KR20230044797A - 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법 및 그 위치 정보를 이용한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법 - Google Patents

해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법 및 그 위치 정보를 이용한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법 Download PDF

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김태성
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Abstract

본 발명은 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법 및 그 위치 정보를 이용한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 관한 것으로서, 한 개 이상의 소형의 관측용 부이를 대상 해역에 부유시켜 중계용 부이가 이들 관측용 부이로부터 위치 정보를 수집하여 이를 기초로 대상 해역의 해류 분포를 예측하고, 예측된 해류 분포를 주변해역 유출유 확산 예측 단계에 적용함으로써 정밀하게 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험을 평가할 수 있는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법 및 그 위치 정보를 이용한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 관한 것이다.

Description

해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법 및 그 위치 정보를 이용한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법{METHOD OF ACQUIRING LOCATION INFORMATION OF OBSERVATION BUOYS REFLECTING INFLUNENCE OF OCEAN CURRENT AND METHOD OF ASSESSING RISK OF DAMAGE TO SPREAD OF OIL SPILLS USING THE LOCATION INFORMATION}
본 발명은 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법 및 그 위치 정보를 이용한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 관한 것으로서, 한 개 이상의 소형의 관측용 부이를 대상 해역에 부유시켜 중계용 부이가 이들 관측용 부이로부터 위치 정보를 수집하여 이를 기초로 대상 해역의 해류 분포를 예측하고, 예측된 해류 분포를 주변해역 유출유 확산 예측 단계에 적용함으로써 정밀하게 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험을 평가할 수 있는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법 및 그 위치 정보를 이용한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 관한 것이다.
일반적으로 해난사고에 의한 해양오염의 피해를 최소화하기 위해서는 신속한 초등조치, 효율적인 방제전략 수립, 방제기자재의 신속동원 등이 필수적으로 요구된다.
해상에서 유출유는 조류, 해류, 바람 등과 같은 환경 외력에 의해 확산되므로, 효율적인 방제를 위해서는 사고 당시의 실시간 환경 외력을 고려하여 유출유의 확산경로를 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다.
해상 유출유의 확산경로 추정에 관한 이론 및 수치해석은 이미 여러 차례 연구된바 있으나, 대부분이 특정사고에 대한 국지적인 해석만을 제시하고 있다.
이에 대하여 국내특허등록 제10-1567431호 공보(이하, 종래기술이라함)는 기상예측시스템과 위성영상수신시스템과 검조소와 서버와 클라이언트가 인터넷에 연결되고, 상기 서버가 기상예측시스템, 위성영상수신시스템, 검조소로부터 각각 기상자료와 수온자료와 조석정보를 실시간으로 수신하는 단계와; 상기 기상자료, 수온자료, 조석정보 및 서버에 저장된 해수유동 수치모델을 이용하여 조류와 취송류를 예측하는 예측단계와; 상기 조류와 취송류를 이용하여 해수 유동을 예측하고 이 해수 유동과 기상자료를 이용하여 유출유의 확산을 실시간으로 예측하는 예측단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 종래기술은 실시간으로 관측되는 기상, 수온, 조석 등 해수유동 수치모델에만 의존하는 상황에서 한 시라도 잘못된 데이터가 적용되는 경우 수정 상황이 발생하거나 실시간으로 예측되는 확산범위 차이가 발생하여 예상 범위를 벗어나는 경우 피해가 더욱 심각해지는 문제점이 있다.
따라서, 침몰선의 잔존유 회수작업 계획이 수립됨에 따라 회수작업 중 발생될 수 있는 유출사고에 대비한 유출유 방제방안 및 비상대응계획 수립과 함께 침몰선 잔존유 회수 작업 중 발생될 수 있는 가상의 유류오염사고에 대비하기 위하여 유출유 확산예측모델을 수립하고, 이를 통하여 유출유 피해 위험평가 필요하다.
국내특허등록 제10-1567431호 공보(발명의 명칭: 해양 유류오염사고 발생시 효율적인 방제방안 수립을 위한 유출유 확산 예측 방법)
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서,본 발명의 목적은 실제 해류의 영향을 최대로 반영한 관측용 부이의 위치 정보를 기상 정보 관리 서버에 제공함으로써 해류 모사의 정확도를 높일 수 있는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 침몰사고가 예상되는 특정지역의 대상해역을 대상으로 유출유 피해 위험평가를 실시하여 실제 침몰사고 발생시 예상되는 유출유 피해 위험을 최소화할 수 있는, 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시형태에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법은 대상 해역에서 하나 이상의 관측용 부이와 중계용 부위를 포함하는 위치 추적 장치에 의해 이루어지는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법으로서, 중계용 부이가 관측용 부이의 전원부 전압을 감지하는 단계; 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 설정 전압 이하인지의 여부를 결정하는 단계; 상기 설정 전압 이하 여부 결정단계에서 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 상기 설정 전압보다 크면, 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이로부터 위치 정보를 수신하는 단계; 상기 중계용 부이가 상기 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨 이하인지의 여부를 결정하는 단계; 및 상기 설정 레벨 이하 여부 결정 단계에서 상기 위치 정보의 신호 레벨이 상기 설정 레벨보다 크면, 상기 중계용 부이가 수신된 상기 위치 정보를 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보로 결정하여 기상 정보 관리 서버에 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 일실시형태에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법은 상기 설정 전압 이하 여부 결정단계에서 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 상기 설정 전압 이하이면, 상기 중계용 부이가 수납된 예비 관측용 부이를 해상으로 론칭(launching)시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 일실시형태에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법은 상기 설정 레벨 이하 여부 결정 단계에서 상기 위치 정보의 신호 레벨이 상기 설정 레벨 이하이면, 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이로부터 설정된 거리만큼 이격된 위치로 이동하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법은 상기 일실시형태에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법에 의해 획득된 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보를 이용하여 대상해역에 침몰사고로 인해 침몰선 유출유의 확산을 예측하고 위험을 평가하는, 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법으로서, 대상해역에 대한 임의의 유출시기를 무작위로 선택하고, 해저지형 및 해수 온도 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 단계, 바람 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 단계, 및 해수유동 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 단계를 포함하는 통계분석을 통한 유출 가능성을 확보하는 확보단계; 해저지형, 해수온도, 바람, 해수유동의 특성 조건에 따라 반복적으로 시뮬레이션을 수행하여 주변해역에 대한 유출유 확산을 예측하는 유출유 확산 예측단계; 및 예측된 유출유 확산을 분석하여 주변해역에 대한 유출유 피해위험을 평가하는 평가단계;를 포함하고, 상기 유출유 확산 예측단계는 상기 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보를 기초로 대상해역의 해류분포를 구하고, 구축된 모델링에서 상기 대상해역의 해류분포, 풍속 및 풍량을 적용하여 침몰선 유출유의 유출량과 경과시간 단위 별로 피해 가능한 해안 길이 및 해상 면적을 시뮬레이션하여 최소 피해 및 최대 피해 범위를 예측하는 예측단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 다른 실시형태에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 있어서, 상기 평가단계는, 구축된 모델링을 통해 피해 가능한 확률, 해안선에 대한 최초 도달시간에 대하여 피해위험도를 순위로 환산하여 유출유 피해 위험 평가 기준을 등급별로 제안하여 기준표를 산출하는 제1산출단계; 및 구축된 모델링을 통해 피해 해안선 길이, 피해 해역 면적에 대하여 피해위험도를 순위로 환산하여 유출유 피해 위험 평가 기준을 등급별로 제안하여 기준표를 산출하는 제2산출단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 의한 본 발명의 일실시형태에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법에 의하면, 중계용 부이가 관측용 부이의 전원부 전압을 감지하고; 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 설정 전압 이하인지의 여부를 결정하여, 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 상기 설정 전압보다 크면, 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이로부터 위치 정보를 수신하고; 상기 중계용 부이가 상기 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨 이하인지의 여부를 결정하여, 상기 설정 레벨 이하 여부 결정 단계에서 상기 위치 정보의 신호 레벨이 상기 설정 레벨보다 크면, 상기 중계용 부이가 수신된 상기 위치 정보를 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보로 결정하여 기상 정보 관리 서버에 전송하도록; 구성됨으로써, 실제 해류의 영향을 최대로 반영한 관측용 부이의 위치 정보를 기상 정보 관리 서버에 제공함으로써 해류 모사의 정확도를 높일 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 의하면, 대상해역에 대한 임의의 유출시기를 무작위로 선택하고, 해저지형 및 해수 온도 특성을 분석하여 모델링을 구축하고, 바람 특성을 분석하여 모델링을 구축하며, 해수유동 특성을 분석하여 모델링을 구축하여 통계분석을 통한 유출 가능성을 확보하고; 해저지형, 해수온도, 바람, 해수유동의 특성 조건에 따라 반복적으로 시뮬레이션을 수행하여 주변해역에 대한 유출유 확산을 예측하며; 예측된 유출유 확산을 분석하여 주변해역에 대한 유출유 피해위험을 평가하며; 상기 유출유 확산 예측에 있어서 상기 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보를 기초로 대상해역의 해류분포를 구하고, 구축된 모델링에서 상기 대상해역의 해류분포, 풍속 및 풍량을 적용하여 침몰선 유출유의 유출량과 경과시간 단위 별로 피해 가능한 해안 길이 및 해상 면적을 시뮬레이션하여 최소 피해 및 최대 피해 범위를 예측하도록; 구성됨으로써, 침몰사고가 예상되는 특정지역의 대상해역을 대상으로 유출유 피해 위험평가를 실시하여 실제 침몰사고 발생시 예상되는 유출유 피해 위험을 최소화할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 적용하는 해수유동 모델링 구축 개괄도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 적용하는 기상예보 모델이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 적용하는 대상해역의 실시간 조류 예측도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 적용하는 대상해역의 실시간 취송류 예측도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 적용하는 대상해역의 실시간 해류 예측도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 적용하는 유출유 확산모델 구축 개괄도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에서 실시예를 통해 예측된 유출유 확산 최소 피해 시나리오 결과도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에서 실시예를 통해 예측된 유출유 확산 최대 피해 시나리오 결과도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법을 구현하기 위해 위치 추적 장치를 대상 해역에 설치한 개략도이다.
도 11은 도 10의 위치 추적 장치의 블록 구성도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 자료 또는 신호를 '전송', ‘전달’ 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 자료 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 자료 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법을 구현하기 위해 위치 추적 장치를 대상 해역에 설치한 개략도이고, 도 11은 도 10의 위치 추적 장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법을 구현하기 위한, 위치 추적 장치는, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 관측용 부이(100)와 하나의 중계용 부위(200)를 포함한다.
관측용 부이(100)는 해상에서 해류의 영향을 최대한 반영하여 움직이기 위해, 몸체가 오일(O)이 채워진 고무튜브(101)로 이루어져 있다. 관측용 부이(100)는 GPS 수신기(120), 통신부(110) 및 전원부(130)를 포함한다.
GPS 수신기(120)는 복수의 GPS 위성으로부터 송신된 신호를 수신하여 위치 정보를 생성하는 역할을 한다.
통신부(110)는 블루투스, 와이파이, 무선 랜, NFC(Near Field Communication), 및 적외선 통신 기술 등의 근거리 무선 통신 기술을 사용하여 중계용 부이(200)와 무선으로 통신한다. 통신부(110)는 이와 같은 근거리 무선 통신 기술을 사용하여 GPS 수신기(120)에 의해 생성된 위치 정보를 중계용 부이(200)에 제공한다. 통신부(110)는 근거리 무선 통신 모듈로 구성되므로 경량이다.
전원부(130)는 GPS 수신기(120) 및 통신부(110)에 구동 전원을 제공하는 역할을 하며, 배터리로 구성되어 경량이다.
관측용 부이(100)는 위와 같이 경량의 구성요소로 이루어져 있으므로 해상에서 해류의 영향을 최대로 반영한 움직임을 보일 수 있다.
중계용 부이(200)는 해상에 부유하면서 하나 이상의 관측용 부이(100)로부터 위치 정보를 수신하고 수신된 위치 정보를 기상 정보 관리 서버(S)에 제공하는 역할을 한다. 중계용 부이(200)는 관측용 부이(100)에 비해 무겁고, 해류의 영향을 받지 않아도 되므로 필요한 관측 장비들을 장착할 수 있다.
중계용 부이(200)는 통신부(210), 부이 론칭부(240), 추진부(230), 제어부(220) 및 전원부(250)를 포함한다.
통신부(210)는 하나 이상의 관측용 부이(100) 및 기상 정보 관리 서버(S)와 무선으로 송수신하는 역할을 한다. 통신부(210)는 관측용 부이(100)와는 블루투스, 와이파이, 무선 랜, NFC(Near Field Communication), 및 적외선 통신 기술 등의 근거리 무선 통신 기술을 이용하여 통신하는 반면, 기상 정보 관리 서버(S)와는 WiMAX, 무선 랜, CDMA, GSM, LTE-M(LTE-Maritime), 3G, 4G, 5G, LoRa(Long Range) 등의 장거리 무선 통신 기술이 사용될 수 있으며, 통신 방식은 특별히 제한되지 않는다.
부이 론칭부(240)는 제어부(220)에 의해 제어되어 중계용 부이 본체(201)의 관측용 부이 수납부(201a)에 수납된 예비 관측용 부이(100)를 해상으로 론칭(launching) 시키는 역할을 한다. 예비 관측용 부이(100)를 론칭시키는 시점은 중계용 부이(200)에 근접한 관측용 부이(100)의 전원부(130) 전압이 설정 전압 이하로 떨어질 경우이다.
추진부(230)는 중계용 부이(200)의 하부 또는 측면에 설치되어 추진력을 발생시킴으로써 중계용 부이(200)를 해상에서 이동시키는 역할을 한다. 추진부(230)는 관측용 부이(100)에서 발생되는 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨 이하로 될 때, 관측용 부위의 근방(관측용 부이로부터 설정 거리 만큼 이격된 위치)으로 이동하도록 추진력을 발생하며, 제어부(220)에 의해 동작이 제어된다.
제어부(220)는 중계용 부이(200)의 동작 전체를 제어하는 마이크로프로세서이다. 제어부(220)는 하나 이상의 관측용 부이(100)의 전원부(130) 전압을 감지하여 설정 전압 이하가 되면 부이 론칭부(240)를 작동시켜 중계용 부이 본체(201)의 관측용 부이 수납부(201a)에 수납된 예비 관측용 부이(100)를 해상으로 론칭(launching)시키는 역할을 한다. 제어부(220)는 관측용 부이(100)의 위치 정보 신호 레벨을 감지하여 설정 레벨 이하가 되면 추진부(230)를 제어하여 중계용 부이(200)를 관측용 부이(100)로부터 설정 거리만큼 이격된 위치로 이동시키는 역할을 한다.
전원부(250)는 통신부(210), 부이 론칭부(240), 추진부(230) 및 제어부(220)에 구동 전원을 공급하는 역할을 하며, 태양전지 또는 배터리를 사용할 수 있고, 구동 전원을 발생하기만 하면 그 구성은 특별히 제한되지는 않는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 의미한다.
우선, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법을 설명하기에 앞서, 대상 해역에는 하나 이상의 관측용 부이(100)가 부유하고 있고, 이 관측용 부이(100) 근방에 하나의 중계용 부이(200)가 부유하고 있다고 가정한다.
먼저, 중계용 부이(200)가 관측용 부이(100)의 전원부(130) 전압을 감지하여(S10), 감지된 전압이 설정 전압 이하인지의 여부를 결정한다(S20).
만약, 상기 스텝(S20)에서 감지된 전압이 설정 전압보다 크면(N), 중계용 부이(200)가 관측용 부이(100)로부터 위치 정보를 수신한다(S30).
다음, 중계용 부이(200)는 관측용 부이(100)로부터 송신되는 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨 이하인지의 여부를 결정한다(S40).
만약, 상기 스텝(S40)에서 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨보다 크면(N), 중계용 부이(200)가 관측용 부이(100)로부터 수신된 위치 정보를 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보로 결정하여 기상 정보 관리 서버(S)에 전송한다(S50).
여기서, 기상 정보 관리 서버(S)에 전송된 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보는 이후, 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 이용됨에 주목해야 한다.
한편, 상기 스텝(S20)에서 관측용 부이(100)의 전원부(130) 전압이 설정 전압 이하이면(Y), 중계용 부이(200)가 수납된 예비 관측용 부이(100)를 해상으로 론칭(launching)시킨 후(S60), 상기 스텝(S30)으로 진행된다.
한편, 상기 스텝(S40)에서 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨 이하이면(Y), 중계용 부이(200)는 추진부(230)에서 발생되는 추진력에 의해 관측용 부이(100)로부터 설정된 거리만큼 이격된 위치로 이동한 후(S70), 상기 스텝(S30)으로 진행된다.
본 발명의 실시예에 의한 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법에 의하면, 중계용 부이가 관측용 부이의 전원부 전압을 감지하고; 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 설정 전압 이하인지의 여부를 결정하여, 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 상기 설정 전압보다 크면, 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이로부터 위치 정보를 수신하고; 상기 중계용 부이가 상기 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨 이하인지의 여부를 결정하여, 상기 설정 레벨 이하 여부 결정 단계에서 상기 위치 정보의 신호 레벨이 상기 설정 레벨보다 크면, 상기 중계용 부이가 수신된 상기 위치 정보를 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보로 결정하여 기상 정보 관리 서버에 전송하도록; 구성됨으로써, 실제 해류의 영향을 최대로 반영한 관측용 부이의 위치 정보를 기상 정보 관리 서버에 제공함으로써 해류 모사의 정확도를 높일 수 있다.
[침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법]
본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 의미한다.
본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법은 대상해역에 침몰사고로 인해 침몰선 유출유의 확산을 예측하고 위험을 평가하는 방법이다.
먼저, 과거에 침몰 및 유류 유출 사고를 통계적으로 분석하여 대상해역에 대한 유출 가능성을 확보(S100)하고, 다양한 발생 조건에 따라 주변해역에 대한 유출유 확산을 예측(S200)한 다음, 예측된 유출유 확산을 분석하여 주변해약에 대한 유출유 피해위험을 평가(S300)한다.
위과정에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
[스텝(S100)]
대상해역에 유출 사고가 발생할 수 있는 가능성을 확보하는 과정이다.
과거 경신호 침몰사고를 해상에 유출유 발생했던 경상북도 영일만 인근 해안을 예를 들어 대상해역으로 선정하고, 대상해역에 대해 각각의 특성을 분석한다.
특성분석에 의하면, 해수수온의 특성으로 예상 침몰지점 수온특성을 연간 관측된 수온을 격월 별로 관측한 표면수온과 수심 50m 및 100m의 수온자료를 분석함에 따라, 연간 수심 50m의 수온 변동폭은 약 3℃이고, 수심 100m의 수온의 변동폭은 약 1.5℃이며, 동한난류와 북한한류의 혼합작용으로 겨울철의 수온이 여름철보다 높게 나타나는 특징으로 보아 평균 약 1.5℃의 연 변동폭을 보인다.
실제 해양에서는 돌풍이나 태풍에 의한 강풍이 순간적으로 발생할 수 있으나 주풍향인 남서풍의 풍속은 4m/sec 미만이 약 30%로 대부분을 차지하였으며, 4m/sec~8m/sec가 약 7% 정도로 나타났다. 이와 같은 양상은 포항지역의 정상적인 계절풍 양상을 나타내는 특성이 있다.
그리고, 대상해역에 대한 해수유동 특성 분석 및 모델링을 실시함에 있어서, 해양경찰청 해양오염방제지원시스템(Korea Oil Spill Prediction System, KOSPS) 의 데이터베이스 및 국립해양조사원의 조사자료를 이용한다.
유출사고 가능성을 확보하는 스텝(S100)은 해저지형 및 해수 온도 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 스텝(S110), 바람 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 스텝(S120), 해수유동을 특성 분석하여 모델링을 구축하는 스텝(S130)을 포함한다.
해수유동 모델링은 조석경계조건 적용 조류 모델링 및 표면경계조건 적용 취송류 모델링으로 구분되며, 이러한 해수유동 모델을 통해 산출한 결과를 토대로 실시간 예측에 필요한 파리미터의 데이터베이스를 구축할 수 있다.
이때, 조류는 조석 및 조류 조화상수이고, 취송류는 해상풍과 위송류간의 반응함수로 한다.
기본방정식으로는 지구의 구면효과를 충분히 반영할 수 있도록 아래와 같이 극좌표계에 대한 해수유동 방정식과 연속 방정식을 이용한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
[
Figure pat00004
: 시간,
Figure pat00005
:경도,
Figure pat00006
: 위도,
Figure pat00007
: 연직평균
Figure pat00008
축 유속,
Figure pat00009
: 연직평균
Figure pat00010
축 유속,
Figure pat00011
: 중력 가속도,
Figure pat00012
: 해면 변위,
Figure pat00013
: 수심,
Figure pat00014
: 지구반경,
Figure pat00015
: 코리올리 (Coriolis) 파라미터 (
Figure pat00016
),
Figure pat00017
: 해저 마찰계수 (
Figure pat00018
),
Figure pat00019
: 해수밀도,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
: 기조력 계수,
Figure pat00022
: 기조력에 의한 평형조석,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
:
Figure pat00025
축 및
Figure pat00026
축 방향 바람응력을 갖는다]
모델 계산으로는 양해법(explicit scheme) 이용하고, 이류항은 경사차분법(angled derivative scheme) 적용한다.
수치오차 처리는 양방향 순차계산법(double sweep scheme)을 매 계산단계마다 적용하여 상쇄한다.
조간대 처리는 Flather and Heaps(1975) 처리 기법 적용한다.
경계조건으로는 외해경계조건과 표면경계조건으로 구분된다.
외해경계조건은 조류계산에 적용하고, 연안관측 조위값에서 얻어진 조화상수를 이용하여 아래와 같이 4대 주요 분조(
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
)에 대한 해면변위
Figure pat00031
의 시간변동으로 지정한다.
Figure pat00032
[
Figure pat00033
: 분조 주파수,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
: 해면변위 진폭(amplitude) 및 지각(phase)]
표면경계조건은 취송류 계산에 적용하여 해양 표면에 미치는 바람응력(wind stress)을 지정한다.
Figure pat00036
Figure pat00037
[
Figure pat00038
]
Figure pat00039
[
Figure pat00040
]
[
Figure pat00041
: 바람응력,
Figure pat00042
: 대기 밀도,
Figure pat00043
: 항력계수(drag coefficient),
Figure pat00044
: 풍속]
상기 조건에 대하여 해역특성자료를 실시간으로 연계하고, 데이터베이스 구축이 필요하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 표면수온 자료 데이터베이스 구축은 미 해군 NRL(National Research Lab; 국가지정 연구실)의 HYCOM 자료를 활용하는 것으로 파일 전송 프로토콜(File Transfer Protocol, FTP)를 연계하여 1일 1회 수온자료를 수신하여 데이터를 수집한다.
해상풍자료의 실시간 연계의 경우, 기상청 슈퍼컴 기상예보모델(UM 모델) 자료를 활용하는 것으로 한반도 주변 동북아시아 전역 극입체도법(Polar Stereo)의 12km 단위 격자 범위를 갖고, FTP를 이용하여 하루 두 차례 72시간 자료를 업데이트한다.
자료의 업데이트 시간은 12:00(당일 09:00~3일 후 09:00), 24:00(당일 21:00~3일 후 21:00)로 한다.
대표적으로 클라우드 웹서비스인 AWS에서 실시간 현장 관측자료를 연계하여 매 1분 및 1시간 마다 AWS 관측자료를 수신하고, 기상모델자료의 비교 검증을 통한 정확도를 제고한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시간 해수유동 예측에서 조류의 경우 CHARRY (Current by Harmonic Response to the Reference Yardstick)모델을 적용하여 검조소 관측조석의 조석형태별 변조파 조화상수(진폭 및 지각)를 산정하고, 검조소 해당 수치모델 격자점의 계산조석 조화상수와 검조소 관측조석 변조파 조화상수간의 조석개정수를 산정한다.
따라서, 조석 개정수를 이용한 수치모델 계산조석 조화상수를 보정함으로써, 조화상수를 적용하여 실시간 조석 및 조류를 예측할 수 있어 대상해역의 예상 침몰지점의 조류를 예측할 수 있다.
한편, 도 4에 의하면, 취송류의 표면취송류예측에 경우 표면취송류 관측결과를 적용할 수 있다.
Figure pat00045
Figure pat00046
[
Figure pat00047
: 유속,
Figure pat00048
: 유향,
Figure pat00049
: 풍속,
Figure pat00050
: 풍향]
내부취송류 예측의 경우, 해상풍과 취송류간의 반응함수를 이용한 교적모델을 적용하여 침몰지점 대상해역의 5년간 시간별 취송류를 예측할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 해류는 미해군 HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) 모델 실시간 연계하여 매일 5일 후까지 일별 해양순환자료 예보에 따라 연직적으로 33개층, 5,500m까지 포함하여 XBT, CTD, ARGO, 인공위성관측 등의 자료와 연계하여 예측결과를 보정하여 HYCOM 자료활용 일별 실시간 해류를 예측하며, 침몰지점 대상해역의 5년간 시간별 해류를 예측할 수 있다.
한편, 유출 확산 모델 구축을 위해서는 유출유 확산 모델링, 유출유 특성에 따른 풍화작용 모델링을 구현해야 한다.
첫 번째, 유출유 확산 모델링은 수치적 추적자 방법을 기반으로 유출유 확산에 대해 모델링을 수행해야 한다.
따라서, 몬테카를로(Monte Carlo) 방법을 기반으로 유류오염 확산모델 위치를 추적하여 시간
Figure pat00051
에 위치(
Figure pat00052
,
Figure pat00053
)에 있던 입자가 시간이
Figure pat00054
만큼 경과후 바람과 해수유동에 의해 이동 후 놓이게 될 새로운 위치를 (
Figure pat00055
,
Figure pat00056
)라 할 때,
Figure pat00057
동안의 변위(
Figure pat00058
,
Figure pat00059
)는 아래와 같음
Figure pat00060
Figure pat00061
[
Figure pat00062
,
Figure pat00063
: 바람에 의한 해수유동 유속,
Figure pat00064
,
Figure pat00065
: 난류적 유속]
즉, 실시간 해수유동 기반 이류적 수송 산정은 실시간 조류, 취송류, 해류 예측 결과를 활용하는 것이 바람직하다.
fBm 기반 난류적 확산 재현을 위해 실제 해양 난류장의 공간적·시간적 분산 특성을 반영하여 프랙탈 브라운 운동(Fractal Brownian motion, fBm) 기반 난류 확산거리를 산정할 수 있다.
유출유 특성에 따른 풍화작용 모델링의 경우 유출유 특성 그룹별 풍화작용을 계산해야 한다.
국제유조선선주오염연맹(The International Tanker Owners Pollution Federation Limited, ITOPF) 자료를 활용하여 비중에 따라 4개 그룹으로 분류하고 그룹별 유출유의 증발 및 유상화 과정을 분석하면,
침몰선의 잔존유는 사고 직후 유상화를 통해 부피가 약 2배까지 증가하며, 발생 후 수일 정도가 지나도 초기 발생량의 10% 정도만 증발되고, 수 주일이 지나야 초기 발생량의 50% 정도가 증발에 의해 제거됨을 알 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유출유 종류별 풍화작용 계산은 NOAA(미국해양대기관리처; National Oceanic and Atmospheric Administration)의 자료를 활용하여 침몰선 잔존유의 유상화 상세 특성을 모델링하고 분석하는 것으로, 풍화작용 기본방정식은 아래와 같다.
Figure pat00066
,
Figure pat00067
Figure pat00068
Figure pat00069
[
Figure pat00070
: 유출유 총량,
Figure pat00071
: 수치적 추적자 개수,
Figure pat00072
: 유출유 감소율,
Figure pat00073
: 시간]
따라서, 해상유류감소율은 NOAA 및 ITOPF 등의 자료를 활용하여 유류 종류별 증발 및 유상화 비율을 적용할 수 있다.
[스텝(S200)]
주변해역에 대한 유출유 확산을 예측하는 스텝(S200)은 상기 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법에 의해 획득된 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보[즉, 상기 스텝(S50)에서 서버에 전송된 위치 정보]를 기초로 대상해역의 해류분포를 구하고, 구축된 모델링에서 상기 대상해역의 해류분포, 풍속 및 풍량을 적용하여 침몰선 유출유의 유출량과 경과시간 단위 별로 피해 가능한 해안 길이 및 해상 면적을 시뮬레이션 하여 최소 피해 및 최대 피해 범위를 예측하는 스텝(S210)을 더 포함한다.
침몰선의 유출유 가능 시나리오 및 확산 시뮬레이션을 위해 대상해역에 예상되는 침몰사고를 선정하여 그에 대한 시나리오로 침몰선의 침몰사고 개요는 아래와 같으며, 도 7 및 도 8에 도시된 예를 들어 설명한다.
선종 (톤수): 화물선 (2,945톤)
- 침몰일자 (선령): 1992년 6월 5일 (침몰시 22년, 현재 48년)
- 침몰위치: 35ㅀ 00′01.31″N, 128ㅀ 56′37.36″E
- 수심 (선체상단 수심): 33m (24m)
- 파공: 좌현 선수 15m
- 잔존유: HFO 129.8kl~182.2kl
잔존유 유출의 최대의 시나리오로 노후 선체 파손으로 잔존유가 전량 유출되며, 유출시기는 특정이 불가하고, 수심 33m~24m에서 동시에 전량 유출되어 유출 직후 수면으로 부상하였을 경우를 예상하여 침몰선 잔존유 유출 확산 시뮬레이션을 수행한다.
유출시기는 특정이 불가하므로 최근 5년 중 불특정 시기의 유출을 가정하고, 시간별, 조시별, 계절별 균등 유출의 확률를 적용하여 유출시기는 무작위로 선택하고, 통계 분석의 신뢰성을 고려하여 최소 500회 이상의 유출에 따른 확산 시뮬레이션을 수행하여 경우별로 각각 10일의 확산을 예측하는 것이 바람직하다.
[스텝(S300)]
주변 해역에 대한 유출유 피해 위험 평가 스텝(S300)은 구축된 모델링을 통해 피해 가능한 확률, 해안선에 대한 최초 도달시간에 대하여 피해위험도를 순위로 환산하여 유출유 피해 위험 평가 기준을 등급별로 제안하여 기준표를 산출하는 스텝(S310)을 포함한다.
또한, 스텝(S300)은 구축된 모델링을 통해 피해 해안선 길이, 피해 해역 면적에 대하여 피해위험도를 순위로 환산하여 유출유 피해 위험 평가 기준을 등급별로 제안하여 기준표를 산출하는 스텝(S320)을 포함한다.
유출유 확산 피해 범위를 산정하기 위해서는 다양한 환경조건에 대해 침몰선의 유출유 확산 범위를 계산하기 위해 최근 5년 중 무작위로 유출시기를 선택하고, 사고발생 후 10일 동안의 확산 경로 및 범위를 총 500회 이상 환경조건을 고려하여 시뮬레이션함에 따라 경우별로 확산 범위를 기반으로 해상 오염면적, 해안 오염길이, 양식장 오염면적이 산정될 수 있다.
앞서 예를 들어 적용되는 침몰사고 개요를 적용한 유출유 확산 피해규모를 평가하기 위해 경우별 피해규모 통계 분석을 통한 최소 및 최대 피해규모를 평가한다.
예를 들어, 침몰사고 최소 및 최대 피해 시나리오는 아래 표와 같이 선정되는 경우를 적용한다.
Figure pat00074
[표 1] 대상해역에 선정된 최소 및 최대 피해 시나리오
위의 시뮬레이션은 대상해역을 선정하여 실시한 예시에 불과한 것이며, 다양한 해역에서 침몰사고가 유력한 일부 해역을 대상으로 반복적으로 시뮬레이션을 수행함으로써, 침몰선 유출유 피해 위험을 평가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법에 의하면, 대상해역에 대한 임의의 유출시기를 무작위로 선택하고, 해저지형 및 해수 온도 특성을 분석하여 모델링을 구축하고, 바람 특성을 분석하여 모델링을 구축하며, 해수유동 특성을 분석하여 모델링을 구축하여 통계분석을 통한 유출 가능성을 확보하고; 해저지형, 해수온도, 바람, 해수유동의 특성 조건에 따라 반복적으로 시뮬레이션을 수행하여 주변해역에 대한 유출유 확산을 예측하며; 예측된 유출유 확산을 분석하여 주변해역에 대한 유출유 피해위험을 평가하며; 상기 유출유 확산 예측에 있어서 상기 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보를 기초로 대상해역의 해류분포를 구하고, 구축된 모델링에서 상기 대상해역의 해류분포, 풍속 및 풍량을 적용하여 침몰선 유출유의 유출량과 경과시간 단위 별로 피해 가능한 해안 길이 및 해상 면적을 시뮬레이션하여 최소 피해 및 최대 피해 범위를 예측하도록; 구성됨으로써, 침몰사고가 예상되는 특정지역의 대상해역을 대상으로 유출유 피해 위험평가를 실시하여 실제 침몰사고 발생시 예상되는 유출유 피해 위험을 최소화할 수 있다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 관측용 부이
101: 고무튜브
110: 통신부
120: GPS 수신기
130: 전원부
200: 중계용 부이
201: 중계용 부이 본체
201a: 관측용 부이 수납부
210: 통신부
220: 제어부
230: 추진부
240: 부이 론칭부
250: 전원부
S: 기상 정보 관리 서버

Claims (5)

  1. 대상 해역에서 하나 이상의 관측용 부이(100)와 중계용 부위(200)를 포함하는 위치 추적 장치에 의해 이루어지는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법으로서,
    중계용 부이(200)가 관측용 부이(100)의 전원부(130) 전압을 감지하는 단계(S10);
    상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 설정 전압 이하인지의 여부를 결정하는 단계(S20);
    상기 설정 전압 이하 여부 결정단계에서 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 상기 설정 전압보다 크면, 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이로부터 위치 정보를 수신하는 단계(S30);
    상기 중계용 부이가 상기 위치 정보의 신호 레벨이 설정 레벨 이하인지의 여부를 결정하는 단계(S40); 및
    상기 설정 레벨 이하 여부 결정 단계에서 상기 위치 정보의 신호 레벨이 상기 설정 레벨보다 크면, 상기 중계용 부이가 수신된 상기 위치 정보를 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보로 결정하여 기상 정보 관리 서버(S)에 전송하는 단계(S50);를 포함하는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 설정 전압 이하 여부 결정단계(S20)에서 상기 관측용 부이의 전원부 전압이 상기 설정 전압 이하이면, 상기 중계용 부이가 수납된 예비 관측용 부이를 해상으로 론칭(launching)시키는 단계(S60)를 더 포함하는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 설정 레벨 이하 여부 결정 단계(S40)에서 상기 위치 정보의 신호 레벨이 상기 설정 레벨 이하이면, 상기 중계용 부이가 상기 관측용 부이로부터 설정된 거리만큼 이격된 위치로 이동하는 단계(S70);를 더 포함하는, 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법.
  4. 제1항에 기재된 해류의 영향을 반영한 관측용 부이의 위치 정보 획득 방법에 의해 획득된 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보를 이용하여 대상해역에 침몰사고로 인해 침몰선 유출유의 확산을 예측하고 위험을 평가하는, 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법으로서,
    대상해역에 대한 임의의 유출시기를 무작위로 선택하고, 해저지형 및 해수 온도 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 단계, 바람 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 단계, 및 해수유동 특성을 분석하여 모델링을 구축하는 단계를 포함하는 통계분석을 통한 유출 가능성을 확보하는 확보단계(S100);
    해저지형, 해수온도, 바람, 해수유동의 특성 조건에 따라 반복적으로 시뮬레이션을 수행하여 주변해역에 대한 유출유 확산을 예측하는 유출유 확산 예측단계(S200); 및
    예측된 유출유 확산을 분석하여 주변해역에 대한 유출유 피해위험을 평가하는 평가단계(S300);를 포함하고,
    상기 유출유 확산 예측단계는 상기 대상 해역의 관측용 부이의 위치 정보를 기초로 대상해역의 해류분포를 구하고, 구축된 모델링에서 상기 대상해역의 해류분포, 풍속 및 풍량을 적용하여 침몰선 유출유의 유출량과 경과시간 단위 별로 피해 가능한 해안 길이 및 해상 면적을 시뮬레이션하여 최소 피해 및 최대 피해 범위를 예측하는 예측단계(S210)를 더 포함하는, 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 평가단계(S300)는,
    구축된 모델링을 통해 피해 가능한 확률, 해안선에 대한 최초 도달시간에 대하여 피해위험도를 순위로 환산하여 유출유 피해 위험 평가 기준을 등급별로 제안하여 기준표를 산출하는 제1산출단계(S310); 및
    구축된 모델링을 통해 피해 해안선 길이, 피해 해역 면적에 대하여 피해위험도를 순위로 환산하여 유출유 피해 위험 평가 기준을 등급별로 제안하여 기준표를 산출하는 제2산출단계(S320)를 더 포함하는, 침몰선 유출유 확산에 대한 피해 위험 평가 방법.
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