Special Features 재난 ( 위기 ) 극복형과학기술 Special Features l 해양재해 재난대응에기여하는해양과학기술 _ 전기천한국해양과학기술원책임연구원 / 전봉환한국해양과학기술원부설선박해양플랜트연구소책임연구원 2 한반도에서의합리적지진대비방향 _ 선창국한국지질자원연구원지진연구센터책임연구원 3 방사능재해 _ 정승영한국원자력안전기술원원자력비상대책실장 4 국민이안전한건축화재안전정책 _ 여인환한국건설기술연구원화재안전연구센터연구위원 5 홍수와더불어살기는가능한가?_ 김원한국건설기술연구원하천해안연구실장 THE SCIENCE & TECHNOLOGY 38 6 과학기술계사이버위기대응의최전선에서 _ 송보연한국과학기술정보연구원과학기술사이버안전센터선임연구원
재난 ( 위기 ) 극복형과학기술 2014년 4월 16일 세월호침몰 이라는비극적인사고가발생하였다. 연이은도심지하철추돌, 대형복합몰화재등사고소식에국민들의근심이커져가고있다. 과학기술계도현대에일어나는대형사고에서자유로울수없다. 국가적차원의재난 위기상황발생시종합적이고체계적인대응방안을마련해야한다. 국민안전을위한재난 재해대비과학기술성과와역할, 활용에대해알아본다. 2014 + 06 과학과기술 39
Special Features 재난 ( 위기 ) 극복형과학기술 01 02 해양재해 재난대응에기여하는해양과학기술 03 해양재해 재난대응에기여하는해양과학기술해양재해대응하는 운용해양예보시스템 과해저로봇 크랩스터 CR200 THE SCIENCE & TECHNOLOGY 40 글 _ 전기천 한국해양과학기술원책임연구원 kcjun@kiost.ac 글쓴이는서울대학교기상학과졸업후동대학원에서석사학위, 박사과정을수료했으며운영해양시스템연구에참여했다. 글 _ 전봉환 한국해양과학기술원부설선박해양플랜트연구소책임연구원 bhjeon@kriso.re.kr 글쓴이는부경대학교기계공학과졸업후동대학원에서석사학위를, 충남대학교에서박사학위를받았다. 다양한무인잠수정개발에참여했으며현재 다관절복합이동해저로봇개발 과제연구책임자로해저로봇크랩스터를개발하고있다. 2014년 4월 16일인천에서제주를운항하던세월호가전라남도진주앞바다맹골수도에서침몰하여, 300명이넘는사망또는실종자가발생하는비극적인사고가발생하였다. 세월호침몰사고에서나타난바와같이사고해역주변의해양환경에대한관측자료가없는상황에서초기대응전략의수립이나수색구조에필요한정보를신속히제공하는시스템의필요성이매우중요함을알수있다. 해양환경변동및예측정보시스템 운용해양예보시스템 (KOOS) 운용해양예보시스템 (KOOS, Korea Operational Oceanographic System) 은해양에서의다양한변화요소, 즉파도, 조석, 조류, 해류, 수온, 염분등의여러해양환경변동에대한현재상황및미래의예측정보를생산하는시스템을말한다. 2007년 12월 허베이스피리트 (Hebei Spirit) 호의유류유출로인한오염사고로발생한서해안의환경대재앙사건이후, 우리연안과해양에서오염물질과적조의확산 이동양상을예측하고해난사고시수색구조에필요한정보를제공해연안재해에대응하며, 연근해어로작업, 안전항해, 군작전, 연안 항만공사, 해양레저등다양한해양활동을지원하기위한해양예보시스템을구축하고운용하는기술을개발하는것이시급하다는인식을하게됐다. 이에해양수산부에서는해양예보시스템을구축하기위한단계별실천계획을수립하고, 2009년 8월에한국해양과학기술원 (KIOST) 에서는운용해양예보시스템인 KOOS의연구개발에착수해 2013년 7월까지 1단계연
04 05 06 구를수행했다. 1단계연구를통해서우리해역에서처음으로실시간해양관측 ( 인공위성원격탐사포함 ) 과수치모델링기술을결합하여기상외력에서부터활용예보에이르기까지체계적으로연계된운용해양예보시스템 (KOOS) 을개발 구축해현재시범운영단계에있다. 운용해양예보시스템 (KOOS) 은아직시범운영단계지만그간천안함사고를비롯한재난발생시에수색구조및오염물질확산예측정보를제공해왔으며, 금번세월호사고시에도사고해역의조류, 파고, 수온등의해황정보뿐만아니라실종자의수색구조영역을예측하는데에많은도움을주고있다. 해양수치모델과연계한해양예측정보로해양환경예측운용해양예보시스템은인공위성원격탐사자료를포함해현장에서의각종플랫폼으로부터실시간으로얻은해양관측자료를각종해양수치모델과연계 결합하여생산되는해양예측정보를바탕으로수색구조, 유류유출, 적조등을예측하는시스템이다. 운용해양예보시스템은해양모델의입력자료산출에필요한해양기상예측시스템을비롯하여해양순환, 파랑및폭풍해일, 조석및조류, 풍성류등각종해양예측시스템과주요항만및연안국지에서 300m의해상도로해양정보를산출하는항만해역통합예측정보시스템, 수색구조및유류유출확산예측시스템등을포함하고있다. 해양기상예측모델로는 WRF(Weather Research and Forecasting) 를사용해한반도연안과인근해역을대상으로각종해양예측모델에필요한해상풍, 해면기압분포등의기상정보를산출하고있으며, 해양순환모델인 ROMS(Regional Ocean Modeling System) 와 MOM (Modular Ocean Model) 을이용해황해 동중국해및동해의지역해양에대한 3차원해수순환예측시스템도만들었다. 이시스템으로부터해류, 수온, 염분등의변동상황과예측정보 1. 운용해양예보시스템 (KOOS) 의주요구성요소. 해상상태, 해양기상, 3 차원해양순환에대한예측 ( 기본예보 ) 은물론이고유류오염확산, 레저관광등에대한응용예보가가능하다. 2014 + 06 과학과기술 41
Special Features 재난 ( 위기 ) 극복형과학기술 01 02 해양재해 재난대응에기여하는해양과학기술 03 를생산해연안국지모델의외해경계에대한입력정보로사용하고있다. 그리고우리나라주변해양및연안에서의파랑과폭풍해일예측시스템을구축했고, 이들로부터태풍내습시고파랑및해일예측, 연안지역의침수범람등과같이연안재해를방지하고피해를줄이기위한정보, 해안침식이나해수욕장에서의이안류를예측하기위한해양환경정보를제공할수있다. 또한연안에서고해상도로조석, 조류, 풍성류를예측하는시스템을 MOHID(MOdelo HIDrodinamico) 모델을기반으로구축했다. 이러한예측시스템을통해기본적인해양환경요소의현황및 72시간예측정보를 1일 2회자동으로생산하는시스템을구축했으며, 이를활용해유류오염이동확산예측시스템, 수색구조시스템, 항만해역통합예측정보시스템등의예보시스템을마련해시범운용하고있다. 예를들어주요항만에서항해안전을지원하기위한항만해역통합예측정보시스템인 I-MAPS(Integrated-MAritime Prediction System) 을수립해주요 6개항만해역에서시범운영하고있으며, 특히수색구조및유류오염이동확산예측시스템은 PC에서도가동할수있도록간단한표출시스템을구축하여해양경찰청에서도시범적으로운용할수있도록하였다. 세월호구조환경예측정보제공한국해양과학기술원에서는지난 4월 16일세월호침몰사고가발생한직후인 11시 45분에운용해양예보시스템에서생산된정보를바탕으로 1차보고서를작성하여해양경찰청에제공하였다. 초기에는인터넷매체를통해사고에대한정보를취득했으며, 모델수행에필요한정확한사고위치는 10시 45분경에해양경찰청에서제공받을수있었다. 많은승객들이구명조끼를착용한채바다에뛰어내렸다는보도자료에의거해수색구조모델의수행조건을설정하였다. 즉, 표류자들이해수면위로떠있는상태로해류, 조류의영향뿐만아니라바람의영향을상당히받은것으로가정하였다. THE SCIENCE & TECHNOLOGY 42 2. 1 차보고서에수록된사고발생 48 시간후 (4 월 18 일 10 시 ) 의표류위치예측도 ( 빨간점은최종위치이며회색점은이전시간의위치를나타냄 ) 3. 유류오염확산범위예측도
04 05 06 여기서사용된해류및조류의자료는 MOHID 모델 에서산출됐으며, 바람자료는 WRF모델에의해산출된자료를사용하였고, 사고발생시각으로부터최대 48시간후까지표류위치를예측하였다. 예측된자료는지도상에그림으로표출하고 30분간격으로위경도좌표와확률반경을제시하였다. 또한유류유출에대한정보는연료탱크에남아있는 200kl의유류가 40시간동안유출되는것으로가정하여 60시간후까지의확산범위를예측하였다. 1차보고서에서표류위치가바람의영향을많이받는것으로나타났기때문에, 바람자료의정밀도를 20km해상도에서 4km의해상도로향상된자료를사용하여표류위치를재산정해 16일오후 6시에 2차보고서를발표하였다. 17일 10시에발표한 3차보고서부터는사고지역에서의원활한구조활동과대형크레인을이용한인양작업에참고할수있도록사고해역의기상 ( 바람 ), 해상상태 ( 파랑, 유속, 조위 ) 예측정보를제공하기시작했으며, 2km의해상도로산출했던조류와파랑자료를 300m의해상도로산출하기시작하였다. 특히조류자료는잠수사들이 0.5m/sec 이하의정조시에맞추어작업수행계획을수립하는데많은도움을주었다. 이후 19일까지는최소 12시간마다 9차보고서까지발표했으며, 20일이후부터는매일한번씩보고서를발표하고있다. 4. 사고지점의예측유속 ( 실선 ) 과관측자료 ( 빨간점 ) 의비교. 점선은작업가능유속. 화살표는유향을나타냄. 세월호선체인양시필요한정보제공조류모델의신뢰성을확보하기위해해양조사원에서는사고해역에해류관측기기를설치하였다. 일반적으로조위보다조류의예측이어려움에도불구하고운용해양예측시스템에서산출한조류의예측은관측자료와상당히일치하고있어서표류위치의예측이상당한신빙성을갖고있음을확인하였다. 그러나표류위치의예측범위가나날이넓어짐에따라 4월 29일이후부터는수색을효과적으로수행하기위한수색영역을표출하기시작하였다. 즉, 실종자가선박에서이탈되는날짜에따라표류되는범위가다르게나타나므로, 이를반영한수색영역을나타내었다. 운용해양예측시스템은세월호사고초기에는구난을위한표류위치예측에초점을맞추었으며, 그이후에는선박내의실종자수색을위한잠수사의활동을지원하는데필요한사고지점의조류, 파랑, 수온등해양환경예측에초점을맞추었다. 또한기름유출에대응하여유류오염확산범위를예측하고실종자의유실에대비한수색영역설정등구난상황의변화에대응하여즉각적으로필요한정보를제공해왔다. 또한, 향후선체인양이실시되면인양시필요한자료를지속적으로제공할예정이다. 슈퍼컴으로해양예측정보생산시스템구축해야이와같이세월호와같은국가적인재난상황에필요한정보를즉각적으로생산할수있는것은기상및해양요소의예측모델을종합적이고체계적으로구축하여현업에운용하는것을목표로하고있는운용해양예보시스템의 1단계구축이성공적으로수행되었기때문이다. 2014 + 06 과학과기술 43
Special Features 재난 ( 위기 ) 극복형과학기술 01 02 해양재해 재난대응에기여하는해양과학기술 03 5. 선박에서이탈되는날짜에따른실종자표류범위 본연구사업은 2단계연구가 2013년 10월부터 6년간수행될예정이다. 1단계에서개발 수립된시스템을국가해양관련기관에서실제현업에활용할수있도록예보정확도를향상시키며시스템을고도화하는한편, 이와관련된예측기술을현업기관으로이전하고, 1단계에서다루지못했던적조의이동확산을예측하기위한시스템을개발하며현업에서운용하는것을목표로하고있다. 재해 재난사고가발생할때신속하게정확도높은해양환경정보와예측정보를제공하기위해서는현장에서의실시간해양관측과수치예측모델, 원격탐사등각기술을상호연계 결합하고체계적인해양예측정보를슈퍼컴으로신속하게생산할수있는시스템이요구된다. 따라서여러해양관련기관에서수행하는관측을체계적으로운용할수있도록개선하고신속한모델수행을위한슈퍼컴도입에많은투자가이루어지기를기대한다. 바다대부분잠수사들이접근못해이번세월호사고에서다시한번드러났지만, 선박이침몰할경우초동구조와탐색의중요성은아무리강조해도지나침이없고, 이일을하는데아직잠수사를능가하는장비는없다. 가장빨리현장에투입될수있으며시각, 촉각, 청각으로복잡한선체내부를탐색할수있고, 장애물을헤치고목표물을찾아올수있다. 예측하지못했던돌발적상황에합리적판단으로즉각대응할수있고, 필요할때마다적절한도구를활용해작업한다. 그러나잠수사들의안전또한보장돼야하고, 아직은잠수사들이접근할수없는곳이전체바다의대부분을차지한다는데문제가있다. 스쿠버장비를이용할경우무감압잠수한계수심은 40m이고, 무감압잠수체류시간은 5분이내이다. 또한 10 이하의수온이나 1노트이상의유속에서는잠수를피하도록하고있다. 해수표면위에서생명줄을통해공기를공급받는표면공급잠수의경우 60m까지잠수가가능하고, 산소와헬륨혼합기체를사용할경우, 60~100m 수심까지잠수한다. 그러나잠수사들은질소마취, 기체색전증, 감압병, 저체온증등잠수병의위험에항상노출돼있다. 특히우리나라의서해안과남해안은세계에서도보기드물게조속이빠르고물이혼탁하며수온차가커서잠수사들에겐늘위험하다. THE SCIENCE & TECHNOLOGY 44 해저수색에최적화된해저로봇 크랩스터 CR200 그래서개발된것이바로게 (Crab) 와가재 (Lobster) 의영문을혼합해서이름붙여진수중로봇 크랩스터 (Crabster) CR200 이다. 해양수산부의지원으로 2010년부터개발중인크랩스터는 200m 해저까지내려갈수있으며수온에관계없이하루 24시간체류할수있다. 특히, 기존의수중로봇과는달리여섯개의다리로해저에서보행이동함으로써조류환경에강한한편, 계측장비들에게는안정한위치와자세를제공한다. 고해상도스캐닝소나를이용하여혼탁한해저에서 150m 반경이내의물체도탐지할수있고, 초음파카메라를이용하여전방 15m 이
04 05 06 6. 크랩스터 CR200 에장착된장비 ; 조류극복에유리하도록유선형몸체와여섯개의다리로음성부력의몸체를지지하며걸어서이동한다. 혼탁한시계를극복하기위해초음파카메라와스캐닝소나등의음향장비를탑재하고있다. 7. 세월호선체의수중촬영을마치고인양되는크랩스터 CR200; 4 월 23 일 20 시 30 분부터약 2 시간 30 분동안세월호북서쪽 100~70m 지점에서침몰한세월호의선체를스캐닝소나를이용해촬영했다. 내의동영상촬영도가능하다. 또한총 10대의광학카메라로주변을촬영하고수심 온도 전도도 수층별유속등의데이터를실시간수집제공한다. 여섯개의다리중앞의두다리는 7관절로이루어져로봇팔기능을겸하고있어필요시안쪽에접혀있던로봇팔을펼쳐샘플채취작업도한다. 길이는 2.45m, 폭 2.43m, 높이 1.3m 이고공기중중량이약 650kg이며수중에서는 150kg정도지만장착되는장비에따라가변적이다. 선상의원격제어실과진수인양장치, 그리고해저로봇크랩스터가하나의시스템으로운용된다. 기대에못미친인명구조지원크랩스터는아직선내로진입하여인명을직접구조해낼정도로지능적이지못하고, 철판을뚫고선내진입통로를개척할수있을정도로강력한힘은없다. 하지만, 조류가있는혼탁한해저의탐색과수색에는최적화되어있다. 이번세월호탐사에처음으로투입되어스캐닝소나로세월호의선체를촬영하고주변해저에서발견된물체들을초음파카메라로식별해내기도했지만, 이런크랩스터의장점이잠수사의인명구조활동지원에는충분히활용되지못해큰아쉬움이남는다. 사람이든로봇이든대자연의힘을이길수는없다. 3m가넘는파도와 8노트가넘는조류에대형바지선의닻줄이끊어지는환경을작은로봇이견딜수는없다. 더욱이모든면에서인간잠수사를능가하는구난로봇은영원히있을수없다. 현재의크랩스터 CR200은잠수사들의한계, 즉수심, 수온, 조류, 시정, 체류시간의한계를조금더넓히는, 그것도자연이허락할때만가능한작은로봇일뿐이다. 사고현장과팽목항에서크랩스터와함께머문 20일동안인명과과학기술, 그리고구조장비와크랩스터에대해깊이생각했다. 가슴아픈이사고의소중한경험과교훈으로과학기술은인명구조에한걸음더다가가야한다. 잠수사들을대신해서침몰선체의철판을뚫고, 문짝을뜯어낼정도로강력한중작업용크랩스터가필요할것이란예전의생각은확신으로굳어져만간다. 2014 + 06 과학과기술 45