Downtime Analysis for Pohang New Harbor through Long-term Investigation of Waves and Winds

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장기간 파·바람 조사를 통한 포항신항의 하역중단 원인 분석

Downtime Analysis for Pohang New Harbor through Long-term Investigation of Waves and Winds

정원무*·류경호**·백원대***·최혁진****

Weon Mu Jeong*, Kyong Ho Ryu**, Won Dae Baek*** and Hyuk Jin Choi****

요 지 : 포항신항의대부분의부두에서 빈번하게발생하는하역중단 문제의원인을규명하고효율적인대책안을 수립하기 위하여항내·외의다수정점에서 1년동안바람및파랑조사를수행하였다. 동시에선석별하역중단기 록과기상청의강수자료도입수하여상호비교함으로써하역중단원인을종합적으로분석하였다. 우천에의한요인 을제외하면하역중단은너울, 풍파와너울및풍파로인한항내침입파고가임계치를초과하는 경우에발생하는 것으로나타났다. 최근까지하역중단원인의하나로지목되었던주기 5~80분의부진동현상은직접적인연관성이없 는것으로나타났다. 항입구까지단주기파에구속되어전파해오는 주기 0.5~3분의외중력파의파고는항내에서단 주기파파고와거의선형적인관계를나타내었다. 본연구를통하여너울, 풍파등의단주기파항내침입을효과적 으로 차단할경우 포항신항의 하역중단 문제를 크게 개선할 수있을 것으로 판단되었다.

핵심용어 :현장관측자료, 하역중단기록, 너울, 풍파, 부진동, 외중력파

Abstract : Field measurements of the winds and waves were carried out for one year at multiple locations inside and outside of the Pohang New Harbor in order to clarify the reason of downtimes frequently occurring at most of the harbor quays and to establish an efficient countermeasure. In addition, the downtime records of the quays and precipitation data provided by Korea Meteorological Agency were acquired for mutual comparison and comprehen- sive analysis of the cause of downtimes. Except the influence of precipitation, it was found that the downtimes occurred when the height of waves entering into the harbor incurred by either one of swell, wind seas, or mixture of both, exceeded a threshold. The seiche whose period ranges from 5 to 80 minutes, which was suspected as a possible cause of the downtimes, is shown to have no direct relation with the downtimes. Meanwhile, the height of far-infra-gravity waves whose period ranges between 0.5 and 3 minutes, propagating to the harbor mouth forced by short period waves, showed almost proportional relationship with the height of short period waves. Based on the result of this study, it is concluded that the downtime problems of Pohang New Harbor can be greatly improved by effectively preventing the entrance of short period waves such as swell or wind seas.

Keywords : field measurement data, downtime record, swell, wind sea, seiche, far-infra-gravity wave

1. 서 론

영일만내에위치한포항신항은제 4~제 8부두를중심으로

하역중단(downtime)이빈번하게발생하여항만정온도문제가

최근까지심각하게제기되고있다. 그리고이러한포항신항의 항내정온불량문제에대해서는부진동등의장주기파가커 다란영향을미칠것이라는추론이계속되고있는실정이다.

이러한문제를조사·분석하기위한연구및용역사업이상 당수수행되어왔으며주요사업의내용을요약하면다음과

같다. 건설부(1987)에의한대규모현장관측및수치모형실

험을통한조사·연구에서는항만정온도불량의원인으로단주 기파를제시하고대책을수립한바있으며, 그이후에는 (주)

포항제철의 25만톤연료부두건설(포항종합제철주식회사, 1989) ^및^제4 ^투기장^계획(^{포항종합제철주식회사}, 1992) ^등에

수반되어항만정온도검토가다각적으로수행되었다. 그리고

정등(1997)은포항신항내외에서파랑의동시관측(1994. 2.

17~3. 31) 및포항종합제철주식회사의선석별하역중단기록

(1987~1994년)의상호분석결과에근거하여항만정온도불량

****한국해양연구원연안개발ㆍ에너지연구부

****한양대학교 건설환경공학과박사과정(Corresponding author : Kyong Ho Ryu, Civil and Environmental System Engineering at Ansan, Hanyang University, Korea [email protected])

****한국해양연구원연안개발·에너지연구부

****(주)대영엔지니어링기술연구소부장

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원인으로풍파와너울을제시하였다.

이와같이포항신항의하역중단원인파악및정온도개선을 위해상당한연구가진행되어왔으나실제포항신항내외에서의 관측자료를토대로연구를진행한사례는별로없었으며현 장관측이수행된연구에서도 1년이상의장기연속관측을수 행한사례는없었다. 본연구에서는포항신항내외에서만 1년 동안의연속관측을통해항내·외파랑및바람자료를거의 결측없이수집하였으며관측기간동안의기상청의강수자료와 포항신항의선석별하역중단자료도수집·분석함으로써포 항신항의하역중단원인을정밀하게검토하였다(Fig. 1).

2. 자료 수집 및 분석

2.1 하역중단자료 수집

본연구의특성상부두에서의하역중단기록이매우중요한 역할을차지한다. ^지금까지^{우리나라에서는}^포항신항^내에서도

포스코(舊(주)포항제철)가직접관할하는부두및선석들에서 만하역중단에대한기록들이작성되어왔다. 그러나국토해 양부포항지방해양청의“포항신항스웰원인분석및개선대책 수립용역사업(2008.6~2010.6)^”을통하여포항신항의전체부 두에대해서부두운영사들의협조로자체적으로판단한하 역중단원인이기입된하역작업일지를작성하게되었다. ^과거에

사용하던양식들은용역의목적에일부부적합하여부두운 영사들의협조아래필요한항목을별도로포함하도록요청하여 자료를취득하였다. ^그^외에도^{연구기간에}^해당하는^노무일

지, Port-management information system 등가용한자료는모 두활용하였다.

바람및파랑관측이시작된 2008년 8월부터부두운영사에 하역중단자료의작성을요청하였으며 2008^년 10^월에 1^차적

으로취합하여분석한결과자료의작성형식이용역목적에 다소부적합함을확인하여선박의크기, 공종, 선석명, 자체 분석한하역중단원인, ^중단기간^등을^반드시^{포함하도록}^수

정하였다. 한편, 2008년 9월부터 10월사이에는특별한하역 중단사례가없었음을확인하였다.

2.2 현장관측자료 수집

항외파랑관측의경우에는 Fig. 1에제시된바와같이항 입구에서북동쪽으로약 2.3 km ^떨어진^지점에^부이형^파향·

파고계(DW; Directional Waverider, 정점 W01)와수압식파 고계(WTG; Wave and Tide Gauge, 정점 W02)를 각각 설 치하여단주기파및장단주기파연속관측을실시하였다. ^항내

파랑관측의경우에는총 8개정점(W03~W10, Fig. 1)에수

압식파고계(WTG)들을설치하여자료를수집하였다. 그리고

포항신항제 2^파제제^중앙에^{자동기상관측소}(AWS; Automatic

Weather Station)를설치하여풍향및풍속자료를수집하였

으며, 강수및강설자료는포항기상청의자료를사용하였다.

부이형파향·파고계를통해서는 0.78125^초의 sampling interval로 30분간격으로 2,048개의자료(약 26.7분)를수집하 였으며, 수압식파고계를통해서는 0.5초의 sampling interval로 연속적으로수압자료를수집하였다. AWS^를^통해서는 10^분

Fig. 1. Location map of wind and wave measurement stations around Pohang New Harbor.

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간격의최대, 최소및평균풍속자료를취득하였으며본연 구에서는 10분평균풍속자료를사용하였다. 기타현장관측에

관련된내용은 Table 1에정리하였다.

2.3 현장관측자료 분석방법

2.3.1 ^단주기파

관측된단주기파자료들은파별분석법(wave by wave analysis method), 스펙트럼분석법(spectral method), longuet-higgins et al. (1963)^에^의한 LHM(Longuet-Higgins^’Method) ^및 MEM

(Maximum Entropy Method) 등으로분석하고파랑특성계수

를산출하였다. DWB에의해관측한자료는상기의방법을 모두적용하였고, WTG^에^의해^관측한^자료에^대해서는^스펙

트럼법과파별분석법을각각적용하여파랑특성계수들을산 출하였다.

2.3.2 장주기파

2.3.2.1 외중력파(far-infra-gravity wave)

수압식파고계로부터취득한 0.5^초^간격의^온도^보정을^실

시한수압자료를 90분길이로구분하고스펙트럼분석을실 시하여주기 1분전후의외중력파를분석하였다. 0.5초간격의

8,192^개의^자료로^분할하여^분석하기^때문에^조석^성분은^따로

제거하지않고평균값및경향성만을제거하였다. 구해진스 펙트럼과다음의관계식을이용하여외중력파의파고와주기 를관측정점별로 1.5시간마다제시하였다.

(1) (2)

여기서, HL은외중력파의유의파고, TL은외중력파의주기를 나타내며, m0와m2는 0차 및 2차모멘트를의미한다.

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여기서, mn은 1/30 이하의장주기성분의주파수스펙트럼의

n차모멘트, f는주파수, S(f)는주파수f에대한수면변동에 대한스펙트럼밀도함수를나타낸다. f1과f2는각각본연구 에서외중력파에적용한주기범위, ^즉^하한^및^상한^절단

주파수를나타낸다.

단주기파와외중력파의경계에해당하는상한절단주파수

f2를어디에설정할것인가는매우어려운문제이며우리나라

에서는정등(2002)이속초항에서약 18개월동안관측된자

료에대해f1= 1/20 Hz를적용한바있다. 본연구에서는日本港灣協會(2007)^의^기준과^{일본에서의}^기타^{연구결과들}(^加

藤등, 1990; 松良등, 1994)를참고하여단주기파와외중력파의 경계를 30초로설정하였다. 한편, 일본에서는일본내의여러 항만들에서의현지조사를통하여주기 30^초^이상의^{장주기파가}

상당한선체운동을야기할수있을것으로보고하였다(松良 등, 1994; 朝崎등, 1996). 일본항만협회(2007)에서는 surging에 대한하역허용동요량을기준하여장주기파의하역한계파고로

1,000~5,000DWT의중형선에대해 0.20m, 5,000~10,000DWT의 일반화물선에대해 0.15 m, 10,000~70,000DWT의컨테이너

선이나광석선등에대해 0.10 m^를^권고하고^있다.

2.3.2.2 주기 3분이상의장주기파

부진동을검토하기위해주기 3^분^이상의^{장주기파를}^분석

하였다. 먼저 0.5초간격의관측자료를 5초간격의자료로

re-sampling한후 high-pass filtering을통해조석성분을제 거하고 46^시간^자료로^{분할하였다}. 46^시간^간격의^자료(2¹⁵=

32,768개)를 FFT 분석한후평균하여장주기파의주기별스

펙트럼을분석하였다.

2.4 현장관측자료 분석

2.4.1 바람

하역중단원인분석에활용하기위하여포항신항제 2파제제 중앙에 AWS를설치하여 10분평균풍향및풍속자료를수집

HL= 4 m0

TL= m0⁄m2

mn fⁿ⋅S f ( )df f, 1 f₁

f₂

∫ 1 300⁄ ( )Hz , f2 1 30⁄ ( )Hz

= = =

Table 1.Summary of wave and wind measurements

St. Latitude and longitude (WGS-84) Measurement period Depth (m) Wave gauge

W01 36ô02´15.9´Ń, 129ô27´11.3´É 2008.09.01~2009.07.13 DL(-) 21.6 DWB

W02 2008.09.01~2009.08.31 WTG

W03 36ô00´46.3´Ń, 129ô25´05.6´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 08.5 ´´

W04 36ô01´00.1´Ń, 129ô24´58.0´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 11.0 ´´

W05 36ô00´58.2´Ń, 129ô24´36.1´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 09.7 ´´

W06 36ô00´49.9´Ń, 129ô24´03.2´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 10.2 ´´

W07 36ô00´43.2´Ń, 129ô23´34.3´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 09.0 ´´

W08 36ô01´36.1´Ń, 129ô25´02.3´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 15.2 ´´

W09 36ô01´17.5´Ń, 129ô24´52.6´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 15.4 ´´

W10 36ô00´42.7´Ń, 129ô24´45.3´É 2008.09.01~2009.08.31 DL(-) 10.0 ´´

AWS 36ô01´12.8´Ń, 129ô24´59.0´É 2008.09.03~2009.08.31 Sensor height: D.L.(+)13 m

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및분석하였다. 방향별출현율은 W가 24%, WSW가 16%, NE가 12%의순서로나타났다(Fig. 2). 또한관측기간중의 최대풍속은 2009년 4월 14일 6시 30분의 19.0m/s, 이때의풍향 은 N28E로확인되었다(Fig. 3).

2.4.2 단주기파

파향·파고계를사용하여정점 W01^에서^관측된 30^분^간

격의파랑자료를분석한결과방향별출현율은 NNE가 42%, NE가 32%, N이 10%, ENE가 7%로이들의합이 92%를차지 하였다(Fig. 4). ^관측기간^중^{최대유의파고는} 2009^년 4^월 26^일 15시 30분의 3.35 m(Hs= 3.35 m, Tp= 11.0초, = N35^oE)

로나타났다(Fig. 5).

수압식파고계를사용하여관측된 30분간격의항내파랑자 료를분석한결과최대유의파고는정점 W03에서 2009년 4월

26일 15시 30분에취득한약 1.1 m(Hs= 1.07 m, Tp= 11.6 s)

로나타났다. ^총 8^개^지점중^제8 ^부두에^해당하는^정점 W03^과 W04에서전반적으로파고가크게나타났으며그다음으로는 제 7부두에해당하는정점 W05과 W10에서크게나타났다.

2.4.3 장주기파분석

2.4.3.1 외중력파분석

전술한식 (1)~(3)^을^사용하여^정점별^{외중력파의}^파고(^HL)

θ

Fig. 2. Wind rose diagram measured at St. AWS (2008. 9. 3~2009.

8. 31)^.

Fig. 3. Time series of wind data measured at St. AWS (solid line:

wind speed, circles: wind direction).

Fig. 4. Wave rose diagram measured at St. W01 (2008. 9. 1~2009.

7. 13).

Fig. 5. Time series of wave data measured at St. W01 (solid line:

significant wave height, dotted line: peak period, circles:

wave direction).

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와 주기(TL)를 산정하였다. 동시간대의 분석된 파랑자료(2009.

1. 1~4. 30)를 사용하여 외중력파의 정점별 특성과 단주기파 와의 상관관계를 검토하였다.

가. 외중력파 파고 변화

항내 침입에 따른 외중력파의 변화를 검토하기 위해 항외 정점 W02와 항내 정점 W03, W04에서의 외중력파 파고 변 화를 Fig. 6과 7에 제시하였다. 이를 살펴보면 항외에서 입 사한 외중력파는 항내에서 감소하나 slip 내부에서는 증폭되 는 현상을 확인할 수 있었다.

나. 부두 전면과 slip 내에서의 파고 비교

Slip 내부에서의 외중력파 파고의 증폭 여부를 검토하기 위해 slip 내부에 위치한 정점 W03과 외부에 위치한 인근의 정점 W04에서의 외중력파 파고의 시간적 변화를 비교하였으며 이를 Fig. 7에 나타내었다. 이를 살펴보면 slip 내부에 위치한 정점 W03에서 2배 이상의 큰 파고값이 기록되었다.

다. 외중력파와 단주기파의 파고 비교

단주기파와 외중력파 파고의 상관관계를 검토하기 위해 각 정점들에서의 시계열 파고 자료들을 비교하였다. 이 중에서 정점 W03에서 관측된 단주기파와 외중력파 파고의 변화를 Fig. 8에 제시하였다. 이를 살펴보면 단주기파의 파고가 비교 적 큰 시기에는 외중력파의 파고도 비례하여 커지는 것을 확 인할 수 있다.

2.4.3.2 주기 3분 이상의 장주기파(부진동) 분석

포항신항 및 영일만의 부진동 특성을 검토하기 위하여 정 점별로 관측된 파랑자료를 46시간 길이의 자료로 분할하여 장 주기파의 주기별 스펙트럼 에너지 밀도(power spectral density)를 분석하였다. 분석 결과, 영일만의 제1 공진주기는 약 84분으로 제시되었으며, 포항신항에서는 21.3~32.1분, 8.1분, 5분 등의 제 1 공진주기 및 국부적인 공진주기들이 제시되었다.

분석한 자료중 포항신항에서 slip 내부에 위치하여 공진주기 10분 이하의 국부적인 부진동이 발생할 가능성이 비교적 높은

Fig. 6. Comparison of far-infra-gravity wave height from Jan. to Apr. 2009 (solid line: St. W02, dotted line: St. W04).

Fig. 7. Comparison of far-infra-gravity wave height from Jan. to Apr. 2009 (solid line: St. W03, dotted line: St. W04).

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것으로 판단되는 정점 W03(제 7부두)과 W10(제 8부두)에서 관측된 하역중단시의 주기별 스펙트럼 에너지 밀도를 Fig. 9와 Fig. 10에 제시하였다. 한편 이 그림들에서 No. 61, 64, 66, 72, 82, 89 등은 각 정점별 파랑 연속 관측 자료를 46시간 자 료로 분할한 자료들의 순차적 번호를 의미한다. Fig. 9와 10을 살펴보면 주기 6분 이상인 공진 모드들은 정점 W03과 W10 에서 시기에 관계없이 매우 유사하게 나타났다. 주기 6분 이하의 공진 모드들은 정점이 위치한 slip의 형태에 따라 다른 공진

특성을 보였으나 관측시기에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 사료되었다.

3. 하역중단 원인 검토

3.1 하역중단자료 분석

수집된 하역중단자료를 현장관측자료 및 기상청 강수자료와 비교·분석하여 정리하였으며, 우천 또는 강설만에 의한 하 Fig. 8. Comparison of short-period wave height and far-infra-gravity wave height measured at St. W03 from Jan. to Apr. 2009 (solid line:

short-period wave height, dotted line: far-infra-gravity wave height).

Fig. 9. Wave power spectral densities measured at St. W03. ^{Fig. 10.}Wave power spectral densities measured at St. W10.

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역중단은검토대상에서제외하였다. 자료분석결과, 2008년

9월 1일부터 2009년 8월 31일까지만 1년간의조사기간동안 총 20회의바람및파랑에의한하역중단이발생하였다. 그 중에서 1, 2, 4, 5, 8번째하역중단은도중에기상및해상조건이 양호해져서일시적으로하역이재개되었다가기상악화로다시 중단되었기때문에 2개의하역중단사례들(Event 1-1, Event 1-2, Event 2-1, Event 2-2 ^등)^로^{구분하였으며}^그^결과^전체

하역중단사례는 25회의 Event들로정리되었다.

하역중단기록과관측자료(바람및파랑) 분석에의한 25개

하역중단 Event^들을^발생^기간과^발생^부두^등에^대해^정리하였

으며하역중단원인과발생기간동안하역중단이지속된원인을 분석하여 Table 2에제시하였다. 한편, 하역중단발생시부두에 배가접안되지않아하역작업일지작성이없었던경우들도상 당하다는부두관계자들의의견을감안하면, 상당한규모의폭 풍파가내습함으로써하역중단이발생하는경우에는대부분 의부두에서동시에하역중단이일어나는것으로파악되었다.

관측기간동안파고관측자료와바람자료등을분석하여하 역중단자료와일일이비교한결과, 하역중단발생원인은너울

(14회, 56%), 강풍과풍파(7회), 풍파(3회), 강풍과너울(1회)의 순으로나타났으며, 이후하역중단이지속되는원인은너울

(20회, 87%), 풍파(4회), 풍파와너울(1회)의순으로나타나는등 하역중단의주된발생및지속원인이너울인것으로나타났다.

3.1.1 너울에의한하역중단사례

하역중단의주된발생및지속원인이너울인것으로나타 났으며대부분동계에발생하였다. 이중 Event 5-2의경우를 살펴보면, 2008년 12월 31일 8시부터 2009년 1월 4일 18시 까지 2, 3, 4, 5, 7, 8^번^부두에서^하역이^{중단되었다}.

Fig. 10(a)에정점 W01에서관측된 Event 5-2의대표적인 파랑기록(2009년 1월 2일 23시)의무차원화된주파수-방향 스펙트럼과하역중간기간에정점 W01^에서^관측된^유의파

고, 첨두주기및대표파향과정점 W03~W10에서관측된유 의파고와첨두주기들을각각제시하였다. 분석결과너울(DW;

Hs= 1.2 m, ^Tp= 9~10^초, ^파향= NNE~NE)^에^의해서^하역중

단이발생되었으며, 하역중단의지속역시너울로인한것으 로나타났다.

Table 2. Summaries of downtimes events occurred in Pohang New Harbor (2008. 9.~2009. 8)

Event Duration No. of pier Primary factor of downtime

Initiation Continuation

1-1 2008 11/8 10H~11/9 7H 4 wind+wind sea wind sea

1-2 2008 11/9 20H~11/11 13H 3, 4, 5, 7, 8 wind sea wind sea+swell

2-1 2008 11/28 16H~11/29 10H 3, 4, 5, 7, 8 swell swell

2-2 2008 11/30 16H~12/1 7H 7 swell swell

3 2008 12/14 1H~12/15 7H 2, 4, 7, 8 swell swell

4-1 2008 12/18 21H~12/20 7H 3, 4, 5, 7, 8 swell swell

4-2 2008 12/21 19H~12/23 7H 2, 4, 5, 7, 8 swell swell

5-1 2008 12/28 13H~12/29 7H 7, 8 swell swell

5-2 2008 12/31 8H~2009 1/4 18H 2, 3, 4, 5, 7, 8 swell swell

6 2009 1/9 18H~1/15 12H 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 wind+swell swell

7 2009 1/30 8H~2/2 7H 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 wind+wind sea swell

8-1 2009 2/15 16H~2/16 7H 3, 7 swell swell

8-2 2009 2/18 4H~24H 4, 5, 7, 8 swell swell

9 2009 2/23 21H~2/24 10H 3, 7, 8 wind sea swell

10 2009 2/26 1H~7H 7 swell swell

11 2009 3/2 8H~18H 7 wind sea wind sea

12 2009 3/19 19H~3/21 7H 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 wind+wind sea swell

13 2009 3/23 7H~3/24 10H 4, 7, 8 swell swell

14 2009 4/1 10H~4/2 10H 4, 7, 8 swell swell

15 2009 4/14 8H~4/15 7H 3, 5, 7, 8 wind+wind sea swell

16 2009 4/16 16H~4/17 7H 3, 5, 7, 8 wind+wind sea swell

17 2009 4/24 10H~22H 5, 7 swell swell

18 2009 4/26 10H~4/29 15H 3, 4, 5, 7, 8 swell swell

19 2009 5/28 8H~5/30 7H 3, 5 wind+wind sea wind sea

20 2009 8/29 21H~8/30 7H 7 wind+wind sea wind sea

(8)

3.1.2 강풍과 풍파에 의한 하역중단 사례

Event 12^의^경우에는 2009^년 3^월 19^일 21^시부터 21^일 7^시

까지 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8번부두에서하역이중단되었다. Event 기간의바람자료검토결과, Event 발생 2시간전인

19일 19시경부터 20일 5시 20분경까지최대 15.9 m/s(2009년

3월 19일 19시 10분) 등 10 m/s를상회하는 NNE 계열의강 풍이지속되었다. 20일 6시경부터 9시 40분경까지다시 NE 계

열, 10m/s 이상의바람이지속되었으나이후 14시경이후부터는

풍속이급격히줄어들었다. 또한 Fig. 10(b)에정점 W01에서 관측된 Event 12의대표적인파랑기록(2009년 3월 20일 3시

30분)의무차원화된주파수-방향스펙트럼과하역중간기간에 정점 W01에서관측된유의파고, 첨두주기및대표파향과정점

W03~W10^에서^관측된^{유의파고와}^{첨두주기들을}^각각^제시

하였다. 이같은바람자료와파랑자료를검토하여 Event 12의 경우강풍(^풍향= NNE, ^풍속= 12~15 m/s)^과^풍파(DW; ^HS= 2.1 m, Tp= 6.5초, 파향= NNE)로하역중단이발생된것으로 판단하였다. 하역중단발생이후 3월 20일 18시부터는너울

(DW; Hs= 1.3 m, Tp= 9초, 파향= NE, 풍향= S~W)의영향 으로하역중단이지속된것으로나타났다.

3.2 장주기파와 하역중단의 관계 검토

3.2.1 외중력파와하역중단의관계

이와같이하역중단의주원인이너울, 풍파등단주기파에 의한것으로나타났으나하역중단기록과관측자료를비교·

분석한결과, ^하역중단^발생^당시의^단주기파^{유의파고가}^일

Fig. 11. Significiant wave height, peak period, mean wave directions and Normalized directional energy density Spectra in downtime causes type((a) swell, (b) wind+wind sea).

(9)

부에서 0.3m 미만으로제시되었다(포항신항에입항하는선박의 경우미확인선박을감안하더라도대부분총톤수기준으로약

1,000~35,000 ton 정도이며대부분 10,000 ton 미만인것으로 나타났다). 이는우리나라의항만설계기준의하역한계파고를 하회하는결과로서이를감안하여앞서제시한장주기파중외 중력파분석결과와하역중단기록및장주기파하역한계파고

(^朝崎^등, 1996; 0.1 m)^를^{비교·검토하였으며}^항내에서^일부

하역중단의기간에장주기파의하역한계파고 0.1 m 이상의파 고가관측되었음을확인하였다(Event 4-2, 6, 7, 13, 18 등).

그러나하역중단기간에 0.1 m ^이상의^{외중력파고의}^발생빈

도가대부분일회성으로나타나는등일시적으로하역중단에 큰영향은없는것으로판단된다.

3.2.2 3분이상의장주기파와하역중단의관계검토

현재까지의검토결과, 너울등단주기파가포항신항에서의 하역중단의주요원인으로파악되었으나과거부터꾸준히논 란이되어왔던부진동(주기 3분이상의장주기파)과하역중 단과의연관성을판단하기위해서하역중단사례발생시장 주기파의스펙트럼에너지밀도와작업가능시장주기파의스 펙트럼에너지밀도를비교·검토하였다. 그중하역중단이가 장빈번하였던 8부두의 slip 구조에위치한정점 W03에서의 비교결과를 Table 3, Table 4^와 Fig. 11^에^{제시하였다}.

정점 W03에서하역중단사례발생기간에해당되는공진 주기별스펙트럼에너지밀도들을살펴보면 84분공진모드의 스펙트럼에너지밀도는 26.99m²^·s, ^주기가 21.3~31.2^분인^공

진모드는 3.17m²·s, 주기 8.1분인공진모드는 0.20m²·s, 주기

5분인공진모드는 0.04m²·s가최대치로나타났다. 그러나하 역중단사례가발생하지않은기간에도이와유사하거나더 큰스펙트럼에너지밀도를확인할수있었다.

주기 84분인공진모드의경우스펙트럼밀도치가 19.38~

27.83m²·s, 주기가 21.3~31.2분인공진모드는 1.67~3.29m²·s,

Table 3. Power spectral density measured at St. W03 during

downtime events (unit :m²·s)

46 hr -data No.

Wave power spectral densities of significant

resonant modes Event

84.0 min 21.3~32.1 min 8.1 min 5.0 min

38 26.99 3.17 0.16 0.01 1-1

39 12.36 2.31 0.12 0.02 1-2

49 9.73 1.15 0.08 0.04 2-1

50 8.13 0.56 0.04 0.02 2-2

57 3.73 0.84 0.05 0.02 3

59 7.42 1.07 0.11 0.01 4-1

61 6.07 1.01 0.07 0.02 4-2

64 4.97 1.94 0.15 0.02 5-1

66 4.84 0.49 0.16 0.04 5-2

72 2.12 0.48 0.20 0.04 6

Table 4. Power spectral density measured at St. W03 during oper-

ation times (unit :m²·s)

Resonance period

(min)

46 hr -data No.

Power spectral density

46 hr -data No.

Power spectral density

84.0 42 27.83 43 20.03

52 19.38 - -

21.3~32.1

17 2.95 18 1.92

22 1.67 30 1.86

31 2.15 33 2.99

36 2.51 47 3.29

8.1 16 0.18 18 0.17

31 0.17 42 0.15

52 0.34 - -

5.0 43 0.03 44 0.04

63 0.03 71 0.04

Fig. 12. Variation of power spectral density measured at St. W03.

(10)

주기 8.1분인공진모드는 0.15~0.34, 주기 5분인공진모드는

0.03~0.04m²·s으로나타나서하역중단사례발생시와발생하지 않은기간의스펙트럼에너지밀도값이큰차이를보이지않 았다. 이와같은결과들로볼때, 포항신항에서주기 5분이 상의장주기파는하역중단과직접적인연관성이없다고판단 할수있다.

4. 결론 및 토의

본연구에서는포항신항내외에서파향·파고계, ^수압식^파

고계및자동기상관측기등을사용하여 1년동안수집한현 장관측자료및기상청강수자료, 그리고각부두운영사의협 조로작성된하역중단자료를이용하여각부두별하역중단의 원인에대해종합적으로분석하였으며그결론은다음과같다. 2008년 9월부터 2009년 8월까지총 25회의하역중단사례가 발생하였으며현장관측자료와하역중단자료의분석결과로는 이기간동안발생한하역중단사례의주된원인은너울과풍 파등단주기파에의한것으로나타났다.

외중력파의경우에는일부하역중단 Event ^기간에^장주기파

하역한계파고 0.1 m 이상의파고가나타났으나일회성이거나 출현빈도가낮아항내정온도에큰영향은없을것으로판단 되었다.

영일만과포항신항내의장주기부진동성분들(주기 84분, 21.3~32.1분, 8.1분, 5분)은지금까지의추론들과는달리포 항신항의하역중단과뚜렷한연관관계가없는것으로파악되 었다. 그리고포항신항내의해수면이잔잔함에도불구하고 선박들의장주기동요에의해작업을못한경우가가끔발생 했다는하역작업종사자들의주장은 slip ^내에^계류된^선박들이