[논문]RAPID-N을 이용한 국내 지진 발생 시 화학시설 Natech 위험성 평가

박제혁; 연응진; 이학태; 정승호

doi:10.14346/jkosos.2019.34.4.111

[국내논문] RAPID-N을 이용한 국내 지진 발생 시 화학시설 Natech 위험성 평가
Natech Risk Assessment of Chemical Facilities in the Event of Earthquake in Korea using RAPID-N 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.34 no.4, 2019년, pp.111 - 118

박제혁 (아주대학교 환경안전공학과) , 연응진 (아주대학교 환경안전공학과) , 이학태 (아주대학교 환경안전공학과) , 정승호 (아주대학교 환경안전공학과)

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Accidents occurring due to natural disasters in chemical process facilities where technologies are concentrated can cause secondary damage. The concept of the relationship between natural disasters and highly intensive technologies has evolved into the Natech (Natural Hazards Triggered Technological Disaster) research. Currently, the number of earthquakes is increasing all over the Korean peninsula. To assess the risk of Natech when an earthquake has occurred in South Korea, the Rapid Natech Risk Assessment Tool (RAPID-N) developed by the European Commission's Joint Research Center (EC JRC) was used in the present study. The RAPID-N can be used for Natech risk assessment based on mapping and can be utilized for sufficient preparation for reduction of the effects of Natech accidents. A total of 261 chemical facilities actually existing in Pohang were initially analyzed to select eight facilities and the Pohang earthquake that occurred in 2017 was implemented in the RAPID-N utilizing the shake map. High risk areas were selected through Natech risk assessments for the selected eight work places and countermeasures for the areas were suggested. High risk areas exist depending on the location, since the damage influence ranges could be overlapped and each chemical facility has an independent probability of Natech. Therefore, studies on Natech emergency plans and emergency evacuation routes should be actively conducted considering such high risk areas. The present study was conducted to demonstrate the feasibility of Natech risk assessment in South Korea through the RAPID-N. These findings can be used as a reference material to lay a foundation for Natech risk assessment and related policies in South Korea.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. RAPID-N Flow chart.
그림 Fig. 2. Pohang earthquake shake map.
표 Table 1. Selected 12 plants
표 Table 2. Seismic features in the epicenter
그림 Fig. 3. Location of 8 plants.
표 Table 3. Features of chemical storage facilities in the plants
표 Table 4. Damage state
표 Table 5. Natech risk assessment consequence and frequency
그림 Fig. 4. Endpoint distance of minor damage.
그림 Fig. 5. Endpoint distance of moderate damage.
표 Table 6. Important area damage of moderate damage

AI 본문요약
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문제 정의

국내에서 포항지진보다 더욱 큰 지진의 발생 가능성은 충분하며 피해를 대비 하기 위해 포항지진에 대한 연구가 진행될 필요가 있다. 따라서 본 연구는 포항지진과 유사한 지진이 발생했을 경우 Natech 위험성 평가를 도출하기 위한 연구를 진행하였다. Shake map을 활용하여서 RAPID-N에 포항지진을 구현하였고 포항지역에 밀집된 261개 사업장을 분석하여 주요 사업장에 대한 Natech 위험성 평가를 진행하였다.
Shake map을 활용하여서 RAPID-N에 포항지진을 구현하였고 포항지역에 밀집된 261개 사업장을 분석하여 주요 사업장에 대한 Natech 위험성 평가를 진행하였다. 본 연구는 RAPID-N을 통해 대한민국에서 기존에 고려되지 않았던 방법론을 활용하였으며 이에 따른 고위험지역을 선정하였고 대한민국에서 RAPID-N을 이용한 Natech 위험성 평가가 가능하다는 것을 입증하기 위한 연구를 진행하였다.

제안 방법

식 (2)와 식 (3)은 식 (1)인 HAZUS-MH의 취약도 곡선 관련 식을 기반으로 화학물질저장시설의 특성에 맞게 변형하여서 활용되었다. 3가지의 식은 RAPID-N에서 포항지진 발생 시 대기저장상태시설과 압력저장상태시설의 DS에 따른 손상과 확률을 결정할 수 있는 취약도 곡선을 나타내기 위해 활용되었다. 3가지 식에서 변위로 사용되는 S_d , x, δ_PV|x에 의하여 식의 활용 방안이 결정되며 β는 임의의 불확실성 요소로 표현되어 있다.
사업장 설비의 특성을 위해 사용된 산업 사업장 및 설비 모듈(Industrial plants and units module)⁹⁾에서 사고대비물질을 취급하는 사업장을 중점으로 본 연구를 진행하였으며 취급물질을 고려한 설비의 특성을 설정하였다. Mapping 및 통계 등의 계산을 위한 과학 모듈(Scientific module)⁹⁾에서 취약도 곡선과 손상 상태를 기반으로 위험성 평가를 위한 데이터 처리를 진행하였다. 이를 통해 Natech 위험성 평가 모듈(Natech risk assessment module)⁹⁾에서 결과적인 Natech 위험성 평가를 진행하였으며 Mapping을 활용하여 이에 따른 영향 범위를 도출하였다.
RAPID-N에서 Natech 위험성 평가를 위해 자연재해로 인한 산업 사업장 설비의 손상과 확률을 추정한다. 이를 위한 산업 사업장 및 설비 모듈(Industrial plants and units module)은 사업장 설비의 특성에 대한 정보가 필요하다.
RAPID-N을 통해 실제 포항지진을 구현하여 포항시청 근처 8개 사업장의 Natech 위험성 평가 연구를 진행하였다. PGA, PGV 값은 좌표에 따라서 변화하며 사업장과 진원지와의 거리가 멀어질수록 PGA, PGV 값이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
9 m/s, 대기안정도의 경우 D(Neutral)로 설정하였다. RAPID-N의 Mapping 기반으로 ArcGIS Pro를 활용하여 영향 범위에 대한 Mapping 을 도출하였다. 영향 범위는 독성 누출일 때 ERPG-2 기준으로 영향 범위가 산정되며 증 기운 폭발일 때 1 psi 기준으로 영향 범위가 산정된다.
따라서 본 연구는 포항지진과 유사한 지진이 발생했을 경우 Natech 위험성 평가를 도출하기 위한 연구를 진행하였다. Shake map을 활용하여서 RAPID-N에 포항지진을 구현하였고 포항지역에 밀집된 261개 사업장을 분석하여 주요 사업장에 대한 Natech 위험성 평가를 진행하였다. 본 연구는 RAPID-N을 통해 대한민국에서 기존에 고려되지 않았던 방법론을 활용하였으며 이에 따른 고위험지역을 선정하였고 대한민국에서 RAPID-N을 이용한 Natech 위험성 평가가 가능하다는 것을 입증하기 위한 연구를 진행하였다.
기상 조건은 기상청 지상 관측 과거 자료를 통해 실제 포항지진 발생 시 기상 조건과 같도록 설정하였다. 산업 및 상업시설이 있는 도시지형이며 대기의 평균온도는 7.
피해에 대한 심각성을 결과적으로 나타내는 과학 모듈(Scientific module)은 Natech 위험성 평가 중 손상 및 위험 분석을 수행한다. 대기저장상태시설과 압력저장상태시설의 특성이 다르기에 과학 모듈에서 차이를 두어 본 연구를 진행하였다.
또한, 체계적인 대응체계를 위해서 정책 연구가 함께 진행되어야 한다고 판단된다. 본 연구는 RAPID-N으로 적합한 방법론을 활용해 실제 포항지진을 구현하여 Natech 위험성 평가를 진행하였다. 이를 통해 고위험지역을 선정하였고 대한민국에서 국제적 공조가 가능한 RAPID-N을 활용하여 Natech 위험성 평가가 가능 하다는 것을 입증하였기에 관련 정책의 기반을 다지기 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
사업장 내 화학물질저장시설의 설비 특성설정을 위해 ALOHA version 5.4.7, PHAST version 8.0을 활용하여서 취급물질에 대해 알맞은 설비 특성을 설정하였다. Formaldehyde를 취급하는 사업장의 경우 설비 특성설정을 위한 데이터가 충분하지 않아 제외하였고 결과적으로 8개 사업장을 통해 본 연구를 진행하였다.
Shake map을 RAPID-N에 적용하면 사업장과 진앙지 및 진원지와의 거리, 좌표에 따라서 Shake map에 구성된 9가지의 항목이 결정된다. 사업장 설비의 특성을 위해 사용된 산업 사업장 및 설비 모듈(Industrial plants and units module)⁹⁾에서 사고대비물질을 취급하는 사업장을 중점으로 본 연구를 진행하였으며 취급물질을 고려한 설비의 특성을 설정하였다. Mapping 및 통계 등의 계산을 위한 과학 모듈(Scientific module)⁹⁾에서 취약도 곡선과 손상 상태를 기반으로 위험성 평가를 위한 데이터 처리를 진행하였다.
활용 방안은 실제 지진을 구현한 Natech 위험성 평가, Natech 위험성 평가 및 Mapping을 통한 예방과 비상 계획, 사업장의 관계자와 근처 거주민들에 대한 경고 수단이 대표적 활용 방안이며 이를 중점으로 본 연구를 진행하였다. 연구 방법은 RAPID-N의 Fig. 1과 같이 진행하였고 대한민국 포항지진에 대한 Natech 위험성 평가가 진행되도록 최적화하여 연구를 진행하였다. 지진의 구현을 위한 자연재해 위험 모듈(Natural hazards module)⁹⁾에서 USGS(United States Geological Survey)가 제공하는 포항지진의 Shake map을 활용하였고 USGS는 전 세계의 지진에 대한 Shake map을 제작하고 공유한다.
Mapping 및 통계 등의 계산을 위한 과학 모듈(Scientific module)⁹⁾에서 취약도 곡선과 손상 상태를 기반으로 위험성 평가를 위한 데이터 처리를 진행하였다. 이를 통해 Natech 위험성 평가 모듈(Natech risk assessment module)⁹⁾에서 결과적인 Natech 위험성 평가를 진행하였으며 Mapping을 활용하여 이에 따른 영향 범위를 도출하였다.
Shake map이란 지진 발생 후 거의 실시간에 가까운 지반의 움직임과 지진동으로 지진을 구현한 데이터를 뜻한다. 이를 통해 RAPID-N에서 실시간에 가까운 포항지진을 구현하였다. Shake map은 좌표에 따라 9가지 항목으로 구성되어 있으며 대표적으로 PGA(Peak Ground Acceleration), PGV(Peak Ground Velocity) 등에 의해 지진의 특성이 좌우된다.
1과 같이 진행하였고 대한민국 포항지진에 대한 Natech 위험성 평가가 진행되도록 최적화하여 연구를 진행하였다. 지진의 구현을 위한 자연재해 위험 모듈(Natural hazards module)⁹⁾에서 USGS(United States Geological Survey)가 제공하는 포항지진의 Shake map을 활용하였고 USGS는 전 세계의 지진에 대한 Shake map을 제작하고 공유한다. Shake map이란 지진 발생 후 거의 실시간에 가까운 지반의 움직임과 지진동으로 지진을 구현한 데이터를 뜻한다.
”에 따르면 RAPID-N에 대한 방법론 및 활용 방안에 대해 제시되어있다. 활용 방안은 실제 지진을 구현한 Natech 위험성 평가, Natech 위험성 평가 및 Mapping을 통한 예방과 비상 계획, 사업장의 관계자와 근처 거주민들에 대한 경고 수단이 대표적 활용 방안이며 이를 중점으로 본 연구를 진행하였다. 연구 방법은 RAPID-N의 Fig.

대상 데이터

경상북도 포항시에 총 261개의 사업장이 존재하고 포항 북구에는 63개 사업장, 포항 남구에는 198개 사업장이 존재한다. 261개 사업장의 취급물질을 분석하였고 RAPID-N에 적용 가능한 물질이며 사고대비물질에 해당하는 물질을 취급한다는 조건에 적합한 사업장을 선정하였다. 포항 북구는 63개 사업장 중 7개 사업장이 선정되었으며 포항 남구는 198개 사업장 중 51개 사업장이 선정되었다.
0을 활용하여서 취급물질에 대해 알맞은 설비 특성을 설정하였다. Formaldehyde를 취급하는 사업장의 경우 설비 특성설정을 위한 데이터가 충분하지 않아 제외하였고 결과적으로 8개 사업장을 통해 본 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 Table 3과 같이 화학물질저장시설의 취급물 질에 따라서 저장시설의 특성을 설정하였다¹⁰⁾.
본 연구에서는 USGS에서 제공되는 “M5.5-7 Km WSW of Heung-Hai, South Korea”의 Shake map을 사용하였고 Fig. 2과 같이 표현된다.
사업장 선정은 화학물질안전원의 2016년도 기준 화학물질 통계조사 자료를 활용하였다. 경상북도 포항시에 총 261개의 사업장이 존재하고 포항 북구에는 63개 사업장, 포항 남구에는 198개 사업장이 존재한다.
포항 북구는 63개 사업장 중 7개 사업장이 선정되었으며 포항 남구는 198개 사업장 중 51개 사업장이 선정되었다. 선정된 총 58개 사업장은 위 조건에 적합한 해당물질 중 12가지 물질을 취급하며 해당물질별로 포항시청과 가장 가까운 12개 사업장을 선정하였다. 선정된 사업 장은 Table 1과 같다.
미미한 피해의 경우 중점지역에서 영향범위가 중첩되는 고위험지역이 도출되지 않았으며 적당한 피해의 경우 중점지역에서 영향범위가 중첩되는 고위험지역이 도출되었다. 적당한 피해에 대한 중점지역의 피해 면적 및 피해 인구수는 Table 6과 같이 나타났으며 이는 행정안전부 주민등록인구 2018년 11월 기준 자료를 활용하였다.
261개 사업장의 취급물질을 분석하였고 RAPID-N에 적용 가능한 물질이며 사고대비물질에 해당하는 물질을 취급한다는 조건에 적합한 사업장을 선정하였다. 포항 북구는 63개 사업장 중 7개 사업장이 선정되었으며 포항 남구는 198개 사업장 중 51개 사업장이 선정되었다. 선정된 총 58개 사업장은 위 조건에 적합한 해당물질 중 12가지 물질을 취급하며 해당물질별로 포항시청과 가장 가까운 12개 사업장을 선정하였다.
5와 같이 나타내었다. 포항시청이 존재하는 대이동과 상대동, 해도동, 송도동, 효곡동, 중앙동, 양학동, 죽도동, 용흥동의 9곳을 대도시로 판단하였으며 9곳의 지역을 중점지역으로 활용하였다. 미미한 피해의 경우 중점지역에서 영향범위가 중첩되는 고위험지역이 도출되지 않았으며 적당한 피해의 경우 중점지역에서 영향범위가 중첩되는 고위험지역이 도출되었다.
5의 경우 PS-2, PS-5 사업장에 의해 영향 범위가 중첩된 고위험지역이 나타났다. 포항시청이 존재하는 대이동과 상대동, 해도동, 송도동, 효곡동, 중앙동, 양학동, 죽도동, 용흥동이 고위험지역에 포함되며 9곳의 지역을 중점지역으로 하여 위험도를 도출하였다. Natech 발생 시 적당한 피해로 인해 PS-5 사업장의 취급물질인 Hydrogen chloride가 누출되었을 경우 중점지역의 전체가 영향범위에 포함되며 중점지역의 전체 면적은 31.

이론/모형

완화 장치는 누출 시 액체상태의 경우 방류 벽을 설치하였고 누출 시 기체상태의 경우 실내에 화학저장시설을 설치하였다. 8개 사업장에 대한 위치는 Fig. 3과 같으며 RAPID-N의 Mapping 기반으로 ArcGIS Pro를 활용하여 Mapping을 진행하였다.
고위험지역의 해당면적에 따른 인구수는 Table 6에서 나타내었으며 94,997명으로 추정된다. Natech 발생 확률과 면적에 따른 인구수를 활용하여 위험도를 도출하였고 이는 장외영향평가 위험도 계산 방식을 활용하였다. PS-5 사업장의 경우 위험도는 2.
280°E이다. RAPID-N에 Shake map을 적용하였으며 진앙지의 좌표에서는 Table 2과 같은 지진 특성이 표현된다.
8개 사업장의 포항지진에 대한 손상과 확률을 나타내는 결과적인 Natech 위험성 평가는 Natech 위험성 평가 모듈(Natech risk assessment module)을 통하여 도출 된다. 본 연구에서 진행된 Natech 위험성 평가 모듈은 US EPA(United States Environmental Protection Agency)의 RMP(Risk Management Program)를 기준으로 진행되었고 RAPID-N에서 Natech 위험성 평가 결과는 Table 5와 같이 나타내었다.
피해에 대한 심각성을 결과적으로 나타내는 과학 모듈(Scientific module)은 Natech 위험성 평가 중 손상 및 위험 분석을 수행한다. 대기저장상태시설과 압력저장상태시설의 특성이 다르기에 과학 모듈에서 차이를 두어 본 연구를 진행하였다.

성능/효과

RAPID-N을 통해 실제 포항지진을 구현하여 포항시청 근처 8개 사업장의 Natech 위험성 평가 연구를 진행하였다. PGA, PGV 값은 좌표에 따라서 변화하며 사업장과 진원지와의 거리가 멀어질수록 PGA, PGV 값이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 심각한 피해와 완전 붕괴의 경우 Natech 발생 확률이 10^-6 이하의 확률이기에 제외하였다.
심각한 피해와 완전 붕괴의 경우 Natech 발생 확률이 10^-6 이하의 확률이기에 제외하였다. PN-1, PS-4, PS-6 사업장은 취급 물질의 물성 등에 의하여 저장시설 손상 시 액체 상태로 누출되고 방류 벽의 영향 등으로 인해 160.9 m의 영향 범위 결과가 나타났다. PS-7 사업장은 취급물질의 양이 적어 저장시설 손상 시 160.
24가 도출되었다. 결과적으로 고위험지역의 경우 인구수는 2,549명만큼 적고 면적은 4.09 km²만큼 작으나 영향 범위의 중첩으로 인해 위험도 0.45가 증가하는 것이 확인되었다.

후속연구

본 연구는 RAPID-N으로 적합한 방법론을 활용해 실제 포항지진을 구현하여 Natech 위험성 평가를 진행하였다. 이를 통해 고위험지역을 선정하였고 대한민국에서 국제적 공조가 가능한 RAPID-N을 활용하여 Natech 위험성 평가가 가능 하다는 것을 입증하였기에 관련 정책의 기반을 다지기 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
이러한 지진 발생 시 많은 사업장이 밀집되어 있거나 근처에 인구수가 많은 대도시가 존재할 경우 고위험지역을 통한 피해는 더욱 심각해질 수 있다. 이와 같은 고위험지역을 충분히 고려하여 Natech 비상 계획 및 비상대피경로 연구가 활발히 진행되어야 할 필요가 있다고 판단된다. 추가적으로 지진과 같은 자연 재해 발생 시 많은 위험요소가 존재하고 이러한 모든 위험요소가 고려된 Natech 위험성 평가를 통해 재해예측의 신뢰성을 높이는 것이 중요하며 Natech 위험성 평가의 정확성을 높이기 위한 취약도 곡선 연구가 활발히 진행되어야 할 필요가 있다.
이와 같은 고위험지역을 충분히 고려하여 Natech 비상 계획 및 비상대피경로 연구가 활발히 진행되어야 할 필요가 있다고 판단된다. 추가적으로 지진과 같은 자연 재해 발생 시 많은 위험요소가 존재하고 이러한 모든 위험요소가 고려된 Natech 위험성 평가를 통해 재해예측의 신뢰성을 높이는 것이 중요하며 Natech 위험성 평가의 정확성을 높이기 위한 취약도 곡선 연구가 활발히 진행되어야 할 필요가 있다. 현재 국내의 환경부에서 시행중인 장외영향평가제도에 Natech 위험성 평가를 고려할 경우 피해영향을 감소시킬 수 있는 안전성 향상 방안을 통한 위험도 감소가 가능할 것으로 판단 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대표적인 재해예방대책은 어떤 것들이 있는가?	재난은 사후의 연구가 강조되어야 하며 그 이유는 재난에 대응하는 과정에서의 실패와 일어나지 않은 가능성들을 평가하고 연구하며 미래의 재난 피해를 경감할 수 있기 때문이다6). 대표적인 재해예방대책으로는 방재계획 구속력, 수립절차, 기술기반 측면 등이 있으며 앞으로의 개선이 중요하다7). 한국환경정책평가연구원 및 국내기관에서는 꾸준히 Natech 연구가 진행되고 있다.
	Shake map은 무엇인가?	지진의 구현을 위한 자연재해 위험 모듈(Natural hazards module)9)에서 USGS(United States Geological Survey)가 제공하는 포항지진의 Shake map을 활용하였고 USGS는 전 세계의 지진에 대한 Shake map을 제작하고 공유한다. Shake map이란 지진 발생 후거의 실시간에 가까운 지반의 움직임과 지진동으로 지진을 구현한 데이터를 뜻한다. 이를 통해 RAPID-N에서 실시간에 가까운 포항지진을 구현하였다.
	포항지진 진앙지의 좌표는?	포항지진은 경상북도 포항시 북구 흥해읍에 진앙지가 존재한다. 진앙지에서 진원지까지의 깊이는 10 km이며 진앙지의 좌표는 36.074°N, 129.280°E이다. RAPID-N에 Shake map을 적용하였으며 진앙지의 좌표 에서는 Table 2과 같은 지진 특성이 표현된다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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Department of Homeland Security, "Multi-Hazard Loss Estimation Methodology Earthquake Model Hazus-MH2.1 Technical Manual", FEMA, pp. 168-254, 2015.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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