[논문]역모델링 기법을 이용한 동해항 주변지역 미세먼지 배출량 산출

김지현; 박영구

doi:10.12925/jkocs.2015.32.4.649

초록
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Calpuff 역모델링 기법을 이용해 산출된 자료는 오염물질 발생량을 예측할 수 있으며, 여러 가지 자료 비교를 통해 감축 가능성 및 목표 수립이 가능해졌다. 본 연구에서는 동해항 주변지역을 대상으로 Calpuff 역모델링 기법을 이용하여 대기 중 미세먼지 저감량 설정하기 위한 기초자료 구축에 목적을 두었으며, 모델링을 이용한 동해항을 포함한 5개 지역 배출농도 산출결과는 다음과 같다. 대기환경기준인 $50{\mu}g/m^3$을 적용하여 대상 지역별 허용배출량 산출 결과 site-D에서 가장 많은 $4.95{\mu}g/m^2{\cdot}S$의 배출량 저감이 요구되었으며, $4.95{\mu}g/m^2{\cdot}S$의 배출량을 감소시킬 경우 영향예측지점(동해하수종말처리장)의 PM10 평균 예측농도는 $42.6{\mu}g/m^3$로 감소될 것으로 나타났다. site-A(동해항)에서 배출되는 오염물질만을 적용하여 모델링 진행 결과 동해항 주변 민가의 기여농도는 평균 $40{\sim}50{\mu}g/m^3$으로 나타났으며, 배경농도를 고려하면 대기환경기준인 $50{\mu}g/m^3$을 상회 할 것으로 예상됨에 따라 더 이상의 오염물질 배출량은 허용되지 않을 것으로 판단된다. site-B는 상가와 나대지로 차량 통행과 나대지에서 비산되는 먼지로 인해 $0.11{\mu}g/m^2{\cdot}S$의 배출량 저감이 요구되었으며, site-C와 E는 오염물질 저감량은 발생하지 않았으나 지속적인 관리가 요구된다.

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Data obtained from the Calpuff inverse modeling estimate the emission amount of pollutants, and enable to establish the aim for reduction through the comparison of various cases. This study pursued to accumulate the fundamental data by the Calpuff inverse modeling for five areas in the vicinity of D...

Data obtained from the Calpuff inverse modeling estimate the emission amount of pollutants, and enable to establish the aim for reduction through the comparison of various cases. This study pursued to accumulate the fundamental data by the Calpuff inverse modeling for five areas in the vicinity of Donghae harbor, which focused on reduction of atmospheric fine dust. As a result of evaluation of the allowed emission amount for local sites, site-D required the most reduction, $4.95{\mu}g/m^2{\cdot}S$, based on the atmospheric guideline, $50{\mu}g/m^3$. The theoretical mitigation could decrease the average concentration of PM10 to $42.6{\mu}g/m^3$ for the study field (Donghae waste water treatment plant). Modeling only for site-A emission showed the potential concentration around the residential area of Donghae harbor, $40{\sim}50{\mu}g/m^3$. However, it will rise over $50{\mu}g/m^3$ with the addition of background level. Therefore no more emission would be allowed. Site-B including commercial area and unpaved field required the reduction of $0.11{\mu}g/m^2{\cdot}S$ due to vehicles and fugitive dust. Site-C and E did not emit additional pollutants.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 동해항 주변지역을 대상으로 역추적기법 모델을 적용하여 대기 중 미세먼지 감축량 설정을 위한 기초자료 구축에 목적을 둔다.

제안 방법

CALPUFF model 실행을 위한 기상모델 및 확산모델 영역은 다음과 같다. 기상모델은 0.1km 격자 기상모델 결과를 CALMET의 입력자료로 변환하여, 대기오염확산 모델의 3차원 기상장을 생성하였고, ASTER_GDEM 1초(30m) 해상도의 지형자료와 환경부 중분류(약 30m) 자료를 이용하여 보다 현실적인 모사를 실시하였다.
2010년 연구용역 실시를 통해 저감대책을 수립하여 오염물질 발생 억제를 위한 노력을 기울이고 있으나 지속적으로 민원이 발생되고 있으며, 주변지역 오염실태 및 영향 조사를 바탕으로 오염물질 발생량 저감 및 피해 최소화를 위한 대책 방안이 요구된다. 이에 따라, 동해항을 포함한 주변지역의 미세먼지 감축량 설정을 위해 확산모델 역추적기법을 이용하여 현재 발생 중인 미세먼지량을 산출하였다.

대상 데이터

CALMET모델은 지형 및 토지이용도를 모델에 적용하기 위하여 전처리 작업을 수행하는 TERREL, CTGPROC, MAKEGEO와 지표기상 관측자료를 전처리하는 SMERGE, 고층기상관측 자료를 전처리하는 READ62로 구성되며, CALPUFF Modeling 전반적인 개략도를 Fig. 1에 나타냈다[4].
Fig. 3은 확산모델 영역으로 동해항 및 북평공단 주변 영향지역을 중심으로 3 km 반경 내의 지역을 대상지역으로 설정하였으며, 오염물질 영향예측지점 정보를 Table 2에 나타냈다.
기상모델인 CALMET의 입력자료인 지표기상자료는 동해항 반경 3 km 내 위치한 동해기상대(43106) 자료를 이용하였으며, 상층기상은 대상지역과 가장 가까운 속초기상대(47090) 자료 이용하였다. 기상모델 입력자료인 지표기상 및 상층기상 정보를 Table 3에 나타냈다.
영향예측지점은 동해하수종말처리장을 선정하였으며, 예측농도 산출을 위한 오염물질 농도는 5월 과 9월의 측정 농도 52.7 ㎍/㎥, 28.8㎍/㎥을 이용하였으며, 예측지점 정보 및 오염물질 측정 농도를 Table 4에 나타냈다.

성능/효과

Site A(동해항)는 오염물질 배출량이 1.97 ㎍/㎡·S 추가 허용되나, 1, 2차 Site A에서 배출되는 오염물질만을 적용하여 모델링 진행 결과 동해항 주변 민가의 기여농도는 평균 40~50 ㎍/㎥으로 나타났으며, 배경농도를 고려하면 대기환경기준인 50 ㎍/㎥을 상회 할 것으로 예상됨에 따라 더 이상의 오염물질 배출량은 허용되지 않을 것으로 판단된다.
대기환경기준인 연평균 50 ㎍/㎥을 적용하여 대상 지역별 허용배출량 산출 결과 Site D에서 가장 많은 4.95 ㎍/㎡·S의 배출량 저감이 요구되었으며, 4.95 ㎍/㎡·S 배출량을 감소시킬 경우 영향예측지점(동해하수종말처리장)의 PM10 평균 예측농도는 42.6 ㎍/㎥로 감소될 것으로 나타났다.

후속연구

Site B는 상가와 나대지로 차량 통행과 나대지에서 비산되는 먼지로 인해 0.11 ㎍/㎡·S의 배출량 저감이 요구되었으며, Site C와 E는 오염물질 저감량은 발생하지 않았으나 지속적인 관리가 요구된다.
본 연구에 적용된 역추적 모델링기법은 임의 대상지점의 측정농도 수집을 통해 주변지역 구역별 발생되는 오염물질 배출량을 산출 할 수 있음에 따라 적은 비용으로 지속 가능한 연속 모니터링이 가능할 것으로 판단된다. 단, 본 연구는 대상기간을 총 2회에 걸쳐 단기간 적용된 점을 미루어 연간 또는 장기간 오염물질 실측결과를 토대로 한 지역별 예측 배출농도 검증이 요구될 것으로 판단된다.
본 연구에 적용된 역추적 모델링기법은 임의 대상지점의 측정농도 수집을 통해 주변지역 구역별 발생되는 오염물질 배출량을 산출 할 수 있음에 따라 적은 비용으로 지속 가능한 연속 모니터링이 가능할 것으로 판단된다. 단, 본 연구는 대상기간을 총 2회에 걸쳐 단기간 적용된 점을 미루어 연간 또는 장기간 오염물질 실측결과를 토대로 한 지역별 예측 배출농도 검증이 요구될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	modeling은 어떻게 활용되는가?	modeling은 기상의 흐름, 화학반응, 대기오염물질의 형성과정 등 대기현상을 과학적으로 이해하고 개발계획 및 대기 개선에 따른 정책수립의 기초자료로 활용된다. 또한 modeling을 통한 오염물질 확산 분포 분석을 통해 궁극적으로 오염물질 발생원에서부터 시간과 공간에 따른 오염물질농도가 예측 가능하다.
	동해항 인근 지역주민의 민원이 발생되는 이유는 무엇인가?	동해항 내 오염물질 배출원에서 발생되는 분진, 하역 및 야적장과 중기 차량에서 배출되는 미세먼지와 항내 도로 차량 통행에 따른 비산먼지로 인해 인근 지역주민의 잦은 민원이 발생되고 있다. 또한 동해항 3단계 확장공사 진행에 따른 지속적인 민원발생이 예상되며, 토양 및 대기오염 피해가 예상됨에 따라 주변 환경오염 조사를 통한 영향 및 환경관리대책 마련이 시급한 실정이다.
	CALMET 모델의 기상부분에 대한 이점은 무엇인가?	CALMET 모델은 지표기상과 고층기상 자료를 공간적으로 내삽하고 모델 영역의 격자점에서 풍향 및 풍속을 구하는 진단적 방법(Diagnostic Method)을 사용하여 시간 단위의 바람과 온도를 3차원 그리드(Grid) 기상장을 만드는 프로그램이다. 이로 인해 가우시안 확산모델의 가장 큰 비중을 가지는 기상부분에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다[3].

참고문헌 (10)

S. S. Joseph, R. R. Francoise, E. F. Mark, and J. Y. Robert, A User's guide for the CALMET meteorological model, Earth Tech, Inc (2000).
S. S. David, G. Strimaitis, and J. Y. Robert, Auser's guide for the CALPUFF dispersion model(version 5), Earth Tech, Inc (2000).
L. Seaman Nelson, Meteorological modeling for air-quality assessments, Atmospheric Environment, 34(12-14), 2231 (2000).

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H. W. Lee, H. Y. Won, H. J. Choi, and H. G. Kim, Numerical Simulation of Effects of Atmospheric Flow Fields Using Surface Observational Data on Dispersion Fields of Air Pollutants in Gwangyang Bay, J. KOSAE., 21(2), 169 (2005).
C. B. Lee, J. C. Kim, G. W. Lee, C. U. Ro, and H. K. Kim, Tracer Experiment for the Investigation of Urban Scale Dispersion of Air Pollutants, J. KOSAE., 23(4), 405 (2007).

원문보기 상세보기
J. C. Kim and J. B. Lee, Evaluation of the CALPUFF Model Using Improved Meteorological Fields in Complex Terrain of East Sea Coast, J. KOSAE., 25(1), 15 (2009).

원문보기 상세보기
S. J. Jeong, CALPUFF and AERMOD dispersion models for estimating odor emissions from industrial complex area sources, Asian Journal of Atmospheric Environment, 5(1), 1-63 (2011).

원문보기 상세보기
Y. S. Koo, H. Y. Kwon, E. S. Son, H. J. Jin, B. W. Jung, and G. S. Heo, A Review of the Estimation Methodology of Methane Emission in a Landfill using Inverse Modeling Technique, J. Korean Soc. Odor Res. Eng. 12(3), 111 (2013).
Y. S. Koo, H. J. Park, U. J. Park, J. E. Park, J. S. Lee, S. J. Han, G. S. Heo, and H. J. Jin, An Evaluation of Dispersion Coefficients in CALPUFF using Tracer Experiment, J. Korean Soc. Odor Res. Eng. 10(4), 189 (2011).
V. K. Figueroa, K. R. Mackie, N. Guarriello, and C. D. Cooper, A robust method for estimating landfill methane emissions, J. Air & Waste Manage. Assoc. 59, 925 (2009).

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