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문제 정의
- 본 연구에서는 수원시에서 운영되고 있는 6개 측정소의 대기오염자료를 바탕으로 연구를 수행하였다. 우선 주요 대기오염물질의 농도현황을 분석하였으며, 이를 통해 각 오염물질에 대해 우리나라, 미국 및 EU의 대기환경기준과 계산방법을 각각 적용하였다.
- 의 24시간 기준은 가장 완화되어 있었다. 본 연구에서는 이와 같이 엄격하거나 완화된 우리나라의 백분위수 기준 또는 농도기준을 조금씩 변화시켜가면서 미국과 EU가 각각 설정한 기준에 근접하도록 모사하고 우리나라의 기준 강도를 검토하였다.
제안 방법
- 2010년부터 2014년까지 수원시 6개 측정지점에서의 SO2, CO, NO2, O3, PM10의 환경기준 달성여부를 우리나라, 미국, EU의 환경기준 산정법을 적용하여 각각 비교 검토하였다. 표 3은 SO2(1시간), NO2(1시간), CO(8시간), O3(8시간), PM10(24시간) 기준에 대한 결과를 각각 비교한 것이다.
- 또한 이 측정망 자료는 우리나라(MOE, 2016), 미국(EPA, 2016), EU (European Commission, 2016)의 대기환경기준과 산정방법을 각각 적용하여 수원시 6개 지역의 대기오염 기준초과여부에 따른 달성과 미달성 여부를 비교·검토하였다.
- 본 연구에서는 2010년부터 2014년까지 수원시 6개 대기오염측정소의 자료를 이용하여 우리나라의 대기질 수준을 분석하였으며, 대기환경기준과 산정법이 서로 다른 한국, 미국, EU의 경우를 비교 분석하고 우리나라 기준의 상대적 강도를 평가하였다.
- 본 연구에서는 30개의 사례 중 우리나라 기준의 경우에는 백분위수 또는 천분위수 기준치를 초과할 때 각 사례별로 거리를 구한 후 최종 ACD를 계산하였으며, EU 경우처럼 달성 여부를 초과횟수로 판단하는 경우에는 일단 사례별로 기준치를 넘는 모든 측정자료의 농도에 대해 기준치에서의 초과농도 거리를 구하고, 이 방법을 모든 미달성 사례에 적용한 후 합산된 거리를 총 미달성 사례수로 나누어 최종 ACD를 계산하였다. 표 4는 2010년부터 2014년까지 5년간 6개 지점(30개 사례)에서 O3와 PM10각각에 대해 8시간 및 24시간 기준에 대한 미달성 횟수와 기준점에서 벗어난 ACD를 보여주고 있다.
- 수원시 주요 오염물질인 SO2, CO, NO2, O3, PM10의 오염현황을 분석하기 위하여 각 오염물질의 시간별 자료로부터 8시간 평균, 일평균, 연평균 농도를 계산하여 비교하였다. 표 2에는 각 오염물질의 연도별 평균 농도 및 표준편차와 오염물질별 적용 단기기준을 고려하여 최대 및 최소 농도범위(range)를 SO2, NO2, PM10은 24시간 평균값으로, CO, O3는 8시간 평균값으로 제시하였다.
- 본 연구에서는 수원시에서 운영되고 있는 6개 측정소의 대기오염자료를 바탕으로 연구를 수행하였다. 우선 주요 대기오염물질의 농도현황을 분석하였으며, 이를 통해 각 오염물질에 대해 우리나라, 미국 및 EU의 대기환경기준과 계산방법을 각각 적용하였다. 이 결과를 이용하여 장·단기 대기환경기준의 달성도(attainment)를 비교 분석하였으며, 농도거리개념을 이용하여 기준의 강도(strength)를 정량적으로 평가하였다.
- 이 결과를 이용하여 장·단기 대기환경기준의 달성도(attainment)를 비교 분석하였으며, 농도거리개념을 이용하여 기준의 강도(strength)를 정량적으로 평가하였다.
- 본 연구를 수행하기 위해 수원시 자동측정망의 5년간 자료(2010~2014년)를 시범대상으로 활용하였으며, 그림 1과 같이 수원시 신풍동, 인계동, 우만동, 영통동, 천천동, 고색동 등 6개 측정소의 자료를 이용하였다. 자동측정망 자료는 1시간 평균자료를 이용하여 8시간 평균, 일평균, 연평균을 계산하였으며, 유효측정값의 처리비율을 75% 이상으로 적용하였다. 특히 8시간 평균 자료는 이동평균법(running average)을 적용하여 추출하였으며, 일별 8시간 구분대의 측정시간값의 누적합을 측정시간수로 나누어 계산한 17개의 평균값 중 최고값을 당일의 8시간 평균값으로 간주하였다.
- 따라서 본 연구에서는 한국, 미국, EU의 기준 강도를 정량적으로 비교하기 위해, 군집분석(cluster analysis)에서 사용하는 맨해탄거리법(Manhattan distance 또는 city-block distance) 개념을 활용하였다(Kowalski, 1977). 즉, 각국의 기준농도 값을 초과하여 분포된 측정농도의 거리(즉, 측정농도-기준농도)를 30개 사례 각각에 대해 계산하고 평균농도거리(ACD: average concentration distance)를 구하였다. 구체적으로 ACD란 우선 30개 사례 중 미달성 사례에 한정하여, 특정된 기준치를 초과하여 벗어난 절대 농도치를 모두 합산하고 그 값을 미달성 사례수로 나눈 거리를 의미한다.
- 그림 7은 우리나라 8시간 기준 산정법을 적용한 결과로서 기준치를 60 ppb로 동일하게 유지한 상태에서, 현행 기준인 99백분위수에서 시작하여 미달성 횟수가 변할 때까지 단계별로 완화시키면서 미달성 횟수와 ACD를 각각 계산한 결과이다. 참고로 본 연구에서는 기준 완화 시 시민단체의 농도에 대한 거부감을 고려하여 기준농도 대신 환경기준 달성 여부를 판단하는 백분위수의 변화율만을 조사하였다. 그림 7에서와 같이 95백분위수에 도달할 때까지 미달성 횟수는 30회 였으며 ACD는 이에 상응하여 점진적으로 감소하였다.
- 의 오염현황을 분석하기 위하여 각 오염물질의 시간별 자료로부터 8시간 평균, 일평균, 연평균 농도를 계산하여 비교하였다. 표 2에는 각 오염물질의 연도별 평균 농도 및 표준편차와 오염물질별 적용 단기기준을 고려하여 최대 및 최소 농도범위(range)를 SO2, NO2, PM10은 24시간 평균값으로, CO, O3는 8시간 평균값으로 제시하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 수행하기 위해 수원시 자동측정망의 5년간 자료(2010~2014년)를 시범대상으로 활용하였으며, 그림 1과 같이 수원시 신풍동, 인계동, 우만동, 영통동, 천천동, 고색동 등 6개 측정소의 자료를 이용하였다. 자동측정망 자료는 1시간 평균자료를 이용하여 8시간 평균, 일평균, 연평균을 계산하였으며, 유효측정값의 처리비율을 75% 이상으로 적용하였다.
- 본 연구에서는 2010년부터 2014년까지 수원시의 주요 대기오염물질 중 SO2, CO, NO2, O3, PM10의 오염현황을 분석하였다. 또한 이 측정망 자료는 우리나라(MOE, 2016), 미국(EPA, 2016), EU (European Commission, 2016)의 대기환경기준과 산정방법을 각각 적용하여 수원시 6개 지역의 대기오염 기준초과여부에 따른 달성과 미달성 여부를 비교·검토하였다.
데이터처리
- 자동측정망 자료는 1시간 평균자료를 이용하여 8시간 평균, 일평균, 연평균을 계산하였으며, 유효측정값의 처리비율을 75% 이상으로 적용하였다. 특히 8시간 평균 자료는 이동평균법(running average)을 적용하여 추출하였으며, 일별 8시간 구분대의 측정시간값의 누적합을 측정시간수로 나누어 계산한 17개의 평균값 중 최고값을 당일의 8시간 평균값으로 간주하였다.
이론/모형
- 따라서 본 연구에서는 한국, 미국, EU의 기준 강도를 정량적으로 비교하기 위해, 군집분석(cluster analysis)에서 사용하는 맨해탄거리법(Manhattan distance 또는 city-block distance) 개념을 활용하였다(Kowalski, 1977). 즉, 각국의 기준농도 값을 초과하여 분포된 측정농도의 거리(즉, 측정농도-기준농도)를 30개 사례 각각에 대해 계산하고 평균농도거리(ACD: average concentration distance)를 구하였다.
성능/효과
- 1)999th permillage of 1 hr concentrations shouldn’t exceed the standard and 99th percentile of 8 hr and 24 hr concentrations shouldn’t exceed the standard.
- 2)99th percentile of 1 hr daily maximum concentrations, averaged over 3 years.
- PM10의 24시간 기준은 미국, EU, 한국 순으로 우리나라가 가장 완화되어 있었으며 연평균 기준도 EU보다 매우 완화되어 있었다. 그럼에도 달성률은 매우 낮아 수원시 PM10오염은 매우 심각하였다.
- 4 ppb로 연평균 기준치인 20 ppb보다 매우 낮은 농도를 보였다. SO2는 주로 제조업연소, 생산 공정, 에너지산업연소 등 고정오염원의 연료사용에 의해 발생하는데, 수원시의 경우 제조업이 점차적으로 감소할 뿐만 아니라 전국적으로 저황유 사용 확대, 고체연료 사용금지, 청정연료의 사용 의무화 등 연료규제의 효과로 환경기준보다 매우 낮은 농도를 확인할 수 있었다.
- 한편, 8시간 기준은 우리나라, 미국, EU가 각각 60 ppb, 70 ppb, 60 ppb로 설정하고 있다. 각국의 농도 산정법을 적용하여 O3 농도를 평가한 결과, 2010~2014년까지 6개 지점 모두 미달성이었다. 수원시뿐만 아니라 2014년 전국 256개 유효 측정소 중 8시간 환경기준 달성률은 0%였다(NIER, 2015).
- 결론적으로 수원시의 규제 대기오염물질 중 SO2, CO 등은 환경기준을 충분히 달성하고 있었으며, NO2의 1시간 기준은 우리나라 기준이 미국보다 다소 엄격하였고, O3의 8시간 기준은 우리나라가 미국과 EU보다 매우 엄격하였으며, PM10의 장단기 기준은 우리나라가 가장 완화되어 있었다. 합리적인 대기환경기준을 설정하기 위해서는 공중보건을 보호할 정도로 엄격해야 하며, 이 기준의 엄격성은 미달성 시 실질적으로 강제할 수 있는 수준이 되어야 한다.
- 또한 105 ppb를 연간 18회를 초과하지 않아야 하는 EU의 기준을 적용할 경우 미달성 지역은 2010년 1개 지점, 2011년 2개 지점, 2012년 1개 지점, 2013년 5개 지점, 2014년 1개 지점이었다. 단순히 기준 달성여부로만 판단할 때 NO2의 단기기준인 1시간 기준은 우리나라 기준이 미국보다 다소 엄격하였으며, EU에 비해서는 상당히 엄격한 수준임을 알 수 있었다.
- 한편, CO의 1시간 기준은 우리나라와 미국이 적용하고 있으며, 우리나라와 미국의 산정법을 각기 적용한 결과 모든 측정지점에서 100% 달성률을 보였다. 또한 8시간 기준은 우리나라, 미국, EU 모두 설정하고 있으며, 표 3에서와 같이 모든 산정결과가 100% 달성률을 보였다.
- NO2의 시간평균 대기 환경기준은 측정자료의 999천분위수가 100 ppb를 초과하지 않아야 하므로, 천천동과 고색동을 제외한 신풍동, 인계동, 우만동, 영통동 등 4개 지점이 시간기준을 만족하지 않았다. 또한 NO2의 일평균 기준은 측정 자료의 99백분위수가 60 ppb를 초과하지 않아야 하는데, 수원시 NO2의 24시간 농도범위는 6~100 ppb 범위를 보였으며, 2014년도 24시간 평균농도의 99백분위수는 신풍동 74 ppb, 인계동 77 ppb, 우만동 74 ppb, 영통동 69 ppb, 천천동 65 ppb, 고색동 67 ppb로 전 지역이 24시간 기준을 만족하지 못하였다. 그림 4(b)는 2010년부터 2014년까지 NO2의 연평균 농도범위를 보여주고 있는데, 그 범위가 31.
- 수원시 O3의 8시간 평균 농도를 한국, 미국, EU의 기준에 적용한 결과, 모든 사례가 미달성이었다. 수원시 사례를 평균농도거리(ACD) 개념을 도입하여 분석한 결과 우리나라 기준이 미국과 EU보다 매우 엄격하였다.
- 의 8시간 평균 농도를 한국, 미국, EU의 기준에 적용한 결과, 모든 사례가 미달성이었다. 수원시 사례를 평균농도거리(ACD) 개념을 도입하여 분석한 결과 우리나라 기준이 미국과 EU보다 매우 엄격하였다. 이는 2001년도에 O3의 8시간 기준산정법이 기존의 구간평균에서 이동평균으로 변경되면서 이에 상응하는 기준이 재설정되지 않았기 때문이다.
- 수원시의 PM10 측정자료를 우리나라, 미국, EU의 24시간 기준 산정법에 각각 적용한 결과, 우선 우리나라 기준법을 적용할 경우 2010년 신풍동을 제외한 모든 지점에서 미달성이었으며, 미국 및 EU 기준법을 적용할 경우 모든 지점이 미달성이었다.
- 의 1시간 평균 농도를 한국, 미국, EU의 기준과 비교할 때, 우리나라의 기준은 미국보다는 다소 엄격하였으며 EU보다는 다소 완화되어 있었다. 연평균 농도는 미국기준을 100% 만족하였으나 한국과 EU의 기준은 100% 만족하지는 못하여 우리나라의 기준이 미국보다는 엄격함을 알 수 있었다. 현재 우리나라 NO2의 장·단기 기준은 비교적 엄격하게 설정되어 있어 대부분 수원시 사례는 미달성을 보였다.
- 우선 수원시 SO2와 CO의 대기질 농도는 매우 낮았으며 각국에서 설정한 환경기준을 100% 만족하였다. 특히 SO2의 경우 미국과 EU와 달리 우리나라는 장기 기준인 연평균 기준을 운용하고 있는데, 극히 낮은 농도수준에서 전국적으로 또한 장기적으로 기준을 충족하고 있으므로 SO2의 장기기준은 폐지할 필요가 있다고 사료되었다.
- 의 24시간 기준은 우리나라에서만 기준을 설정하고 운용하고 있는데, 99백분위수가 60 ppb를 초과할 때 미달성으로 정의하고 있다. 이 기준을 적용한 결과, 2010~2014년까지 수원시 6개 지점에서 모두 미달성이었다. 하지만 장기기준인 연평균 기준은 우리나라, 미국, EU 모두 운용하고 있는데, 우리나라와 EU의 산정법을 적용하면 2010~2014년까지 6개 지점 모두가 미달성이었다.
- 현행 운용되는 한국, 미국, EU의 산정법을 적용할 때 표 4에서와 같이 수원시의 모든 사례가 미달성이었으며, 한국, 미국, EU의 기준에서 초과한 ACD는 각각 25 ppb, 17 ppb, 12 ppb를 보였다. 즉, 기준 강화도는 한국, 미국, EU 순을 보여 우리나라의 기준이 상대적으로 가장 엄격하였다.
- 한편 수원시 NO2의 1시간 평균 농도를 한국, 미국, EU의 기준과 비교할 때, 우리나라의 기준은 미국보다는 다소 엄격하였으며 EU보다는 다소 완화되어 있었다. 연평균 농도는 미국기준을 100% 만족하였으나 한국과 EU의 기준은 100% 만족하지는 못하여 우리나라의 기준이 미국보다는 엄격함을 알 수 있었다.
- 24시간 기준은 우리나라와 EU만이 적용하고 있으며 연평균 기준은 우리나라만 적용하고 있는데, 수원시 모든 지점에서 24시간 및 연평균 SO2 기준을 달성하였다. 한편, CO의 1시간 기준은 우리나라와 미국이 적용하고 있으며, 우리나라와 미국의 산정법을 각기 적용한 결과 모든 측정지점에서 100% 달성률을 보였다. 또한 8시간 기준은 우리나라, 미국, EU 모두 설정하고 있으며, 표 3에서와 같이 모든 산정결과가 100% 달성률을 보였다.
- 현행 운용되는 한국, 미국, EU의 산정법을 적용할 때 표 4에서와 같이 수원시의 모든 사례가 미달성이었으며, 한국, 미국, EU의 기준에서 초과한 ACD는 각각 25 ppb, 17 ppb, 12 ppb를 보였다. 즉, 기준 강화도는 한국, 미국, EU 순을 보여 우리나라의 기준이 상대적으로 가장 엄격하였다.
후속연구
- NO2의 대기질을 개선하기 위해서는 이동오염원의 관리가 중요하며 그 밖에 사업장, 주택 등의 점 · 선 오염원에 대한 관리를 합리적인 대기정책이 수립되어야 한다. 또한 NO2가 O3 생성에 직접적인 영향을 미친다는 점을 고려하여 대기환경 과학 및 기술이 접목된 저감정책을 개발하여야 한다.
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