KR100671909B1

KR100671909B1 - 확산 물질의 확산 상황 예측 방법 및 확산 상황 예측 시스템

Info

Publication number: KR100671909B1
Application number: KR1020030038466A
Authority: KR
Inventors: 오오바료오지; 구도세이이찌
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-14
Filing date: 2003-06-14
Publication date: 2007-01-22
Also published as: KR20040107837A

Abstract

본 발명의 과제는 대기 중에 배출된 확산 물질의 확산 상황을 예측하는 것이다.

확산 물질을 입자로 치환하고, 배출원으로부터 발생시킨 입자의 이동 위치를 연산에 의해 구하고, 이동 위치와 배출 후 경과 시간을 대응시켜 기록해 둔다. 또한 배출 후 경과 시간에 따른 입자의 강도를 나타내는 강도 데이터를 설정해 둔다. 다음에, 배출 후 경과 시간을 기초로 상기 강도 데이터를 참조하여 입자가 발생한 시점의 강도를 구하고, 각 입자마다 이동 위치와 배출 후 경과 시간과 강도를 대응시켜 기록시켜 둔다. 소정 시간에 있어서의 소정 영역의 농도를 계산하기 위해서는, 그 소정 영역에 존재하는 입자의 강도를 산출함으로써 구할 수 있다.

데이터 기록 장치, 배출원, 안전 해석 센터, 입자 확산 모델

Description

확산 물질의 확산 상황 예측 방법 및 확산 상황 예측 시스템 {PREDICTION METHOD AND SYSTEM OF GAS DIFFUSION}

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 계산 흐름을 도시한 흐름도.

도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 입자의 확산 상태를 나타낸 설명도.

도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 입자의 확산 상태를 나타낸 설명도.

도4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 입자의 확산 상태를 나타낸 설명도.

도5는 물질의 배출량의 시간 변화의 일예를 나타낸 특성도.

도6은 물질의 배출량의 시간 변화에 대응하는 배출원 강도의 일예를 나타낸 특성도.

도7은 소정의 격자 영역에 있어서의 입자 분포를 도시한 설명도.

도8은 배출원과 격자 영역을 도시한 설명도.

도9의 (a) 및 도9의 (b)는 배출량이 일정한 경우의 배출량과 농도와의 관계를 나타낸 특성도.

도10의 (a) 및 도10의 (b)는 배출량이 시간 변화하는 경우의 배출량과 농도 와의 관계를 나타낸 특성도.

도11은 2개의 배출원과 격자 영역을 도시한 설명도.

도12의 (a) 및 도12의 (b)는 배출량이 일정한 경우의 배출량과 농도와의 관계를 나타낸 특성도.

도13의 (a) 및 도13의 (b)는 배출량이 시간 변화하는 경우의 배출량과 농도와의 관계를 나타낸 특성도.

도14의 (a) 내지 도14의 (e)는 제3 실시 형태를 나타낸 설명도.

도15의 (a) 내지 도15의 (c)는 제4 실시 형태를 나타낸 설명도.

도16은 제4 실시 형태에 있어서의 계산 흐름을 도시한 흐름도.

도17은 제5 실시 형태에 있어서의 계산 흐름을 도시한 흐름도.

도18은 제6 실시 형태에 관한 시스템을 도시한 시스템 구성도.

도19는 종래 기술에 있어서의 입자의 확산 상태를 나타낸 설명도.

도20은 종래 기술에 있어서의 입자의 확산 상태를 나타낸 설명도.

도21은 종래 기술에 있어서의 입자의 확산 상태를 나타낸 설명도.

도22는 소정의 격자 영역에 있어서의 입자 분포를 나타낸 설명도.

도23은 입자 확산 모델의 기능을 나타낸 설명도.

도24는 배출원과 격자 영역을 나타낸 설명도.

도25의 (a) 및 도25의 (b)는 배출량이 시간 변화하는 경우의 배출량과 농도와의 관계를 나타낸 특성도.

도26의 (a) 및 도26의 (b)는 배출량이 일정한 경우의 배출량과 농도와의 관 계를 나타낸 특성도.

도27의 (a) 및 도27의 (b)는 배출량이 순간적인 경우의 배출량과 농도와의 관계를 나타낸 특성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 데이터 기록 장치

10 : 감독관청

11 : 사업자

12 : 안전 해석 센터

13 : 기상청

14 : 공장 주변 주민

S, S1, S2 : 배출원

본 발명은 확산 물질의 확산 상황 예측 방법에 관한 것이다. 본 발명은 확산원(예를 들어 방사성 물질 사용 시설이나 굴뚝)으로부터 대기 중에 배출된 물질(예를 들어 방사성 물질이나 연기)이 대기 중에 어떻게 확산해 가는지를 예측하여 각 지점에서 시시각각 변화해 가는 물질의 농도를 예측하도록 한 것이다.

방사성 물질을 취급하는 시설로부터 사고에 의해 방사성 물질이 외부로 배출된 경우에는 방사성 물질의 확산 범위나 각 지점에서의 방사성 물질의 농도를 예측 하여, 방사성 물질에 의한 위험을 받을 우려가 있는 지역을 예측하는 확산 상황 예측 방법이 계속해서 개발되고 있다.

이 확산 상황 예측 방법은 방사성 물질의 확산 상황을 예측하는 경우뿐만 아니라, 예를 들어 공장의 굴뚝으로부터 배출된 가스체(연기)가 대기 속을 확산한 경우에 있어서, 각 지점에 있어서의 가스체 농도를 계산하는 경우나, 환경 어세스먼트의 해석에 있어서의 확산 물질의 확산 상황을 해석하는 경우에도 적용할 수 있다.

대기 중에 배출된 물질의 확산 상황을 연산에 의해 예측하기 위해서는 다음 2개의 연산을 할 필요가 있다.

(1) 기체 상황 예측 연산

(2) 확산 상황 예측 연산

상기 (1)의 기체 상황 예측 연산이라 함은, 기상 GPV(Grid Point Value) 데이터나 AMEDAS 등의 기상 관측 데이터를 기초로 하여 대기 현상을 해석하는 편미분 방정식을 연산함으로써, 사상 발생(예를 들어 방사성 물질의 외부 배출) 시점으로부터 소정 시간 앞의 시점까지 일정 시간 간격마다의 시점에 있어서의 다수의 평가 지점(격자점 위치)의 풍향 및 풍속을 연산에 의해 구하는, 즉 일정 시간 간격 마다의 풍속장 데이터를 나타내는 기체 상황을 구하는 연산을 말한다.

또한, 상기 (2)의 확산 상황 예측 연산이라 함은, 방출된 확산 물질의 농도나 성상 및 상기 풍속장 데이터를 물질(입자)의 확산 상태를 연산하는 확산 방정식에 대입함으로써, 각 시간 간격마다의 각 격자점 위치에 있어서의 확산 물질의 농 도를 구하는 연산을 말한다.

<기체 상황 예측 연산의 설명>

우선, 기체 상황 예측 연산의 개략을 설명한다. 기상 관측 데이터, 예를 들어 기상 GPV 데이터는 기상 업무 지원 센터로부터 12 시간마다 신호 전송된다. 이 기상 GPV 데이터는 지구의 표면을 남북 방향에 따라 연신하는 동시에 동서 방향의 서로의 이격 거리가 규정 거리(2 ㎞)로 되어 있는 복수의 위도 가상선과, 지구의 표면을 동서 방향에 따라 연신하는 동시에 남북 방향의 서로의 이격 거리가 규정 거리(2 ㎞)로 되어 있는 복수의 경도 가상선이 교차하는 지점(이를「주격자점 위치」라 칭함)에 있어서의 기상 데이터[풍속 벡터(풍향, 풍속), 기압, 온도, 수분량]를 나타내는 것이다. 게다가, 기상 GPV 데이터는 각 주격자점 위치의 기상 데이터로서, 신호 전송 시점, 신호 전송 시점으로부터 3 시간 앞, 6 시간 앞, 9 시간 앞이라고 하는 것처럼 3 시간 간격의 51 시간분의 데이터가 일괄하여 신호 전송된다.

상술한 기상 GPV 데이터의 주격자점 위치의 기상 데이터는 공간적으로는 주격자점 위치의 상호간 거리가 2 ㎞로 넓고, 게다가 시간적으로는 3 시간 간격으로 길기 때문에, 이 주격자점 위치의 기상 데이터에 의해 나타내는 기체 상황(풍향, 풍속) 데이터, 즉 풍속장 데이터에서만은 확산 물질의 확산 농도를 연산할 수 없다.

이로 인해, 공간적으로 조대하고, 또한 시간적으로도 조대한 기상 관측 데이터로부터 공간적으로도 시간적으로도 밀한 기체 상황(풍향, 풍속 등)을, 대기 현상을 해석하는 편미분 방정식을 연산함으로써 구할 필요가 있다.

그래서, 계산해야 할 계산 영역(지구의 표면 중에서 이미 설정한 특정 영역)에 설정된 주격자점 위치 사이에 부격자점 위치를 설정한다. 부격자점 위치는 지구의 표면을 남북 방향에 따라 연신하는 동시에 동서 방향의 서로의 이격 거리가 일정 거리(50 m)로 되어 있는 복수의 위도 가상선과, 지구의 표면을 동서 방향에 따라 연신하는 동시에 남북 방향의 서로의 이격 거리가 일정 거리(50 m)로 되어 있는 복수의 경도 가상선이 교차하는 지점에 배치되어 있다.

그리고, 연산 개시로부터 일정 시간 간격마다(예를 들어 20초 간격마다)의 부격자점 위치 및 주격자점 위치의 기상 데이터를 대기 현상을 해석하는 편미분 방정식을 차분 해석 연산함으로써 구한다. 대기 현상을 해석하는 편미분 방정식으로서는 콜로라도 주립 대학과 미션 리서치사에서 개발된 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드로 나타내고 있는 풍속장 해석의 기본 방정식을 이용할 수 있다.

이 RAMS 코드로 나타내고 있는 풍속장 해석의 기본 방정식은 운동 방정식, 열에너지 방정식, 수분 확산 방정식 및 연속된 식으로 이루어지고, 다음과 같은 식 (1) 내지 식 (6)으로 표시된다.

이와 같이 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드로 나타내고 있는 풍속장 해석의 기본 방정식을 연산하여 연산 개시로부터 일정 시간 간격마다(예를 들어 20초 간격마다)의 각 주격자점 위치에 있어서의 기상 데이터와, 각 부격자점 위치에 있어서의 기상 데이터를 나타내는 풍향 벡터 데이터(풍속장 데이터)를 얻을 수 있다.

<확산 상황 예측 연산의 개요 설명>

다음에 확산 상황 예측 연산에 대해 설명한다. 확산 상황 예측 연산을 하기 위해서는 콜로라도 주립 대학과 미션 리서치사에서 개발된 HYPACT(Hybrid Particle Concentration Transport Model) 코드에 의해, RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 20초 간격마다의 각 주격자점 위치 및 각 부격자점 위치의 풍속장 데이터를 차례로 대입하여 확산 상황의 예측 연산을 한다. 확산 상황 예측 연산의 구체예로서는, 라그랑제 입자 확산 모델을 채용하고 있다.

이 라그랑제 입자 확산 모델에서는 다음에 나타내는 식 (7) 내지 식 (9)를 이용하여 입자의 확산 속도(u', v', w')를 계산하여 각 입자를 이동시킨다.

여기서, HYPACT(Hybrid Particle Concentration Transport Model) 코드에 의해, RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 20초 간격마다 의 각 주격자점 위치 및 각 부격자점 위치의 풍속장 데이터를 차례로 대입하여 확산 상황의 예측 연산을 한 구체예를 설명한다.

이 연산을 하기 위해서는 배출원으로부터 대기 중에 배출되는 물질을 다수의 입자(P)로 치환하고, 배출원의 위치로부터 연산 주기(Δt)(여기서는 Δt ＝ 20초)마다 N개(여기서는 20개)의 입자(P)가 발생한다고 설정한다.

즉, 연산 개시 시점에서 20개의 입자(P)를 발생시키고, 연산 개시 시점으로부터 20초 후에 20개의 입자를 발생시키고, 연산 개시 시점으로부터 40초 후에 20개의 입자를 발생시키는 것처럼, 연산 주기(Δt)(20초)마다 20개의 입자를 발생시켜 간다. 그리고 연산 주기(Δt)(20초)마다, 각 입자(P)의 위치(공간 좌표)를 연산에 의해 구한다.

또한, 연산 개시 시점(시각 0초)에 있어서 발생시킨 20개의 입자(P)를, P₀₀ ⁰¹, P₀₀ ⁰², P₀₀ ⁰³, P₀₀ ⁰⁴, P₀₀ ⁰⁵, P₀₀ ⁰⁶, P₀₀ ⁰⁷, P₀₀ ⁰⁸, P₀₀ ⁰⁹, P₀₀ ¹⁰, P₀₀ ¹¹, P₀₀ ¹², P₀₀ ¹³, P₀₀ ¹⁴, P₀₀ ¹⁵, P₀₀ ¹⁶, P₀₀ ¹⁷, P₀₀ ¹⁸, P₀₀ ¹⁹, P₀₀ ²⁰로서 나타내고,

연산 개시 시점으로부터 20초 후에 있어서 발생시킨 20개의 입자(P)를, P₂₀ ⁰¹, P₂₀ ⁰², P₂₀ ⁰³, P₂₀ ⁰⁴, P₂₀ ⁰⁵, P₂₀ ⁰⁶, P₂₀ ⁰⁷, P₂₀ ⁰⁸, P₂₀ ⁰⁹, P₂₀ ¹⁰, P₂₀ ¹¹, P₂₀ ¹², P₂₀ ¹³, P₂₀ ¹⁴, P₂₀ ¹⁵, P₂₀ ¹⁶, P₂₀ ¹⁷, P₂₀ ¹⁸, P₂₀ ¹⁹, P₂₀ ²⁰로서 나타내고,

연산 개시 시점으로부터 40초 후에 있어서 발생시킨 20개의 입자(P)를, P₄₀ ⁰¹, P₄₀ ⁰², P₄₀ ⁰³, P₄₀ ⁰⁴, P₄₀ ⁰⁵, P₄₀ ⁰⁶, P₄₀ ⁰⁷, P₄₀ ⁰⁸, P₄₀ ⁰⁹, P₄₀ ¹⁰, P₄₀ ¹¹, P₄₀ ¹², P₄₀ ¹³, P₄₀ ¹⁴, P₄₀ ¹⁵, P₄₀ ¹⁶, P₄₀ ¹⁷, P₄₀ ¹⁸, P₄₀ ¹⁹, P₄₀ ²⁰로서 나타낸다.

즉, 부호「P」의 후방 하단에 나타낸 숫자가 연산 개시 시점으로부터의 시간이고, 부호「P」의 후방 상단에 나타낸 숫자가 그 시점에 있어서 발생시킨 20개의 입자를 구별하는 것이다. 다른 시점에 있어서 발생시킨 입자도 마찬가지로 표기한다.

우선, 연산 개시 시점에 있어서는 배출원(S)으로부터 20개의 입자 P₀₀ ⁰¹, P₀₀ ⁰², P₀₀ ⁰³, P₀₀ ⁰⁴, P₀₀ ⁰⁵, P₀₀ ⁰⁶, P₀₀ ⁰⁷, P₀₀ ⁰⁸, P₀₀ ⁰⁹, P₀₀ ¹⁰, P₀₀ ¹¹, P₀₀ ¹², P₀₀ ¹³, P₀₀ ¹⁴, P₀₀ ¹⁵, P₀₀ ¹⁶, P₀₀ ¹⁷, P₀₀ ¹⁸, P₀₀ ¹⁹, P₀₀ ²⁰이 발생한다.

연산 개시 시점으로부터 20초 후에 있어서는 도19에 도시한 배출원(S)으로부터 새롭게 20개의 입자 P₂₀ ⁰¹, P₂₀ ⁰², P₂₀ ⁰³, P₂₀ ⁰⁴, P₂₀ ⁰⁵, P₂₀ ⁰⁶, P₂₀ ⁰⁷, P₂₀ ⁰⁸, P₂₀ ⁰⁹, P₂₀ ¹⁰, P₂₀ ¹¹, P₂₀ ¹², P₂₀ ¹³, P₂₀ ¹⁴, P₂₀ ¹⁵, P₂₀ ¹⁶, P₂₀ ¹⁷, P₂₀ ¹⁸, P₂₀ ¹⁹, P₂₀ ²⁰이 발생한다.

이 때, 연산 개시 시점에서 발생한 입자 P₀₀ ⁰¹, P₀₀ ⁰², P₀₀ ⁰³, P₀₀ ⁰⁴, P₀₀ ⁰⁵, P₀₀ ⁰⁶, P₀₀ ⁰⁷, P₀₀ ⁰⁸, P₀₀ ⁰⁹, P₀₀ ¹⁰, P₀₀ ¹¹, P₀₀ ¹², P₀₀ ¹³, P₀₀ ¹⁴, P₀₀ ¹⁵, P₀₀ ¹⁶, P₀₀ ¹⁷, P₀₀ ¹⁸, P₀₀ ¹⁹, P₀₀ ²⁰은 배출원(S)으로부터 떨어진 위치까지 도달하는 동시에 확산되고 있다.

각 입자(P)의 위치는 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 20초 간격마다의 풍속장 데이터를 이용하여 라그랑제 입자 확산 모델에 있어서의 각 입자(P)의 확산 속도(u', v', w')를 계산하고, 각 입자를 이동시킴으로써 구한다.

연산 개시 시점으로부터 40초 후에 있어서는 도20에 도시한 배출원(S)으로부터 새롭게 20개의 입자 P₄₀ ⁰¹, P₄₀ ⁰², P₄₀ ⁰³, P₄₀ ⁰⁴, P₄₀ ⁰⁵, P₄₀ ⁰⁶, P₄₀ ⁰⁷, P₄₀ ⁰⁸, P₄₀ ⁰⁹, P₄₀ ¹⁰, P₄₀ ¹¹, P₄₀ ¹², P₄₀ ¹³, P₄₀ ¹⁴, P₄₀ ¹⁵, P₄₀ ¹⁶, P₄₀ ¹⁷, P₄₀ ¹⁸, P₄₀ ¹⁹, P₄₀ ²⁰이 발생한다.

이 때, 연산 개시 시점에서 발생한 입자 P₀₀ ⁰¹, P₀₀ ⁰², P₀₀ ⁰³, P₀₀ ⁰⁴, P₀₀ ⁰⁵, P₀₀ ⁰⁶, P₀₀ ⁰⁷, P₀₀ ⁰⁸, P₀₀ ⁰⁹, P₀₀ ¹⁰, P₀₀ ¹¹, P₀₀ ¹², P₀₀ ¹³, P₀₀ ¹⁴, P₀₀ ¹⁵, P₀₀ ¹⁶, P₀₀ ¹⁷, P₀₀ ¹⁸, P₀₀ ¹⁹, P₀₀ ²⁰은 배출원(S)으로부터 더 떨어진 위치까지 도달하는 동시에 더 확산되고 있다.

또한, 연산 개시 시점으로부터 20초 후에 있어서 발생한 20개의 입자 P₂₀ ⁰¹, P₂₀ ⁰², P₂₀ ⁰³, P₂₀ ⁰⁴, P₂₀ ⁰⁵, P₂₀ ⁰⁶, P₂₀ ⁰⁷, P₂₀ ⁰⁸, P₂₀ ⁰⁹, P₂₀ ¹⁰, P₂₀ ¹¹, P₂₀ ¹², P₂₀ ¹³, P₂₀ ¹⁴, P₂₀ ¹⁵, P₂₀ ¹⁶, P₂₀ ¹⁷, P₂₀ ¹⁸, P₂₀ ¹⁹, P₂₀ ²⁰은 배출원(S)으로부터 떨어진 위치까지 도달하는 동시에 확산되고 있다.

각 입자(P)의 위치는 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 20초 간격마다의 풍속장 데이터를 이용하여, 라그랑제 입자 확산 모델에 있어서의 각 입자(P)의 확산 속도(u', v', w')를 계산하고, 각 입자를 이동시킴으로써 구한다.

연산 개시 시점으로부터 60초 후에 있어서는 도21에 도시한 배출원(S)으로부터 새롭게 20개의 입자 P₆₀ ⁰¹, P₆₀ ⁰², P₆₀ ⁰³, P₆₀ ⁰⁴, P₆₀ ⁰⁵, P₆₀ ⁰⁶, P₆₀ ⁰⁷, P₆₀ ⁰⁸, P₆₀ ⁰⁹, P₆₀ ¹⁰, P₆₀ ¹¹, P₆₀ ¹², P₆₀ ¹³, P₆₀ ¹⁴, P₆₀ ¹⁵, P₆₀ ¹⁶, P₆₀ ¹⁷, P₆₀ ¹⁸, P₆₀ ¹⁹, P₆₀ ²⁰이 발생한다.

또한, 연산 개시 시점으로부터 20초 후에 있어서 발생한 20개의 입자 P₂₀ ⁰¹, P₂₀ ⁰², P₂₀ ⁰³, P₂₀ ⁰⁴, P₂₀ ⁰⁵, P₂₀ ⁰⁶, P₂₀ ⁰⁷, P₂₀ ⁰⁸, P₂₀ ⁰⁹, P₂₀ ¹⁰, P₂₀ ¹¹, P₂₀ ¹², P₂₀ ¹³, P₂₀ ¹⁴, P₂₀ ¹⁵, P₂₀ ¹⁶, P₂₀ ¹⁷, P₂₀ ¹⁸, P₂₀ ¹⁹, P₂₀ ²⁰은 배출원(S)으로부터 더 떨어진 위치까지 도달하는 동시에 더 확산되고 있다.

또한, 연산 개시 시점으로부터 40초 후에 있어서 발생한 20개의 입자 P₄₀ ⁰¹, P₄₀ ⁰², P₄₀ ⁰³, P₄₀ ⁰⁴, P₄₀ ⁰⁵, P₄₀ ⁰⁶, P₄₀ ⁰⁷, P₄₀ ⁰⁸, P₄₀ ⁰⁹, P₄₀ ¹⁰, P₄₀ ¹¹, P₄₀ ¹², P₄₀ ¹³, P₄₀ ¹⁴, P₄₀ ¹⁵, P₄₀ ¹⁶, P₄₀ ¹⁷, P₄₀ ¹⁸, P₄₀ ¹⁹, P₄₀ ²⁰은 배출원(S)으로부터 더 떨어진 위치까지 도달하는 동시에 확산되고 있다.

상술한 바와 같이, 연산 주기(Δt)(20초)마다 20개의 입자를 차례로 발생시켜 가는 동시에, 각 연산 주기(Δt)(20초)마다에 있어서의 입자의 위치, 즉 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)]를 구해 간다.

그리고, 연산 개시로부터 소정 시간 경과하였을 때에 있어서, 배출원(S)으로부터 소정 거리 떨어진 단위 공간(예측 지역의 단위 체적)에, 도22에 도시한 바와 같이 입자(P)가 존재하고 있던 경우, 이 입자의 수로부터 이 단위 공간에 있어서의 물질의 농도를 계산할 수 있다.

즉, 배출원(S)에 있어서, 1초 동안에 Q(㎥)의 물질이 배출되고 있다고 하면, 입자(P)는 20초 동안에 20개(환산하면 1초 동안에 1개) 발생하고 있으므로, 각 입자(P)는 1개에 대해 Q/1(㎥)의 배출원 강도를 갖고 있게 된다. 그래서, 이 단위 공간에 존재하는 입자(P)의 수에 배출원 강도 Q/1(㎥)를 곱함으로써, 이 단위 공간 에 있어서의 물질의 농도를 구할 수 있다.

상술한 구체예를 일반적으로 나타내면 다음과 같이 된다. 배출원으로부터 배출되는 가스체 등의 물질을 다수의 입자로 치환한다. 그리고, 배출원으로부터 매초 N개의 입자를 방출한다. 이 경우, 계산 상에서의 입자의 배출량은 N/초이다. 실제 배출원으로부터 배출되는 물질의 배출량이 Q(㎥/초)인 경우, 각 입자는 Q/N(㎥)의 배출원 강도를 갖게 된다.

각 입자마다 운동 방정식을 비정상적으로 수치 계산함으로써, 즉 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 풍속장 데이터를 입자의 운동 방정식인 HYPACT(Hybrid Particle Concentration Transport Model) 코드에 대입하고, 라그랑제 입자 확산 모델을 이용하여 각 입자(P)의 확산 속도(u', v', w')를 계산하고, 각 입자를 이동시킴으로써 각 입자의 좌표를 비정상적으로 결정할 수 있다. 즉, 각 입자의 공간 좌표를 연산 주기(Δt)마다 결정할 수 있다. 또한, 라그랑제 입자 모델에 의해 구하여 데이터 기록 장치에 기록되는 각 입자의 데이터는 각 입자의 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)]뿐이다.

입자(물질)의 운동 방정식인 HYPACT 코드는 입자의 흐름 이동, 확산, 중력 침강 현상을 표현하는 것이다. 여기에 있어서, 입자의 흐름 이동 현상은 대기의 시간 평균 속도에 의존하고, 확산 현상은 대기의 난류 속도에 의존하고, 중력 침강은 입자의 질량, 중력 가속도, 공기의 점성계수 등에 의존한다(도23 참조).

공기 속의 단위 체적 중 입자 개수가 N개인 경우, 이 공간 속의 가스 농도(물질 농도)는 n × Q/N(가스 ㎥/공기 ㎥)이 된다. 즉, 이 단위 공간에 존재하는 입자수(n)에 각 입자가 갖고 있는 배출원 강도 Q/N를 곱한 것이 된다.

이 환경 농도 단위(체적에 있어서의 물질 농도)는 배출되는 물질의 배출량의 시간 변화에 의존한다. 이로 인해, 배출량이 시간과 함께 변화하는 조건에서는, 확산 계산은 각 배출 조건마다 실시할 필요가 있다. 따라서, 상정되는 배출 조건이 많은 경우에는 배출량 케이스분의 확산 계산을 실시할 필요가 있고, 결과적으로 방대한 계산 시간이 필요하다.

즉, 도24에 도시한 바와 같이, 예를 들어 배출원(S)(예를 들어 굴뚝)으로부터 가스(물질)가 배출되었을 때에, 풍하(風下)가 있는 지점(F)에 있어서의 가스 농도의 시간 변화는 배출원(S)으로부터 배출되는 물질의 시간 변화에 따라서 변화한다.

즉, 도25의 (a)와 같이 물질의 배출량이 시간과 함께 변화하는 경우에는, 지점(F)에 있어서의 물질의 농도는 도25의 (b)와 같이 시간과 함께 변화하고, 도26의 (a)와 같이 물질의 배출량이 일정한 경우에는, 지점(F)에 있어서의 물질의 농도는 도26의 (b)와 같이 일정치까지 상승한 후 일정 농도를 유지하고, 도27의 (a)와 같이 물질이 순간적으로 배출되는 경우에는, 지점(F)에 있어서의 물질의 농도는 도27의 (b)와 같이 일시적으로 상승한 후 0이 된다.

이와 같이, 물질의 배출량이 시간과 함께 변화하는 경우에는, 입자의 발생 개수를 물질의 배출량에 맞추어 시간과 함께 변화시킬 필요가 있다. 그리고, 이와 같이 시간의 경과와 함께 발생 개수를 변화시킨 입자의 이동 위치를 구하여, 이 입 자의 이동 위치로부터 물질의 농도 계산을 하게 된다. 따라서, 배출량의 변화가 다른 각 케이스마다 확산 계산을 해 두어야만 해, 방대한 계산 결과가 필요해지는 것이다.

예를 들어 방사성 물질을 취급하는 시설에서 방사성 물질이 외부로 배출된 사고가 발생한 경우에는, 매우 다수의 물질(예를 들어 100 종류 정도의 물질)이 배출된다. 게다가, 각 물질마다 그 배출량이 시간에 따라서 각각 다르다. 따라서, 각 물질마다 입자의 발생 개수를 물질의 배출량에 맞추어 시간과 함께 변화시키고, 이와 같이 발생 개수를 변화시킨 입자의 이동 위치를 구하여 이 입자의 이동 위치로부터 물질의 농도 계산을 하게 된다. 따라서, 이 경우에는, 예를 들어 100 종류의 물질에 대응한 100 종류의 확산 계산을 해 둘 필요가 있다.

본 발명은 상기 종래 기술에 비추어 많은 종류의 물질이 배출되는 동시에, 각 물질의 배출량이 시간과 함께 변화하는 경우라도 물질의 확산 상황을 단시간에 예측 연산할 수 있는 확산 물질의 확산 상황 예측 방법 및 확산 물질의 확산 상황 예측 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 본 발명의 확산 물질의 확산 상황 예측 방법에서는 배출원으로부터 대기 중에 배출된 물질이 대기 속을 확산해 가는 상황을 예측하기 위해, 상기 물질을 다수의 입자로 치환하여 배출원의 위치로부터 연산 주기마다 미리 설정한 개수의 입자가 발생한다고 설정하는 동시에,

배출원의 위치를 포함하는 영역 내의 다수의 지점에 있어서의 시간 경과에 따라서 변화하는 풍향 및 풍속을 나타내는 풍속장 데이터를 입자의 확산 상태를 연산하는 확산 방정식에 대입함으로써 각 입자의 확산 속도를 구하고, 이 확산 속도로부터 각 입자가 존재하는 공간 위치를 나타내는 공간 좌표를 각 연산 주기마다 구하는 동시에, 상기 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간을 계측하고, 각 연산 주기에 있어서의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간을 대응시켜 데이터 기록 장치에 기록해 두고,

배출된 물질의 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 수반하는 배출량의 변화에 비례시켜 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 따르는 입자에 대한 배출원 강도 데이터를 설정해 두고,

상기 데이터 기록 장치에 기록하고 있던 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간을 판독하는 동시에, 판독한 배출 후 경과 시간을 참조하여 각 입자가 발생한 시점을 구하고, 이 시점에 있어서의 각 입자의 배출원 강도를 상기 배출원 강도 데이터로부터 구하고, 상기 데이터 기록 장치에 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원 강도를 대응시켜 재기록시키고,

소정의 연산 주기에 있어서의 소정 영역의 상기 물질의 농도는 상기 소정의 연산 주기에 있어서의 상기 소정의 영역에 존재하는 모든 입자의 배출원 강도를 산출함으로써 구하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 확산 물질의 확산 상황 예측 방법은 복수의 배출원으로부터 대기 중에 배출된 물질이 대기 속을 확산해 가는 상황을 예측하기 위해, 상기 물질 을 다수의 입자로 치환하여 각 배출원의 위치로부터 연산 주기마다 미리 설정한 개수의 입자가 각각 발생한다고 설정하는 동시에,

배출원의 위치를 포함하는 영역 내의 다수의 지점에 있어서의 시간 경과에 따라서 변화하는 풍향 및 풍속을 나타내는 풍속장 데이터를 입자의 확산 상태를 연산하는 확산 방정식에 대입함으로써 각 입자의 확산 속도를 구하고, 이 확산 속도로부터 각 입자가 존재하는 공간 위치를 나타내는 공간 좌표를 각 연산 주기마다 구하는 동시에 상기 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간을 계측하고, 각 연산 주기에 있어서의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원을 식별하는 배출원 식별 정보를 대응시켜 데이터 기록 장치에 기록해 두고,

각 배출원으로부터 배출된 물질의 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 수반하는 배출량의 변화에 비례시켜 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 따르는 입자에 대한 배출원 강도 데이터를 각 배출원마다 각각 설정해 두고,

상기 데이터 기록 장치에 기록하고 있던 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 각 입자의 배출원 식별 정보를 판독하는 동시에 판독한 배출 후 경과 시간을 참조하여 각 입자가 발생한 시점을 구하고, 판독한 배출원 식별 정보를 참조하여 입자가 발생한 시점에 있어서의 각 입자의 배출원 강도를 그 입자가 발생한 배출원에 대응한 상기 배출원 강도 데이터로부터 구하고, 상기 데이터 기록 장치에 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원 강도를 대응시켜 재기록시키고,

또한 본 발명의 확산 물질의 확산 상황 예측 방법에서는,

상기 배출원 강도 데이터는 상기 배출원으로부터 실제로 배출되는 물질의 농도를 실측함으로써 구하여 설정되거나,

상기 배출원 강도 데이터는 상기 배출원 주위의 관측점에서 실측한 물질 농도의 시간 변화를 기초로 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 확산 물질의 확산 상황 예측 시스템은 확산 물질이 대기 중에 배출되었을 때에 확산 물질의 농도를 실측하여 확산 물질의 배출량을 나타내는 데이터를 발신하는 사업자와,

기상 관측 데이터를 신호 전송하는 기상 데이터 신호 전송 시설과,

상기 사업자나 상기 사업자 주변의 주민에게 피난 권고를 통지하는 감독관청과,

확산 물질의 확산 상황 예측 연산 처리를 하여 소정의 영역에 있어서의 물질의 농도를 연산하는 안전 해석 센터를 구비하고,

상기 안전 해석 센터에는 상기 사업자로부터 확산 물질의 배출량을 나타내는 데이터와, 상기 기상 데이터 신호 전송 시설로부터 기상 관측 데이터가 정보 전달 수단에 의해 전송되고,

상기 감독관청에는 상기 안전 해석 센터로부터 물질의 농도가 정보 전달 수 단에 의해 전송되고,

상기 감독관청은 전송되어 온 물질의 농도에 따라서 퇴피 권고를 통지하는 것을 특징으로 한다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

<제1 실시 형태(배출원이 1개인 경우)>

본 발명의 제1 실시 형태에 관한 확산 물질의 확산 상황 예측 방법을 도1 내지 도10의 (a) 및 도10의 (b)를 참조하면서 설명한다.

제1 실시 형태에서의 제1 스텝(계산 흐름도인 도1 참조)에서는 다음과 같은 처리를 한다. 즉, 배출원(S)(입자의 확산 상황을 도시한 도2 내지 도4 참조)으로부터 실제로 배출되는 물질의 배출량이 일정해도, 시간 경과에 따라서 배출량이 변화하는 경우라도, 우선은 물질의 배출량(Q)(㎥/초)을 일정치(＝ 1.O)로서 종래의 라그랑제 입자 확산 모델을 사용하여 입자의 거동을 수치 계산한다. 또한, 각 입자가 갖는 정보인 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)] 외에 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간[Ti(t)]을 각 연산 주기(Δt)마다 데이터 기록 장치(1)에 기록한다.

이 제1 스텝의 처리를 구체적으로 설명하면 다음과 같이 된다. 이 연산에서는 연산 주기(Δt)(여기서는 Δt ＝ 20초)마다 20개의 입자를 발생시키는 동시에, 연산 주기(Δt)(20초)마다 입자(P)의 위치(공간 좌표)를 연산한다.

연산 개시 시점으로부터 20초 후에 있어서는 도2에 도시한 배출원(S)으로부터 새롭게 20개의 입자 P₂₀ ⁰¹, P₂₀ ⁰², P₂₀ ⁰³, P₂₀ ⁰⁴, P₂₀ ⁰⁵, P₂₀ ⁰⁶, P₂₀ ⁰⁷, P₂₀ ⁰⁸, P₂₀ ⁰⁹, P₂₀ ¹⁰, P₂₀ ¹¹, P₂₀ ¹², P₂₀ ¹³, P₂₀ ¹⁴, P₂₀ ¹⁵, P₂₀ ¹⁶, P₂₀ ¹⁷, P₂₀ ¹⁸, P₂₀ ¹⁹, P₂₀ ²⁰이 발생한다.

각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 위치는 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 20초 간격마다의 풍속장 데이터를 이용하여, 라그랑제 입자 확산 모델에 있어서의 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 확산 속도(u', v', w')를 계산하여 각 입자를 이동시킴으로써 구한다.

또한, 연산 개시 시점에서 발생한 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)는 연산 개시 시점(입 자를 최초에 발생시킨 시점)으로부터 20초가 경과하고 있다. 그래서, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 20), yi(t ＝ 20), zi(t ＝ 20)]에 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 각각 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 기록한다(도1, 도2 참조).

연산 개시 시점으로부터 40초 후에 있어서는 도3에 도시한 배출원(S)으로부터 새롭게 20개의 입자 P₄₀ ⁰¹, P₄₀ ⁰², P₄₀ ⁰³, P₄₀ ⁰⁴, P₄₀ ⁰⁵, P₄₀ ⁰⁶, P₄₀ ⁰⁷, P₄₀ ⁰⁸, P₄₀ ⁰⁹, P₄₀ ¹⁰, P₄₀ ¹¹, P₄₀ ¹², P₄₀ ¹³, P₄₀ ¹⁴, P₄₀ ¹⁵, P₄₀ ¹⁶, P₄₀ ¹⁷, P₄₀ ¹⁸, P₄₀ ¹⁹, P₄₀ ²⁰이 발생한다.

이 때, 연산 개시 시점에서 발생한 입자 P₀₀ ⁰¹, P₀₀ ⁰², P₀₀ ⁰³, P₀₀ ⁰⁴, P₀₀ ⁰⁵, P₀₀ ⁰⁶, P₀₀ ⁰⁷, P₀₀ ⁰⁸, P₀₀ ⁰⁹, P₀₀ ¹⁰, P₀₀ ¹¹, P₀₀ ¹², P₀₀ ¹³, P₀₀ ¹⁴, P₀₀ ¹⁵, P₀₀ ¹⁶, P₀₀ ¹⁷, P₀₀ ¹⁸, P₀₀ ¹⁹, P₀₀ ²⁰은 배출원(S)으로부터 더 떨어진 위치까지 도달하는 동시에 확산되고 있다.

또한, 연선 개시 시점으로부터 20초 후에 있어서 발생한 20개의 입자 P₂₀ ⁰¹, P₂₀ ⁰², P₂₀ ⁰³, P₂₀ ⁰⁴, P₂₀ ⁰⁵, P₂₀ ⁰⁶, P₂₀ ⁰⁷, P₂₀ ⁰⁸, P₂₀ ⁰⁹, P₂₀ ¹⁰, P₂₀ ¹¹, P₂₀ ¹², P₂₀ ¹³, P₂₀ ¹⁴, P₂₀ ¹⁵, P₂₀ ¹⁶, P₂₀ ¹⁷, P₂₀ ¹⁸, P₂₀ ¹⁹, P₂₀ ²⁰은 배출원(S)으로부터 떨어진 위치까지 도달하는 동시에 확산되고 있다.

각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰), (P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 위치는 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 20초 간격마다의 풍속장 데이터를 이용하여 라그랑제 입자 확산 모델에 있어서의 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰), (P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 확산 속도(u', v', w')를 계산하여 각 입자를 이동시킴으로써 구한다.

또한, 연산 개시 시점에서 발생한 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)는 연산 개시 시점(입자를 최초에 발생시킨 시점)으로부터 40초가 경과하고 있다. 그래서, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 40), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]에, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]을 각각 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 기록한다(도1, 도3 참조).

또한, 연산 개시 시점으로부터 20초 후에 발생한 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)는 연산 개시 시점(입자를 최초에 발생시킨 시점)으로부터 20초가 경과하고 있다. 그래서, 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 40), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]에, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 각각 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 기록한다(도1, 도3 참조).

연산 개시 시점으로부터 60초 후에 있어서는 도4에 도시한 배출원(S)으로부 터 새롭게 20개의 입자 P₆₀ ⁰¹, P₆₀ ⁰², P₆₀ ⁰³, P₆₀ ⁰⁴, P₆₀ ⁰⁵, P₆₀ ⁰⁶, P₆₀ ⁰⁷, P₆₀ ⁰⁸, P₆₀ ⁰⁹, P₆₀ ¹⁰, P₆₀ ¹¹, P₆₀ ¹², P₆₀ ¹³, P₆₀ ¹⁴, P₆₀ ¹⁵, P₆₀ ¹⁶, P₆₀ ¹⁷, P₆₀ ¹⁸, P₆₀ ¹⁹, P₆₀ ²⁰이 발생한다.

각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰), (P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰), (P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)의 위치는 RAMS(Regional Atmospheric Modeling System) 코드에 의해 구한 20초 간격마다의 풍속장 데이터를 이용하여 라그랑제 입자 확산 모델에 있어서의 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰), (P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰), (P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)의 확산 속도(u', v', w')를 계산하여 각 입자를 이동시킴으로써 구한다.

또한, 연산 개시 시점에서 발생한 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)는 연산 개시 시점(입자를 최초에 발생시킨 시점)으로부터 60초가 경과하고 있다. 그래서, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]에, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 60초]을 각각 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 기록한다(도1, 도4 참조).

또한, 연산 개시 시점으로부터 2O초 후에 발생한 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)는 연산 개시 시점(입자를 최초에 발생시킨 시점)으로부터 40초가 경과하고 있다. 그래서, 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]에, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]을 각각 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 기록한다(도1, 도4 참조).

또한, 연산 개시 시점으로부터 40초 후에 발생한 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)는 연산 개시 시점(입자를 최초에 발생시킨 시점)으로부터 20초가 경과하고 있다. 그래서, 각 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]에, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 각각 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 기록한다(도1, 도4 참조).

상술한 바와 같이, 연산 주기(Δt)(20초)마다 20개의 입자를 차례로 발생시켜 가는 동시에, 각 연산 주기(Δt)(20초)마다에 있어서의 입자의 위치, 즉 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)]를 구해 간다. 또한, 각 연산 주기(Δt)에 있어서의 배출 후 경과 시간[Ti(t)]을 계측해 두고, 각 연산 주기에 있어서의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간을 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 차례로 기록해 간다.

다음에 제2 스텝(도1 참조)의 처리를 구체적으로 설명한다. 전술한 제1 스텝에서는 물질의 배출량(Q)(㎥/초)을 일정치(＝ 1.0)로 하여 수치 계산을 진행하고 있었다. 그러나, 실제 배출원(S)으로부터 배출되는 물질의 배출량은 도5에 도시한 바와 같이 배출 후 경과 시간[Ti(t)]의 경과와 함께 변화하는 경우가 많다. 그래서, 이와 같이 배출량이 시간과 함께 변화하는 경우에는 이 도5에 도시한 물질의 배출량 변화에 따른, 도6에 도시한 바와 같은 배출 후 경과 시간[Ti(t)]의 시간 경과에 따른 입자에 대한 배출원 강도를 나타내는 데이터를 설정한다.

도6에 있어서의 배출원 강도 데이터에서는, 예를 들어 배출 후 경과 시간[Ti(t)]이 0초, 20초, 60초에서는, 배출원 강도는 각각 0.3, 0.9, 0.6이 된다.

다음에, 데이터 기록 장치(1)에 기록하고 있는 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간[Ti(t)]을 판독하는 동시에, 각 입자마다 그 배출 후 경과 시간[Ti(t)]을 참조하여 그 입자가 발생한 시점을 구하고, 이 시점에 있어서의 각 입자의 배출원 강도를 도6에 도시한 배출원 강도 데이터로부터 구한다. 또한, 각 연산 주기마다 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간[Ti(t)]과 배출원 강도를 대응시켜 데이터 기억 장치(1)에 재기록한다.

구체적으로 설명하면, 배출 후 경과 시간[Ti(t)]이 20초일 때(제1회째의 연산 주기)의 데이터로서는, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 20), yi(t ＝ 20), zi(t ＝ 20)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]이 대응하여 데이터 기록 장치(1)에 기록되어 있다(도2 참조).

그래서, 이 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 20), yi(t ＝ 20), zi(t ＝ 20)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 판독하여 현재의 시각(t ＝ 20초)으로부터 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 감산함으로써 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)가 발생한 시점인 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 0초]을 구한다. 그리고, 도6에 나타낸 배출 강도 데이터로부터 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)가 발생하였을 때의 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 0초]일 때의 배출원 강도 0.3을 구한다.

그리고, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 20), yi(t ＝ 20), zi(t ＝ 20)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]과, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 배출원 강도 0.3을 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 재기록한다.

또한, 배출 후 경과 시간[Ti(t)]이 40초일 때(제2회째의 연산 주기)의 데이터로서는,

각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 40), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초] 및,

각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 40), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]이 대응하여 데이터 기록 장치(1)에 기록되어 있다(도3 참조).

그래서, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 40), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]을 판독하여 현재의 시각 t ＝ 40초로부터 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]을 감산함으로써 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)가 발생한 시점인 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 0초]을 구한다. 그리고, 도6에 도시한 배출 강도 데이터로부터 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)가 발생하였을 때의 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 0초]일 때의 배출원 강도 0.3을 구한다.

마찬가지로, 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 4O), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 판독하여 현재의 시각(t ＝ 40초)으로부터 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 감산함으로써 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)가 발생한 시점인 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 구한다. 그리고, 도6에 나타낸 배출 강도 데이터로부터 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)가 발생하였을 때의 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]일 때의 배출원 강도 0.5를 구한다.

그리고, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 40), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]과, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 배출원 강도 0.3을 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 재기록한다.

또한 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 40), yi(t ＝ 40), zi(t ＝ 40)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]과, 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 배출원 강도 O.5를 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 재기록한다.

또한, 배출 후 경과 시간[Ti(t)]이 60초일 때(제3회째의 연산 주기)의 데이 터로서는,

각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 60초] 및,

각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초] 및,

각 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]이 대응하여 데이터 기록 장치(1)에 기록되어 있다(도4 참조).

그래서, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 6O), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 60초]을 판독하여 현재의 시각(t ＝ 60초)으로부터 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 60초]을 감산함으로써 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)가 발생한 시점인 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 0초]을 구한다. 그리고, 도6에 도시한 배출 강도 데이터로부터 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)가 발생하였을 때의 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 0초]일 때의 배출원 강도 0.3을 구한다.

마찬가지로, 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 6O), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]을 판독하여 현재의 시각(t ＝ 60초)으로부터 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]을 감산함으로써 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)가 발생한 시점인 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 구한다. 그리고, 도6에 도시한 배출 강도 데이터로부터 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)가 발생하였을 때의 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]일 때의 배출원 강도 0.5를 구한다.

마찬가지로, 각 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 6O), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 판독하여 현재의 시각(t ＝ 60초)으로부터 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]을 감산함으로써 각 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)가 발생한 시점인 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]을 구한다. 그리고, 도6에 도시한 배출 강도 데이터로부터 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)가 발생하였을 때의 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]일 때의 배출원 강도 0.9를 구한다.

그리고, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 60초]과, 각 입자(P₀₀ ⁰¹ 내지 P₀₀ ²⁰)의 배출원 강도 0.3을 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 재기록한다.

또한 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 40초]과, 각 입자(P₂₀ ⁰¹ 내지 P₂₀ ²⁰)의 배출원 강도 0.5를 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 재기록한다.

또한 각 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)의 각 공간 좌표[xi(t ＝ 60), yi(t ＝ 60), zi(t ＝ 60)]와, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 20초]과, 각 입자(P₄₀ ⁰¹ 내지 P₄₀ ²⁰)의 배출원 강도 0.9를 대응시켜 데이터 기록 장치(1)에 재기록한다.

이후의 연산 주기에 있어서도 같은 처리 연산을 하여 각 입자의 각 공간 좌표와, 배출 후 경과 시간[Ti(t)]과, 각 입자의 배출원 강도를 대응시켜 데이터 기록 장치에 재기록한다.

다음에 제3 스텝(도1 참조)의 처리를 구체적으로 설명한다. 예를 들어, 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 120초]일 때에 있어서, 도7에 도시한 바와 같은 배출원(S)으로부터 소정 거리 떨어진 소정의 격자 영역(단위 체적으로 되어 있는 단위 공간)(I, J, K)에서의 물질의 농도를 계산하기 위해서는, 데이터 기록 장치(1)로부터 배출 후 경과 시간[Ti(t) ＝ 120초]에 있어서의 이 격자 영역에 존재하는 입자를 판독한다. 판독한 결과, 도7에 도시한 바와 같이 입자가 존재하고 있던 경우, 이들 각 입자가 갖고 있는 배출원 강도를 산출함으로써 이 단위 공간에 있어서의 물질의 농도를 계산할 수 있다.

즉, 도7에 도시한 격자 영역에는,

강도가 0.3으로 되어 있는 4개의 입자(P₀₀ ⁰¹, P₀₀ ⁰⁵, P₀₀ ¹⁰, P₀₀ ²⁰)와,

강도가 O.5로 되어 있는 3개의 입자(P₂₀ ⁰¹, P₂₀ ⁰⁷, P₂₀ ¹⁷)와,

강도가 O.9로 되어 있는 2개의 입자(P₄₀ ⁰⁸, P₄₀ ¹⁰)와,

강도가 O.6으로 되어 있는 1개의 입자(P₆₀ ¹⁷)가 존재하고 있다.

이로 인해, 이들 입자의 배출원 강도를 다음과 같이 산출함으로써 이 단위 공간에 있어서의 물질의 농도를 5.1로 계산할 수 있다.

(0.3 × 4) ＋ (0.5 × 3) ＋ (0.9 × 2) ＋ (0.6 × 1) ＝ 5.1

전술한 제1 실시 형태를 일반적(수학적)으로 설명하면 다음과 같이 된다. 제1 실시 형태에서는, 도8에 도시한 바와 같이 배출원(S)으로부터 물질(가스체 등)이 배출되고 있을 때에 배출원(S)의 풍하가 있는 격자 영역(I, J, K)에 있어서의 물질 농도(가스 농도)를 시간 변화에 따라서 예측하는 것이다. 게다가, 도9의 (a)에 도시한 바와 같이 물질의 배출량(Q)이 일정한 경우에 있어서, 도9의 (b)에 도시한 바와 같이 격자 영역(I, J, K)의 농도 시간 변화를 예측 연산할 수 있는 것은 물론, 도10의 (a)에 도시한 바와 같이 물질의 배출량이 시간 변화하는 배출량[q(t)]이라도 도10의 (b)에 도시한 바와 같이 격자 영역의 농도 시간 변화를 예측 연산할 수 있도록 한 것이다.

제1 실시 형태에서는 우선, 배출원(S)으로부터 실제로 배출되는 물질의 배출 량이 일정해도, 시간 경과에 따라서 배출량이 변화하는 경우라도, 우선은 물질의 배출량(Q)(㎥/초)을 일정치(＝ 1.0)로 하여 종래의 라그랑제 입자 확산 모델을 사용하여 물질을 입자로 치환하고, 배출원(S)으로부터 매초 N개의 입자를 발생시켜 각 입자의 거동을 수치 계산하여 입자의 위치를 나타내는 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)]를 구한다. 또한, 각 입자가 갖는 정보인 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)] 외에, 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간[Ti(t)]을 각 연산 주기(Δt)마다 데이터 기록 장치에 기록한다. 이에 의해, 종래의 라그랑제 입자 확산 모델을 이용하여 시간 변화하는 모든 배출량[q(t)]에 대응한 농도 분포의 시간 변화를 계측할 수 있다.

그를 위해서는 시간 변화하는 물질의 배출량[q(t)]에 비례한 배출 후 경과 시간[Ti(t)]의 시간 경과에 따르는 입자에 대한 배출원 강도를 나타내는 데이터를 설정한다. 그리고, 어느 시각(t)에 있어서, 각 입자의 위치를 나타내는 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)]와 배출 후 경과 시간[Ti(t)]을 데이터 기억 장치로부터 판독한다.

일정 배출량(Q ＝ 1.0)의 경우에는, 각 입자의 배출원 강도는 Q/N(㎥) ＝ 1/N이지만, 시간 변화하는 배출량[q(t)]의 경우에는, 각 입자의 배출원 강도는 q(t － Ti)/N(㎥)가 된다.

다시, 각 입자가 갖는 정보인 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)] 외에, 배출 후 경과 시간[Ti(t)] 및 각 입자의 배출원 강도 qi(t － Ti)/N(㎥)를 각 시각(t)마다 데이터 기록 장치에 재기록시킨다.

라그랑제 입자 모델과, 배출 후 경과 시간과, 시간 변화하는 배출량[q(t)]에 대응시킨 배출원 강도 q(t － Ti)/N(㎥)를 이용한 본 실시예에서는 공간 속의 단위 체적 중(＝ 공기 1 ㎥)의 각 입자가 갖는 배출원 강도가 다르기 때문에, 각 입자의 배출원 강도 qi(t － Ti)/N(㎥)를 산출한 Σqi(t － Ti)/N(㎥)가 이 단위 체적 중에 존재하는 가스량이 된다. 따라서, 이 공간 속 가스 농도는 Σqi(t － Ti)/N(㎥)/N(가스 ㎥/공기 ㎥)가 된다.

<제2 실시 형태(배출원이 복수인 경우)>

배출원이 복수(j개) 존재하고, 각각의 배출원으로부터 시간 변화하는 다른 배출량[qj(t)]에서 물질이 배출되어 있는 경우, 제1 실시 형태에서 사용한 라그랑제 입자 확산 모델의 입자 정보(위치, 방출 후 경과 시간)에다가, 각 입자에 배출원 식별 정보(si)를 갖게 함으로써, 제1 실시 형태와 같은 기능을 발휘하는 것이 가능해진다.

예를 들어, 도11에 도시한 바와 같이 2개의 배출원(S1, S2)이 있는 경우에는 배출원(S1)으로부터 배출되는 입자에는 배출원 식별 정보(s1)를 갖게 하고, 배출원(S2)으로부터 배출되는 입자에는 배출원 식별 정보(s2)를 갖게 한다. 그리고, 라그랑제 입자 확산 모델을 사용하여 물질을 입자로 치환하고, 양 배출원(S1, S2)으로부터 각각 매초 N개의 입자를 발생시켜 각 입자의 거동을 수치 계산하여 입자의 위치를 나타내는 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)]를 구한다. 또한, 각 입자가 갖는 정보인 공간 좌표[xi(t), yi(t), zi(t)] 외에, 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간[Ti(t)]과, 배출원 식별 정보(s1 또는 s2)를 갖게 한다.

도12의 (a)에 도시한 바와 같이, 배출원(S1, S2)으로부터 배출되는 배출량(Q)을 각각 일정(＝ 1)하게 하여 종래의 라그랑제 입자 확산 모델을 이용하여 도12의 (b)에 도시한 바와 같은 격자 영역(I, J, K)에 있어서의 물질의 농도 시간 변화를 구하여 기록해 둔다.

다음에, 배출원(S1)으로부터 배출되는 물질의 배출량이 도13의 (a)에 점선으로 나타낸 바와 같이 시간 변화하는 q1(t)이라 하면, 이 배출원(S1)으로부터 방출된 입자에 대해서는 제1 실시 형태와 같은 방법으로 입자의 배출원 강도를 q1(t)로 한다. 그리고, 각 입자마다 그 입자가 발생한 시점의 배출원 강도[q1(t)]를 참조하여 배출원 강도를 설정한다. 이 결과, 구하는 격자 영역(I, J, K)에 있어서, 배출원 식별 정보(s1)를 갖는 입자의 배출원 강도를 산출함으로써 배출원(S1)으로부터 배출된 물질의 농도[구하는 격자 영역(I, J, K)에 있어서의 물질 농도]의 시간 변화를 구할 수 있다.

마찬가지로, 배출원(S2)으로부터 배출되는 물질의 배출량을 q2(t)라 하면, 이 배출원(S2)으로부터 방출된 입자에 대해서는 제1 실시 형태와 같은 방법으로 입자의 배출원 강도를 q2(t)라 한다. 그리고, 각 입자마다 그 입자가 발생한 시점의 배출원 강도[q2(t)]를 참조하여 배출원 강도를 설정한다. 이 결과, 구하는 격자 영역(I, J, K)에 있어서, 배출원 식별 정보(s2)를 갖는 입자의 배출원 강도를 산출함으로써 배출원(S2)으로부터 배출된 물질의 농도[구하는 격자 영역(I, J, K)에 있어서의 물질 농도]의 시간 변화를 구할 수 있다.

이와 같이 하여, 배출원(S1)으로부터 배출된 물질의 농도의 시간 변화와, 배출원(S2)으로부터 배출된 물질의 농도의 시간 변화를 가산함으로써 구하는 격자 영역(I, J, K)에 있어서의 물질의 농도를 구할 수 있다.

<제3 실시 형태>

제3 실시 형태에서는, 예를 들어 가스 누설 사고가 발생한 후, 가스 배출량의 실측 결과에 의거하여 단시간에 현상 및 장래의 농도 분포를 계산하는 방법이다.

환경 어세스먼트 등의 확산 계산은 긴급하게 계산 결과가 필요하지는 않으므로, 시간의 경과에 따라서 변화하는 가스의 배출량[q(t)]을 결정한 후, 수일 내지 수개월의 시간에 걸쳐 가스 확산 상황의 예측 연산을 실시한다. 그러나, 가스 누설 사고 등과 같은 긴급시에는 주변 주민의 비난 대책을 긴급하게 취할 필요가 있으므로, 가능한 한 단시간에 확산 계산 결과를 출력할 필요가 있다.

이와 같은 경우, 각 시각의 3차원 공간 풍속 분포에 의거하여 도14의 (a), (b), (c)에 도시한 바와 같이 제1 실시 형태와 동일한 라그랑제 입자 확산 모델로 일정 방출율(Q ＝ 1)의 확산 계산을 24 시간 연속하여 실시해 둔다.

가스 누설 사고 발생 후, 배출원인 굴뚝의 출구에 설치된 가스 농도 측정 장치 등으로부터 실측 가스 배출량[q(t)]을 측정한다. 이 실측 가스 배출량[q(t)]에 따라서 각 입자의 배출원 강도[q(t)]를 설정함으로써, 제1 실시 형태와 동일한 방법으로 이 가스 배출량에 대응한 농도 시간 변화를 보정 계산할 수 있다[도14의 (d), (e)참조]. 즉, 각 입자마다 그 입자가 발생한 시점의 배출원 강도[q(t)]를 참조하여 배출원 강도를 설정한다[도14의 (d)]. 그리고, 구하는 격자 영역(I, J, K)에 있어서, 그 영역에 존재하는 입자의 배출원 강도를 산출함으로써 배출원(S)으로부터 배출된 물질의 농도[구하는 격자 영역(I, J, K)에 있어서의 물질 농도]의 시간 변화를 구할 수 있다.

또한, 장래의 가스 배출량은 기존의 실측 가스 배출량[q(t)]과 등가로 하거나, 또는 별도로 설정되는 예측식에 의거하여 계산한다.

현재 및 장래의 3차원 공간 풍속 분포를 계산하는 방법으로서는, 기상청 등으로부터 정기적으로 신호 전송되는 광역 격자(20 ㎞)의 기상 데이터(GPV : Grid Point Value)를 이용하여 광역 기상 예측 모델(RAMS, MM5 등)로 상세 격자(수 ㎞ 내지 수십 m)의 기상 데이터(풍향, 풍속, 기온)의 시간 변화를 계산하는 방법이 있다.

<제4 실시 형태>

제4 실시 형태는, 예를 들어 가스 누설 사고가 발생한 후, 누설 부위 주변의 농도 실측 결과에 의거하여 단시간에 기존의 가스 배출량을 계산하는 방법이다.

가스 누설 사고가 발생한 경우, 도15의 (a)에 도시한 배출원인 가스 누설원(S)으로부터의 배출량[q(t)]이 측정 곤란한 경우가 많다. 이와 같은 경우, 누설 부위 주변 관측점(xk)에서 실측된 농도[ck(t) 관측]의 시간 변화로부터 제1 실시 형태의 라그랑제 입자 확산 모델을 이용하여 단시간에 배출량[q(t)]을 추정할 수 있다.

누설 사고 발생 전에, 제1 실시 형태의 라그랑제 입자 확산 모델을 이용하여 일정 배출량(Q ＝ 1)으로[도15의 (b)참조], 어떤 주변 관측점(xk)의 농도[Ck(t) 계 산]를 계산해 둔다[도15의 (c) 참조].

이 농도[Ck(t) 계산]는 관측점(xk)을 중심으로 하는 3차원 공간 체적(Δx × Δy × Δz) 속에 존재하는 입자(N개)로부터 다음 식 (1O)에서 계산된 것이다.

Ck(t) 계산 ＝ n × ΣQ(t － Ti)/N/(Δx × Δy × Δz) (10)

이 경우, 배출량(Q)(t － Ti)은 일정치(＝ 1)이다.

다음에, 관측점(xk)의 농도 시간 변화[Ck(t) 관측]가 측정되면, 식 (10)을 이용하여 식 (11)을 구한다.

[Ck(t) 관측] ＝ nO × ΣqO(t － 0)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n1 × Σq1(t － ΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n2 × Σq2(t － 2ㆍΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n3 × Σq3(t － 3ㆍΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n4 × Σq4(t － 4ㆍΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ ………

＋ nl × Σql(t － t)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ Co(t) (11)

여기서, n1, n2, n3 및 nl은 방출 개시 후, 0초 전, Δt초 전, (ΔT × 2)초 전, (ΔT × 3)초 전 및 t초 전에 방출된 입자이고, 관측점(xk)을 중심으로 하는 3차원 공간 체적(Δx × Δy × Δz) 속에 존재하는 입자의 총수이다.

또한, CO(t)는 백그라운드 농도라 불리우고, 계산 대상으로 하는 배출원 이외로부터 방출되어 관측 지점에 관계없이 존재하는 농도이고, 일정치 또는 시간(t) 에 의해 변화한다.

q0, q1, q2, q3 및 ql은 t초시로부터 0초 전, Δt초 전, (ΔT × 2)초 전, (ΔT × 3)초 전 및 t(＝ ΔT × 4)초 전의 방출율이다.

Ck(t) 관측은 24 시간 연속하여 측정되어 있으므로, 누설 개시 시각으로부터 0초 후, ΔT초 후, (ΔT × 2)초 후, (ΔT × 3)초 후 및 t(＝ ΔT × 1)초 후까지 (1 ＋ l)개 이상 측정하는 것이 가능하다.

또한, 관측점(xk)이 k개 있는 경우는 k × (1 ＋ l)개의 관측 데이터를 구할 수 있다.

식 (11)의 미지수는 q0, q1, q2, q3 및 ql의 (1 ＋ l)개, 기지수(旣知數) Ck(t) 관측은 k × (1 ＋ l)개 이상이므로, 미지수가 기지수보다 적다. 이 경우, 최소 제곱법을 이용하여 관측 농도[Ck(t)] 관측에 대한 최소 제곱 오차를 가장 작게 하도록 미지수 q0, q1, q2, q3 및 ql을 결정할 수 있다. 또한, 도16은 제4 실시 형태의 계산 상태를 도시한 흐름도이다.

<제5 실시 형태>

제5 실시 형태는, 예를 들어 가스 누설 사고가 발생한 후, 누설 부위 주변의 농도 실측 결과에 의거하여 단시간에 기존 가스의 배출량을 추정하여 농도 분포를 계산하는 방법이다.

제4 실시 형태에 의해 누설 부위 주변 관측점(xk)에서 실측된 농도[Ck(t) 관측]의 시간 변화로부터 제1 실시 형태의 라그랑제 입자 확산 모델을 이용하여 단시간에 배출량[q(t)]을 추정할 수 있다.

도17에 도시한 바와 같이, 누설 사고 발생 전에 제1 실시 형태의 라그랑제 입자 확산 모델을 이용하여 일정 방출율(Q ＝ 1)로 어떤 주변 관측점(xk)의 농도[Ck(t) 계산]를 계산해 둔다.

이 농도[Ck(t) 계산]는 관측점(xk)을 중심으로 하는 3차원 공간 체적(Δx × Δy × Δz) 중에 존재하는 입자(N개)로부터 다음 식 (12)에서 계산된 것이다.

Ck(t) 계산 ＝ n × ΣQ(t － Ti)/N/(Δx × Δy × Δz) (12)

이 경우, 방출율 Q(t － Ti)은 일정치(＝ 1)이다.

다음에, 관측점(xk)의 농도 시간 변화[Ck(t) 관측]가 측정되면, 식 (12)를 이용하여 식 (13)을 구한다.

[Ck(t) 관측] ＝ nO × ΣqO(t － 0)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n1 × Σq1(t － ΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n2 × Σq2(t － 2ㆍΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n3 × Σq3(t － 3ㆍΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ n4 × Σq4(t － 4ㆍΔT)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ ………

＋ nl × Σql(t － t)/N/(Δx × Δy × Δz)

＋ Co(t) (13)

여기서, n1, n2, n3 및 nl은 방출 개시 후, 0초 전, ΔT초 전, (ΔT × 2)초 전, (ΔT × 3)초 전 및 t초 전에 방출된 입자이고, 관측점(xk)을 중심으로 하는 3차원 공간 체적(Δx × Δy × Δz) 중에 존재하는 입자의 총수이다.

또한, CO(t)는 백그라운드 농도라 불리우고, 계산 대상으로 하는 배출원 이외로부터 방출되어 관측 지점에 관계없이 존재하는 농도이고, 일정치 또는 시간(t)에 의해 변화한다.

q0, q1, q2, q3 및 ql은 t초시로부터 0초 전, ΔT초 전, (ΔT × 2)초 전, (ΔT × 3)초 전 및 t(＝ ΔT × 1)초 전의 방출율이다.

또한, 관측점(xk)이 k개인 경우는 k × (1 ＋ l)개의 관측 데이터를 구할 수 있다.

식 (13)의 미지수는 q0, q1, q2, q3 및 ql의 (1 ＋ l)개, 기지수 Ck(t) 관측은 k × (1 ＋ l)개 이상이므로, 미지수가 기지수보다 적다. 이 경우, 최소 제곱법을 이용하여, 가장 관측 농도[Ck(t)] 관측에 대한 최소 제곱 오차를 가장 작게 하기 위해 미지수 q0, q1, q2, q3 및 ql을 결정할 수 있다.

이 추정치 q0, q1, q2, q3 및 ql을 이용하여 제1 실시 형태의 방법으로 농도 시간 변화의 보정 계산을 행하면, 각 경과 시간마다의 농도 분포를 계산할 수 있다.

<제6 실시 형태>

제6 실시 형태는 가스 누설 사고가 발생한 후, 방출량 실측 결과에 의거하여 단시간에 기존 및 장래의 농도 분포 계산 결과를 인터넷으로 제공하는 시스템이다.

가스 누설 사고 등과 같은 긴급시에는 주변 주민의 피난 대책을 긴급하게 취할 필요가 있으므로, 가능한 한 단시간에 확산 계산 결과를 출력할 필요가 있다. 그러나, 이와 같은 누설 사고는 언제 발생할지 모르기 때문에 감독관청인 소방, 경찰 및 자치체와 사업자인 각 공장에서는 이를 위한 계산기 시스템을 24시간 체제로 관리 운용할 필요가 있다.

이 관리 운용에는 많은 노동력과 비용 및 고도의 계산기 운용 기술을 필요로 하므로, 대규모 위기 관리 시스템을 상설하는 조직 이외에서는 관리 운용이 곤란하다.

이 문제점을 보강하는 방법으로서, 최근 인터넷을 이용한 정보 제공 시스템을 제안하였다.

본 제6 실시 형태에서는, 도18에 도시한 바와 같이 감독관청인 소방, 경찰 및 자치체 등의 감독관청(10)이나, 사업자인 각 공장(11)과는 다른 장소에 안전 해석 센터(12)를 설치한다. 안전 해석 센터(12)에서는 인터넷 등의 정보 전달 수단을 거쳐서 기상청(13) 등의 기상 데이터 신호 전송 시설로부터 신호 전송되는 기상 관측 데이터를 수신하고, 평상시는 대형 계산기를 이용하여 계산을 함으로써 각 시각의 3차원 공간 풍속 분포에 의거하여 제1 실시 형태와 동일한 라그랑제 입자 확산 모델로, 일정 방출율(Q ＝ 1)의 확산 계산을 24시간 연속하여 실시해 둔다.

가스 누설 사고 발생 후, 사업자(11)의 굴뚝 출구에 설치된 가스 농도 측정 장치 등으로부터 실측한 가스 방출량[q(t)]을 알 수 있으면, 이 가스 방출량[q(t)]을 인터넷 등의 정보 전달 수단을 거쳐서 안전 해석 센터(12)로 전송한다. 그러 면, 안전 해석 센터(12)에서는 제1 실시 형태와 동일한 방법으로 이 가스 방출율에 대응한 농도 시간 변화를 보정 계산할 수 있다.

안전 해석 센터(12)는 계산한 농도 계산 결과를 소방, 경찰 및 자치체 등의 감독관청(10)으로 송신한다. 감독관청(10)은 농도에 따라서, 사업자(11)나 공장 주변 주민(14)에게 피난 권고를 한다.

또한, 장래의 가스 방출율은 기존의 실측한 가스 방출율[q(t)]과 등가로 하거나, 또는 별도로 설정되는 예측식에 의거하여 계산한다. 또한, 복수의 사업자(11)가 존재하는 경우에는, 안전 해석 센터(12)에서는 제2 실시 형태에 나타낸 연산을 하여 농도 시간 변화를 예측한다.

현재 및 장래의 3차원 공간 풍속 분포를 계산하는 방법으로서는 기상청(13) 등으로부터 정기적으로 신호 전송되는 광역 격자(20 ㎞)의 기상 관측 데이터(GPV : Grid Point Value)를 이용하여 광역 기상 예측 모델(RAMS, MM5 등)로 상세 격자(수 ㎞ 내지 수십 m)의 기상 데이터(풍향, 풍속, 기온)의 시간 변화를 계산하는 방법이 있다.

이상 실시 형태와 함께 구체적으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 확산 물질의 확산 상황 예측 방법에서는 배출원으로부터 대기 중에 배출된 물질이 대기 속을 확산해 가는 상황을 예측하기 위해, 상기 물질을 다수의 입자로 치환하여 배출원의 위치로부터 연산 주기마다 미리 설정한 개수의 입자가 발생한다고 설정하는 동시에,

배출된 물질의 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 수반하는 배출량의 변화에 비례시켜 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 따른 입자에 대한 배출원 강도 데이터를 설정해 두고,

소정의 연산 주기에 있어서의 소정 영역의 상기 물질의 농도는 상기 소정의 연산 주기에 있어서의 상기 소정의 영역에 존재하는 모든 입자의 배출원 강도를 산출함으로써 구하도록 하였다.

이로 인해, 배출원으로부터 배출되는 양이 달라도 특정 영역에 있어서의 물 질의 농도를 단시간에 연산할 수 있다.

또한 본 발명의 확산 물질의 확산 상황 예측 방법은 복수의 배출원으로부터 대기 중에 배출된 물질이 대기 속을 확산해 가는 상황을 예측하기 위해, 상기 물질을 다수의 입자로 치환하여 각 배출원의 위치로부터 연산 주기마다 미리 설정한 개수의 입자가 각각 발생한다고 설정하는 동시에,

배출원의 위치를 포함하는 영역 내의 다수의 지점에 있어서의 시간의 경과에 따라서 변화하는 풍향 및 풍속을 나타내는 풍속장 데이터를 입자의 확산 상태를 연산하는 확산 방정식에 대입함으로써 각 입자의 확산 속도를 구하고, 이 확산 속도로부터 각 입자가 존재하는 공간 위치를 나타내는 공간 좌표를 각 연산 주기마다 구하는 동시에, 상기 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간을 계측하고, 각 연산 주기에 있어서의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원을 식별하는 배출원 식별 정보를 대응시켜 데이터 기록 장치에 기록해 두고,

상기 데이터 기록 장치에 기록하고 있던 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 각 입자의 배출원 식별 정보를 판독하는 동시에, 판독한 배출 후 경과 시간을 참조하여 각 입자가 발생한 시점을 구하고, 판독한 배출원 식별 정보를 참조하여 입자가 발생한 시점에 있어서의 각 입자의 배출 원 강도를 그 입자가 발생한 배출원에 대응한 상기 배출원 강도 데이터로부터 구하고, 상기 데이터 기록 장치에 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원 강도를 대응시켜 재기록시키고,

이로 인해, 배출원으로부터 배출되는 양이 달라도, 특정 영역에 있어서의 물질의 농도를 단시간에 연산할 수 있다. 또한, 복수의 배출원으로부터 물질이 배출되어 있어도 정확하게 물질의 농도 계산을 할 수 있다.

또한 본 발명의 확산 물질의 확산 상황 예측 방법에서는,

상기 배출원 강도 데이터는 상기 배출원 주위의 관측점에서 실측한 물질의 농도의 시간 변화를 기초로 설정된다.

이로 인해, 배출원으로부터 배출되는 물질의 농도 데이터가 미리 구해져 있지 않아도 실측 데이터를 이용하여 농도 계산을 할 수 있다.

상기 사업자나 상기 사업자 주변 주민에게 피난 권고를 통지하는 감독관청과,

확산 물질의 확산 상황 예측 연산 처리를 하여 소정 영역에 있어서의 물질의 농도를 연산하는 안전 해석 센터를 구비하고,

상기 감독관청에는 상기 안전 해석 센터로부터 물질의 농도가 정보 전달 수단에 의해 전송되고,

상기 감독관청은 전송되어 온 물질의 농도에 따라서 퇴피 권고를 통지하도록 하였다.

이로 인해, 안전 해석 센터에서 연산을 한 정보를 기초로 감독관청이 신속하게 피난 권고를 할 수 있어 주변 주민의 피난 대책을 긴급하게 취할 수 있다.

Claims

배출원으로부터 대기 중에 배출된 물질이 대기 속을 확산해 가는 상황을 예측하기 위해, 상기 물질을 다수의 입자로 치환하여 배출원의 위치로부터 연산 주기마다 미리 설정한 개수의 입자가 발생한다고 설정하는 동시에,

배출원의 위치를 포함하는 영역 내의 다수의 지점에 있어서의 시간 경과에 따라서 변화하는 풍향 및 풍속을 나타내는 풍속장 데이터를 입자의 확산 상태를 연산하는 확산 방정식에 대입함으로써 각 입자의 확산 속도를 구하고, 이 확산 속도로부터 각 입자가 존재하는 공간 위치를 나타내는 공간 좌표를 각 연산 주기마다 구하는 동시에, 상기 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간을 계측하고, 각 연산 주기에 있어서의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간을 대응시켜 데이터 기록 장치에 기록해 두고,

배출된 물질의 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 수반하는 배출량의 변화에 비례시켜 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 따른 입자에 대한 배출원 강도 데이터를 설정해 두고,

상기 데이터 기록 장치에 기록하고 있던 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간을 판독하는 동시에, 판독한 배출 후 경과 시간을 참조하여 각 입자가 발생한 시점을 구하고, 이 시점에 있어서의 각 입자의 배출원 강도를 상기 배출원 강도 데이터로부터 구하고, 상기 데이터 기록 장치에 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원 강 도를 대응시켜 재기록시키고,

소정의 연산 주기에 있어서의 소정 영역의 상기 물질의 농도는 상기 소정의 연산 주기에 있어서의 상기 소정의 영역에 존재하는 모든 입자의 배출원 강도를 산출함으로써 구하는 것을 특징으로 하는 확산 물질의 확산 상황 예측 방법.
복수의 배출원으로부터 대기 중에 배출된 물질이 대기 속을 확산해 가는 상황을 예측하기 위해, 상기 물질을 다수의 입자로 치환하여 각 배출원의 위치로부터 연산 주기마다 미리 설정한 개수의 입자가 각각 발생한다고 설정하는 동시에,

배출원의 위치를 포함하는 영역 내의 다수의 지점에 있어서의 시간 경과에 따라서 변화하는 풍향 및 풍속을 나타내는 풍속장 데이터를 입자의 확산 상태를 연산하는 확산 방정식에 대입함으로써 각 입자의 확산 속도를 구하고, 이 확산 속도로부터 각 입자가 존재하는 공간 위치를 나타내는 공간 좌표를 각 연산 주기마다 구하는 동시에, 상기 입자를 최초에 발생시킨 시점으로부터의 경과 시간인 배출 후 경과 시간을 계측하고, 각 연산 주기에 있어서의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원을 식별하는 배출원 식별 정보를 대응시켜 데이터 기록 장치에 기록해 두고,

각 배출원으로부터 배출된 물질의 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 수반하는 배출량의 변화에 비례시켜 배출 후 경과 시간의 시간 경과에 따른 입자에 대한 배출원 강도 데이터를 각 배출원마다 각각 설정해 두고,

상기 데이터 기록 장치에 기록하고 있던 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 각 입자의 배출원 식별 정보를 판독하는 동시에, 판독한 배출 후 경과 시간을 참조하여 각 입자가 발생한 시점을 구하고, 판독한 배출원 식별 정보를 참조하여 입자가 발생한 시점에 있어서의 각 입자의 배출원 강도를 그 입자가 발생한 배출원에 대응한 상기 배출원 강도 데이터로부터 구하고, 상기 데이터 기록 장치에 각 연산 주기마다의 각 입자의 공간 좌표와 각 입자의 배출 후 경과 시간과 배출원 강도를 대응시켜 재기록시키고,

소정의 연산 주기에 있어서의 소정 영역의 상기 물질의 농도는 상기 소정의 연산 주기에 있어서의 상기 소정의 영역에 존재하는 모든 입자의 배출원 강도를 산출함으로써 구하는 것을 특징으로 하는 확산 물질의 확산 상황 예측 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배출원 강도 데이터는 상기 배출원으로부터 실제로 배출되는 물질의 농도를 실측함으로써 구하여 설정되는 것을 특징으로 하는 확산 물질의 확산 상황 예측 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배출원 강도 데이터는 상기 배출원 주위의 관측점에서 실측한 물질의 농도의 시간 변화를 기초로 설정되는 것을 특징으로 하는 확산 물질의 확산 상황 예측 방법.
확산 물질이 대기 중에 배출되었을 때에 확산 물질의 농도를 실측하여 확산 물질의 배출량을 나타내는 데이터를 발신하는 사업자와,

기상 관측 데이터를 신호 전송하는 기상 데이터 신호 전송 시설과,

상기 사업자나 상기 사업자 주변 주민에게 피난 권고를 통지하는 감독관청과,

청구항 1 또는 청구항 2의 연산 처리를 하여 소정 영역에 있어서의 물질의 농도를 연산하는 안전 해석 센터를 구비하고,

상기 안전 해석 센터에는 상기 사업자로부터 확산 물질의 배출량을 나타내는 데이터와, 상기 기상 데이터 신호 전송 시설로부터 기상 관측 데이터가 정보 전달 수단에 의해 전송되고,

상기 감독관청에는 상기 안전 해석 센터로부터 물질의 농도가 정보 전달 수단에 의해 전송되고,

상기 감독관청은 전송되어 온 물질의 농도에 따라서 퇴피 권고를 통지하는 것을 특징으로 하는 확산 물질의 확산 상황 예측 시스템.