본 논문에서는 기름이 유출된 바다 표면에서의 전자파 산란을 모멘트 법과 몬테카 를로 방법을 이용하여 계산하는 수치해석 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 기존의 이론적 모델을 이용하여 검증되었고, 이 알고리즘을 이용하여 유출된 기름 에 의한 후방산란계수의 감소를 분석하였다. 기름층의 두께가 두꺼워 질수록 후방 산란계수의 감소 정도는 증가하였다. 수치해석 결과는 ALOS PALSAR의 측정값 과 비교하였고, 비교적 일치함을 확인하였다. 향후 기름에 의한 거칠기 감소 영향 을 고려하면 측정값과 수치해석의 결과가 좀 더 잘 일치 할 것으로 예상된다. 이 는 SAR 영상에서 기름층을 발견하고 SAR 영상에서 기름층의 분류 하는데 도움 이 될 것으로 기대 된다.
3. 현장자료(해상풍, 조류) 데이터를 활용한 예측모듈 개발
가
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유출유 이동에 대한 시험(1) 유출유 이동 및 확산(Manual on oil pollution, 2005, IMO)
그림 3.3.10 유출유 이동 및 확산 관련 개념도와 수식 (Manual on oil pollution, 2005, IMO)
- 일반적으로 바람(3%)과 조류(100%) 합 벡터로 표현되지만, 한반도 서해의 경우 조 류의 영향의 크기 때문에 적합한 벡터 조합 비를 찾기 위해 모의시험을 수행하 였다.
(2) 단일 입자에 대한 이동경로 추적
- 모의시험 시간 2007.12.07 07:00
~
12.08 07:00 (24 hours)- 유출유 이동 모듈의 시간 간격을 설정하기 위하여 한 지점에서 유출된 단일 오일 입자에 대하여 일정 시간 동안 이동 경로를 추적하였다.
- 시간간격을 30분과 1시간 간격으로 설정하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 조류:
100%, 바람: 1
~
3%로 설정하여 모의시험을 수행하였다.- 모의시험결과 시간 간격을 30분과 1시간으로 설정하였을 때, 단일입자의 이동경로 추적 결과는 유사한 형태를 나타냈으며, 이는 시간에 따라 조류와 바람의 변화가 적었기 때문이라고 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 유출유 이동 및 확산의 시간 가격을 32분으로 설정하였다(그림 3.3.11).
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그림 3.3.11 해상풍과 조류의 벡터 비와 이동 주기에 따른 모의시험
(3) 바람과 조류의 벡터 합에 대한 모의시험
- 서해 연안에 적합한 바람과 조류의 벡터 파라미터 설정을 위하여 2007년 12월 8일 11:04LT에 촬영된 KOMPSAT-2 영상을 reference로 사용하였다.
- KOMPSAT-2 영상에서 추출한 오일 입자의 위치는 광학영상에 대한 오일 추출 알고리즘과 Visual inspection을 사용하여 900,171개의 샘플이 추출되었다.
- 모의 시험 조건
a. 시간간격: 30분, 조류(100%), 바람 변화(0∼10%)
그림 3.3.12 유출유 이동경로 예측과 위성추출 유출유 영역과의 비교
나
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유출유 이동시험 결과에 따른 위성 데이터 기반 유출현황 전시 및 확산위치 예측 (1) 허베이 스피리트호 기름 유출사고 적용(그림 3.3.13)- 일자 별 위성 데이터 기반 유출현황을 전시하였다.
- 일자 별 확산 위치 예측 및 위성데이터를 이용한 검증을 실시하였다.
그림 3.3.13 위성영상 적용 유출유 탐지와 이를 이용한 확산 예측 및 검증
4. 허베이 스피리트호 기름유출사고에 대한 검증
가
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허베이 스피리트호 기름유출사고에 대한 검증- 유출유 모델 예측 및 방제계획 결과에 대한 검증하였다.
-
유출유 확산 범위에 따른 방제 장비 및 인력 배치 검토하였다.그림 3.3.14 허베이 스피리트호 기름유출사고 방제계획 및 전략
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나
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광학 데이터(
최초 획득)
이용 유출 현황 제공과 검증- 방제시 아리랑 2호 데이터 유출유 탐지 결과는 반영되지 않았다.
- 아리랑 2호 관측폭 이내 유출유 탐지 결과와 현장에서 작성한 유출유 분포와 유사 하게 나타났다.
- 유출유 탐지는 가능하나 좁은 관측폭과 구름으로 인해 전체적인 유류 현황 정보제 공이 어려웠다.
그림 3.3.15 허베이 스피리트호 시간별 유출유 분포 현황과 위성정보 이용 유출유 현황 비교
그림 3.3.16 위성 SAR 적용 일자별 유출 현황
5. 허베이 스피리트호 기름 유출 적용: 예측 모델과의 비교
- 해상 기름 유출사고 시, 효율적인 방제 전략을 위해서는 유출유의 위치 및 이동 특 성을 파악하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 유출유의 모니터링은 항공기와 인 공위성을 이용하고 있으며, 유출된 기름의 이동 경로를 예측하기 위해 수치모델이 적용되고 있다. 하지만, 원격탐사에 의한 모니터링 정보를 이용한 수치모델의 초기 조건 적용은 이루어지지 않고 있다. 본 논문에서는 인공위성 자료를 통해 추출된 유출유 정보를 이용한 예측 모델의 활용가능성을 제시하고자 한다. EFDC 3차원 수치모델을 이용하여 2007년 12월 7일 태안 해안에서 발생한 허베이 스피리트호 기름유출사고의 유출유 이동을 예측하였다. 모델 초기조건과 모델결과 비교를 위하 여, 12월 8일 KOMPSAT-2 MSC와 12월 11일 EVNISAT ASAR위성자료로부터 추출된 유출유 정보를 사용하였다. 모델초기 조건으로 인공위성 자료를 이용한 경 우가 사고지점에서 유출을 가정하여 방류한 초기조건보다 유출된 기름의 분포측면 에서 더 개선된 결과를 보였다. 여기서는 KSRS에 게재된 '인공위성 원격탐사 데 이터와 수치모델을 이용한 해상 유출유 예측 향상 연구'(양 등, 2009)의 내용을 정 리하였다.
가
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개요해상에서 선박사고에 의한 기름 유출 시, 기름의 위치, 변화과정, 이동 특성을 신속 하게 파악하고 예측하는 것은 방제전략에 있어 필수적 요소이다. 따라서 사고 이 후의 유출의 현황 정보의 수집은, '유출유 대응 매뉴얼'(IMO, 1988; ITOPF, 2008) 에서 가장 우선시 되고 있다. 일반적으로 유출유 탐지는 선박, 항공기 및 인공위 성을 이용한 방법이 사용되고 있으며, 최근 인공위성기술의 발전에 따라, 국제유조 선선주오염방지연맹(ITOPF)에서는 인공위성 원격탐사 기술 적용을 통한 유류 모 니터링 적용을 권장하고 있다 (ITOPF, 2008). 현재 유럽에서는 CleanSeaNet (http://cleanseanet.emsa.europa.eu/) 서비스 체계를 통하여, 기상과 주야의 영향을 거의 받지 않아 오염 탐지에 유효한 합성개구레이더(SAR)를 이용하여 상시 발라 스트수 배출 감시 및 유출유 모니터링에 적용하고 있는 실정이다. 우리나라에서도 2010년 X밴드 SAR를 탑재한 아리랑 5호를 발사할 예정이다.
지난 2007년 12월 7일 태안 앞바다에서 발생한 허베이 스피리트호 기름 유출사고 에서는, 인공위성을 활용한 체계의 미비로 주로 선박과 항공기에 의한 제한적인 기름 유출범위 조사가 이루어졌다. 또한, 예측에 있어서도, 단순한 초기 유출유 정 보에 의존한 예측이 이루어졌으며, 모니터링 자료의 활용 및 자료 동화 등 예측 정확도를 향상시키기 위한 방안이 제안되었다.