상으로 한 것으로 주변의 방사성폐기물처분장의 유출은 전혀 고려하지 않았다. EFDC모델을 통한 해수유동장 검증과 수온, 염분의 검증을 통해 본 모형이 양호한 재현성을 나타냄으로써 월성 연안역으로 유입된 오염물 확산형태를 제시하였다. 따라서 월성 연안역의 해수유동 수치실험을 결과 유동장은 창조류시에는 남향, 낙조류시에는 북향으로 진행됨을 알 수 있고, 겨울철 수온은 7.
한국해양연구원에서는 2002년“해양환경 방사능 감시기술개발” 연구의 일환으로 황해의 3차원 해수 순환모델과 해양 확산모델을 개발한 바 있다[6]. 그러나 개발된 확산 모델은 3차원 유한차분모델로 원전 사고시 해양으로 유출된 방사성물질의 농도 분포 계산을 위한 경우 계산시간이 오래 걸리는 제약점을 갖고 있고, 또한 입자추적 모델은 이론식의 제시와 이상화된 해역에 대해 시험 계산만을 수행하였고, 실제 해역에는 적용하지 않았다. 한국전력연구원에서는 2006년 “원전 액체방사성유출물 해양확산 평가기술 개발” 연구의 일환으로 신고리, 신월성 해역에서 3차원 해양확산 특성 평가 연구를 수행하였다[7].
이 결과를 토대로 동해 월성 연안에서 사고를 가정한 오염물 이동·확산을 평가하기 위해 10일간 확산모델 계산을 수행하였다. 방출되는 방사성 핵종의 흡착, 침전 등을 고려하여 해양확산을 평가 하는 것이 바람직하나 본 연구에서는 월성원전의 액체방출물 유도 방출기준에 근거한 ¹³⁷Cs 핵종의 연간 유도방출 기준치값을 적용하여 오염물 이동확산 평가를 실시하였다. Table 3에서 제시한 것과 같이 ¹³⁷Cs 핵종의 유도방출치가 년간 1.
본 연구에서는 동해 연안의 해양환경의 조사·분석을 통하여 월성 연안역 근방에서의 오염 해석을 위하여 상세 격자망을 구성하여 농도를 산정하였다.
본 연구에서는 오염물 이동·확산을 평가하기에 앞서 2005년의 관측된 조위자료로 해수유동모델을 통해 관측값과 모델의 결과값을 비교 검증하였다.
이 결과를 토대로 동해 월성 연안에서 사고를 가정한 오염물 이동·확산을 평가하기 위해 10일간 확산모델 계산을 수행하였다.
해수유동 결과를 모사하기 위해 모델의 계산시간은 2005년 1월 1일 ∼ 2005년 1월 31일까지 약 30일간의 수치실험을 수행하였고, 모델의 계산시간 간격은 CFL조건을 만족하는 5초로 설정하였다.
해수유동 수치실험의 결과를 검증하기 위해 Fig. 2와 같이 모델 영역내의 4개 지점에 대한 조위비교를 실시하였다. 국립해양조사원에 의해 2005년 1월 1일 ∼ 2005년 1월 31일까지의 영역내 검조소에 해당하는 부산의 관측된 조위시계열과 모델에서 계산된 조위시계열을 비교한 결과는 Fig.

대상 데이터

계산영역을 동서방향 171 ㎞, 남북방향 235 ㎞로 영역을 구성하였고 격자간격은 1 ㎞ × 1 ㎞의 정방향 격자를 사용하였고 수치실험의 계산 영역은 Fig. 1과 같다.
kr)의 일사량, 강우량 및 바람, 기압 자료 등을 참고하였다. 국립수산과학원이 1961년부터 현재까지 본 연구의 모델 영역과 일치하는 8 개 정선의 69개 정점에서 매년 2월 간격으로 6회 실시하고 있는 관측점의 자료를 이용하여 수온, 염분 자료를 초기 입력값으로 사용하였다. 2005년 겨울철의 수온, 염분을 검증하기 위하여 1월부터 약 60일 동안의 국립해양조사원(http://www.
본 연구에서는 국립수산과학원 (http://www.nrfdi.go.kr)의 정선해양 관측망과 기상청 (http://www.kma.go.kr)의 일사량, 강우량 및 바람, 기압 자료 등을 참고하였다. 국립수산과학원이 1961년부터 현재까지 본 연구의 모델 영역과 일치하는 8 개 정선의 69개 정점에서 매년 2월 간격으로 6회 실시하고 있는 관측점의 자료를 이용하여 수온, 염분 자료를 초기 입력값으로 사용하였다.

이론/모형

그리고 Galperin et al.[10]에 의해 수정된 Mellor-Yamada level 2.5 난류모델[11]을 사용하여 수직혼합을 계산한다. EFDC 모델은 수직 방향으로 -좌표계를 사용하고, 수평 방향으로는 직선 또는 직교곡선 좌표계를 사용하고 있다.
본 연구에서는 동해 연안의 해양환경의 조사·분석을 통하여 월성 연안역 근방에서의 오염 해석을 위하여 상세 격자망을 구성하여 농도를 산정하였다. 연안역에 유입된 오염물질의 거동특성 및 이동경로를 파악하기 위해 EFDC의 수치모델을 이용하였다.

성능/효과

0이상이면 일주조가 우세함을 의미한다. 따라서 본 연구의 모델영역의 4개 지점 중 부산의 조석형태수는 0.1로 반일 주조가 우세함으로 조석 시계열의 흐름은 관측값과 EFDC의 모델 계산값과 유사한 패턴으로 흐르는 것을 알 수 있다. 또한 울산의 조석형태수는 0.
따라서 월성 연안역의 해수유동 수치실험을 결과 유동장은 창조류시에는 남향, 낙조류시에는 북향으로 진행됨을 알 수 있고, 겨울철 수온은 7.09∼9.31℃, 염분은 33.61∼34.00 0/00 에 해당하는 것을 알 수 있다.
본 연구에서는 오염물 이동·확산을 평가하기에 앞서 2005년의 관측된 조위자료로 해수유동모델을 통해 관측값과 모델의 결과값을 비교 검증하였다. 또한 수온, 염분의 관측값과 모델의 결과값을 비교 검증하여 양호한 결과를 나타내었다. 이 결과를 토대로 동해 월성 연안에서 사고를 가정한 오염물 이동·확산을 평가하기 위해 10일간 확산모델 계산을 수행하였다.
월성 원전을 중심으로 오염물 이동 확산을 살펴보면 북∼북동향으로 확산이 진행되는 것을 알 수 있었다.
국립해양조사원 홈페이지에서 취합한 4개 지점의 조화분해 결과와 모델에서 계산된 조화분해 결과를 비교해 보면, 다소 차이를 나타내고 있으나 이는 오차범위 내에 있는 것으로 판단된다. 이상의 조위검증결과를 통해 본 연구에서 사용된 EFDC 모델의 월성 연안역에 대한 적용은 해수유동장 재현에 있어 양호한 재현성을 나타내고 있다.

후속연구

향후 본 연구를 바탕으로 월성 연안역 외의 다른 지역에도 적용하여 연구를 수행할 예정이며 나아가 방사성 핵종의 흡착, 침전을 고려하여 연안의 오염물 이동확산을 평가할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 원자력 발전소가 사용하는 냉각수는?	우리나라의 원자력 발전소는 냉각수로 해수를 이용하고 있으며, 발전소에서 이용된 냉각수는 주변해역으로 흘러들어가 주변 환경에 영향을 줄 수 있다[1][2][3]. 또한 주변 인접국들의 활발한 원자력 이용과 방사능 물질의 수송 등으로 인해 방사능 사고 위험이 증대됨에 따라 원전 주변 연안역의 해양 방사성물질 거동해석의 필요성이 제기되고 있다.
	오염물의 해양 확산특성 평가를 제시한 국내최초의 해역에 대한 방사성 물질 확산 연구는?	원자력발전소 주변 해역에 대한 방사성 물질의 확산 특성에 관한 연구는 1989년 “고리주변 환경 종합평가 및 관련모델 개발”의 환경 영향 평가 보고서 작성시 처음으로 수행되었다[5]. 이 연구에서는 고리 해역에 우세히 작용하는 해양 물리현상에 적합한 모델을 정립하여 해수유동과 이에 의한 오염물의 해양 확산특성 평가하였다.
	원전 주변 연안역의 해양 방사성물질 거동해석의 필요성이 대두된 이유는?	우리나라의 원자력 발전소는 냉각수로 해수를 이용하고 있으며, 발전소에서 이용된 냉각수는 주변해역으로 흘러들어가 주변 환경에 영향을 줄 수 있다[1][2][3]. 또한 주변 인접국들의 활발한 원자력 이용과 방사능 물질의 수송 등으로 인해 방사능 사고 위험이 증대됨에 따라 원전 주변 연안역의 해양 방사성물질 거동해석의 필요성이 제기되고 있다. 연안역 주변의 발전소 가동으로 인하여 발생할 수 있는 주변 환경의 변화는 단기간보다는 장기간에 걸쳐 나타날 가능성이 높은 만큼 지속적으로 조사가 이루어져야한다.

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상세보기
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상세보기
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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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