수중 수색 및 구조에서 조류를 고려한 스쿠버 잠수의 일별 계획 및 관리: 세월호 참사 현장을 대상으로
Daily Planning and Management of SCUBA Diving for Underwater Search and Rescue Considering Tidal Currents: A Case Study of the Sewol Ferry Disaster Site
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Abstract
This study examines the planning and management of Self-Contained Underwater Breathing Apparatus (SCUBA) diving operations at the 2014 Sewol Ferry disaster site. A systematic daily diving schedule was developed based on current tidal predictions to determine available diving periods and establish detailed hull and seabed operations procedures. The results indicate that diving time was restricted to four daily periods, totaling 260 minutes during spring tides. Managing underwater search and rescue operations was challenging as only one dive with a diving group for hull diving could be conducted during slack water periods lasting 50~70 minutes. Conversely, during neap tides, diving availability increased to 1,180 minutes, with a maximum of 930 minutes available for up to 30 dives, requiring 54 professional divers. Thus, depending on tidal conditions, different diving schedules and personnel deployment strategies were necessary. Additionally, given the significant proportion of nighttime dives, the need for precise tidal current predictions was emphasized. This study followed no-decompression limits and implemented measures to reduce nitrogen narcosis and oxygen toxicity risks to enhance safety. A four-person dive team operating in pairs improved safety and efficiency, minimizing risks from repetitive diving and fatigue. Although SCUBA diving is generally unsuitable for seabed operations due to safety concerns, it may be conducted in urgent cases under strict supervision.
1. 서 론
2014년 4월 15일, 인천항에서 제주도로 향하던 세월호는 다음 날 오전 8시 49분경 전라남도 병풍도 인근 1.5마일 해상에서 침몰하여 대한민국 역사상 최악의 해양 사고 중 하나로 기록되었다. 이 사고로 304명의 사망자와 실종자가 발생했으며, 피해자의 대부분은 수학여행 중이던 고등학교 학생들이었다. 사고의 주요 원인으로는 선박 과적, 화물 부실 고정, 조타 미숙, 부실한 안전 관리 등 복합적인 요인이 지목되었으며, 이는 우리나라 해양 안전 관리체계의 구조적 문제를 여실히 드러낸 사례로 평가된다(Yoon et al., 2016).
대규모 해양 사고에서 잠수 작업은 구조 활동의 핵심 요소로 작용한다. 한국산업안전보건공단은 수심 10m 이상에서 별도의 호흡 장치를 이용하여 이루어지는 작업을 “잠수 작업”으로 정의하였다(KOSHA, 2011). 이후, 물속에서 공기압축기나 호흡용 공기통을 이용하는 작업으로 정의를 확대하여 포괄적인 의미를 포함하도록 하였다(KOSHA, 2021). 잠수 작업자는 수중 환경에서 고압 기체로 호흡하기 때문에 항상 잠수 관련 질환의 위험에 노출된다. 수중 체류 시간이 길수록, 수심이 깊을수록 이러한 위험은 더 커지며, 높은 수압 환경에서 수행되는 작업인 만큼 육상보다 철저한 안전 관리가 요구된다. 특히 대심도 잠수 작업에서는 잠수사의 안전이 최우선으로 고려되어야 한다. 그러나 우리나라는 대형 해양 사고를 대비한 잠수 작업의 명확한 지침과 체계적인 계획 및 매뉴얼이 부족하여, 구조 활동의 효율성이 저하되고 잠수사의 안전이 심각하게 위협받는 실정이다.
대한민국은 삼면이 바다로 둘러싸인 지리적 특성과 강한 조류, 높은 파고, 제한적인 시야, 낮은 수온 등으로 인해 잠수 작업의 효율성을 저해하는 요인들이 많다. 따라서 국내 해양 환경 특성을 반영한 체계적인 잠수 지침 개발의 필요성이 점차 대두되고 있다. 그러나 국내에서 잠수 작업과 관련된 연구는 제한적으로 이루어지고 있으며, 대부분 개별 연구자에 의해 수행되고 있는 실정이다. 예를 들어, Kang(2010)은 악조건 수중 작업을 위한 잠수 기준을 연구하여 수중 작업 환경의 특성과 위험 요소를 분석하고 안전한 잠수 작업을 위한 기준을 제시하였다. 또한 Kim et al.(2013)은 테크니컬 잠수 기술 도입을 통한 한국 해군의 해난구조 활동 효율성 향상 방안을 제시하였다. 이러한 연구들이 산업 잠수 분야의 기술 발전에 기여하고 있지만, 해양 환경 특성을 반영한 종합적이고 체계적인 잠수 지침 개발은 여전히 부족하다. 실제로 2003년부터 2022년 4월까지 잠수 작업 중 사망 사례는 61건에 이르며, 연평균 3.1건의 중대재해가 보고되었다(KOSHA, 2022).
한편, 국외에서는 전문 잠수사의 교육 매뉴얼과 규정이 제정되어 실행되고 있으며(Joiner, 2007; IMCA, 2014; ADCI, 2016), 관련 연구도 체계적으로 이루어지고 있다. 특히 영국의 안전보건청(Health and Safety Executive, HSE), 미국의 해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA), 그리고 미 해군(United States Navy, U.S. Navy)은 잠수사의 안전을 위한 잠수 기술 개발에 다양한 노력을 기울이고 있다(HSE, 2014; NOAA, 2020; U.S. Navy, 2018).
Lee et al.(2019a)은 Yount et al.(2000)의 VPM(Variable Permeability Model)을 도입하여 잠수 모의 기술을 개발하였고, 이를 통해 공기 잠수(Lee et al., 2019b)와 나이트록스(Nitrox) 잠수(Lee, 2020)의 안전성과 효율성을 개선하기 위한 계획 및 운영 방안을 검토하였다. 또한 Lee et al.(2021)은 CFD(Computational Fluid Dynamics; Lee et al., 2020)와 VPM을 결합하여 파랑 하중이 수중 작업자의 감압에 미치는 영향을 분석하였다. Kim et al.(2023)은 해수 유동 모델 ADCIRC (ADvanced CIRCulation; Luettich et al., 1992)를 이용하여 세월호가 침몰한 병풍도 일대의 조류를 예측하고, 잠수 장비별 일일 사용 가능 시간을 분석하였다.
본 연구는 Kim et al.(2023)의 조류 분석과 잠수 가능 시간 분석 결과를 바탕으로, 해양 사고 현장에서 활용성이 높은 스쿠버(Self-Contained Underwater Breathing Apparatus, SCUBA) 잠수의 작업 기준과 절차를 수립하고자 한다. 특히, 강한 조류와 같은 해양 환경 요인, 장시간 수중 작업에 따른 잠수사의 피로도 등을 종합적으로 고려한 세부적인 운영⋅관리방안을 검토한다. 이를 통해 잠수 작업의 효율성을 높이는 동시에, 잠수사의 안전을 보장할 수 있는 실질적인 지침을 마련하는 데 기여하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1 기체 법칙
안전한 잠수를 위해서는 수중의 수직이동에 따른 압력 변화, 이에 따른 기체의 거동을 이해하는 것이 필수적이다. 기체는 온도, 압력, 부피라는 세 가지 요소와 밀접한 관계를 가지며, 이들 간의 상호작용은 기체 법칙으로 통해 설명될 수 있다. 한 요소의 변화는 다른 요소에 변화를 일으키며, 이러한 원리는 모든 기체와 혼합 기체에 동일하게 적용된다(U.S. Navy, 2018).
2.1.1 보일의 법칙
잠수에서 보일의 법칙은 기체 공급, 부력 조절, 잠수사 생리 등에 직접적인 영향을 미친다. 보일의 법칙은 식 (1)처럼 온도가 일정할 때 기체의 부피와 압력이 반비례한다는 원리를 설명한다. 이는 다음과 같이 수식화된다.
여기서 P와 V는 기체의 압력과 부피이다. 그리고 1과 2는 서로 다른 상태를 의미한다.
수심이 깊어지면 압력이 증가하고 기체의 부피는 감소하며, 이를 보상하기 위해 더 많은 양의 기체가 소비된다. 이에 따라 수심이 깊을수록 기체 소모량이 많아지고, 제한된 기체를 보유한 잠수사의 잠수 시간이 단축된다. 그리고 수압 증가는 기체 공간이 존재하는 신체 부위(폐, 부비동, 중이, 장 등)에 직접 자극을 주며, 심할 경우에는 압력손상까지 유발한다(Lundgren and Miller, 1999). 또한, 수경 및 드라이 슈트 등과 같이 장비와 신체 사이에 기체 공간으로 인해 압착이 발생한다. 이 때문에 잠수사는 하강 시에 적절한 압력 조절 행위를 지속적으로 수행해야 한다.
반대로, 잠수사가 상승 시에는 기체의 부피는 증가하므로 호흡을 참거나 급격히 상승하면, 폐 초과 팽창 증후군이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 상승 속도의 규정(9.14m/min)을 준수해야 한다(Pollock and Natoli, 2010).
2.1.2 샤를과 게이-뤼삭의 법칙
샤를의 법칙은 압력이 일정할 때, 기체의 부피는 온도에 비례하여 변한다는 원리를 설명한다. 게이-뤼삭의 법칙은 부피가 일정할 때, 기체의 압력은 온도에 비례하여 변한다는 원리를 설명한다. 수식으로 나타내면 다음과 같다.
여기서 T는 절대온도이다.
위 두 법칙을 결합하면 압력, 부피, 온도가 동시에 변할 때 적용되는 일반적인 기체 법칙을 얻을 수 있다. 이는 다음과 같이 표현된다.
잠수 환경에서는 기체의 압력, 부피, 온도 변화가 잠수사의 안전과 다이빙 장비의 성능에 중요한 영향을 미친다. 이러한 변화를 샤를의 법칙, 게이-뤼삭의 법칙, 그리고 이를 조합한 샤를과 게이-뤼삭의 법칙이 주요하게 적용된다.
대기와 수중의 온도차이는 공기통 내부의 공기 압력에 영향을 미친다. 고온 환경에서 공기통을 보관하면, 내부 공기의 온도가 상승하면서 압력이 증가하고, 차가운 수중에서는 온도가 낮아지면서 압력이 감소한다. 이러한 현상은 다이빙 계획 수립 시 고려해야 하며, 특히 낮은 수온에서는 예상보다 탱크 압력이 낮아질 수 있으므로 충분한 예비 공기를 확보하는 것이 중요하다.
또한, 차가운 수온에서 호흡 조절기(Regulator)를 통해 빠르게 공기를 흡입하면, 공기의 급격한 팽창으로 인해 온도가 낮아지는 주베르-톰슨 효과(Joule-Thomson Effect)가 발생할 수 있다. 이로 인해 호흡기 내부가 얼어붙을 가능성이 있으며, 이를 방지하기 위해 저온 방지 기능이 있는 장비를 사용하거나 호흡 속도를 조절하여 급격한 공기 흐름을 방지해야 한다(Iwankiewicz and Iwańkowicz, 2013; Ward, 2014).
2.1.3 돌턴의 법칙
돌턴의 법칙은 혼합 기체의 전체 압력이 개별 기체의 부분 압력의 합과 같다는 원리를 설명하며, 다음과 같이 표현된다.
여기서 Ptotal은 전체 압력, p1, p2, p3, …, pn은 개별 기체의 부분압력이다.
잠수사가 호흡하는 공기의 압력은 수심이 깊어질수록 증가한다. 잠수 시에 호흡기체의 성분 비율은 변하지 않지만, 개별 기체의 부분 압력은 수심에 따라 변한다. 공기는 불활성 기체인 질소(N2) 78.084%, 활성기체인 산소(O2) 20.949%, 기타 약 1%로 구성된 혼합기체로써 다음과 같이 수심에 따른 압력 변화에 대해 다음 식처럼 부분압을 계산할 수 있다.
여기서 PPO2와 PPN2는 산소와 질소의 부분압, FO2와 FN2는 공기의 산소와 질소 구성비, PATA는 절대기압을 각각 나타낸다. 본 연구의 잠수계획 수립에서 FO2와 FN2는 0.78과 0.21을 각각 적용한다.
잠수에서 달톤의 법칙은 산소독성과 질소마취 현상을 이해하는 데 매우 중요하다.
2.1.4 헨리의 법칙
헨리의 법칙은 일정한 온도에서 액체에 용해되는 기체의 양이 그 기체의 부분 압력에 비례한다는 원리를 다음은 수식으로 나타낸다.
여기서 C는 용해된 기체의 농도, k는 헨리 상수, PPG는 기체의 부분압이다.
잠수에서 헨리의 법칙은 감압병(Decompression Sickness, DCS)과 밀접한 관련이 있다. 잠수사가 수심이 깊은 곳에서 장시간 머무르면 체내 조직에 질소가 과포화 상태로 용해된다. 이후 급격히 상승하면 용해된 질소가 기포로 변해 혈관을 막아 감압병을 유발할 수 있다. 따라서 단계적인 상승과 감압 정지가 필요하다.
2.2 잠수 관련 질환
2.2.1 산소중독
높은 PPO2의 환경에 단시간 노출될 경우, 즉각적인 영향은 나타나지 않는다. 하지만, 장시간 노출되면 독성이 발생하여 거의 모든 인체조직에 영향을 미칠 수 있다. 산소중독은 개인차가 크며, 대표적으로 폐 산소 독성(Pulmonary Toxicity)과 중추신경계(Central Nervous System, CNS) 산소 독성이 있다(Edmonds et al., 1992).
일반적으로 PPO2이 증가하거나 노출 시간이 길어질수록 산소 독성의 위험이 커진다. CNS 산소 독성은 PPO2가 3ata 이상에서 발생하며, 폐 산소 독성은 0.5ata 이상에서 장시간 노출될 경우 나타난다(Chawla and Lavania, 2001; U.S. Navy, 2018). 예를 들어, PPO2가 1ata에서는 12시간, 2ata에서는 4시간 노출 시 폐 산소 독성 증상이 나타날 수 있다(Suresh and Shimoda, 2016; Clark and Lambertson, 1999). 또한, CNS 산소 독성의 한계는 수중에서는 1.3ata, 고압 챔버에서는 2.4ata으로 설정되어 있으며(Mitchell and Doolette, 2017), 이는 잠수 절차에 반영된다.
산소독성은 다양한 요인에 의해 영향을 받으며, 이를 효과적으로 관리하는 것은 잠수 안전 확보에 필수적이다. 발생 가능성을 높이는 요인으로는 개인의 민감성, 이산화탄소(CO2) 누적, 활동량 증가, 수심 증가, 간헐적 노출 증가 등이 있다. 이러한 요인들은 산소독성 발현을 촉진하고 증상의 심각성을 증가시킬 수 있다.
CNS 산소독성의 가장 심각한 증상은 경련으로, 이는 다이빙 중 생명을 위협할 수 있다. 하지만 초기 증상을 인지하고 PPO2를 조절하면 심각한 상태로 진행되는 것을 예방할 수 있다. 주요 초기 증상으로는 시야 흐려짐, 이명, 메스꺼움과 구토, 근육 경련, 혼란과 불안, 현기증 등이 있다.
산소 독성을 예방하기 위해서는 초기 증상 인지 및 PPO2 관리가 필수적이며, 이는 잠수사 안전을 유지하고 작업 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 잠수사들은 이러한 증상과 위험 요소를 충분히 숙지하고 대비하여 잠수 중 발생할 수 있는 위험을 최소화해야 한다.
NOAA(2020)에 따르면, 산소 독성 관리를 위해 산소 노출 제한(Oxygen Exposure Limit) 개념을 적용한다. 이는 특정 PPO2에서 허용되는 최대 노출 시간을 기준으로 하며, 산소 시계(Oxygen Clock) 또는 산소 제한 분율(Oxygen Limit Fraction)로 표현된다. 단일 수심에서의 단순 잠수의 경우, 노출 시간을 해당 PPO2에서의 최대 허용 시간으로 나누어 산소 시계 값을 산출한다.
그러나 실제 잠수에서는 반복 잠수(Repeated Dive) 및 다단계 잠수(Multi-Level Dive)와 같이 복잡한 프로파일이 일반적이므로, 각 수심에서의 노출 시간을 분리하여 산소 시계를 계산해야 한다. 이를 위해, 잠수를 개별 구간으로 나누고 각 PPO2에서의 허용된 노출 시간 비율을 산출한 후 이를 합산하여 총 산소 노출량을 추정한다. 반복 잠수나 다단계 잠수에서는 이러한 값을 단일 잠수(Single Dive) 또는 일별 노출 기준으로 보간하여 계산할 수 있다.
2.2.2 질소마취
질소 마취의 증상은 개인차가 크지만, PPN2가 수압이 증가하여 3.5ata에 도달하면 반드시 증상이 나타난다(Behnke et al., 1935; Bennett, 2004). 일반적으로 수심이 15m 증가할 때마다 마티니 한 잔을 마신 듯한 느낌이 든다고 하여, 이를 마티니 효과(Martini Effect)라고 부른다. PPN2가 8ata에 도달하면 명확한 증상이 나타나며, 10ata에서는 환각 및 의식 소실이 발생할 수 있다(U.S. Navy, 2018). 잠수 수심에 따른 PPN2 변화와 질소 마취의 증상은 잘 정리된 Lippmann and Mitchell(2005)와 Levett and Millar(2008)를 참조할 수 있다.
질소 마취의 원인은 높은 부분 압력의 질소를 호흡할 때 CNS에 마취 효과를 유발하여 잠수사가 행복감을 느끼면서도 명확한 사고를 하는 데 어려움을 겪기 때문이다. 질소 마취에 대한 개인의 민감도는 매우 다양하다. 일부 경험이 풍부한 잠수사들은 공기를 사용한 심해 잠수에서도 60.9m (200ft)까지 큰 문제 없이 작업할 수 있지만, 대부분은 그렇지 않다(van Dyke, n.d.). 질소 마취를 예방하기 위해서는 민감한 잠수사는 수심 제한을 준수하고 철저한 잠수 계획을 따라야 한다. 또한, 질소 마취를 방지하는 유일한 방법은 헬륨을 혼합한 기체(Trimix, Heliox)를 사용하는 혼합 기체 잠수이다.
2.2.3 동맥 기체 색전증
스쿠버 잠수에서 가장 위험한 잠수 질환 중 하나는 동맥 기체 색전증(Arterial Gas Embolism, AGE)이다. 기체 색전증은 인체의 동맥이나 정맥 내에 기체가 형성되어 혈류를 차단하는 현상을 의미하며, 이는 잠수를 포함한 다양한 의학적 시술이나 수술에서도 발생할 수 있다.
잠수 중 숨을 참고 상승하거나 급격한 압력 변화가 발생하면 폐의 압력 손상이 유발될 수 있다. 이 과정에서 폐포가 파열되어 기흉이 발생하거나, 폐정맥을 통해 기체가 혈류로 유입될 수 있다. 만약 기포가 심장을 통해 대동맥으로 이동하여 동맥혈 흐름을 차단하면, 이는 잠수 중 발생하는 동맥 기체 색전증을 초래하게 된다.
동맥 기체 색전증은 해저에서 해면으로 상승하는 도중 급격한 상승 또는 호흡을 정지한 채 상승할 경우, 발생할 가능성이 높다. 이로 인해 CNS로의 혈액 공급이 원활하지 않게 되며, 적절한 치료 없이 방치될 경우, 사망하거나 영구적인 신경 손상을 초래할 수 있다. 따라서 신속한 재가압 치료 및 의료적 조치가 필수적이다.
2.2.4 감압병
감압병은 고압 환경에서 용해된 불활성 기체(주로 N2)가 부적절한 감압 과정으로 인해 조직 내에서 기포로 형성되는 현상을 의미한다. 이러한 기포는 위치와 크기에 따라 다양한 증상을 유발하며, 감압병의 중증도는 인체에 미치는 영향의 정도에 따라 분류된다.
U.S. Navy(2018) 및 전통적인 분류 체계에 따르면, 감압병은 크게 제1형 감압병과 제2형 감압병으로 구분된다. 이러한 전통적 분류는 감압병의 기본 개념을 이해하는 데 유용하지만, 최근 잠수의학분야에서는 감압병 증상의 세부적 분류가 필요하다는 의견이 제기되고 있다. 특히, 제1형 감압병이 인체의 다양한 반응을 충분히 반영하지 못한다는 점에서 제1형 감압병적 증상이라는 개념이 더 적절하다는 주장도 있다(Powell, 2014). 이는 기존 분류 체계의 한계를 보완하고 감압병에 대한 이해를 심화시키기 위한 연구의 일환이다. 또한, 전통적인 분류를 넘어 제3형 감압병과 제4형 감압병 이라는 새로운 개념이 제시되고 있다.
• 제1형 감압병: 관절통, 피부 증상, 림프계 증상을 포함하며, 일반적으로 생명에 큰 지장을 주지 않는다.
• 제2형 감압병: 신경학적 증상, 내이 증상, 심폐 증상을 동반하며, 중대한 영향을 미치므로 신속한 진단과 치료가 필요하다.
• 제3형 감압병: 감압병 증상과 동맥 기체 색전증이 동시에 발생하는 복합적인 상태를 의미하며, 이를 포괄적으로 감압 질환이라고도 한다.
• 제4형 감압병: 골 괴사와 관련된 증상으로, 대심도 잠수나 장시간 잠수 후 부적절한 감압으로 인해 발생할 수 있다.
대표적인 사례로는 1931년 영국 해군 잠수함 HMS 포세이돈 사고가 있다. 당시 승조원 5명이 38m 수심에서 3시간 동안 갇혀 있다가 긴급 탈출했으나, 그중 3명이 대퇴골 주변에 괴사성 증상을 겪었다(Kim, 2020). 이는 부적절한 감압이 초래할 수 있는 심각한 결과를 보여주는 사례로, 감압 절차의 중요성을 강조하는 연구 자료로 활용되고 있다.
2.3 감압 이론
19세기 초, 산업혁명과 함께 감압 질환이 주목받기 시작했다. 특히, 가압된 케이슨에서 작업하던 근로자들이 상승 후 관절 통증과 신경학적 증상을 호소하면서 케이슨병이라는 불리었다. 1840년대 프랑스와 영국의 건설 현장에서 이러한 현상이 심각하게 보고되었으며, 감압병의 원인과 치료법에 대한 연구가 본격적으로 시작되었다. 19세기 후반, 프랑스 생리학자 폴 베르트는 감압 질환의 원인이 고압 환경에서 조직 내에 용해된 불활성 기체 N2가 급격한 감압 시 기포로 변환되기 때문이라고 설명했다. PPN2가 증가로 기포 형성이 유발되고, 이는 인체 조직과 혈류에 심각한 손상을 초래할 수 있음을 실험적으로 입증했다(Brubakk et al., 2005). 또한, 서서히 감압해야 체내 질소가 안전하게 배출될 수 있다는 원칙을 제안하였다. 20세기 초, 영국 생리학자 할데인은 현대 감압 이론의 기초를 형성하였다. 그는 조직의 질소 흡수와 배출을 설명하기 위해 조직 반감기 개념을 도입하였으며, 이를 기반으로 최초의 과학적 감압 테이블을 개발하였다. 이 감압 테이블은 안전한 상승 속도와 감압 정지를 통해 감압병의 위험을 줄이는 데 사용되었다(Powell, 2014).
그 이후, 감압 질환 연구는 미 해군, 영국 해군, NOAA 등의 기관에서 활발히 진행되었으며, 감압 테이블과 재압 치료 기술이 지속적으로 개선되었다. 이러한 연구는 잠수 의학과 고압 환경에서의 안전성을 향상시키는 데 기여하였다. 수십 년에 걸친 과학적 연구, 실험, 측정 및 분석을 통해 개발된 감압표는 잠수사의 안전을 보장하는 핵심 요소이다. 따라서, 감압표와 확립된 감압 절차를 엄격히 준수하는 것이 필수적이며, 비상 상황을 제외하고 절차를 임의로 변경해서는 안 된다.
2.4 스쿠버 장비
20세기 초, 산업과 군사적 필요성에 의해 잠수 장비의 개발이 빠르게 이루어졌다. 특히, 수중 작업과 군사 작전에서 인간의 수중 활동을 보다 효과적으로 수행하기 위한 기술적 발전이 강조되었다. 이 과정에서 1943년 쿠스토와 가냥이 개발한 아쿠아렁(Aqua-Lung)은 현대 스쿠버 장비의 기초를 마련하는 중요한 전환점이 되었다. 이 장치는 개방형 순환식 호흡 시스템(Open-Circuit Demand System)을 도입하여, 잠수사가 수중에서 자유롭게 호흡할 수 있도록 설계되었다(Cousteau and Dugan, 1953).
1950~1960년대에는 부력조절 장치(Buoyancy Compensator)와 알루미늄 실린더의 도입으로 잠수사의 수중 활동성이 크게 향상되었으며, 1980년대에는 다이빙 컴퓨터가 등장하면서 감압 시간과 잠수 계획을 보다 정확하게 관리할 수 있는 기술적 진보가 이루어졌다. 1990년대에는 기술 잠수(Technical Diving)의 발전과 함께 폐쇄식 재호흡기(Closed-Circuit Rebreather) 기술이 상업적 및 군사적 목적에서 본격적으로 활용되기 시작하였다. 폐쇄식 재호흡기는 호흡 기체를 재순환하여 기체 소비량을 최소화하고, 잠수 시간을 연장하는 효과를 제공하여 깊은 수심에서의 작업 효율성을 향상시키는 역할을 한다.
스쿠버 잠수에서 필수적인 장비로는 호흡 조절기, 실린더, 부력조절 장치, 잠수복, 수경, 오리발, 다이빙 컴퓨터, 나침반 및 기타 보조 장비가 있다. 호흡 조절기는 1단계와 2단계로 나뉘며, 실린더의 고압 공기를 중간 압력으로 감소시키고 다시 환경 압력으로 조정하여 잠수사가 안정적으로 호흡할 수 있도록 돕는다. 실린더는 잠수사가 사용할 공기 또는 혼합 기체를 저장하는 역할을 하며, 알루미늄과 강철로 제작된 제품이 일반적으로 사용된다.
부력조절 장치는 잠수사가 수중에서 부력을 조절하여 중립 부력을 유지할 수 있도록 돕는 역할을 하며, 실린더와 잠수사를 연결하는 기능도 제공한다. 이를 통해 잠수사는 에너지를 절약하고, 보다 편안하고 안정적으로 움직일 수 있다. 잠수복은 환경에 따라 건식(Drysuit)과 습식(Wetsuit)으로 구분되며, 건식 잠수복은 추운 수온에서도 체온을 유지할 수 있도록 하고, 습식 잠수복은 따뜻한 수온에서 보다 유연한 움직임을 가능하게 한다. 이 외에도 체온 유지를 위한 보온 후드와 장갑이 있다.
수경은 시야 확보와 함께 눈과 코를 보호하는 역할을 하며, 핀은 발의 힘을 효율적으로 전달하여 잠수사가 보다 빠르고 효과적으로 수중에서 이동할 수 있도록 돕는다. 어두운 환경에서 시야 확보를 위한 수중 랜턴, 부력 조정을 위한 중량 벨트(Weight Belt), 그리고 긴급 상황에서 활용할 수 있는 잠수용 칼 등의 장비가 사용된다. 이러한 다양한 장비들은 잠수사의 안전을 확보하고, 수중에서의 효율적인 작업 수행을 가능하게 하며, 다양한 수중 환경에 적응할 수 있도록 돕는다. 따라서, 잠수 장비는 잠수사의 경험과 수중 환경, 목적에 따라 적절히 선택되고 조정할 수 있다.
본 연구에서는 세월호 잠수 현장에서 실제로 사용된 스쿠버 장비를 연구에 적용한다. 현재, 우리나라의 대부분 기관에서 사용하는 미 해군 잠수 기준의 스쿠버 장비 특성을 Table 1에 나타낸다.
General characteristics of SCUBA diving equipment (Source: U.S. Navy, 2018).
3. 현장 상황
3.1 침몰한 세월호 선체
본 연구는 2014년 진도군 병풍도 북동 3.1해리 해상에서 침몰한 세월호의 현장 여건을 고려한다. KIOST(2015)에 따르면, 세월호 선체는 비교적 온전한 상태로 확인되었으나, 침몰 과정에서 좌현 선미 부분이 해저와 충돌하며 손상이 발생하였다. 선체는 좌현이 해저에 닿은 채 좌초되어 있으며, 최초 침몰 당시보다 남동 방향으로 약 4m 이동한 상태이다. 또한, 뱃머리의 방향은 기존 46도에서 53도로 변경되었다.
2014년 세월호 국정조사 특별위원회의 해양경찰청 보고자료 ‘여객선 세월호 침몰사고 관련 보고’에 따르면, 사고 해역의 최대 수심은 48m로 나타났다. 세월호 선체의 폭을 고려했을 때, 우현 측면의 수심은 26m에 달한다. 이러한 수심 조건을 바탕으로 해저 잠수와 선체 잠수로 작업 영역을 구분하며, 각 영역에서 스쿠버 잠수의 절차와 계획을 체계적으로 수립하고자 한다.
3.2 해양 물리 환경
세월호 사고 시점부터 63일간 해수유동 모의 결과 중에서 대조기와 소조기의 조석 및 조류의 공간분포를 Figs. 1과 2에 각각 나타낸다. 여기서 (a)는 낙조류이고, (b)는 창조류이다. 그리고 벡터는 수평유속, 색은 조위를 각각 의미한다.
Spatial distribution of tidal currents during spring tide on May 16, 2014: (a) Maximum ebb current, (b) Maximum flood current
Spatial distribution of tidal currents during neap tide on May 7, 2014: (a) Maximum ebb current, (b) Maximum flood current
2014년 5월 7일이 소조기에 해당하고, 북서방향의 낙조류와 남동방향의 창조류가 나타나는 것을 Fig. 1에서 확인할 수 있다. 2014년 5월 7일 10시 50분부터 16시 30분까지 최강 낙조와 창조가 발생한다. Fig. 2로부터 2014년 6월 14일 대조기에 해당하고, 북서방향의 낙조류와 남동방향의 창조류가 나타난다. 그리고 2014년 6월 14일 17시 10분에 최강 낙조류가 23시 20분에 최강 창조류가 발생한다. 대소기와 소조기의 창조와 낙조시의 최대 조류 유속은 Table 2와 같다.
Maximum current velocities during spring and neap tides at the sinking site of the Sewol Ferry
4. 잠수 계획
4.1 잠수 가능 시간
Fig. 3은 Kim et al.(2023)이 예측한 세월호 침몰 지점의 조류 유속 시간 분포를 나타내며, 파란 실선은 스쿠버 장비의 사용 한계 유속(0.514m/s)을 의미한다. 또한, Fig. 4는 세월호 침몰지점에서 예측된 조위 변동과 스쿠버 장비의 1일 사용 가능 시간을 각각 나타낸다. 여기서 1일 사용 가능 시간은 하루 동안 조류 유속이 0.514m/s보다 작은 총시간을 의미하며, 그래프에서 검은 실선은 조위 분포, 파란색 삼각형은 1일 사용 가능 시간을 나타낸다.
Predicted time-domain current velocities at the Sewol ferry sinking site, including the SCUBA equipment usage limit
Predicted time-domain tidal levels at the Sewol ferry sinking site, including SCUBA usable time per day
Fig. 3을 통해 0.514m/s를 초과하는 강한 조류가 발생하는 시기가 존재함을 확인할 수 있으며, 이로 인해 하루 4회 조류가 약해지는 정조(Slack Water) 시간대에만 잠수가 가능하다. 특히, 조위 변동이 작은 소조기에는 조류가 약해져 잠수 장비의 사용 가능 시간이 증가하는 반면, 강한 조류가 발생하는 대조기에는 사용 가능 시간이 감소하는 경향이 Fig. 4에서 확인된다.
이에 따라, 본 연구는 Kim et al.(2023)의 분석 결과를 기반으로 스쿠버 잠수의 계획 및 운영 방안을 구체적으로 제시하는 데 초점을 맞추었으며, 잠수 가능 시간을 효율적으로 활용하기 위한 전략을 수립하고자 한다.
4.2 잠수 기준 및 절차
4.2.1 호흡 기체
세월호 사고 현장에서 수행된 스쿠버 잠수에서는 호흡 기체로 공기가 사용되었다. 본 연구에서도 수심 48m의 해저 잠수와 수심 26m의 선체 잠수의 계획을 수립하는 데 공기를 적용한다. 이에 따라 잠수지점 및 수심별 호흡 기체의 특성을 정리하여 Table 3에 나타낸다.
Partial pressures of oxygen and nitrogen in respiratory gases at different diving spots and depths
일반적으로 질소마취는 PPN2가 3.2~4.0ata를 초과할 때부터 본격적으로 발생하며, 4.0ata 이상에서는 뚜렷한 증상이 나타날 가능성이 높다(Lippmann and Mitchell, 2005; Levett and Millar, 2008). 또한, 산소 중독은 PPO2가 1.4ata을 초과하면 위험이 증가하며, 1.6ata을 초과하면 CNS에 영향을 미칠 가능성이 커진다(Arieli et al., 2006; Wingelaar et al., 2017).
수심 48m에서 수행되는 해저 잠수에서는 PPO2가 1.22ata, PPN2가 4.53ata로 계산된다. 이 경우, 질소 마취가 발생할 가능성이 높은 수준이지만, 산소 중독의 위험은 크지 않으며 정상적인 잠수에서는 허용 가능한 범위에 있다. 반면, 수심 26m에서 수행되는 선체 잠수에서는 PPO2와 PPN2가 각각 0.75ata와 2.81ata이다. PPO2가 일반적인 산소 중독 위험 한계보다 낮아 산소 중독의 위험은 거의 없으며, PPN2 역시 질소 마취 증상이 두드러지게 나타나는 수준(≥3.2ata)에는 미치지 않는다. 따라서 대부분의 잠수사에게 큰 영향을 미치지 않는 범위에 해당한다.
한편, 호흡 기체로 공기를 사용하는 잠수사는 고압의 수중환경에 장시간 노출될 경우, 산소중독, 질소 마취 등과 같은 질환의 발병 위험이 크게 증가한다. 이에 본 연구에서는 무감압 잠수를 원칙으로 하며, 산소 독성으로부터 잠수사를 보호할 목적으로 NOAA(2020)에서 제안한 무감압 한계시간(No-Decompression Limit, NDL) 이내로 잠수시간을 제한한다. 또한, 질소 마취 가능성이 존재하는 해저 잠수에서는 하강 속도를 조절하고, NDL을 철저히 준수하며, 짝잠수(Buddy Diving)를 통해 증상을 상호 모니터링과 같은 대응 전략이 요구된다.
4.2.2 하강 및 상승 속도
미 해군의 잠수 매뉴얼은 하강(하잠) 속도에 대한 명확한 기준을 두고 있지는 않지만, 잠수사의 안전을 위해 22.86m/ min을 초과하지 않도록 권장하고 있다. 반면, 잠수사의 상승 속도는 폐 초과 팽창 증후군, 감압병 등을 예방하기 위해 9.14m/min을 초과하지 않도록 엄격하게 규정되어 있다.
특히, 감압 잠수에서 상승 시간은 감압 정지 지점 간의 이동 시간을 포함하며, 첫 번째 감압 정지를 제외한 모든 감압 시간은 이전 감압 지점에서의 이동 시간부터 시작된다. 이러한 규정을 기반으로 잠수사의 하강 및 상승 속도를 Table 4와 같이 설정한다. 하강 속도는 U.S. Navy(2018)의 권고 기분보다 22.86m/min보다 느린 속도로 설정하여 안전성을 강화한다. 그 결과, 잠수사에게는 선체 잠수에는 2분, 해저 잠수에서는 3분의 하강 시간이 필요하다. 잠수사의 상승 속도는 9.14m/min 규정을 준수하여 선체 잠수와 해저 잠수에서 상승 시간을 각각 2.87분과 5.27분으로 설정한다. 이러한 상승 속도와 시간은 폐와 조직 내 불활성 기체인 질소를 안전한 배출을 보장하고, 감압 질환 및 관련 위험을 예방하는 데 중요한 역할을 한다.
Descent and ascent rates and times of divers applied in this study
4.2.3 잠수 그룹
본 연구에서는 미 해군의 잠수 절차를 참고하여 스쿠버 잠수의 그룹을 총 4명으로 구성한다. 2인 1조로 이루어진 잠수사들이 짝 잠수로 수중 작업에 투입되며, 퇴수와 동시에 다음 조가 입수한다. 이렇게 수중 수색 및 구조 작업이 연속적으로 진행될 수 있다. 그리고 감독관은 풍부한 경험과 자격을 갖춘 잠수사로서 잠수 절차, 행동 요령, 장비 점검 및 안전 사항을 총괄하며, 잠수작업의 전 과정을 책임진다. 필요할 경우, 잠수 기록 작성 임무도 병행할 수 있다. 지원 요원은 대기 잠수사와 보조사 역할을 다음과 같이 수행한다.
• 대기 잠수사는 비상시에 즉각 투입될 수 있도록 동일한 잠수 장비를 착용하고 대기한다.
• 보조사는 장비 탈착 지원, 수중 위치 모니터링, 잠수사 안전 지원 등의 역할을 담당한다.
이러한 잠수 그룹의 구성과 역할 분담은 수중 수색 및 구조 작업의 효율성을 높이고, 잠수사의 안전을 보장하며, 비상 상황에 신속히 대응할 수 있도록 설계되었다.
본 연구에서 잠수 그룹의 교대 주기는 Kim et al.(2023)를 조류 분석에 기초하여 하루 약 4회 정조시간이 반복되는 반조 주기(Half-Tidal Cycle) 6시간 12분 30초로 설정한다.
4.2.4 단일 잠수의 절차
미 해군의 기준에 따르면, 스쿠버는 감압 잠수를 수행할 수 없으므로, 선체 잠수와 해저 잠수는 무감압 잠수로 계획해야 한다. 이에 따라, 선체 잠수는 Fig. 5, 해저 잠수는 Fig. 6과 같은 무감압 단일 잠수의 프로파일을 작성한다.
Profile of a no-decompression single dive at a depth of 26 m (hull diving), including descent, bottom time, and ascent duration.
Profile of a no-decompression single dive at a depth of 48 m (seabed diving), including descent, bottom time, and ascent duration.
단일 잠수란 체내 잔류질소가 완전히 배출되어 PPN2가 대기와 동일한 상태(≒0.78)에서 수행하는 단 한 번의 잠수를 의미한다. 이는 첫 잠수(First Dive)와 같은 개념으로 반복 잠수가 아닌 독립적인 1회의 잠수만을 포함한다.
수심 26m의 선체 잠수에서는 최대 33분의 수중 체류 시간(하강시간 포함)과 3분의 상승 시간이 주어져, 총 36분의 잠수 시간이 요구된다. 무감압 한계 시간을 초과하지 않는 범위 내에서, 33분의 수중 체류 시간 중 하강 시간 2분을 제외한 31분 동안 실제 수중 작업이 가능한 것을 Fig. 5에서 알 수 있다.
세월호 침몰 지점인 수심 48m에서 수행되는 해저 잠수의 경우(Fig. 6), 최대 7분의 수중 체류 시간과 6분의 상승 시간이 주어져 총 13분의 잠수 시간이 필요하다. 그러나 수중 체류 시간 7분 중 하강 시간 3분을 제외하면, 실제 수중 작업에 사용할 수 있는 시간은 4분에 불과하다.
수중 작업을 마친 잠수사를 다시 투입할 때, 재잠수(Reentry Dive)가 아닌 첫 잠수가 되는 조건은 재잠수 해제 시간(Surface Interval)을 초과하는 수면 휴식이 필요하다. Fig. 7에서 제시된 U.S. Navy(2018)의 감압 테이블에 따르면, 첫 잠수 이후 인체에 남아 있는 잔류 질소량을 A-Z 기호로 표시되며, 반복 잠수를 위해 필요한 수면 휴식 시간을 계산할 수 있다. 첫 선체 잠수와 해저 잠수에서는 각각 J와 E가 부여되며, 단일 잠수로 간주되기 위한 최소 수면 휴식 시간은 선체 잠수 10시간 36분, 해저 잠수 6시간 15분이 각각 필요하다. 따라서, 잠수 작업 후에는 추가적인 수중 활동 없이 충분한 수면 휴식을 취해야 하며, 이는 감압병 예방과 안전한 잠수를 위한 중요한 요소이다.
Residual nitrogen time table for repetitive air dives, excerpted from U.S. Navy (2018)
이러한 분석을 통해, 수심이 깊어질수록 질소 축적으로 인해 무감압 한계 시간이 급격히 단축됨을 확인할 수 있다. 결과적으로, 해저 잠수에서는 실질적인 작업 시간이 크게 제한되므로, 수중 작업의 효율성을 극대화할 수 있도록 사전에 철저한 작업 절차를 계획하는 것이 필수적이다.
4.3 잠수 가능 횟수
Kim et al.(2023)의 해수유동모의 결과에 따르면, 2014년 4월 16일부터 6월 17일까지 스쿠버 잠수가 가능한 한계 유속(0.514m/s) 이하가 주기적으로 발생한다. 63일 동안 총 238회의 잠수가 가능하며, 평균적으로 112.8분 동안 잠수를 수행할 수 있다. 이와 같은 분석을 바탕으로, 대표적인 대조기와 소조기의 스쿠버 잠수의 가능 시간과 선체 및 해저 잠수의 횟수를 산술적으로 계산하여 Tables 5와 6에 각각 나타낸다.
Arithmetical work plan for SCUBA diving during spring tides with strong currents
Arithmetical work plan for SCUBA diving during neap tides with weak currents
대조기에 해당하는 2014년 4월 29일에는 총 260분 동안 잠수가 가능하며, 평균적으로 65분 동안 잠수를 수행할 수 있다. 이 조건에서는 평균 5회, 총 20회의 해저 잠수가 가능하며, 선체 잠수는 평균 1.78회, 총 7.1회 수행할 수 있다. 반면, 조류가 가장 약한 소조기인 2014년 5월 8일과 9일에 걸쳐 총 1,180분 동안 잠수가 가능하며, 평균적으로 590분 동안 잠수를 진행할 수 있다. 이 경우 선체 잠수는 평균 16.35회, 총 32.7회 수행할 수 있으며, 해저 잠수는 평균 45.35회, 총 90.7회 가능하다. 특히, 잠수 가능 시간이 가장 긴 2024년 5월 8일 13시 10분부터 5월 9일 04시 40분까지는 총 930분 동안 잠수를 수행할 수 있으며, 해저 잠수는 총 71.5회, 선체 잠수는 총 25.8회 수행할 수 있다.
4.4 투입 인력의 구성
4.4.1 선체 잠수
잠수가 가능한 평균 시간은 조류 속도가 0.514m/s 이하로 유지되는 경우 112.8분으로 분석되었다. Fig. 5에서 제시된 무감압 한계를 고려한 수심 26m에서의 선체 잠수는 총 36분이 소요되므로, 평균적으로 3.1회 잠수를 수행할 수 있다. 다만, 잠수 안전을 위해 소수점 이하의 잠수 횟수는 절삭한다. 스쿠버 잠수의 필수 인원이 4명으로 구성됨을 고려할 때, 평균적으로 잠수사 6명, 감독관 1명, 운영 요원 1명으로 구성된 총 8명의 잠수 전문인력이 필요하다.
Table 7로부터 조류가 강한 대조기에 해당하는 2014년 4월 29일에는 4회의 잠수 가능 주기가 확인된다. 각 주기마다 1회씩 잠수가 가능하므로, 각 주기에 잠수사 2명, 감독관 1명, 운영 요원 1명이 투입된다. 산술적으로 계산하면, 2014년 4월 29일에는 총 16명(4개 잠수조(8명), 감독관 4명, 운영 요원 4명)의 인력이 배치되어야 한다. 하지만, 재잠수 해제 시간(10시간 36분)을 고려해 재투입되는 잠수사와 교대로 투입되는 육상 인원(감독관, 운영요원)을 감안하면, 일일 요구 인력은 총 8명이다.
Composition and deployment of personnel for hull diving during spring tide with strong currents
반면, 조류가 약한 소조기인 2014년 5월 8일에는 2회의 잠수 가능 주기가 나타났으며, 각각 250분과 930분 동안 6.9회 및 25.8회의 잠수가 가능하다. 이에 따라, 각 주기에 6개 조와 25개 조의 잠수사가 투입되어야 한다(Table 8 참조). 첫 번째 주기에는 잠수사 12명, 감독관 1명, 운영 요원 1명으로 총 14명이 필요하다. 잠수사의 재투입을 고려할 수 있는 두 번째 주기에서는 6개의 잠수조가 2번 잠수하기 때문에 19개 잠수조(잠수사 38명)로 인력구성이 가능하다. 육상인력은 잠수 그룹의 교대 주기인 6시간 12분 30초를 감안하면, 감독관 2명, 운영 요원 2명이 각각 필요하다. 따라서 2014년 5월 8일 13:10부터 다음날 04:40까지는 총 42명의 인력이 요구되며, 일일 인력구성은 잠수사 38명, 감독관 2명, 운영 요원 2명이다.
Composition and deployment of personnel for hull diving during neap tides with weak currents
4.4.2 해저 잠수
해저 잠수는 무감압 조건을 고려할 때 수심 48m에서 총 13분이 소요된다(Fig. 6 참조). 평균적으로 잠수가 가능한 시간은 112.8분이며, 이를 기준으로 약 8.6회의 잠수를 수행할 수 있다. 따라서, 해저 잠수작업을 수행하기 위해서는 총 8.6개 조의 잠수사가 투입되어야 한다. 4명으로 구성되는 스쿠버 잠수 그룹은 2인 1조의 잠수사를 교대로 투입한다. 그리고 감독관과 운영 요원은 1주기 동안 임무를 부여받는다. 그러므로 평균 잠수 가능 시간 동안 잠수사 16명, 감독관 1명, 운영 요원 1명이 요구된다. 이에 따라, 해저 잠수를 안정적으로 운영하기 위해서는 총 18명의 인력이 평균적으로 투입되어야 한다.
조류가 강한 대조기인 2014년 4월 29일에는 4번의 잠수 가능 주기가 나타난다. 이 중 70분 동안 잠수가 가능한 주기에서는 5회의 잠수가 가능하며, 이에 따라 잠수사 10명, 감독관 1명, 운영 요원 1명이 필요하다. 또한, 50분 동안 잠수가 가능한 주기에서는 총 8명의 인력이 필요하다. 산술적으로 260분 동안의 18회 잠수에서는 총 44명으로 계산된다(Table 9 참조). 그러나 재잠수 해제 시간(6시간 15분)이 지나면, 잠수에 재투입됨으로 일일 요구 인력은 총 24명이 된다. 그 이유는 10개의 잠수조(20명)가 돌아가며, 순차적으로 투입될 수 있을 뿐 아니라, 감독관과 운영 요원도 교대로 근무하기 때문이다.
Composition and deployment of personnel for seabed diving during spring tide with strong currents
반면, 2번의 잠수 가능 주기가 나타나는 조류가 약한 소조기인 2014년 5월 8일에는 각각 250분과 930분의 시간이 주어진다. 이때 해저 잠수는 각각 19회, 30회 수행이 가능하며, 이를 위해 총 60명의 잠수사(30개 조)가 순환하는 방식으로 투입한다. 여기에 2014년 5월 8일 13:10부터 9일 04:40에는 감독관 2명과 운영 요원 2명을 각각 포함하면, 일일 요구 인력은 64명이다. 참고로 산술적으로는 총 104명의 인력이 필요한 것으로 계산된다(Table 10 참조).
Composition and deployment of personnel for seabed diving during neap tides with weak currents
결과적으로, 조류의 영향을 고려한 선체 잠수와 해저 잠수는 조류의 강약에 따라 잠수 가능 시간은 최대 18.6배 차이가 발생하였다. 또한, 요구되는 일일 잠수 인력 또한 선체 잠수에서 5.25배, 해저 잠수에서 2.67배의 차이를 보인다.
5. 잠수 작업의 운영 및 관리
잠수 계획은 조류 변화에 따른 잠수 시간과 인력 투입을 기반으로 철저하게 운영 및 관리되어야 한다. 이를 위해 각 주기별로 적절한 인원을 선발하고, 작업 목적과 조류 조건에 맞게 잠수 팀을 구성하여 배치함으로써 잠수의 효율성을 극대화할 필요가 있다. 이러한 계획을 통해 불필요한 인력과 시간 낭비를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 잠수 중 발생할 수 있는 위험 요소를 줄일 수 있다. 특히, 계획 단계에서 조류 흐름의 변화와 작업 환경의 제약 조건을 면밀히 검토함으로써 잠수사의 체력 소모를 줄이고, 비상 상황에 대한 대응력을 강화할 수 있다. 이를 통해 보다 안전하고 효율적인 잠수 작업이 가능해진다.
5.1 대조기 기간
조류가 강한 대조기 기간에는 잠수 시간이 약 50분으로 제한되며, 무감압 조건을 유지하는 스쿠버 잠수에서는 선체 잠수 1회, 해저 잠수 3회만 실시할 수 있다. 이처럼 제한된 시간 내에서 효율적인 잠수 작업을 수행하기 위해서는 철저한 잠수 계획이 필수적이다.
잠수 계획에서 중요한 요소 중 하나는 명확한 목표를 설정하는 것이다. 대조기에는 조류가 약해지는 시간을 기다리면서 육상에서 대기하는 시간이 길어질 수 있으며, 이로 인해 실제 잠수 시간이 제한되면서 작업의 조급함과 판단력 저하가 발생할 가능성이 크다. 이를 방지하기 위해서는 작업 목표를 단순화하고, 이를 기반으로 구체적인 잠수 계획을 수립해야 한다. 또한, 잠수사의 능력과 기술을 표준화하여 체계적인 훈련을 통해 준비하는 것이 중요하다.
스쿠버 장비의 특성을 고려할 때, 제한된 기체를 효과적으로 활용하는 것이 중요한 요소가 된다. 따라서 잠수 전에 기체 사용 시간을 정확히 예측하고, 필요 시 예비 기체를 확보하여 대비하는 것이 필수적이다. 또한, 장비 점검을 철저히 수행하여 잠수 중 발생할 수 있는 문제를 사전에 예방해야 한다.
세월호 침몰 참사와 같은 긴급 상황에서는 인적 자원의 운영 및 관리가 더욱 중요한 역할을 한다. 특히, 감독관은 잠수 현장의 전체적인 책임을 지며, 명확한 목표를 설정하고 철저한 계획을 바탕으로 잠수 작업을 운영해야 한다. 또한, 잠수사 선정 시에는 짧은 시간 동안 소수의 인원이 투입된다는 점을 고려하여, 현장 상황을 잘 이해하고 경험이 풍부하며, 목적 달성 능력이 높은 인원을 우선적으로 배치해야 한다.
5.2 소조기 기간
조류가 약한 소조기 기간에는 최대 930분 동안 잠수가 가능하며, 이 기간에는 선체잠수 25회, 해저잠수 71회를 수행할 수 있다. 이처럼 장시간 지속되는 잠수 작업에서는 잠수사의 체력 관리가 중요한 과제로 떠오른다. 이에 따라 감독관은 잠수사의 수면과 건강 상태뿐만 아니라 심리적 상태까지 면밀히 모니터링하여 잠수 운영과 관리에 반영해야 한다.
소조기 동안 조류가 약해 잠수 시간이 증가하면, 더 많은 인력이 필요하다. 하지만, 대부분의 관련 기관에서 제한된 인력만을 활용하여 잠수를 운영하고 있다. 이에 따라 반복 잠수 기법이 활용되기도 하지만, 이는 감압병 발병 위험을 증가시키고 잠수사의 피로도를 높일 수 있다. 따라서 충분한 휴식을 보장하여 반복 잠수를 최소화하고, 적절한 인력 배치와 운영을 통해 체력 부담을 완화하는 것이 필수적이다.
장시간 잠수에서는 임무 수행의 성공을 위해 경험이 풍부한 잠수사와 경험이 부족한 잠수사를 적절히 배치하고, 각자의 역할을 명확히 구분하여 할당하는 것이 중요하다. 이를 통해 작업의 효율성을 높이고, 경험이 부족한 인원이 점진적으로 기술을 습득할 수 있는 체계적인 과정이 마련될 수 있다.
5.3 주⋅야간 잠수
야간 잠수는 세월호 사고와 같은 대규모 해상 사고에서 인명 구조를 위해 필수적으로 수행되며, 24시간 연속 임무가 요구된다. 그러나 체계적인 야간 잠수 절차와 지침이 부족하여, 안전사고 발생 위험과 작업 효율 저하의 문제가 지속적으로 제기되고 있다. 특히, 어두운 환경에서 수중 시야 감소, 적절한 장비 선택, 잠수 인력 관리, 해면에서의 잠수사 표류 방지 등은 야간 잠수 계획에서 반드시 고려해야 할 핵심 요소이다.
서해와 남해의 대부분 해역은 저시정 환경이 일반적이므로, 수중 작업이 매우 어려운 경우가 많다. 수심 5~10m 이상에서는 수중 랜턴 없이는 작업이 거의 불가능하며, 야간 작업과 결합될 경우 위험성은 더욱 커진다. 이는 짙은 안개 속에서 운전하는 상황과 유사하며, 잠수사들에게 심리적 부담과 스트레스를 가중시킬 수 있다. 특히, 실종자 탐색 및 구조 작업은 높은 집중력과 체력을 요구하므로, 잠수사들에게 큰 부담을 줄 수 있다.
한국천문연구원의 일출⋅일몰 시간(KASI, 2020)에 기초해 분석한 주간 및 야간 잠수의 시간과 비율을 Table 11에 나타낸다. 대표적으로 대조기와 소조기 기간에 대해서만 언급하기로 한다. 주간 잠수, 주⋅야간 잠수, 야간 잠수로 구분되며, 대조기와 소조기 기간의 야간 잠수 비율은 각각 40.38%와 47.29%로 매우 높다. 특히, 대조기 기간의 2014년 4월 29일 00:50~02:00에는 100% 야간 잠수를 수행하여야 한다. 소조기 기간의 2014년 5월 8일 13:10부터 다음날 04:40에는 야간 잠수가 60%를 차지한다. 이는 보다 체계적이고 구체적인 야간 잠수 운영 전략이 필요함을 시사한다.
Daytime and nighttime SCUBA diving durations during spring and neap tides
그러나 현재의 잠수 계획은 해양 환경, 기상 조건, 일출⋅일몰 시간 등의 중요한 요소를 충분히 반영하지 못하고 있어, 안전사고 발생 가능성과 작업 효율 저하 문제가 지속적으로 제기되고 있다. 이에 따라, 향후 야간 잠수의 체계적인 운영을 위한 개선 방안 마련이 시급한 상황이다.
6. 토 의
6.1 효율적 운영⋅관리 방안
Kim et al.(2023)이 예측 조류 유속으로부터 분석한 스쿠버 잠수의 가능 시간(막대 그래프)을 토대로 2014년 4월 16일부터 6월 17일까지의 일별 잠수 횟수(선 그래프)를 검토하여 Fig. 8에 나타낸다. 조류가 강한 대조기 기간에는 잠수 시간과 횟수가 크게 제한되며, 조류가 약한 소조기 기간에는 비교적 긴 잠수 작업 시간이 확보되는 것으로 확인된다. 이에 따라, 침몰한 세월호의 수중 수색 및 구조 작업에서 잠수사의 안전이 확보되는 조건하에 스쿠버 잠수가 효율적으로 운영⋅관리될 필요가 있다.
Daily SCUBA diving duration and frequency from April 16 to June 17, 2014, based on predicted tidal currents by ADCIRC model analysis
강한 조류가 발생하는 대조기 기간에는 최대 70분의 잠수 시간이 주어진다. 무감압 조건에서 스쿠버 잠수를 수행할 경우, 선체 잠수는 1회, 해저 잠수는 5회만 가능하다. 이처럼 제한된 시간 내에서 효율적인 잠수 계획을 수립하기 위해서는 명확한 목표 설정과 적절한 인원 선발이 필수적이다. 특히, 세월호 참사와 같은 긴급 상황에서는 감독관이 명확한 잠수 목적을 설정하고, 체계적인 계획을 수립하며, 장비와 인력 운영 및 관리에 만전을 기해야 한다. 한편, 잠수 시간이 짧다는 것은 육상 대기 시간이 길어짐을 의미하며, 이는 해양 환경을 비롯한 여러 현장 여건을 면밀히 분석하고, 보다 체계적인 잠수 계획을 수립하는 데 충분한 시간을 확보할 수 있음을 시사한다.
조류가 약한 소조기 기간에는 최대 930분 동안 장시간 잠수가 가능하며, 선체 및 해저에서 각각 25회, 71회의 잠수를 수행할 수 있다. 이러한 장시간 잠수 작업에서는 잠수사의 체력 관리가 중요한 요소가 된다. 본 연구에서는 최소 인원으로 구성된 잠수 그룹을 기준으로 산술적 분석과 잠수 계획을 수립하였으며, 현장에서는 잠수사의 수면 및 건강 상태를 철저히 관리하고, 감독관이 개개인의 심리적 상태까지 고려하여 잠수 운영과 관리에 반영할 필요가 있다.
6.2 잠수사의 안전과 잠수작업 효율성
현재의 잠수 시스템을 개선하여 잠수사의 안전을 보장되고, 수중작업의 효율성을 높이기 위해서는 여러 방면에서 방안을 찾을 수 있다. 이를 위해서는 운영적, 교육적, 기술적 측면에서 구체적인 검토가 필요하다.
잠수작업에서 발생할 수 있는 다양한 위험 상황에 대비한 포괄적이고 체계적인 안전 프로토콜의 개발과 실행이 중요하다. 이러한 프로토콜은 잠수사의 건강상태 모니터링, 비상상황 대응 계획, 작업별 위험도 등의 포함해야 한다. 대부분 현장에서는 잠수사에 초점이 맞추어져 있다. 육상에서 잠수를 총괄하고, 보조하는 감독관과 지원 요원 역시 장기간 노동으로 인한 스트레스와 체력 소모가 크다. 또한, 수중에서 발생할 수 있는 문제에 대한 적절한 대처와 사고 예방에 기여하는 매우 중요한 임무를 맡고 있다. 따라서 잠수사를 포함하여 감독관과 진행 요원의 명확한 임무 규정과 업무 시간 그리고 충분한 휴식이 보장되어야 할 것이다. 여기에 현장 책임자는 반드시 2인 1조의 짝 잠수의 원칙을 지키고, 무감압 한계 시간을 초과하지 않게 철저하게 관리⋅감독하여야 한다.
잠수사들은 다양한 해양환경과 상황에 대응할 수 있는 전문화된 훈련을 반드시 받아야 한다. 이러한 훈련에는 장비 사용법, 비상 대응기술, 그리고 수중작업 기술을 포함해야 한다. 특히, 감독관은 잠수 그룹에서 모든 역할을 수행해 본 풍부한 경험과 잠수 지식을 갖춘 잠수사가 맡아야 한다. 이를 통해 잠수작업의 효율을 높일 뿐 아니라, 위험 상황에 대한 잠수사의 대응능력을 키울 수 있다.
한편, 잠수 장비는 잠수사의 안전을 극대화하고, 작업 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 안전성이 검증된 첨단 통신 및 호흡 시스템, 감압 기술을 도입할 수 있다. 또한, 원격 조작하는 무인 잠수정 또는 수중 로봇의 사용을 확대함으로써 인간 잠수사가 직접 수행하기 어려운 위험한 작업을 대체할 수 있다.
6.3 주의 및 고려 사항
스쿠버 잠수는 일반적으로 수심 제한이 있으며, 40m를 초과하는 깊은 수심에서는 질소 마취와 산소 중독의 위험성이 증가하기 때문에 레크리에이션 잠수 단체 및 기관의 규정에 따라 제한된다. 본 연구에서는 수심 48m 해저 잠수를 검토하였으며, 이는 현장 여건에 따라 불가피하게 스쿠버 잠수를 수행해야 하는 상황이 발생할 수 있음을 고려한 것이다. 특히, 인명 구조와 같은 긴급 상황에서는 대규모 인력과 장비가 필요한 표면 공급식 잠수(Surface-Supplied Diving System, SSDS)보다 신속하게 투입할 수 있는 스쿠버 잠수의 활용성이 매우 높다는 점을 감안하였다.
그러나 깊은 수심에서의 스쿠버 잠수는 다양한 요인으로 인해 안전사고 발생 위험이 크게 증가한다. 따라서, 해저와 같은 깊은 수심에서의 수중 작업은 스쿠버 잠수보다 호흡 기체를 무제한으로 공급받을 수 있는 표면 공급식 잠수가 더 적합한 방식으로 판단된다. 반면, 선체에서의 수중 수색 및 구조 작업에서는 수평 이동이 용이한 스쿠버 잠수가 각종 호스가 연결된 표면 공급식 잠수보다 유리한 것으로 보인다.
현재, 대부분의 잠수사들이 조류에 대응하는 방식은 한국해양조사원에서 제공하는 지역 물때표를 참고하여 고조 및 저조 시간(정조) 전후 약 30분을 기준으로 잠수 계획을 수립하는 것이 일반적이다. 이러한 방식은 해안 근처에서 작업할 경우 비교적 정조 시간을 맞출 수 있으나, 먼 해상에서 잠수 작업을 수행할 경우 물때표를 활용하기 어렵고, 작업이 잠수사의 개인 능력에 크게 의존하는 문제가 발생한다.
이로 인해, 잠수 가능 시간을 정확히 예측하기 어렵고, 적절한 인력 배치가 어려우며, 안전사고 발생 위험이 증가하는 한계가 존재한다. 따라서, 해양 환경과 잠수 작업 여건을 종합적으로 고려한 정밀하고 체계적인 잠수 계획 수립이 필수적으로 요구된다.
7. 결 론
본 연구는 2014년 세월호 침몰 사고 현장에서의 스쿠버 잠수를 효율적으로 계획하고 관리하기 위한 방안을 고찰하였다. 특히, 조류의 영향을 고려하여 스쿠버 잠수의 일별 계획을 수립하고, 안전한 잠수 작업을 위한 체계적인 운영⋅관리 방안을 제시하였다. 이를 위해 조류 예측 데이터(Kim et al., 2023)를 기반으로 잠수 가능 시간을 분석하고, 선체 및 해저 잠수에 대한 구체적인 절차와 운영 방안을 수립하였다.
연구 결과, 조류가 강한 대조기에는 잠수 가능 시간이 하루 4회, 총 260분으로 제한되며, 스쿠버 잠수의 운영이 어렵다는 점이 확인되었다. 반면, 조류가 약한 소조기에는 잠수 가능 시간이 최대 1,180분까지 증가하며, 보다 많은 횟수의 잠수가 가능하였다. 이러한 차이를 고려하여, 대조기와 소조기별로 상이한 잠수 계획과 인력 배치 방안을 적용하는 것이 필수적임을 도출하였다. 또한, 야간 잠수의 비중이 상당히 높으며, 조류 흐름을 정확히 예측하여 야간 작업을 효율적으로 운영하는 것이 중요하다는 점이 확인되었다.
안전한 잠수 운영을 위해 본 연구에서는 무감압 한계 시간을 준수하는 단일 잠수 계획을 수립하였으며, 잠수사의 질소 마취 및 산소 독성 위험을 최소화하는 방안을 마련하였다. 또한, 잠수 그룹을 4명으로 구성하여 2인 1조로 운영하는 짝 잠수 방식이 안전성과 작업 효율성을 동시에 확보하는 데 유리함을 확인하였다. 이를 통해 반복 잠수의 위험을 줄이고, 작업자의 피로도를 고려한 체계적인 순환 인력 배치를 적용할 수 있었다.
세월호 사고와 같은 대규모 해양 재난 현장에서 스쿠버 잠수를 효과적으로 수행하기 위해서는 조류 예측 기반의 정밀한 잠수 계획이 필수적이다. 본 연구에서 제시한 조류 분석 결과를 활용한 잠수 가능 시간 예측 기법은 향후 유사한 해양 사고 대응에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 기존의 경험적 방식에서 벗어나, 과학적 분석을 기반으로 한 잠수 운영 관리 방안을 적용함으로써 구조 작업의 효율성을 극대화하고, 잠수사의 안전을 확보할 수 있음을 확인하였다.
향후 연구에서는 스쿠버 잠수뿐만 아니라 표면 공급식 잠수(Park et al., 2018) 및 무인 수중 탐사 장비(Lee et al., 2022; Jin et al., 2024)의 활용 방안을 함께 검토하여 보다 효과적인 수색 및 구조 작업 전략을 마련하는 것이 필요할 것이다. 또한, 실제 잠수사들의 피드백을 반영한 실증 연구를 수행하여 제안된 잠수 계획과 운영 방안의 실효성을 검증하는 연구가 요구된다. 나아가, 다양한 수리 실험(Lee et al., 2024) 및 수치 해석(Seo et al., 2022; Hwang et al., 2024)을 통해 해양 물리 환경이 잠수사에게 미치는 영향을 분석하고, 인공지능 기술(Kim and Lee, 2022)에 적용⋅활용할 예정이다. 이를 통해 보다 정교한 잠수 계획을 수립하고, 실전에서의 적용 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
Notes
감사의 글
이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(RS-2024-00356327).
