등부표 접촉사고 발생의 위험성 평가에 관한 기초 연구:
- 부산항신항 해역을 중심으로 -
Risk Assessment for Contact Accident of Buoy
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Abstract
해상등부표는 선박 통항의 안전을 위해 필요한 시설로 파손 및 유실되는 경우 예상치 못한 예산 지출뿐 아니라 등부표 운용이 불 가능해짐에 따라 선박 통항 안전에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 해역의 교통흐름을 반영할 수 있는 해상교통평가지표를 적용하 여 등부표 접촉사고의 위험성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 평가대상 해역을 등부표 설치기수가 많고 등부표 접촉사고가 많이 발생하는 부산항 제5항로로 설정하고, 대상해역의 등부표 접촉사고 현황을 조사했다. 그리고 해상교통평가지표로 사용될 수 있는 해상위험평가도구인 IALA Waterway Risk Assessment Programme(IWRAP MkⅡ)와 Potential Assessment of Risk Model(PARK Model)를 활용하여 등부표 접 촉사고 발생의 위험성을 평가했다. 그 결과, 마산항 입출항 선박과 부산항신항 입출항 선박으로 교통흐름이 복잡한 경계해역 인근에 위치한 등부표와 항로를 따르지 않는 선박들이 항로를 가로지르는 운항패턴을 보이는 가덕수도 입구 인근에 위치한 등부표, 부산항신항 내항항로의 방파제 인근에 위치한 등부표가 접촉사고 위험성이 큰 것으로 평가되었다. 본 연구는 등부표 사고 위험성을 평가할 수 있는 통합 모델을 만드 는 기초 자료로 활용될 수 있으며, 추후에 다양한 해역의 접촉사고 위험성을 평가하고, 미래교통량을 추정·적용하여 등부표 신설 시 안전한 등부표 설치 위치를 선정할 수 있을 것이다.
Trans Abstract
Buoys are a necessary component for the safety of vessel traffic. However, if the buoy becomes inoperable from damage and loss, it can have significant impact on vessel traffic safety as well as unexpected budget spending. The purpose of this study was to evaluate the risk of accidental contact by applying the marine traffic assessment index that can reflect the traffic flow in the sea area. First, Busan Port No. 5 fairway, with a high number of buoys and many contact accidents, was set as the sea area for assessment. to investigate the status of accidental contact and evaluate risk of contact accidents based on the IALA Waterway Risk Assessment Programme (IWRAP MkⅡ) and Potential Assessment of Risk Model (PARK Model). As a result, buoys are near the Precautionary Area wherein the traffic flow was complicated by the Masan port vessel and Busan new port vessel, and buoys are near the entrance of the Gadeok waterway, wherein vessels show a pattern of navigation across the fairway and buoys are near the breakwater in the inner fairway were considered as high risk for contact accidents. This study can be used as basic data for establishing an integrated model to evaluate the risk of buoy contact accidents.
1. 서 론
항로표지는 선박이 항만 간을 운항할 때 경제적이고 안전 한 항로를 선택할 수 있도록 유도하는 항행 원조 시설이다. 그 중 해상등부표는 선박 통항의 안전을 위해서 필요한 시설로, 항해하는 선박에게 암초나 수심이 얕은 곳의 소재를 알리거나 또는 항로의 경계를 알리기 위하여 해상의 고정위치에 띄워놓 은 구조물을 말한다(Jeong and Gug, 2013).
등부표는 해상교통량, 선박의 종류 및 규모 등을 조사·연구 하고 해상환경의 특성과 항만개발 계획 등을 검토하여 설치되 지만, 해상환경의 변화에 따른 선박추돌, 기상악화 및 기타 원 인으로 매년 등부표의 파손 및 유실이 발생하고 있다. 특히 2006년부터 2017년까지 10년간 부산항 등부표사고를 원인별 로 분석해보면 선박추돌 사고가 57%로 절반 이상을 차지한다 (MOF, 2017)
등부표 사고는 결과적으로 예상치 못한 예산 지출뿐 아니 라 등부표 운용이 불가능해짐에 따라 선박 통항 안전에도 큰 영향을 미칠 수 있다.
우리나라 정부에서는 등부표 사고발생을 예방하기 위해서 매년 항로표지연보를 발행해 항로표지 운용현황을 파악하고 있으며, 특히 부산지방해양수산청에서는 부산항 주요항로 항 로표지 재배치 연구용역을 통해 항로표지의 사고현황조사, 도 상검토, 관리기관의 의견수렴을 기반으로 사고 안전대책을 수 립하였다(MOF, 2017; BROOF, 2015). 또한 항로표지 사고와 관련된 연구로 Moon et al.(2018)과 Moon and Kim(2019)이 항로표지사고로 인해 소요되는 관리자의 경제활동과 이용자 의 불편함을 비용으로 정량화할 수 있는 항로표지사고의 사회 적비용(Social Cost) 평가모델을 개발하여 항로표지사고로 인 한 경제적 손실을 추정하고자 했다. 항로표지 설치와 관련된 연구로는 Kim et al.(2008)이 국내 무역항 항로에 배치되는 등 부표의 최적 배치에 대한 기준을 설정하기 한 기초자료로서 항해자들을 대상으로 등부표의 시인거리와 배치에 관한 선호 를 분석하였으며, Kim et al.(2014)이 항로표지 신설 및 재배 치 시에 전자해도 화면에서 원하는 위치에 바로 설치할 수 있 도록 지원하는 소프트웨어를 개발하여 설계안의 효율성 및 적 절성 여부를 판단하는데 도움을 줄 수 있도록 하였고, 최근 시 뮬레이터를 활용하여 정량적인 평가를 통한 항로표지 배치에 관한 연구도 발표되었다(Part et al., 2019).
하지만 기존 항로표지 설치에 관한 연구는 시인성에 관한 연구이고, 항로표지의 현황 및 사고조사, 사회적비용 평가는 사후적 대비책에 불과하며, 항로표지의 위치는 전문가의 경험 에 의해 결정되어 왔다. 즉, 도상검토와 의견수렴, 설문조사는 정성적인 자료로 대상 해역의 교통흐름을 반영하여 항로표지 와의 접촉 위험성을 평가한 연구는 없는 실정이다.
본 연구에서는 해역의 교통흐름을 반영할 수 있는 해상교 통평가지표를 적용하여 등부표 접촉사고의 위험성을 평가하 는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 평가대상 해역을 항로표 지설치기수가 많고, 등부표 접촉사고가 많이 발생하는 부산항 신항 제5항로로 설정하고 제5항로의 등부표 접촉사고 현황, 해상교통평가지표로 사용될 수 있는 해상위험평가도구인 IALA Waterway Risk Assessment Programme(IWRAP Mk Ⅱ)와 Potential Assessment of Risk Model(PARK Model)을 활용하여 등부표 접촉사고 발생의 위험성을 평가하고자 한다.
2. 등부표 접촉사고 위험성 평가 조건 설정
2.1 대상해역 설정
우리나라 등부표는 국가에서 관리하는 국유표지와 지방해 양수산청 외 국가기관과 사설기관에서 관리하는 사설표지로 설치·운영된다. Table 1은 13개 지방해양수산청 중 등부표가 다수 설치된 상위 5개 항만의 국유 및 사설 등부표 현황과 2018년 선박 입출항 척수 현황을 나타낸 것이다(MOF, 2018).
Number of national, private light buoy and arrival/departure of vessels of the top five ports (Unit : number)
Table 1에서 보는 것과 같이 부산항은 선박 입출항 척수가 많고 항로에 등부표가 많이 설치된 항만으로 본 연구에서는 부산항을 대상항만으로 설정했다.
부산항 항로는 부산항 항법 등에 관한 규칙에 따라 제1항로 (부산항로), 제2항로(남외항로), 제3항로(감천항로), 제4항로 (북내항로), 제5항로(신항항로)의 5개 진입항로로 운영된다 (Busan Regional Office of Oceans and Fisheries, 2017). 부산 항 진입항로별 등부표 설치기수는 항로의 길이, 폭 및 항만의 특성에 따라 상이하다. Table 2는 부산항 5개 항로의 등부표 설치 기수와 2006년부터 2015년까지 10년간의 부표 접촉사고 건수를 나타낸 것이다(MOF, 2017; BROOF, 2015).
Number of light buoy and contact accident by fairway at Busan port (Unit : number)
Table 2에서 보는 것과 같이 부산항 5개 항로 중에서 제5항 로에 49기의 등부표가 설치되어 부산항 등부표의 61.3%가 설 치되어 있는 것으로 조사되었다. 한편 제5항로의 등부표 접촉 사고는 38건으로 부산항 등부표 접촉사고의 46.9%가 제5항로 에서 발생한 것으로 조사됐으며, 설치 수 대비 접촉사고는 제 2항로의 등부표가 높은 것으로 조사되었다.
본 연구에서는 등부표 설치기수가 많고, 등부표 접촉사고가 타 항로에 비해 많이 발생하는 부산항 제5항로의 가덕수도, 부산항신항 진입항로를 대상해역으로 설정하여 등부표 접촉 사고 위험성을 평가하고자 한다.
Fig. 1은 본 연구에서 설정한 대상해역을 나타낸다.
Busan No.5 fairway
2.2 대상해역의 교통흐름 분석
부산항 제5항로의 등부표 접촉사고 위험성을 평가할 때 교 통흐름을 반영하기 위하여 2017년 07월 08일부터 07월 10일까 지 3일간의 GICOMS 자료를 이용하여 교통흐름을 분석했다.
Fig. 2는 교통흐름 분석을 위한 게이트라인을 포함한 제5항 로의 선박 밀도와 항적분포를 나타낸 그림이다.
Cumulative track of Busan No.5 fairway
Table 3은 Fig. 2 (a)와 같이 4개의 게이트 라인을 설정하 여 3일간의 통항 척수를 나타낸 결과이다.
Analysis of vessel traffic (Unit: vessels)
Table 3에서 보는 바와 같이 부산항 제5항로에서는 정해진 항로를 따라 가덕수도를 통항하여 부산항신항 항내로 진입하 는 선박, 분기점에서 마산항로를 이용하는 선박 뿐만 아니라 가덕도 동두말 남쪽 가까이로 접근하여 가덕수도를 가로질러 마산항로를 이용하는 선박 등으로 교통흐름이 구분된다.
2.3 대상해역 등부표의 선회반경 산출
등부표의 표체는 침추와 체인으로 연결되어 있어 외력에 의해 이출 거리가 생겨 선회 반경이 만들어진다. 또한, 등부표 (스파부이)의 표체는 침추와 바로 연결되어 외력에 의해 횡변 위량이 생겨 선회 반경이 만들어진다. 본 연구에서는 이러한 선회 반경을 선박이 접촉할 수 있는 등부표의 영역으로 간주 하여 위험성을 평가하고자 했다.
Fig. 3은 등부표의 영역에 대한 개념을 나타낸다.
Concept for buoy area
등부표 이출거리 검토 조건 중 외력은 교통흐름을 파악한 기간인 2017년 07월 08일부터 07월 10일까지 3일중 각 요소별 (풍속 12.2m/s, 파고 3.2m)로 가장 악화되었던 시점을 기준으 로 했다(KMA, 2017). 수심은 해도에 명시된 값을 사용했으며, 조류는 최강창조류ㆍ최강낙조류 중 가장 높은 값(0.9kts)을 적 용했다(KHOA, 2015).
부산항 제5항로의 등부표는 LL-28, LL-26(M), LSP-28 형 식으로 되어있으며, LL-28, LL-26(M) 형식은 등부표 이출거 리 S(m)을 계산하여 등부표 영역을 구하고, LSP-28 형식은 등부표 횡변위량 D(m)을 계산하여 등부표 영역을 구할 수 있다.
Fig. 4는 LL-28, LL-26(M)형식의 등부표 이출거리를 계산 하는 기본 개념을 나타내며, 등부표 이출거리 S(m)를 계산하 는 기본 식은 식(1)과 같다.
Concept for calculating circling diameter
여기서,
T0 : 수평력((풍력+조류력)×1.2) (kgf)
P : 체인의 수중중량 (kgf/m)
L : 체인의 길이 (m)
또한 Fig.5는 LSP-28 형식의 등부표 이출거리를 계산하는 기본 개념을 나타내며, 등부표 횡변위량 D(m)을 계산하는 기본 식은 식(2)와 같다.
Concept for calculating lateral displacement
여기서,
θ : 외력(풍력+조류력)에 의한 경사각 (deg.)
H : 부표의 전체 길이 (m)
한편, 제5항로의 등부표 번호는 가덕수도 입구 좌측부터 부 산항신항 1호등부표로 표시되며, 가덕수도 항로 중앙은 중앙 A,B,C호로 표시된다. 또한 부산항신항 진입항로가 시작되는 좌측에서부터 부산항신항 내항항로101호로 표시되며, Table 4 는 각 부표별 등부표 이출거리와 횡변위량을 계산하여 선회반 경을 산출한 결과를 나타낸다.
Circling diameter & displacement of No.5 fairway buoys
3. 등부표 접촉사고 위험성 평가
3.1 등부표 접촉사고 분석을 통한 위험성 평가
등부표 접촉사고 위험성을 평가하기 위하여 2006년부터 2015년까지 10년간 가덕수도, 부산항신항 진입항로 및 신항 항내에서 발생한 등부표 접촉사고를 조사한 결과, 가덕수도에 서 19건, 진입항로 및 신항 항내에서 19건으로 총 38건의 등부 표 접촉사고가 발생했다. Fig. 6은 등부표별 접촉사고 건수를 원모형 안에 숫자로 나타낸 것이다(MOF, 2017).
Number of contact accidents by light buoy at Busan No.5 fairway
등부표 접촉사고가 많이 발생한 상위 5개 등부표를 살펴보 면, 부산항신항 진입항로에 있는 부산항신항 내항항로 107호 에서 6건으로 가장 많은 접촉사고가 발생하였고, 가덕수도에 서는 입구에 설치된 부산항신항 2호가 5건, 부산항신항 1호가 4건으로 접촉사고가 많이 발생했다. 또한 부산항신항 중앙C 호, 부산항신항 내항항로 106호, 부산항신항 내항항로 119호에 서 3건의 등부표 접촉사고가 발생했다.
3.2 IWRAP MkⅡ를 활용한 위험성 평가
3.2.1 IWRAP MkⅡ의 개요
IWRAP MkⅡ는 해상 위험 평가에 유용한 모델링 도구로 사용되며, 교통량, 교통의 분포 및 해저 지형 정보를 기반으로 선박과의 충돌, 좌초 빈도를 추정한다(IALA, 2010). 본 연구에 서는 등부표를 해상의 고정된 장해물로 간주하고, 선박이 이 장해물에 좌초될 가능성을 계산하고자 했다. Fig. 7은 IWRAP MkⅡ 모델 중 좌초 가능성 산출에 대한 개념을 나타내며, 좌 초 확률을 산출하는 기본 식은 식(3)과 같다(Omar, F. E., 2013).
Concept for calculating the number of grounding candidates
여기에서,
XGnd : Number of Grounding Candidates
NGnd : Number of Annual Groundings
Pc : Causation Probability
3.2.2 IWRAP MkⅡ를 활용한 위험성 평가 결과
등부표가 설치된 위치에서 선회 반경만큼을 해상 장해물로 간주하고, 3일간의 GICOMS 자료를 기반으로 교통 흐름을 반 영하여 각 장해물과의 좌초사고 발생 빈도를 추정함으로써 등 부표별 연간 접촉사고 발생 빈도를 추정했다.
Fig. 8은 선박 간 충돌을 포함한 IWRAP MkⅡ 계산 결과 이며, Fig. 9는 각 등부표별 연간 접촉사고 발생 횟수를 추정 한 결과이다.
Result of IWRAP MkⅡ calculation
Result of calculating the number of contact accident candidates
Fig. 8은 부산항신항 교통량을 반영하여 선박 간의 충돌 가 능성과 등부표와의 접촉 가능성을 색으로 표현한 것으로, 색 이 진할수록 충돌/접촉 위험이 높다는 것을 나타낸다. 항로를 따라 항해하지 않거나, 부산항신항 입구와 같이 항로 구분이 되어 있지 않은 곳에서 선박 간의 충돌확률이 높게 나타났지 만, 본 연구는 등부표 접촉가능성에 대한 연구이기 때문에 이 는 배제하고 각 등부표별 접촉가능성을 Fig. 9와 같이 따로 그래프로 표현했다.
IWRAP MkⅡ를 활용한 위험성 평가 결과, 접촉가능성이 높은 상위 5개 부표를 살펴보면 부산항신항 11호가 2.408건/ 연으로 가장 높게 나타났으며, 그다음 중앙C호가 2.247건/연, 부산항신항 4호가 1.599건/연, 부산항신항 2호가 0.821건/연, 중앙B호가 0.432건/연으로 높게 나타났다. Fig. 10은 접촉가능 성이 높은 상위 5개 등부표를 표시한 그림이다.
Top 5 buoys with high contact accident potential by IWRAP MkⅡ
위의 5개 등부표의 접촉사고 발생빈도가 높게 추정된 이유 는 부산항신항 11호와 중앙C호는 신항과 마산항의 분기점으 로 경계해역 인근에 위치하기 때문인 것으로 사료되며, 부산 항신항 2호, 4호, 중앙B호는 항로를 따르지 않는 선박들이 항 로를 가로지르는 운항패턴을 보이기 때문으로 사료된다.
3.3 PARK Model을 활용한 위험성 평가
3.3.1 PARK Model의 개요
PARK Model은 한국 연안 지역 특성 및 선박 운항자의 의식 을 기반으로 한 해상 교통 위험도 평가 모델로 해기사를 대상 으로 설문조사를 통하여 해상교통안전에 영향을 줄 수 있는 요 소를 고려하여 구축되었다. 그리고 회귀 분석을 통하여 각 요소 의 영향을 결정하고, 식(4)에 의하여 정량적인 값으로 위험도를 계산한다.
모델에 의해 계산된 위험도는 선박의 전장, CPA(Closest Point of Approach) 및 TCPA(Time to Closest Point of Approach)에 따라 조정되며, 일반적으로 위험도 5이상을 위험 하다고 평가한다(Nguyen, X. T., 2014).
3.3.2 PARK Model을 활용한 위험성 평가 결과
PARK Model을 활용하여 등부표 접촉사고 위험성을 평가 하기 위하여 등부표를 선회반경 크기의 정지한 장해물로 간주 하고 3일간의 GICOMS 자료를 기반으로 해상교통 위험도를 산출했다. 해상교통 위험도는 제5항로에서 최대 항로폭을 가 진 가덕수도 입구의 한쪽 항로폭이 1,200m 임을 고려하여 각 등부표별로 거리가 1,200m 이내인 선박을 대상으로 분석했으 며, 위험도 5∼6은 접촉사고 위험 가능성이 존재, 6이상은 접 촉사고 위험 현존성이 존재하는 것으로 구분하여 분석했다.
Table 5는 각 등부표별로 거리가 1,200m 이내의 선박과의 해상교통위험도를 분석한 결과를 나타낸다.
Result of marine traffic risk analysis by PARK model (Unit: vessels)
등부표와의 거리가 1,200m 내 선박 중 위험도 6이상으로 위험이 현존하는 선박의 비율은 부산항신항 4호 0.13%, 부산 항신항 내항항로 113호 0.13%, 부산항신항 내항항로 107호 0.11%, 부산항신항 내항항로 111호 0.04%, 부산항신항 내항항 로 105호 0.02%로 분석됐다. 또한 위험도 5∼6으로 접촉사고 위험 가능성이 존재하는 선박의 비율이 높은 5개 등부표를 살 펴보면 부산항신항 6호가 11.50%로 가장 높았고, 부산항신항 7호가 11.08%, 부산항신항 중앙C호 10.70%, 부산항신항 4호 10.56%, 부산항신항 내항항로 107호 9.66%로 높게 나타났다.
Fig. 11은 위험도 6이상과 위험도 5∼6 선박의 비율이 높 은 상위 5개 등부표를 표시한 그림이다.
Top 5 buoys with high risk by PARK Model
부산항신항 내항항로의 4개 등부표에서 접촉사고 위험이 현존하는 선박의 비율이 높은 것으로 나타난 것은 항로폭이 좁아 등부표와 가깝게 항해하기 때문인 것으로 추정된다. 또 한 접촉사고 가능성이 존재하는 선박의 비율이 높은 부산항신 항 4호, 6호, 7호는 IWRAP MkⅡ의 접촉가능 빈도추정과 마 찬가지로 항로를 따르지 않는 선박들이 항로를 가로지르는 운 항패턴을 보이기 때문으로 사료되며, 중앙C호는 신항과 마산 항의 분기점으로 경계해역 인근에 위치하기 때문인 것으로 사 료된다.
3.4 소결론
부산항 제5항로의 등부표 접촉사고 위험성을 평가하기 위 하여 10년간 발생한 등부표 접촉사고 현황, IWRAP MkⅡ, PARK Model 위험도 세 가지 방법을 기반으로 각 등부표별 접촉사고 위험성을 평가했다. 그 결과, 선박과의 접촉 가능성 이 높은 등부표가 완전히 일치하지는 않는 것으로 확인되었 다. 그 이유는 IWRAP MkⅡ는 교통 분포 위주로 계산이 되 는 반면에, PARK Model은 장해물과의 거리에 대한 요소가 계산에 가장 큰 비중을 차지하며, 실제 접촉사고는 교통 관련 요소뿐만 아니라 모든 관련 요소들이 복합적으로 작용하여 나 타난 결과이기 때문인 것으로 사료된다. Table 6은 종합적인 평가 결과를 나타낸 것이다.
Comprehensive assessment results using marine traffic assessment index
Table 5에서 보는 바와 같이 등부표 접촉사고를 조사한 결 과, No.107 – No.2 – No.1 – No.C - No.106 등부표에서 접촉사고가 많이 발생했고, IWRAP MkⅡ를 이용하여 연간 접촉사고 발생 가능건수를 추정한 결과, No.11 – No.C – No.4 – No.2 –No.B 등부표 순서로 추정되는 접촉사고 발생 건수가 높은 것으로 나타났다. 또한 PARK Model을 이용하여 접촉사고 위험 가능성을 예상한 결과, No.6 – No.7 – No.C – No.4 – No.107 순서로 접촉사고 위험 가능성이 높은 것을 확인했다.
세 가지 평가 결과 모두 No.C 등부표가 접촉사고 위험이 큰 것으로 평가되었고, No.2, No.4, No.107 등부표는 두 가지 평가 결과에서 높은 접촉사고 위험을 나타냈다. 접촉사고 위 험이 높은 등부표는 경계해역 인근에 위치하거나, 항로를 가 로지르는 선박들이 항해하는 인근, 항로폭이 좁은 부산항신항 내항항로의 방파제 인근에 위치하는 것으로 분석되었다.
4. 결 론
본 연구는 교통흐름을 반영한 등부표 접촉사고의 위험성을 평가하는 것을 목적으로 하며, 등부표 설치기수가 많고 등부 표 접촉사고가 많이 발생하는 부산항 제5항로로 대상해역으로 설정하여 등부표 접촉사고 위험성을 세 가지 방법으로 평가했 다. 등부표 접촉사고 현황, IWRAP MkⅡ, PARK Model을 기 반으로 위험성을 평가한 결과, No.C 등부표가 접촉사고 위험 이 큰 것으로 평가되었고, No.2, No.4, No.107 등부표는 두 가 지 평가 결과에서 높은 접촉사고 위험을 나타냈다. 추가로 부 산항신항과 마산항의 분기점인 경계해역 인근에 위치한 등부 표와 가덕수도 입구 에 위치한 등부표, 부산항신항 내항항로 의 방파제 인근에 위치한 등부표의 접촉사고 및 접촉사고발생 확률이 높은 것으로 나타났다.
이는 경계해역은 마산항 입출항 선박과 부산항신항 입출항 선박으로 교통흐름이 복잡하며, 가덕수도 입구는 항로를 따르 지 않는 선박들이 항로를 가로지르는 운항패턴을 보이고, 부 산항신항 내항항로의 방파제 인근은 항로폭이 좁기 때문인 것 으로 사료된다.
본 연구는 등부표 사고 위험성을 평가할 수 있는 통합 모델 을 만드는 기초 자료로 활용될 수 있으며, 추후에 다양한 해역 의 접촉사고 위험성을 평가하고, 미래교통량을 추정·적용하여 등부표 신설 시 안전한 등부표 설치 위치를 선정할 수 있을 것이다.
