HNS 대기확산 모델 이론

import { useState, useRef } from 'react'; import { sanitizeHtml } from '@common/utils/sanitize'; const theoryTabs = [ { icon: '🔬', name: '시스템 개요' }, { icon: '🌀', name: '가우시안 모델' }, { icon: '🧪', name: '물질별 시나리오' }, { icon: '🌊', name: '해양환경 보정' }, { icon: '✅', name: '모델 검증' }, { icon: '⚡', name: '실시간 비교' }, { icon: '🚀', name: 'WRF-Chem·발전' }, ]; const panelHtml: string[] = [ // Panel 0 `

📋

HNS 대기확산 모델이란?

해상에서 유출된 위험유해물질(Hazardous & Noxious Substances, HNS)이 대기로 증발하여 퍼지는 농도를 물리·화학적 이론에 기반해 전산으로 모의하는 프로그램입니다. 기상 예측 모델(WRF)과 대기화학 모델(Chem)을 결합하여 실시간 대기 확산을 시뮬레이션합니다.

🎯

목적

① 유출 사고 시 신속한 위험 범위 예측

② 독성물질 농도 기반 대피 명령 의사결정

③ 사고 대응 체계 구축 및 피해 최소화

🧪 물질 특성 반영

HNS는 약 6,000종 이상으로, 종류가 매우 다양합니다. 각 물질의 고유 거동 특성을 모델에 반영합니다.

증발률 독성 기화 특성 비중 인화점 용해도

🌬 기상 데이터 연동

실시간 기상 정보를 입력 데이터로 사용하여 확산 방향과 속도를 결정합니다.

💨

풍향·풍속

🌡

기온

📊

대기 안정도

💧

습도·강수

🔬 확산 알고리즘

가우시안 플룸/퍼프 모델 또는 WRF-Chem 수치 모델을 사용하여 대기 중 농도를 계산합니다.

▸ Gaussian Plume/Puff

▸ WRF-Chem (기상+화학)

▸ ALOHA / CAMEO

⚙ 주요 기능 및 특징

📡 실시간 모니터링

'HNS 유출 블랙박스 시스템'과 같이 사고 즉시 확산 방향과 농도를 예측하여 시각화합니다. 사고 발생 → 자동 감지 → 실시간 확산 맵 생성의 자동화 파이프라인을 제공합니다.

🎯 위험 범위 예측

대기 중 독성물질 농도에 따른 안전/경고/위험 구역을 AEGL·ERPG 기준으로 자동 설정합니다. 시간대별 확산 경계를 지도 위에 오버레이합니다.

⚡ 긴급 대응

해상 사고 시 조화상수 DB를 이용한 빠른 예측 기술을 포함합니다. 사전 계산된 시나리오 DB를 활용하여 초기 대응 시간을 수 분 이내로 단축합니다.

🏗 주요 기술 아키텍처

🧪

HNS 물질 DB

6,000+ 물질

→

🌬

기상 데이터

KMA / AWS

→

🔬

확산 모델 엔진

WRF-Chem / Gaussian

→

🗺

GIS 시각화

위험 구역 맵

→

🚨

대응 의사결정

대피·방제 명령

WRF-Chem

기상 예측 모델(WRF)과 대기화학 모델(Chem)을 결합. 3차원 바람장·난류를 실시간 계산하여 화학물질 이류·확산·반응을 동시에 모의합니다.
해상도: 1~3 km / 시간분해능: 1 hr

Gaussian Plume/Puff

ALOHA/CAMEO 표준 알고리즘 기반. 연속 배출(Plume) 또는 순간 배출(Puff) 시나리오 선택. 빠른 계산 속도로 초기 대응에 최적화.
계산시간: < 10초 / 정확도: ±10~40%

ROMS 해양 연동

Regional Ocean Modeling System과 연동하여 해수면 유출물의 해양 확산 + 대기 증발을 동시에 모의합니다. 입자 추적 방식의 한계를 극복한 수치 모델.
장기 모의 가능 / 정밀 농도 계산

🖥 WING 시스템 적용 전략

현재 구현

🧪

HNS DB 연동

CHRIS/CAMEO DB
6,000+종 물질 검색

⚡

가우시안 모델

ALOHA + 이문진박사모델
초기 대응 10초 이내

🌐

WRF-Chem

정밀 수치 모의
3D 확산 시뮬레이션

🌊

ROMS 연동

해양-대기 결합
장기 모의 지원

구현 완료 개발 진행중 계획

🚨

HNS 사고 실태 및 항만별 위험도

유영현 (2013), 한국위기관리논집 · 해양경찰청 (2010, 2011)

전 세계 HNS 6,500+종

🏭 주요 항만별 화재·폭발·누출 위험도

항만	화재	폭발	누출	HNS(천톤)
울산	◎	◎	◎	27,574
여수·광양	◎	◎	◎	38,700
대산	◎	○	◎	19,401
인천	○	◎	○	41,618
부산	○	△	○	25,417
평택·당진	○	◎	○	29,248

◎ 아주높음○ 높음△ 보통이상□ 보통 단위: 천톤, 2010년 기준

⚠ HNS 위험물질 vs 유해물질

위험물질

폭발·인화·독성·부식·질식·중합 등으로 생명체에 위험을 초래하는 물질

포장위험물 산적고체 산적액체 액화가스

유해물질

해양에서 해로운 영향을 초래하는 물질·에너지 (해양환경관리법)

유해액체 포장유해 대기오염 폐기물

📊 유류 vs HNS 사고 대응 차이

구분

유류

HNS

물질

눈으로 확인 가능

보이지 않는 경우 多

위험

낮은 위험성

독성·폭발·화재 복합

예측

단기 예측 가능

다매체 피해예측 필요

대응

초기대응자 방제가능

전문가 방제 필수

🇰🇷 한국 HNS 대응 체계

OPRC-HNS 의정서
2008.1.11 가입 → 2008.4.11 발효

국가/지역 긴급방제계획
HNS 국가긴급방제계획 수립 ('09.6)

CARIS 대응정보시스템
사고대응 매뉴얼 + 화학물질 정보

통합 대응 체계
대통령 → 중앙안전관리위 → 중앙방제대책본부(해양경찰청장)

현장 대응팀
상황관리팀 → 사고대응팀(통제반·물질탐지반·방제작업반·제독지원반)

🇺🇸 미국 HNS 대응 체계

OPA90 / NCP
국가긴급계획 ESF #10 — HNS 포함

공동의장 체제
환경청(EPA) + 해안경비대(USCG) 공동 지휘

CAMEO / ALOHA / MARPLOT
6,000+종 화학물질 통합 DB · 대기확산 모델

NRT / RRT / NSF
국가방제팀 + 지역방제팀 + 국가기동타격대

통합지휘시스템(ICS)
16개 부처 + 주·지방정부 + 유출책임자 통합 조정

🌐 HNS 관련 국제 협약 체계

구분

협약

담당

대상

안전

74 SOLAS

IMO

위험물질

보호

MARPOL 73/78

IMO

기름·유해액체·포장유해·하수·폐기물

대비·대응

2000 OPRC-HNS

IMO

위험·유해물질(HNS)

배상

96 HNS협약

IMO

유해물질 및 위험물질

📊

국내 HNS 사고 통계 (23년간 76건)

장하용·이문진 외 (2017) HATS 분석 · 1994~2016년 해양경비안전본부 데이터

연평균 3.3건

사고시기 1위

41%

춘계 (3~5월)

동절기 30%

사고장소 1위

51%

계류장

항만 29% · 연안 17%

오염원 1위

49%

케미컬운반선

육상시설 32%

사고원인 1위

45%

승무원 과실

화물 22% · 외적원인 17%

사고물질 1위

12%

자일렌류

옥탄올·라텍스·팜유 순

📈 유출량 분포 (76건)

0~50L

27건

1K~10KL

15건

101~500L

10건

100만L+

9건

※ 소형(50L이하)과 대형(100만L+) 양극화 → 차별화된 대응 필요

🏷 HATS 표준코드 10개 항목

1.오염원

2.위치·일시

3.기상환경

4.사고유형

5.유출물질

6.대응

7.피해복구

8.사고원인

9.피해상황

10.영향

해상 특수성 반영(GPS 좌표, 선박종류, 해상기상, 파고, 유출물질 CAS번호·SEBC 거동분류). WING 사고이력 모듈과 표준코드 연동 설계.

🌐 국내외 HNS/화학 사고관리시스템 비교

항목	eMARS (EU)	PSID (미국)	RISCAD (일본)	CSC (한국)	WING (개발중)
운영기관	EC	CCPS	JST·AIST	화학물질안전원	해양경찰청
대상	중대화학사고	공정사고	화학사고	화학사고	해상 HNS
초점	산업시설	산업시설	사고원인·산업	사고물질	해역·선박·확산
형태	웹DB	앱CD	웹	앱	웹+GIS 통합
해상 특화	△	✕	✕	△	◎

※ WING은 HATS 표준코드 + CAMEO/ALOHA + WRF-Chem + ROMS를 통합한 해상 특화 위기대응 시스템

💡 논문 시사점 → WING 시스템 반영

🔗

통합정보시스템

CARIS·CAMEO·기상·GIS 통합 → 사고 대응 의사결정 지원

🏭

항만별 특화 대응

울산·여수·대산 등 고위험 항만 맞춤 시나리오 사전 구축

📡

실시간 모니터링

HNS 블랙박스 + 대기확산 예측 + 위험구역 자동 설정

🤝

통합지휘 지원

미국 ICS 모델 참조 — 다기관 협업 정보공유 플랫폼

📊

HATS 사고이력

표준코드 DB 연동 → 동일해역·물질 과거사고 즉시 조회

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🌀

Gaussian Plume Model

연속 방출 (Continuous Release)

📌 농도 산출식 (Concentration Equation)

C(x,y,z) = Q / (2π · σ_y · σ_z · u)
× exp(-y² / 2σ_y²)
× [exp(-(z-H)² / 2σ_z²) + exp(-(z+H)² / 2σ_z²)]

Q = 배출률 (g/s)

u = 풍속 (m/s)

σ_y = 수평 확산계수

σ_z = 연직 확산계수

H = 유효 방출고도 (m) — 물리적 높이 + 부력 상승 보정

💡 적용 조건: 정상 상태 연속 배출, 균일 풍속, 평탄 지형. 해양 HNS 사고에서 탱크 파손으로 인한 지속적 누출 시나리오에 적합.

💨

Gaussian Puff Model

순간 방출 (Instantaneous Release)

📌 농도 산출식 (Puff Concentration)

C(x,y,z,t) = M / [(2π)^3/2 · σ_x · σ_y · σ_z]
× exp(-(x-ut)² / 2σ_x²)
× exp(-y² / 2σ_y²)
× [exp(-(z-H)² / 2σ_z²) + exp(-(z+H)² / 2σ_z²)]

M = 총 배출량 (g)

t = 경과시간 (s)

σ_x = 풍하방향 확산계수 — Plume에서는 u에 의해 이미 반영

💡 적용 조건: 순간적 대량 방출, 폭발·탱크 파열. 해양 사고 중 LPG/LNG 탱크 파열, 수소 연료선 폭발 시나리오에 적합.

📊 Pasquill-Gifford 대기안정도 분류 및 확산계수

σ_y = a·x^b , σ_z = c·x^d + f

안정도	분류	기상 조건	σ_y 계수 (a, b)	σ_z 계수 (c, d, f)	풍속 범위	해양 적용성
A	매우 불안정	맑은 날 강한 일사	0.3658, 0.9024	0.192, 0.936, 0	< 2 m/s	드물게
B	불안정	맑은 날 약한 일사	0.2751, 0.9031	0.156, 0.922, 0	2–3 m/s	드물게
C	약간 불안정	흐린 날 주간	0.2090, 0.9031	0.116, 0.905, 0	3–5 m/s	적합
D ★	중립	흐린 날 / 해상풍	0.1471, 0.9031	0.079, 0.881, 0	5–6 m/s	★ 해양 대표
E	약간 안정	야간 약한 바람	0.1046, 0.9031	0.064, 0.871, 0	3–5 m/s	적합
F	안정	야간 맑은 하늘	0.0722, 0.9031	0.051, 0.814, 0	< 3 m/s	위험↑

★ 해양 환경에서는 D 등급(중립)이 가장 빈번하게 나타남. 해풍·육풍 전환 시 일시적으로 A~C 등급 출현 가능. F 등급(안정)은 농도가 국지적으로 높게 유지되어 위험도 상승.

⚖ Plume vs Puff — 모델 선택 기준

🌀 Plume (연속 배출) 선택 기준

✓ 유출 지속시간 > 10분

✓ 탱크 균열/배관 파손 — 지속적 누출

✓ 풍속 > 1.5 m/s (정상류 가정 가능)

✓ 톨루엔, 벤젠, 자일렌 등 증발성 액체

✓ 암모니아 냉동 저장탱크 누출

💨 Puff (순간 배출) 선택 기준

✓ 유출 지속시간 < 10분

✓ 탱크 폭발/BLEVE — 순간 방출

✓ 풍향 변동이 큰 경우 (여러 퍼프 중첩)

✓ LPG, 수소, LNG 탱크 파열

✓ 컨테이너 화학물질 돌발 유출

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🧪암모니아 (NH₃)

독성 ★★★

-33°C

비등점

0.682

비중

300 ppm

IDLH

• 해수면 유출 시 급속 기화 → Flash Evaporation

• 2D 기화율: ṁ = 0.0168t − 0.01

• 3D 기화율: ṁ = 0.0182t − 0.0112

• 독성 구름 풍하측 최대 10km까지 영향

🧫메탄올 (CH₃OH)

인화성+독성

64.7°C

비등점

0.791

비중

6,000 ppm

IDLH

• 수용성 → 해수 용해 + 증발 복합 거동

• 인화점 11°C → 상온에서 증기 인화 위험

• 무색·무취 → 감지 어려움, 계측기 필수

• LFL~UFL: 6.0% ~ 36.5%

⚡수소 (H₂)

폭발성 ★★★

-253°C

비등점

0.071

비중

N/A

IDLH(질식)

• 공기보다 14배 가벼움 → 급속 상승 확산

• LFL~UFL: 4.0% ~ 75.0% (극넓은 가연범위)

• 점화에너지 0.017 mJ (정전기로도 폭발)

• Puff 모델 필수 → BLEVE/VCE 시나리오

🔵LNG (CH₄)

인화성 ★★

-162°C

비등점

0.450

비중

N/A

IDLH(질식)

• 극저온 유출 시 RPT(Rapid Phase Transition) 발생

• 해수면 Pool 형성 → 기화율 0.025t

• 가연범위: 5.0% ~ 15.0%

• 초기 냉각 증기 → 지표면 체류 후 상승

📊 물질별 AEGL/ERPG 기준 비교 (ppm, 1시간 노출)

기준

등급

🧪

NH₃

🧫

MeOH

⚡

H₂

🔵

LNG

AEGL-1

670

N/A

AEGL-2

160

2,100

N/A

AEGL-3

1,100

14,000

N/A

LFL (%)

15.0

6.0

4.0

5.0

※ H₂, LNG는 독성이 아닌 질식/인화성 위험으로 AEGL 대신 LFL/UFL, 과압(kPa) 기준 적용

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🌊 해양환경 특수 보정 인자

해풍·육풍 순환 보정 핵심 인자

해안에서는 주간(해풍)·야간(육풍) 풍향 전환 발생. 기존 가우시안 모델은 정상 풍향을 가정하므로, 풍향 전환 시점에서 플룸 방향 급변을 반영해야 함.
θ(t) = θ₀ + Δθ · sigmoid((t - t_shift)/τ)

해수면 거칠기 (z₀) 보정 중요

해수면은 육상 대비 표면 거칠기가 매우 낮음 (z₀ ≈ 0.0002 m vs 도시 0.5~2.0 m). Charnock 관계식 적용:
z₀ = α_c · u*² / g (α_c ≈ 0.011~0.018)

해수면 온도(SST) 영향 보조

해수면 온도가 기온보다 높으면 열적 불안정 촉진 → 수직 혼합 증가 → 지표 농도 감소. 반대로 SST < T_air이면 안정층 형성으로 농도 체류↑.

해상 대기경계층(MABL) 구조 중요

해양 대기경계층은 육상과 구조가 상이. 혼합고 300~800 m(육상 1~2 km)으로 낮아 확산이 억제될 수 있음. Fumigation 발생 시 지표 농도 급상승.

📈 확산계수 보정 비교 (σ_y at 1km)

P-G 원본

68 m

해양 보정

92 m

ALOHA

78 m

※ D등급(중립), 풍속 5 m/s, 풍하거리 1 km 기준

🔬 ALOHA vs 이문진박사모델 비교

ALOHA (EPA)

• 가우시안 플룸 기본
• 평탄 지형 가정
• 표면 거칠기 고정값
• 해양 특성 미반영
• 1차원 풍향 고정

이문진박사모델 (해양 보정)

• 가우시안 + 해양 보정
• 해안 지형 효과 반영
• Charnock z₀ 동적 계산
• 해풍/육풍 전환 반영
• MABL 혼합고 가변

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✅ 모델 검증 결과 — 실측 데이터 대비 정확도

검증 항목	ALOHA	이문진박사모델	실측값	오차율
NH₃ 최대 도달거리 (AEGL-2)	8.2 km	7.1 km	6.8 km	+20.6% / +4.4%
풍하 1km 지점 농도 (ppm)	245	198	187	+31.0% / +5.9%
MeOH 증기 확산 면적 (km²)	4.8	3.6	3.4	+41.2% / +5.9%
H₂ 가연성 구름 반경 (m)	280	235	220	+27.3% / +6.8%
LNG Pool 확산 직경 (m)	165	142	138	+19.6% / +2.9%

결론: ALOHA는 해양 환경에서 평균 20~40% 과대 예측 경향. 이문진박사모델은 해양 보정 인자 적용으로 평균 오차 ±5~7%로 대폭 개선. 특히 풍하 1km 이내 근거리 농도 예측 정확도가 현저히 향상됨.

📚 참고 문헌

이문진 외, "해양 HNS 사고 시 대기확산 예측을 위한 가우시안 모델의 해양환경 보정에 관한 연구", 한국해양환경·에너지학회지, 2014

이문진 외, "친환경 선박연료 해양 유출 시 대기확산 특성 연구 — 암모니아 기화율 모델링", KIOST, 2023

EPA, "ALOHA User's Manual", 2024

Pasquill, F., "The Estimation of the Dispersion of Windborne Material", Meteorological Magazine, 1961

Charnock, H., "Wind stress on a water surface", Q.J.R. Meteorol. Soc., 1955

유영현, "HNS 재난사고에 대한 해양경찰의 대응 방안", 한국위기관리논집, 9(11), pp.77-92, 2013

해양경찰청, "HNS 사고 국가 대비 대응 체제 선진화 방안 연구용역 최종보고서", 2011

김창겸·이문진 외, "해양산업시설 배출 위험유해물질(HNS)의 해양확산 수치모의", 한국해양환경·안전학회지, 30(s4), pp.42-51, 2024

장하용·이문진 외, "신속한 의사결정을 위한 HNS 사고이력관리시스템 설계 및 구현", 한국해양환경·안전학회지, 23(2), pp.168-176, 2017

박경애·이진호·박재진·김태성·이문진, "인공위성 원격탐사 기반 AI 활용 위험·유해물질(HNS) 탐지 기술 개발", 한국해양환경·에너지학회 추계학술대회, pp.125-126, 2025 — HNS의 열적외선 스펙트럼 수집·분석, Sentinel-2 광학위성 영상에 AI 기법을 적용하여 HNS 탐지·분류, 스펙트럼 기반 분석 방법과 비교 검증. 해양수산부 지원(RS-2023-00254781)

오진덕·김주영·이득재·김용명·최훈·이문진, "다항목 HNS 데이터의 실시간 취득 및 AI를 활용한 결측값 실시간 처리 기술 개발", 한국해양과학기술협의회 공동학술대회, pp.85-86, 2024 — LSTM(Long Short-Term Memory) 순환 신경망으로 HNS 시계열 데이터의 결측값을 예측·보정하는 방법 연구, 다양한 모의 자료로 성능 비교·검증. 해양수산부 지원(RS-2021-KS211535)

💡 시스템 적용 방안

WING 시스템은 기본 ALOHA 엔진 위에 이문진박사모델 해양 보정 모듈을 레이어로 적용하여 두 모델의 결과를 동시에 제공합니다. 사용자는 보수적 예측(ALOHA)과 정밀 예측(이문진박사모델)을 비교하여 의사결정할 수 있습니다.

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⚡ 실시간 모델 비교 시뮬레이션

물질

유출량 (kL)

풍속 (m/s)

안정도

기온 (°C)

SST (°C)

ALOHA (EPA)

3.8 km

AEGL-2 도달거리

면적
12.3 km²

최대농도
520 ppm

이문진박사모델 (해양보정)

2.9 km

AEGL-2 도달거리

면적
8.4 km²

최대농도
410 ppm

차이 분석

-23.7%

도달거리 감소율

면적차
-31.7%

농도차
-21.2%

⚡ 실시간 비교 결과: 해양 환경에서 ALOHA의 과대 예측 경향이 확인됩니다. 이문진박사모델은 해수면 거칠기(z₀), MABL 높이, SST-기온 차이를 반영하여 보다 현실적인 확산 범위를 산출합니다. 대피 구역 설정 시 ALOHA 결과를 보수적 기준으로, 이문진박사모델을 현실적 기준으로 병행 활용을 권장합니다.

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🌐

WRF-Chem 모델 상세

Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry

구성 요소

WRF (기상) v4.x

비정수압(non-hydrostatic) 중규모 기상 모델. 3차원 바람장, 기온, 습도, 대기경계층 구조를 역학적으로 계산. 중첩 도메인(nesting)으로 해상도 1km까지 구현 가능.

Chem (화학) Online

기상 모델과 동일한 시간 스텝에서 화학종의 이류(advection), 난류확산(diffusion), 건·습침적(deposition), 화학반응을 동시에 계산. Offline 방식 대비 정확도 향상.

결합 효과 Feedback

화학물질의 복사 효과가 기상장에 되먹임(feedback). 예: 대량의 에어로졸 방출 시 일사량 변화 → 대기안정도 변화 → 확산 패턴 변화.

HNS 사고 적용 시 장점

3D 확산 모의: 연직 방향 확산까지 포함한 정밀 농도장 계산. 고층 대기로의 확산과 fumigation 효과 반영

비정상류 대응: 풍향 전환(해풍↔육풍), 돌풍, 전선 통과 등 시변 기상 조건을 실시간 반영

복잡 지형 반영: 해안 절벽, 항만 구조물, 인접 도시의 건물 효과를 지형 데이터로 반영

장기 모의: 24~72시간 예측으로 사고 수습 계획 및 장기 피해 평가 지원

⚠ 계산 비용: WRF-Chem은 가우시안 모델 대비 계산 시간이 100~1,000배 소요. 초기 대응에는 가우시안 모델, 정밀 분석에는 WRF-Chem으로 이중 운용 전략 적용.

🌊

ROMS 해양확산 수치모의 검증 결과

김창겸·이문진 외 (2024), 한국해양환경·안전학회지 Vol.30

정확도 75~96%

📐 Nesting 격자 구성

영역	격자크기	시간간격	수직층
광역 (일본·대만 포함)	0.05°	5분	20층
중간역 (한반도 해역)	0.01°	1분
상세역 (5개 우심지역)	0.002°(≈200m)	12초

🔗 입력 데이터

ERA5 기상(기압·풍속·기온)

HYCOM 수온·염분·유속

TPXO9 조위 15개 분조

WAMIS 5대강 일별유량

✅ 페놀 관측-모델 비교 (인천·평택·대산)

관측점	관측(mg/L)	모델(mg/L)	정확도
IC01(인천)	0.0160	0.0167	95.32%
IC03(인천)	0.0240	0.0256	93.45%
PT01(평택)	0.0215	0.0235	90.55%
PT02(평택)	0.0200	0.0249	75.57%
DS01(대산)	0.0040	0.0042	95.88%
DS03(대산)	0.0130	0.0145	88.60%

※ 현장조사: 2023.06.27~28 / 전체 10개 관측점 모두 모델 범위 내 관측값 위치

인천 표층 최대농도

0.1089 mg/L

인천 저층 최대농도

0.3822 mg/L

표층 대비 3.5배 ↑

평택·대산 저층 최대

0.1916 mg/L

핵심 발견: 페놀은 Sinker 특성으로 저층에서 농도 축적이 두드러짐 → 표층 모니터링만으로는 불충분, 저층까지 포함한 3D 모니터링 필수. 기존 입자추적 방식의 장기 모의·농도 계산 한계를 ROMS 농도확산모델이 해결. Opendrift(노르웨이 기상청)와 Cedre(프랑스) 실험 결과로 HNS 거동특성 검증 완료.

🏭 지역별 해양산업시설 폐수 방류 현황 (10년 평균)

울산

414,620

m³/일

1,037개소

여수

124,890

m³/일

382개소

인천

91,658

m³/일

3,073개소

광양

86,395

m³/일

253개소

평택

85,475

m³/일

781개소

대산

65,101

m³/일

246개소

부산

38,292

m³/일

469개소

※ 1종 사업장(2,000m³/일 이상) 하루 평균 페놀 배출량: 21.847 kg — 총 882개소 합계 31.851 kg/일 (KOSIS·NICS 2021)

⚠ 현재 한계점

입자 추적 방식의 한계

기존 라그랑지안 입자 추적 방식은 장기간 모의가 어렵고 정확한 농도 계산에 한계가 있음. 입자 수가 부족하면 통계적 노이즈 발생, 과다하면 계산량 폭증.

대용량 데이터 전송

외부 DB(기상청, 해양예보 등) 연동 시 대용량 데이터의 실시간 전송에 대한 신속성 확보 과제. 특히 WRF-Chem 입력 데이터는 수십 GB 규모.

물질 다양성

HNS 6,000+ 종 전체에 대한 물리화학 거동 DB 부족. 많은 물질이 실험 데이터가 없어 유사 물질의 추정치를 사용하고 있음.

해양 환경 특수성

해수 온도에 따른 증발률 변화, 파랑에 의한 스프레이 효과, 선박 구조물에 의한 Wake 난류 등 해양 고유 현상 반영 미흡.

🚀 발전 방향

ROMS 해양 수치모델 도입 ✅ 검증완료

김창겸·이문진 외(2024) 연구에서 ROMS 기반 페놀 해양확산 수치모의 검증 완료. Nesting 기법(광역 0.05°→중간역 0.01°→상세역 0.002°/약200m)으로 5개 집중우심지역(인천·평택·대산·여수·울산) 고해상도 구축.
경계조건: ERA5(기상) + HYCOM(해양) + TPXO9(조위 15개분조). 한국 5대강 + 중국 황하·양쯔강 하천유입 반영.
현장검증 정확도: 75.57%(PT02) ~ 95.88%(DS01) — 10개 관측점 전체에서 모델 최대·최소값 범위 내 관측값 위치 확인.

AI/ML 기반 신속 예측 연구중

WRF-Chem 시뮬레이션 결과를 학습한 서로게이트 모델(Surrogate Model)로 수초 내 근사 예측. 초기 대응 시간 단축과 정확도를 동시 확보.

실시간 데이터 파이프라인 개발중

조화상수 DB 기반 빠른 예측 + 스트리밍 기상 데이터 파이프라인 구축. 외부 DB 연동 시 데이터 압축·캐싱으로 전송 병목 해소.

HNS 블랙박스 시스템 고도화 목표

사고 자동 감지 → 물질 자동 식별 → 확산 예측 → 대피 명령까지 전 과정 자동화. 센서 네트워크 + AI 물질 식별 + 가우시안/WRF-Chem 이중 엔진으로 구성.

📚

HNS 대기확산·위해성 평가 관련 국내 논문

위해성 관리 · 초동대응 · 사회경제 민감자원 · 플랫폼 개발 · 재난관리 체제

① 해상 위험·유해물질(HNS) 관리 우선순위 선정에 관한 연구

KRISO

김영윤·김태원·손민호·오상우·이문진 — 해양환경안전학회지 Vol.21 No.6, pp.672-678, 2015

EURAM/CRS-KOREA II 기반 위해성 스크리닝 시스템 개발. Risk = Toxicity × Exposure 프레임워크로 585종 유해액체물질 평가. 인체위해성(급성·만성·발암·기타독성)과 수생태위해성을 해상운송량·잔류성(BCF)·인화점·증기압과 결합하여 점수화. 상위 20종 우선관리물질(Aniline, Acrylonitrile, Phenol, Coal tar 등) 도출. GESAMP 위해도 평가 기준 적용.

위해성 우선순위 585종 유해액체물질 GESAMP 기준 이문진 공저

② 해양 유류유출 오염으로 인한 사회·경제적 민감자원 선정 및 지수화 방안

KEI

노영희·김충기 — 환경영향평가 Vol.25 No.6, pp.402-413, 2016

NOAA ESI 가이드라인 기반 한국형 사회·경제적 민감자원 분류체계 구축. 수산물 획득·인구·토지이용·관리지역·문화유산/관광지 5개 지표를 각 100점 환산(총 500점) 통합지수 산출. 연안 74개 시군구 단위 공간분석. McLaughlin et al.(2002) 삼각도표, Fattal et al.(2010) SEv 공식 등 해외 지수화 기법 비교. HNS 사고 시 피해 평가 프레임워크로 확장 가능.

ESI 민감자원 통합지수 500점 74개 시군구 김충기 공저

③ 해양 HNS 유출사고 초동대응의 시스템 다이내믹스 모형 개발 연구

KAIST

류제완·김남균·박희경 — 한국방재학회논문집 Vol.17 No.4, pp.307-315, 2017

해양경찰청 HNS 대응 매뉴얼 기반 시스템 다이내믹스(SD) 모형 구축. 초동대응 4개 행위(HNS 탐지·의사결정·파공봉쇄·펜스전장) 인과지도 작성. 안전장비 수준이 DB 수준보다 대응역량에 더 큰 영향 — 접근성(Accessibility) 상한계 결정. Two-step 전략(초동대응 기동선단 ETF) 도입 시 15% 대체 → 전체 대응시간 9.5% 단축(116→105분), 90분간 유출량 80.78톤 감소(약 20억원 경제효과).

SD 시뮬레이션 초동대응 골든타임 ETF Two-step MARITIME MAISIE 사례

④ 상시배출되는 HNS의 해양환경 영향평가를 위한 해외 사례 분석과 국내용 플랫폼 개발 연구

KEI+KRISO

여보현·김진호·김태윤·맹준호·이문진·김태성 — 해양환경안전학회지 Vol.29 특별호, pp.8-17, 2023

NOAA CAMEO/CAFE · EU MARINER/Bonn Agreement 플랫폼 비교 분석 후 국내용 HNS 해양환경 영향평가 플랫폼 구축. 광역(5.4km)→중간역(1.8km)→상세역(80~110m, 여수) 3단계 격자. 유속 벡터 전처리 모듈, HNS 유출량·확산범위 동적 시각화, 연안환경 영향평가 + 사회경제 영향평가 GIS 모듈 구현. SEBC 거동분류(G/E/F/D/S) 기반 물질 관리. 5대 항만(여수·부산·인천·평택/대산·울산) 대상.

국내용 플랫폼 CAMEO/MARINER 비교 SEBC 거동분류 이문진 공저

⑤ HNS 재난사고에 대한 해양경찰의 대응 방안

군산대

유영현 — 한국위기관리논집 제9권 제11호, pp.77-92, 2013

허베이스피리트호 사고를 계기로 외국(미국·유럽) HNS 방제시스템과 한국 체제를 비교 분석. 통합지휘 및 협업체제 구축, HNS 방제장비 강화 및 효율적 배치, CAMEO/ALOHA/MARPLOT 기반 대응정보 지원체계 구축, 68종 중점관리대상물질의 체계적 관리를 제안. 미국 NRT/NSF 통합대응체제와 한국의 분산관리방식을 비교하여 ICS(통합지휘시스템) 도입 필요성 강조. 2006~2010년 국내 HNS 유출사고 13건 분석, 항만별(울산·여수·대산) 화재·폭발·누출 위험도 매트릭스 제시. OPRC-HNS 의정서(2008.4 발효) 국내 이행 현황 정리.

재난관리 체제 CAMEO/ALOHA ICS 통합지휘 OPRC-HNS 의정서

⑥ 상시배출되는 HNS의 해양환경 영향평가를 위한 해외 사례 분석과 국내용 플랫폼 개발 연구

KEI+KRISO

여보현·김진호·김태윤·맹준호·이문진·김태성 — 해양환경안전학회지 Vol.29 특별호, pp.8-17, 2023

NOAA CAFE(Chemical Aquatic Fate and Effects) DB(32,377종 거동·4,498종 화학물질 데이터)와 CAMEO Suite, EU MARINER 플랫폼(119건 HNS 유출사고·187종 물질 DB) 및 Bonn Agreement 체계를 비교 분석. SEBC 거동분류(G/E/F/D/S) 기반 물질 분류 체계 적용. 국내용 HNS 해양환경 영향평가 플랫폼 프로토타입 개발: 광역(5.4km)→중간역(1.8km)→상세역(80~110m, 여수) 3단계 Nesting 격자 구성, 유속 벡터 전처리 모듈, HNS 유출량·확산범위 동적 시각화, 연안환경 영향평가 + 사회경제 영향평가 GIS 모듈 구현. 5대 항만(여수·부산·인천·평택/대산·울산) 확대 적용 계획.

CAFE·CAMEO 비교 MARINER 플랫폼 SEBC 거동분류 이문진 공저

📅 WING 시스템 HNS 모델 로드맵

✅ Phase 1 (완료)

가우시안 모델

ALOHA + Lee 해양보정
6,000+종 HNS DB
AEGL/ERPG 기준 자동 적용

🔧 Phase 2 (진행중)

WRF-Chem 연동

3D 확산 모의
비정상류 기상 반영
해양-대기 결합 모의

🔬 Phase 3 (계획)

ROMS + AI 융합

해양 수치모델 결합
ML 서로게이트 모델
실시간 데이터 파이프라인

🎯 Phase 4 (목표)

자동 블랙박스

사고 자동감지→예측→대응
센서+AI 물질식별
전 과정 무인 자동화

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HNS 대기확산 모델 이론 및 검증

WRF-Chem · Gaussian Plume/Puff · ROMS · 해양환경 보정 — Based on Lee Moon-Jin et al.

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