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문제 정의
- 그 결과, 실측 시간 패턴과 유사한 결과를 나타냄을 확인했고, 시간변화에 따른 오차를 파악하기 위해 풍향·풍속 데이터와 바람장을 비교하여 신뢰도를 높이고자 하였다.
- 특히 세계적인 항만들을 중심으로 해상운송의 배출량을 산출하기 위한 연구들이 많은 관심을 받고 있는 반면, 우리나라는 2014년을 기준으로 세계 6위권에 해당하는 부산항을 보유하고도 이러한 연구가 진행된 사례가 거의 없었다. 따라서 본 연구는 국내 최대항만을 사례로 선박의 배기가스 배출량을 산출하고, 여기에 밀도의 개념을 적용하여 주변으로의 대기확산을 분석하였다는 점에서 의의를 갖는다고 할 수 있다.
- 같은 양의 대기오염이 발생했더라도 넓은 범위에 걸쳐 균일하게 확산된 대기오염과 좁은 범위에 집중적으로 밀집된 대기확산의 영향이 다르기 때문이다. 따라서 산출한 배기가스 배출량에 밀도의 개념이 고려된 대기확산모형을 적용하여 항만 주변에 미치는 영향으로 연구를 확장시켜보려고 한다.
- 이 지역에서 가장 많이 배출된 배출물은 분진으로, 항만 주변의 도로 포장에서 총 4,452톤이 발생되었다. 또한 이산화황은 선박에서 가장 많은 양이, 질소산화물은 육상운송에서 가장 많이 발생되었고, 이러한 분석을 통해 친환경적인 항만 운영을 위한 관리체계 마련을 제안하였다.
- 본 연구에서는 이와 같이 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 선박 배기가스에 초점을 맞추어 우리나라 제 1의 항만인 부산항에서의 대기확산에 대해 분석해보려고 한다. 현재 부산항은 국내 물동량의 75% 이상이 처리되고 한·중 FTA로 인한 중국과의 교역량 증가 및 신항의 완공에 따라 계속되는 물동량의 증가가 예상되기 때문에 이곳에서 발생되는 선박 배기가스의 심각성을 파악하고, 항만 주변에 미치는 영향권을 면밀히 분석하는 것은 매우 중요한 연구 주제이다.
- 본 연구에서는 한국해양수산개발원으로부터 수집한 부산항의 1년간 선박 활동자료를 이용하여 배출량을 산출하고자 한다. 이어서 대기확산모형인 CALPUFF Model를 통해 계절과 기상상태, 그리고 시간변화에 따라 항만 주변으로 확산되는 배기가스의 대기확산 패턴을 분석하여 시사점을 도출해보고자 한다.
- 1%로 가장 적은 양이 배출되었다. 연구는 이러한 결과를 기반으로 한 전기 접안장치의 적절한 도입 및 활용을 제안하였다.
가설 설정
- CALPUFF Model은 <그림 3>과 같이 총 3가지 모듈로 구성되어 있다. 진단적 방법(Diagnostic method)을 통해 구성된 3차원 격자 기상장에 기상관측자료, 강수량 자료, 수표면 자료, 지형 자료 등이 입력되는 CALMET과, 오염물질이 배출될 때 Plume 형태를 통해 연속적인 확산을 한다는 가정을 기본으로 대기확산을 분석하는 CALPUFF, 그리고 시뮬레이션 된 결과를 가시화하는 CALPOST의3가지가 CALPUFF Model을 구성한다. 모형의 가장 큰 특징으로는 오염물질의 50km이상의 장거리 확산에 대해서 분석이 가능하고, 다양한 오염원을 고려할 수 있으며, 복잡한 지형이나 건물의 세류현상(Building downwash) 그리고 해안 기후를 고려할 수 있다는 점 등이 있다.
제안 방법
- 5의 배출 및 확산을 연구하였다. Positive Matrix Factorization(PMF) analysis를 적용하였고, 항구로부터 발생한 미세먼지 영향권을 분석하였다. 분석 결과, PM2.
- <그림 4>는 CALPUFF를 이용하여 계절(봄/여름/가을/겨울)과 기상상태(맑음/바람/비)에 따른 황산화물의 대기확산을 분석한 결과이다. 그림에서 붉은색 선으로 표시된 구간이 항만에서 선박이 접안하는 부분이며, 이곳을 오염원으로 설정하여 기상 및 시간 변수에 따른 대기확산을 비교하였다. 분석에 사용된 기상 데이터는 기상청의 2012년 부산광역시 지상관측자료를 기준으로 대표 날짜를 선정하였다.
- 대기확산 분석의 공간적인 범위는 부산항의 중추 역할을 하고 부산 시내와 가까이 위치한 북항으로 설정하였고, 선박이 접안하는 부분을 오염원으로 하여 배기가스의 대기 중 확산 정도를 분석하였다. 북항은 주변으로 영도구, 남구, 중구, 동구, 서구, 사하구가 인접하고 있으며, 이러한 지역들은 상업지역과 공업지역, 그리고 도시지역의 성격을 모두 가지고 있다.
- 대기확산은 해당 년도의 계절별 대표 날짜를 선정하여 맑은 날, 바람이 많이 부는 날, 비가 오는 날의 세 가지 특정 기상상태에 따라 어떤 확산 패턴을 보이는지, 그리고 시간대 별로 주변 도시지역에 어떤 영향을 미치는지를 분석하였다. 분석에 사용된 대기오염원은 선박의 디젤엔진에서 가장 많이 발생되고, 선박의 배기가스 관리를 목표로 하는 MARPOL 국제협약의 우선적인 관리대상인 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx), 그리고 최근 사람의 호흡기에 심각한 영향을 미치는 것으로 알려져 이슈가 되고 있는 미세먼지(PM10)의 3가지로 설정하였다.
- 또한 계절에 따른 배출량은 여름보다 겨울에 더 짙은 농도를 나타냈다. 또한 이 지역의 풍향 데이터를 이용한 Wind Rose 그래프를 통해 항만 주위로 퍼져나가는 미세먼지의 영향권을 규명했다.
- 분석에 사용된 기상 데이터는 기상청의 2012년 부산광역시 지상관측자료를 기준으로 대표 날짜를 선정하였다. 맑은 날의 경우는 강수(降水)가 없고 풍속의 영향이 상대적으로 가장 적은 날을 선정하였고, 바람이 부는 날은 경우는 강수가 없고, 풍속이 가장 강한 날을, 비가 오는 날은 강수량이 많고 풍향이상대적으로 약한 날을 계절별로 선정하여 외적 요인을 최대한 배제할 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서 선박 배기가스 확산을 분석하기 위한 흐름은 <그림 1>과 같다. 먼저 해당년도의 선박 입출항 데이터를 이용하여 부산항에 입항하는 선박들의 선종별 특징을 파악한 뒤, 미국환경보건국에서 제안한 산출식을 적용하여 해당 년도에 부산항에 정박하는 선박으로부터 발생된 배기가스 배출량을 산출한다. 여기에 대기확산모형 CALPUFF를 통해 배기가스의 기상(맑음·바람·비)과 계절에 따른 확산 패턴 분석 및 영향권 설정의 단계로 진행된다.
- 본 연구에서 북항에 정박하는 선박들의 배기가스 배출량을 산출하기 위한 개요는 <그림 2>와 같다. 미국의 환경보건국에서 제안한 선박 배기가스 산출 식을 적용한 후, 대기확산모형인 CALPUFF Model을 통해 접안지로부터 주변 지역으로의 대기 변화패턴을 분석하였다.
- 본 연구는 자료수집 상의 어려움으로 인해 2012년도의 부산항 선박 활동자료를 이용하여 선박의 대기오염 배출량을 추정하였다. 향후 보다 최근자료의 수집을 통해 연도별 추이를 지속적으로 비교·분석해 볼 필요가 있으며, 항만 주변 인구 밀도나 인구 구성 그리고 호흡기 질환 환자들의 분포를 통해 선박 배기가스가 미치는 영향권을 보다 세밀하게 규명하고, 해당 지역의 질병 발병률 및 사망률이 선박 배기가스의 영향권과 어떠한 상관관계가 있는지를 면밀히 분석하는 것을 향후 연구과제로 삼는다.
- 본 연구에서는 우리나라 최대의 항만인 부산항의 북항을 사례로 접안하는 선박들로부터 발생되는 배기가스 배출량을 산출하고, 이를 통해 항만 주변으로의 대기확산 패턴을 분석하였다. 전 세계적으로 지구온난화에 대한 많은 관심과 함께 해상운송에서 수반되는 배출량을 산출하기 위한 연구들이 다양하게 수행되었지만, 단순한 총량을 넘어 밀도의 개념이 적용된 대기확산을 분석한 연구들은 많이 미흡한 것을 알 수 있었다.
- 대기확산은 해당 년도의 계절별 대표 날짜를 선정하여 맑은 날, 바람이 많이 부는 날, 비가 오는 날의 세 가지 특정 기상상태에 따라 어떤 확산 패턴을 보이는지, 그리고 시간대 별로 주변 도시지역에 어떤 영향을 미치는지를 분석하였다. 분석에 사용된 대기오염원은 선박의 디젤엔진에서 가장 많이 발생되고, 선박의 배기가스 관리를 목표로 하는 MARPOL 국제협약의 우선적인 관리대상인 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx), 그리고 최근 사람의 호흡기에 심각한 영향을 미치는 것으로 알려져 이슈가 되고 있는 미세먼지(PM10)의 3가지로 설정하였다. 실제로 미세먼지의 경우는 자체로서 인체에 피해를 미칠 뿐만 아니라 유기물·산·금속·이산화질소 및 기타 오염물질 등과 결합반응을 통해 기관지 및 폐포에 도달하여 심각한 건강상의 영향을 미치는 2차 오염물질로 변하기도 한다.
- 분석은 두개의 붐비는 고속도로 I-710과 I-110에서 발생되는 배출량을 4개 년도(‘05/’08/‘10/’12)에 대해 산출하고 결과값을 비교하였다.
- 분석의 시간적 범위는 자료 수집상의 이유로 2012년 1월부터 1년으로 설정하였으며, 이 기간 동안 부산항에 입항한 모든 선박을 대상으로 배출되는 배기가스의 영향을 분석하였다.
- 산출된 오염물의 지역별 확산 농도는 의 한국환경공단 통합대기환경지수를 적용하여 4단계로 영향권을 설정하였다.
- 선박의 배기가스 산출시 Bottom-Up Methodology를 적용하여 NOx, SOx, PM10, PM2·5, CO2, CO, HC에 대한 배출량을 산출하였다.
- (2008)은 롱비치항의 화물 운반 통로인 The Alameda corridor 지역에서 철도운송의 대기 오염 확산을 분석하였다. 연구는 대기확산모형 CALPUFF를 적용하였고, PM, SOx 그리고 NOx을 오염원으로 설정하였다. 그 결과, PM의 경우 최대 허용치를 넘지 않았으나 NOx의 경우는 다른 지역의 권장량을 훌쩍 초과함을 규명할 수 있었다.
- (2013)은 선박 활동에 기반을 둔 Bottom-Up Methodology를 적용하여, 2007년 한 해 동안 터키의 관문인 이즈미르항의 선박 배기가스를 산출하였다. 연구는 항만에 입항하는 6개 선종(화학선, 컨테이너선, 일반화물선, 여객선, RORO선, 유조선)에 대해 정박, 조종, 항해별 상세한 배출량을 분석하였다. 그 결과 이 지역에서는 총 86,320톤이 발생 되었고, 이 중 질소산화물이 가장 많이 발생됨을 알 수 있었다.
- Tzannatos(2010)는 항만에 정박하는 선박에 초점을 맞추어 대형선박에서 발생되는 배기가스를 산출하였다. 연구에서는 Ship Activity Based Methodology를 적용하여 그리스 피레우스항의 선박 배기가스 배출량과 환경 비용을 산출하였다. 연간 발생되는 3가지 오염원(NOx, SOx, PM2·5)의총 배출량은 약 2,600톤이며 이를 환경비용으로 환산하면 약 5천1백만 유로에 해당함을 규명하였다.
- (2010)은 2005년도 The Alameda corridor 지역에서 철도운송으로 발생되는 대기오염을 산출하여 건강비용과의 상대성을 연구하였다. 연구에서는 대기확산모형으로 CALPUFFModel을 적용하여 NOx와 PM의 확산을 분석하였다. 그 결과, PM은 건강상에 가장 안좋은 영향을 미치는 오염원으로 밝혀졌고, 이로 인한 건강 비용이 연간 4천만 달러를 초과함을 규명하였다.
- 이종범 외(2009)은 복잡한 해안과 산악지형으로 고농도 대기오염이 발생하는 동해지역의 대기확산을 분석하였다. 이를 위해 대기확산모형인 CALPUFF를 적용하여 질소산화물의 농도변화 및 대기확산 패턴을 분석하였다. 그 결과, 실측 시간 패턴과 유사한 결과를 나타냄을 확인했고, 시간변화에 따른 오차를 파악하기 위해 풍향·풍속 데이터와 바람장을 비교하여 신뢰도를 높이고자 하였다.
- 현재 부산항은 국내 물동량의 75% 이상이 처리되고 한·중 FTA로 인한 중국과의 교역량 증가 및 신항의 완공에 따라 계속되는 물동량의 증가가 예상되기 때문에 이곳에서 발생되는 선박 배기가스의 심각성을 파악하고, 항만 주변에 미치는 영향권을 면밀히 분석하는 것은 매우 중요한 연구 주제이다. 이를 위해 미국 환경보건국(U.S.EPA)에서 제안한 배기가스산출모형을 적용하여 배출량을 산정하고, 대기확산모형인 CALPUFF Model를 통해 기상에 따른 부산항 주변으로의 대기확산을 분석하고자 한다.
- (2007)은 2003년 한 해 동안 중국 상해항에 입항했던 선박들의 배기가스 배출량 산출을 연구하였다. 이를 위해 선박의 3개 모드(정박, 운항, 조종), 16개 선종, 5개 오염원(NOx, SOx, PM10, CO2, HC) 에 따른 선박 배출물을 산출하였다. 그 결과 1년 간 총 130만 척으로부터 3,133,640톤의 배기가스가 배출되었고, 이 중 이산화탄소에서 가장 많은 양이 발생되었다.
- 본 연구에서는 한국해양수산개발원으로부터 수집한 부산항의 1년간 선박 활동자료를 이용하여 배출량을 산출하고자 한다. 이어서 대기확산모형인 CALPUFF Model를 통해 계절과 기상상태, 그리고 시간변화에 따라 항만 주변으로 확산되는 배기가스의 대기확산 패턴을 분석하여 시사점을 도출해보고자 한다.
- 부산지역은 해안지역의 특성상 해양과 육지의 열적인 성질의 차이로 발생하는 시간대 별 풍향에 영향을 받을 것으로 예상하였다. 표본은 10월의 바람이 적고 맑은 하루를 선정하여 다른 요인들의 개입을 최소화하였고, 6시간 단위의 분석을 통해 시간에 따라 어떤 확산 패턴을 보이는지를 살펴보았다. 분석 결과, 부산항에서의 풍향은 대략 오전 10시와 오후 10시 정도를 기점으로 방향이 전환되는 특징이 나타났고, 이 시간대에는 바람이 정체되면서 오염원을 중심으로 대기오염농도가 매우 짙게 밀집되는 패턴을 보였다.
대상 데이터
- 그림에서 붉은색 선으로 표시된 구간이 항만에서 선박이 접안하는 부분이며, 이곳을 오염원으로 설정하여 기상 및 시간 변수에 따른 대기확산을 비교하였다. 분석에 사용된 기상 데이터는 기상청의 2012년 부산광역시 지상관측자료를 기준으로 대표 날짜를 선정하였다. 맑은 날의 경우는 강수(降水)가 없고 풍속의 영향이 상대적으로 가장 적은 날을 선정하였고, 바람이 부는 날은 경우는 강수가 없고, 풍속이 가장 강한 날을, 비가 오는 날은 강수량이 많고 풍향이상대적으로 약한 날을 계절별로 선정하여 외적 요인을 최대한 배제할 수 있도록 하였다.
이론/모형
- 선박의 배기가스 배출량을 산출하기 위해 U.SEnvironmental Protection Agency(이하 EPA)에서제안하고 World Ports Climate Initiative(이하WPCI)에서 보고한 산출식을 적용하였다. 이 산출 식은 대기오염을 측정하기 위한 대부분의 연구에서 적용하는 것으로 운송수단의 엔진, 가동시간 등 활동기록을 토대로 배기가스의 양을 산출한다.
- 김광호 외(2017)는 인천항의 선박 오염원에서 배출된 질소산화물과 황산화물의 대기 중 확산을 분석하였다. 이를 위해 기상장을 기초로 CALPUFF 모형을 사용하였고, 정박한 선박과 입출항하는 선박으로 나누어 모의하였다. 분석 결과 입출항시에 상대적으로 더 많은 양의 배기가스가 배출됨을 알 수 있었지만, 해륙풍의 영향으로 정박시에 더 심각한 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
성능/효과
- 맑은 날에는 오염원을 중심으로 둘러싸는 형태를 확인할 수 있었고, 바람이 부는 날엔 풍향과 풍속에 따라 널리 퍼지는 형태를, 그리고 비가 오는 날엔 상대적으로 농도가 옅어지는 패턴을 나타냈다. 계절별 특징으로는 상대적으로 온도와 습도가 높은 여름에 농도가 옅고 널리 퍼지는 형태를, 상대적으로 온도와 습도가 낮은 겨울에는 기상상태에 많은 영향을 받지 않고 한 곳에서 오래 정체되는 대적으로 온도와 습도가 낮은 겨울에는 기상상태에 많은 영향을 받지 않고 한 곳에서 오래 정체되는 패턴을 볼 수 있었다. 특히 건조하고 바람이 많이 부는 가을의 맑은 날의 경우, 배기가스 확산이 항만을 둘러싸고 가장 넓게 분포되면서 내륙지역으로 가장 많이 확산 되었다.
- 계절별 특징으로는 상대적으로 온도와 습도가 높은 여름에 대기오염의 농도가 낮고 넓게 퍼져있는 모습을, 온도와 습도가 낮은 겨울에는 높은 농도로 정체되는 특징을 볼 수 있었다. 특히 오염원 중 가장 많은 양이 배출된 이산화황의 경우 가장 넓은 대기 분포를 형성하며, 주변으로 가장 심각한 영향을 미치는 오염원인 것으로 확인하였다.
- 이를 위해 선박의 3개 모드(정박, 운항, 조종), 16개 선종, 5개 오염원(NOx, SOx, PM10, CO2, HC) 에 따른 선박 배출물을 산출하였다. 그 결과 1년 간 총 130만 척으로부터 3,133,640톤의 배기가스가 배출되었고, 이 중 이산화탄소에서 가장 많은 양이 발생되었다. 또한 선박의 모드별로는 조종모드에서 가장 많은 양의 배기가스가 배출되었고 , 운항모드에서 상대적으로 가장 적은 양이 발생됨을 규명하였다.
- 분석은 두개의 붐비는 고속도로 I-710과 I-110에서 발생되는 배출량을 4개 년도(‘05/’08/‘10/’12)에 대해 산출하고 결과값을 비교하였다. 그 결과 Drayage truck으로 부터 발생하는 미세먼지 수치는 2005년에 4억 4천만 달러를 초과해 꾸준히 감소하는 경향을 나타냈다. 여기에 대기확산모형인 CALPUFF를 적용하여 계절별 패턴을 비교한 결과, 가을에 미세먼지 농도가 가장 짙고 봄에 가장 옅음을 규명할 수 있었다.
- 연구는 항만에 입항하는 6개 선종(화학선, 컨테이너선, 일반화물선, 여객선, RORO선, 유조선)에 대해 정박, 조종, 항해별 상세한 배출량을 분석하였다. 그 결과 이 지역에서는 총 86,320톤이 발생 되었고, 이 중 질소산화물이 가장 많이 발생됨을 알 수 있었다. 모드별로는 운항모드에서 전체의 66.
- 연구에서는 대기확산모형으로 CALPUFFModel을 적용하여 NOx와 PM의 확산을 분석하였다. 그 결과, PM은 건강상에 가장 안좋은 영향을 미치는 오염원으로 밝혀졌고, 이로 인한 건강 비용이 연간 4천만 달러를 초과함을 규명하였다.
- 연구는 대기확산모형 CALPUFF를 적용하였고, PM, SOx 그리고 NOx을 오염원으로 설정하였다. 그 결과, PM의 경우 최대 허용치를 넘지 않았으나 NOx의 경우는 다른 지역의 권장량을 훌쩍 초과함을 규명할 수 있었다. 또한 오염원의 영향이 큰 지역엔 Hispanic이나 african american의 주거주지역임을 밝혀 대기오염과 소득수준의 상대성을 규명하였다.
- 해안기후의 영향에 따른 시간대 별 대기확산은 대략 오전 10시와 오후 10시경 풍향이 전환되면서 오염원을 중심으로 배기가스 농도가 매우 높게 밀집되는 현상이 나타났다. 또한 17~20시 사이에는 내륙풍의 영향에 따라 도시지역으로 가장 많은 확산이 일어나는 특징도 확인할 수 있었다.
- 분석 결과, 부산항에서의 풍향은 대략 오전 10시와 오후 10시 정도를 기점으로 방향이 전환되는 특징이 나타났고, 이 시간대에는 바람이 정체되면서 오염원을 중심으로 대기오염농도가 매우 짙게 밀집되는 패턴을 보였다. 또한 낮 시간대에는 주로 해풍의 영향으로 도시지역을 향해 선박 배기가스가 넓게 확산되는 모습이 나타났으며, 특히 17~20시 사이에 가장 많은 배기가스가 도시지역으로 확산되며 선박 배기가스가 넓은 지역으로 확산되는 모습을 확인할 수 있었다.
- 그 결과 1년 간 총 130만 척으로부터 3,133,640톤의 배기가스가 배출되었고, 이 중 이산화탄소에서 가장 많은 양이 발생되었다. 또한 선박의 모드별로는 조종모드에서 가장 많은 양의 배기가스가 배출되었고 , 운항모드에서 상대적으로 가장 적은 양이 발생됨을 규명하였다.
- 그 결과, PM의 경우 최대 허용치를 넘지 않았으나 NOx의 경우는 다른 지역의 권장량을 훌쩍 초과함을 규명할 수 있었다. 또한 오염원의 영향이 큰 지역엔 Hispanic이나 african american의 주거주지역임을 밝혀 대기오염과 소득수준의 상대성을 규명하였다.
- 이산화황에 이어 두 번째로 많은 양이 배출된 질소산화물은 대체적으로 이산화황과 비슷한 패턴을 나타냈다. 맑은 날엔 오염원을 중심으로 둘러싸는 형태를, 바람이 부는 날엔 풍속과 풍향에 따라 널리 퍼지는 형태를, 비가 오는 날엔 상대적으로 농도가 옅어지는 패턴을 보이며 겨울보다는 온도와 습도가 높은 여름에 넓게 확산되는 모습을 확인할 수 있었다. 세 오염원 중 가장 적은 양이 발생된 미세먼지는 상대적으로 가장 좁은 영향권을 형성하며 앞선 두 오염원과 비슷한 패턴으로 확산되는 모습을 나타냈다.
- 김종보 외(2011)는 시화공단의 체계적 악취 관리방안을 마련하기 위해 복합악취 배출량 자료에 대기확산모형인 CALPUFF를 적용하여 분석을 수행하였다. 모델링 결과, 시화공단의 연중 평균 악취농도는 3 OU/㎥~25 OU/㎥, 공단 내 평균 농도는 5 OU/㎥~7 OU/㎥가 산출되었다. 분석을 통해 시화공단의 경우 해안을 중심으로 비교적 고농도의 악취 배출원들이 분포함을 알 수 있었고, 이를 통해 고농도 배출원에 대한 체계적인 관리의 필요성을 강조하였다.
- 그 결과 이 지역에서는 총 86,320톤이 발생 되었고, 이 중 질소산화물이 가장 많이 발생됨을 알 수 있었다. 모드별로는 운항모드에서 전체의 66.8%로 가장 많은 양이, 정박모드의 경우 15.1%로 가장 적은 양이 배출되었다. 연구는 이러한 결과를 기반으로 한 전기 접안장치의 적절한 도입 및 활용을 제안하였다.
- 항만에 정박하는 선박으로부터 발생되는 배기가스 3종의 배출량 산출 결과, 2012년의 질소산화물, 이산화황, 미세먼지의 배출량은 각각 12,341톤, 14,513톤, 2,743톤이 산출되었다. 배기가스별 배출량은 이산화황과 질소산화물이 각각 약 49%, 42%로 대부분을 차지하였고, 미세먼지는 약 9%로 가장 적은 양이 배출되었다. 선종별 배출량은 유조선에서 42%로 가장 많은 양이 발생되었고, 뒤를 이어 여객선과 잡역선에서 약 14%를 차지하고 있는 것을 알 수 있었다.
- 이를 위해 기상장을 기초로 CALPUFF 모형을 사용하였고, 정박한 선박과 입출항하는 선박으로 나누어 모의하였다. 분석 결과 입출항시에 상대적으로 더 많은 양의 배기가스가 배출됨을 알 수 있었지만, 해륙풍의 영향으로 정박시에 더 심각한 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
- Positive Matrix Factorization(PMF) analysis를 적용하였고, 항구로부터 발생한 미세먼지 영향권을 분석하였다. 분석 결과, PM2.5는 낮에 더 많은 양이 배출되는 것으로 나타났다. 또한 계절에 따른 배출량은 여름보다 겨울에 더 짙은 농도를 나타냈다.
- 표본은 10월의 바람이 적고 맑은 하루를 선정하여 다른 요인들의 개입을 최소화하였고, 6시간 단위의 분석을 통해 시간에 따라 어떤 확산 패턴을 보이는지를 살펴보았다. 분석 결과, 부산항에서의 풍향은 대략 오전 10시와 오후 10시 정도를 기점으로 방향이 전환되는 특징이 나타났고, 이 시간대에는 바람이 정체되면서 오염원을 중심으로 대기오염농도가 매우 짙게 밀집되는 패턴을 보였다. 또한 낮 시간대에는 주로 해풍의 영향으로 도시지역을 향해 선박 배기가스가 넓게 확산되는 모습이 나타났으며, 특히 17~20시 사이에 가장 많은 배기가스가 도시지역으로 확산되며 선박 배기가스가 넓은 지역으로 확산되는 모습을 확인할 수 있었다.
- 모델링 결과, 시화공단의 연중 평균 악취농도는 3 OU/㎥~25 OU/㎥, 공단 내 평균 농도는 5 OU/㎥~7 OU/㎥가 산출되었다. 분석을 통해 시화공단의 경우 해안을 중심으로 비교적 고농도의 악취 배출원들이 분포함을 알 수 있었고, 이를 통해 고농도 배출원에 대한 체계적인 관리의 필요성을 강조하였다.
- 배기가스별 배출량은 이산화황과 질소산화물이 각각 약 49%, 42%로 대부분을 차지하였고, 미세먼지는 약 9%로 가장 적은 양이 배출되었다. 선종별 배출량은 유조선에서 42%로 가장 많은 양이 발생되었고, 뒤를 이어 여객선과 잡역선에서 약 14%를 차지하고 있는 것을 알 수 있었다.
- 2012년도에 북항에 접안한 선박으로부터 발생한 질소산화물, 이산화황, 미세먼지의 배출량은 각각 30,853톤, 36,281톤, 6,856톤이다. 선종별로는 유조선에서 약 42%로 가장 많은 부분을 차지하였고, 뒤를 이어 여객선, 잡역선에서 전체 배출량의 약 14%가 발생하는 것을 알 수 있었다. 여기에 밀도의 개념이 고려된 대기 확산모형을 적용하여 분석한 결과, 맑은 날엔 항만 주위를 둘러싸고 대기오염이 정체되는 모습을, 바람이 부는 날엔 풍향과 풍속에 따라 널리 퍼지며 좀 더 넓은 지역까지 확산이 진행되는 모습을, 비가 내리는 날엔 대기오염의 농도가 상대적으로 가장 옅어지는 모습을 보이면서 모든 오염원에서 기상에 따라 다소 다른 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
- 그 결과 Drayage truck으로 부터 발생하는 미세먼지 수치는 2005년에 4억 4천만 달러를 초과해 꾸준히 감소하는 경향을 나타냈다. 여기에 대기확산모형인 CALPUFF를 적용하여 계절별 패턴을 비교한 결과, 가을에 미세먼지 농도가 가장 짙고 봄에 가장 옅음을 규명할 수 있었다. 향후 배출량 절감을 위한 철도로의 수단 전환 제안과 배출량 기준을 초과 시이를 제어할 수 있는 다양한 프로그램 수행을 제안하였다.
- 선종별로는 유조선에서 약 42%로 가장 많은 부분을 차지하였고, 뒤를 이어 여객선, 잡역선에서 전체 배출량의 약 14%가 발생하는 것을 알 수 있었다. 여기에 밀도의 개념이 고려된 대기 확산모형을 적용하여 분석한 결과, 맑은 날엔 항만 주위를 둘러싸고 대기오염이 정체되는 모습을, 바람이 부는 날엔 풍향과 풍속에 따라 널리 퍼지며 좀 더 넓은 지역까지 확산이 진행되는 모습을, 비가 내리는 날엔 대기오염의 농도가 상대적으로 가장 옅어지는 모습을 보이면서 모든 오염원에서 기상에 따라 다소 다른 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
- 산출된 해상운송 배출량은 총 35,994톤이며, 이와 연계된 육상운송에서는 총 523,098톤이 배출되었다. 여기에 오염원별 원단위를 적용하여 환경 비용으로 산출한 결과, 각 119.2백만 달러와 4.2백만 달러로 환산되었다. 이를 통해 이 지역에서 가장 많이 배출되는 배기가스는 CO2임이, 동시에 미세먼지와 VOC에서 가장 높은 환경 비용을 나타내는 것을 증명하였다.
- 하민진 외(2017)는 대기확산모형 CALPUFF 모델을 사용하여 2050년의 기온상승이 기상요소와 대기오염물질의 확산에 미치는 영향을 분석하였다. 연구에서는 국립기상과학연구원의 기상변화 시나리오를 이용하여 서울시내 일산화탄소의 대기 중 확산을 분석하였고, 그 결과 태양복사량이 높은 10시~19시 사이에 대기오염물질이 가장 넓게 확산됨과 동시에 대기질 오염도가 높게 나타난다는 것을 규명하였다.
- 2백만 달러로 환산되었다. 이를 통해 이 지역에서 가장 많이 배출되는 배기가스는 CO2임이, 동시에 미세먼지와 VOC에서 가장 높은 환경 비용을 나타내는 것을 증명하였다.
- 계절별 특징으로는 상대적으로 온도와 습도가 높은 여름에 대기오염의 농도가 낮고 넓게 퍼져있는 모습을, 온도와 습도가 낮은 겨울에는 높은 농도로 정체되는 특징을 볼 수 있었다. 특히 오염원 중 가장 많은 양이 배출된 이산화황의 경우 가장 넓은 대기 분포를 형성하며, 주변으로 가장 심각한 영향을 미치는 오염원인 것으로 확인하였다.
- 북항에서 발생된 2012년도 선박 배기가스 배출량은 <표 2>와 같이 이전 연구에 의해 도출되었다(이민우&이향숙, 2016). 항만에 정박하는 선박으로부터 발생되는 배기가스 3종의 배출량 산출 결과, 2012년의 질소산화물, 이산화황, 미세먼지의 배출량은 각각 12,341톤, 14,513톤, 2,743톤이 산출되었다. 배기가스별 배출량은 이산화황과 질소산화물이 각각 약 49%, 42%로 대부분을 차지하였고, 미세먼지는 약 9%로 가장 적은 양이 배출되었다.
- 해안기후의 영향에 따른 시간대 별 대기확산은 대략 오전 10시와 오후 10시경 풍향이 전환되면서 오염원을 중심으로 배기가스 농도가 매우 높게 밀집되는 현상이 나타났다. 또한 17~20시 사이에는 내륙풍의 영향에 따라 도시지역으로 가장 많은 확산이 일어나는 특징도 확인할 수 있었다.
후속연구
- 본 연구의 결과는 항만 주변 도시지역에서 높은 오염농도가 밀집되는 시간대에 시민들의 가정 환기 및 야외 활동을 제한하고, 항만 내 노동자들의 근무환경을 개선하는 등 공공보건을 확립하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 또한 주변 학교의 체육활동 및 어린이집 산책 권장 시간을 제시하고, 배출량이 집중되는 시간대에 호흡기 질환 환자들에 대해 환기 시간 및 산책 시간을 제시하는 등 다양하고 구체적인 Emission Map의 생성을 위해 활용 가능하다.
- 본 연구의 결과를 통해 선박 배기가스의 영향권설정 및 기상에 따른 확산 패턴 파악이 가능할 것이며, Emission Map의 제공을 통해 항만 내 노동자 및 주변 거주 시민들의 야외활동 추천시간 등과 같은 공공보건 정보 제공에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
- 배수톤수와 화물톤수를 도입하여 선박에서 발생되는 이산화탄소 배출지수를 해양환경보전위원회(MEPC)에 보고하고, 황산화물과 질소산화물의 배출량 감축을 위해 중질유 함유량을 낮추는 방법으로 IMO의 규제를 준수하고 있다. 하지만 향후 기준선이 낮아질 경우를 대비하고, 항만의 경쟁력을 강화하기 위해서는 반드시 다양한 기술의 개발 및 제도적인 뒷받침이 수반되어야 한다.
- 여기에 대기확산모형인 CALPUFF를 적용하여 계절별 패턴을 비교한 결과, 가을에 미세먼지 농도가 가장 짙고 봄에 가장 옅음을 규명할 수 있었다. 향후 배출량 절감을 위한 철도로의 수단 전환 제안과 배출량 기준을 초과 시이를 제어할 수 있는 다양한 프로그램 수행을 제안하였다.
- 향후 보다 최근자료의 수집을 통해 연도별 추이를 지속적으로 비교·분석해 볼 필요가 있으며, 항만 주변 인구 밀도나 인구 구성 그리고 호흡기 질환 환자들의 분포를 통해 선박 배기가스가 미치는 영향권을 보다 세밀하게 규명하고, 해당 지역의 질병 발병률 및 사망률이 선박 배기가스의 영향권과 어떠한 상관관계가 있는지를 면밀히 분석하는 것을 향후 연구과제로 삼는다.
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