서 론

세계적으로 끌어구에서 혼획저감장치를 개발한 예는 많은데 특히 새우트롤에서 혼획어를 탈출시키기 위해 BRD를 개발하는 경우가 많다. 새우트롤을 위한 혼획저 감장치 개발은 고형의 재료를 이용한 연구 (Coreil, 1985; Isaksen et al, 1992; Madsen and Hansen, 2001)와 그물 등 유연한 재료를 이용한 연구 (Donna et al, 1997; Kendal, 1990) 등이 있다. 고형재료를 이용한 혼 획저감장치와 유연재료를 이용한 혼획저감장치의 성능 을 비교한 연구 (Robert and Stephen, 2007)도 있으며, 고형의 재료와 유연한 재료를 함께 사용하여 혼획저감 장치를 개발한 연구 (Angel and Lilleng, 2001)도 찾을 수 있다. 특히 호주의 해양대학에서는 호주 새우트롤어 업에 적용 가능한 BRD에 대한 설명서 (Eayrs, 2007)를 발간하였다.

새우트롤외의 끌어구에서 BRD의 사용도 전 세계적 으로 일반화 되고 있는데, 공동 연구를 진행하고 있는 아르헨티나의 경우는 메를루사와 새우를 어획할 때 트 롤어구에 BRD의 사용을 의무화하고 있고 캐나다, 미 국, 러시아, 프랑스, 우루과이, 페루 아일랜드 등도 어류 를 예망어구로 어획할 때는 혼획저감장치 사용을 의무 화하고 있다.

우리나라에서는 끌어구에서 혼획을 줄이기 위한 연 구가 많지는 않지만, 새우조망어구에서 혼획을 줄이기 위한 연구로는 장 등 (2014)의 연구가 있고, 국립수산 과학원에서 조사선을 이용한 연구 (Cho et al., 2005; Cho et al., 2008)가 있다. 국제적 관심과 우리나라의 수 산업의 위상에 비해 우리나라에서 끌어구의 혼획저감 장치 연구가 많지 않은 것은 연구를 수행하는데 따른 어려움 때문으로, 트롤어업은 대부분 대형어업으로 실 선을 사용하게 되면 연구비가 많이 소요되는 문제가 있 고, 어업인 스스로도 혼획에 대한 심각성을 자각하지 못하고 있다.

국립수산과학원 (이하 NFRDI, National Fisheries Research & Development Institute)과 아르헨티나 국립 수산연구소 (이하 INIDEP, National Institute for Fishery Research and Development)는 아르헨티나의 어업의 주 요 어종인 메를루사 (merluccius hubbsi)를 어획하는 저 층트롤어구에 적용할 혼획저감장치 (BRD, Bycatch Reduction Devidce)를 연구하고 있다. 연구의 진행은 국 립수산과학원에서 고안된 혼획저감장치에 대해 모형실 험을 실시한 후 그 결과를 보완하여 아르헨티나의 해역 에서 상업선을 이용하여 실물실험을 실시하는 방법으로 진행되고 있다. 본 논문은 공동 연구의 과정 중 국립수 산과학원에서 수행한 모형실험의 결과이다.

재료 및 방법

시험어구 및 탈출 장치

모형실험에 사용된 혼획저감장치 (Fig. 1(b) )는 아르 헨티나 연안에서 메를루사를 어획하기 위한 저층트롤 어구 (Fig. 2)의 끝자루 앞에 장치하기 위한 것으로 Fig. 1의 (a)와 같은 원형을 Tauti의 법칙 (Kim et al., 2015; 장지원, 서두옥, 1982)을 따라 1/5로 축소한 것이다. 모 형어구를 제작한 재료는 모두 원형어구와 같은 것으로 그물은 모두 나일론이며 선별용 그리드들은 PVC관에 강철와이어를 삽입하였다. 그물 각 부위의 그물 등의 원형 장치와 모델 장치의 비를 모두 동일하게 제작하였 고 그 상사법칙에 따른 상사비의 값은 Table 1에 나타 내었다.

실험은 국립수산과학원의 회류수조 (관측창 : 8.0 m×2.8 m×1.4 m (L×W×H), 280ton, 유속 : 0 ~3.0 m/s) 에서 실시되었다. 모형으로 제작된 혼획저감장치를 수 조 속에 고정하고 유속에 따른 혼획저감장치 내부의 유 도그물들과 선별용 그리드들의 형상변화를 디지타이저 (Razer, 0.1mm, DongHyun ST, Korea)로 계측하였다.

유속은 회류수조의 유속을 조절하는 임펠라의 속력 을 90에서 80, 70, 60, 50, 40, 30 RPM (각각 유속 1.15, 1.00, 0.90, 0.80, 0.65, 0.50, 0.39 m/s, 유속계 : VOT– 101A, 0.03 ~ 2.0m/s, Kenek Co, Japan) 순으로 줄이면 서 혼획저감장치의 형상변화를 측정하고 다시 속도를 RPM 30에서 90으로 높이면서 같은 위치를 계측하였 다. 이때, 각 위치는 수면으로부터의 깊이를 X축으로 하고 BRD의 측의 길이 방향을 Y축으로 설정하여, 각 유속에 도달한 후 20초를 기다려 정속이 되었을 때 측 정되었다. 이와 같이 높은 유속에서 낮은 유속으로 그 리고 다시 높은 유속으로 변화시키면서 실험한 특별한 이유는 없으며 실험의 편의를 위한 방법이었을 뿐이다.

모형실험에 사용된 유속을 Tauti의 법칙에 의해 실제 해상에서의 예망속력으로 환산하면 Table 2와 같다. 표 에서 볼드체로 표시된 곳은 메를루사 트롤의 실제 예망 속력 범위로써 평균 4 knot의 속력으로 예망한다.

계측 위치는 Fig. 1의 (b)에 나타낸 다이아몬드, 삼각 형, 원으로 나타낸 곳으로 실제 실험 시에 Fig. 3과 같 았다. 다이아몬드 표시가 된 곳은 장치의 힘줄과 연결 되어 있거나 옆그물에 붙어 있어 유속이 달라져도 위 치의 변화가 없는 곳이고, 원과 삼각형은 각각 선별용 그리드와 유도그물 끝단의 중앙부분을 나타낸 것으로 유속의 변화에 따라 높이의 변화가 나타나는 부위이다.

결 과

Fig. 4는 회류소조의 유속의 증감에 따른 모형 혼획 저감장치의 선별용 그리드와 유도그물의 움직임을 표 시한 것이다. 모든 유속에서 모형 혼획저감장치는 설계시의 형상을 유지 하지 못했으며 유속의 변화에 따라 침하부상을 하는 부위가 있었다. 모형 혼획저감장치에 서 고정되지 않은 부위인 상부 선별용 그리드 (Fig. 3의 원 1과 2), 하부 선별용 그리드 (Fig. 3의 원 3, 4), 유도 그물 (Fig. 3의 삼각형 1과 2)은 유속이 빨라지면 수표 면으로 상승하고 유속이 느려지면 수조 바닥으로 침강 하는 일반적인 움직임을 보였다. 특히 상부의 선별용 그리드가 유속변화에 따라 부상과 침하의 폭이 가장 컸다.

Fig. 5는 유속의 변화에 따른 상부 선별용 그리드의 위치 변화를 나타낸 것이다. 그래프에서 ‘upper grid 1’ 과 ‘upper grid 2’는 상부 선별용 그리드의 중앙 양끝단 으로 Fig. 3의 원형 1과 2이다. 본 그래프를 보면 상부 의 선별용 그리드는 그물 옆면에 고정되어 있기 때문에 유속이 증가하거나 감소하게 되면 그리드의 중앙 부위 만 부상과 침하 운동을 하게 된다. 즉 그리드의 중앙부 위가 유속이 감소하면 천천히 수조의 바닥 쪽으로 가라 앉다가 유속 0.65 m/s에서 급격히 아래로 떨어지는 것 을 알 수 있고 유속이 증가하면 다시 천천히 수표면으 로 부상하다가 유속이 0.90 m/s이 되면 급격히 상승하 는 것을 보여준다. 유속을 감소시키는 경우에는 0.80 m/s에서 상부의 선별용 그리드가 – 30 cm 부근에 위치 했는데, 낮은 유속에서 유속을 높이는 경우에는 0.9 m/s가 되어서야 그리드가 수심 –30 cm 부근까지 상승 하였다.

Fig. 6은 하부 쪽을 향해 있는 유도그물을 따라 해저 방향으로 지나가는 작은 어류의 탈출을 돕기 위해 만들 어진 선별용 그리드의 움직임을 계측한 데이터이다. 본 결과도 상부의 선별용 그리드와 같은 움직임을 보이지 만, 최고로 상승했을 때와 가장 가라앉았을 때의 차이 가 2 cm 로 실제 해상에서 원형의 장치로 환산하면 10 cm가 되었다.

Fig. 7은 두 유도그물의 유속에 따른 움직임을 계측 한 것으로 앞의 두 그리드와 같이 빠른 유속에서는 상 승하고 느린 유속에서는 상대적으로 가라앉았으며, 유 속이 느려질 때보다 유속이 증가할 때 두 유도그물 모 두 상승폭이 컸다.

고 찰

그리드의 중앙부위가 유속을 감속시키는 경우에는 0.65 m/s 인 경우에 급격히 침강하고, 유속을 증속시키 는 경우에는 0.9 m/s에서 급격히 상승하여 그 유속차가 크게 나타나는데 이것은 그리드가 침강력을 가지기 때 문에 상승하는 것보다 침강하기 쉽기 때문이다.

Fig. 8은 회류수조의 유속이 각각 0.39 m/s 와 1.15 m/s 인 경우의 사진이다. 두 사진 모두 그리드들과 유 도그물들이 모두 면으로 보이는데, 설계도와 같이 전개 되었다면 이들 모두가 선으로 보여야 한다. 그러나 이 렇게 면으로 보이는 이유는 이전 연구 (Isanksen et al., 1992; Losssius, 1997; Mitchell et al., 1995; Matsushita et al., 2005)에서는 선별용 그리드가 가로 방향으로도 변형이 없는 일체형의 고형 구조물을 사용하였지만, 본 연구에 사용된 혼획저감장치의 선별용 그리드들과 유 도그물들은 장치의 가로 방향으로 형상이 고정되어 있 지 않기 때문이다. 장치 내부의 그리드들과 유도그물들 은 저항을 받으면 가로로 구배가 발생하게 되고 이에 따라 장치의 가로 폭이 줄어들게 되는 것이다. 특히 하 부의 선별용 그리드는 와이어를 포함하고 있어 무겁고 유체와 만날 때 힘이 아래로 가도록 설계 되어 있어 장 치의 폭을 줄이는 현상을 가중하게 되는 것으로 판단된 다. 이러한 현상은 혼획저감장치가 장치의 앞부분인 몸 통그물과 뒷부분인 자루그물보다 폭이 좁아지게 된다 는 것을 의미한다

이러한 구배의 발생에 따른 가장 큰 문제점은 하부의 선별용 그리드가 Fig. 4와 같이 유속과 관계없이 해저 와 일직선상에 놓이게 된다는 점이다. 앞선 연구들 (Isasksen et al., 1992; Kim et al., 2008; Lossius, 1997; Matusushita et al., 2005)에 의하면 선별용 그리드의 각 도가 혼획어 등의 탈출에 중요한 역할을 한다. 본 연구 에서 제시한 장치와 같이 유도그물이 있는 경우는 선별 용 그리드와 유도그물의 각도가 중요하다. 본 장치는 이 각도를 65°가 되도록 설계되었다. 그러나 모형실험 에서의 결과에 따라 이들 관계는 벡터의 관계 정의에 의해 아래의 식에 의해 구할 수 있는데, 하부의 선별용 그리드와 유도그물의 각도는 2° 내외로 거의 나란하다

EQ

하부의 선별용 그리드와 유도그물의 위치 관계에 비 해 큰 각도를 가지는 상부의 선별용 그리드와 유도그물 의 각도도 앞의 벡터의 정의에 의하면 14 ~ 15°사이 밖 에 되지 않아 앞선 연구들 (Kim et al., 2008)에서 제시 하는 30 ~ 60°에 미치지 못한다. 유속이 느린 경우에는 선별용 그리드가 밑으로 쳐져서 유도그물과 교차하기 때문에 유속이 빠른 경우에 비해 어류가 선별용 그리드 를 만날 확률이 커지기는 하지만 아르헨티나의 메를루 사 트롤어구의 평균 선속이 4k’t을 모형실험으로 환산 하면 0.9 m/s가 되기 때문에 상부의 선별용 그리드는 과도하게 부상하여 거의 직선으로 통과한 어류와 만날 확률이 낮아진다.

본 혼획저감장치를 설계시의 모양으로 유지하기 위 해서 하부의 선별용 그리드의 처짐을 감소시키기 위해 서 실험에 사용한 메탈소재보다 가벼운 재료를 사용하 는 방법으로 일부 개선 할 수 있을 것으로 판단된다.

앞선 연구들에서 보면 선별용 그리드를 그물을 이용 하거나 (Cho. et al., 2008; Kim et al., 2008), 고무재질을 이용하는 경우가 (Angel and Lilleng, 2001) 있어 이를 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

그러나 소재를 가벼운 것을 사용하더라도 선속이 빠 르면 선별용 그리드와 유도그물은 구배를 만들 수밖에 없는데 설계시의 모양을 유지하거나 이들 간의 일정한 각도를 유지시키기 위해 서로를 연결할 필요가 있다.Fig. 9는 그 방법을 나타낸 것이다. 먼저 정상 예망 중 에 상부의 선별용 그리드와 하부의 선별용 그리드는 각 각 해표면과 해저로 반대방향으로 밀려나가기 때문에 서로를 355mm의 줄로 연결하면 힘의 균형을 찾을 수 있을 것이다. 이때 구배가 생기는 것을 감안하여 줄의 길이를 177mm 로 하여 세 부분을 잡을 필요가 있다. 어류가 두 선별용 그리드를 만나지 못하고 그 사이로 통과하는 것을 최소화하기 위해 유도그물을 배치할 필 요가 있는데, 현재의 방식으로는 유도그물이 어구의 길 이방향과 수평을 이루기 때문에 각각의 유도그물의 끝 부분이 선별용 그리드의 시작 부위를 향하도록 조정이 필요한데, 두 선별용 그리드를 서로 연결한 것과 같이 각 유도그물의 끝 부분에서 줄을 내어 선별용 그리드와 연결하는 방법을 사용할 수 있다.

모형실험을 통해 개발된 혼획저감장치의 구조적 결함 이 도출되었다. 도출된 구조적 결함을 수정하여 추후에 아르헨티나에서 해상시험을 실시할 계획이며, 해상시험 시 수중카메라를 설치하여 본 논문에서 제시한 방법들 이 해결책으로 작용할 수 있는지를 검증할 계획이다. 비 록 본 연구에서 실험된 혼획저감장치가 아르헨티나의 상업선에서 사용될 장치라고 할지라도 우리나라에서는 상업선을 연구에 활용하는 것이 힘들기 때문에 상업선 을 이용한 실험을 통해 연구자는 혼획저감장치 개발에 대한 경험을 쌓을 수 있고, 기본적으로 끌어구는 그 운 용이 크게 다르지 않으므로 본 연구의 결과를 우리 어 업에도 필요시 적용할 수 있을 것으로 기대된다

결 론

본 연구는 아르헨티나 연안에서의 메를루사 치어의 혼획을 저감하기 위한 BRD (Bycatch Reduction device)의 수중 형상을 예측하기 위한 것으로 실물어구 의 1/5모형을 실험을 회류수조에서 실시하였다. 유속을 감속시키는 경우와 증속시키는 경우에 따라 상부의 그 리드가 부상하는 유속이 달랐는데 유속을 감속시키는 경우는 0.8 m/s (실제 환산유속 3.46 m/s) 까지 그리드 가 부상한 상태를 유지하였고, 유속을 증속시키는 경우 는 0.9 m/s (실제 환산유속 3.89 m/s)에서부터 그리드가 부상하였다. 유속의 증감과 관계없이 실제 해상의 예망 속력에 해당되는 유속보다 느린 경우에는 상부의 유도 망과 상부의 그리드가 만나기 때문에 그리드를 통해 어 류가 탈출할 수 있을 것으로 판단되었지만, 유속이 실 제 해상의 예망속력에 이르면 상부의 그리드가 유도망 과 이격이 많이 생겨 탈출 성능이 낮을 것으로 판단되 었다. 하부의 그리드는 자체의 하중으로 유속과 상관없 이 항상 바닥에 가라앉아 있어 작은 어류의 탈출이 어 려울 것으로 판단되었다.