1. 서 론

제66풍성호(이하, 풍성호)는 2019년 2월 13일 04:55경 투승 작업을 하며 약 8.5노트의 속력으로 항해하고 있던 중 갑자 기 다량의 해수가 우현 선측을 넘어 갑판으로 유입되면서 우현으로 기울어진 상태에서 직립 상태로 복원되지 않아 전 복되어 선장이 사망하였다. 중앙해양안전심판원에서 발간한 ‘2020 해양사고 통계’에 따르면 최근 5년간 국내에서 발생한 어선사고는 Fig. 1과 같이 2016년 1,646건에서 2020년 2,100건 으로 매년 증가하고 있으며, 어선의 전복사고 또한 2016년 36건에서 2020년 73건으로 매년 꾸준히 증가하고 있는 추세 이다(KMST, 2021). 또한, 최근 5년간 발생한 378건의 전복사 고 중 어선사고가 252건으로 66.7 %의 높은 비중을 차지하고 있어 이에 따른 대책 마련이 시급한 실정이다.

Kang et al.(2007)은 해양안전심판원의 재결서 자료를 기반 으로 전복사고에 대한 통계분석과 해양사고 예방을 위해 교 육과 훈련의 강화 방안을 제시하였고, Jung et al.(2012)은 어 선의 복원성에 관한 국내외 규정과 해양안전심판원의 전복 사고 재결서 분석을 통하여 어선의 전복사고 예방을 위한 조치방안을 제안한 바 있다.

Kim et al.(2015)은 2014년 12월에 발생한 제501오룡호 전복 사고의 상황에 대한 역학적 요인 분석을 통하여 전복 원인 을 파악하고자 하였으며, Lee et al.(2017)은 동일한 사고에 대 한 시뮬레이션을 통해 선내 침수 경로를 분석하고 주요 탱 크들의 용적과 중량 분포를 추정하여 사고선박이 일반적인 전복사고와 다소 차이가 있음을 제시하였다. Choi(2016)는 선 체의 자유 횡 운동 진폭 감쇠 비를 기준으로 저속으로 전복되 는 선박사고의 선체 특성에 관하여 연구하였고, Kang(2011)은 어선의 해양사고 발생 원인이 기상요소와 관련성이 존재하 는지의 여부를 분석하여 해양사고 예방을 위한 대책을 제안 한 바 있다. 또한, 한국해양교통안전공단에서는 어선의 전복 사고 예방 및 대책에 관하여 지속적으로 제안하고 있다(Kim, 1987;Choi, 1992;Lim, 1995;Gwon and Lee, 2007).

본 연구에서는 풍성호의 전복사고 원인을 규명하기 위하여 현장조사를 통해 선체구조의 특성 및 복원성, 해수 유입 경로 및 유입량에 대한 자료를 수집하였으며 풍성호에 추가로 설 치된 구조물(추가 갑판, 바람막이)이 복원성에 미치는 영향 등을 종합적이고 정량적으로 분석하기 위하여 복원성 계산을 위한 NAPA Software를 활용하였다. 본 연구를 통하여 어선의 방수구, 추가 갑판, 바람막이 등이 복원성에 미치는 영향을 분석함으로써 풍성호와 유사한 선박에서 발생할 수 있는 전 복사고에 대한 대책을 마련하는 효과를 기대할 수 있다.

2. 대상선박 및 해양사고 현황

2.1 대상선박

풍성호는 등록 길이 24미터 미만의 근해연승어업 어선으 로 제원은 Table 1과 같으며, 사고 발생 전 실제 촬영된 사진 은 Fig. 2와 같다. 풍성호는 조업편의시설인 FRP 바람막이를 설치하는 연승어선 검사지침(현행 폐지)에 따라 ‘어선복원성 및 만재흘수선 기준(Stability Criteria of Vessels Act(2015))’ 중 등록 길이 40미터 미만 어선에 적용하는 복원성 기준을 적 용하여 2016년 9월 1월 상가 수리 중 관련 경사 시험을 수행 하였다.

2.2 해상 및 기상 현황

사고 시점의 기상변화에 특이사항은 없으나 강우가 있으 며, Fig. 3과 같이 남쪽에 저기압이 지나가고 있어 해상상태 가 급격히 악화될 가능성이 존재하였다. 선원들의 진술 역시 일치하여 사고 시점의 기상은 Beaufort scale 5로 풍속 11~16노 트, 파고 2~3 m로 검토하였다. 해상 상태는 파랑 변화가 있는 상황으로 Fig. 4의 파랑실황도에 따른 기준은 파주기 5초, 유 의 파고 2 m이지만 사고 시점에는 남쪽에 저기압이 지나가고 있었으므로 바람 방향과 해상 상태가 급격히 악화될 가능성 이 있어 낮은 확률이지만 거의 2배에 가까운 파고를 조우할 수 있으므로 최대파고를 4 m로 가정하여 불워크를 넘어 오는 해수 침수량을 고려하였다. 이 또한 구조선 선장이나 선원들 의 진술과 동등한 수준으로 추정된다.

또한, 파랑은 Fig. 5와 같이 남서방향으로 진행하는 파주기 5초, 파장 약 37 m의 파랑을 적용하였으며 우현 추종 사파를 받았다는 선원들의 진술에 따라 선박은 서진하고 있는 상황 및 투승 작업 중이었으므로 속력은 8.5노트로 적용하였다.

3. 복원성에 영향을 미치는 요인

3.1 추가 갑판 설치

현장조사 결과 풍성호는 합판 중심 부분의 심재가 가벼운 아비통 재질의 목재로, 2016년 9월 상가 수리 중 밀도 0.9, 두 께 30 mm의 추가 갑판이 설치된 것으로 추정되었으며, 설치 면적 및 무게는 Fig. 6에서 보는 것과 같이 74.4 m², 2.008톤으 로 계산되었다. 목재 갑판은 FRP 갑판 대비 중량증가가 약 4 배이며, 주갑판으로 빗물과 해수가 침투될 수 있어 초기 횡 경사 발생 등 복원성 확보에 불리하게 작용할 수 있다.

또한, 추가 갑판 설치에 따라 Fig. 7에서 보는 것과 같이 우천 시 우현 경사가 3°이상 발생되면 목재 갑판 하부는 강 우로 인한 웰이 형성되어 좌현 갑판에 침투된 물 역시 우현 으로 이동할 수 있으므로 초기 횡경사의 원인으로 작용할 수 있다.

3.2 바람막이 설치

풍성호는 조업편의시설인 FRP 바람막이를 설치하는 연승 어선 검사지침(현행 폐지)에 따라 ‘어선복원성 및 만재흘수 선 기준’ 중 등록 길이 40미터 미만 어선에 적용하는 복원성 기준을 적용하여 2016년 9월 상가 수리 중 관련 경사 시험을 수행하였다. 이후 2017년 1월 경사시험 성적서에 의거하여 완성비손상복원력 계산서 승인을 득하였다. 이 때 설치된 바람막이에 대한 상세 시공서와 중량에 대한 검증 자료는 기록되지 않았으므로 바람막이가 선박의 복원성에 미치는 영향을 조사하기 위해 풍성호의 사진자료와 승인도면을 통 하여 중량을 추정하였다.

Fig. 8과 같이 바람막이 설치 시 승인된 일반 배치도 기준으 로 측면투영면적을 계산한 결과 바람막이가 설치된 전체 측면 투영면적은 75.36 m², 작용 중심점은 선체 중심에서 선미 측으 로 3.109 m, 선체 바닥에서 3.944 m이었으며, 전체 측면투영면 적에서 바람막이에 의한 영향이 추가로 발생한다고 판단되는 측면투영면적 증가분은 10.61 m², 작용 중심점은 선체 중심에 서 선수 측으로 1.549 m, 선체 바닥에서 4.212 m로 계산되었다.

이에 따라 바람막이의 총 중량은 2.331톤으로 추정되었고, 바람막이 설치에 따른 LCG는 0.558 m, VCG는 4.788 m로 추 정되어 관련된 복원성 계산의 수치로 적용한 결과 만재 배 수량의 약 1.8 %, 경하배수량의 약 3.5 %로 산출되었다.

3.3 방수구 상태

2017년 1월 경사시험 성적서에 의거하여 완성비손상복원 력 계산서 승인을 득하였을 때 승인받은 풍성호의 도면상에 는 Fig. 9와 같이 각 현측 현단 상부에 10개의 방수구가 설치 되어 있으며, 도면 상 각 방수구의 단면적은 0.0579 m²로 각 현 방수구의 총 단면적은 0.579 m²로 계산되었다.

우리나라의 어선구조기준에서는 건현갑판 또는 선루갑판 의 노출부의 불워크가 웰을 형성하는 경우에는 갑판부터 신 속하게 방수하기 위한 충분한 방수구를 설치하도록 하고 있 다. 어선구조기준 제350조(방수구의 면적)에 따른 바람막이 설치 시 요구되는 방수구의 면적은 식(1)을 적용하여 1.229 m² 로 계산되며, 바람막이 미설치 시 요구되는 방수구 면적은 식(2)를 적용하여 1.058 m²로 계산된다. 식(1)과 (2)에서 a는 불워크의 높이에 따른 수정량을 의미하며, 전복사고 당시 풍성호의 불워크 높이는 1미터로 측정되어 Table 2에 따라 수정량 a는 0으로 계산하였다.

여기서,

여기서,

따라서 풍성호 도면에 따른 방수구의 총면적은 Table 3에 서 보는 것과 같이 Fishing boat rescue Act(2015)에서 요구하는 어선구조기준을 충족하지 못한 것으로 확인되었다.

3.4 어창 침수의 영향

Fig. 10에서 보는 것과 같이 풍성호의 만재흘수선을 기준으 로 한 선체중앙부 주요 경사각은 하부 방수구 7°, 상부 방수 구 10°, 난간 상단 26°, 어창 코밍 상단 41°, 기관실 출입구 문 지방 27°이며, 선형은 평저형에 가까워 선체 경사 11° 이상에 서 어창으로 침수가 발생할 경우 유동수의 영향으로 경사가 가속될 것이라는 것을 알 수 있다. 직립 상태에서 수면하부에 서 침수가 발생할 경우 선저로부터 해수가 차오르기 때문에 횡경사 속도가 완만하고 급격한 대각도 경사로 연결되기는 어렵다. 수선 하부 손상에 의한 침수 발생 시 선박의 경사는 풍하 측으로 진행되므로 풍성호의 전도는 어창 하부 손상으 로 인한 침수경사로 볼 수 없다(Son, 2000). 각 어창의 용적은 20 m³ 미만으로 한 쪽 현측으로 유동수가 쏠려도 25° 이상의 횡경사가 발생하지 않기 때문에 어창 이외의 장소에서 해수 유입에 의한 대각도 횡경사가 발생되었다고 추정할 수 있다.

3.5 기관실 침수의 영향

기관실은 어창에 비해 가운데로 유동수가 모여들 수 있는 형태를 가지므로 기관실 하부 손상이 발생하여도 급격한 대 각도 횡경사 발생은 예상되지 않지만 Fig. 11과 같이 경사가 13° 이상 진행된 상태에서 해수가 유입될 경우 경사가 가속 화 된다. Fig. 12와 같이 27° 이상 경사가 발생되어 우현 기관 실 문틈으로 해수가 지속적으로 유입될 경우 초당 평균 약 0.0065 ㎥의 해수가 유입되며, 약 1.9톤의 해수가 기관실에 유 입될 경우 약 32°의 선체경사가 발생된다. 약 12.7톤의 해수 가 기관실에 유입될 경우 약 45°의 경사가 발생하며, 41°~45° 경사 시점부터 기관실 내의 수면 수위는 좌현 측이 증가하게 되어 복원 모멘트가 작용하게 되나, 동시에 어창에 침수가 시작되므로 경사가 계속되어 복원은 불가하게 된다.

4. 사고시점의 복원성 계산 결과

4.1 어로작업 시점의 복원성 계산

풍성호의 어로 작업 시점의 복원성을 계산하기 위해 선박 및 해양구조물의 초기 기본설계를 위한 소프트웨어인 NAPA 프로그램을 이용하였다. NAPA 프로그램은 구조물의 형상, 매치 등의 모델링을 통해 안전성과 복원성 등을 평가할 수 있는 프로그램으로 NAPA 풍동모델에서는 플로팅 도크의 타 워 데크 형상을 고려하여 방향별 풍하중을 보다 정확하게 고려할 수 있다(Yang et al., 2015).

어선복원성 및 만재흘수선 기준 제11조 1항에 따라 길이 40미터 미만의 어선은 식(3)에 따라 계산된 값 이상의 최소 GoM을 확보해야 하며, 만재흘수상태에서 풍성호의 최소 GoM은 0.568 m로 계산되었다.

여기서,

사고 당시의 상태를 추정하기 위해 승인 복원성 자료의 만재출항상태와 어장발상태의 재화상태에 의거하여 어로 작업 시작 단계에서부터 사용한 어구류 및 소모품을 고려하 여 어로작업 시점의 계산 기준으로 사용하였다. 어항 출항 시 풍성호의 재화상태는 Table 4와 같으며, 이 때 계산된 풍 성호의 GoM은 0.601 m로 등흘수 1.957 m 상태일 때 최소 GoM 인 0.576 m 이상을 만족하였다.

어획물을 만재하고 어항을 출항하는 풍성호의 재화상태 는 Table 5와 같으며 GoM은 0.647 m로 만재흘수 상태의 최소 GoM인 0.641 m 이상을 만족하였다.

선원들의 진술을 일부 참조하여 계산된 어로 작업 시점의 배수량은 112.869톤이었으며, 등흘수 1.939 m 상태에서 계산 된 GoM은 0.763 m로 최소 GoM인 0.475 m를 만족하였다. 만 재출항상태 및 어장발 상태보다 GoM이 높아진 것은 어로작 업을 위한 투승 및 소모품과 연료유 소모에 따라 중심점이 낮아졌기 때문으로 추정된다.

4.2 해상 상태 변화에 따른 해수 유입량

선박이 파랑 중에 횡파를 받을 경우 파랑에 의해 능파 경 사가 발생하며, 사고 당시의 파랑주기와 선박의 자유횡요 주기가 약 5초로 동일하므로 동조횡요가 발생할 가능성이 높다. 사고 당시 선박의 속력이 4.37 ㎧이고, 선박 진행방향 으로의 파속은 5.23 ㎧이므로 당시 선박이 받고 있었던 추종 사파는 0.86 ㎧의 속도로 현측을 지나가며, 파정은 약 1분 간 격으로 선박의 동일한 지점을 통과한다. 추종 사파가 선체 중앙을 지나 좌현 선수 들림이 발생되면서 우현 선미가 침 하하는 순간에 추종 사파를 조우하게 될 경우 월파의 가능 성이 존재하며, 최대파고에 해당하는 추종 사파가 선미 현 호가 낮아진 지점부터 바람막이가 설치된 중앙부 지점까지 약 9 m 길이를 월파하게 될 경우 약 10초 이상 지속적으로 해수가 유입될 수 있다.

선박의 초기경사가 없을 경우 하부 방수구는 분당 3.614 ㎥ 배출이 가능하나 당시는 우천상황으로 우현측으로 약 5° 의 경사가 발생되었으며, 초기경사가 있을 경우 Beaufort scale 5의 해상에서 최대 파고 4 m를 기준으로 할 때 하부 방 수구는 수면에 잠기게 되며, 상부 방수구는 횡요에 따라 해 수가 유입되고 배출되는 과정을 반복한다.

파고가 4 m인 해상상태에서는 파정이 난간 상단보다 하방 에 위치하므로 한 파장이 지나는 동안 방수구로 유입되는 해 수량은 식(4)의 계산에 의해, Table 7과 같이 약 18초간 11.1 ㎥ 이며, 배출되는 해수량은 Table 8과 같이 약 42초간 7.6 ㎥로 약 3.5 ㎥의 해수가 선내에 잔류하게 된다.

여기서,

파고 2 m 해상상태에서 계산된 4.5 ㎥의 갑판 유동수에, 약 18초 동안 추가된 11.1 ㎥의 해수를 고려할 때 우현 갑판에 15.6 ㎥의 유동수가 존재하는 상황으로 사고 시점의 복원성 을 계산하였다. 파고 4 m의 해상상태에서 NAPA 복원성 프 로그램을 통하여 계산된 풍성호의 최대 복원정은 Fig. 13과 같이 15°에서 0.09 m, 복원정 소실 경사각은 약 28°로 계산되 었으며, 추종사파로 인한 월파로 인해 선체가 26° 이상 경사 될 경우 직립상태로 복원하지 못한 상태에서 해수가 기관실 에 유입되어 복원이 불가하게 된다.

4.3 선체 동요 상황

Fig. 14는 현장조사와 침수량 추정 자료 따라 복원성 추정 계산 결과를 기반으로 전도 초기 2분간의 선체 동요 상황을 나타낸 것이며, Fig. 15는 풍성호가 복원성을 소실하기까지 진행된 40분간의 선체 동요 상황을 나타낸 것이다. 여기서 GoM은 복원성 계산 결과 값이며, 침수량은 직립 상태에서 파고와 시간 변화에 따른 침수 유동량을 표시하였고, 횡경 사는 해수 유입량에 대한 계산 값이다.

초기 경사는 우현 약 5° ~ 6°로 추정되며, 첫 번째 추종 사파 조우 시 7.8톤의 해수가 우현 갑판에 머무르게 되어 약 12°의 우현 경사가 발생된 것으로 계산되었다. 월파가 발생하지 않 았을 경우 18초 동안 유입된 해수는 15.6톤으로 약 26°의 선체 경사를 발생시키며, 월파가 발생된 경우 약 2~3톤의 추가 해 수가 갑판으로 유입되면서 약 30°의 경사가 발생하며 기관실 로 침수되는 조건이 되어 경사를 가속화 시킨다. 우현 감판의 추가 유동수 영향과 더불어 우현 기관실 문틈으로 12.7톤의 해 수가 유입될 경우 45°의 경사가 발생되지만, 약 41°의 경사가 발생할 때부터 어창의 침수가 시작되므로 기관실 내의 좌현 측 수위 증가가 복원우력으로 작용하지 않고 침수되었다.

4.4 선체 요인에 의한 복원성 변화

어로 작업 시점에 풍성호의 GoM은 Table 6과 같이 0.743 m 로 최소 GoM인 0.475 m를 만족하였으나, 선체 경사에 따른 해수의 유입과 선체 동요의 영향에 의해 최대 파고 4 m 해상 상태에서 풍성호의 GoM은 Table 9와 같이 0.508 m로 요구되 는 최소 GoM인 0.694 m에 부족하게 되며, 약 26°의 우현경사 를 발생시키는 것으로 계산되었다.

따라서, 전복 사고 방지를 위한 개선방안을 제시하고자 풍성호에 추가된 추가 갑판 및 바람막이의 설치 여부가 복 원성에 미치는 영향을 검토하였다.

추가로 설치된 목재 갑판과 바람막이에 따른 복원성 계산 결과는 Table 10과 같이 GoM이 0.895 m로 요구되는 최소 GoM인 0.454 m를 만족하였으나, 추가 목재 갑판과 바람막이 의 설치를 제외한 복원성 계산 결과는 동일한 환경에서 우 천 시 풍성호의 복원성을 NAPA 프로그램으로 계산한 결과 Fig. 16과 같이 약 22° 선체 경사에서 최대 복원정이 0.02 m 이며, 복원정 소실 경사각은 약 40°로 계산되었고, 우천 시 GoM은 0.684 m로 승인 복원성 계산보다 작게 산출되었으나 통상적인 운항 GoM으로 볼 수 있다.

5. 분석 결과 및 개선방안

5.1 추가 갑판

추가 갑판의 설치 목적은 갑판 상 연료유 탱크의 맨홀과 같은 요철 부위가 산재해 있어 어구류의 선미 이동 편의와 양승한 어획물 손상 방지를 목적으로 하고 있으며, 연승어 선의 추가 갑판은 목재와 FRP의 두 종류로 시공되어 있는 것으로 조사되었다. 풍성호에 설치된 목재감판은 FRP 갑판 대비 약 4배의 중량을 증가시키며 주갑판으로 강우나 해수 가 침수되어 초기 횡경사 발생 등 복원성 확보에 불리하게 작용한다. 풍성호의 목재 갑판 침수에 의한 초기 경사는 약 3.5°, 중량은 약 2톤이며 자체로는 GoM 감소가 4 cm 발생하 는 것으로 분석되었다.

따라서 추가 갑판 설치와 관련하여 다음과 같이 개선방안 을 제시한다.

5.2 바람막이

어선에 설치된 바람막이는 원활한 조업 활동을 위하여 풍 랑을 막아주는 것을 목적으로 한다. 풍성호의 바람막이 중 량은 2.331톤으로 목재 갑판에 비해 계산 상 약 325 kg 증가 하였으나 GoM 감소는 약 9 cm 발생하여 두 배 이상의 GoM 이 감소하였으며, 선체 경사가 25° 이상이 되면 바람막이가 수면에 닿게 되므로 초기 침수나 월파에서 바람막이로 인한 방수를 차단할 수 없다.

따라서 바람막이 설치와 관련하여 다음과 같이 개선방안 을 제시한다.

5.3 방수구

방수구는 해수가 선체에 올라왔을 때 과도한 트림과 경사 가 발생하지 않도록 원활한 방수 역할 및 일반적인 해상상 황에서 폭우에 대응한 배수 능력을 갖추기 위하여 설치한 다. 따라서 관리소홀로 인해 방수구가 막히거나 Flap 형식의 덮개가 제대로 작동하지 않을 경우 불워크와 함께 웰을 형 성하여 초기 경사를 과도하게 발생시키므로 월파의 위험성 을 높일 수 있다. 추정되는 풍성호의 방수구 최대면적은 법 적 기준에 미달한 약 17 % 수준이었으며, 도면 상 표시된 방 수구의 면적도 법적 기준에 미달한 약 50 % 수준으로, 3 m 이 상의 해상상태에서 해수의 유입이 증가될 우려가 존재한다.

따라서 방수구 설치와 관련하여 다음과 같은 개선방안을 제시한다.

6. 고찰 및 결론

중앙해양안전심판원에서 발간한 ‘2020 해양사고 통계’에 따르면 최근 5년간 국내에서 발생한 어선사고는 2016년 1,646건에서 2020년 2,100건으로 매년 증가하고 있으며, 어선 의 전복사고 또한 2016년 36건에서 2020년 73건으로 매년 꾸 준히 증가하고 있는 추세이다. 또한, 최근 5년간 발생한 378 건의 전복사고 중 어선사고가 252건으로 66.7 %의 높은 비중 을 차지하고 있어 이에 따른 대책 마련이 시급한 실정이다.

본 연구에서는 풍성호 전복사고를 기반으로 어선의 추가 갑판, 바람막이, 방수구 등이 복원성에 미치는 영향을 분석 하여 어선 전복사고의 대응 방안을 제시하였다.

어선 전복사고를 방지하기 위한 실효성을 확보하기 위해 서 어선의 운항자와 선주는 조업 편의 시설은 강력하게 요 구하고 있지만, 안전 확보에 대한 운항자 준비 사항은 핵심 적 정보 취득이 부족할 수밖에 없어 관련 교육과 정보 전달 이 요구된다. 또한, 안전기술관리 기관에서는 연승어선에 대 한 방수구 설치 기준의 규정 적합성 검토가 필요해 보인다. 조업환경을 고려하여 필수조업안전시설에 관한 표준화와 경량화의 요구 및 표준화가 필요한 톤수별 어선 선형을 식 별하고 개발해야 할 것이다.

마지막으로 소형 선박의 안전성을 확보하기 위하여 정부, 검사기관, 선주들은 지속적인 관심을 갖고 선형 표준화, 구 획 안전성 검증, 필수조업안전시설 표준화 및 경량화 등의 연구개발을 통하여 해당 조업 해역에 안전한 선박이 투입될 수 있도록 노력해야 할 것이다.