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최신 기상관측데이터를 이용한 최대순간풍속과 최대평균풍속의 상관관계 분석
어재원 ( Jaewon Eo ),유석철 ( Seokcheol Yu ),김유용 ( Yuyong Kim ),임성윤 ( Seongyoon Lim ),송호성 ( Hosung Song ),임재삼 ( Jaesam Lim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1
현재 농업 분야에서 널리 이용되고 있는 비닐하우스는 태풍, 돌풍 등 강풍으로 인한 피해 규모가 약 49.0%에 달하고 있다[농촌진흥청, 2017]. 강풍으로 인한 피해 온실의 피해를 저감하기 위해 농림축산식품부에서는 최대순간풍속을 이용하여 풍하중(wind load, N)을 산정하고 있다. 국토교통부의 고시 건축구조기준[2016]은 전국 약 102개 지점(旣知點)의 종관규모(synoptic scale) 기상관측소를 통해 측정된 최대평균풍속을 이용하여 풍하중을 산정하고 있다. 농림축산식품부와 국토교통부 모두 데이터가 측정되고 있지 않은 여타 지역(未知點)에 대해서는 측정지점의 풍속을 이용하여 공간 보간(spatial interpolation)을 통해 예측된 결과를 활용하고 있다. 최대평균풍속과 최대순간풍속 사이에 실험식을 통한 상관관계가 구명되어 있으므로 이에 대한 활용 가능성을 검토하기 위해 최대평균풍속으로 공간 보간한 데이터와 최대순간풍속으로 공간 보간한 데이터의 상관관계 분석이 요구된다. 이에 앞서, 본 연구에서는 최대순간풍속과 최대평균풍속의 실측 데이터 간 상관관계 분석을 위해, 전국의 기상관측소 중 주변 지역과 상대적으로 높은 풍속 편차(최대 약 20 m/s)를 나타내는 지역인 여수시(해안지역)와 태백시(내륙지역)의 2020년까지의 최신 월간 기상관측 데이터를 이용하여 최대순간풍속과 최대평균풍속의 상관 관계가 회귀식 및 결정계수를 통해 비교, 분석되었다. 여수시와 태백시의 공간 보간한 최대순간풍속과 최대평균 풍속 간 회귀식은 각각 V<sub>max</sub>=1.1826V<sub>mean</sub>+4.4835 및 V<sub>max</sub>=1.3145V<sub>mean</sub>+5.0629으로 표현되었으며, 해당 회귀식의 적합도를 나타내는 결정계수는 각각 0.76 및 0.52로 나타났다. 반면, 2010년까지의 해안지역(29개) 및 내륙지역(42개)에 해당하는 지역[농림수산식붐부, 2011]의 회귀식은 각각 V<sub>max</sub>=1.0094V<sub>mean</sub>+10.1870 및 V<sub>max</sub>=1.0896V<sub>mean</sub>+7.7670으로 표현되었으며, 결정계수는 각각 0.67 및 0.57로 나타났다. 즉, 여수시 결정계수는 해안지역(29개) 대비 0.09 높게, 태백시 결정계수는 내륙지역(42개) 대비 0.05 낮게 나타났다. 이에, 기상관측이 이루어지고 있지 않은 지역의 최대순간풍속을 최대평균풍속을 이용하여 공간 보간하기 위해서는 보다 정확하게 예측하는 것이 필요하므로 독립적 분석이 선행되어야 할 것으로 판단된다.
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최신 기상관측 자료 이용 미관측지점 최대순간풍속 공간보간 분석
어재원 ( Jaewon Eo ),유석철 ( Seokcheol Yu ),송호성 ( Hosung Song ),김유용 ( Yuyong Kim ),임성윤 ( Seongyoon Lim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
국내 플라스틱 온실의 누적 피해 규모의 약 49%는 태풍 및 강풍에 의한 피해로 조사된 바 있다(MPSS, 2015). 이에, 온실의 피해를 감소시키기 위해, ‘「국토교통부 고시 제2016 - 317호」 건축구조기준 및 해설’, 내재해형 시설 규격 ‘「농림축산식품부 고시 제2019 - 44호」 원예특작시설 내재해형 규격 설계도·시방서’, ‘「농림축산식품부 제1999 - 유통34호」 온실구조 설계기준 및 해설’ 등이 운영되고 있으나, 내재해형 규격 시설 면적은 약 40% 수준에 그치고 있다. 농림축산식품부 및 국토교통부는 최대순간풍속 및 최대 평균풍속을 산정하기 위해 전국 종관규모의 기상관측소를 통해 측정된 풍속데이터를 이용하여 풍하중을 산정하고 있으며, 데이터가 측정되고 있지 않은 지역에 대해서는 측정지점의 풍속을 이용하여 공간보간을 통해 예측된 결과가 활용되고 있다. 이와 관련하여, 본 연구진에 의해 선행된 연구에 따르면, 종관기상관측소의 풍속실측데이터 71개 지역을 기준으로, 관측자료가 없는 지역의 최대순간풍속의 공간보간을 통한 예측 결과, 실측 결과 대비 상관계수(R)는 ‘중위 정상관(positive linear correlation)’에 그치는 것으로 분석된 바 있다. 이에, 본 연구에서는 전국 종관기상관측소(ASOS; Automated Synoptic Observing System) 및 방재기 상관측소(AWS; Automatic Weather Station)의 풍속실측데이터 중 연속 20년 관측자료(KMA-NCDC, 2021)가 있는 71개 지역 및 398개 지역을 기준으로, 미지점 중 방재기상관측소의 풍속실측데이터 보유 지역 중 ‘원예특작시설 내재해형 설계하중 연구(MAFRA and NACF, 2011)’에서 설계풍속이 인접 지역(시/군)과 급격한 차이를 나타내는 지역들을 선정하여 공간보간 예측 데이터의 상관계수 분석을 통한 신뢰성이 분석·검증되었다. 공간보간을 위해 지리통계학적(geostatistical) 분석의 범주(Li and Andrew, 2014)에 속하는 크리깅(kriging) 방법은 정규 크리깅(ordinary kriging), 반-분산도(semi-variogram)는 구형 모델(spherical model)이 적용되었으며, 총 469개 지역의 실측 데이터 대비 상관관계 분석 결과, 상관계수(R = 0.81)가 고위 정상관으로 나타난 바, 방재기상관측데이터의 추가적 이용은 공간보간의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방안으로 나타났다.
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유석철 ( Seokcheol Yu ),김유용 ( Yuyong Kim ),임성윤 ( Seongyoon Lim ),어재원 ( Jaewon Eo ),송호성 ( Hosung Song ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
강풍 및 대설 등 기상재해로 인한 원예특작시설의 경제적 손실을 최소화하기 위해 농림축산식품부는 원예특작시설 내재해형 기준(농식품부 고시 제2019-44호)을 마련하여 운영하고 있다. 하지만 원예특작시설 내재해형 기준에는 원예특작시설용 결속조리개 등 상부 기준은 제시되고 있으나 기초의 인발저항력 기준은 제시되지 않았으며 관련 연구도 부족한 실정이다. 태풍이나 강풍이 발생하면 대부분의 온실 피해는 기초부의 침하 또는 인발저항력 부족으로 인한 피해가 많이 발생하고 있다. 온실은 강풍의 영향을 많이 받으므로 온실을 설계할 때 기초의 인발저항력에 대한 고려가 매우 중요한 요소이다. 따라서 본 연구는 원예특작시설 내재해형 연동 온실의 인발저항력을 산출하기 위해 시뮬레이션에 요구되는 변수를 획득하는 것을 목적으로 수행되었다. 지역별 내재해형 연동 온실 규모와 토양을 고려하여 대규모의 연동 온실 단지가 조성되어있는 4 지역(강원도 평창군, 경기도 평택시, 충남 부여군, 충북 청주시)을 대상으로 토양 채취 및 현장 실험을 하고 KS 규격에 따라 채취한 토양에 대해 함수비(KS F 2306), 비중(KS F 2308), 다짐특성(KS F 2312) 등 물리·역학적 특성이 분석되었다. 들밀도 및 다짐 실험 결과 다짐도는 평균 88%이었으며, 미국 농무성(USDA)의 삼각좌표분류법에 의해 분류 결과는 사질양토(Sandy Loam), 기초부 토양의 전단강도 유효점착력은 6.84~31.28 kPa, 유효마찰각은 30.4~36.6°로 나타났다. 따라서 향후 본 연구 결과는 토양에 따른 원예특작시설 내재해형 연동 온실 기초부의 인발저항력을 산출하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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