1. 서 론

위험·유해물질(Hazardous Noxious Substance, HNS)은 IMO에 서 bulk liquids, gases, solids in bulk, packaged goods로 분류하여 관리하는 위험·유해 화학물질로 해양에 유입되어 인간의 건 강과 생활자원 및 수산자원 등에 해를 미치고 있다. 우리나 라의 경우 해상으로 운반되는 화물의 물동량의 증가(MOF, 2023)와 임해 국가산업단지에 위치한 화학물질을 제조 및 사 용하는 산업체의 증가(KOSIS, 2023)로 연안에 유입되는 HNS 와 그 영향이 늘어날 것으로 보인다.

따라서, 전세계적으로 이를 관리하기 위한 규율, 법, 제도 등을 연구하고 있으며 효과적인 이행을 위한 프로젝트 및 프로그램을 개발 및 제공하고 있다.

우리나라의 해양환경보호 관련 협약의 조직도는 아래 그 림(Fig. 1)과 같이 선박으로부터 배출될 수 있는 기름 이외의 오염물질에 관한 배출 규제 및 해양오염방지 협약을 채택한 MARPOL 73/78, 육지 폐기물 중 기타 물질의 투기에 대한 해 양 오염 방지 관련 협약을 채택하고 폐기물을 세가지로 분 류하여 규제하는 런던 협약 72, 유류 이외의 화학물질을 포 함한 해양오염물질로 확대한 오염사고 발생 시 공해상 개입 에 관한 의정서를 작성한 INTERVENTION 협약 69, 기존의 유류오염에 관한 대비, 대응 및 협력에 관한 국제협약인 OPRCDP 유해유독물질의 오염에 관한 사항을 포함시키기 위해 채택한 OPRC 협약 90, TBT(유기주석) 성분 의 선박용 도료 사용 금지를 위한 국제협약인 Anti Fouling 2001, 선박 평형수를 통한 유해 유기물질 및 침전물 등 제반 위험으로 부터 해양환경 및 생태계 등을 보호 및 피해 최소화를 위해 제정된 BWM 협약 2004, SRC 2009 등의 협약을 해양환경 보 존을 위해 수립하였다(IMO, 2006;2017;IMOKOREA, 2020).

우리나라의 HNS에 대한 관리는 OPRC 국제 협약에 따른 국가긴급방제계획에 의하여 해양오염 방제 업무의 범위가 구체화 및 실행되었으며, 해양오염방제 관련 법률로는 “해 양환경관리법”에서 관할, 유관 법률로 “재난 및 안전관리 기 본법”을 운용, “해양환경 보전 및 활용에 관한 법률”이 2017년 제정되었다. 현재 HNS에 대한 대응, 해중 및 해저, 야간 상황 에 대한 방제 장비와 기술 등 여건은 부족한 실정이다(Kim et al., 2017;Chun et al., 2019). 해양오염 방제 의사결정 지원 체계로는 해양경찰청의 유출유 확산예측 시스템(Korea oil spill prediction system; KOSPS)과 해안 방제 통합 포털시스템 (Response Integrated Management System; RIMS), 해안선의 환경 민감도를 표기한 환경 민감 지도(Environmental Sensitivity Index Map; ESI map), 해양환경 정보 포털, 태풍해일고 등이 있다.

국외의 해양오염 방제 의사결정 지원체계로는 NOAA의 Web CAFE(chemical aquatic fate and effects database), CAMEO suite(computer-aided management of emergency operations), CAFE Database, TAP(trajectory analysis planner), CIMMAR HNS database EU의 MARINER platform, CHEMMP(chemical diffusion model), 영국 국제유조선주오염연맹(ITOPF)의 온라인 방제기술정보집, 유엔환경계획(UNEP)의 온라인 가이드라인, NOWPAP data base 등이 있다.

HNS가 해양으로 배출되어 생물 및 인간의 생활에 직간접 적으로 환경적 및 건강에 대한 부정적인 영향을 가하고 있다. 이에 따라, HNS를 효과적으로 관리하기 위해서는 HNS의 성 질, 거동, 영향 등을 파악할 수 있는 과학적이고 포괄적인 플 랫폼이 필요하다. 해외에서는 의사결정 지원체계로써 플랫폼 을 개발하여 활용하고 있다. 국내에서는 환경적 영향에 대한 관리를 위한 유출유 관리, 환경 민감 지도, 태풍 예측 등 다양 한 분야에서 유사한 플랫폼을 개발하여 운영하고 있다.

현재 국내의 HNS에 대한 법제화 및 규정 마련 등을 위한 과학적인 기초 자료 및 도구는 부재한 상황으로 본 연구에 서 개발할 플랫폼은 국내의 기존 플랫폼과 다르게 HNS에 초점을 맞추고 있으며 주요 항만시설 5개 해역에 대하여 정 밀한 현황파악, 영향평가 등을 수행할 수 있도록 다양한 연 구결과를 제공한다.

2. 기술동향

본 연구에서는 국내·외에서 이루어진 해양환경의 화학물 질 관리를 위한 플랫폼 개발 사례의 조사와 분석을 통하여 국내의 환경에 적합하며 HNS 초기 위해성 평가, 대응, 법제 화, 가이드라인 마련 등을 위한 기초 도구로써 활용될 수 있 는 국내용 HNS 플랫폼을 구축하고자 한다.

2.1. 미국 사례

미국해양대기청(NOAA)의 경우 CAMEO Suite를 통해 화학 물질 유출에 대해 대응하고 있으며, 화학물질에 대한 관리 및 관련 자료는 CAFE를 통해 정보를 제공하고 있다(NOAA, 2022) (Fig. 2).

화학 물질 유출 시 거동 및 독성 데이터에 대한 접근을 용이하게 하는 것을 목표로 CAFE를 통해 초기 스크리닝 수 준과 민감한 종 혹은 생애 주기를 포함한 생태학적 위험을 평가하는 지침과, 다양한 매질(담수, 해수)에 따른 화학물질 의 분할에 대한 초기 정보 및 특정 매질에 따른 샘플링 방법 에 대한 지침을 제공한다.

수생환경에서의 화학물질 거동에 대한 예측과 이해를 돕 기 위한 자료로 32,377가지의 거동 및 영향에 대한 데이터와 4,498가지의 화학물질에 대한 데이터, 독성 데이터, 영향데이 터 등을 제공한다. 화합물은 화학명 또는 CAS, 보고된 일반 명, 학명으로 기록하고 통합 분류학 정보 시스템 등의 온라 인 데이터베이스를 통해 공식 명칭, 변경사항, 오류 등을 확 인하고 독성 단위를 통일하였다. 데이터 베이스의 구조과 그 형태로는 특성에 따라 화학물질, 오일, 분산제, 분산제와 오일로 분류하고, 수중 운명과 영향 모듈로 분류하였다(Fig. 3 & 4).

수중 운명 모듈에는 분자구조, 냄새, 색상, 용해도, 생분해 율 등 구조와 물리적 특성, 토양 흡착도, 생분해 반감기 등 환경적 거동, 분석 방법 등의 정보와 32,377가지의 화학물질 에 대한 거동 정보가 포함되며 이는 유속, 수위, 염도 등 연 구지역의 세부 정보와 결합하여 거동 모델, 궤적 예측, 예상 농도 등을 도출하는데에 유용하다. 수중 영향 모듈에서는 독성기록을 분류학상의 그룹, 생애주기, 급성 독성 데이터, 물의 유형, 노출 시간과 같은 속성을 기준으로 하여 정렬 및 분류하였다.

최종적으로 CAFE의 작동은 독성 데이터 지수함수를 통해 독성 데이터(SSDs)를 도출하고 수생생물에 대한 상대적 독 성의 공통 척도를 배경색으로 나타내어 종 민감도 분포 특 성에서의 독성 데이터를 시각화하였다(Fig. 5 & 6). CAFE의 한계점은 데이터양의 부족과 많은 정보로 인한 사용의 접근 성 및 용이성을 낮추는 설계이다(Bejarano et al., 2016).

CAMEO suite는 화학물질의 데이터를 관리하는 도구인 CAMEO data manager, 수천종의 유해화학물질에 대한 대응, 물 리적 특성, 위험 예측 도구 등이 포함된 CAMEO chemicals, 유출 시 대기를 통한 위험영역, 화재 및 폭발 모델링 도구인 ALOHA (air hazard modeling program), 지리공간정보 평가 및 지도 작 성 도구인 MARPLOT(mapping application for response, planning, and local operational tasks)으로 구성되어 있다(NOAA, 2022).

CAMEO data manager는 데이터 관리자로써 사고시 유출에 대한 대응 및 계획에 대한 데이터를 관리하는 도구이다. 화 학시설, 운송 경로, 비상 연락처와 유출 시 대응 자원 등의 정보를 사용 및 7개의 모듈을 통해 데이터를 관리할 수 있 는 도구이다. CAMEO chemicals는 유해 화학물질 데이터 베 이스로 폭발 혹은 유독가스와 같은 위험 예측과 대응 권장 사항에 대한 정보를 제공한다. 화학 데이터베이스에는 화학 물질의 물리적 특성, 공기 및 물, 대기에서의 위험정도, 응급 처치, 유출시 대응 방법 등에 대한 정보가 포함되어있다. 모 바일 앱과 데스크톱으로 온라인 및 오프라인으로 사용이 가 능하도록 공급되었다(Fig. 7). ALOHA는 대기중으로 방출된 유해화학물질이 생성한 가스 구름의 위험도, 방출속도, 인화 성 가스 구름, 위험 영역 추정치 등을 모델링을 통해 생성한 다(NOAA, 2022).

MARPLOT은 GIS 인터페이스를 통해 객체 추가, 데이터 열 람, 데이터 편집 등이 가능한 매핑 도구로써 CAMEO의 다른 프로그램과 함께 사용이 가능하도록 제공되고 있다(Fig. 8).

이 외에 관련 소프트웨어로 제공되는 Tier2 Submit은 CAMEO data manager에 시설 정보 자동 업데이트를 위한 전 사 시설 보고서를 생성하는 프로그램이며, RMPComp (offsite consequence analysis program)는 위험 관리 계획의 일부로써 필요한 사업장 밖에 미치는 영향(off site consequence analysis; OCA)을 위한 도구이다(NOAA, 2022).

2.2 유럽 사례

유럽의 경우, 유럽연합과 함께 10개 정부가 석유 및 기타 유해물질에 의한 북해 오염에 대처하기 위하여 설립한 Bonn Agreement를 통하여 HNS spills 와 BE-AWARE 프로그램을 통 해 유류와 유해 화학물질에 대한 관리, 잠재적 사고에 의한 잠재적 영향, 해양오염의 위험평가 등을 수행하고 있다. HNS와 관련하여, HNS 유출에 대한 대비와 대응를 위한 HNS spills, 이의 하위 항목으로 의사결정 지원을 휘한 도구 인 HNS-MS와 대서양 지역에서의 유류 및 HNS 유출에 대한 대비 및 대응을 강화하기 위한 위한 ARCOPOL (atlantic regions coastal pollution response), ARCOPOL 하위의 HNS에 집중한 MARINER, 그리고 유류 및 HNS 유출에 대한 대비 및 대응을 위한 대서양의 소구역에 대한 통합 프레임워크에 관한 프로 그램인 MARPOCS (multinational response and preparedness to oil and chemical spills)를 통해 HNS의 환경영향 및 유출사고 대 비 및 대응 등에 대하여 체계적으로 관리하였다(Fig. 9).

EU의 MARINER platfrom (CIIMAR, 2022)에서는 사고로 해 양환경에 방출된 HNS의 거동, 운명, 풍화 그리고 영향성에 대한 정보 수집하였으며, HNS 배출 사고에 대응, 반응, 지난 사고에서 결정 과정으로부터의 교훈을 결합하였다. 전 세계 해양에서의 119건의 HNS 유출 사고에서의 184건의 유출 데 이터를 포함하고 있으며, SEBC code에 따라 HNS의 물리적 거동을 분류하였다. 187가지의 유출된 물질을 아래 Table 1 과 같이 와 같이 열(A to R)의 목록으로 수집 및 작성하였다 (A: 사고 선박명, B: 날짜 C: 위치(국가) D: Europe 혹은 나머 지 국가, E: 운송 방법, F: 유출량 [ton], G: 유출된 HNS, H: 물 질의 CAS 번호, I: 화학식, J: 물리적 상태, K: 물리적 행동 (SEBC), L: MARPOL code, M: IMDG code, N: 부차적 위험분 류, O: 해양 오염 물질로 분류, P: HNS 분류(IMO), Q: 운명 (fate)과 날씨 그리고 R: 정보 출처).

또한, 해양에 유출된 화학물질의 물리·화학적인 거동에 따라 분류한 시스템으로 기체군(G), 증발군(E), 부유물군(F), 용해군(D), 침강군(S), 그리고 이것들의 조합(e.g. GD, ED, RE, RED, RD, DE, SD)으로 표기·분류하는 유럽의 거동분류 시스 템에 따라 HNS 물질을 분류한다. EU의 MARINER platfrom은 수집한 데이터 베이스를 기반으로 HNS 유출 정보 및 대응 방 법과 E-learning 서비스 제공하고 있다(MARINER, 2022). HNS 물질에 대한 데이터 베이스는 CIMMAR, 유출 대응에 대한 내 용은 ACROPOL을 통해 관리 및 서비스를 제공한다. 온라인 데이터 베이스와 수치분산,위험 및 population 모델링의 결합 (Soares et al., 2020)하여 해양 유출 사고의 환경적 위험을 평 가하였다(Cunha et al., 2015;2016).

2.3 국내 사례

해양환경정보포털(MEIS)은 다양한 해양 및 환경관련 기관 에서 생산·축적하는 해양 환경, 해양배출 폐기물, 해역이용 영향평가, 해양쓰레기, 해양보전, 방제, 선박 운영 등의 정보 를 공간 정보와 융합한 공간 정보 GIS 시스템이다. 주요기능 은 해양관측&정도관리, 해양생태&해양보호, 해양폐기물, 해 역이용영향평가, 해양환경 정보지도 등으로 종합적인 해양 환경 정보를 지도로 시각화하여 제공한다(Fig. 10).

우리나라의 경우, 우리나라에 환경에 적합한 해양환경 HNS 영향평가 모델 및 플랫폼이 개발되지 않아 과학적인 도구가 필요한 상황이며 HNS의 사회환경적 및 해양환경적 영향, 확산 범위 등의 정보를 정책결정자 및 과학자들에게 제공하여 정책 마련 및 가이드라인 작성, 대응에 대한 연구 등에 배경 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 현재 HNS 측정 방법론, 거동 특성 모델링 연구, 실태조사를 통한 현황 및 영향 파악, 실시간 모니터링 기술 개발, 배출규제 법제화 연 구, 영향평가 기법 개발 등 HNS에 관한 연구가 진행되는 실 정이다. 이와 같은 HNS에 대한 종합적인 연구결과를 본 연 구결과를 통해 구축하고자 하는 국내용 HNS 플랫폼에 탑재 하는 등 고도화하여 해양산업시설에서 상시배출되는 HNS를 관리 및 규제하는데 과학적인 기초자료로 쓰일 수 있을 것 으로 기대된다.

3. HNS 해양환경 영향평가 플랫폼 구현방안

해수 유동장 연계, 해양환경 영향평가 결과 가시화 방안, GIS 정보를 포함한 GUI 설계를 통해 HNS 연안환경 영향평 가 및 사회·경제 영향평가, 배출시설 실태조사, 해양물리 자 료, 해양환경 관련 공간 정보 등을 가시화하여 플랫폼에 연 계하고자 한다.

3.1 해수 유동장 연계

플랫폼 구현에 있어 수심별 유속 데이터, HNS 유출량 및 범위 데이터는 대한민국 전체에 해당하는 광역(Large area), 대한민국 연안을 아우르는 중간역(Medium area), 세부역 (Specific area) 해역별로 나누어져 있으며 해당 플랫폼에 연 계되어 GUI 구동 시 활용된다.

여수에는 철강, 석유화학, 컨테이너 시설 등에서 액체화학 물질과 화학공업생산품 등 위험물을 취급하는 여수광양항 이 위치하며, 이와 같은 시설들을 통해 HNS 등 화학물질이 유출될 수 있다(YGPA, 2023). HNS에 의해 생태계 및 해양환 경적, 사회환경적으로 부정적인 영향을 받을 수 있는 여수 항을 세부역(Specific area)으로 설정하였으며, 세부역에 대한 해양환경 영향평가 결과를 가시화하여 표출하였다(Fig. 11).

각 영역에 대한 공간적 범위 및 격자크기는 다음 Table 2 와 같다.

수심별 유속 데이터의 경우 엇갈림(Staggered Grid) 격자 형 태로 u벡터와 υ벡터를 구성되어 있어 플랫폼과의 연계를 위 해 중앙값을 산정하고, 각 벡터의 위경도 정보를 통해 벡터 를 합성하여 격자별 유속 벡터에 대한 흐름방향 및 속도를 시각화하였다.

광역 범위의 데이터의 경우 20개의 수심별로 720 * 700개 의 포인트, 중간역 범위는 773 * 650개의 포인트, 프로토타입 으로 구현된 상세역 범위 (여수 기준)는 135 * 198개의 포인 트로 구성되어 있으며, 데이터 용량은 1일 기준 약 300MB ~ 350MB로 구축되어있다.

해양물리(유동) 데이터인 수심별 유속 데이터와 HNS 유 출량 및 범위 데이터는 해당 플랫폼의 전처리 모듈에 연결 되어 연안 해양환경과 사회환경 영향평가 모델에 연결된다 (Fig. 12).

3.2 해양환경 영향평가 결과 가시화

HNS 해양환경 영향평가 플랫폼의 주요 기능으로는 연안 환경 영향평가 모형 및 사회·경제 영향평가 모형에 대해 GIS 정보를 포함한 Map 가시화이다.

연안환경 영향평가 모형의 경우 보호지역 취약성 DB, 종 취약성 DB, 서식지 취약성 DB 등 연안환경에 미칠 수 있는 취약성을 산정하고 이를 점수화하여 반영하며, 사회 환경 영향평가 모형의 경우 어장정보, 양식장, 어항, 경관도로 등 사회경제 특성 취약성 DB를 활용하여 사회 환경 취약성을 산정하고 이를 점수화하여 반영하고 있다. 연안환경 및 사 회 환경 취약성 산정을 위하여 각각의 데이터 외에 HNS 유 출량 및 범위 데이터가 필요하며, HNS 확산영향 예측 통합 모델과의 연계를 통하여 적용하고 있다.

HNS 해양환경 영향평가 프로세스에 대한 전체 개념도, 연안환경 영향평가 및 사회·경제 영향평가 프로세스는 다음 과 같다(Fig. 13 & 14).

3.3 GIS 정보를 포함한 GUI 방안

플랫폼의 주요 콘텐츠는 해양환경 정보, HNS 확산영역, 해양환경 영향평가, Database 조회, HNS 실태조사 결과 조회 로 구성되어 있다(Fig. 17).

해양환경 정보는 유속, 수온, 염분 등의 데이터에 대해 GIS 정보를 포함한 Map을 작성하고 표출하였다. 이 중 유속 의 경우 유속에 대한 u 벡터 및 v 벡터 정보를 통한 벡터연 산을 통해 격자별 유속 벡터를 산출하고 동적으로 시각화 하는 전처리 모듈을 개발하여 반영하였다. 시각화에 대한 공간적 범위로는 대한민국 연안을 아우르는 중간역 범위와 연구 지역인 여수산단, 부산, 인천, 평택과 대산, 울산에 대 한 상세역으로 구분하여 표출하였다(Fig. 15).

HNS 확산 영역은 HNS 배출 및 유출량에 따른 확산 범위 의 시각화를 위해 유출량 및 확산 범위 전처리 모듈을 개발 하였으며, 유출 시간 및 위치별 최대 유출량과 확산 범위와 시간에 따른 HNS 확산범위의 변화를 시각화하였다(Fig. 16).

더불어, 연안환경 영향평가 및 사회·경제 영향평가 에 활 용된 데이터에 대해 GIS 정보를 포함한 Map을 작성하고 함 께 표출하였으며, HNS 실태조사 결과를 조회할 수 있도록 별도로 구성하여 반영하였다(Fig. 17).

시스템의 개발환경으로 하드웨어의 경우 Windows 10, CPU는 intel I7 8core, Disk는 1 TB, RAM은 32 GB이며, 소프트 웨어의 경우, IDE는 visual studio 2022, 프로그래밍 언어는 HTML, CSS, Javascript, C#을 사용하였다(Table 3).

4. 토의 및 고찰

본 연구를 통하여 국내 HNS 플랫폼의 시범시스템을 구축 하였으며, 향후 우리나라 전국의 자료를 실시간으로 해수의 유동장 및 배출현황 등의 자료와 연계하여 구체적이고 빠른 대응에 활용될 수 있도록 고도화가 필요할 것으로 보인다.

또한, 우리나라 전체 해역의 해역별 특성과 상세역에 대 한 세부적인 자료를 활용함으로써 석유 화학단지, 영흥화력, 제철, 제강 등 화학물질을 취급하는 시설이 있는 인천항 (IPA, 2023), 액체화물, 유지류 등을 주로 취급하는 터미널과 시설이 존재하는 평택항(GPPC, 2023), 현대 오일뱅크, 당진화 력, 한국석유공사 등이 위치하는 대산항(DS-Pilot, 2023), 현대 오일, 석유공사, S-oil, SK 등 시설에서 액체화학물질을 취급 하는 울산항(UPA, 2023), 철강, 공용부두 등에서 잡화 및 위 험물등을 취급하는 부산항(BPA, 2023)과 같이 화학물질을 취 급하는 시설들을 통해 HNS와 같은 화학물질이 유출될 가능 성이 있는 해역 혹은 전국 해역으로 확대하여 적용할 수 있 을 것으로 보인다.

다만, HNS 확산영향 예측 통합 모델과의 연계의 경우 내 부 DB 서버에 저장하여 실시간 연산을 수행할 때에는 처리 속도에 문제가 없지만 외부 DB 서버에 저장하여 실시간 연 계시에는 약 300MB ~ 350MB 정도의 대용량 데이터인 관계 로 전송 속도에 따라 처리 속도 지연 등의 문제가 발생할 가 능성이 있다. 따라서, HNS 확산영향 예측 통합 모델 결과 데 이터에서 필요한 정보만 추출하여 데이터 용량을 줄일 수 있는 전처리 모듈을 개발하여 적용하거나, 외부 DB 서버와 내부 DB 서버를 미러링하여 전송 속도 문제를 해결하는 방 안 등을 적용하여 고도화할 필요가 있다.

5. 결 론

우리나라 HNS 배출에 관한 규제의 부재로 인해 사회경제 및 환경적 문제점으로 갈등이 발생하고 있다. 이러한 상황 에 과학적인 도구로써 HNS에 대한 화학적 정보, 배출로 인 한 영향, 해양산업시설에서 배출되는 HNS를 관리할 수 있는 플랫폼 개발이 시급한 상황이다.

본 연구에서는 여수항만을 대상으로 취약성 맵 표출, 유 속 벡터의 전처리 기능 개발, 전처리 결과에 따른 동적 시각 화 구현, 해양산업시설 배출 HNS의 유출량과 유출 범위 전 처리 모듈, HNS 해양환경 영향평가 연산 모듈 프로토타입을 개발하였다.

추후에는 정책 마련을 가속화 할 수 있는 과학적 도구로 써, 배출실태 관리를 위한 HNS 배출 실태조사 결과와 배출 시설의 위치, 정확하고 폭 넓은 영향평가를 위한 화학물질 의 정보와 HNS에 노출된 더 많은 해역의 영향평가 결과의 지도 구현하고, HNS관련 연구결과를 본 플랫폼에 연계 및 탑재 등을 통하여 효과적이고 시의성있는 플랫폼으로 고도 화하고자 한다.