본 연구에서는 농업시설물 중 내재해형 비닐하우스와 축사에 대한 화산재 취약도를 평가하였다. 이들 농업시설물에 대한 화산재 취약도를 평가하기 위해 화산재 하중의 확률밀도함수와 대상 시설물 저항성능의 확률밀도함수를 비교하는 해석적 접근법 기반의 FOSM(first-order second-moment) 방법이 이용되었다. 화산재 취약도 평가를 위하여 폭과 높이 그리고 단면 및 재료적 특성이 상이한 6종의 내재해형 비닐하우스와 표준형, 해안형, 산간형으로 구분된 3종의 축사가 사용되었다. 또한 FOSM 방법으로 평가된 내재해형 비닐하우스와 축사의 취약도는 GEV(generalized extreme value) 분포함수의 모수 형태로 최적화된 후 데이터베이스화되었다. 본 연구에서 평가한 화산재 취약도는 백두산 화산분화에 따른 화산재 퇴적에 대한 농업시설물의 위험도 평가를 위하여 활용될 수 있다.
본 연구에서는 농업시설물 중 내재해형 비닐하우스와 축사에 대한 화산재 취약도를 평가하였다. 이들 농업시설물에 대한 화산재 취약도를 평가하기 위해 화산재 하중의 확률밀도함수와 대상 시설물 저항성능의 확률밀도함수를 비교하는 해석적 접근법 기반의 FOSM(first-order second-moment) 방법이 이용되었다. 화산재 취약도 평가를 위하여 폭과 높이 그리고 단면 및 재료적 특성이 상이한 6종의 내재해형 비닐하우스와 표준형, 해안형, 산간형으로 구분된 3종의 축사가 사용되었다. 또한 FOSM 방법으로 평가된 내재해형 비닐하우스와 축사의 취약도는 GEV(generalized extreme value) 분포함수의 모수 형태로 최적화된 후 데이터베이스화되었다. 본 연구에서 평가한 화산재 취약도는 백두산 화산분화에 따른 화산재 퇴적에 대한 농업시설물의 위험도 평가를 위하여 활용될 수 있다.
This paper presents findings from the assessment of the volcanic ash fragility for multi-hazard resisting vinyl greenhouse and livestock shed among the agricultural facilities. The volcanic ash fragility was evaluated by using a combination of the FOSM (first-order second-moment) method, available s...
This paper presents findings from the assessment of the volcanic ash fragility for multi-hazard resisting vinyl greenhouse and livestock shed among the agricultural facilities. The volcanic ash fragility was evaluated by using a combination of the FOSM (first-order second-moment) method, available statistics of volcanic load, facility specifications, and building code. In this study, the evaluated volcanic ash fragilities represent the conditional probability of failure of the agricultural facilities over the full range of volcanic ash loads. For the evaluation, 6 types(ie., 2 single span, 2 tree crop, and 2 double span types) of multi-hazard resisting vinyl greenhouses and 3 types(ie., standard, coast, and mountain types) of livestock sheds are considered. All volcanic ash fragilities estimated in this study were fitted by using parameters of the GEV(generalized extreme value) distribution function, and the obtained parameters were complied into a database to be used in future. The volcanic ash fragilities obtained in this study are planning to be used to evaluate risk by volcanic ash when Mt. Baekdu erupts.
This paper presents findings from the assessment of the volcanic ash fragility for multi-hazard resisting vinyl greenhouse and livestock shed among the agricultural facilities. The volcanic ash fragility was evaluated by using a combination of the FOSM (first-order second-moment) method, available statistics of volcanic load, facility specifications, and building code. In this study, the evaluated volcanic ash fragilities represent the conditional probability of failure of the agricultural facilities over the full range of volcanic ash loads. For the evaluation, 6 types(ie., 2 single span, 2 tree crop, and 2 double span types) of multi-hazard resisting vinyl greenhouses and 3 types(ie., standard, coast, and mountain types) of livestock sheds are considered. All volcanic ash fragilities estimated in this study were fitted by using parameters of the GEV(generalized extreme value) distribution function, and the obtained parameters were complied into a database to be used in future. The volcanic ash fragilities obtained in this study are planning to be used to evaluate risk by volcanic ash when Mt. Baekdu erupts.
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문제 정의
특히 각 시설물의 주요 구조 설계하중은 적설량으로서 농림수산식품부의 축사 설계도에서 제시하고 있는 축사의 지역별 분류와 해당 지역에 대한 기본지상적설하중은 Table 7과 같다. 따라서 본 연구에서는 해당 지역에 대한 기본지상적설하중을 이용하여 농업시설물의 구조적 저항성능을 평가하였다.
본 연구에서는 2.1절에서 기술한 FOSM 방법을 기반으로 농업시설물의 화산재 취약도를 평가하기 위해 화산재 하중의 변동계수와 해당 시설물 저항성능의 평균과 변동계수를 파악 하였다. 이들 값들을 파악하기 위하여 화산재 퇴적량에 대한 문헌과 해당 시설물에 대한 설계하중 산정법 등이 이용되었다.
본 연구에서는 Table 2와 같이 국내에 가장 많이 분포되어 있는 농업시설물(비닐하우스, 축사) 골조에 대한 화산재 취약도를 평가하였다. 본 평가를 위한 농업시설물로는 농림수산식품부에서 제시한 내재해형 비닐하우스(MIFAFF, 2010)와 축사(MIFAFF, 2008)가 선정되었다.
본 연구에서는 임의의 화산재 퇴적두께에 대하여 내재해형 비닐하우스(단동형, 과수형, 광폭형)와 축사(표준형, 해안형, 산간형) 골조의 취약도를 평가하였다.
일반적으로 취약도는 임의의 하중에 대한 평균파괴확률인 VC(vulnerability curve)와 초과파괴확률인 FC(fragility curve)로 표현된다(NEMA, 2009). 본 연구에서는 화산재 하중에 의하여 발생할 수 있는 농업시설물의 초과파괴확률을 산정하여 취약도(FC)를 평가하였다. 해석적 접근법은 Table 4와 같이 세 가지로 분류될 수 있으며(Schultz et al, 2010), 이들 방법 중 FOSM 방법이 본 연구의 화산재 취약도 평가에 적용되었다.
본 장에서는 농업시설물에 대한 화산재 취약도 평가 방법론, 농업시설물의 모형, 화산재 하중 및 농업시설물의 저항성능 산정방법에 대하여 소개한다.
제안 방법
화산재 취약도의 평가 모형으로는 화산재 하중과 대상 시설물의 저항성능에 대한 통계치를 비교할 수 있는 FOSM(first-order second-moment)방법이 선택되었다. FOSM 방법으로 평가한 모든 화산재 취약도는 향후 사용을 위하여 GEV(generalized extreme value) 분포함수의 모수 형태로 데이터베이스화 되었다. 지면 사정상 본 논문에서는 41종의 평가대상 농업시설물 중 대표적이라 할 수 있는 내재해형 비닐하우스 6종과 축사 3종의 화산재 취약도 평가결과를 다루었다.
화산재 취약도를 평가하기 위해 수집 가능한 문헌상의 자료를 기초로 하여 화산재 하중과 농업시설물 저항성능의 통계치를 파악하였으며, 해석적 접근법 기반의 FOSM 방법을 적용하여 신뢰도지수 기반으로 파괴확률을 산정하였다. 또한 본 연구에서는 FOSM 방법으로 평가한 화산재 취약도를 데이터베이스화하기 위해 최소자승법을 이용하여 GEV 분포함수의 모수 형태로 취약도를 최적화하였다.
본 연구에서 평가한 농업시설물에 대한 화산재 취약도는 GEV 분포함수의 모수 형태로 데이터베이스화 되었다. GEV 분포함수에 의한 누적분포함수는 다음과 같다(Kottegoda et al, 1997).
본 연구에서는 Table 3의 해석적 접근법을 이용하여 농업 시설물에 대한 화산재 취약도를 평가하였다. 일반적으로 취약도는 임의의 하중에 대한 평균파괴확률인 VC(vulnerability curve)와 초과파괴확률인 FC(fragility curve)로 표현된다(NEMA, 2009).
본 연구에서는 농림수산식품부에서 제시한 내재해형 비닐하우스(MIFAFF, 2010)와 축사(MIFAFF, 2008)를 선정하여 대표 시설물 9종에 대한 화산재 취약도를 평가하였다.
해당 시설물에 설치된 부재의 종류 및 파괴형태에 따라 파괴하중의 변동성은 상이하다. 이에 본 연구에서는 내재해형 비닐하우스와 축사의 지붕 골조가 대부분 강재인 것을 고려하여 0.1로 변동계수를 설정하였다(NEMA, 2009).
FOSM 방법으로 평가한 모든 화산재 취약도는 향후 사용을 위하여 GEV(generalized extreme value) 분포함수의 모수 형태로 데이터베이스화 되었다. 지면 사정상 본 논문에서는 41종의 평가대상 농업시설물 중 대표적이라 할 수 있는 내재해형 비닐하우스 6종과 축사 3종의 화산재 취약도 평가결과를 다루었다.
화산재 취약도를 평가하기 위해 수집 가능한 문헌상의 자료를 기초로 하여 화산재 하중과 농업시설물 저항성능의 통계치를 파악하였으며, 해석적 접근법 기반의 FOSM 방법을 적용하여 신뢰도지수 기반으로 파괴확률을 산정하였다. 또한 본 연구에서는 FOSM 방법으로 평가한 화산재 취약도를 데이터베이스화하기 위해 최소자승법을 이용하여 GEV 분포함수의 모수 형태로 취약도를 최적화하였다.
화산재 하중의 변동계수는 1980년 미국 세인트 헬렌즈(Saint Helens) 화산분화 시 몬타나(Montana) 지역에서 측정된 화산재 퇴적두께 자료(Nimlos et al, 1982)를 기초로 평가하였다. Fig.
대상 데이터
본 연구에서 적용한 내재해형 비닐하우스는 Table 5와 같이 사용용도에 따라 단동형, 과수형, 광폭형으로 분류된다. 축사는 Table 6과 같이 가축의 종에 따라 한우사, 유우사, 돈사, 계사로 분류되며, 지역적으로는 표준형, 해안형, 산간형으로 분류되고 있다.
본 연구에서는 Table 2와 같이 국내에 가장 많이 분포되어 있는 농업시설물(비닐하우스, 축사) 골조에 대한 화산재 취약도를 평가하였다. 본 평가를 위한 농업시설물로는 농림수산식품부에서 제시한 내재해형 비닐하우스(MIFAFF, 2010)와 축사(MIFAFF, 2008)가 선정되었다. 화산재 취약도의 평가 모형으로는 화산재 하중과 대상 시설물의 저항성능에 대한 통계치를 비교할 수 있는 FOSM(first-order second-moment)방법이 선택되었다.
2는 Nimlos가 관측한 화산재 퇴적두께의 변동계수를 멱함수(power function)의 형태로 회귀분석(regression analysis)한 것이다. 이 분석을 통하여 화산재하중의 변동계수를 백두산에서부터 600km 가량 떨어진 남한 내륙 중심에서의 값에 해당하는 0.32로 선정하였다.
이론/모형
GEV 분포함수의 모수에 대한 최적화(optimization) 방법으로는 식 (9)에 나타난 최소자승법(least square method)이 사용되었다(Baker, 2013).
본 연구에서는 농업시설물 지붕에 대한 설계하중 중 적설하중을 산정하기 위해 농림수산식품부에서 제시한 내재해형 비닐하우스 설계도(MIFAFF, 2010)와 축사 설계도(MIFAFF, 2008)의 설계적설심 및 기본지상적설하중을 이용하였다.
본 연구에서는 화산재 하중에 의하여 발생할 수 있는 농업시설물의 초과파괴확률을 산정하여 취약도(FC)를 평가하였다. 해석적 접근법은 Table 4와 같이 세 가지로 분류될 수 있으며(Schultz et al, 2010), 이들 방법 중 FOSM 방법이 본 연구의 화산재 취약도 평가에 적용되었다.
본 평가를 위한 농업시설물로는 농림수산식품부에서 제시한 내재해형 비닐하우스(MIFAFF, 2010)와 축사(MIFAFF, 2008)가 선정되었다. 화산재 취약도의 평가 모형으로는 화산재 하중과 대상 시설물의 저항성능에 대한 통계치를 비교할 수 있는 FOSM(first-order second-moment)방법이 선택되었다. FOSM 방법으로 평가한 모든 화산재 취약도는 향후 사용을 위하여 GEV(generalized extreme value) 분포함수의 모수 형태로 데이터베이스화 되었다.
성능/효과
표준형과 해안형 축사의 화산재 취약도는 화산재 퇴적두께 100mm~500mm 사이에서 파괴확률의 변화가 급격한 반면 산간형 축사는 220mm~1,000mm 사이에서 큰 파괴확률의 변화를 보인다. 또한 화산재 퇴적두께 200mm에서 표준형과 해안형 축사는 각각 78%와 66%의 파괴확률을 보이는데 반해 산간형 축사에 대한 파괴확률이 거의 0%인 것을 확인할 수 있다. 전반적으로 표준형과 해안형 축사에 비해 산간형 축사는 기존 설계강도 자체가 대량의 적설하중을 저항할 수 있게 설계되어 있기 때문에 화산재 하중에 대해서 구조적으로 더 안전한 것을 알 수 있다.
본 연구를 통하여 동일한 화산재 퇴적 시 단동 비닐하우스와 과수 비닐하우스 그리고 광폭 비닐하우스는 규격과 단면 및 재료적 특성 차이로 인하여 취약도가 상이한 것으로 파악 할 수 있었다. 축사에 대한 화산재 취약도 평가로부터 산간형 축사는 표준형과 해안형 축사에 비해 화산재 하중에 대하여 구조적으로 더 안전한 것을 확인할 수 있다.
후속연구
추후 구조해석을 통하여 본 연구에서 평가한 농업시설물의 저항성능을 검증할 필요가 있다. 또한 본 연구에서 평가하지 않은 비닐의 찢어짐에 따른 비닐하우스의 화산재 취약도를 평가할 필요가 있다.
본 연구에서 평가한 화산재 취약도는 백두산 화산분화에 따른 화산재에 대한 농업시설물의 위험도 평가를 위하여 활용될 수 있다고 판단된다. 추후 구조해석을 통하여 본 연구에서 평가한 농업시설물의 저항성능을 검증할 필요가 있다.
본 연구에서 평가한 화산재 취약도는 백두산 화산분화에 따른 화산재에 대한 농업시설물의 위험도 평가를 위하여 활용될 수 있다고 판단된다. 추후 구조해석을 통하여 본 연구에서 평가한 농업시설물의 저항성능을 검증할 필요가 있다. 또한 본 연구에서 평가하지 않은 비닐의 찢어짐에 따른 비닐하우스의 화산재 취약도를 평가할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선진국에서는 자연재해에 대한 피해 예측 및 경감을 위해 무엇이 사용되는가?
선진국의 경우 자연재해에 대한 피해 예측 및 경감을 위해 HAZUS-MH(FEMA, 2010) 등과 같은 위험도 평가기법이 사용되고 있다. 이러한 위험도를 평가하기 위해서는 위험요인(hazard)과 취약도(fragility)의 모형화가 필수적으로 요구된다(Ham et al.
화산분화로 야기되는 대표적 피해는 무엇에 기인하는가?
화산분화로 야기되는 대표적 피해 중 하나는 화산재에 기인한다. 화산재는 농업·산업과 관련하여 가축의 호흡기 질환이나 사망 그리고 작물 및 과수의 손상과 수확불능 등을 유발시킬 수 있을 뿐만 아니라 Table 1에 나타나 있는 다양한 종류의 농업시설물 관련 사회기반시설에도 큰 영향을 미친다.
수마트라(sumatra)섬 북부에 위치한 시나붕(sinabung) 산의 분화가 미친 영향은 무엇인가?
2010년 8월 인도네시아 수마트라(sumatra)섬 북부에 위치한 시나붕(sinabung) 산이 400여 년 만에 분화하였다. 이 분화로 인하여 시나붕 산 분화구로부터 동쪽 5km 떨어진 지역까지 화산재가 낙하하였다. 이로 인해 15명이 숨지고 주민 수천 명이 대피하였으며, 여러 산업 전반에 큰 피해를 유발시켰다(Iguchi et al., 2011).
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