연안 및 해양에 유출된 기름의 자연적 또는 인위적 제거 경로와 양을 파악하고 방제활동이 필요한 잔류기름 양을 산정하는 것을 유출유 수지분석이라 한다. 2010년 멕시코만 딥워터 호라이즌호 사고 시 개발된 유출유 수지분석 모델은 현장 방제기술 분석 수단의 하나로서 미국 국가사고지휘본부에 방제전략 수립를 위한 핵심적인 정보를 제공하였고 방제활동의 언론 및 대국민 홍보 등에 성공적으로 활용되었다. 본 연구에서는 유출유 수지분석 기법의 이론적 내용을 분석하고 향후 국내 적용 가능성을 검토하였다. 국내외의 재난적 해양오염사고들의 유출유 수지분석 결과를 비교해보면, 유회수기를 활용한 기계적 수거로 유출량 대비 3~8%, 소각 1~5%, 유처리제에 의한 화학적 분산으로 4.8~16%의 기름이 제거되었고, 자연적 풍화작용(증발, 용해, 자연분산 등)에 의해서 37~56%가 제거된 것으로 분석되었다. 이는 유회수기와 함께 소각 및 화학적 분산이 효과적인 해상방제 기술로 적용될 수 있으며, 자연적인 풍화작용 또한 유출유 제거에 효과적임을 보여준다. 유출유 수지분석 모델이 국내 방제활동에 활용되기 위해서는 국내의 계절적 해양환경, 유류 및 방제장비 특성, 방제방법 등을 고려한 최적화된 매개변수 설정연구가 선행되어야 하며, 해안방제에 의한 유출유 제거량 산정 기법이 새로이 개발되어야 한다. 향후 국내 환경에 최적화된 유출유 수지분석 모델을 개발하여 방제 현장에 적용할 경우 보다 체계적이며 신뢰성 있고 일관성 있는 방제전략 수립, 방제작업 현장관리, 대국민 홍보 및 언론 보도 등에 유용하게 활용가능 할 것으로 사료된다.
연안 및 해양에 유출된 기름의 자연적 또는 인위적 제거 경로와 양을 파악하고 방제활동이 필요한 잔류기름 양을 산정하는 것을 유출유 수지분석이라 한다. 2010년 멕시코만 딥워터 호라이즌호 사고 시 개발된 유출유 수지분석 모델은 현장 방제기술 분석 수단의 하나로서 미국 국가사고지휘본부에 방제전략 수립를 위한 핵심적인 정보를 제공하였고 방제활동의 언론 및 대국민 홍보 등에 성공적으로 활용되었다. 본 연구에서는 유출유 수지분석 기법의 이론적 내용을 분석하고 향후 국내 적용 가능성을 검토하였다. 국내외의 재난적 해양오염사고들의 유출유 수지분석 결과를 비교해보면, 유회수기를 활용한 기계적 수거로 유출량 대비 3~8%, 소각 1~5%, 유처리제에 의한 화학적 분산으로 4.8~16%의 기름이 제거되었고, 자연적 풍화작용(증발, 용해, 자연분산 등)에 의해서 37~56%가 제거된 것으로 분석되었다. 이는 유회수기와 함께 소각 및 화학적 분산이 효과적인 해상방제 기술로 적용될 수 있으며, 자연적인 풍화작용 또한 유출유 제거에 효과적임을 보여준다. 유출유 수지분석 모델이 국내 방제활동에 활용되기 위해서는 국내의 계절적 해양환경, 유류 및 방제장비 특성, 방제방법 등을 고려한 최적화된 매개변수 설정연구가 선행되어야 하며, 해안방제에 의한 유출유 제거량 산정 기법이 새로이 개발되어야 한다. 향후 국내 환경에 최적화된 유출유 수지분석 모델을 개발하여 방제 현장에 적용할 경우 보다 체계적이며 신뢰성 있고 일관성 있는 방제전략 수립, 방제작업 현장관리, 대국민 홍보 및 언론 보도 등에 유용하게 활용가능 할 것으로 사료된다.
Oil budget calculator identifies the removal pathways of spilled oil by both natural and response methods, and estimates the remaining oil required response activities. A oil budget calculator was newly developed as a response tool for Deepwater Horizon oil spill incident in Gulf of Mexico in 2010 t...
Oil budget calculator identifies the removal pathways of spilled oil by both natural and response methods, and estimates the remaining oil required response activities. A oil budget calculator was newly developed as a response tool for Deepwater Horizon oil spill incident in Gulf of Mexico in 2010 to inform clean up decisions for Incident Comment System, which was also successfully utilized to media and general public promotion of oil spill response activities. This study analyzed the theoretical background of the oil budget calculator and explored its future application to Korea. The oil budge calculation of four catastrophic marine pollution incidents indicates that 3~8% of spilled oil was removed mechanically by skimmers, 1~5% by in-situ burning, 4.8~16% by chemical dispersion due to dispersant operation, and 37~56% by weathering processes such as evaporation, dissolution, and natural dispersion. The results show that in-situ burning and chemical dispersion effectively remove spilled oil more than the mechanical removal by skimming, and natural weathering processes are also very effective to remove spilled oil. To apply the oil budget calculator in Korea, its parameters need to be optimized in response to the seasonal characteristics of marine environment, the characteristics of spilled oil and response technologies. A new algorithm also needs to be developed to estimate the oil budget due to shoreline cleanup activities. An oil budget calculator optimized in Korea can play a critical role in informing decisions for oil spill response activities and communicating spill prevention and response activities with the media and general public.
Oil budget calculator identifies the removal pathways of spilled oil by both natural and response methods, and estimates the remaining oil required response activities. A oil budget calculator was newly developed as a response tool for Deepwater Horizon oil spill incident in Gulf of Mexico in 2010 to inform clean up decisions for Incident Comment System, which was also successfully utilized to media and general public promotion of oil spill response activities. This study analyzed the theoretical background of the oil budget calculator and explored its future application to Korea. The oil budge calculation of four catastrophic marine pollution incidents indicates that 3~8% of spilled oil was removed mechanically by skimmers, 1~5% by in-situ burning, 4.8~16% by chemical dispersion due to dispersant operation, and 37~56% by weathering processes such as evaporation, dissolution, and natural dispersion. The results show that in-situ burning and chemical dispersion effectively remove spilled oil more than the mechanical removal by skimming, and natural weathering processes are also very effective to remove spilled oil. To apply the oil budget calculator in Korea, its parameters need to be optimized in response to the seasonal characteristics of marine environment, the characteristics of spilled oil and response technologies. A new algorithm also needs to be developed to estimate the oil budget due to shoreline cleanup activities. An oil budget calculator optimized in Korea can play a critical role in informing decisions for oil spill response activities and communicating spill prevention and response activities with the media and general public.
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문제 정의
또한 유출유 수지분석 모델을 국내 허베이 스프리트호 기름유출 사고에 시범 적용하였고, 그 결과를 국외의 중요 기름 유출사고의 수지분석 결과와 비교 검토하였다(Table 1). 이를 기반으로 유출유 수지분석모델의 국내 적용가능성을 검토하고 관련기술을 활용한 국가 방제능력 향상을 위한 정책적 시사점을 도출하였다.
특히 유출된 기름이어떤 방제기술에 의해서 얼마나 회수되었고 방제가 필요한 잔류기름은 얼마나 되는지에 대한 관심은 방제 현장에서 쟁점 이슈의 하나가 되었다. 이에 본 연구에서는 딥워터 호라이즌호 사고 대응에서 성공적으로 적용된 유출유 수지분석 기법을 국내에 도입하고자 하는 목적으로 관련 모델의 기본방정식, 신뢰도, 민감도 분석을 통한모델특성을 조사하였다. 또한 유출유 수지분석 모델을 국내 허베이 스프리트호 기름유출 사고에 시범 적용하였고, 그 결과를 국외의 중요 기름 유출사고의 수지분석 결과와 비교 검토하였다(Table 1).
가설 설정
상대적으로 오차가 큰 화학적 분산, 증발/용해에 대한 민감도 조사는 관련 비율상수를 변화시키면서 조사되었다. 기본모델 지배 방정식에서는 해수면 아래 및 해수면 위에서 화학적 분산율(k2, k3)이 서로 비상관적이고, 어제와 오늘의 증발율(k4, k5)이 비상관적이라 가정하였다. 그러나 이들은 상관성이 있을 수 있어, 화학적 분산율 상수와 증발율 상수들 사이에 50% 상관성을 부여하여 민감도분석을 수행하였다.
수지분석 모델에 입력된 기름 유출량및 방제 정보는 Table 3과 같고, 지배방정식에 사용된 비율상수(k1-k8)는 딥워터 호라이즌호 사고 시 적용된 기대치(μ)(Table 2)를 사용하였다. 딥워터 호라이즌 유조선 사고와 달리 허베이 스프리트호 사고는 해상에서 발생한 유조선 사고이기 때문에 해수중에서의 분산작용(VDC, VDN)은 없는 것으로 가정하였다. 수지분석 모델 적용결과 유회수기(3.
풍화작용 과정에 있는 모든 기름은 기계적 회수가 가능하다. 본 방정식은 회수된 기름 대부분은 오래된 기름임을 가정하며, 수거된 기름은 증발성분이 제거되었다고 가정한다.
)으로 식 (4)로 계산된다. 여기서 해수면 아래에서 분산된 기름은 증발되지 않고, 용해된 기름을 포함하지 않는다고 가정한다.
유출된 기름양은 ±10% 오차를 가정하여 정규분포로 표현되었다.
기본모델은 유출량 및 소각량 입력값을 정규분포로 가정하고 있다. 이들 입력값을 랜덤 분포로 가정하여 최저, 최고, 또는 기대치가 모두 같은 비율로 일어난다고 가정하고 모델 민감도 검사를 실시하였다. 유출량 및 소각량에 대한 민감도 분석 결과 또한 기본 모델의결과와 큰 차이를 보이지 않았고 기본 모델이 잔류 기름양을 더 많이 보수적으로 산정하였다(The Federal Interagency Solution Group [2010]: Fig.
제안 방법
국외의 주요 해양오염 사고에 대한 유출유 수지분석 기존 결과와 본 연구에서 수행된 허베이 스프리트호 수지분석 결과를 비교 검토하였다. 딥워터 호라이즌호(수심 1500 m에서 약 4.
기본모델 지배 방정식에서는 해수면 아래 및 해수면 위에서 화학적 분산율(k2, k3)이 서로 비상관적이고, 어제와 오늘의 증발율(k4, k5)이 비상관적이라 가정하였다. 그러나 이들은 상관성이 있을 수 있어, 화학적 분산율 상수와 증발율 상수들 사이에 50% 상관성을 부여하여 민감도분석을 수행하였다. 화학적 분산율, 증발율의 변화에 따라 모델 결과는 큰 차이를 보이지 않았다(The Federal Interagency Solution Group[2010]: Fig.
딥워터 호라이즌호 사고 시 개발된 유출유 수지분석 모델을 국내유류 오염 사고인 허베이 스프리트호 사고에 시범 적용하였다. 유회수기 및 유처리제를 사용한 해상방제에 의해 유출유의 8.
이에 본 연구에서는 딥워터 호라이즌호 사고 대응에서 성공적으로 적용된 유출유 수지분석 기법을 국내에 도입하고자 하는 목적으로 관련 모델의 기본방정식, 신뢰도, 민감도 분석을 통한모델특성을 조사하였다. 또한 유출유 수지분석 모델을 국내 허베이 스프리트호 기름유출 사고에 시범 적용하였고, 그 결과를 국외의 중요 기름 유출사고의 수지분석 결과와 비교 검토하였다(Table 1). 이를 기반으로 유출유 수지분석모델의 국내 적용가능성을 검토하고 관련기술을 활용한 국가 방제능력 향상을 위한 정책적 시사점을 도출하였다.
미국 딥워터 호라이즌호 사고 시 개발된 유출유 수지분석 모델을 국내에서 발생한 허베이 스프리트호 유조선 기름유출 사고에 시범 적용하였다. 허베이 스프리트호 사고는 2007년 12월 7일에 발생 후2일 동안 12,547 kl(7만9천 배럴)의 유류가 유출되었고 2008년 10월10일 까지 약 310일간 방제작업이 지속되었다(Korea Maritime Institute[2008]).
이러한 변화에 모델결과가 얼마나 민감하게 반응하는지 검토되었다. 상대적으로 오차가 큰 화학적 분산, 증발/용해에 대한 민감도 조사는 관련 비율상수를 변화시키면서 조사되었다. 기본모델 지배 방정식에서는 해수면 아래 및 해수면 위에서 화학적 분산율(k2, k3)이 서로 비상관적이고, 어제와 오늘의 증발율(k4, k5)이 비상관적이라 가정하였다.
유출된 기름양은 ±10% 오차를 가정하여 정규분포로 표현되었다. 소각된 기름양은 일일 평균, 최소, 최대값을 활용하여 정규 분포도를 작성하였다. 자연분산, 화학적분산, 유회수기에 의한 수거 및 증발 또는 용해되는 기름은 8개의 비율상수(k1-k8, Table 2)를 활용하여 통계기법을 적용하였다.
2). 오염원에서 유출된 기름에서 직접 수거된 기름(VDT)을 제거하여 순유출된 유효 방류량(VRE)을 계산한다. 순 유출된 기름은 저층이나 해수 중에서 자연 분산(VDN) 및 화학적 분산(VDC) 작용에 의해 제거되고, 그 나머지 기름이 해수면으로 떠오른다.
유출유 수지분석 모델을 방제전문가들이 현장에서 쉽게 적용할 수 있도록 사용하기 위해 다음과 같은 특성을 고려하여 웹기반의 툴로 개발되었다.
정규 및 비정규 확률분포로 표현된 입력변수들은 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 수지분석 모델 입력값을 결정하였다. 딥워터 호라이즌호 유류오염 사고의 경우 샘플링을 100,000번 수행하여 각각의 입력 값에 대해 계산하고 그 결과를 요약하여 출력하였다.
해상방제 활동으로 액상 폐기물 2,360 kl, 고형 폐기물 1,034톤이 수거되었고, 해안방제 활동에 의해액상 폐기물 1,815 kl, 고형 폐기물 31,040톤이 수거되었다(Korea Maritime Institute[2008]). 현재 유출유 수지분석 모델이 해상방제에 초점을 맞추고 있어, 허베이 스프리트호 관련 방제 작업 중 해상방제 부분에 모델을 적용하였다. 수지분석 모델에 입력된 기름 유출량및 방제 정보는 Table 3과 같고, 지배방정식에 사용된 비율상수(k1-k8)는 딥워터 호라이즌호 사고 시 적용된 기대치(μ)(Table 2)를 사용하였다.
데이터처리
소각된 기름양은 일일 평균, 최소, 최대값을 활용하여 정규 분포도를 작성하였다. 자연분산, 화학적분산, 유회수기에 의한 수거 및 증발 또는 용해되는 기름은 8개의 비율상수(k1-k8, Table 2)를 활용하여 통계기법을 적용하였다. 비율상수는 현장자료 및 방제전문가의 의견을 바탕으로 결정되었고, 비정규분포로 표현되었다(The Federal Interagency Solution Group [2010]: Fig.
이론/모형
유출유 수지분석 기법은 멕시코만 딥워터 호라이즌호 사고 이전부터 유회수기에 의한 수거, 소각된 기름, 유처리제 살포량 등을 기록하기 위해 적용되었다(Douglas et al.[1994]; Jernelöv and Lindén [1981]; The Federal Interagency Solution Group[2010]).
성능/효과
8%로, 연안방제에 의해 제거된 기름, 퇴적 및 침강된 기름 등을 포함한다. 비율상수 적용에 따라 방제방법에 따른 유출유 제거량은 차이가 있었지만, 여전히 기계적 수거와 화학적 분산에 비해 자연적 유출유 제거량이 6~17배이상 큰 값을 보였다(Fig. 4).
딥워터 호라이즌 유조선 사고와 달리 허베이 스프리트호 사고는 해상에서 발생한 유조선 사고이기 때문에 해수중에서의 분산작용(VDC, VDN)은 없는 것으로 가정하였다. 수지분석 모델 적용결과 유회수기(3.8%) 및 유처리제(4.8%)를 사용한 해상방제에 의해 8.6%가 제거되었고 증발/용해 및 자연분산에 의해 42.7%가 제거되었다(Table 4, Fig. 4). 자연적 풍화작용 및 해상방제에 의해 제거된 기름을 제외한 나머지 기름은 유출된 기름의 48.
딥워터 호라이즌호 사고 시 개발된 유출유 수지분석 모델을 국내유류 오염 사고인 허베이 스프리트호 사고에 시범 적용하였다. 유회수기 및 유처리제를 사용한 해상방제에 의해 유출유의 8.6%가 제거되었고 자연적 풍화작용에 의한 증발, 용해 및 분산에 의해 42.7%가 제거되었다. 나머지 48.
최악 대응 시나리오에서는 해상방제와 풍화작용으로 17%, 37%가 제거되었고 30%가 잔류기름으로 분류되었다. 최상 시나리오와 비교해 최악 시나리오의 경우 해상방제 효율이 2배 이상 낮았고 다음날 방제가 필요한 잔류기름은 약 3배정도 많게 추정되었다. 다음날 방제전략 수립을 위해서는 잔류기름의 양을 과하게 산정하는 최악 시나리오 결과를 활용할 것이 권장된다.
2010년 7월 14일까지 최상 대응 시나리오일 경우 해상방제 및 풍화작용에 의해 유출유의 39%, 33%가제거되었고 11%가 잔류하였다. 최악 대응 시나리오에서는 해상방제와 풍화작용으로 17%, 37%가 제거되었고 30%가 잔류기름으로 분류되었다. 최상 시나리오와 비교해 최악 시나리오의 경우 해상방제 효율이 2배 이상 낮았고 다음날 방제가 필요한 잔류기름은 약 3배정도 많게 추정되었다.
후속연구
현재의 유출유 수지 분석모델은 해상조건에 따른 풍화작용을 고려할 수가 없는 한계가 있어 추가 보완이 요구된다. 또한 국내에서 해안방제를 적극적으로 실행하는 것을 고려하면 해안방제에 의해 제거된 기름양을 산정할 수 있는 기법이 추가 개발되어야 한다. 이러한 기술적 보완을 거쳐서 국내환경에 최적화되고 검정이 완료된 유출유 수지분석 모델은 방제작업 일일 상황 보고에 일관적이고 신뢰성 있는 정보를 제공할 수 있고, 유류오염 대비·대응을 위한 장기 방제전략 수립에도 유용하게 활용될 수 있다.
이러한 기술적 보완을 거쳐서 국내환경에 최적화되고 검정이 완료된 유출유 수지분석 모델은 방제작업 일일 상황 보고에 일관적이고 신뢰성 있는 정보를 제공할 수 있고, 유류오염 대비·대응을 위한 장기 방제전략 수립에도 유용하게 활용될 수 있다. 또한 유출유 수지분석 결과는 방제정보의 보도 및 홍보에도 활용될 수 있어 정책결정자, 이해당사자, 일반 국민들에게 방제정보를 효과적으로 전달하는데 도움을 줄 수 있다. 그러나 유출유수지분석 모델 결과는 방제 현장에서 긴급 의사결정을 지원하기 위함이기에 환경영향평가, 유류오염 피해보상 등 방제 이외의 목적으로 활용되지 않도록 주의가 요구된다.
8%는 연안방제, 타르볼 형성, 해안 부착, 퇴적 및 침강 작용에 의해 처리되었다. 본 결과는 미국 멕시코만에서 적용된 수지분석 기법을 국내에 소개하고자 시범 적용된 결과로서 앞으로 추가적인 연구가 더 필요하다.
그러나 유출유수지분석 모델 결과는 방제 현장에서 긴급 의사결정을 지원하기 위함이기에 환경영향평가, 유류오염 피해보상 등 방제 이외의 목적으로 활용되지 않도록 주의가 요구된다. 앞으로 국내에서 수지분석 모델을 활용할 경우 그 결과 해석이나 활용 범위에 대한 구체적인 명시를 통해 잘못 활용되는 것을 방지하기 위한 노력이 필요하다.
반면, 화학적 분산, 증발/용해에 의한 추정치는 오차가 크며, 이러한 오차는 잔류 기름양 추정치에 더해진다. 유출유수지분석 모델 결과의 정확도를 높이기 위해서는 화학적 분산 및 증발/용해에 대한 더 많은 연구가 필요함을 시사한다.
해양에 유출된 기름은 풍속, 파고 등 해양기상 조건에 따라 풍화의 정도에 차이가 난다. 현재의 유출유 수지 분석모델은 해상조건에 따른 풍화작용을 고려할 수가 없는 한계가 있어 추가 보완이 요구된다. 또한 국내에서 해안방제를 적극적으로 실행하는 것을 고려하면 해안방제에 의해 제거된 기름양을 산정할 수 있는 기법이 추가 개발되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내외의 재난적 해양오염사고들의 유출유 수지분석 결과는?
본 연구에서는 유출유 수지분석 기법의 이론적 내용을 분석하고 향후 국내 적용 가능성을 검토하였다. 국내외의 재난적 해양오염사고들의 유출유 수지분석 결과를 비교해보면, 유회수기를 활용한 기계적 수거로 유출량 대비 3~8%, 소각 1~5%, 유처리제에 의한 화학적 분산으로 4.8~16%의 기름이 제거되었고, 자연적 풍화작용(증발, 용해, 자연분산 등)에 의해서 37~56%가 제거된 것으로 분석되었다. 이는 유회수기와 함께 소각 및 화학적 분산이 효과적인 해상방제 기술로 적용될 수 있으며, 자연적인 풍화작용 또한 유출유 제거에 효과적임을 보여준다.
유출유 수지분석이란?
연안 및 해양에 유출된 기름의 자연적 또는 인위적 제거 경로와 양을 파악하고 방제활동이 필요한 잔류기름 양을 산정하는 것을 유출유 수지분석이라 한다. 2010년 멕시코만 딥워터 호라이즌호 사고 시 개발된 유출유 수지분석 모델은 현장 방제기술 분석 수단의 하나로서 미국 국가사고지휘본부에 방제전략 수립를 위한 핵심적인 정보를 제공하였고 방제활동의 언론 및 대국민 홍보 등에 성공적으로 활용되었다.
국내외의 재난적 해양오염사고들의 유출유 수지분석 결과가 보여 주는 것은?
8~16%의 기름이 제거되었고, 자연적 풍화작용(증발, 용해, 자연분산 등)에 의해서 37~56%가 제거된 것으로 분석되었다. 이는 유회수기와 함께 소각 및 화학적 분산이 효과적인 해상방제 기술로 적용될 수 있으며, 자연적인 풍화작용 또한 유출유 제거에 효과적임을 보여준다. 유출유 수지분석 모델이 국내 방제활동에 활용되기 위해서는 국내의 계절적 해양환경, 유류 및 방제장비 특성, 방제방법 등을 고려한 최적화된 매개변수 설정연구가 선행되어야 하며, 해안방제에 의한 유출유 제거량 산정 기법이 새로이 개발되어야 한다.
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