1. 서언
국내경제의 성장에 따라 해운화물의 물동량도 지속적으로 증가하여 1994년 303,648천톤
또한 해운 물동량의 증가추세에 따라 외항선의 출입항 척수도 증가하고 선박의 규모도 점점 커지고 있는 실정으로 항만에 입?출항하는 선박을 안전한 수로로 안내하는 도선사의 역할도 더욱 중요해지고 있는 실정이다.
해운물동량의 증가 및 도선업무의 증가에 따라 기상이나 해상상태의 악조건 속에서도 도선을 요청하는 도선이용자들의 요구가 점점 커지고 있으며, 이에 따라 도선사를 도선 대상선박으로 신속하고 안전하게 운송하여 승?하선 시켜주기 위한 도선선의 기능 및 안전성 또한 중요한 관심사항이 되고 있다. 그러나 국내의 경우 도선선의 운영환경이나 운영실태를 종합적으로 분석하여 도선선의 성능을 개선하거나 안전성을 향상시키기 위한 연구는 전혀 없는 실정이다.
이에 따라 점차 증가하는 도선 수요에 맞추어 보다 안전하고 효율적으로 도선업무를 지원하기 위하여 우리협회에서는 2005년 4월 1일부터 10월 30일까지 7개월간에 걸쳐 전국 11개 도선구의 도선선 운영 관계자 및 도선사의 의견을 수렴하고, 도선과 관계있는 이해관계자들에 대한 광범위한 설문조사 및 실선조사를 실시하여 “도선업무에 적합한 도선선 모델개발” 연구를 통해 국내 도선업무 환경에 적합한 도선선 모델개발 결과를 제시하게 되었다.
도선선 모델개발 연구는 도선사 승하선 설비 및 익수자 구조설비의 개선방안 등 도선선의 제시설의 개선방안, 건조지침 및 운영비 검토 등을 연구범위로 하고 있으나, 여기에서는 도선선 모델 개발 시 고려된 도선선의 규모와 안전성에 대한 검토결과에 대하여 간략히 소개하고자 한다.
2. 도선선의 적정 규모 검토
1) 도선사 승?하선시의 안전성
도선선은 도선사를 승선시켜 도선점까지 이동한 후 도선 대상선박에 안전하게 승선시
도선선이 도선사를 승?하선시키기 위하여 도선대상 선박에 접근하는 경우 도선대상 선박과 현측을 붙이게 되며, 이에 따라 도선선의 횡요운동 특성에 의한 횡요각, 횡요각속도 및 횡요가속도 등이 도선사 승?하선시의 안전성에 영향을 미치게 된다.
파도중의 해상에 있어서 파도에 의하여 선박에 작용하는 횡요강제모멘트는 다음과 같이 표현되며, 그 크기는 선박의 배수량과 횡메타센타높이 및 유효파경사(=유효파경사계수 x 파경사)에 비례하게 된다.
Θw : 파경사
γ : 유효파경사계수
또한, 선박의 횡요운동은 자유횡요항과 강제 횡요항으로 구분되며, 자유횡요항은 시간과 함께 감쇄하여 사라지고 강제횡요항만 남게 되므로 이러한 파도 중의 강제 횡요운동 다음과 같은 산식으로 표현할 수 있게 된다.
μ : 동조율, 선박의 고유횡요주기(Ts)와 파의 주기(Tw)의 비. 즉, Turning Factor Ts/Tw에 따라 변화함.
산식에서 보는 바와 같이 해상상태에 따른 파고 및 파의 주기가 결정되면 파경사가 결정되고 선박에 있어서 유효파경사계수는 크게 변화하지 않으므로 선박의 횡요운동은 강제 횡요운동 산식에서 보는 바와 같이 동조율에 따라 변하게 되며, 동조율은 Turning Factor가 1에 가까워지면 급격히 증가하게 되어 선박의 횡요각에 상당히 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 도선선의 규모에 의하여 동조 범위에서 벗어나 파도중의 횡요운동을 작게 하려면 Turning Factor가 1.5 이상이 되도록 하여야 한다.
출항통제 기준에 의하면 폭풍주의보나 파랑주의보시의 해상상태는 풍속 14m/s로 유의 파고가 3m인 해상상태로 ITTC의 산식에 의하면 파주기는 6.69초가 되며, 실적선의 만재상태에서의 고유횡요주기를 조사한 결과 선박의 규모가 약 GT 400톤 내지 500톤급 규모가 되어야 이러한 해상상태에서 Turning Factor가 1.5 이상이 되는 것으로 조사되었다.
따라서 이 규모보다 작은 도선선의 경우 적하상태에 따라 다소 차이가 있지만 폭풍주의보 발효중인 해상상태의 파주기와 동조 범위를 피할 수 없게 되므로 횡요각이 유효파경사에 비하여 커지게 되는 것을 피할 수 없게 된다.
즉, 파도 중의 선박에 있어서 횡요각은 선박의 규모에 따라 결정되는 사항이 아니며, 파주기와 선박의 고유횡요주기와의 동조율에 따라 좌우된다. 따라서 도선선 개발에 있어서 규모를 조금 키운다고 해서 폭풍주의보가 발효된 해상상태에서 최대 횡요각을 줄일 수 있는 것이 아니며, 횡요가속도는 횡요각에 비례하게 되므로 횡요각이 일정하다고 고려하였을 때 선박의 규모가 클수록 운동에너지도 커져 도선 대상선박과 접촉하는 경우 충격이 크게 되므로 도선사 승?하선시 위험성도 더 높아지게 된다.
또한, 도선선은 횡요운동 뿐 만 아니라 상하요(Heaving) 운동 및 종요(Pitching) 운동을 하게 되며, 도선선이 도선사를 승?하선시키기 위하여 도선대상 선박에 접촉할 때 도선선과 도선대상 선박 사이에 있는 도선사 사다리에 힘을 미치게 되고 도선사 사다리에 작용하는 하부 방향 힘이 사다리 로프의 절단하중 이상이 되면 도선선 사다리가 절단되어 승?하선 중인 도선사가 떨어지는 사고가 발생할 위험성이 있다.
이러한 도선선의 상하요 및 종요운동에 의한 선박의 각 위치에서의 가속도는 파도의 방향, 파장, 파고, 선박의 흘수선 길이, 속력 등과 선박의 운동 중심위치에서 가속도 측정 위치까지의 거리에 관련되며 도선사 사다리의 발판을 연결하는 마닐라로프(직경 18mm, 절단하중 24kN) 중 한쪽 2가닥이 끊어지는 경우를 승?하선 중인 도선사가 위험한 경우로 고려할 때 도선사 승?하선시 도선선의 운동에 의한 하중이 작용하여도 도선사 사다리가 끊어지지 않도록 하기 위해서는 다음의 산식에 적합하여야 한다.
C*μ*Δ*AF1 < 4.9 (ton)
여기서, C : 로프의 마모를 고려한 안전율
μ : 도선선과 도선사 사다리와의 마찰계수
Δ : 도선선 배수량(ton)
AF1 : 도선사 사다리 접촉지점의 하향가속도
운동이론에 의하여 상하가속도를 분석한 결과에 의하면 폭풍주의보 발효상태인 유의파고 3m, 파장 70m인 해상에서 Head Sea 중에서 선속 6노트(Fn=0.2～0.3)로 항해하면서 도선 대상선박에 다가갈 때 도선사 사다리 접촉지점의 하향가속도(AF1)는 선박의 흘수선의 길이가 파장과 같을 때 최대가 된다. 따라서 도선선의 규모가 크면 도선사 사다리의 절단사고 발생 가능성이 높다는 것을 알 수 있으며, 절단사고를 줄이기 위해서는 도선선의 규모를 줄이거나 도선사 사다리와 도선선의 접촉시 마찰계수가 적게 되도록 유의하여야 함을 알 수 있다.
2) 항해시의 안전성
현재 선박안전법은 전면 개정안이 2006년 10월 발효예정으로 입법 예고 중에 있으며 개정안에 의하면 배의길이 12미터 이상인 도선선의 경우에도 선박복원성기준이 적용될 예정으로 개발된 도선선 모델에 대하여 국제 연해구역을 항행하는 화물선에 적용되고 있는 복원성기준을 준용하여 각 적하상태에 있어서 복원성기준에 만족하는지 검토하였다.
복원성능 검토결과 개발된 도선선 모델 3종 모두 풍속 19m/sec, 유의파고 약 5m의 해상상태에서도 충분한 항해안전성을 갖고 있는 것으로 평가되었으며 도선선의 규모가 클수록 항해안전성 확보에는 유리한 것으로 판정되었다.
3. 우리나라 항만실정에 적합한 도선선 모델 제시
도선선의 경우 항해시의 안전성 뿐 만 아니라 도선사가 도선대상 선박에 승?하선할 때
따라서 도선사 승?하선시의 안전성을 위해서는 도선선의 규모를 항해시의 안전성을 확보하는데 무리가 없을 정도로 최소화 할 필요가 있으며, 도선사 승?하선시의 안전성을 개선하기 위해서는 감요수조와 같은 감요장치를 설치하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
이에 따라 도선업무에 적합한 도선선 모델개발 연구결과 도선선의 적정규모는 적정속력에 따른 주기관, 기타 제 시설의 개선방안 등을 반영하여 빈번한 도선업무에는 감요수조를 설치한 총톤수 17톤급과 원거리 도선업무에는 감요수조를 설치한 총톤수 29톤급, 긴급한 도선업무에는 복원성 확보를 위하여 감요수조를 설치하지 않은 총톤수 11톤급이 적합할 것으로 판단되며, 그에 대한 각 모델선박의 Profile 및 모델별 상세는 아래와 같다.
4. 결언
이상과 같이 우리나라 항만 실정에 적합한 도선선의 적정 규모 및 안전성 검토결과와 도선선 모델 개발 결과를 간략히 제시하였으나 상세한 내용은 11월 말경 도선선 모델 개발에 대한 전체적인 종합 연구보고서로 발간될 예정이다. 다만, 이 지면을 통하여 해상교통안전법상 선박출입항 통제기준의 완화로 인해 기상악화시 출항을 요청하는 일부 도선이용자들의 '도선선 대형화' 요구 경향에 대하여 앞에서 언급한 바와 같이 도선선의 대형화는 항해시의 안전성 확보에는 어느 정도 도움이 되지만 도선사 승?하선시의 안전성 확보에는 오히려 불리한 것으로 판단되며, 무리한 도선선의 대형화는 오히려 선박의 중량 증가에 따른 본선과의 충격으로 선체파손 및 안전사고의 개연성만 높아진다는 사실을 강조하고 싶다.
도선선과 관련하여 한 가지 더 첨언하고 싶은 것은 도선선의 선원운영에 관한 것이다. 현장조사를 하면서 느낀 점은 동일 도선구 내 유사 선형 및 규모를 가진 다수의 도선선을 운영할 때 도선선의 원활한 운영을 위해서는 선원에 대한 일괄공인제도가 도입되어야 한다는 점이다. 이와 관련하여, 정책당국의 심도 있는 검토를 바라며, 끝으로 이 글을 통해 그동안 많은 도선이용자 및 관계자들이 관심을 가지고 있었으나, 기술적 접근이 어려웠던 도선선에 대해 더 많은 이해가 있었으면 하는 바램이다. <끝>