[국가R&D연구보고서]고해상도 수치모델을 이용한 원전재난 시나리오별 방사성유출 영향권 예측 Prediction of radioactive materials released from nuclear accidents under different nuclear disaster scenarios using high resolution numerical models원문보기
보고서 정보
주관연구기관
제주대학교 Cheju National University
연구책임자
송상근
보고서유형
최종보고서
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
2016-05
과제시작연도
2015
주관부처
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
본 연구의 최종 목표는 원자력발전소가 위치한 지역을 대상으로 다양한 원전 재난사고 시나리오를 작성하고, 고해상도 대기확산 계산이 가능한 3차원 수치모델을 이용하여 방사성유출물의 영향권을 보다 객관적, 과학적으로 예측 및 평가하는 것이다. 이를 위해 (1) 원전 주변지역 기상패턴 분류 및 기상특성 상세분석, (2) 원전재난 시나리오 작성과 방사성유출물 확산예측시스템 설계, (3) 원전재난 시나리오별 방사성유출물 영향권 예측을 수행하였으며, 연구결과는 다음과 같다.
고리원전 및 원전 주변지역의 대표적 기상패턴을 제시하기 위
본 연구의 최종 목표는 원자력발전소가 위치한 지역을 대상으로 다양한 원전 재난사고 시나리오를 작성하고, 고해상도 대기확산 계산이 가능한 3차원 수치모델을 이용하여 방사성유출물의 영향권을 보다 객관적, 과학적으로 예측 및 평가하는 것이다. 이를 위해 (1) 원전 주변지역 기상패턴 분류 및 기상특성 상세분석, (2) 원전재난 시나리오 작성과 방사성유출물 확산예측시스템 설계, (3) 원전재난 시나리오별 방사성유출물 영향권 예측을 수행하였으며, 연구결과는 다음과 같다.
고리원전 및 원전 주변지역의 대표적 기상패턴을 제시하기 위해 2012년 관측된 바람자료를 입력하여 군집분석을 수행한 결과, 최종 8개의 기상패턴(ME1, ME2, ME3, ME4-1, ME4-2, ME4-3, ME4-4, ME4-5)으로 분류할 수 있었으며, 각 기상패턴별 기상특성은 다음과 같다. ME1(53일)은 한반도 겨울계절풍의 영향을 받아 북서방향의 바람 빈도가 높고, 상대적으로 강한 바람(평균풍속 3.3 ms-1)을 보였다. ME2(99일)는 ME1과 주풍은 동일하나, ME1 보다 서풍계열의 바람은 감소하고 평균풍속은 2.7 ms-1로 다소 약했다. ME3은 주로 태풍, 장마와 같은 강한 강수사례가 해당되었고, 북동풍/남서풍 계열의 바람이 뚜렷하고 패턴 중 가장 강한 풍속(평균풍속 4.0 ms-1)이 특징적이다. ME4-1, ME4-2, ME4-3은 모두 고기압의 영향 하에 주로 맑은 날들이 해당되었고, ME4-1은 남풍/남서풍 계열의 바람(평균풍속 2.9 ms-1)이, ME4-2는 ME4-1과는 반대방향인 북서풍/북풍/북동풍 계열의 바람(평균풍속 3.1 ms-1)이, ME4-3은 북동풍/남동풍/남풍 계열의 바람이 나타나 해풍의 영향이 포함되었다(평균풍속 2.6 ms-1). ME4-4와 ME4-5는 주로 한반도가 고기압의 가장자리에 위치하거나 저기압의 영향 하에 약한 강수일이나 흐린 날이 해당되었다. ME4-4는 남서~남동풍의 빈도가 높고 오전시간대(0900~1200 LST)에 뚜렷한 풍계가 나타나지 않는 반면(평균풍속 2.5 ms-1), ME4-5는 오전의 북풍/북서풍 계열의 바람에서 오후시간대(1300~1600 LST)에는 남풍계열의 바람으로 전환되는 경향을 보였다.
고리원전 주변의 국지기상패턴과 과거 체르노빌/후쿠시마 원전사고를 참고하여 설정한 방사성물질의 배출패턴(유출율 2종류×총 입자수 3종류: EM1-1, EM1-2, EM1-3, EM2-1, EM2-2, EM2-3)을 변수로 하여 총 48개(8개 국지기상패턴×6개 배출패턴)의 원전재난 시나리오를 작성하였고, 입자확산모델인 HYSPLIT을 토대로 방사성유출물 확산예측시스템을 설계하였다. 모델링 영역은 고리원전을 중심으로 한 100 km × 100 km 영역(약 500 m 수평해상도, 202×202개 격자)으로 구성하였고, 137Cs을 대상물질로 선정하여 고리원전 지점의 20 m 높이에서 사고시작 시부터 24시간동안 배출패턴에 따라 배출하도록 설정하였다.
48개의 원전재난 시나리오에 대한 HYSPLIT 대기확산모델링을 수행하여 137Cs 농도(10 m 고도)를 1시간 간격으로 계산였고 수치모의된 137Cs 농도 수준과 시·공간 분포는 사고 발생이후 원전 주변지역의 기상조건(특히, 바람)의 영향을 크게 받았다. 일중 대상지역 내 일정한 풍계가 지속적으로 나타났던 ME1, ME2, ME3의 경우 137Cs은 특정방향으로의 대기확산이 이루어졌고, 강한 풍속으로 137Cs이 수시간 내로 대상영역을 벗어났다. ME1과 ME2는 대상지역 전반에 걸쳐 나타난 서풍과 북서풍 계열의 국지바람 영향으로 137Cs 농도가 각각 고리원전의 동쪽과 남동쪽 해상으로 빠르게 확산되었다. 반면 ME3은 부산 일부지역으로 137Cs 확산되었으며, 약한 연직혼합으로 인해 가장 높은 평균농도가 모의되었다. ME4-1은 오전 북서풍에서 오후 남풍계열로 풍향이 변화하였고 137Cs은 고리원전의 북쪽과 북동쪽 해양으로 확산된 반면, ME4-2는 오전 북풍/북서풍, 오후의 북동풍으로 부산과 부산 앞바다를 포함한 넓은 면적에 대한 137Cs 농도 확산을 보였다. ME4-3은 배출직후 북동풍 계열의 바람이 존재하다가 오후 남풍으로 풍계변화가 나타나 울산, 경주 일부 지역을 포함한 울산 앞바다로 137Cs이 확산되었다. ME4-4는 울산과 경주 일부 내륙에서 상대적으로 좁은 137Cs 확산분포가 나타났고, ME4-5는 울산과 경주 연안지역을 따라 해상으로의 확산이 확인되었다.
이상에서, 다양한 원전사고 시나리오별 기상장 및 확산 수치모델을 이용한 방사성물질의 대기확산 예측결과를 통해 만일의 원전사고시 발생할 수 있는 고리원전 인근지역에 대한 방사성유출물의 영향지역을 예측할 수 있었고, 이는 선진화된 방사능 방재대책 마련과 효과적이고 과학적인 방사성비상계획구역 설정에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
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