1. 서 론

선박이 항구를 안전하게 입출항 하기 위해서는 고려해야 할 요소들이 많지만, 특히, 선박의 좌초 위험을 줄이기 위해 항구의 조석을 파악하는 것이 중요하다. KMST(2018)에 의하 면 최근 5년간 발생한 충돌 등 5대 주요 해양사고 2,636건 중 좌초사고는 608건으로 23.1 %를 차지하고 있다. 특히, 좌 초사고는 충돌사고에 1,142건 이어서 가장 많은 부상사고를 일으키는 사고로 조사되었다.

이러한 좌초사고를 예방하기 위해서는 조석표를 만들어 서 조고와 조시의 파악하는 것이 중요하고, 선박에 항해사 는 주로 영국 수로국의 조석표 또는 각국의 수로국에서 발 간한 조석표를 참고하는 것이 보통이다.

기존의 선행연구는 주로 조화상수를 찾고 분석하는 연구 가 대부분이었다. Pawlowicz et al.(2002)는 해수유동관측소에 서 수집되는 자료를 조화 분해하여 조화상수를 찾고, 이를 이용하여 해당 지역을 조석을 계산할 수 있다고 하였고, KHOA(2006)과 Jung(2009)은 조화 상수를 정밀하게 분석하여 조위와 조류의 예측 정확도를 높이는 연구를 수행하였으며, Jung(2016)은 이러한 조화상수의 시간적 변화 추세와 그 원 인에 대한 연구를 수행하였다. 하지만 이러한 연구들은 해 당 수로국의 조화 상수 분석에만 초점을 맞춘 연구였고, 타 수로국의 조석표상 조화 상수 분석 및 정확성에 관한 연구 는 부족하여 Jeon et al.(2018)은 이에 대한 문제를 발견하였다.

이에 본 연구에서는 연구 대상지역의 수로국 조석표와 대 표적인 타 수로국 조석표인 영국 조석표 상의 조화상수를 기반으로 예측한 조석과 연구대상 지역의 조석 실측 정보를 비교하여 해당 수로국과 타 수로국의 조화상수 신뢰성을 검 증하고, 주요한 차이가 발생한 경우 그 원인 및 대응방안에 대해 연구하였다.

2. 연구대상 및 방법

2.1 연구대상 항구와 조화상수

Fig. 1과 같이 우리나라 서해, 남해, 동해상 항구 중 영국 조석표상 표준항인 인천과 외국적 선박의 입출항이 잦은 무 역항인 군산, 여수, 부산, 울산 및 속초, 총 6곳의 항구를 연 구 대상 항만으로 선정하였으며, 조석정보는 2018년 1월 1일 00시 부터 1월 31일 24시까지의 데이터를 분석하였다.

서해에서는 영국 조석표에서 표준항인 인천항과 인천을 표준항으로 하는 항구 중 가장 먼 곳에 위치한 군산항을 선 택하였고, 남해와 동해에서는 영국 조석표상 표준항이 없으 므로, 해상교통량이 많은 여수항과 부산항, 울산항과 속초항 을 각각 대상 항만으로 선정하였다.

Table 1은 연구대상 항만의 한국 조석표와 영국 조석표상 표준항과 종속항과의 관계를 정리한 것이다. 인천항은 영국 조석표상 유일한 표준항이며, 나머지 항구는 우리나라 조석 표 상에서는 모두 표준항 이지만 영국 조석표 상에서는 모 두 종속항이다.

정확한 조석표를 만들기 위해서는 해수면의 주기적 변동을 정량적으로 기술하는 조석분조(Tidal constituents)의 조화상수 (harmonic constants)를 구하여야 한다. 조화상수는 조위관측소 에서 측정된 실측조위 정보로 표준조석적용 시스템 등으로 계산하면 조석의 주요 4분조(M₂, S₂, K₁, O₁)를 분석할 수 있으 며, 조석의 조화상수 4대 분조 특성과 기호는 Table 2와 같다.

M₂분조(주태음 반일주조)는 달의 일주운동에 의해 약 12 시간 주기로 일어나는 조석 이며, S₂분조(주태양 반일주조) 는 태양이 일주운동에 의해 일어나는 12시간 주기로 발생하 는 조석이다. 또한 K₁분조(일월합성 일주조)는 해와 달의 위 치에 따라 약 24시간 주기로 발생하는 조석이며, O₁분조(주 태음 일주조)는 달의 일주운동에 의해 약 26시간 주기로 일 어나는 조석이다.

조화상수는 조석표 부록에 수록하고 있으며 사용자는 필 요할 경우 부록에서 찾을 수 있으나, 사용자가 직접 조화상 수로 조석을 계산할 필요는 없다. 왜냐햐면 수로국은 조화 상수로 계산된 조고와 조시를 제시하여 조석표를 만들 수 있도록 하였기 때문이다. Table 3은 한국조석표와 영국조석 표에서 찾은 조화상수 정보이다.

2.2 연구방법

영국 조석표에서 우리나라 표준항은 인천항 한 곳 뿐이 며, 그 외 주요항구는 영국 조석표의 중국과 일본의 표준항 데이터를 사용하여 조석표를 계산하여야 한다. 표준항으로 부터 종속항의 조시와 조고는 식(1), (2)로 구할 수 있다.

여기서, T_r은 종속항의 조시, T_s는 표준항의 조시, T_d는 조시차 이다.

여기서 H_r은 종속항의 조고, H_s는 표준항의 조고, Z_s는 표준항의 평균해면, H_o는 조고비, Z_r은 종속항의 평균해면 이다.

영국 조석표와 한국 조석표의 차이를 분석하기 위한 방법 으로 첫 번째, 국립해양조사원에서 실시간해양관측을 통하 여 측정된 실제 조석정보를 기준으로 한국 조석표와 영국의 조석표에서 차이를 구한 후 그 분포도를 그림으로 표현한 것으로 가로축은 조석의 시간차, 세로축은 조고의 높이 차 이를 표현 하였다. 파란색 원으로 표시된 KR Tide 정보는 조 위관측소에서 측정된 실제 조석 값과 한국 조석표의 차이를 표현한 것이다. 주황색 X표시로 된 BA Tide 정보는 조위관 측소에서 측정된 실제 조석 값과 영국 조석표의 차이를 표 한한 것이다.

실제 조석과 조석표와의 차이가 거의 없다면 좌표의 중앙 으로 수렴할 것이다. 그러나 실제 조석과 조석표의 차이가 클 수록 중앙에서 멀어지는 것으로 표현될 것이다. 가로축으로 멀어진다면 조시차가 큰 것을 의미하며, 세로축으로 멀어진다 면 조고차가 큰 것을 의미하는 것이다. 즉, 각각의 정보가 중 앙으로 수렴 할수록 조석표의 신뢰도가 높다고 할 수 있다.

두 번째, 조석의 차이가 발생하는 원인을 찾기 위해서 조 화상수를 사용하여 조고와 조시를 계산한 후 조석표 상의 조고와 조시를 비교하였다.

조고는 조화상수를 사용하여 대조평균고조면(Mean High Water Spring), 소조평균고조면(Mean High Water Neaps), 소조 평균저조면(Mean Low Water Neaps), 대조평균저조면(Mean Low Water Spring)을 계산한 후 표준항을 기준으로 계산하여 종속항의 조고를 구할 수 있다. 이것은 식(3), (4), (5), (6)으로 알 수 있다.

조시 또한 조화상수를 사용하여 평균고조간격(Mean High Water Interval), 평균저조간격(Mean Low Water Interval)을 계산 한 후 표준항을 기준으로 계산하여 종속항의 조시를 알 수 있다. 이것은 식(7), (8)로 알 수 있다.

세 번째, 임의 장소의 조석 특성을 분류하는 형태수(Form factor)를 분석 하였으며, 이것은 식(9)로 알 수 있다. 조석 형 태수는 작을수록 반일주조가 우세하며, 값이 클수록 일주조 가 우세하다.

일반적으로 종속항은 조석 형태수가 비슷한 항구를 표준 항으로 선택하여 조석표를 만들어야 오차가 작다. 그렇지 않 을 경우 조석표에 오차가 발생하여 실측 정보와 조석표와의 차이가 커질 수 있으므로 형태수 비교 분석도 연구하였다.

3. 실측정보와 조석표 비교 결과

3.1 실측정보와 조석표의 차이 분포 분석

먼저 우리나라에서 조석 간만의 차이가 제일 큰 서해의 인천항 및 군산항의 조석을 비교 하였다. 인천항은 영국 수 로국에서 발간하는 조석표에서 한국에서 유일하게 표준항 으로 등록된 항구이다.

Fig. 2은 인천의 실측자료를 기준으로 KHOA(2018b)와 UKHO(2018)의 조시와 조고를 비교한 것이다. 우리나라 조석 표의 경우 조시차는 -18분에서 +14분 내외이며 조고차는 -30 cm에서 +60 cm 정도이다. 이에 반하여 영국 조석표의 경우 조시차는 -18분에서 +37분 내외이며 조고차는 -79 cm에서 +62 cm 정도이다.

즉 한국 조석표가 영국 조석표 보다 상대적으로 중앙에 가깝게 수렴하는 것을 쉽게 확인 할 수 있다. 이것은 한국의 조석표가 영국보다 신뢰도가 더 높다는 것을 의미한다. 인 천항이 표준항 임에도 불구하고 조석표의 차이가 있다는 것 은 인천항 조석표를 구하는데 필요한 조화상수가 잘못되어 있다는 것을 의미한다.

군산항은 영국 수로국에 표준항으로 등록되지 않아, 표준 항인 인천항의 자료를 이용하여 종속항으로 계산하여야 한 다. 즉, 표준항의 데이터 정확성이 높아야 종속항의 데이터 정확성이 높아진다. 즉, 군산항은 인천항의 오차가 합산되어 계산되게 된다.

Fig. 3은 군산의 실측자료를 기준으로 한국 조석표와 영국 조석표의 조시와 조고를 비교한 것이다. 우리나라의 경우 조 시차는 -17분에서 +17분 내외이며 조고차는 -30 cm에서 +45 cm 정도이다. 이에 반하여 영국 조석표의 경우 조시차는 -10분에 서 +68분 내외이며 조고차는 -162 cm에서 +61 cm 정도이다.

인천항 조석표와는 다르게 영국 조석표 조시와 조고 차이 가 중앙에서 멀어진 것을 확인 할 수 있다. 특히 오차의 크 기도 상선에서 신뢰할 수 있는 정보인가에 대한 의문이 생 길 수 있다.

상선의 경우 UKC(Under Keel Clearence)를 1미터 내외를 가 지고 출입항 하는 선박의 경우 이러한 편차는 대단히 크다 고 할 수 있다. 서해 두 곳의 항구를 비교해 본 결과 한국에 서 제공하는 조석데이터의 신뢰성이 더 높은 것을 확인할 수 있다.

Fig. 4은 여수항의 실측자료를 기준으로 한국 조석표와 영국 조석표의 조시와 조고를 비교한 것이다. 우리나라는 조시차는 -16분에서 +24분 내외이며 조고차는 -20 cm에서 +22 cm 정도이다. 이에 비하여 영국은 조시차는 -55분에서 +33분 내외이며 조고차는 -75 cm에서 +36 cm 정도이다.

여수항은 남해안에 있어 서해와는 다르게 조석 간만의 차 이가 상대적으로 작은 곳이다. 그럼에도 불구하고 영국 조 석표 조시와 조고 차이가 한국 조석표와 비교하여 상대적으 로 중앙에서 많이 멀어진 것을 확인 할 수 있다.

Fig. 5은 부산항의 실측자료를 기준으로 한국 조석표와 영 국 조석표의 조시와 조고를 비교한 것이다. 우리나라는 조 시차는 -30분에서 +29분 내외이며 조고차는 -9 cm에서 +21 cm 정도이다. 이에 반하여 영국은 조시차는 -53분에서 +45분 내 외이며 조고차는 -13 cm에서 +28 cm 정도이다.

다른 항구들과 마찬가지로 한국 조석표와 비교하여 상대 적으로 중앙에서 많이 멀어진 것을 확인 할 수 있으며, 특이 하게 조시차가 상대적으로 조금 더 큰 것을 볼 수 있다.

다음으로 우리나라 동해안 울산항, 속초항 두 곳을 비교 하였다. 울산항과 속초항은 또한 영국 수로국에 표준항으로 등록되어있지 않다. 속초는 표준항은 일본의 Kamaishi이고, 울산의 표준항은 일본의 Moji이다. 이곳 또한 거리차이가 크 고, 지역적 특성이 다르기 때문에 조석 형태수 비교 등을 통 한 추가적인 검증이 필요하다.

Fig. 6은 울산항의 실측자료를 기준으로 한국 조석표와 영국 조석표의 조시와 조고를 비교한 것으로 우리나라의 경우 조시차는 -38분에서 +33분 내외이며 조고차는 -17 cm 에서 +7 cm 정도이다. 이에 반하여 영국 조석표의 경우 조시 차는 -21분에서 +261분 내외이며 조고차는 -10 cm에서 +30 cm 정도이다.

영국의 정보가 한국과 상대적으로 가로축으로 중앙에서 많이 멀어진 것으로 보아 조시차가의 편차가 많이 큰 것을 확인 할 수 있다. 특히 조시 편차가 282분으로 4시간 이상 차이가나는 것을 확인할 수 있다. 조석표로서의 의미가 없 을 정도로 오차가 크다고 판단된다.

Fig. 7은 속초항의 실측자료를 기준으로 한국 조석표와 영국 조석표의 조시와 조고를 비교한 것으로 우리나라의 경 우 조시차는 -50분에서 +48분 내외이며 조고차는 -25 cm에서 +21 cm 정도이다. 이에 반하여 영국 조석표의 경우 조시차는 -161분에서 +61분 내외이며 조고차는 -52 cm에서 +25 cm 정도 이다. 울산과 비슷하게 조시가 상대적으로 차이가 큰 것을 확인 할 수 있다.

이상으로 동해안 두 곳의 항구를 비교해 본 결과 서해 및 남해와 마찬가지로 한국에서 제공하는 조석데이터의 신뢰 성이 더 높은 것을 확인할 수 있다.

3.2 조화상수를 이용한 조석 기준 값 계산 분석

앞서 2절에서 영국 조석표에서 표준항인 인천항의 조석이 오차가 있는 것을 확인하였다. 실측정보와 한국 조석표와 영국 조석표 차이의 분포를 검토하여, 조석의 오차가 발생 한 원인을 분석해 보기 위하여 Table 3의 조화상수로 조석표 를 계산하는데 기준이 되는 조고와 조시를 계산하였다.

먼저 영국 조석표상 우리나라의 유일한 표준항인 인천항 과, 이곳을 종속항 으로 하는 군산항의 조석 기준 값과 계산 된 기준 값을 비교하였으며 그 결과는 Table 4와 같다.

인천항을 기준으로 영국의 조화상수와 한국의 조화상수 로 계산한 조고 기준 값을 비교해 보면 MHWS의 한국 값은 6.3이고, 영국 값은 6.4 이다. MLWN의 한국 값은 3.0이고 영 국 값은 2.9로 약간 다른 것을 확인할 수 있다.

그리고 영국 조석표에서 조고 기준 값과 계산한 조고 기 준 값을 비교하면 MLWS의 기준 값은 0.4이고, 계산한 조고 기준 값은 0.7로 다른 것을 확인 할 수 있다.

군산항 또한 영국과 한국의 조석표 조고의 기준 값과, 계 산한 조고의 기준 값 또한 조금씩 다른 것을 확인할 수 있 다. 그래서 영국 조석표 상 표준항인 인천항 조고 기준 값으 로 군산항의 조석표를 만들면 오차가 발생 할 수밖에 없는 것이다.

다음으로 영국 조석표상 우리나라에 표준항이 없는 종속 항인 여수, 부산, 울산, 속초의 조석표 조고 기준 값과 계산 된 조고 기준 값을 비교하였으며 그 결과는 Table 5와 같다. 영국의 조화상수와 한국의 조화상수로 계산한 조고 기준 값 을 비교해 보면 Moji와 Kamaishi는 값의 차이가 거의 없지만, Changjiang의 경우 MHWS, MHWN, MLWN, MLWS 모두 0.5 정도의 차이가 있는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 오류가 있는 영국 조석표 표준항인 Changjiang을 조고 기준 값으로 종속 항 여수, 부산의 조석표를 계산 할 경우 오차가 더해져서 조 고의 오차가 더 커지게 되는 것이다.

조시의 오차는 한국과 영국의 계산된 조시 기준 값을 비 교하면 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 그러나 조시를 구하 기 위해서 표준항이 잘 못 선택될 경우 조시차가 커질 수 있 다. 이를 확인하기 위해서는 조석 형태수 비교가 필요하다. 영국 조석표상 속초항의 표준항인 Kamaishi의 조석 형태수 는 1.33으로 반일주조가 우세한 성질을 가지고 있고, 종속항 인 속초항의 경우 2.23으로 일조주가 우세하여 성질이 전혀 다른 것을 알 수 있다. 그리고 인천항의 조석형태수 1,79와 군산항 조석형태수 2.25도 성질이 전혀 다른 것이 확인된다.

이상의 결과로 성질이 다른 표준항을 기준으로 계산된 종 속항인 Fig. 3의 군산항 분포도와 과 Fig. 7의 속초항 분포도 의 편차가 비정상적으로 큰 이유가 설명이 된다.

서해, 남해, 동해 6곳의 항구의 데이터를 분석하여 본 결 과 서해의 경우 인천항은 표준항 임에도 영국 조석표의 조 화상수가 최신화 되지 않아 조석 오차가 큰 것을 확인 하였 으며, 군산항의 경우 영국 조석표상 표준항인 인천항 조석 기준 값의 오류가 누적되어 조고와 조시 오차가 더 커지는 것을 확인하였다.

남해와 동해의 경우 서해와 비교하여 영국조석표와 한국 조석표의 조화상수와 조고의 차이는 상대적으로 적었지만, 조시 오차는 큰 것으로 확인 되었으며 조시 오차를 줄이기 위해서 영국 조석표에서 표준항을 조석 형태수가 비슷한 다 른 항구로 변경되어야 하는 것으로 분석되었다.

즉, 영국 수로국이 각 국의 조화상수 정보를 지속적으로 최신화 하지 않으면, 과거 조화상수로 조석표를 만들게 되 어 오차가 발생할 수밖에 없는 것이다.

4. 결론 및 제언

본 연구를 통하여 한국 조석표와 영국 조석표를 비교하여 오차가 발생하는 원인을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

첫째, 표준항과 종속항의 조석 형태 차이가 클 경우 표준 항이 추가 되어야 한다. 조석형태의 특성이 비슷하면 조석 오차가 적겠지만, 특성이 다르면 오차가 커지기 때문이다. 특히, 군산항과 속초항의 경우 표준항과 조석형태가 많이 다르므로 다른 항구를 표준항으로 지정하거나 두 항구를 각 각 표준항으로 지정할 필요가 있다.

둘째, 영국 수로국이 제작하는 조석표에서 각 국의 조화 상수가 최신화 되도록 해야 한다. 조석의 특성을 결정하는 조화상수의 경우 시간이 지날수록 변하기 때문에 조화상수 가 지속적으로 갱신되지 않는다면 조석표와 실제 조석과 차 이가 커지기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위하여 한국을 포함한 각 수로국은 영국 수로국에 조화상수 정보를 주기적 으로 제공하여 영국 조석표가 오차가 발생되지 않도록 하여 야 한다.

셋째, 조석표를 사용하는 항해사는 영국 조석표 보다는 각 국가에서 제작하는 조석표가 더 신뢰할 수 있는 정보라 는 것을 고려하여, 입·출항하는 해당 국가의 최신 조석 정보 를 확보할 필요가 있다.

본 연구는 우리나라 6개 항만을 중심으로 연구하였기 때 문에 모든 항구에 대하여 일반화 하는데 무리가 있다. 그러 나 영국 조석표가 오류가 있다는 사실을 이해하고, 조석표 를 만들 때 영국 조석표와 각 국가에서 제작하는 조석표를 비교하여 정확한 조석 정보를 확인하기 위한 방법을 고려하 여야 한다.