본 연구에서는 암반의 굴착(발파)공사 등으로 인하여 발생되는 지반진동과 어패류 양식장 등의 수중 배경소음도 및 실제 발파작업시에 발생하는 수중 대상소음도의 척도를 비교 분석하고, 회귀분석에 의한 지반진동추정식과 수중 대상소음 간의 상관식을 도출하여 굴착공사시 수중소음도의 발생정도를 사전 예측하고자 하였으며, 나아가 수중소음 관리기준의 정립을 위한 첫걸음으로 본 연구를 시작하게 되었다. 그동안 실험을 진행하기 전에 상황조건을 달리한 어패류 양식장에 대해 배경소음도를 측정하여 본 결과 양식장마다 각각의 환경적 특성에 따라 배경소음 수준정도가 다양하게 나타나고 있고, 수중소음을 유발하는 지반진동을 실측하여 지반진동과 수중 대상소음 간의 상호 관계식을 도출할 수 있었다. 따라서 상관식에 의해 각종 건설공사에서 수중소음 유발정도를 사전에 예측하여 당해 실정에 적합한 관리(허용)기준을 설정, 설계 시공 등에 적용할 수 있으므로 과거의 기술적, 공학적 논리의 빈약한 기술전개로 인한 어패류 피해의 경제적 손실을 사전에 예방할 수 있고, 수중생물체에 대한 안전성을 확보한 가운데 원만한 건설공사를 진행할 수 있다는 가능성을 발견할 수 있었다.
본 연구에서는 암반의 굴착(발파)공사 등으로 인하여 발생되는 지반진동과 어패류 양식장 등의 수중 배경소음도 및 실제 발파작업시에 발생하는 수중 대상소음도의 척도를 비교 분석하고, 회귀분석에 의한 지반진동추정식과 수중 대상소음 간의 상관식을 도출하여 굴착공사시 수중소음도의 발생정도를 사전 예측하고자 하였으며, 나아가 수중소음 관리기준의 정립을 위한 첫걸음으로 본 연구를 시작하게 되었다. 그동안 실험을 진행하기 전에 상황조건을 달리한 어패류 양식장에 대해 배경소음도를 측정하여 본 결과 양식장마다 각각의 환경적 특성에 따라 배경소음 수준정도가 다양하게 나타나고 있고, 수중소음을 유발하는 지반진동을 실측하여 지반진동과 수중 대상소음 간의 상호 관계식을 도출할 수 있었다. 따라서 상관식에 의해 각종 건설공사에서 수중소음 유발정도를 사전에 예측하여 당해 실정에 적합한 관리(허용)기준을 설정, 설계 시공 등에 적용할 수 있으므로 과거의 기술적, 공학적 논리의 빈약한 기술전개로 인한 어패류 피해의 경제적 손실을 사전에 예방할 수 있고, 수중생물체에 대한 안전성을 확보한 가운데 원만한 건설공사를 진행할 수 있다는 가능성을 발견할 수 있었다.
This study compared and analysed ground vibration, size of underwater background noise in fish farms and underwater object noise of blasting and obtained ground vibration prediction equation through a regression analysis and correlation equation between underwater object noises in order to predict d...
This study compared and analysed ground vibration, size of underwater background noise in fish farms and underwater object noise of blasting and obtained ground vibration prediction equation through a regression analysis and correlation equation between underwater object noises in order to predict degrees of underwater noise in blasting and organize underwater noise control regulations. Before the study, when background noise of fish and shellfish farms with different conditions was measured, levels of background noise were different according to environmental characteristics of each farm. Ground vibration which causes underwater noise was measured to obtain a correlation equation between ground vibration and underwater object noise. Therefore, if underwater noise is predicted for each construction with a use of a correlation and permissible standards appropriate for each condition are applied for design and construction, financial loss from damages to fish and shellfish caused by development of insufficient technological and engineering logic can be prevented and successful construction with safety of underwater creatures guaranteed can be achieved.
This study compared and analysed ground vibration, size of underwater background noise in fish farms and underwater object noise of blasting and obtained ground vibration prediction equation through a regression analysis and correlation equation between underwater object noises in order to predict degrees of underwater noise in blasting and organize underwater noise control regulations. Before the study, when background noise of fish and shellfish farms with different conditions was measured, levels of background noise were different according to environmental characteristics of each farm. Ground vibration which causes underwater noise was measured to obtain a correlation equation between ground vibration and underwater object noise. Therefore, if underwater noise is predicted for each construction with a use of a correlation and permissible standards appropriate for each condition are applied for design and construction, financial loss from damages to fish and shellfish caused by development of insufficient technological and engineering logic can be prevented and successful construction with safety of underwater creatures guaranteed can be achieved.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 이러한 점들을 고려하여 실제 현장상황에 대한 수중에서의 배경소음과 대상소음을 측정하였으며, 수집된 지반진동값과 수중소음 간의 상관관계를 보다 정확하게 확인ㆍ규명하기 위하여 지반진동 자료를 통계 프로그램(excel)으로 회귀분석을 실시, 신뢰도와 상관계수를 확인하였다. 그리고 회귀분석 결과 유용하게 활용될 수 있다는 적용성을 확인한 후 실험을 통해 수집된 충격진동 및 발파진동과 이때의 수중소음 계측자료를 비교･분석하여 다음과 같이 수중소음예측식을 도출하였다.
따라서 본 연구에서는 좀 더 범용성과 객관성을 제고하기 위하여 지역과 지질 및 암상이 상이한 지반조건과 굴착(발파)조건(개착발파, 터널 심빼기 발파, 지하터파기 발파 등) 및 제원(지발당 최대장약량 및 측정거리 등)을 다변화(多變化)한 조건하에서 시험발파를 통해 수집한 발파진동과 수중소음에 대한 분석을 실시하였다. 특히 수중소음과 연관된 지반진동 측정 자료의 회귀분석을 통해 검측된 자료의 신뢰성과 유용성을 우선 확인한 다음 지반진동과 수중소음 간의 상관성을 비교ㆍ분석하였다.
따라서 일반적인 환경적 특성이 고려된 수중소음 관리기준의 확립과 수중소음 측정방법 등의 기준 설정이 시급하게 요구되고 있으나 이에 앞서 보다 공정하고 현실적인 방법으로 지반진동과 수중소음이 발생되는 공학적 원리에 주목하여 소음ㆍ진동 발생원과 이격거리를 고려한 어패류 양식장 등에서 지반진동의 발생크기에 따라 수중 대상소음을 예측할 수 있는 상관성에 대한 연구를 착안하게 되었다.
제안 방법
검증현장 중 한 장소는 강원도 원주시 인근 외곽에 위치한 ○○골프장 건설현장으로 시험발파시 현장과 근접 되어 있는 저수지에서 발파진동측정기와 수중소음측정기를 설치하여 총 5회의 시험발파 결과를 모니터링하였다. 또, 서해상에 위치한 중육도 노천발파에서 해안선 까지 일직선상으로 총 8대의 발파진동계측기를 설치하고, 해안선에 설치한 진동계측기와 근접된 해상에 수중소음측정기 1대를 설치하여 측정에 임하였다.
따라서 본 연구에서는 이러한 점들을 고려하여 실제 현장상황에 대한 수중에서의 배경소음과 대상소음을 측정하였으며, 수집된 지반진동값과 수중소음 간의 상관관계를 보다 정확하게 확인ㆍ규명하기 위하여 지반진동 자료를 통계 프로그램(excel)으로 회귀분석을 실시, 신뢰도와 상관계수를 확인하였다. 그리고 회귀분석 결과 유용하게 활용될 수 있다는 적용성을 확인한 후 실험을 통해 수집된 충격진동 및 발파진동과 이때의 수중소음 계측자료를 비교･분석하여 다음과 같이 수중소음예측식을 도출하였다.
낙추실험은 센서위치에서 2.0m 이격된 위치로부터 1.0m 간격으로 25.0m 이격된 거리까지 총 24개의 계측점을 선정하고, 정 위치에서 자유낙하 방식으로 충격하중을 가했다. 또한, Fig.
넷째, 육상 콘크리트 수조의 경우 어패류를 양식하는 수조의 높이가 대부분 1m 정도이므로 1m 이내의 적절한 깊이에 수중센서(Hydrophone sensor)를 설치하였고, 해상 또는 저수지 내의 가두리 양식장의 수심은 통상 3~5m 정도인 점을 감안하여 수중소음 측정을 위한 센서는 수심 2~3m 정도에 설치ㆍ측정하였다.
지반진동과 수중소음 간의 단순한 비교ㆍ분석은 얼마든지 가능하지만 보안물건과의 이격거리와 허용진동치에 해당하는 지발당장약량을 산출하는 발파진동 추정식의 신뢰구간과 상관계수의 적합성, 그리고 유용성 검증이 이루어지지 않은 비교ㆍ분석은 객관적이지 못하다. 따라서 본 연구에서는 단순히 특정 현장에서 수집한 지반진동과 수중소음 간의 상관성만을 비교ㆍ분석하기보다는 여러 장소의 다양한 발파현장에서 지반진동 검측자료를 수집하여 회귀분석을 실시하였고, 발파진동추정식의 신뢰구간과 상관계수의 객관적 적용성 여부를 확인한 후 보안물건(수중 생물체)에 적용할 수중소음 관리(허용)기준치에 해당하는 이격 거리별 지발당장약량을 산출하기 위해 지반진동값과 수중소음값의 상관성을 비교ㆍ분석하였다. 발파현장에서 발파실험 상관식을 검증, 평가하기 위하여 저수지에서 수중 대상소음을 측정, 분석한 결과 수중소음 예측치와 실측치의 최대차이는 -13.
검증현장 중 한 장소는 강원도 원주시 인근 외곽에 위치한 ○○골프장 건설현장으로 시험발파시 현장과 근접 되어 있는 저수지에서 발파진동측정기와 수중소음측정기를 설치하여 총 5회의 시험발파 결과를 모니터링하였다. 또, 서해상에 위치한 중육도 노천발파에서 해안선 까지 일직선상으로 총 8대의 발파진동계측기를 설치하고, 해안선에 설치한 진동계측기와 근접된 해상에 수중소음측정기 1대를 설치하여 측정에 임하였다. 두 현장의 실험조건은 Table 6~7과 같다.
발파실험은 실제 발파작업이 이루어지고 있는 현장에서 발파작업시의 발파진동과 수중소음을 측정하여 상관성을 도출하기 위한 실험을 실시하였으며, 실제 발파작업을 실시하는 현장인 관계로 현장 주변의 환경여건에 따라 변화를 준 지발당장약량으로 실시한 발파시의 진동과 수중소음에 대한 계측자료(Data)를 확보하였다.
분석에 사용된 계측자료는 지반진동성분 중 최대치의 PPV와 수중소음 최대치의 SPL값을 적용하였으며, 이를 비교･분석한 결과 도출된 상관식은 다음과 같다.
셋째, 낙추실험과 발파실험에 의해 수집된 자료를 통합･분석하였다.
적용 계측자료는 지반진동 성분 중 최대치인 PPV와 수중소음의 최대치인 SPL값을 활용하여 비교･분석하였으며, 그 결과 도출된 상관식은 다음과 같다.
따라서 본 연구에서는 좀 더 범용성과 객관성을 제고하기 위하여 지역과 지질 및 암상이 상이한 지반조건과 굴착(발파)조건(개착발파, 터널 심빼기 발파, 지하터파기 발파 등) 및 제원(지발당 최대장약량 및 측정거리 등)을 다변화(多變化)한 조건하에서 시험발파를 통해 수집한 발파진동과 수중소음에 대한 분석을 실시하였다. 특히 수중소음과 연관된 지반진동 측정 자료의 회귀분석을 통해 검측된 자료의 신뢰성과 유용성을 우선 확인한 다음 지반진동과 수중소음 간의 상관성을 비교ㆍ분석하였다.
대상 데이터
수중소음 예측을 위한 상관식에 의해 구한 예측값과 실제값을 비교 검증하기 위하여 실제 발파가 행하여지고 있는 두 곳의 발파현장에서 검측에 임하였다.
실제 수중소음과 관련된 발파작업이 행하여지고 있는 공사현장(전국 7개 현장)에서 측정한 계측자료 중 수중소음과 지반진동의 비교가 가능한 45개의 계측자료를 활용하여 상관성을 비교･분석한 결과는 Fig. 11과 같다.
자료수집을 위한 발파대상 암종을 대별하면 화강암과 편마암이 주종이었으며, 발파대상 현장은 도로개설을 위한 터널굴착 및 노천굴착, 부지조성 및 기계실 지하터파기 굴착 등 다양한 장소에서 이루어졌으나 발파횟수의 제한성 때문에 수집자료(약 2년 반 기간 동안 62회 발파 중 45개의 진동 Data, 수중소음-SPL 62개 수집)의 한계가 있었다. 수중소음 측정장소는 해상 가두리 양식장, 육상 콘크리트 수조 및 토사로 이루어진 자연 저수지 등이었다.
현재까지 수중소음에 대한 관리기준 및 소음추정식이 정립되어 있지 않으므로 전국의 다양한 여러 곳의 현장(경상남도 고성 및 사천, 부산광역시 기장, 전라남도 나주, 강원도 홍천, 충청남도 아산, 충청북도 청주 등 7개 현장)에서 행하여지고 있는 발파작업시에 지반진동과 함께 수중소음을 측정하였다.
성능/효과
8dB re : 1μPa)의 차이를 보이고 있으나 부(-)의 수만큼을 감안, 예측하여 관리할 수 있으므로 이 제안식은 범용성과 적용성이 있는 것으로 판단된다. 또한, 검증 Site(중육도 해상)에서 시험발파를 실시, 지반진동 검측자료의 회귀분석에 의한 발파진동추정식으로 허용진동치에 해당하는 수중소음 예측치와 실측치의 차이를 비교한 결과 최대 범위가 -3.5 ~ 3.4dB re : 1μPa(평균 -0.31dB re : 1μPa) 정도로 나타나 적용성이 매우 높은 것으로 판단된다.
발파현장에서 발파실험 상관식을 검증, 평가하기 위하여 저수지에서 수중 대상소음을 측정, 분석한 결과 수중소음 예측치와 실측치의 최대차이는 -13.6 ~ -5.6dB re : 1μ Pa(평균 -8.8dB re : 1μPa)의 차이를 보이고 있으나 부(-)의 수만큼을 감안, 예측하여 관리할 수 있으므로 이 제안식은 범용성과 적용성이 있는 것으로 판단된다.
자연상태의 저수지와 임의의 수조에서에서 실시한 낙추실험결과를 검토한 결과 별다른 차이가 없음이 확인되었다. 즉, 일반적인 토사로 구성된 저수지와 지반 위에 임의로 설치한 수조에서의 수중소음 측정결과는 이격거리와 추의 중량에 따른 발생정도의 차이만 있을 뿐 수중소음의 전파과정상에 특이한 점은 발견되지 않았다.
후속연구
이와 같은 결과는 일반적으로 발파작업에 의한 진동･소음의 발생 특성과 항타작업 등의 충격성 진동･소음의 발생 특성에 근본적인 차이가 있으므로 그래프상의 위상을 달리하는 것은 당연한 결과이다. 그러나 상관관계를 나타내는 곡선은 발파실험에 의한 것과 낙추실험에 의한 것 모두 유사하게 분석되고 있으므로 두 가지 예측식을 통하여 발파작업과 항타작업등에 대한 수중소음의 발생정도를 사전에 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
굴착공사시 수중소음도의 발생정도를 예측하기 위해 사용한 방법은?
본 연구에서는 암반의 굴착(발파)공사 등으로 인하여 발생되는 지반진동과 어패류 양식장 등의 수중 배경소음도 및 실제 발파작업시에 발생하는 수중 대상소음도의 척도를 비교 분석하고, 회귀분석에 의한 지반진동추정식과 수중 대상소음 간의 상관식을 도출하여 굴착공사시 수중소음도의 발생정도를 사전 예측하고자 하였으며, 나아가 수중소음 관리기준의 정립을 위한 첫걸음으로 본 연구를 시작하게 되었다. 그동안 실험을 진행하기 전에 상황조건을 달리한 어패류 양식장에 대해 배경소음도를 측정하여 본 결과 양식장마다 각각의 환경적 특성에 따라 배경소음 수준정도가 다양하게 나타나고 있고, 수중소음을 유발하는 지반진동을 실측하여 지반진동과 수중 대상소음 간의 상호 관계식을 도출할 수 있었다.
수중 양식 어패류가 소음과 진동으로 인한 피해발생에 민감한 이유는?
또한 이들의 민원발생에 따른 피해보상 요구액도 일반 가축 등에 비하여 월등히 높아 양 당사자 간의 주장도 첨예하게 대립되고 있는 양상을 보이고 있다. 특히 수중에서 양식하는 어패류는 대부분 기업화되어 있거나 촌락지역에서도 농업을 대체하는 주 생업수단으로 영위하는 경우가 많으므로 건설공해 중에서도 소음과 진동으로 인한 피해발생이 비교적 큰 경제적 손실을 초래하고 있는 사회적 문제로 발전하게 되었다. 또, 객관적이고 형평성에 적합한 공학적, 기술적 접근방법이 사실상 전무한 상태로서 피해당사자 간의 절충 방안을 모색하기도 어려운 경우가 대부분이다.
소음과 진동이 끼치는 악영향은?
각종 건설공사로부터 발생되는 소음과 진동이 인간 생활에 미치는 매우 심각한 환경 공해문제로 대두되어 온 바는 이미 오래 전부터의 일이다. 현재 이와 같이 인간생활에 미치는 환경적 공해문제뿐만 아니라 소, 돼지, 닭 등 집안 우리에서 사육되고 있는 가축은 물론 강, 저수지, 바다 등 수중에 위치한 가두리양식장의 어패류에 대한 피해영향을 호소하는 민원발생이 사회문제로 대두되고 있다. 뱀장어, 송어, 광어, 숭어, 우럭, 전복 등 수중 양식 어패류에 대한 발파 충격파의 소음ㆍ진동 영향으로 인한 민원문제는 국내의 경우 피해기준이 설정되어 있지 않고 있을 뿐만 아니라 역학조사가 이루어진 바 없으므로 피해주장에 대해 사실적 검증방법조차도 매우 모호한 상태이다.
참고문헌 (5)
Mark Simmonds, Sarah Dolman and Lindy Weilgart, 2004, "Oceans of noise", A WDCS(Whale and Dolphin Conservation Society) Science report, pp. 20-21.
Urick Robert. J, 1975, "Principles of underwater sound for engineers", McGraw Hill, New York, pp. 12-15, pp. 16-21, pp. 82.
ALASKA DEPARTMENT OF FISH AND GAME, 1991, "BLASTING STANDARDS For the Protection of Fish", pp. 30.
A. E. Ellis, STRESS AND FISH(A. D. Pikering ed. 1981), "Stress and The Modulation of Defence Mechanism in Fish", pp. 155.
Braja M. Das, 1993, "Principles of Soil Dynamics", PWS-KENT Publishing Company, USA.
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