1. 서 론

해양안전심판원(Korea Maritime Safety Tribunal, 2020)에서 발간한 2020년 해양사고 통계연보에 의하면 작년 한해 우리 나라 연안에서 발생한 전체 해양 사고는 전체 3,535건이고 그 중 과반이 넘는 2,331건의 사고가 어선에서 발생했다. 어 선의 사고는 2016년(1,794건)부터 매년 꾸준히 증가 추세를 보이며 2020년(2,331건)은 2016년 대비 약 30 %가량 사고가 증가했다. 반면에 여객선의 사고는 외항선·내항선 포함하여 2016년(65건)부터 매년 꾸준히 감소 추세를 보이며 2020년 (47건)은 2016년 대비 약 36 % 사고가 감소했다.

이는 2014년 세월호 참사 이후 여객선 안전에 관한 관심 이 집중되고 정부에서 운항관리자를 해운조합에서 분리시 키고 일부 선령규제를 강화하는 등 안전조치를 강화 하려는 노력이 있었다(Heo et al., 2017).

어선 사고에 관한 연구는 그동안 주목 받는 주제로 많은 연구가 있었다. 어선의 업종별 해양사고의 원인과 대책(Kim et al., 2020)에 대한 연구에 의하면 2010년부터 2019년까지 어 선의 해양사고 발생 비율은 충돌사고가 전체 대비 71.7 % (440척)이라고 밝혔다. 또한 해양사고의 발생환경과 원인에 인적요인이 많이 기인하여 어선원들의 선박운항에 임하는 태도 교정만으로 사고발생률을 감소시킬 수 있다는 결론을 도출했다.

충돌사고 감축을 위한 어선의 대응 방안에 관한 연구 (Jung, 2014)에서는 전체 해양사고에서 충돌사고가 37 %로 가 장 높게 나타났으며, 이러한 충돌사고에서 어선이 58 %로 가 장 많이 발생된 점을 지적하며 현재의 해기교육은 상선의 항해사를 위주로 편중되어 있어 어선원에 대한 맞춤형 교육 의 필요성을 제기했다.

또한 e-Navigation 서비스를 위한 충돌사고 평가지표 개발 (Kim et al., 2021)에서도 어선 및 연안을 항해하는 소형선박 의 경우 대부분의 충돌사고는 일반해역에서 상호시계일 경 우 주로 발생하는 것으로 나타난 것을 바탕으로 인적요인으 로 인한 충돌사고에 대해 지적했다.

본 연구에서는 어선사고에 가장 큰 비율을 차지하고 있는 충돌사고의 요인 중 인적요인의 경우 어선원들의 교육을 통 해 사고율을 낮추는 방법에 대한 선행연구가 있었기 때문에 충돌사고를 감소시킬 수 있는 다른 요인에 대해서 고찰했 다. 이를 위해 어선의 조종성능에 주목하여 국내법상 어선 의 규정은 충분한 조종성을 보장 할 수 있게 제정되어 있는 지 살펴보고 현존하는 어선의 조종성을 판단하고자 했다.

선박의 조종성능을 추정하는 방법으로 Kijima and Nakiri (1999; 2002)가 제안한 경험식이 널리 이용되고 있지만 어선 의 조종성능 특성에 관한 연구(Lee et al., 2018)에 의하면 이 경험식의 경우 실선 시운전 시험 결과들의 회귀 분석을 통 해서 개발되는데 이 때 사용된 기본 재료는 대부분 상선으 로부터 얻어졌고 어선의 것은 포함되지 않았다고 한다.

또한 해당 연구에서 Kijima and Nakiri(1999; 2002)의 경험식 을 바탕으로 어선의 조정성능을 추정한 결과 선미형상을 고 려한 최신의 경험식보다는 기존의 선미형상을 고려하지 않 은 경험식의 결과가 어선의 조종성능 추정에 더 유효하다고 판단했다.

그렇기 때문에 조종성을 판단하기 위해 일반적으로 사용 하는 경험식을 사용하지 않고 직관적인 방법으로 수선하면 적 대비 타면적의 비율을 적용하여(Liu and Hekkenberg, 2017) 국내어선의 선박자료를 바탕으로 현존하는 어선의 제원분 포와 타면적을 분석하였다. 본 연구의 결과를 토대로 국내 어선의 조종성 향상을 위한 제도마련의 필요성을 제기하고 동시에 어선 타면적 설계에 기준을 세우고자 한다.

2. 조종성능 검사규칙

2.1 선박의 조종성능 규정검토

국제해사기구(Interantional Maritime Organization, IMO)는 2002년에 선박 조종성능의 규정을 제정하였다. 길이 100 m 이 상의 모든 선박과 위험화물을 수송하는 케미컬탱커 및 LNG 선박은 길이에 관계없이 이 규정을 적용받고 있다. Table 1 을 보면 세부적으로 크게 3가지로 구분하여 선회성능, 보침 성능, 정지성능으로 평가한다(Lee, 2005).

선회성능 기준은 사용타각 10°에 의한 초기선회능력과 최 대타각 35° 또는 45°에 의한 정상선회성능으로 구분하여 해 당하는 기준을 각각 따로 하고 있고 보침성능에서는 타각 10°에 의한 Zigzag 10°/10°과 타각 20°에 의한 Zigzag 20°/20°의 시험 결과를 가지고 이에 해당하는 세부기준을 통해 성능을 평가한다.

마지막 정지성능의 경우 만재상태의 항해전속전진에서 긴급후진전속을 발령하여 전진타력이 0이 되면서 선체가 완 전히 정선할 때까지의 최단 정지거리가 선체길이의 15배가 넘지 않아야 한다고 규정하고 있다.

일본의 경우 어선법(1950년; 법률 제778호) 제22조 제3항의 규정에 따른 어선검사규칙 제6조(성능) 상 일본어선의 조종 성에 관한 평가규칙을 설명하고 있다(Ministry of Agriculture and Forestry and Fisheries of Japan, 1950).

총 7가지 항목으로 속력시험, 전·후진시험, 조타시험, 선회 력시험, 항주시험, 복원성시험, 선수요동 시험을 실시한다. 또한 각각의 검사항목은 어선의 업종별·길이별로 구분해서 평가기준을 각각 다르게 평가하고 있는데 이는 어선의 업종 에 따라 각기 다른 선체 구조를 반영한 것이다.

특히 선회력시험의 경우 IMO기준과 일본 선회력시험 기 준을 비교한 Table 2를 보면 선회경의 크기가 IMO에서 선체 길이(전장,　LOA, 이하 ‘L’이라 약칭)의 5배 이내로 제한한 반면 일본 어선검사규칙은 업종과 길이에 따라 다르지만 대 부분 국제기준 보다 더욱 엄격하게 관리하고 있는 것을 알 수 있다.

반면에 우리나라의 경우 법령상 어선의 조종성에 관한 규 칙은 존재하지 않고 한국해양안전교통공단의 어선검사지침 상 선체길이(L)가 24 m 이상의 어선만 속력시험, 조타시험, 후진력시험, 투양묘시험, 기관시험을 실시한다.

24 m 미만의 어선은 속력시험은 필요한 경우가 아니면 실 시하지 않을 수 있으며 조타시험 및 후진시험 등은 성능평 가가 아닌 작동상태 확인 수준의 검사를 실시하고 있다.

2.2 선박의 타면적비

타력 향상이 근해운송선박의 선회 성능에 미치는 영향에 관한 실험적 연구(Jun et al., 2012)에서 좌초 충돌 들의 해난 사고를 방지하기 위해서는 선박이 우수한 조종성능을 갖는 것이 요구되며 특히 조종성능 중에서 선회성능은 충돌 회피 등 에 필수적인 성능이라고 말하며 모형선의 선회성능 실험 결과를 통해 타력 증가가 근해운송 선박의 선회 성능 향상 에 효과적인 것을 확인한 바 있다.

선박에 장착된 타(타; Rudder)는 선박의 선회성능에 가장 큰 역할을 하며 일반적으로 타면적(A; Rudder Area)이 커지면 타에 작용하는 항력과 양력도 커진다. 그렇기 때문에 필요 한 기동력을 생성하려면 타의 전체 면적이 수선하면적인 선 체길이(L) 와 흘수(T)의 곱으로 계산된 면적과 비교해서 충 분해야 하며 타가 커질수록 타력은 커진다.

선박의 기동성 및 선회성에 대한 모형시험(Shiba, 1960)에 서 고속상선 모형의 경우 방형계수(Cb; Block Coefficients)를 0.60 그리고 일반화물선 과 유조선의 경우 각각 0.70, 0.80로 설정하고 30°의 타각을 줄 때 타면적비에 따른 선회경의 크기를 비교한 실험을 진행했다. 그 결과는 Fig. 1을 통해 알 수 있으며 타면적비(Rudder area ratio; A/(L×T)) 가 증가하 는 동안 IMO 조종성능 규정에서 정상선회운동의 기준이 되는 선회경의 크기가 줄어든 것을 확인 할 수 있다. 그 밖 에 선회종거(Advance) 및 선회횡거(Transfer) 역시 타면적 비 율이 커질수록 그 길이가 작아진 결과를 확인 할 수 있는 데 이는 타면적 비율이 선회성능에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

Molland and Turnock(2007)에 의하면 타면적을 결정하는 것 은 여러 변수들로 인해 일반적으로 규정할 수 없으며 선박 의 초기설계단계에서 타에 작용하는 힘(타효; Rudder Force) 또한 도출할 수 없고 타면적은 대부분 경험적인 데이터에서 추정된다고 말한다. 이러한 경험적인 데이터에 의한 타면적 의 조종성능을 검토하는 방법은 크게 3가지로 실적선 데이 터베이스, 모형시험 및 조종수학모형을 이용한 시뮬레이션 에 의한 방법으로 이루어진다.

Table 3은 Liu and Hekkenberg(2017)가 인용한 값으로 선종 에 따라 조종성능이 검증 된 최적의 타면적비를 나타내고 있다. 위의 표를 보면 예인선, 트롤어선, 보급선, 페리, 군함 등의 선박은 일반적으로 항해하는 상선에 비해서 더 큰 타 면적비를 요구하고 있다. 트롤어선의 타면적비가 더 크게 요구 되는 것은 일반적인 상선에 비해 기동성이 필요하다는 것을 나타낸다.

이는 일본의 어선검사규칙에서 선회력시험 기준이 IMO규 정보다 엄격하게 관리되고 있는 것과 마찬가지로 상선에 비 해 잦은 변침을 하는 어선의 조업특성 상 조타성능을 더욱 중요시 한다는 것을 알 수 있다.

Żelazny(2014)는 129척의 상선을 이용하여 타에 작용하는 힘에 관한 연구를 진행했는데 Fig. 2는 해당상선들의 측면적 대비 타면적의 관계를 나타내고 있다. 추세선의 기울기를 보면 0.0194로 타면적비로 환산 시 1.9의 값으로 일반적인 화 물선의 요구치인 1.5 %를 상회하고 있었다.

3. 연구방법

3.1 대상선박

본 연구에서 사용한 자료는 서해어업관리단 관할구역의 어선에서 선정하였으며, 진도를 기점으로 서해 최북단의 범 위 내에서 조업하는 연·근해어선을 대상으로 하고 있다.

총 153척의 어선을 임의로 선정하였고 일반배치도 및 총 톤수계산서를 이용하여 대상어선의 제원을 분석하였다. Table 4는 길이를 기준으로 7개의 그룹으로 구분한 대상선박 의 주요제원을 나타낸 것이다. 대상선박 중 길이가 27 ~ 30 m 인 어선이 63척으로 가장 많았다.

수산업법 상 어업의 업종별로 구분하면 연안자망 8척, 연 안복합 6척, 어장관리선 1척, 근해통발 2척, 근해채낚기 1척, 근해자망 81척, 근해연승 6척, 근해안강망 47척, 근해선망 1 척으로 구성되었다.

2009년 농림수산식품부 고시로 제정된 어선복원성 및 만 재흘수선 기준에서는 배의길이 24 m 이상의 어선 및 13인 이상 낚시어선의 경우 복원성 기준을 충족해야 한다고 규정 하고 있는데 대상선박 중 118척이 위 기준을 충족해야 하는 길이 24 m 이상의 어선이다.

대상선박을 선정하는데 있어서 같은 도면으로 만들어진 트윈어선은 한척으로 구분하였으며 일반배치도의 상태가 오래되어 인식하기 어렵거나 훼손된 어선은 대상선박에서 제외하는 방식으로 도면을 선정하여 어선 타설계 현황을 분 석했다.

3.2 분석방법

선정된 153척의 대상어선의 검사자료 중 총톤수계산서와 일반배치도를 이용하여 각각의 어선의 제원을 발췌하고 이 를 길이(L;LOA), 수선간장(LBP; Length Between Perpendicular), 폭(B;Beam), 깊이(D;Depth), 총톤수(GT; Gross Tonnage)로 도식 화하여 표로 정리하는 작업을 선행했다.

Table 4는 대상선박을 LOA의 오름차순으로 24 m 미만의 선박을 시작으로 3 m 간격으로 7개의 그룹으로 나누어 각 그 룹의 평균 제원을 나타낸 것이며 Table 5는 총톤수(GT; Gross Tonnage)의 오름차순을 10톤 간격으로 8개의 그룹으로 구분 하고 각 그룹의 평균 제원을 표기한 것이다.

타면적(A; Rudder Area)의 경우 전자문서의 축척을 1:1 비 율로 재설정하고 이를 통해 어선에 설치 된 타의 실제 면적 을 조사하였다. 수선하면적(L×T)의 경우 일반배치도의 실제 면적을 적용하지 않고 어선의 제원을 이용해 계산한 뒤 타 면적비에 적용했다. 대상선박의 모든 제원을 정리하고 Table 3의 수치에 기반 한 어선의 최적의 타면적비인 3.0 ~ 4.0의 충 족 여부를 확인하는 작업을 진행했다.

4. 분석결과

4.1 대상어선 주요제원분포

대상어선의 총톤수가 커짐에 따라 주요제원인 길이, 폭, 깊이의 수치는 비례하며 커지는 것을 확인했다. 총톤수를 기준으로 8개의 그룹으로 분류한 Table 5에서 대상어선의 총 톤수가 9.43톤에서 74.0톤으로 7.8배가 커지는 동안 길이는 2.6 배 증가(15.2 ~ 39.7 m)했고 폭은 1.5배(4.5 ~ 6.8 m), 깊이는 1.6배 (1.3 ~ 2.1 m) 증가했다.

대상어선의 총톤수에 따라 증가하는 주요제원의 비율은 폭과 깊이에 비해 상대적으로 길이의 증가폭이 더 컸다. 이 는 대상어선의 규모가 커짐에 따라 선박의 길이를 선폭으로 나누어 준 값인 L/B가 커진다는 것을 의미하며 실제로 총톤 수 10톤 미만의 대상어선의 그룹에서 L/B값은 3.4인 반면 총 톤수 70톤 이상의 그룹에서는 5.8을 나타냈다.

소형선박의 복원성기준 연구(Kwon and Lee, 2007)에 의하 면 초기 복원성능 확보를 위해 어선과 화물선 모두 배의 길 이가 짧을수록 L/B 값이 작아지는 특성을 지닌다고 설명했 는데 대상어선의 주요제원에서도 이와 유사한 특성을 띄는 것으로 확인했다.

대상어선의 길이와 총톤수에 관계를 횡축에는 길이 종축 에는 총톤수로 나타낸 Fig. 3을 보면 길이가 커짐에 따라 비 례해서 총톤수가 커지는 모습을 확인 할 수 있다. Fig. 3에서 길이 27 ~ 33 m 부근에서 총톤수 69톤으로 다른 선박에 비해 유독 무거운 선박이 발견됐는데 해당어선의 업종은 근해자 망 5척과 근해안강망 1척으로 해당어선 6척의 평균 깊이는 2.7 m로 전체평균인 1.6 m보다 1.1 m가량 더 깊고 길이 27 ~ 33 m의 평균 깊이인 1.8 m보다 0.90 m 깊었다.

Fig. 4는 총톤수와 선수방향의 수선하면적인 L×T를 표현 한 것으로 총톤수가 커짐에 따라 비례하는 경향이 강하게 수선하면적도 커지는 모습을 확인 할 수 있다. 그 밖에 다른 주요제원의 분포 또한 주요제원 간에 정도의 차이는 있지만 일정부분 대상어선의 규모가 커짐에 따라 비례해서 증가하 는 모습을 확인할 수 있었다.

4.2 대상어선 타면적과 제원과의 상관관게 분석

대상어선의 길이를 기준으로 7개 그룹으로 분류하여 각 그룹의 평균 타면적(A), 평균 L×T, 평균 A/(L×T)를 Table 6로 나타냈으며 각각의 표준편차는 각각 0.7, 18.8, 0.9이다.

대상어선의 평균 타면적은 최소값 0.4 m²에서 최대값 2.8 m² 로 7배 증가하는 동안 상대적으로 수선하면적인 L×T는 최소 값 21.5 m²에서 최대값 84.4 m²로 3.9배 증가했다.

타면적비의 경우 평균 2.57을 나타냈다. 이 수치는 앞서 언급한 Molland and Turnock(2007)의 연구에서 제시된 트롤어 선 최적의 타면적 비율(3.0 ~ 4.0)의 85.6 % 수준이다.

Fig. 5는 대상어선의 길이별 분포를 확인하기 위해서 횡축 에는 길이 24 m를 기준으로 3 m의 간격으로 나타내고 종축 에는 해당하는 어선의 척수를 표시한 도표이다. 27 ~ 30 m의 그룹이 63척으로 가장 큰 비율을 가졌으며 해당척수를 나타 내는 막대 안에 구분된 막대는 최적의 타면적비를 충족하는 어선을 표시한 것이다.

Table 7은 대상어선을 수산업법시행령 제3장(허가어업과 신고어업)에서 정의하는 어업의 종류별로 구분하여 해당하 는 업종에서 최적의 타면적 비율(3.0 ~ 4.0)을 만족하는 정도 를 나타낸 것이다.

본 연구에서 조사한 대상어선 전체 153척 중 어선 타면적 비를 충족하는 어선은 총 46척으로 전체대비 30.1 % 정도의 어선만이 최적의 타면적비를 충족하고 있었다.

가장 많은 대상어선이 분포한 근해자망의 경우 전체 81척 가운데 33척이 최적의 어선 타면적비를 만족하여 40.7 %가 충족하는 반면 그 다음으로 많은 척수가 분포한 근해안강망 의 경우 전체 47척 가운데 6척으로 근해자망에 비해 상대적 으로 적은 12.8 %의 충족도가 나왔다.

또한 10톤 미만의 소형어선의 경우 전체 25척 중 5척이 충족하여 20.0 %를 나타냈고 길이 24 m 미만 어선의 경우 35 척 중 10척이 충족하여 28.6 %를 나타냈는데 이는 대상어선 전체를 대상으로 한 충족도인 30 %를 밑도는 결과였다.

Fig. 6은 대상어선의 길이와 타면적의 관계를 나타낸 도 표인데 대상어선의 분포가 뚜렷한 상관관계를 나타내지 않 고 있었다. 대상선박의 길이, 폭, 깊이 등 다른 주요제원의 경우 정도의 차이가 있을 뿐 일정하게 비례하는 모습을 나 타낸 반면 대상어선의 타면적의 경우 그렇지 못한 결과를 나타냈다.

대상어선의 길이와 타면적 비율의 관계를 나타낸 Fig. 7을 보면 타면적에 대한 상관관계가 없다는 것을 다시 한 번 확 인 할 수 있다. 음영으로 표시된 최적의 타면적 비율(3.0 ~ 4.0) 구간에 대상선박의 30.1 %인 46척이 분포하고 있고 나머 지 69.9 %인 107척은 일정한 경향이 없이 큰 편차를 나타내 고 있다.

Fig. 8은 수선하면(L×T) 와 타면적(A)의 관계를 나타낸다. 도표 상의 추세선의 기울기는 타면적비를 의미하게 되는데 최적의 타면적 비율인 3.0과 4.0의 기울기를 가진 두 직선 사 이를 음영으로 표시했다.

대상어선의 분포는 이전의 결과와 같이 강한 상관관계를 찾을 수 없었다. Fig. 6 ~ Fig. 8의 분석을 통해 대상어선과 타 면적의 관계에서 유의미한 관계를 찾을 수 없었다.

이 같은 결과는 어선의 초기설계 단계에서 타면적을 결정 하는 일련의 과정이 특정한 기준이 없이 이뤄졌다고 판단할 수 있으며 어선 조종성능을 평가하는 규정이 거의 전무한 상황에서 어선건조 이후 현존하는 어선의 조종성능에 대한 검증이 제대로 이루어지지 않아 발생한 결과다.

5. 결 론

본 연구에서는 어선 및 상선의 조종성능에 대한 국내·외 평가규정을 살펴보았다. 특히 어선의 조종성능에 크게 관여 하는 타면적 설계 현황을 살펴보기 위하여 국내 연·근해에 서 조업 중인 153척의 어선의 주요 제원을 조사하고 Molland and Turnock(2007)에서 제시된 최적의 트롤어선 타면적 비율 대비 국내 어선의 타면적을 비교 분석하였다. 그 결과 다음 과 같은 결론을 얻었다.

또한 본 연구에서 조사한 대상선박의 업종은 트롤어선 뿐 아니라 더 다양한 업종의 제원을 조사하였으나 각각의 업종 을 비교할 수 있는 최적의 타면적비에 대한 자료가 부족하 여 수산업법에 의해 분류된 국내어선의 종류별 상이한 조종 성능에 대한 분석에 한계를 느끼며 추후 향후과제 연구를 통해 보완하겠다.