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문제 정의
- 이에 따라 본 연구에서는 국내·외 마루높이 설계기준을 분석하고, 해상 환경 특성과 선종별 특징을 반영한 마루높이 환경 평가지표와 선박 평가지표를 제안하였다.
제안 방법
- (2) 환경요소와 선박요소로 나누어 마루높이 평가지표 및 평가방법을 개발하였다. 환경 평가지표는 4개로 설정하였으며, 각각의 요소는 조위 및 조차, 해수면 상승, 승하선및 하역 설비, 수심이다.
- (3) 본 연구에서 개발한 마루높이 평가지표 및 평가방법을 검증하기 위해 항만 및 어항 설계기준에 의거하여 설계된 가상의 부두에 접안한 10만톤급 크루즈선의 계류안전성 시뮬레이션 결과에 적용하였다. 그 결과, 마루높이 안전도 평가기준에 따라 Moderate Risk인 0.
- 3장에서 정의한 마루높이 환경 및 선박 평가지표를 설정하고, 이를 사용하여 선박 특성에 따른 적정 마루높이를 도출하기 위한 평가방법을 개발하였다.
- 대상부두의 치수와 계선주, 방충재 등 계류시스템의 배치는 항만 및 어항 설계기준 계류시설의 배치 규정에 따라 Table 9 및 Fig. 2와 같이 모델링하였고, 계류삭의 종류, 직경 및 배치는 대상선박에서 일반적으로 사용하는 종류 및 방식으로 설정하였다.
- 이에 따라 본 연구에서는 국내·외 마루높이 설계기준을 분석하고, 해상 환경 특성과 선종별 특징을 반영한 마루높이 환경 평가지표와 선박 평가지표를 제안하였다. 또한 이를 10만톤급 크루즈선의 계류안전성 평가 결과에 적용하여 적정 최소 마루높이를 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 해상 환경 및 선박 특성을 반영한 마루높이 평가지표를 설정하기 위해 환경 및 선박 요소로 분류하여 마루높이 평가지표를 설정하였다. 먼저, 마루높이 Hi일 때 안전성 평가지표를 Crown Height의 약자인 CH(Hi)로 설정하고, CH(Hi)는 각각 독립변수인 환경 평가지표 CE(Evaluation Index ofEnvironment)와 선박 평가지표 CS(Evaluation Index of Ship)의 곱으로 표현하였다. 이는 적절한 마루높이를 설정하기 위해서는 그 해역의 환경 특성과 접안선박의 특성을 동시에 만족해야 하기 때문이다.
- 시뮬레이션을 위한 마루높이는 총 4가지로 분류하였고, 약최고고조위에서 1 m를 더한 높이를 H1, 2 m를 더한 높이 H2, 3 m를 더한 높이 H3, 4 m를 더한 높이를 H4로 설정하였다. 여기서 H1은 항만 및 어항 설계기준 기준 수심 4.
- 특히, 선박 평가지표는 각 요소의 국내·외 허용기준을 적용하여 위험도 평가기준을 개발하였다. 이를 종합하여 환경 및 선박 요소가 고려된 마루높이 안전도 평가기준을 제안하였다.
- 이에 따라 본 연구는 국내·외 마루높이 설계기준과 선박대형화 및 지구 온난화에 따른 해수면 상승 등의 현재 추세를 분석하여, 해상 환경 특성과 접안선박의 특성을 반영한마루높이 평가지표를 제안하였으며, 이 평가지표를 10만톤급 크루즈선에 적용하여 그 타당성을 검증하였다.
- 특히, 선박 평가지표는 각 요소의 국내·외 허용기준을 적용하여 위험도 평가기준을 개발하였다.
- 평가요소는 계류삭에 작용하는 장력(CS1), 계선주에 작용하는 견인력(CS2), 선체동요량(CS3), 부두와 계류라인의 수직각(CS4)이며, 각 선박 평가요소의 최대값(Max.)과 평가값(Value : VL)을 구하고, 각 평가값의 곱인 SCik를 나타내었다.
- 해상 환경 및 선박 특성을 반영한 마루높이 평가지표를 설정하기 위해 환경 및 선박 요소로 분류하여 마루높이 평가지표를 설정하였다. 먼저, 마루높이 Hi일 때 안전성 평가지표를 Crown Height의 약자인 CH(Hi)로 설정하고, CH(Hi)는 각각 독립변수인 환경 평가지표 CE(Evaluation Index ofEnvironment)와 선박 평가지표 CS(Evaluation Index of Ship)의 곱으로 표현하였다.
- 환경외력으로 풍속은 20 kts, 풍랑주의보 수준인 30 kts, 풍랑경보 수준인 40 kts로 설정하였고, 풍향은 Fig. 2와 같이 마루높이에 따른 풍압면적의 변화량이 가장 큰 방향인 접안현정횡방향으로 모델링하였다. 또한 마루높이와 풍압면적 변화에 따른 민감도가 적은 파랑과 조류 조건은 제외하였다.
대상 데이터
- 본 논문의 마루높이 평가방법을 적용하기 위하여, 선박대형화로 인해 풍압면적이 커지므로 마루높이 상향이 필요할 것으로 판단되는 10만톤급 크루즈선을 대상선박으로 선정하였다. 대상선박의 제원은 항만 및 어항 설계기준에서 제시하는 선박제원을 기준으로 Table 8과 같이 설정하였다.
성능/효과
- (1) 국내·외 마루높이 설계기준 분석 결과, 국내 기준은 조차 3.0 m, 수심 4.5 m에 따라 구분하고 해당지역의 약최고고조위에서 0.3~2.0 m를 더하여 설정하고 있다.
- (3) 본 연구에서 개발한 마루높이 평가지표 및 평가방법을 검증하기 위해 항만 및 어항 설계기준에 의거하여 설계된 가상의 부두에 접안한 10만톤급 크루즈선의 계류안전성 시뮬레이션 결과에 적용하였다. 그 결과, 마루높이 안전도 평가기준에 따라 Moderate Risk인 0.4 이상이 되는 최소 마루높이를 대상선박의 적정 최저 마루높이로 설정하고 10만톤급 크루즈선의 적정 마루높이는 약최고고조위에서 3 m 상향된 값인 H3으로 도출되었다.
- 65 m 상승하는 것으로 전망되었다. 모든 시나리오에서 우리나라 주변 해역의 불확실성의 범위가 다소 크게 나타났으며, RCP 8.5 기준 해수면 상승예측 범위는 우리나라 전 해역에서 지구 전체 평균보다 높은 것으로 분석되었다(Heo et al., 2018).
- 평가 결과, 풍속 30 kts, 40 kts 조건에서는 모든 마루높이에서 각 CS값이 0으로 나타났으며, 풍속 20 kts에서 각 CS값은 H1일 때 0.15, H2일 때 0.19, H3일 때 0.80, H4일 때 0.80으로 도출되었다.
후속연구
- 본 연구 결과로 도출된 마루높이 평가지표와 평가방법은 추후 해상 환경 및 접안선박 특성을 고려한 마루높이 건설에 활용될 수 있다. 또한, 향후 국내 여러 항만의 부두에 본연구 결과를 적용하여 타당성을 검증해 볼 예정이며, 특히 선박 평가지표의 위험도 평가기준 및 마루높이 안전도 평가기준을 세부적으로 정비하여 대상선박의 특성을 정확히 반영할 수 있도록 보완할 계획이다.
- 본 연구 결과로 도출된 마루높이 평가지표와 평가방법은 추후 해상 환경 및 접안선박 특성을 고려한 마루높이 건설에 활용될 수 있다. 또한, 향후 국내 여러 항만의 부두에 본연구 결과를 적용하여 타당성을 검증해 볼 예정이며, 특히 선박 평가지표의 위험도 평가기준 및 마루높이 안전도 평가기준을 세부적으로 정비하여 대상선박의 특성을 정확히 반영할 수 있도록 보완할 계획이다.
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