GIS와 전산유체역학 모델을 이용한 기상 조건이 건물 화재에 미치는 영향 연구

문다솜 ( Da-som Mun ),김민지 ( Min-ji Kim ),김재진 ( Jae-jin Kim ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.3

본 연구에서는 GIS와 CFD 모델을 이용하여 풍속과 풍향이 건물 화재에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해, 2020년 10월 8일 울산의 한 아파트에서 발생한 화재 사고에 대한 수치 실험을 수행하였고, 현실적인 기상 조건을 반영하기 위하여 국지기상예보시스템(LDAPS)의 바람과 온위 자료를 초기·경계 자료로 사용하였다. 먼저, 현실적인 경계 조건을 사용하여 두 가지 수치 실험을 수행하였다(규준 실험에서는 건물 화재를 고려하고, 다른 실험에서는 건물 화재를 제외하고는 규준 실험과 동일한 기상 조건 이용). 그런 다음, 규준 실험과 유입 풍속과 방향이 다른 4개의 수치 실험을 추가로 수행하였다. 수치 실험 결과, 발화 지점이 건물 풍상측에 위치할 때에는 화재로 인한 강한 상승 기류가 건물 지붕과 풍하측 지역에 영향을 미쳤다. 또한, 대피층(15층)은 건물 풍상 측 벽면의 화재를 풍하측으로 확산시키는 역할을 했다. 유입 풍속이 약할수록 발화점 주변으로의 화재가 좁게 확산되었지만 건물 위로 화염이 도달하는 고도는 상승했다. 유입 풍향이 반대인 경우, 발화 지점이 풍하측에 위치할 때에는 화염이 건물 풍상 측으로 확산되지 않았다. 본 연구 결과는 풍속과 풍향이 화재가 발생한 건물 주변의 흐름과 온도(화염) 분포에 중요하다는 것을 보여준다. In this study, we investigated the effects of wind speed and direction on building fires using GIS and a CFD model. We conducted numerical simulations for a fire event that occurred at an apartment in Ulsan on October 8, 2020. For realistic simulations, we used the profiles of wind speeds and directions and temperatures predicted by the local data assimilation and prediction system (LDAPS). First, using the realistic boundary conditions, we conducted two numerical simulations (a control run, CNTL, considered the building fire and the other assumed the same conditions as CNTL except for the building fire). Then, we conducted the additional four simulations with the same conditions as CNTL except for the inflow wind speeds and direction. When the ignition point was located on the windward of the building, strong updraft induced by the fire had a wide impact on the building roof and downwind region. The evacuation floor (15th floor) played a role to spread fire to the downwind wall of the building. The weaker the wind speed, the narrower fire spread around the ignition point, but the higher the flame above the building reaches. When the ignition point was located on the downwind wall of the building, the flame didn’t spread to the upwind wall of the building. The results showed that wind speed and direction were important for the flow and temperature (or flame) distribution around a firing building.

수도권 지역 도시대기측정소 PM_2.5, PM₁₀, O₃ 농도의 지리적 분포 특성

강정은 ( Jung-eun Kang ),문다솜 ( Da-som Mun ),김재진 ( Jae-jin Kim ),최진영 ( Jin-young Choi ),이재범 ( Jae-bum Lee ),이대균 ( Dae-gyun Lee ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.3

본 연구에서는 수도권 지역의 대기오염물질(PM_2.5, PM₁₀, O₃) 농도와 지형 고도, 건물 면적비, 인구 밀도의 상관성을 조사하였다. 지형 고도와 건물 면적비를 분석하기 위해 국토지리정보원에서 제공하는 수치지형도를 이용하였고, 건물 면적비를 계산하기 위해 수도권 지역을 TM 중부원점을 기준으로 수평 9 km × 9 km 격자로 구분하였다. 인구 밀도는 국가통계포털의 행정구역별 면적과 인구수 자료를 이용하였다. 대기오염물질농도 자료는 수도권에 위치한 도시대기측정소 146개 지점의 PM_2.5, PM₁₀, O₃ 농도 측정 자료를 이용하였다. 분석 기간은 2010년 1월부터 2020년 12월까지이고, 1시간 평균 농도 자료를 이용하여 월평균 농도를 계산하였다. 지형 고도는 경기도 북부와 동부 지역에서 높았고 서해안에 근접할수록 낮았다. 건물 면적비와 인구밀도 분포는 서로 유사하였고, 서울특별시에서 가장 높았으며, 산악과 해안지역에서는 낮게 나타났다. 월평균 PM_2.5과 PM₁₀ 농도는 봄철과 겨울철(1월~3월)에 높았고 O₃ 농도는 늦봄부터 초여름(4~6월)까지 높았다. 농도가 높은 3개월에 대해서 AMQS 지점별 평균 농도를 비교·분석하였다. 건물면적비나 인구밀도와 대기오염물질 농도 사이에는 음의 상관 관계가 분석되었다(인구밀도와 PM_2.5, PM₁₀ 농도 사이는 약한 음의 상관관계가, O₃ 농도와는 비교적 강한 음의 상관관계). 반면, 대기오염물질 농도와 도시대기측정소 측정 고도 사이의 뚜렷한 상관성을 나타나지 않았는데, 향후, 이에 대한 연구 수행이 필요할 것으로 판단된다. In this study, we investigated the relationships between the air quality (PM_2.5, PM₁₀, O₃) concentrations and local geographical characteristics (terrain heights, building area ratios, population density in 9 km × 9 km gridded subareas) in the Seoul metropolitan area. To analyze the terrain heights and building area ratios, we used the geographic information system data provided by the NGII (National Geographic Information Institute). Also, we used the administrative districts and population provided by KOSIS (Korean Statistical Information Service) to estimate population densities. We analyzed the PM_2.5, PM₁₀, and O₃ concentrations measured at the 146 AQMSs (air quality monitoring system) within the Seoul metropolitan area. The analysis period is from January 2010 to December 2020, and the monthly concentrations were calculated by averaging the hourly concentrations. The terrain is high in the northern and eastern parts of Gyeonggi-do and low near the west coastline. The distributions of building area ratios and population densities were similar to each other. During the analysis period, the monthly PM_2.5 and PM₁₀ concentrations at 146 AQMSs were high from January to March. The O₃ concentrations were high from April to June. The population densities were negatively correlated with PM_2.5, PM₁₀, and O₃ concentrations (weakly with PM_2.5 and PM₁₀ but strongly with O₃). On the other hand, the AQMS heights showed no significant correlation with the pollutant concentrations, implying that further studies on the relationship between terrain heights and pollutant concentrations should be accompanied.

GIS 자료와 지상측정 기상 · 미세먼지 자료에 기반한 수원시 지역의 도시대기환경 특성 연구

왕장운 ( Jang-woon Wang ),한상철 ( Sang-cheol Han ),문다솜 ( Da-som Mun ),양민준 ( Minjune Yang ),최석환 ( Seok-hwan Choi ),강은하 ( Eunha Kang ),김재진 ( Jae-jin Kim ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

본 연구에서는 2011년부터 2020년까지 수원시 내에서 측정한 기상과 미세먼지 농도 자료를 이용하여 월별, 연별 기상과 미세먼지 농도의 변화 경향을 분석하였고, 수원시 미세먼지 농도(PM₁₀, PM_2.5)와 기상 인자(풍속, 기온), 도시공간정보(건물부피비, 도로면적비) 간의 연관성을 조사하였다. 도시대기측정소의 도시공간 정보를 산출하기 위해 국토지리정보원과 환경공간정보서비스에서 제공하는 수치지형도의 건물 고도 정보와 세분류 토지피복자료의 도로 정보를 이용하였고, 도시대기측정소를 중심으로 2 km×2 km 영역의 건물 부피와 도로면적을 계산하였다. 기상측정자료를 분석한 결과, 수원시는 주로 서풍과 서북서풍이 우세하게 나타났고, 평균풍속은 봄철에 높았다. 미세먼지 농도는 여름철(7월~9월)에 낮았고 봄철과 겨울철에 비교적 높았다. 연별 추이를 분석한 결과, 대부분의 지점에서 2020년에 미세먼지 농도가 가장 낮았다. 측정 미세먼지 농도는 풍속과 기온과 약한 음의 상관관계를 보였는데, 기온과 PM_2.5 농도의 상관성이 상대적으로 높았다. 6개 도시대기측정소의 PM₁₀, PM_2.5 평균 농도와 도시매개수의 상관성을 조사한 결과, PM₁₀ 농도는 도로 배출이나 건물에 의한 지상 풍속 감소의 영향보다는 외부로부터의 유입 영향을 더 크게 받았고, PM_2.5 농도는 국지적 배출이나 건물에 의한 풍속 감소 영향을 더 크게 받는 것으로 분석된다. We analyzed the monthly and annual trends of the meteorological factors (wind speeds and directions and air temperatures) measured at an automated synoptic observation system (ASOS) and fine particle (PM₁₀ and PM_2.5) concentrations measured at the air quality monitoring systems (AQMSs) in Suwon. In addition, we investigated how the fine particle concentrations were related to the meteorological factors as well as urban morphological parameters (fractions of building volume and road area). We calculated the total volume of buildings and the total area of the roads in the area of 2 km × 2 km centered at each AQMS using the geographic information system and environmental geographic information system. The analysis of the meteorological factors showed that the dominant wind directions at the ASOS were westerly and northwesterly and that the average wind speed was strong in Spring. The measured fine particle concentrations were low in Summer and early Autumn (July to September) and high in Spring and Winter. In 2020, the annual mean fine particle concentration was lowest at most AQMSs. The fine particle concentrations were negatively and weakly correlated with the measured wind speeds and air temperatures (the correlation between PM_2.5 concentrations and air temperatures was relatively strong). In Suwon city, at least for 6 AQMSs except for the RAQMS 131116 and AQMS 131118, the PM₁₀ concentrations were affected mainly by the transport from outside rather than primary emission from mobile sources or wind speed decrease caused by buildings and, in the case of PM_2.5, vise versa.