본 연구는 강조류 해역을 통과하는 선박의 해양사고를 방지하기 위해 안전한 항행속력과 적절한 통과시기를 제시하였다. 이 자료의 해석을 위하여 2010년 7월 12일부터 15일까지 명량수도를 대상으로 통과선박의 AIS 데이터 수집과 2010년 9월 4일 현장조사를 실시하였고, 여기서 수집된 자료를 바탕으로 최소항행속력(minimum navigation speed)과 여유 제어력을 감안한 적정항행속력(optimum navigation speed), 조류속력별 대응타각(respond rudder angle)을 산출하였다. 또한 조위와 조류속력 데이터를 분석해 안전한 통과시기를 제시하였다. 이 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다. (1) 조류의 유속이 4.4 kn 이상이 되면 선박의 타만으론 자력 조선이 불가능하다. (2) 강한 조류에 의해 발생되는 유압력과 회두모멘트에 대응하기 위해서는 최소항행속력은 조류의 2.3배, 적정항행속력은 조류의 4.0배 이상이어야 한다. (3)사리 기간 중 명량수도 적정 통과 시기는 고 저조시간 1시간 전부터 최소 30분 전까지이며 고 저조가 된 이후 5시간 동안은 4 kn 이상의 유속이 남아있는 시간으로 이 지역 항해를 자제해야 한다.
본 연구는 강조류 해역을 통과하는 선박의 해양사고를 방지하기 위해 안전한 항행속력과 적절한 통과시기를 제시하였다. 이 자료의 해석을 위하여 2010년 7월 12일부터 15일까지 명량수도를 대상으로 통과선박의 AIS 데이터 수집과 2010년 9월 4일 현장조사를 실시하였고, 여기서 수집된 자료를 바탕으로 최소항행속력(minimum navigation speed)과 여유 제어력을 감안한 적정항행속력(optimum navigation speed), 조류속력별 대응타각(respond rudder angle)을 산출하였다. 또한 조위와 조류속력 데이터를 분석해 안전한 통과시기를 제시하였다. 이 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다. (1) 조류의 유속이 4.4 kn 이상이 되면 선박의 타만으론 자력 조선이 불가능하다. (2) 강한 조류에 의해 발생되는 유압력과 회두모멘트에 대응하기 위해서는 최소항행속력은 조류의 2.3배, 적정항행속력은 조류의 4.0배 이상이어야 한다. (3)사리 기간 중 명량수도 적정 통과 시기는 고 저조시간 1시간 전부터 최소 30분 전까지이며 고 저조가 된 이후 5시간 동안은 4 kn 이상의 유속이 남아있는 시간으로 이 지역 항해를 자제해야 한다.
This study provided safe sailing speed and appropriate passing time to areas of known strong current water to prevent marine accident of the ships. To the interpretation of these data which target Myeongnyang waterway, AIS data of the ship was collected from $12^{th}$ July to $15^{th...
This study provided safe sailing speed and appropriate passing time to areas of known strong current water to prevent marine accident of the ships. To the interpretation of these data which target Myeongnyang waterway, AIS data of the ship was collected from $12^{th}$ July to $15^{th}$ July 2010 and site environment was investigated on $4^{th}$ September 2010. On the basis of the collected data, the 'Minimum Navigation Speed' and 'Optimum Navigation Speed' were calculated. It has also considered the 'Spare control force' or allowance and the 'Respond Rudder Angle' for each tidal current speed. Additionally, it suggested the safe passing time to strong current area by analyzing tidal level and tidal current speed. The conclusion of the research are as follows : (1) If the flow rate is greater than 4.4 kn, it is difficult for the model ship to control herself by her own steering power and to cope with tidal current pressure force and yaw moment caused by the tidal current.. (2) The minimum navigation speed should be over 2.3 times the tidal current and the optimum navigation speed should be over 4.0 times the tidal current. (3) When spring tide, the optimum passing time at Myeongnyang waterway is between 30 minutes to 1 hour before the time of high/low water, and at 5 hours after high/low water, passing of ships should be avoided because it is time when the flow rate is over 4 kn.
This study provided safe sailing speed and appropriate passing time to areas of known strong current water to prevent marine accident of the ships. To the interpretation of these data which target Myeongnyang waterway, AIS data of the ship was collected from $12^{th}$ July to $15^{th}$ July 2010 and site environment was investigated on $4^{th}$ September 2010. On the basis of the collected data, the 'Minimum Navigation Speed' and 'Optimum Navigation Speed' were calculated. It has also considered the 'Spare control force' or allowance and the 'Respond Rudder Angle' for each tidal current speed. Additionally, it suggested the safe passing time to strong current area by analyzing tidal level and tidal current speed. The conclusion of the research are as follows : (1) If the flow rate is greater than 4.4 kn, it is difficult for the model ship to control herself by her own steering power and to cope with tidal current pressure force and yaw moment caused by the tidal current.. (2) The minimum navigation speed should be over 2.3 times the tidal current and the optimum navigation speed should be over 4.0 times the tidal current. (3) When spring tide, the optimum passing time at Myeongnyang waterway is between 30 minutes to 1 hour before the time of high/low water, and at 5 hours after high/low water, passing of ships should be avoided because it is time when the flow rate is over 4 kn.
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문제 정의
이 연구는 강조류 해역을 통항하는 선박들의 해양사고를 방지하기 위해 안전한 항행속력과 적절한 통과시기를 제시하고, 명확한 데이터에 근거한 항행 속력 규제나 항법 기준을 마련하기 위해 수행하였다. 이 연구의 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.
이 연구는 이러한 강조류 해역을 통과하는 선박들의 해양사고를 방지하기 위해 안전한 항해속력과 적절한 통과시기를 제시하기 위해 수행하였다. 이 연구 수행을 위해 선박자동식별장치(Automatic Identification System : AIS) 데이터 수집과 현장답사를 실시하였으며 명량수도 최대 통과 가능선박을 모델선박으로 조류속력별 최소항행속력(Minimum Navigation Speed : MNS)과 여유 제어력을 감안한 적정항행속력(Optimum Navigation Speed : ONS)을 제시하였다.
가설 설정
따라서 본 연구에서는 명량수도를 통과할 수 있는 최대선박 (모델선박)을 1,000톤 여객선으로 가정하였으며 모델선박에 대한 세부사양은 항만 및 어항 설계기준 제2편 항만설계 조건을 위한 ‘대상선박들의 주요치수’와 선박조종의 이론과 실무 책자에 나온 ‘선박크기별 타면적’을 참고하여 아래 Table 6과 같이 정의하였다(Yoon, 2002a; Ministry of Maritime Affaires & Fisheries, 2005).
제안 방법
선박이 제한된 수로를 항주할 경우에는 조류의 영향뿐만 아니라 바람(wind), 파도(wave), 천수영향(shallow water effect), 측벽영향(bank effect), 2선간의 상호작용(interaction) 등의 영향을 받는다. 그러나 이번 연구에서는 논문의 초점에 맞춰 조류에 의한 영향만을 고려하여 조류 속력에 따른 통항선박의 최소항행속력(MNS)과 적정항행속력(ONS), 조류속력별 선박 조종에 필요한 대응타각을 제시한다. 연구 대상 지역으로 우리나라 연안에서 조류의 유속이 가장 빠른 명량수도를 선택하였다.
또한 조류속력별 대응 타각(respond rudder angle)도 결과로 보였다. 실제 소형선박을 이용해 이론적으로 계산된 최소항행속력과 적정항행속력을 검증하는 실험을 실시하였고 조석과 조류속력 데이터를 분석하여 안전한 통과시기를 도출하였다.
실험은 총 27회에 걸쳐 실시하였다. 조류속력이 2 kn, 3 kn, 4 kn일 때, 실험선박의 속력을 4 kn, 7 kn, 10 kn로 고정시켜 초기 정침한 각을 그대로 유지하여 항해하도록 하였다.
위 4.2절의 결과를 뒷받침하기 위해 실질적인 검증실험을 실시하였다. 검증실험은 지난 ‘2010년 진도울돌목 조력발전소 건립 관련 해상교통안전진단평가’시 병행한 선박통항안정성 평가 데이터를 활용하였다.
이 때 선박의 위치와 편각(drift angle)을 측정하여 편각이 10° 이상 발생되면 ‘위험’, 10° 이내이면 ‘안전’으로 판단하여 최소항행속력(MNS)을 구하였다.
이 연구는 이러한 강조류 해역을 통과하는 선박들의 해양사고를 방지하기 위해 안전한 항해속력과 적절한 통과시기를 제시하기 위해 수행하였다. 이 연구 수행을 위해 선박자동식별장치(Automatic Identification System : AIS) 데이터 수집과 현장답사를 실시하였으며 명량수도 최대 통과 가능선박을 모델선박으로 조류속력별 최소항행속력(Minimum Navigation Speed : MNS)과 여유 제어력을 감안한 적정항행속력(Optimum Navigation Speed : ONS)을 제시하였다. 또한 조류속력별 대응 타각(respond rudder angle)도 결과로 보였다.
실험은 총 27회에 걸쳐 실시하였다. 조류속력이 2 kn, 3 kn, 4 kn일 때, 실험선박의 속력을 4 kn, 7 kn, 10 kn로 고정시켜 초기 정침한 각을 그대로 유지하여 항해하도록 하였다. 이 때 선박의 위치와 편각(drift angle)을 측정하여 편각이 10° 이상 발생되면 ‘위험’, 10° 이내이면 ‘안전’으로 판단하여 최소항행속력(MNS)을 구하였다.
대상 데이터
Actual track and intended track (Current direction 40° from ship’s head, Current speed 4kn, Ship's speed 4 kn).
검증실험은 지난 ‘2010년 진도울돌목 조력발전소 건립 관련 해상교통안전진단평가’시 병행한 선박통항안정성 평가 데이터를 활용하였다.
이론/모형
은 고려하지 않았다. 조류에 의한 유압력과 회두모멘트는 Yoon(2002b)의 식(6.16)을 이용하였으며, 타압에 의한 회두모멘트는 Yoon(2002c)의 식(2.6)을 이용하여 계산한다.
성능/효과
1) 우리나라는 진도 명량수도를 비롯한 최강 유속 해역이 산재되어 있고 최근 이러한 지역에서 해양사고가 끊이지 않아 일본, 영국, 미국 국가들과 같이 통항 속력 규제나 특별 항법(local navigation rule)이 마련되어야 한다.
1,000톤급 선박이 명량수도를 최강 창조류(유속 7.4 kn) 시간에 역조 방향으로 통과하는 경우 선체가 받는 최대 유압력(조류 90°)은 177.8 tons, 최강 낙조류(유속 5.4 kn)의 경우에는 94.7 tons으로 계산되었다.
2) 1,000톤급(타면적 비율 1/60) 선박이 선속 15 kn로 최대타각(35°)을 사용하여 발휘할 수 있는 최대회두모멘트 값은 469 ton·m에 불과하여 조류가 4.4 kn 이상인 경우 타의 힘만을 이용하여 자력으로 명량수도를 통과하는 것은 자제해야 한다.
3) 강조류 해역을 통항하는 선박은 유속이 거의 없는 게류 시기를 이용하여 통과하는 것이 바람직하다. 명량수도의 경우 고∙저조시간 20~30분 전이 게류 시기로 이 지역을 통과 하는 선박은 고∙저조시간 최소 1시간 전에 명량수도 입구 진입을 시작으로 고∙저조시간 30분 전까지 통과를 마치는 것이 안전한 항행방법이라 할 수 있다.
4) 실험식을 이용해 계산한 최소항행속력(MNS) 결과와 실제 소형선박을 이용해 검증한 속력 결과를 토대로 명량수도를 통과하는 선박의 최소속력(대지속력으로)은 조류속력보다 2.3배 이상이어야 하며 여유 제어력을 감안하면 조류속력보다 4.0배 이상이어야 한다.
적정항해속력(ONS)는 위 3장에서 기술하였듯이 ‘강조류 해역을 통항하는 선박은 타각 15° 이내에서 제어가 가능한 시기를 따져 통항하는 것’이 안전한 통항방법이므로 조류속력이 1 kn일 때에 타각 15°를 사용해서 제어가 가능한 속력은 4 kn이며, 조류 2 kn일 경우에는 선속 8 kn, 조류 3 kn일 때는 선속 11kn를 유지해야 여유있는 제어가 가능하다. 결과적으로 적정항행속력(ONS)은 조류속력보다 4.0배 빨라야 한다. 즉, 조류속력 : 선속은 1 : 4.
1 ton∙m에 크게 미치지 못한다. 따라서 Fig. 8과 Fig. 9의 계산 결과를 종합해볼 때, 1,000톤급 선박이 명량수도를 안전하게 항과할 수 있는 최대 조류속력은 4.4 kn로 볼 수 있다. 단, 이 경우 선속을 15 kn로 유지할 수 있는 충분한 기관출력을 갖추고 있어야 한다.
그러나 이번 연구에서는 논문의 초점에 맞춰 조류에 의한 영향만을 고려하여 조류 속력에 따른 통항선박의 최소항행속력(MNS)과 적정항행속력(ONS), 조류속력별 선박 조종에 필요한 대응타각을 제시한다. 연구 대상 지역으로 우리나라 연안에서 조류의 유속이 가장 빠른 명량수도를 선택하였다.
이 실증 실험의 결과는 위 4.2절에서 기술한 1,000톤급 모델선박 결과(1 : 2.3)보다 다소 낮은 수치이나 실제 실험으로 이용된 선박의 수면 아래 체적과 조종성능의 차이를 감안할 때 비교 데이터로 이용 가치가 있다고 판단된다. Fig.
후속연구
검증실험은 지난 ‘2010년 진도울돌목 조력발전소 건립 관련 해상교통안전진단평가’시 병행한 선박통항안정성 평가 데이터를 활용하였다. 검증을 위해 사용한 선박은 1.3톤과 5톤급 낚시어선으로 위에서 선정한 모델선박 (1,000톤급 여객선)과 크기, 수면 아래 체적, 타의 구조, 조종 성능 등에 차이는 있으나 조류속력별 최소항행속력(MNS)을 검증하기 위한 참고 자료로 효용 가치가 있다고 판단된다.
이 연구 결과는 강조류 해역을 통과하는 선박들의 선장과 항해사, 해상교통관제센터(VTS) 관세사들에게 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 풍압력 등 다양한 외력 조건에서 선박 조종 특성을 분석한 것이 아니므로 주의가 요구되며 이는 향후 연구에서 보완할 계획이다.
이 연구 결과는 강조류 해역을 통과하는 선박들의 선장과 항해사, 해상교통관제센터(VTS) 관세사들에게 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 풍압력 등 다양한 외력 조건에서 선박 조종 특성을 분석한 것이 아니므로 주의가 요구되며 이는 향후 연구에서 보완할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해협에 와류가 생기기 쉬운 이유는?
오늘날과 같은 고유가 시대에 선박의 경제적 운항을 위해 해협(strait) 통과는 불가피한 선택이 되고 말았다. 해협은 양쪽 2개의 육지 사이를 통과하는 수로(waterway)로 조류가 빠르고 유향·유속이 시시각각으로 변하며 와류가 생기기 쉬운 특징을 가지고 있다. 또한 해협이 있는 지역은 대부분이 교통밀집 지역으로 해양사고 위험이 항상 내재되어 있다고 볼 수 있다.
강조류 해역을 통과하는 선박들의 해양사고를 방지하고 안전한 항해속력과 적절한 통과시기를 제시하기 위한 연구를 수행하기 위해 어떤 행동을 하였는가?
이 연구는 이러한 강조류 해역을 통과하는 선박들의 해양사고를 방지하기 위해 안전한 항해속력과 적절한 통과시기를 제시하기 위해 수행하였다. 이 연구 수행을 위해 선박자동식별장치(Automatic Identification System : AIS) 데이터 수집과 현장답사를 실시하였으며 명량수도 최대 통과 가능선박을 모델선박으로 조류속력별 최소항행속력(Minimum Navigation Speed : MNS)과 여유 제어력을 감안한 적정항행속력(Optimum Navigation Speed : ONS)을 제시하였다. 또한 조류속력별 대응 타각(respond rudder angle)도 결과로 보였다.
진도 명량 수도는 어떤 특징이 있는가?
또한 해협이 있는 지역은 대부분이 교통밀집 지역으로 해양사고 위험이 항상 내재되어 있다고 볼 수 있다. 우리나라에서 유속이 가장 빠른 지역은 진도 명량 수도(울돌목)로 최강 유속이 약 11 kn에 이르며 강조류에 의한 압류현상으로 선박이 진도대교와 충돌하거나 좌초, 전복, 등부표 손상 등 해양사고가 끊이지 않고 있다.
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