백두산 분화의 전조현상 및 일본 화산의 지속적인 활동으로 인하여 화산재 확산으로 인하여 발생할 수 있는 재난에 대한 위협이 지속적으로 제기되고 있다. 이에 대한 대응을 위하여 국내에서도 화산재해대응시스템을 개발하여 활용하고 있는 실정이며 이에 대응하기 위한 연구의 일환으로 화산재 확산에 대한 확률적 공간 분포 분석이 연구된 바가 있다. 본 논문의 part1이라 할 수 있는 ‘백두산과 아소산 화산재 대기 확산의 확률적 공간 분포 분석’에서는 백두산과 아소산 두 개의 화산에 대하여 FALL3D 수치해석을 수행 하고 그 결과를 이용하여 대기 중 화산재 농도 및 퇴적 두께에 대한 분석을 수행한 바 있다. 본 논문에서는 백두산과 아소산 외에도 국내에 영향을 미칠 수 있는 총 5개의 화산에 대하여 해석기간 및 분석 범위를 확장하여 추가 연구를 진행하였다.

본 연구에서는 한반도 주변 화산분화 시나리오를 고려한 국내 농업시설물의 화산재 취약도를 구축하였다. 이를 구축하기 위하여 화산재 하중 통계치(평균, 표준편차)와 농업시설물 저항성능의 통계치를 통해 신뢰도 지수를 산정하는 FOSM(first-order secondmoment) 기법이 이용되었다. 화산재 하중 통계치는 화산재 확산 시뮬레이션인 FALL3D를 이용하여 백두산, 울릉도, 아소산에 대한 분화 시나리오를 고려하여 산정하였으며, 농업시설물의 저항성능 통계치는 농촌진흥청에서 제공하는 내재해형 비닐하우스의 설계 적설심을 통해 공칭 파괴강도에 기초하여 산정하였다. FOSM 기법으로 평가된 화산재 취약도는 연속적인 화산재 퇴적두께로 인한 파괴확률을 평가하기 위하여 GEV 누적분포함수의 모수 형태로 데이터베이스화하였다. 본 연구에서 구축된 농업시설물의 화산재 취약도는 분화 화산별(백두산, 울릉도, 아소산), 지역별(서울, 부산, 대구, 대전), 농업시설물별(07-자동화-01, 08-자동화-01, 10-자동화-01), 화산재 수분함유 상태별(습윤, 건조)로 각기 상이한 파괴확률을 평가하였으며, 추가적으로 구축된 농업시설물의 화산재 취약도를 비교·분석하여 최대/최소의 파괴확률 범위를 확인하였다.

2010년 에야피얏라흐요쿳(Eyjafjallajökull) 화산 분화에 의한 화산재의 확산은 유럽 전역의 항공기 운항을 중단시켰으며 전 지구적인 사회 및 경제적 관심을 불러일으켰다. 또한 국내에서도 한반도에 영향을 미칠 수 있는 주변 화산 분화 활동과 백두산 분화 전조현상에 대한 연구 활동이 꾸준히 진행되고 있다. 화산재 확산 예측은 기상데이터를 이용한 확산 수치 모형이 일반적으로 이용되는데, 기상데이터와 수치 모형의 불확실성을 줄이기 위한 방법으로 앙상블 분석이 주로 활용되고 있다. 본 연구에서는 오일러 방법 기반의 수치 모형에 의한 화산재 확산 해석을 유사한 기상장을 갖는 날짜에 대하여 수행했으며, 앙상블 분석을 통한 불확실성 감소 방법을 제시하였다. 특히 대부분의 앙상블 방법은 현장 관측데이터를 주요 데이터로 간주하는데 반하여, 화산재의 현장 측정은 얻기가 매우 어려운 상황이다. 그러므로 신뢰도 앙상블 평균(REA; Reliability Ensemble Averaging) 방법의 과거기간 시나리오의 모의 변수에 대 한 오차항을 배제하고 시나리오간 모의 변수의 평균 차이항만을 고려하여 화산재 확산 해석 결과만을 이용해 앙상블을 수행했으며 단순 모형 평균(SMA; Simple Model Averaging) 방법과 비교하여 불확실성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

최근 백두산 화산분화의 전조현상 증가로 인해 백두산 분화의 가능성이 지속적으로 제기되고 있으며 주변국인 일본의 화산 활동 또한 활발한 추세이다. 일본 화산 및 백두산으로부터 500km 이상의 거리에 위치한 우리나라의 경우 화산 분화로부터 근접 재해의 직접적인 위험은 없으나 화산재 확산에 의한 영향을 받을 가능성이 있어 이에 대한 대책 및 대응 방안 마련이 요구되고 있는 실정 이며 이에 대한 대응 방안 중 하나로, 화산재 확산 모델을 이용하여 화산재 입자의 공간분포 예측 및 대기 중 화산재 농도와 지표면의 화산재 퇴적 두께를 예측하는 방법이 있다. 본 연구에서는 화산재 확산 예측 모형에 의해 도출된 대기 중의 화산재 농도와 낙하 화산재 퇴적 두께를 이용하여 한반도 근역에 대하여 화산재 공간 확산 확률 및 낙하 확률 분석 기법을 제시하고 우리나라 17개 광역지자체에 대한 분석을 수행하였다.

본 연구에서는 강풍 위험 모델과 강풍 취약도 모델을 개발하여 옥외 광고물의 강풍 위험도를 정량적으로 평가하였다. 강풍 위험 모델과 강풍 취약도 모델 모두 확률론적 접근법인 몬테카를로 모사 모형을 적용하여 개발되었으며, 강풍 위험도 모델은 평가된 강풍 위험과 강풍 취약도의 수학적 계산을 통해서 평가되었다. 강풍 위험은 국내 내륙과 해안지역의 대도시인 서울과 부산 지역에 대하여 평가되었으며, 강풍 취약도 모델은 현장 조사와 문헌 조사를 통하여 파악된 10종의 벽면 이용형, 8종의 돌출형 옥외 광고물을 대상으로 개발되었다. 강풍 위험도에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위하여 지표조도구분, 옥외 광고물의 형태, 설치 지역, 설치 높이 등에 따른 강풍 위험도를 정량적으로 평가하였다. 본 연구에서 제안한 강풍 위험도 평가 방법은 강풍으로 인한 옥외 광고물의 손실 추정 및 피해 저감 대책 수립을 위하여 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

This study was conducted to report the census survey results of south Korean Chikso (Korean Brindle Cattle) distribution and to diagnose the current coat color expression patterns. Two years Chikso census showed that there were 2,413 Chikso in 2013 and 2,754 in 2014 in south Korea. Number of animals between 0 to 35 months of age was 1,632 heads in 2014 which comprised 59% of total Chikso population size. The percentages of animals between 36 ~ 71 months of age and over 6 years of age were 31% and 10% of total. Out of 2,416 animals with class numbers assessed by their coat colors, 1,249 heads (52%) were in group I (with black stripes, class no. 1 ~ 3) and the others (class no. 4 ~ 7) were in group II (1,167 heads, 48%). Among the 1,551 animals that were photographed twice in 2013 and in 2014, 226 animals were assessed different coat color class numbers, and round 90% of which were within the ages less than 48 months. The number of animals switched in coat color pattern groups over a year was 56, which was 3.6% of total number of animals on survey. And around 88% of the animals switched in group category was of the animals younger than 24 months of age. Therefore, we conclude that the coat color pattern becomes rather stable at around 24 months of age in Chikso populaion in south Korea.

소음공해를 방지하기 위한 방음시설물로서 도로, 철로 및 공항 주변에 설치되는 방음벽은 주로 외부에 설치되어 풍하중에 노출된다. 지속적이고 반복적인 풍하중은 방음벽의 피로를 야기하며 높은 풍속이 발생할 경우 붕괴되는 경우도 흔히 발생하고 있다. 본 논문에서는 반사형, 통풍형 등 방음벽의 유형별로 방음벽에 작용하는 풍하중의 발생 과정과 내풍성능 개선방안에 대해서 전산해석을 수행하였다. 통풍형 방음벽의 경우 수압면적이 감소한 것에 비하여 풍하중은 다소 낮은 6.76%의 감소율이 나타난 원인은 풍하면의 통풍공 주변에 발달한 국부적 부압으로 판단되었다. 추가적인 풍하중 저감을 위하여 박리에 의한 와류의 규모를 개선하기 위한 방안으로 상부에 슬릿을 설치한 결과, 최대 14.67%의 감소효과를 나타내었다. 또한 슬릿의 간격이 250mm일 때 15.41%로 풍하중이 감소율이 상대적으로 우수하였으며, 이는 방음벽 상단과 슬릿에 의한 기류의 상호작용이 와류의 규모와 발달에 영향을 미친 것으로 판단된다.

본 연구에서는 볼텍스 세퍼레이터 내부의 밀폐된 영역 내에서 발생하는 회전에 의한 입자상 물질과 유체의 분리 특성 파악을 위하여 전산유체역학을 이용한 수치해석을 수행하였다. 볼텍스 세퍼레이터는 접선방향 운동량으로 인해 회전유동이 발생하여 원심력과 중력으로 인한 입자상 물질과 유체의 분리가 이루어지므로 비정상 상태의 복잡한 흐름을 갖는다. 본 연구에서는 유한체적법 기반의 3차원 점성 유동장의 비정상 해석을 수행하였으며 이상유동의 해석을 위하여 오일러-오일러 모델을 이용하였다. 효율적인 설계를 위하여 세 가지 형태의 볼텍스 세퍼레이터 내부 구조에 대한 분석을 수행하였으며, 입자상 체적비, 입자 직경의 변화에 따른 분리 효율을 비교하였다. 또한 전산해석을 통하여 얻어진 분리성능을 확인하였으며 실험을 통한 검증을 수행하였다.

국내 서해대교, 인천대교와 같은 장대교량은 대부분 빈번하게 태풍에 의해 영향을 받는 해안에 위치하였으며, 교량의 길이가 긴 만큼 풍하중에 의한 영향이 다른 하중에 비해 상대적으로 크기 때문에 내풍 안정성을 확보하기 위해 정확한 설계풍속을 산정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 태풍의 기후학적 특성 인자로 중심기압깊이, 태풍이동속도, 태풍이동방향, 최단접근거리를 결정하였으며, 태풍의 기후학적 특성들의 확률 분포를 추정하고, 바람장 모형과 중심기압상승 모형을 적용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다. 분석결과, 대체적으로 제주도와 남해안 지역의 재현기간 풍속이 크게 나오며 고위도로 갈수록 작아지는 특징을 나타냈다. 이와 같은 특징이 나타난 가장 큰 원인은 고위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압이 저위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압보다 높기 때문으로 판단되며, 또한 우리나라에 해상에서 육지로 이동하면서 쇠퇴기를 겪어 점차 약해지기 때문인 것으로 분석되었다. 또한, 시뮬레이션 결과를 도로교 설계기준 100년 재현기간 풍속(10분 평균, 지상 10m, 지표조도 II)과 비교한 결과, 태풍시뮬레이션의 결과가 낮게 나타났으며, 이러한 점을 볼 때 도로교 설계기준의 기본 풍속이 높게 산정되어 있다고 판단되며, 기상자료 분석과 같은 추가적인 연구를 통해 기본풍속 조정에 대한 연구가 수행 되어야 할 것으로 사료된다.

최근 강풍으로 인한 옥외광고물의 파손 및 추락으로 인해 불특정 다수에게 인적 및 물적 피해를 야기하고 있다. 옥외광고물은 사유시설과 공공시설물의 성격을 모두 갖기 때문에 옥외광물로 인한 피해를 저감하는 것은 개인의 노력뿐 아니라 제도 및 규정을 통해서도 이루어져야한다. 이러한 피해는 강풍에 취약한 옥외광고물의 내풍설계 기준의 미비가 가장 큰 요인으로 인식되고 있어 본 연구에서는 옥외광고물의 내풍설계 표준을 제시하였다. 이를 위해 풍속에 영향을 주는 옥외광고물 설치위치의 주변 풍환경이나 높이, 설치위치 등 풍속과 관련한 요소를 반영하였으며, 건축구조기준 2015(안)의 기본풍속도와 풍속보정 절차에 의한 풍하중 산정 과정을 제시하였다. 이 과정에서 공학적 판단이 요구되는 옥외광고물 설치위치 주변의 지표조도구분 및 지형계수 평가에 대해 정략적으로 적용할 수 있는 기준을 제시하였다. 또한 비전문가 관점에서 적용하기 용이하도록 가능한 단순화된 정량화 절차를 제시하였다.

본 연구에서는 노지작물과 시설작물에 대하여 화산재 퇴적으로 인한 취약도를 개발하고, 화산재 확산 시나리오를 기초로 농작물의 생산량 손실을 평가하였다. 노지작물에 대한 화산재 취약도는 2006년 인도네시아 머라피(Merapi) 화산분화 시 관측된 농작물의 피해영향 자료에 기초하여 평가되었으며, 시설작물에 대한 화산재 취약도는 신뢰도 지수 기반의 FOSM(first-order second-moment) 기법을 이용하여 농림축산식품부에서 제공한 내재해형 비닐하우스에 대하여 평가되었다. 또한, 화산재 확산 및 퇴적두께를 예측할 수 있는 FALL3D 모델과 WRF(weather research and forecasting) 모델을 연계하여 화산재 확산 시나리오를 모의하였다. 본 연구에서는 이들 화산재 취약도와 화산재 퇴적두께 모의 결과를 기초로 하여 충청남도 지역에서 재배되는 수박과 딸기에 대한 화산재 퇴적에 따른 생산량 손실을 추정하였다. 본 연구에서 개발한 화산재 취약도 및 손실 평가 알고리즘은 추후 한반도 주변 화산분화 시 피해예측 및 경감을 위하여 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 태풍 동반 강풍으로 발생한 피해를 예측하기 위하여 강풍 위험도 평가 모델을 개발하고 위험도를 평가하였다 . 강풍 위험도 평가 모델은 강풍 위험 모델과 강풍 취약도 모델의 합성곱을 통하여 개발되었으며, 강풍 위험과 강풍 취약도 모델은 모두 확률기반의 몬테카를로 모사 기법을 이용하여 개발되었다. 강풍 위험도는 아파트에 설치되어 있는 창호 시스템에 대하여 정량적으로 평가되었다. 강풍 위험도에 영향을 미치는 요인들의 상대적 영향성을 평가하기 위하여 지역적 요인(부산, 대구, 대전, 서울), 지형적 요인(지형계수, 지표조도구분), 건물의 형태적 요인(건물 높이, 지붕 경사각, 주 호수)에 따라 강풍 위험도를 비교하였다. 개발된 위험도 평가 모델을 적용하여 총 432개 강풍 위험도를 비교한 결과, 지표조도구분이 강풍 위험도에 가장 높은 영향을 보이는 것을 확인하였으며, 다음으로 지형계수, 건물 높이, 평가 지역, 지붕 경사각, 주호 수 차례로 영향을 미치는 것을 파악하였다. 본 연구에서 확립된 강풍 위험도 평가 모델은 창호 시스템의 경제적 가치와 결합하여 강풍으로 인한 손실 추정 및 피해 저감 대책 수립의 기본 데이터로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

한반도 인근 화산분화에 의한 대기질 Worst-case 시나리오 선정을 위해 HYSPLIT을 이용하여 공기괴 이동을 분석하였다. 백두산, 아소산 및 다루마에산에서의 분화를 가정하여 3시간 간격으로 91일 간 (2010년 4월 1일 - 6월 30일) 공기괴(air parcel) 전진궤적 (forward-trajectory)을 생성하였다. 생성궤적에 대해 군집분석, GIS 분석을 수행하였으며 분석결과를 토대로 각 화산의 분화사례일을 대기질 측면의 중요도로서 평가하여 다섯 단계로 분류하였다. 제시된 사례일 중 대기질 측면에서의 중요도가 가장 높은 분화사례일 (class A)은 백두산 5월 13일, 6월 2일, 6월 22일, 아소산 4월 9일, 6월 13일, 6월 17일, 6월 24일, 다루마에산 5월 29일로 평가되었다. 또한 시나리오 선정에 있어 모사기간 및 도메인 설정에 고려할 수 있는 한국상공 진입 공기괴 궤적의 시공간적 분포 및 이동 패턴 분석결과를 분석대상 화산별로 제시하였다.

입자의 확산을 모사하는 Lagrangian 기반의 HYSPLIT과 PUFF 모형을 이용하여 화산재의 확산 해석을 수행하였다. 미국의 스퍼와 리다우트 화산은 각각 1992년과 2009년에 폭발성 분화가 발생하여 화산재가 광범위하게 확산되었다. 이 때 발생한 공기 중에 부유하는 미세입자와 퇴적되는 화산재로 인해 공항이 폐쇄되고 통신 교란이 발생하는 피해가 발생하였다. 또한, 인도네시아의 켈루트 화산은 최근까지 활발한 활동을 하고 있으며 1919년과 2014년의 대분화로 인해 인명피해가 속출하였다. 따라서 본 연구에서는 입자 확산 모형을 이용하여 이와 같이 화산재로 인해 피해가 발생하는 영향범위와 경로를 분석하였다. 수치 계산의 신뢰성을 평가하기 위해서 다중 수치 모형으로 예측된 화산재의 확산 범위와 실측치에 의한 확산 경로를 비교하여 검증하였다. 또한, 화산재가 영향을 미치는 범위를 평가한 결과 HYSPLIT과 PUFF 모형의 확산 분포는 70% 내외로 일치하는 것을 확인하였다.

The aim of this study was to compare ultrasonic measured traits (Eye muscle area : EMA, backfat thickness : BF and marbling score : MS) of Hanwoo cows by months of age and periods around 1st calving. The data used in this study were taken 2,636 cows which were measured from 20 months old to 28 months old and within 5 months around 1st calving. According to comparison of cows' month of age, ultrasonic measured EMA, BF and MS were not significantly different between 21 months old and 26 months old, 21 months old and 25 months old and 23 months old and 27 months old, respectively. According to comparison of periods around 1st calving, ultrasonic measured EMA, BF and MS were not significantly different between -45 days and 30 days, -15 days and 75 days, -105 days and 90 days around 1st calving, respectively. The selection of cows could be possible based on the phenotypic ultrasonic measurement performance if the traits are measured between 23-month old and 25-month old and between - 15 days and 30 days around 1st calving.

고층빌딩이나 해양 라이저와 같은 세장 구조물은 구조시스템의 동적 불안정의 주요 원인인 와류유기진동(vortexinduced vibration, VIV)에 의한 동하중에 매우 취약하다. 와류유기진동이 라이저의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 Lock-in현상으로 피로파괴의 우려가 있다. 본 논문에서는 Lock-in 영역에서 구조물과 유동의 동적거동에 대한 수치해석을 다루었으며, 유동조건 변화에도 불구하고 공진 주파수가 유지되는 현상에 대해 분석하였으며, 유입유동에 대해 수직방향으로 자유진동하는 1자유도의 2차원 원형실린더 단면에 대한 비정상 층류를 가정하였다. 각 시간 단계에서 물체의 움직임을 고려하여 유동장 격자를 재생성하며 비정상 유동과 물체의 운동에 대한 지배방정식을 순차적으로 수치해석하여 유체-구조연성해석을 수행하였다. 결과는 선행연구와 잘 일치함을 보여주었고, Lock-in 현상에 대한 특성을 잘 나타내었다. Lock-in 영역에서는 양력뿐만 아니라 항력도 크게 증가함을 보여주었으며, 실린더의 수직변위는 직경의 20%까지 이름을 나타내었다. 양력과 수직변위의 상관분석을 통해 실린더가 Lock-in 영역에서 양력과 수직변위의 위상차가 동기로부터 반동기로 천이함을 확인하였으며, 이러한 변화가 Lock-in 영역에서 나타나는 공진거동의 원인이 되는 것으로 판된되었다.

본 연구에서는 강풍 위험과 강풍 취약도의 합성곱을 통하여 강풍 위험도를 평가할 수 있는 확률적 체계를 수립하였으며, 수치적으로 개발한 모형으로 아파트 창호 시스템의 강풍 위험도를 평가하였다. 강풍 위험 모형은 1951년부터 2013년까지에 한반도에 영향을 준 태풍의 기후학적 자료를 몬테카를로 모사기법에 적용하여 개발되었다. 또한 몬테카를로 모사기법으로 창호 시스템의 저항성능과 풍하중의 확률 분포를 비교하여 강풍에 대한 4가지 피해단계의 구조적 파괴확률을 평가할 수 있는 취약도 모형이 개발되었다. 개발된 몬테카를로 모사기법으로 평가한 강풍 위험과 강풍 취약도는 각각 웨이블 분포와 로그정규분포로 곡선맞춤 되었으며, 합성곱을 통한 강풍 위험도 평가에 사용되었다. 본 연구에서 개발한 확률적 위험도 평가체계를 통하여 평가지역, 지표조도, 지형, 지붕 경사각, 건물 높이 등이 아파트 창호 시스템의 강풍 위험도에 미치는 영향성을 정량적으로 평가할 수 있었다. 향후 본 연구를 통하여 개발된 강풍 위험도 평가 모델은 평가지역의 존재하는 건축물에 대한 데이터베이스와 결합하여 손실추정 및 피해 저감대책 수립 등의 분야에서 활용이 가능할 것으로 판단된다.

최근 구조물이 장대화됨에 따라 풍하중의 중요성이 대두되고 있으며, 풍속에 영향을 미치는 지표조도 및 지형에 의한 할증효과를 합리적으로 반영한 기본풍속 산정절차에 대한 가이드라인의 필요성이 증대되고 있다. 국내의 많은 설계기준에서는 기본풍속 산정에 대한 절차를 제시하고 있으며, 전국의 기본풍속 지도 또는 표를 제공하여 이를 사용하도록 하고 있다. 하지만 제시된 기본풍속의 산정 방법 및 사용데이터는 풍속을 평가함에 있어 반영해야 하는 부분 중 일부만 반영하거나, 도로교설계기준(MOLTMA, 2010)의 경우 불분명한 실정이다. 본 연구에서는 국내의 설계기준에서 제시하고 있는 전국 기본풍속에 대해 한계점을 분석하였다. 또한 이러한 문제를 개선하기 위해 지표조도 및 지형할증의 영향을 반영한 기본풍속 산정절차에 대한 가이드라인을 제시하였으며. 이 절차에 따라 전국 15개 지점의 기본풍속을 산정하여, 도로교설계기준에서 제시하고 있는 기본풍속과 비교하였다.

기후변화 등으로 인해 폭풍해일의 피해가 증대하고 있어, 재현기간에 기초한 폭풍해일고의 추정은 새로운 연안 구조물의 설 계 및 개발 관점뿐만 아니라 기존 구조물의 안정성을 평가하는데 중요하다. 현재 우리나라의 설계해면은 과거 태풍을 이용한 극치 분 석을 이용하여 추정되지만, 이 경우 자료의 부족으로 재현기간이 큰 경우 오차의 원인이 될 수 있으며, 추계학적 접근은 하나의 대안 이 될 수 있다. 본 연구에서는 폭풍해일에 취약한 경기만 지역의 폭풍 해일고 추정을 위해 결정론적 수치 모형인 SLOSH 모형과 가상 태풍을 위한 몬테카를로 시뮬레이션의 결합을 통하여 추계학적 접근 방법을 제시하였다. 모멘트법에 의해 결정된 파라메터를 이용하 여 Weibull 분포를 통해 추계학적 해일고가 추정되었으며, 제시된 폭풍 해일고는 연안 지역 구조물 설계를 위한 대안이 될 수 있다.