According to the analysis of volcanic observation data around Korean peninsula, the activities of volcano increase continuously. For example, the volcanic eruption of Mt. Sakurajima is an example, and Mt. Baekdu can be another example potentially. In these regards, developing unified system including realtime prediction and 3D visualization of volcano ash are important to prepare the volcanic disaster systematically. In this technical report, an interactive simulator embedding dispersion algorithm and 3D visualization engine is developed. This system can contribute to the realtime prediction of volcanic disaster scientifically.

백두산 분화 시 분출되는 화산재에 의한 수질환경 변화에 대응하고자 본 연구에서는 백두산 화산재 성분을 추정하고, 화산재 퇴적 두께에 따른 수질 농도변화를 분석하였다. 백두산 화산재 성분을 추정하기 위해 주요 해외 화산의 마그마 성분과 백두산의 마그마 성분을 비교하여 유사한 화산을 선정하고, 해당 화산에서 분출한 화산재의 성분을 백두산의 화산재 성분과 유사한 것으로 가정하였다. 화산재 유해성분에 의한 수질 농도변화를 분석하기 위해 화산재 퇴적 두께에 따른 유해성분 농도의 증감을 분석한 후, 국내 먹는물 수질기준과 비교함으로서 수질환경에 대한 영향 유무를 평가하였다. 연구 결과, 알루미늄, 카드뮴, 불소, 철, 납, 마그네슘, 염소와 스트론튬 등이 취수원에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이 중 카드뮴, 불소, 철, 납, 마그네슘의 경우에는 수질관리 및 화산분출 시 관리가 필요할 것으로 분석되었다.

화산재의 낙진에 의한 농업산업의 피해를 평가하기 위해서는 화산재에 대한 시설물 및 원예작물의 취약도 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 화산재 낙진에 대해 원예특작시설물의 구조적 취약도와 원예작물의 생산성 취약도를 평가하였다.<br> 원예특작시설물에 대한 화산재 취약도는 FOSM(First Order Second Moment) 방법을 기초로 한 해석적 접근방법을 이용하여 평가되었다. 이 FOSM 방법은 화산재 하중의 확률분포와 구초실험 및 분석을 통해 얻은 시설물의 저장성능 확률분포를 비교하여 취약도가 평가되었다. 원예작물에 대해서는 전문가의 판단과 경험적 접근방법이 조합된 혼합적 접근방법을 이용하여 화산재 취약도가 평가되었다. 또한 본 연구에서는 평가한 모든 취약도를 GEV(Generalized Extreme Value) 분포의 변수들을 이용하여 최적화하였다.본 연구에서 평가하고 구축한 화산재에 대한 원예특작시설물과 원예작물의 취약도는 향후 발생할 수 있는 백두산 화산분화 시나리오에 대한 농업산업의 피해예측을 위해서 사용될 것이다.

최근 언론을 통하여 백두산 화산분화에 대한 위험성이 보고되고 있으며, 이에 대응하기 위하여 백두산 화산 대응 기술 사업단이 소방방재청의 지원으로 출범 하였다. 백두산 화산은 중국과 북한의 국경에 위치하여 한반도까지 약 500 km 떨어져 있지만 백두산 화산이 대규모로 분출하는 경우 화산재가 남하하여 대한민국에 영향을 미칠 수 있다. 화산재에 의한 피해의 예로 2010년 아이슬랜드 Eyjafjallajökull 화산 폭발 시 대기에 분산되 화산재로 인하여 대규모 항공 장애가 발생하여 천문학적인 피해가 있었다. 이러한 물질적 피해 외에 1980년 미국의 St. Helens 폭발 당시 화산재에 의하여 여러 건강 문제가 제기 되었다. 따라서 백두산 화산의 대규모 분화에 대한 대비 및 대처가 필요하다. 앞서 설명하였듯이, 백두산 화산의 대규모 분화에 대한 관심이 높아지고 있는 시점에서, 화산 분화로 발생되는 화산재가 인체 건강에 어떠한 피해를 발생시키는 가에 대한 객관적이고 과학적인 연구가 필요하다.본 연구에서는 화산재에 의하여 발생 가능한 호흡기 질환에 초점을 맞추어 연구를 수행하였다. 먼저 화산재와 호흡기 질환과의 관계를 기존 연구 자료를 분석하여 파악하고 이를 바탕으로 백두산 화산 폭발 시 사용 가능할 것으로 기대되는 관리 기준에 관한 연구를 수행하였다.

최근 아이슬란드 남부의 화산폭발은 유럽지역에 항공대란을 야기하였으며, 또한, 일본의 가고시마 화산 폭발은 대량의 화산재를 분출하여 도로 및 농작물에 많은 피해를 발생시켰다. 국내에서도 2002년 백두산 지역을 중심으로 강진에 의한 지표면 팽창현상이 관찰되면서 백두산의 화산폭발 위험성이 점증하고 있다. 백두산 화산폭발이 발생하는 경우 화산재의 처리에 따른 막대한 국가적 손실이 유발되므로, 화산재 처리 및 활용방안의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이고 이를 위해서는 다양한 공학적 특성 분석 시험이 선행되어야 한다.본 연구에서는 SEM, XRD등의 미세구조 분석을 통해 화학성분 및 화산재의 내부구조를 고찰하고. 비중, 함수비, 입도 등의 시험을 실시하여 백두산 및 한라산 화산재를 친환경 건설재료로 활용하기 위한 공학적 자료를 제시하였다.

최근 아이슬란드, 일본 등 화산폭발에 대한 뉴스가 자주 보도되고 있으며, 소방방재청과 기상청의 연구결과에 따르면 백두산 화산이 가까운 미래에 폭발할 가능성이 있다고 전망하고 있다. 일본의 화산학자는 20년 안에 백두산이 다시 폭발하게 되고 그 폭발 지수는 VEI-5에 달할 것으로 예상하고 있다. 2011년 아이슬란드의 분화가 VEI-4임을 감안할 때 백두산 폭발 시 그 피해는 아이슬란드의 10배에 해당하게 된다. 이러한 위험에도 불구하고 현재 1, 2, 3차 산업에 대한 전반적인 피해 연구가 이루어지지 않고 있다. 우리나라의 식량 자급률은 ‘12년 45.3%로 화산재로 인한 피해 발생 시 그 파급 효과가 매우 클 것이다.<br>본 연구에서는 화산폭발로 인해 발생한 화산재가 1차 산업인 농작물 및 농업시설에 주는 영향과 대응방안에 대해 연구하였다. 화산재의 영향은 농작물의 종류, 성장 시기에 따라 매우 달라지며 농업시설의 경우에도 시설의 종류에 따라 영향이 달라진다. 농작물의 경우 작물별 관리기준을 1단계(5mm)이하, 2단계(5~50mm), 3단계(50~100mm), 4단계(100mm 이상)의 4단계로 나누어 진행하였다. 농업시설의 경우 눈과의 비교로 연구를 진행하였다. 건조한 화산재의 밀도가 1,000kg/m3이고 여기에 부피의 50%가 물로 포화 된다면 젖은 화산재의 밀도는 약 1.5배인 1,500kg/m3으가 된다(Johnston, 1997). 이 연구를 통해 눈과의 하중을 비교하고 우리나라 시설물의 적설심과 비교하여 퇴적된 화산재를 견딜 수 있는 시설물별 기준을 나타냈다.

본 연구에서는 화산재를 건설재료로 활용하기 위하여 백두산, 한라산의 화산재 및 다공성의 제올라이트에 시멘트 및 메타카올린을 첨가한 공시체에 대한 재령 0일, 7일, 28일 배합비별 압축강도 특성 데이터를 바탕으로 인공신경망 모델에 적용하여 학습, 예측함으로써 강도예측을 위한 인공신경망의 적용 가능성을 평가하였다. 인공신경망 모델에는 역전파 학습알고리즘(back-propagation learning algorithm)이 적용되었으며, 다양한 입력변수를 달리한 최적의 인공신경망 조건에서 학습을 시행하였다. 또한, 다양한 배합조건이 일축압축강도에 미치는 영향에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 이러한 연구를 통해 얻어진 결과물은 화산재를 활용한 블록의 일축압축강도 특성을 파악하는데 좋은 툴이 될 것으로 기대된다.

본 연구는 거리와 시간에 따라 상이한 화산재의 인간 건강에 대한 영향 및 그에 대한 지침에 주목하여 이루어졌다. 과거 연구에서는 화산에서 멀리 떨어진 지역에서는 간접적이고 장기간의 피해가 중요한 반면, 화산에서 인접한 지역에서는 직접적이고 물리적인 피해가 관찰되고 있다. 일반적으로 화산재를 이루고 있는 물질 중 오염된 미세한 분진은 대기 중에 머무르고 있다가, 인간이 접촉하게 되면 호흡기 질환 및 알레르기질환을 유발할 수 있다. 본 연구진은 화산재 확산에 의한 보건 관리 지침의 영역을 질병을 유발하는 개인에 대한 건강 영향, 의료기관을 포함하는 보건의료체계에 대한 문제, 보건의료시설/보건의료장비/의약품/관련 인력을 포함하는 보건의료자원 관리 문제로 구분하여 이에 대한 관리 지침을 도출하도록 하였다. 이러한 각각의 관리 기준은 화산재 농도와 건강 영향과의 관계에 대한 본 연구자들의 연구를 포함한 최근의 연구에 기반한 것이다. 이를 통하여 가능한 환산재 확산 시 보건관리 기준을 제안하게 되었다.

최근 기상청 및 소방방재청의 연구결과 백두산 화산은 가까운 장래에 폭발할 것이라고 전망하고 있다. 화산 폭발의 영향은 화산마다 다르지만 폭발 기간이 적게는 수시간, 많으면 10년 이상 지속된다. 화산에 의한 대표적인 피해유형으로 화산가스, 화산력 및 화산재, 화쇄류, 용암류, 토석류, 융설형 화산이류로 인한 피해가 대표적이다. 이중 화산재는 직접적인 인명에 대한 직접적인 사상 위험성은 없으나, 피해 범위가 광범위하다. 또한 인체 건강, 사회기반시설, 환경기초시설, 건물, 산업시설 등 경제적·산업적으로 막대한 국가적 손실을 일으키게 된다. 이를 통해 빠르고 효율적으로 화산재를 처리하는 기술 확보로 화산재로 인한 국가적인 손실을 최소화하고자 한다. 본 연구에서는 국내외 도로 청소차 등의 장비 운영사례를 분석하여, 백두산 화산폭발에 대비한 도로에서의 화산재 청소 방안에 대해서 제시하고자 한다.

백두산은 지리적으로 전체 면적의 3분의 1이 북한에, 그 나머지 영역이 중국에 속해있다. 최근 백두산 화산분화의 다양한 전조현상들이 나타나고 있으나 백두산에서 실제 일어나고 있는 직접적인 분화 전조현상에 대한 관측 자료를 획득하는 것은 쉽지 않다. 또한 현재 분화 가능성이 대두되고 있는 백두산지역의 지질학적인 환경을 고려한 분화 시나리오에 대한 연구가 매우 부족한 상태이기 때문에 지질학적인 요인을 고려한 분화 시나리오의 작성과 화산재의 한반도 유입 가능성에 대한 신속한 대응을 위한 화산재 확산 조기경보 기술의 개발이 필요한 시점이다. 우리나라는 백두산으로부터 지리적으로 약 500km이상 떨어져 있고, 화산재 및 오염물질의 확산으로 인한 간접적인 피해 영향권 내에 있으므로, 백두산이 폭발적으로 분화한다면 백두산을 중심으로 한반도 주변의 기압배치에 따른 종관 기상장의 영향을 받아 화산 분출물들이 대기 중에서 이류, 확산, 침적됨으로 인해 지리적 위치에 따라 지역적으로 장·단기적인 피해가 발생할 가능성이 예상된다. 본 연구에서는 화산재의 이동 경로 및 침적두께를 추정할 수 있는 Fall3D모델을 사용하여 분화구 주변지역으로부터 한반도의 동쪽에 위치하고 있는 일본지역까지 시간에 따른 화산재 확산현상을 수치모의 하였다. 또한 백두산 분화를 가정한 대표사례일의 기상장을 계산하고 화산에서 분출되어진 총 분출량에 따라 구분되는 화산폭발지수에 따른 화산재의 확산 경로, PM10농도, 화산재의 침적두께를 계산, 분석하였다.

The effects of volcanic ashes on human health differ in distance and time. It was found that indirect and long-term damages are significant in remote areas from the volcanoes, while the direct and physical damages in adjacent areas are observed. In general, the minute polluted particles of volcano ashes are diffused to remote area from the volcanoes after staying over atmosphere. As a result, those particles have indirect and significant effects on human health such as eye disease, atopic dermatitis and PTSD, as similar as previous research results on Asian dust. This presentation presents the effects of volcano ashes and similar situation such as Asian dusts on human health based on indirect and long-term damage factors in remote areas from volcanoes. Further, this study provides a fundamental reference for medical hazard mitigation through examining the factors that affect health hazards in similar situation such as Asian dust.

최근 아이슬란드, 칠레, 인도네시아 등 세계 각지에서 화산 폭발이 발생하여 대규모 인명피해, 재산피해 및 항공운항 중단등의 피해가 발생하였다. 또한 일본 미야기현(宮城縣)에서 2011년 3월에 쓰나미가 발생하여 한반도의 지진 발생 및 화산 재해에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나 국내에는 화산분화에 대한 대응책이 미비하고 국가 차원의 화산대응정책 수립을 통해 화산재해 사전 경감을 위한 대응 체계 구축이 필요한 상태이다. 본 연구에서는 백두산 화산 폭발시 발생하는 화산재가 산업에 미치는 영향을 조사하고, 화산재에 의한 국내외 피해 사례를 조사하여 우리나라의 산업피해를 예상하고 대응 방안 및 관리기준을 마련하고자 한다. 또한 아이슬란드의 에이야프얄라요쿨(Eyjafjallajökull)화산, 칠레의 차이텐(Chaitén) 화산, 일본의 신모에다케(新燃岳) 화산 폭발 피해 사례 등을 조사하였으며 각 화산 폭발로 인한 1차·3차 산업의 피해 현황을 비교·분석하였다. 그리고 국내의 경우 화산재에 대한 피해 현황 자료의 부재로 유사재해인 황사에 대한 피해 및 관리 기준등을 조사하였고, 주 화산 피해 발생 국가의 화산재 대응 관리 기준 조사를 통하여 우리나라의 백두산 화산 폭발시 화산재 피해 대응 방향을 제시하였다. 향후 본 연구를 통해 백두산 화산 폭발로 인해 발생하는 화산재에 의한 산업분야별 관리기준 및 대응 방안 개발을 진행하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

2011년 일본 큐슈 키리시마 지역의 신모에타케 화산 분화 및 2010년 아이슬란드 남부의 화산폭발은 각 지역에 큰 피해를 야기하였으며, 우리나라에서도 2002년 백두산 지역의 강진에 의한 지표면 팽창이 관찰되어 근시일내 백두산의 분화가능성이 지적되고 있다. 이에 따라, 국내에서도 화산폭발에 대한 대응책이 정부 및 학계를 중심으로 논의되기 시작하였다. 화산폭발이 발생하면 화산재가 각종 기반시설을 덮음으로 인해 물류 및 교통에 다대한 영향을 미치게 되어 화산재의 조속한 처리 및 처분이 필요하며, 이 과정에서 화산재의 유효 활용방안 개발이 요구된다. 본 연구에서는 화산재를 친환경 건설재료로서 수질정화 등의 목적으로 활용하기 위해 백두산 및 한라산의 화산재, 다공성의 제올라이트 및 일반 자갈에 시멘트 및 메타카올린을 첨가한 블럭에 대한 유용미생물(EM)의 시간경과(0일, 7일)에 따른 생장 특성을 분석하였다. 실험 결과, 일반 자갈 블럭에 비해 화산재 블럭의 유용미생물 개체수 증가가 탁월한 것으로 나타나, 화산재의 수질정화용 블럭에의 적용성이 높은 것으로 나타났다.

최근들어 백두산 지역의 지표면 팽창현상이 관찰되면서, 백두산의 분화 위험성이 증대되고 있다. 화산이 분화하는 경우, 무수한 화산재의 비산으로 항공, 교통, 물류, 정밀기계 산업 등이 큰 타격을 입게 될 뿐만 아니라, 화산재의 처리 및 처분에도 막대한 국가적 손실이 발생하므로 화산재 처리 및 활용방안의 개발이 절실히 요구된다. 본 연구에서는 화산재를 건설재료로 활용하기 위하여 백두산, 한라산의 화산재 및 다공성의 제올라이트에 시멘트 및 메타카올린을 첨가한 공시체에 대한 재령 0일 및 7일의 배합비별 압축강도 특성을 분석하였다. 실험 결과, 재령 7일에 대하여 혼합재(화산재 및 제오라이트), 시멘트 및 메타카올린의 비율을 3.5：1：0.1로 배합한 경우 최대의 압축강도를 나타내었으며, 재령 및 단위시멘트량의 증가, 메타카올린의 첨가가 압축강도 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

2010년 아이슬란드 남부의 화산폭발은 유럽지역에 항공대란을 야기하였으며, 국내에서도 2002년 백두산 지역을 중심으로 강진에 의한 지표면 팽창현상이 관찰되면서 백두산의 화산폭발 위험성이 점증하고 있다. 화산폭발이 발생하는 경우, 화산재의 처리 및 처분에 따른 막대한 국가적 손실이 유발되므로, 화산재 처리 및 활용방안의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 화산재를 건설재료로 활용하기 위하여 백두산, 한라산의 화산재 및 다공성의 제올라이트에 시멘트 및 메타카올린을 첨가한 블럭에 대한 재령 0일 및 7일의 배합비별 휨강도 특성을 분석하였다. 실험 결과, 재령 7일에 대하여 혼합재(화산재 및 제오라이트), 시멘트 및 메타카올린의 비율을 3.5：1：0.1로 배합한 경우 최대의 휨강도를 나타내었으며, 재령 및 단위시멘트량의 증가, 메타카올린의 첨가가 휨강도 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

2002년에 백두산 지역을 중심으로 강진에 의한 지표면 팽창현상이 관찰되면서, 백두산의 화산폭발 가능성이 높아지고 있다. 이에 따라, 그동안 국내에서 재난유형으로 별도의 분류가 없던 화산폭발에 대한 대책이 정부차원에서 논의되기 시작하였다. 화산폭발이 발생하면 무수한 화산재가 각종 사회기반시설을 덮게 되며, 비산에 의해 항공, 물류, 정밀기계산업 등에 타격이 발생하게 된다. 본 연구에서는 화산재를 건설재료로 활용하기 위하여 백두산, 한라산의 화산재 및 다공성의 제올라이트에 시멘트 및 메타카올린을 첨가한 재령 7일의 공시체에 대한 배합비별 동결융해 저항성을 분석하였다. 실험 결과, 재령 7일에 대하여 혼합재(화산재 및 제오라이트), 시멘트 및 메타카올린의 비율을 3.5：1：0.1로 배합한 경우 동결융해 저항성이 가장 우수한 것으로 나타나, 재령 및 단위시멘트량의 증가, 메타카올린의 첨가가 동결융해 저항성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

본 논문에서는 백두산 화산 분출시 화산재의 확산이 한반도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 화산재 확산을 계산하는 프로그램인 Puff, Fall3D, Tephra 모델에 대해 연구하였다. 연구에서 세 가지 프로그램의 구성 및 설치환경, 기본적인 특성파악 및 장단점을 분석하였으며, 모델링을 위한 입력 조건을 비교하고 각 모델의 계산 결과에 대해 테스트하였다.

최근 백두산에서 화산가스가 일부 분출되면서 백두산 화산폭발의 가능성이 제기되었고, 사(死)화산이 아닌 휴(休)화산으로서의 백두산이 언제든 화산폭발을 일으킬 수 있다는 우려가 사회적인 공감대를 형성하게 되었다. 뿐만 아니라 화산폭발로 인해 분출되는 화산재에 의해 동북아 지역에 걸친 항공운송 마비 등의 피해가 우려되고 있는 실정이다. 이에 백두산 화산폭발의 가능성이 높아지고 있는 시점에서, 화산폭발로 발생되는 화산재가 우리나라에 어떠한 피해를, 어느 정도로 영향을 미칠 것인가에 대한 객관적이고 과학적인 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 2010년 4월 발생한 아이슬란드 화산분화를 주된 사례로 하여 피해사례를 체계적으로 정리하였으며, 문헌조사 및 피해사례를 통한 유형화와 피해정도를 정리하였다. 분석결과, 화산재에 의한 항공교통에의 영향을 크게 두가지 측면에서 분석해 볼 수 있으며, 항공기 기체에 미치는 피해요인으로는 주로 흡착·침착에 의해 발생되었으며, 그로 인해 엔진정지나 계기이상, 화산재로 인한 기체내부의 오염의 피해가 발생되었다. 또한 항공편(공항)에 미치는 영향으로는 화산재로 인한 운항규제와 그로 인한 관광, 물류 등에의 피해확산으로 파악되었다.

겨울철 한반도 인공위성 영상을 보면, 백두산을 지나는 공기의 흐름이 동해 해상에서 시·공간적으로 다양한 형태의 구름을 발달시킴을 볼 수 있다. 구름 형태의 다양성은 백두산의 표고(2.7km)와 대기의 안정도에 기인한다. 만약, 백두산 화산 분화가 발생할 경우 백두산의 산악효과에 의해 화산재의 시공간 분포도 구름처럼 다양한 형태를 보일 것이다. 본 연구에서는 백두산 풍하측에 발달하는 산악파가 화산재의 시공간적 분포에 미치는 영향을 고분해능 수치모델을 사용하여 연구하였다. 즉, 수치모델을 사용하여 산 높이가 화산재의 풍하측 확산에 미치는 영향을 시뮬레이션 하여 그 특징을 분석하였다. 수치 시뮬레이션의 초기 조건으로서 백두산 주변의 대기흐름은 Froude 수로서 정의하였다. 여기서, Froude 수 (Fr ≡ U/NH)는 유입풍속(U), 산 높이(H), 그리고 부력 진동수(N)의 함수이다. 연구의 결과에 의하면, 백두산 풍하측에서 발생하는 산악파에 의한 공기 소용돌이 세기가 화산재의 장거리 전송을 결정하며, 그 소용돌이 세기는 Froude 수에 의해 결정된다. 즉, Fr < 0.2 일 때 Karman vortex가 형성되어 화산재의 풍하측 확산은 저해한다. 그러나, Fr가 1에 가까울수록 화산재는 풍하측으로 멀리 확산될 수 있다.

우리나라는 화산재해의 안전지대로 여겨졌으나 최근 백두산의 분화 가능성이 고조됨에 따라 백두산 분화 전조 및 분화 시나리오, 화산재 확산 연구 등이 발표되고 있으며, 이에 대한 대응 수립 방안이 논의되고 있다. 본 연구는 국내 대기 환경관리 기준 제시와 방향을 설정하기 위한 기초연구로 백두산 화산재 성분 조사와 화산재 성분의 위험성을 평가하였고, 국내외 대기관리 기준을 비교·분석하였다. 추가적으로 백두산 분화시 화산재의 확산 범위와 거리별 확산 농도, 이동 중 성분변화 등의 연구가 진행된다면, 화산재 피해에 대응할 수 있는 지역별 대기 관리 기준이 수립될 수 있을 것으로 판단된다.