서 론

최근 전 세계적으로 해파리 (jellyfish)의 대량 발생이 빈번하게 일어나고 있다. 이로 인하여 수산 자원 측면 에서 해파리의 대량 섭식으로 인한 어류 자원의 먹이 감소로 어획량에 영향을 주고, 경제적으로는 연안 어망 의 손실 및 해수를 사용하는 임해 산업시설에 직접적인 피해를 유발하고 있다 (Kang et al. 2010). 우리나라의 경우에도 해파리의 대량 발생에 따른 직·간접적인 피해 액은 2013년 해양수산부 국정감사 자료에 의하면 연간 약 3,000억 원에 이른다고 추정하고 있을 정도로 그 피 해가 막대한 편이다.

해파리는 수산업에 막대한 피해를 주고 있을 뿐만 아 니라 해수욕장에 진입하여 여름철마다 해수욕객의 쏘임 사고를 발생시켜 사회적 문제를 야기 시키고 있다. 특히 2012년에는 서해 을왕리 해수욕장에서 해파리 쏘임으 로 인하여 여아가 사망하는 사고도 발생하였다. 국내 해수욕장에 유입되는 해파리는 주로 대형종인 보름달물 해파리 (Moon jellyfish, Aurelia aurita)와 노무라입깃해 파리 (Nemopilema nomurai)이고, 불연속적으로 맹독성 이면서 소형 개체인 커튼원양해파리 (Dactylometra quinquecirrha), 라스톤입방해파리 (Carybdea rastoni) 등이 있다. 해운대 해수욕장인 경우, 해파리에 의한 해 수욕객의 쏘임 사고는 2007년 650건, 2009년 634건, 2012년 1,317건으로 해마다 증가하고 있는 실정이다 (Park et al., 2014).

해파리에 대한 연구로써 해파리의 분포 및 현존량을 추정하기 위한 해파리의 계측 기술 개발 (Hirose et al,. 2005; Hirose et al., 2007; Lee et al., 2007; Hirose et al., 2009; Lee and Hwang, 2009; Yoon et al., 2010). 그 리고 해파리로 인한 어업피해 방지를 위한 해파리 분리 배출 장치 (Matsushita and Honda, 2006; Kim et al., 2008; Park et al., 2010)도 개발 등의 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 반면 해파리로 인한 어업피해를 저감 시키기 위해 예망어구를 이용한 해파리 절단 연구 (Park et al., 2015)를 제외하고는 거의 없는 실정이다.

본 연구는 매년 1천만명 이상 해수욕객이 사용하는 해운대 해수욕장 내로 해파리의 유입을 저감시켜 안전 을 확보하기 위한 하나의 수단으로써 해파리 차단망을 설치하였다. 해수욕장 내에 2단 구조로 설계 및 제작된 해파리 차단망에 대한 수중 안정성 및 원격 감시 시스 템의 성능을 분석한 결과를 보고하고자 한다.

재료 및 방법

설치해역 해저 및 해양 특성 조사

해운대 해수욕장 내 해파리 차단망 (jellyfish sting protection net)이 설치될 해운대 해수욕장의 해저 지형 확인을 위해서 다방향 음향 측심기 (Multibeam 7101-ST, Denmark)를 이용하여 해저면 조사를 실시하였다 (Fig. 1). 해저면 조사시 조사 측량 라인은 총 20개이며, 라 인 간격은 40 m였다. 수집된 음향 자료는 후처리 소프 트웨어 (Fledermaus visualization 7.0, USA)를 이용하 여 자료 처리 후 3차원으로 구현하여, 차단망 선정 위 치를 설정하였다. 해운대 해수욕장 내 차단망 설치 및 운영시 영향을 주는 환경 요소인 유속 및 조석은 국립 해양조사원 인터넷 제공 자료 (KHOA)를 활용하였다.

해파리 차단망의 구조 및 규격

해수욕장에 해파리 유입 저감을 위한 해파리 차단망 은 2014년 6월 28일부터 9월 10일까지 해운대 해수욕 장에 설치 및 운영하였다. 해파리 차단망의 모양 및 규 격은 Fig. 2와 Table 1에 도식화 및 기술하였다. 차단망 의 길이는 해운대 조선호텔에서 미포항 입구까지의 거 리 (1,400 m)를 고려하려 제작하였고, 해수욕객의 인명 구조 활동을 위한 선박 통항로 2개를 조선호텔과 미포 항의 외측 (100 m)에 설치하였다 (Fig. 4). 해운대 해수 욕장의 만조시 수심은 수변부인 내측의 조선호텔과 미 포항에서 100 m 외측까지는 2 m 내외였고, 중앙부는 최대 6 m 였다. 따라서 차단망의 높이는 파도에 의한 해파리 차단망 하부가 해저로부터 이탈을 고려하여 수 변부와 중앙부를 각각 3 m와 7 m로 제작하였다. 또한 차단망 형태는 어류가 그물코에 꽂히는 것을 방지하고, 소형 개체의 해파리 유입저감을 동시에 고려한 2단 구 조로 설계하여 제작하였다. 차단망의 그물실 재질 및 굵기는 상부와 하부 모두 PE 230Td 120합사 (직경 2.1 mm)이고, 상부와 하부 그물의 망목 크기는 각각 75 mm와 150 mm로 정하였다. 이들 그물감의 부력 (F)은 식 (1)을 이용하여 계산하였다.

여기서, W는 공기중 무게 (kg), C는 PE의 비중 0.95 이다.

해파리 차단망 1폭의 뜸줄과 발줄의 길이는 각각 200 m와 208 m였다. 이는 파도에 의해 그물감이 부자 에 얽히는 순대말이 (tangling of net) 현상을 방지하기 위해 뜸줄보다 발줄의 길이를 8 m 더 길게 하였다. 차 단망의 성형률은 뜸줄과 발줄측의 길이 방향을 모두 70%로 하였으며, 깊이 방향을 60% 로 제작하여 파도 에 의해 그물에 미치는 수직 방향의 충격을 10 % 정도 저감하였다. 이는 그물감의 가로와 세로방향의 상형률 을 각각 X, Y라 할 때 주름없이 그물감을 펼쳐지기 위 해서는 X²+Y²=1이 성립되기 때문이다. 뜸은 부력이 3.54 kg인 고압 부이를 3 m마다 PP ø 21.0 mm의 땋은 로프에 1개씩 부착하였으며, 30 m 마다 부력이 92 kg 인 스티로폼 부이를 부착하였다. 발돌은 공기 중 중량 이 350 g인 납을 25 cm 마다 PP ø 24.0 mm의 로프에 부착하였으며, 납의 침강력 (G)은 식 (2)를 이용하여 계 산하였다.

여기서, W는 공기 중 무게 (kg), C는 납의 비중 11.34 이다.

PE 그물감의 비중이 0.95인 점을 감안하여 수중에서 그물코의 전개가 용이하도록 ø 14.0 mm의 연심로프 를 그물 폭 6 m 지점에서 길이 방향으로 연결시켰으며, 연심로프의 침강력 (G)은 식 (2)를 이용하여 계산하였 으며, 비중은 1.38이다.

해파리 차단망은 모래 멍 (sand bag)을 사개줄과 연 결하여 해저면에 고정시켰다(Fig. 3). 모래 멍은 포대 1 개에 50 kg의 모래를 넣은 후, 포대의 수량을 조절하여 각각 500 kg와 1,000 kg로 제작하였다. 제작된 모래 멍 은 해파리 차단망을 기준으로 해수욕장 내측과 외측에 30 m 간격으로 각각 500 kg와 1,000 kg를 투하하였으 며, 멍줄의 길이는 수심을 고려하여 내측과 외측 각각 수심의 2배인 10 m와 3배인 15 m 로 차단망과 멍을 연 결하였다.

멍줄의 수평 고정력 (Horizontal force, R)은 식 (3) – 식 (6)을 이용하여 계산하였다.

여기서, A는 모래 멍의 공기 중 중량, W는 모래 멍의 수중 중량, C는 비중 (7.79)이다. 그리고 k는 수심을 기 준으로 멍줄의 길이 비를 수치화 한 것으로 내측과 외 측 수심의 2배와 3배인 각각 0.866와 0.939였다.

Fig. 5는 해운대 해수욕장에 설치된 해파리 차단망의 모식도와 실측 사진으로 해파리 차단망의 좌, 우측에는 인명 구조 활동을 위한 선박 통항로를 만들었다. 선박 통항로는 체인을 이용하여 해파리 차단망의 사개줄과 연결한 후, 체인을 중심에 두고 좌, 우로 총 중량 6,000 kg의 모래 멍을 투하하여 고정하였다. 해파리 차단망의 설치시 사개줄의 고정과 모래 멍의 투하 후 그물을 1폭 씩 항을 치면서 연결시켰다. 또한 차단망 설치 30일 후 부력을 보강을 위해서 100 L의 스티로폼 부이를 30 m 간격으로 추가 설치하였다.

조류에 의해 해파리 차단망에 걸리는 장력 (R)은 식 (7) – 식 (9)을 이용하여 계산하였다. 차단망의 크기 (An)와 투영 면적 (At)은 각각 식 (7), 식 (8)로 나타낼 수 있다.

여기서, L은 그물의 길이 (m), H는 그물의 높이 (m), Ek는 single knot의 계수 값인 1.1 (Pridman, 1986), Dt 는 그물실의 굵기인 2.1 mm, ml는 그물코의 길이로 상 부와 하부 각각 75 mm와 150 mm, E 1와 E 2는 가로 와 세로방향의 성형률로 각각 70%와 60% 이다.

해파리 차단망에 걸리는 장력 (R)은 식 (9)로 나타낼 수 있다.

여기서, C는 영각이 90°일 때 저항계수 (1.4), ρ는 해 수밀도 (105 kg ․sec²/m⁴ ), V는 유속 (0.8 m/sec)이다.

해파리 차단망의 안정성 확인을 위해서는 차단망에 걸리는 장력을 측정하여야 한다. 따라서 차단망에 걸리 는 장력을 측정을 위해 자체 제작한 해파리 차단망 원 격감지 시스템을 설치하였다. 해파리 차단망에 걸리는 장력 측정부터 데이터의 수집까지 해파리 차단망 원격 감지 시스템은 크게 측정부와 데이터 변환부 (A/D converter) 및 송·수신부로 구성되었다 (Fig. 6). 장력계 (TS-AMP, korea)는 최대 5,000 kg까지 측정 할 수 있 으며, 측정된 값은 OP-AMP를 통해 증폭되고, 이 신호 는 데이터 변환부 (Micom , ATMEGA328)를 통해 아 날로그 신호를 약 1.95 배 (5,000 kg/2,560) 단위로 디 지털화 된다. 이 때, 디지털화된 신호는 10 초 단위로 10 회 측정하여 데이터를 축적한 후 10 분 단위로 최대 값을 송·수신 하도록 하였다.

장력을 측정을 위한 장력계는 해파리 차단망의 중앙 부에 해파리 차단망을 기점으로 해수욕장 내측과 외측 수심 약 3 m에 설치하였다 (Fig. 7). 장력계에 수집된 자료는 무지향성 안테나 (Radio buoy, 주파수 424 MHz, 통신거리 2 km, 데이터 전송속도 1,200 bps, 소 비 전류 30~50 mA)를 수면 위 (1.5 m)에 설치하여 전 송하였다. 시스템 운영을 위한 전원은 스테인리스 관 (stainless pipe, 직경 150 mm) 내부에 12 V/200 A의 배터리를 삽입하여 고정 후 이용하였다. 수신기는 장력 계가 설치된 지점으로부터 약 700 m 떨어진 해운대 해 수욕장 관리사무소에 설치하였다. 설치 기간은 2014년 7월 23일부터 7월 30일까지 7일간 운영하였다.

결과 및 고찰

해운대 해수욕장의 해저지형

해파리 차단망 설치를 위해 2014년 6월 5일 만조시 해운대 해수욕장 주변에서 다방향 음향 측심기를 이용 하여 해저지형을 측정하였다 (Fig. 8). 차단망이 설치될 해운대 해수욕장의 수심 범위는 2-15 m로 해안에서 멀 어질수록 수심이 증가하는 경향을 보였다. 해저 경사는 동백섬 전면 해역에서 외해로 갈수록 0.96°로 완만하게 깊어진 반면에 미포항 전면 해역은 3.15°로 상대적으로 급격한 수심 변화를 보였다. 또한 해수욕장 중앙부로 갈수록 암반으로 인한 복잡한 수심 분포를 보였다. 해 파리 차단망이 설치될 지역의 수심은 조선호텔과 미포 항 부근에서 2 m 내외였으나 중앙부로 갈수록 깊어져 최대 5 m까지 측정되었다. 조사해역의 저질은 미포항 부근의 암반을 제외하고 주로 사니질대로 나타났다.

해파리 차단망의 외력 추산

해파리 차단망의 사개줄에 부착된 고압 부자 (367개) 와 스티로폼 부자 (70개)의 개당 부력은 각각 3.54 kg 와 91.94 kg이며, 이들 부자의 총 부력은 약 7,826 kg 였다. 해파리 차단망의 그물감으로 사용된 PE 230 Td 120합사 망목 75 mm 및 PE 230 Td 120합사 망목 150 mm으로 공기 중 무게는 각각 2,830 kg, 2,040 kg 였다. 따라서 PE 그물감 자체의 비중 (0.95)을 고려한 그물감 의 부력은 각각 149.0 kg와 107.4 kg으로 나타났다. 즉 그물감은 침강력보다 부력이 높아 수면에 뜨는 것으로 계산되었다. 이들 그물감을 수중에 가라앉히기 위해 그 물의 깊이 6 m에 연심로프를 직선으로 연결하였으며,

또한 최 하부의 발줄에는 25 cm 마다 납 (350 g)을 부 착하였다. 연심로프와 납의 침강력은 각각 48.7 kg와 1,803 kg으로 계산되어 총 침강력은 1,852 kg으로 그물 감의 부력보다 7배 높았다. 따라서 연심로프는 그물감 이 수면으로 뜨는 것을 완전히 억제할 수 없었지만 그 물감을 수중으로 가라앉히는 완충역할을 하였고, 발줄 에 연결된 납에 의해 해저바닥으로부터 이탈되지 않은 것으로 판단된다. 반면에 정조시 연심로프가 없을 경 우, 수심 4-5 m 지점에서 여유분의 그물감 2-3 m는 수 면에 뜨게되고, 순대말이 현상이 지속적으로 발생되어 부력이 감소하여 해파리 차단망으로서의 기능이 상실 될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 그물감의 높 이 6 m 위치에 연실로프를 길이 방향으로 부착한 결과, 순대말이 현상은 발생되지 않았을 뿐만 아니라 차단망 을 철거한 후 확인 결과 그물코에 어류가 걸린 흔적은 발견되지 않았다.

해파리 차단망은 사개줄의 양 끝단을 암반에 고정시 키고, 해수욕장 내측과 외측에 모래 멍을 각각 24,000 kg (48개)와 48,000 kg (48개)를 투하하였다. 해수욕장 내측과 외측 해파리 차단망의 수평 고정력은 각각 19,183 kg과 39,286 kg 이었다. 창조시 최대 유속 0.8 m/sec에 의한 상부와 하부의 해파리 차단망에 걸리는 수직저항은 각각 19,318 kg와 12,419 kg로, 총 저항은 사개줄의 고정력 39,286 kg의 80.8%인 31,736 kg으로 나타난 것으로 보아 조류에 의한 해파리 차단망이 해수 욕장 내로 진입하는 것을 억제 할 수 있었다. 또한 낙조 시 최대 유속 0.4 m/sec에 의한 상부와 하부의 해파리 차단망에 걸리는 수직저항은 각각 4,829 kg와 3,105 kg 이었다. 따라서 해파리 차단망에 걸리는 총 저항은 사개 줄의 고정력 19,183 kg의 41.4%인 7,934 kg으로 계산되 어 조류에 의한 해파리 차단망이 해수욕장 외측으로 밀 려 나가는 것을 방지하는데 충분하였다고 사료된다.

해파리 차단망의 모니터링

2014년 7월 23일부터 7월 30일까지 해운대 해수욕장 의 유속을 Fig. 9에 나타냈다. 유속의 변동은 7월 23일 (음 6월 27일, 4물)의 경우 05시와 12시에 0.08 m/sec으 로 최소 유속, 09시와 17시에 각각 0.34 m/sec와 0.56 m/sec로 최대 유속이 나타났다 (Fig. 9). 이러한 경향은 7월 26일까지 유지되었고, 동일 18시에 0.72 m/sec로 조사기간 동안 최고의 유속을 보인 후 7월 28일부터 감 2014년 7월 23일 12시부터 7월 30일 23시까지 8일간 해파리 차단망의 중앙부에서 해파리 차단망의 외측과 내측에서 측정된 장력값을 Fig. 10과 Fig. 11에 나타냈 다. 해수욕장 외측 장력은 약 6시간 간격으로 최고와 최저값이 나타났지만 (Fig. 10), 내측에 설치된 장력은 불규칙하게 측정되었다 (Fig. 11). 이는 해파리 차단망 외측의 장력은 유속의 변동에 따라 해파리 차단망 장력 에 영향을 주었고, 내측의 경우 해수욕장으로 유입된 해수가 외측으로 불규칙하게 빠져나갔기 때문이라고 판단된다. 따라서 해파리 차단망 장력에 대한 모니터링 을 실시하기 위해서는 차단망 외측에 장력계를 설치하 여 모니터링 할 필요가 있다.

해운대 해수욕장의 유속과 해파리 차단망의 최대 장 력과의 관계는 최고 유속을 나타내었던 시간과 해파리 차단망 모니터링 시스템에서 측정된 최대 장력을 나타 내는 시간은 유사하였다 (Table 2). 조사기간 동안 해파 리 차단망의 최대 장력은 유속 0.72 m/sec일 때 약 4,100 kg이 나타났다. 식 (10)를 이용한 장력이 미치는 그물의 범위를 추정 결과 면적은 96.2 m²으로 나타났 다. 이는 만조 수심이 6 m 일 경우, 길이 방향으로 16 m 지점까지 장력이 미치는 것으로 추정된다. 따라서 본 결과를 통한 정확한 실측 검토를 위해서는 일정한 간격으로 다수의 장력계를 설치하여 측정할 필요가 있 는 것으로 사료된다.

여기서, C d 는 저항계수 (1.1), ρ 는 해수밀도 105 kg·sec²/m⁴, V 는 유속 0.72 m/sec이다.

결 론

해운대 해수욕장에 진입하는 해파리를 저감시키기 위해 2014년 6월 28일부터 9월 10일까지 해파리 차단 망을 설치하였고, 안정성 확인을 위해서 조류 및 조석 의 변동에 의해 차단망에 가해지는 장력을 측정하였다. 장력 측정을 위해서 해파리 차단망 감시 시스템을 구축 하여 해파리 차단망에 설치된 장력계로부터 700 m 떨 어진 육상에서 측정된 장력값을 10분 단위로 수신하였 다. 해파리 차단망은 2단 구조로 제작되었으며, 상부와 하부는 각각 PE 230 Td 120합사 망목 75 mm와 PE 230 Td 120합사 망목 150 mm으로 제작하였고, 차단망 은 모래 멍을 30 m 간격으로 투하하여 고정하였다. 차 단망의 가로와 세로방향의 성형률은 각각 70%와 60% 로 구성하여 파도에 의해서도 파망되는 경우가 발생하 지 않도록 하였으며, 또한 순대말이 현상이 발생하지 않도록 발줄의 길이를 뜸줄보다 4% 더 길게 하고, 그물 폭 6 m 지점에서 길이 방향으로 연심로프를 부착하였 다. 그 결과 순대말이 및 파망 현상이 발생되지 않았으 며, 조류에 의해 차단망이 밀리는 현상도 발생되지 않 았다. 조사기간 동안 해파리 차단망 외측의 최대 장력 은 4,100 kg으로 측정되었다. 해파리 감시시스템에서 수신된 최대 장력 시간과 최고 유속 시간은 동일한 시 간대로 나타났다. 본 연구는 해수욕장으로 유입되는 해 파리를 저감시키기 위하여 해운대 해수욕장에 설치한 차단망에 대한 보고 결과로 해파리에 대한 해수욕객의 안전을 위한 기초 결과로 활용 될 것이다.