저층 침적 위험·유해물질(Hazardous and Noxious Substances)은 해저에 침적되는 위험·유해물질로 직접 및 광학 탐지 기법의 적용 이 어렵기 때문에 수중에서 효과적인 음향 탐지 기법 적용이 요구된다. 본 연구에서는 저층 침적 위험·유해물질인 클로로폼(Chloroform)을 이용한 후방산란신호 측정 실험을 통해 저층 침적 위험·유해물질 음향 탐지 가능성을 확인하였다. 제작된 아크릴 수조 내에 지점토를 이 용하여 웅덩이를 만든 후 Pan&Tilt를 이용하여 수평입사각을 90°에서 50°까지 0.5° 간격으로 변화시켜가며 클로로폼 유무에 따른 후방산란 신호 측정이 수행되었다. 송수신기를 단상태로 주파수 200 kHz, 신호길이 25 인 정현파 신호를 이용하여 송수신하였으며, 클로로폼 유 무에 따른 후방산란신호를 측정하였다. 클로로폼이 침적된 경우 수평입사각 약 80°이하에서 물과 클로로폼 경계면에서의 후방산란신호 수신준위가 작아지는 것이 확인되었다. 물과 클로로폼 경계면에서의 후방산란신호 측정된 결과를 통해 저층 침적 위험·유해물질 음향 탐 지 가능성을 확인하였다.

한반도는 삼면이 바다로 둘러싸여 있으며, 많은 강과 하천이 바다와 연결되어 있기 때문에 육상에서의 쓰레기 유입이 되기 쉽다. 또한 해상에서는 활발한 수산업 활동과 다양한 레저 활동으로 인해 쓰레기 유입이 많다. 바다에 유입된 쓰레기는 시간이 지남에 따라 무게가 가해져 가라앉아 해저에 침적하게 되며, 해저에 산재되어 있기 때문에 직접 확인이 불가능하고 수거에 어려움이 있다. 수거되지 못한 해양침적쓰레기는 해저 생태계 및 수질에 영향을 미치게 되며, 특히 폐그물로프와 폐어구로 인한 유령어업과 선박사고가 발생할 수 있다는 점이 있다. 따라서 해당 성상의 쓰레기들(폐그물로프와 폐어구)은 우선적으로 수거가 이루어져야하기 때문에 분포 특성을 파악할 필요가 있다. 그 일환으로 본 연구에서는 국내 39개 항을 대상으로 해양에 침적되어 있는 쓰레기 조사를 실시했다. 그 중 동해에 대해서 GIS 기반의 공간 분석을 통해 해양침적쓰레기 성상별 분포 지도를 작성하고, 분포 특성을 파악하였다. 결과적으로 동해에서 폐타이어가 58 %로 구성되었고, 방파제 및 선박 접안 시설에 분포가 밀집되었다. 그리고 폐합성수지가 26 %로 구성되어 항외에도 분포가 있었다. 각 성상별 뚜렷한 분포 특성을 파악하기는 어려웠지만 폐합성수지가 다른 성상들과 비교해 항외에 분포되는 특성이 있었다. 본 연구는 이와 같은 분포 특성을 통해서 해양침적쓰레기 수거에 도움이 될 기초 자료로 제공될 수 있다.

위험유해물질(HNS, Hazardous and Noxious Substances)은 해상운송 과정에서 다양한 사고에 노출되어 있어 많은 양이 바다에 유출 될 우려가 있다. HNS 유출에 따른 해양환경의 손상은 유류 유출에 의한 손상보다도 훨씬 큰 것으로 알려져 있다. 특히 해저로 침강하여 침적되는 HNS는 해저생태계에 돌이키기 어려운 피해를 주게 되므로, 반드시 회수되어야 한다. 해저로부터 HNS를 회수하기 위해서는 해저침적 HNS에 대한 정확한 탐지, 안정화 처리 및 회수를 위한 절차와 장비가 필요하다. 그 중에서도 기계적 회수장치를 개발하기 위해서는 성능지표를 이용하여 성능요건을 선정하고, 이를 토대로 기계적 회수장치에 대한 개념설계가 이루어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 해저침적 HNS의 회수 절차에서 요구되는 기계적 회수장치에 대한 개념설계안을 제시하였다. 개념설계안으로 해저침적 HNS를 회수하기 위한 기본 시나리오를 제시하고, 자체적 밀폐 성능을 가지는 흡인 기초를 활용하는 방안을 채택하였다. 기계적 회수장치는 흡인 기초, 오 염 방지, 펌프 시스템, 제어 시스템, 모니터링 장비, 위치정보 장비, 이송 장비, 탱크로 구성된다. 이러한 개념설계안은 기계적 회수장치의 부품 및 형상을 결정하는 기본설계에 반영되어 활용될 것으로 기대된다.

해상을 통하여 운송되는 화학물질은 6,000여종에 이르며, 이러한 화학물질에는 해양을 오염시키거나 해양생물에 해로운 HNS(Hazardous and Noxious Substances)가 포함되어 있다. 해상운송 과정에서 바다로 유출된 HNS는 해상 및 해중에서 물리적, 화학적 변화 를 거치게 되는데, 어떤 종류의 HNS는 해저로 침강하여 퇴적되기도 한다. 해저에 침적된 HNS는 해저생태계에 커다란 악영향을 주기 때문에 해저침적 HNS를 탐지․처리하여 회수하는 것이 바람직하다. 따라서 본 연구는 해저침적된 HNS를 회수하기 위한 기계장치를 개발할 때, 최우선으로 고려해야 하는 성능요건을 제시하였다. 해저의 오염물질을 회수하기 위하여 현재 사용되는 다양한 방식의 준설장비에 대하여 조사하고, 준설장비의 방식별 성능지표를 분석함으로써 기계장치에 대한 10가지의 성능지표를 선정하였다. 이러한 성능지표를 활용하여 해저침적 HNS 회수용 기계장치의 개발을 위한 성능요건을 제안하였다. 국내 항만의 수심을 고려하여, 해저침적 HNS 회수용 기계장치 의 성능요건을 생산율(50 ~ 300 m3/hr), 최대운용수심(50 m), 저질 종류(대부분의 저질 형태), 고형률(10 % 이상), 수평 작업 정확도(± 10 cm), 제한 유속(3 ~ 5 knot) 등으로 제안하였다. 이러한 성능요건은 해저침적 HNS 회수용 기계장치의 개념설계와 기본설계에 활용될 것으로 기 대된다.

위험유해물질은 해양에 유입되었을 때 인간의 건강 및 해양생태계에 막대한 영향을 미치는 물질로 정의된다. 최근 선박을 이용한 물동량이 증가되면서 위험유해물질 누출사고의 발생비율도 증가되는 추세이다. 이에 따라 위험유해물질 누출사고 대응기술개발의 관점에서 해저에 침적되는 물질들의 방제 및 모니터링 연구가 수행되어야 한다. 본 논문에서는 저층 침적 위험유해물질의 음향 탐지 가능성을 확인하기 위해 저층 침적 위험유해물질 대체물질의 반사손실 측정 실험이 수행되었다. 위험유해물질로 구분되는 클로로폼의 위험성을 고려하여 클로로폼과 임피던스가 유사한 피마자유가 대체물질로 사용되었으며, 200 kHz 고주파 신호를 송신하여 물과 피마자유 경 계면에서 발생되는 반사손실을 측정하였다. 그리고 물과 피마자유의 임피던스를 측정 및 조사하여 반사계수를 모의하고 모의된 반사손실이 측정값과 유사함을 확인하였다. 또한 저층 침적 위험유해물질로 분류되는 클로로폼의 반사손실을 모의하고 모의 결과가 다양한 해저면 구성성분의 반사손실 모의결과와 차이를 나타냄으로써 해저면과 구분되는 저층 침적 위험유해물질의 음향 탐지 가능성을 예측하였다.

화산재의 확산 특성을 분석하고, 침적량의 예측 가능성을 평가하기 위하여, 2011년 1월26일 분화가 시작된 일본 기리시마 화산을 대상으로 WRF와 확산모형 FLEXPART를 이용한 수치모의실험을 실시하였다. 지상 1 km 이하 대기경계층내의 화산재 확산 특성은 26일 방출된 입자의 경우 주풍을 따라 집중되는 경향을 보이지만, 27일 방출된 화산재는 큐슈남부에 발달한 고기압의 영향으로 기리시마 만까지 확산된다. 겨울철의 강한 시베리아 기단이 발달한 26일의 경우, 기리시마 화산 풍하측에 위치한 미야기 현 중앙 산악 후면의 좁은 영역에서 집중적으로 침적이 이루어진다. 또한 분화 지역 주변의 국지적인 고기압의 발달은 화산재의 수평 확산을 증대시키는 역할을 한다. 침적량의 분포는 정량적인 측면에서 실제 화산 분출에 따른 영향과 매우 유사한 경향성을 보이고, 제시한 수치모의실험은 화산재의 이동 및 침적량 예측 및 산정에 적절하다고 판단된다.