공기유동학적 시뮬레이션을 사용한 재난성질병 예측 시스템 개발 = Development of a Forecasting System of Transmittable Disease using Aerodynamic Simulation

국문 초록 (Abstract)

고병원성 조류인플루엔자 (HPAI, Highly pathogenic avian influenza), 구제역 (FMD, Foot and mouth disease) 과 같은 재난성질병은 높은 폐사율과 빠른 전파로 인하여 축산농가는 물론 관련 산업 전반에 걸쳐 막대한 경제적 피해를 발생시킨다. 따라서 이들 질병의 피해를 최소화하기 위해서는 농장내로 질병이 유입 및 전파 확산되는 각종 위험요소를 분석하고 적절한 방역조치를 통하여 이를 사전에 제거하여야 하며, 질병이 발생 시에는 효과적인 대응전략 및 방역대선정을 통한 관리가 필요하다. 특히 직접적으로 질병을 확산시키는 사람이나 축산관련차량의 이동과 같은 전파요인의 경우 방역조치를 통하여 이를 차단할 수 있는 반면, 공기 중 전파와 같이 눈에 보이지 않는 확산을 방지하는 것은 매우 어려운 실정이다. 대부분의 축산농장이 산악지역에 밀집하여 있는 국내 실정에 따라서 공기 중 전파는 인근 농장으로 질병을 빠르게 확산 시킬 수 있는 중요한 위험요인이다. 하지만 공기 중 질병을 포집하는 기술의 한계, 공기 중 바이러스의 검출의 어려움, 불안정한 실험 환경조건 등으로 인하여 현장실험 만으로 이를 분석하는 것은 매우 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존의 역학조사로 분석이 곤란한 공기 중 질병의 전파에 대하여 기상 조건, 상세한 지형, 농장의 위치정보, 도로망 등을 종합적으로 고려한 공기유동학적 분석을 통하여 질병의 확산을 예측하고자 하였다. 이를 위하여 전산유체역학(CFD, Computational fluid dynamics) 시뮬레이션을 사용하여 복잡한 지형을 따라 형성되는 기류에 의하여 농장에서 발생하는 질병의 확산 경향을 예측하고자 한다. 과거 HPAI 가 발생한 2008년도 김제 사례를 바탕으로, 수치지형도를 사용하여 농장, 산, 토양조건, 도로망 등 상세한 지형 및 지물을 설계하였으며 다양한 지형격자 설계기법을 도입하여 3차원의 계산 영역을 설계하였다. 모델의 정확도 향상을 위하여 높이별 풍속 및 난류 프로파일, 방풍림, 에어로졸의 퇴적 등을 UDF(User defined function)를 사용하여 적용하였으며, 연구 대상지역에서 발생하는 환경조건을 3가지 풍속, 8가지 풍향, 40가지 발생원을 조합하여 질병의 확산을 모델링 하였다. 모델의 검증을 위하여 발생시기에 대한 풍향 및 풍속에 따른 풍환경 빈도 매트릭스를 구성하고 총 960가지 질병 확산 모의 결과를 바탕으로 공기중 확산 매트릭스를 활용하여 특정 시기에 발생하는 질병의 공기 중 확산을 예측하고자 하였다.