4. 항만횡단 해상교량의 선박 안전이격거리 분석
4.2 신뢰구간에 따른 이격거리 분석
4.2.1 Z-score에 따른 이격거리 분석
있는 Z-score를 활용해 신뢰구간의 80-99%에 해당하는 거리를 분석하였다.
Fig. 4.8 Method used for analyzing the ship safety distance
에 해당하는 거리를 구하는 식은 식 (15)와 같다.
(15) 여기서, 는 교량의 폭, 충돌방지공의 크기, 선박의 폭을 고려한 통항 분포의 평균을, 는 신뢰구간에 따른 Z-score값을 나타내며, 는 통항분포의 표준편차 를 나타낸다, 는 모집단분포의 표준편차를 나타낸다. Table 4.5는 교량의 폭, 충돌방지공의 크기, 선박의 폭을 고려한 교각과 선박간의 이격거리를 신뢰구간 에 따라 80-99%까지 나타낸 표이다.
Classification
Incheon bridge Busan harbor bridge
2-way 1-way 2-way
Arrival Departure Arrival Departure Arrival Departure
Target(edge) E1 W1 E1 W1 MP3 MP2
Count 487 412 30 31 409 407
Mean(m) 299 286 300 276 220 171
S.D(m) 107 94 75 73 36 38
C(m)
80% CI 162 165 205 180 173 123
85% CI 146 150 194 168 168 117
90% CI 124 131 179 153 160 109
95% CI 90 101 156 129 149 97
99% CI 25 44 111 84 127 74
Table 4.5 Summarized data of distances based on the CI
본 연구에서는 프랑스 브레스트 만에서의 AIS 통항분포 연구 (Le Guyader et al., 2012)와 MCA (2016)의 해상풍력발전기와 선박 통항 폭의 이격거리 선정기 준이 되는 90%의 신뢰구간과, 정규분포에서 ±2의 범위를 벗어날 경우 분포 의 밀도가 급격히 낮아지는 점을 고려하여 90%, 95%(2), 99%(3)에 따른 신뢰 구간에 따른 이격거리 범위 바깥으로 통항한 선박에 대한 분석을 수행하였다.
Table 4.6은 90%에서부터 99%까지의 신뢰구간에 따른 이격거리 범위 바깥 에서 통항한 선박의 척수를 분석한 표이다. Fig. 4.9는 인천대교 2-way의 통항 분포를 나타내며, Fig. 4.10은 인천대교 1-way의 통항분포, Fig. 4.11은 부산항대
교의 통항분포를 나타낸다. 인천대교의 경우, 99%에서는 모든 선박이 신뢰구간 범위 내에서 통항하였으나 인천대교 하부 항로 폭을 초과하는 범위에서 신뢰구 간이 형성되었다. 95%에서는 2-way departure에서 1척이 신뢰구간 범위 바깥에 서 통항하였으며, 전체 2-way departure 선박 중 0.2%의 비율을 차지하였다.
90%의 범위에서는 1-way departure의 경우 인천대교 1-way departure 선박 전 체에서 6.5%의 비율을 차지하였으며, 2-way departure에서 최대 3척이 신뢰구 간 범위 바깥에서 통항하였다. 부산항대교의 경우에는 99%의 범위에서부터 신 뢰구간 외측으로 통항하는 선박이 arrival 2척, departure 1척으로 분석되었고 인천대교와 다르게 항로 폭 내부에서 99%의 신뢰구간 범위가 형성되었다. 부산 항대교의 95%의 범위까지는 arrival 6척, departure 2척으로 입항선이 출항선에 비해 신뢰구간 외측으로 통항하는 선박이 많았으나, 90%의 범위에서부터 arrival 13척, departure 16척으로 출항선이 입항선에 비해 3척 더 많은 것으로 분석되었다.
Classificati on
Incheon bridge Busan harbor bridge
2-way 1-way 2-way
Arrival Departure Arrival Departure Arrival Departure Count 487(100.0%) 412(100.0%) 30(100.0%) 31(100.0%) 409(100.0%) 407(100.0%) 90% CI 2 (0.5%) 3 (0.7%) 1 (3.3%) 2 (6.5%) 13 (3.2%) 16 (3.9%)
95%
CI(2) 0 (0.0%) 1 (0.2%) 0 (0.0%) 0 (0.0%) 6 (1.5%) 2 (0.5%) 99%
CI(3) 0 (0.0%) 0 (0.0%) 0 (0.0%) 0 (0.0%) 2 (0.5%) 1 (0.2%) Table 4.6 Statistics for ships passing outside the CI (90%-99%)
Fig. 4.9 Traffic distribution at the Incheon bridge for 2-way traffic
Fig. 4.10 Traffic distribution at the Incheon bridge for 1-way traffic
Fig. 4.11 Traffic distribution for the Busan harbor bridge for 2-way traffic
4.2.2 신뢰구간에 따른 입, 출항 이격거리 차이 분석
일반적으로, 항로 및 수역의 통항 안전성을 검토하기 위해서는 대상 해역을 통항하는 최대의 선박을 기준으로 안전성을 평가한다. 본 연구에서는 Lee et al. (2007)에서 제시한 항로 끝단에서부터 교각과의 이격거리 3.0B에 대해 정량 적으로 검토하고자 하였다. Table 4.7은 대상 교각을 통항한 선박의 최대 선박
폭 을 조사한 결과이다. 인천대교 1-way 통항의 경우에는 다른 경우에 비
해 선박의 폭이 약 1.6배가량 큰 것으로 분석되었으며, 그 이유는 인천항을 입, 출항하는 VLCC의 영향으로 분석되었다.
Classification
Incheon bridge Busan harbor bridge
2-way 1-way 2-way
Max. breadth(m) 37 60 38
Table 4.7 Maximum breadth of bridges across waterways
Inoue (1977)에 따르면, 1-way 통항 시 평균값은 항로의 중심에 위치하며 2-way 통항 시에는 0.1배의 항로폭만큼 편위하여 통항하며 그 표준편차는 통항 량과 항로 폭에 따라 결정된다. 인천대교는 부산항대교에 비해 항로의 폭이 크 므로 부산항대교에 비해 상대적으로 자유로운 통항을 수행한다. 또한 1-way 통 항 시에는 항로 중심으로 통항하려는 특징이 있으므로 2-way 통항에 비해 입, 출항 시 이격거리의 차이가 적게 나타난다. Table 4.8은 신뢰구간에 따른 이격 거리를 최대 선박 폭 으로 나누어 무차원화 한 값을 입항과 출항에 따라 분류하여 두 값의 절대값 차이를 비교 분석한 표이다.
Classification
Incheon bridge Busan harbor bridge
2-way 1-way 2-way
Arrival Departure Arrival Departure Arrival Departure
80% CI 4.39B 4.46B 3.42B 3.00B 4.56B 3.24B
85% CI 3.93B 4.06B 3.23B 2.80B 4.41B 3.08B
90% CI 3.34B 3.54B 2.98B 2.55B 4.21B 2.88B
95% CI 2.43B 2.74B 2.59B 2.16B 3.91B 2.56B
99% CI 0.68B 1.19B 1.85B 1.40B 3.33B 1.95B
Table 4.8 Distance divided by ship’s maximum breadth for bridges
Table 4.9는 신뢰구간에 따른 입, 출항 이격거리 차이를 나타낸 표이다. Fig.
4.12는 인천대교 2-way의 입,출항 이격거리 차이 분석 결과이며, Fig. 4.13은 인 천대교 1-way의 입,출항 이격거리 차이, Fig. 4.14는 부산항대교의 입,출항 이격 거리 차이 분석 결과이다. 인천대교 2-way에서는 출항 시 입항에 비해 값이 높 았으며 신뢰구간이 높아질수록 입, 출항의 차이는 증가하였다. 1-way에서는 입 항이 출항에 비해 높았으며 그 차이는 신뢰구간이 높아짐에도 상대적으로 일정 한 것으로 판단되었다. 부산항대교의 경우 입항이 출항보다 1.3B 이상 높게 분 석되었다.
Classification
Abs(Arrival – Departure)
Incheon bridge Busan harbor bridge
2-way 1-way 2-way
80% CI 0.07B 0.42B 1.32B
85% CI 0.13B 0.43B 1.33B
90% CI 0.20B 0.43B 1.33B
95% CI 0.31B 0.43B 1.35B
99% CI 0.51B 0.45B 1.38B
Table 4.9 Distance difference divided by the ship’s maximum breadth
(a) Bar graph
(b) Difference of Distance / Maximum Breadth
Fig. 4.12 Distance difference at the Incheon bridge for 2-way traffic
(a) Bar graph
(b) Difference of Distance / Maximum Breadth
Fig. 4.13 Distance difference at the Incheon bridge for 1-way traffic
(a) Bar graph
(b) Difference of Distance / Maximum Breadth Fig. 4.14 Distance difference at the Busan harbor bridge
Fig. 4.15는 이격거리 차이의 변화량을 나타낸 그림이며, Table 4.10은 신뢰구 간의 변화에 따른 이격거리 차이의 변화량을 정리한 표이다. 인천대교 2-way 의 경우 가장 차이의 변화량이 컸으며 신뢰구간의 증가에 따라 변화량이 증가 하다가 95% 에서 99%구간에서 가장 차이의 변화량이 크게 증가하였다. 인천대 교 1-way에서는 거의 변화량이 거의 없었으나 95%에서 99% 구간에서 크게 증 가하였다. 부산항대교의 경우 90%구간까지 변화량이 거의 없었으나 90%에서 95%구간에서 변화량이 증가하였으며 95%에서 99% 구간에서 가장 크게 변화량 이 증가하였다. 신뢰구간에 따른 교각과 선박의 입, 출항 이격거리 차이는 신뢰 구간별로 차이가 일정하고 그 변화량이 적을수록 선박은 통항분포에서 규칙적 인 통항을 하며, 차이의 변화량이 클수록 상대적으로 자유로운 통항을 수행하 는 것으로 판단되었다.
Fig. 4.15 Variation of distance difference divided by ship’s maximum breadth
Classification Incheon bridge Busan harbor bridge
2-way 1-way 2-way
80% to 85% 0.06B 0.01B 0.01B
85% to 90% 0.07B 0.00B 0.00B
90% to 95% 0.11B 0.00B 0.02B
95% to 99% 0.20B 0.02B 0.03B
Table 4.10 Variation of distance difference accoding to CI
4.3 항만횡단 해상교량의 안전이격거리 제안
선박과 교량의 이격거리 선정에 있어 통항분포의 신뢰구간을 적게 설정 할수 록 여유거리는 더욱 늘어나게 되나, 실질적인 선박이 통항하는 통항 폭은 감소 하게 된다. 그러므로 본 연구에서는 대상해역을 통항하는 선박의 통항 확률분 포를 활용하여 선박과 항만횡단 해상교량의 안전이격거리를 제안하였다.
본 연구의 통항분포에 따른 신뢰구간 범위를 종합적으로 검토한 결과, 95%의 신뢰구간에 따른 교각과 선박의 이격거리를 선박 안전이격거리로 선정하였다.
Table 4.11는 95%의 신뢰구간에 해당하는 이격거리를 3.0B와 비교한 결과이다.
그 결과, –0.84B ~ +0.91B만큼의 B차이가 분석되었다. 특히 부산항대교 입항의 경우, 유일하게 3.0B보다 큰 것으로 분석이 되었는데, 이는 부산항대교 항로의 배치가 우측으로 이격하여 비대칭하기 때문으로 판단되었다.
95% CI
Incheon bridge Busan harbor bridge
2-way 1-way 2-way
Arrival Departure Arrival Departure Arrival Departure
Target pier E1 W1 E1 W1 MP3 MP2
Distance(m) 90 101 156 129 149 97
Distance/Breadth 2.43B 2.74B 2.59B 2.16B 3.91B 2.56B
Difference from
3.0B -0.57B -0.26B -0.41B -0.84B +0.91B -0.44B
Table 4.11 Comparison 95% CI with 3.0B
4.3.1 인천대교
Fig. 4.16은 본 연구에서 제안하는 인천대교의 선박 안전이격거리이다. 인천대 교 2-way의 신뢰구간 95%에 해당하는 통항에 따른 Safety zone은 529m로 분석 되었으며 가항 수로 폭 (720m) 기준으로 73.5%의 범위에 해당하는 것으로 분석 되었다. 각각의 신뢰구간 95% 외측에서부터 항로 끝단까지의 거리를 Precautionary zone으로 설정하였으며 해당 범위까지를 허용 가능한(As Low As Reasonably Practicable) 통항범위로 설정하였다. 인천대교 2-way의 Precautionary zone은 13.4%의 범위에 해당하는 것으로 분석되었다. 항로 끝단 에서부터 교각까지의 거리를 Risk zone으로 분류하였으며 이는 가항 수로 폭 기준으로 13.1%에 해당하는 것으로 분석되었다. 인천대교 1-way 통항의 경우, 데이터 표본 수의 차이가 인천대교 2-way 통항과 비교하면 14.7배 이상 나기 때문에 향후 데이터 숫자를 추가하여 검토하기 위해 본 결과에서는 제외하였 다.
(b) legend
(a) Safety distance according to Traffic distribution
Fig. 4.16 Safety distance for 2-way traffic at the Incheon bridge
4.3.2 부산항대교
Fig. 4.17은 본 연구에서 제안하는 부산항대교의 선박 안전이격거리이다. 부산 항대교의 경우, 신뢰구간 95%에 해당하는 통항에 따른 Safety zone은 244m로 분석되었으며 가항수로폭 (490m) 기준으로 49.8%의 범위에 해당하는 것으로 분 석되었다. Precautionary zone은 21.6%의 범위에 해당하는 것으로 분석되었다.
Risk zone은 가항수로폭 기준으로 28.6%에 해당하는 것으로 분석되었다.
(b) legend
(a) Safety distance according to Traffic distribution
Fig. 4.17 Safety distance for 2-way traffic at the Busan harbor bridge
제 5 장 동해가스전의 선박 안전이격거리
5.1 선박 통항분포 분석
통항분포와 관련한 연구는 지속적으로 수행되어 왔으나, 항로나 TSS가 지정 되어있지 않은 외해에서의 해양시설물 근처를 통항하는 상황에 대한 통항분포 와 관련한 연구는 부족한 한계가 있었다. 본 연구에서는 동해가스전 중심에서 부터 2NM 범위로 통항한 선박을 대상으로 통계적 검증력 분석 및 통항분포의 정규성을 검정하였다.
5.1.1 통계적 검증력 분석
통항분포 특성 비교 수행에 앞서, 취득한 자료의 표본 수가 통계적 검증력을 충분히 가지는지에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 항만횡단 해상교량 을 대상으로 수행한 통계적 검증력 수행 방법과 동일한 방법을 통해 효과 크기 에 따른 통계적 검증력 분석을 수행하였다.
본 분석에서 귀무가설의 평균은 실질적인 통항범위를 고려해 선박 크기별 최 근접 이격거리와 AIS data 분석 범위 2NM의 평균값으로 설정하여 일 표본 t-test를 통한 표본의 통계적 검증력 분석을 수행하였다. Table 5.1은 통계 프로 그램인 G*power 3.1.9.7을 통해 동해가스전 대상 해역을 선박 크기별로 분류하 여 통계적 검증력을 분석한 결과이다. 그 결과, Medium의 경우, 통계적 검증력 을 확보하기 위한 표본 수의 기준을 만족하는 것으로 분석되었으며 그 통계적 검증력은 0.99로 분석되었다. Small의 경우에는 60개의 표본 수가 확보되어야 0.8 이상의 통계적 검증력이 확보되는 것으로 분석되었으며 Large의 경우에는 136개의 표본 수가 확보되어야 통계적 검증력이 확보되는 것으로 분석되었다.
따라서 본 연구에서는 선박 길이별 통항분포 분석 결과 중 Medium의 결과를 해양시설물과 선박간 안전이격거리의 신뢰구간 기준으로 설정하고자 하였다.