서 론

최근 바다 깊숙이 묻혀 있는 해양 자원을 탐사하여 시추하거나 정제하여 동력원으로 이용하기 위한 설비인 해양플랜트에 대한 관심이 높아지고 있으며, 대표적 심 해 원유가스 시추선인 드릴십 (Drillship)과 생산·저장· 하역설비인 부유식 생산용 해양플랜트 FPSO (Floating Production Storage Off-loading) 등의 시설이 세계적으 로 늘어나는 추세이다.

1947년 시작된 해양시추는 과학기술의 발전으로 신 속하고 안전하게 작업할 수 있는 환경이 되었지만, 선박 의 대형화 및 시추 장비의 발달로 인해 수중으로 방사되 는 소음 또한 증가하였다 (Lee et al., 2014). 미국의 천연 자원보호협회 (Natural Resources Defense Coumcil, NRDC)에 따르면 선박 및 해양 구조물에서 발생되는 수중소음은 해양 생물의 장기적인 행동변화에 영향을 미치며 이러한 변화는 생존의 위협요소가 될 수 있으며, 시추작업 중 발생되는 수중소음 또한 해양 생물의 서식 환경에 많은 영향을 주고 있어 관련 연구가 지속적으로 진행되고 있다 (Gales, 1982; Mcauley, 1998; Erbe, 2012; Sigray, 2012).

국내의 경우 1972년 제5광구 시추작업을 시작으로 2016년까지 약 40년에 걸쳐 탐사 및 유정 평가 (Lee, 2004)가 이루어졌으며, 이러한 결과를 바탕으로 2004년 울산에서 58 km 떨어진 해상에 동해-1 가스전을 건설하 여 천연가스와 초경질원유를 생산하고 있다. 이런 오랜 역사에도 불구하고 해양플랜트 주변 생물의 서식에 관 한 직접적인 연구는 없었으며, 유사 연구로는 선박의 수중소음이 수중생물체에 미치는 영향, 수중소음에 따 른 해양생물 피해영향범위 등이 있다 (Yoon et al., 2006; Ha et al., 2012; Lee et al., 2014). 따라서 본 연구는 해양플랜트 중 반잠수식 시추선이 시추작업을 할 경우, 주변 해역에 서식하는 해양생물에 미치는 영향에 대한 기초자료를 수집하기 위하여 시추선에서 수중으로 발생 되는 방사 소음과 선체 주변의 방사 조도를 정량적으로 분석하여 시추선 주변에 분포하는 어류에 미치는 영향 에 대하여 고찰하였다.

장치 및 방법

해양플랜트

본 연구에 이용된 해양플랜트는 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 1984년 대우중공업에서 건조한 반잠수식 시추선 (Semi-submersible drilling rig)을 이용하였으며, 주요 제 원은 Table 1과 같다. 반잠수식 시추선은 자체 추진력이 있는 이동식 선박으로 시추 작업을 위해 선체를 일정수 심 만큼 가라앉힌 후 앵커를 이용하여 선체를 고정해 어떠한 해상 조건에도 위치의 변동 없이 작업을 할 수 있는 특징이 있다. 본 연구에 이용된 시추선의 경우 선체 노후화 및 효율성 문제로 인해 2011년에 추진기를 철거 하여 사용하고 있다.

수중소음

수중소음 측정은 Fig. 2와 같이 남중국해 말레이시아 해역 (1°29.8′N, 104°21.9′E)에서 총 2회에 걸쳐, 대기 기간 (stack and maintenance) 동안 시추작업 시 가동되 는 조건과 동일하게 Table 2와 같이 주발전기 3대, 시추 설비인 Top drive, 주갑판 통풍 팬 6대를 구동한 상태와 시추선 주변의 환경소음을 측정하기 위하여 주발전기 및 비상발전기를 모두 정지한 상태를 인위적으로 구성 하여 측정하였으며, 시추선에 설치된 크레인에 측정용 바스켓을 설치하여 좌현 수면에서 시추선과의 거리 약 10 m, 심도 5 m에서 수중음압계 (icListen HF SB2-ETH, Ocean sonics, Canada) 및 데이터 레코더를 이용하여 수 중음압을 측정하였다. 저장된 데이터는 실험실에서 후 처리 분석 소프트웨어 (Lucy 4.3 ver, Ocean sonics, Canada)를 이용하여 주파수 분석을 하였다. 측정 시 천 후는 구름 조금이었고, 해상파고는 1.0~1.5 m, 풍향․풍속 은 북동에서 8~12 kt (knot) 정도의 산들바람이 불고 있 었고, 2.0 kt 정도의 빠른 유속으로 인해 수중음압계가 날리는 것을 확인할 수 있었다.

수중조도

일반적으로 시추선은 야간작업의 편의성 및 시계가 좋지 않은 날의 시인성 확보를 위해 등화 (400 W, 고압 나트륨등, Osram)를 24시간 점등하고 있고 등화의 일부 가 해면 쪽으로 향하고 있다. 시추선 주변 조도는 Pendant light data logger (UA-002-64, Onset) 수중조도 계를 사용하여 선수, 선미, 좌현 그리고 우현 4곳에서 측정하였다. 수면 위 1 m, 그리고 각 수심 1 m마다 5분 간 측정을 하였으며 수면으로 향하는 등화의 위치는 Fig. 3에 점 (●)으로 나타내었다.

어획조사 및 무인잠수정 (ROV) 관측자료

시추선 주변의 어류 분포 확인을 위해 Fig. 4와 같이 1.5 m×1.5 m×1.5 m, 20 cm (출입구)의 정육면체 시험 통발 어구를 제작하여 시추선이 정박중인 말레이시아 해역에서 Fig. 3에 나타낸 것과 같이 Moonpool 구역에 설치하여 조사하였다.

2016년 4월 7일, 10일, 15일 총 3회에 걸쳐 실시였는 데, 7일과 10일에는 저층 어류의 분포특성을 파악하기 위하여 어구를 수심 20 m 해저까지 내려서 설치하였고, 15일에는 표․중층 어류의 분포특성을 파악하기 위하여 심도 5 m에서 시험어구를 24시간 동안 침지 후 양승하 여 어획물을 조사하였다.

또한 시추작업 중 시추선 주변의 어류 분포를 확인하 기 위해 Fig. 5와 같이 시추선에 탑재된 무인잠수정 (Remotely Operated Vehicle : ROV, Subsea7 UK)을 이 용하여 울산에서 남동쪽으로 58 km 떨어진 시추작업 해상 (35°22.4′N, 130°00.8′E)에서 관측하였다. 이때 수 심은 140 m 내외, 시추 심도는 2,496 m, 시추작업 기간 은 2015년 12월 7일부터 2016년 2월 1일까지였으며, 관 측된 113회의 영상을 이용하여 시추작업 공정별로 나누 어 어류의 출현 정도를 분석하였다.

결과 및 고찰

시추선 주변의 수중소음

시추작업 시 가동되는 조건과 동일하게 주발전기 3 대, 시추설비인 Top drive, 주갑판 통풍 팬 6대를 구동한 상태와 시추선 주변의 환경소음을 측정하기 위하여 주 발전기 및 비상발전기를 모두 정지한 상태에서 측정한 수중소음을 주파수 분석한 결과는 Fig. 6과 같다.

Fig. 6에서 나타낸 것과 같이 시추작업 시 수중소음의 최댓값은 156.25~187.50 Hz에서 130 dB/μPa이었고, 주 변 배경소음과 비교하여 시추작업 시 수중소음은 31.25~187.50 Hz까지 20 dB/μPa 이상 높았으나, 그 후 차이가 감소하여 468.75 Hz 이후 어류에게 영향을 미칠 것으로 추정되는 1,000 Hz (1 kHz)까지 약 5 dB/μPa 정도 밖에 높지 않았다.

Table 3에 분류된 시추선별 수중방사 소음을 분석해 보면 드릴십 (Drillship)의 수중방사 소음이 반잠수식 시 추선 보다 높은 경향을 보였으며, 드릴십 또한 측정년도 에 따라 다르게 나타났다. 이것은 선박 발전기의 용량과 깊은 관계가 있는 것으로 보이며, 최근에 건조된 시추선 일수록 발전기의 용량이 커져 시추작업 중 수중방사 소 음이 높게 나타난 것으로 판단된다. 드릴십의 경우 시추 작업 시 174∼195 dB/μPa의 수중방사 소음 범위를 보였 으며, Kyhn et al. (2014)의 연구에서는 시추작업 보다 정비작업 중의 수중소음이 높게 나타나는 특이점을 보였다. 한편, 본 연구에 이용된 시추선과 동일 년대에 건조된 시추선을 이용하여 연구된 Turl (1982)의 수중소 음 측정 결과는 130∼180 dB/μPa@1m로 본 연구 Fig. 6의 156.25~187.50 Hz에서 측정된 수치 (130 dB/μPa)에 확산감쇄를 감안하여 보정하면 수중소음은 150 dB/μPa@1m로 Turl (1982)의 연구결과 범위 내에 포함됨을 알 수 있다.

이렇게 선박이나 해양플랜트에서 수중으로 방사된 소 음은 부레와 내이가 연결된 어류인 골표류의 경우, 부레 에 연결된 소골 (Webrian ossicle)을 따라 내이의 미로 (Labyrinth)로 전달되어 음향에너지를 진동에너지로 변환 하여 감지하며, 비골표류 (부레가 없거나 퇴화된 어류)와 같은 넙치, 가자미류는 섬모가 측선의 형태로 집중되어 주변의 진동 주파수를 감지하여 인식하고 있다 (Yoon et al., 2006). 이러한 청각기관을 통해 수중소음을 인식한 어류는 음압의 범위에 따라 유집 및 구집의 형태로 반응 할 수 있는데 국내에서 어획되는 어종의 유집음을 살펴보 면, 참돔 Pagrus major는 110∼150 dB/μPa (200∼ 3000Hz), 넙치 Paralichthys olivaceus는 93∼110 dB/μPa (200∼3,000Hz), 돌돔 Oplegnathus fasciatus의 경우는 92 ∼112 dB/μPa (200∼500 Hz), 전갱이 Trachurus japonicus의 유집 음압준위는 120∼130 dB/μPa (200 Hz)로 나타났다 (Lee et al., 2006; Nedwell et al., 2004).

결과적으로 본 연구의 반잠수식 시추선은 156.25~187.50 Hz에 서 130 dB/μPa의 수중방사 소음을 나타내었고, 주변 배경소음 과 비교하여 31.25~187.50 Hz까지 20 dB/μPa 이상을 나타내어 시추작업을 하는 초기에는 순간적으로 어류에게 구집이 일 어날 것으로 판단되나, 시추작업 시 발생되는 수중음압이 그렇게 위협적이지 않으므로 구집의 영향은 미미할 것으 로 판단된다. 그러나 본 연구의 측정 시에는 대기기간 동안 시추 시와 동일한 환경을 만들기 위하여 발전기 등을 가동 하여 측정하였으나, Table 3에서 나타낸 것과 같이 분석에 이용된 시추선과 동일 년대 시추선의 시추 시 측정한 수중 음압과 비교하여 약 30 dB/μPa@1m의 차가 발생하여 보 다 정확한 분석을 위해서는 해양 라이저 (marine riser) 설 치 등 수중소음이 많이 발생할 수 있는 시추작업별 수중소 음을 측정, 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다.

시추선 주변의 조도

시추선 주변의 수중 조도는 Fig. 7과 같다. 수면 위 1 m 조도는 선수 43.1 lx, 선미 32.3 lx, 좌현 26.8 lx, 우현 21.5 lx이었으며, 불규칙하게 설치된 등화로 인해 선미보다는 선수가 좌현 보다는 우현이 다소 밝게 나타 났다. 또한 등화가 설치된 곳에서 수면까지의 거리가 약 15 m 이상으로 다른 선박에 비해 수면으로의 광달거 리가 멀었으며, 수심 4 m보다 깊은 곳에서는 조도가 측 정되지 않았다. 시추선 외부 등화는 대부분 고압나트륨 등 (Hi-pressure sodium lamp)으로, 이는 공기 중의 투과 력이 좋아 안개가 많이 발생되는 지역, 해안지역 또는 터널에 적합하지만 연색성이 좋지 않아 나트륨등 아래 에서 장시간 작업을 하면 눈이 피로해지고 능률이 저하 되는 특성이 있다. 그렇기 때문에 작업등이나 어선의 집어등으로 사용은 부적합하다. 시추선 주변의 조도를 꽁치봉수망어선 (Jo et al., 2004) 및 원양오징어 채낚기 어선의 집어등 조도 (Jo et al., 2006)와 비교하면 꽁치봉 수망어선의 수면위 1 m 조도는 76.7∼228.4 lx로 꽁치봉 수망어선에 비해 시추선의 조도는 9.4∼56% 정도 낮게 나타났으며, 원양오징어 채낚기 어선의 수면 위 1 m 조 도는 434∼1,20 lx로 원양오징어 채낚기 어선에 비해서 는 1.7∼9.9%로 매우 낮게 나타났다.

한편 시추작업의 특성상 앵커패턴반경 (1,500∼2,200 m) 내에는 안전을 이유로 선박의 통항이 금지되어, 시추 선 주변은 넓은 지역에 걸쳐 비교적 어두운 환경을 유지 하게 된다. 따라서 시추선 주변의 조도는 대량의 어군을 집어하기는 어렵지만, 어느 정도의 어류 유집은 있을 것으로 판단된다. 실제 시추선이 정박된 말레이시아 해 역에서 수면으로 방사된 불빛 주변에 어류가 군집해 있 는 것을 확인할 수 있었다.

시추선 주변의 어류분포 특성

말레이시아 해역에서 대기기간 중 시험어구를 통해 시추선 주변에서 어획된 어종과 개체는 Table 4와 같다. Table 4에서 2016년 4월 7일과 10일 저층에 어구를 설치 하였을 때는 녹줄메가리 Trachurus declivis, 수조기 Nibea albifora 등이 많이 어획되고, 4월 15일 표․중층에 어구를 설치하였을 때는 빨판상어 Echeneis naucrates, 부시리 Seriola lalandi 등이 어획되었다.

또한 동해 시추작업 중 무인잠수정 (ROV)을 이용하 여 관측된 영상은 시추작업 공정별로 시추작업이 본격 화되기 전을 1단계, 본격적인 시추작업 및 해저 구조물 설치를 2단계, 해저구조물이 설치되고 지질 및 해저 환 경이 안정화된 단계를 3단계로 구분하여 Fig. 8에 나타 내었으며, 관측된 어종과 시간은 Table 5에 나타내었다.

1단계에서는 다수의 어류들이 관측이 되었지만, 2단 계부터 본격적인 시추작업으로 인해 서식공간의 파괴 및 소음 진동의 발생으로 소량의 어류 출현은 있었으나, 시간이 지날수록 출현 횟수는 줄었다. 3단계에서는 다수 의 어류 출현을 다시 관측할 수 있었다. 관측된 어종은 살오징어 Todarodes pacificus, 쥐치 Stephanolepis cirrhifer, 갈치 Trichiurus lepturus, 기름가자미 Glyptocephalus stelleri, 아귀 Lophiomus setigerus, 보리멸 Sillago sihama, 대구 Gadus macrocephalus, 문어 Paroctopus dofleini 등의 다양한 어종이 관측이 되었으며, 무리를 이루어 관측이 된 어종은 살오징어 Todarodes pacificus, 보리멸 Sillago sihama, 기름가자미 Glyptocephalus stelleri 등이었다. 특 히 기름가자미는 저층에서 1∼3단계에 걸쳐 꾸준히 관 측되었다. 어류의 출현 시간은 1, 3단계에서는 주간과 야간의 고른 분포를 보였으나, 2단계에는 기름가자미를 제외하고 오전 9시부터 오후 19시까지는 거의 관측되지 않거나 출현 빈도가 약하였다.

이와 같이 시추선 주변은 다양한 어류가 분포할 수 있으며 어류의 서식에 크게 방해되는 요소가 없어 시추 선 주변에서 조업하는 어선들의 접근을 유발할 수 있다. 그러나 시추선 주변은 시추작업으로 인한 많은 해저 구 조물과 장비가 설치되어 있어 어선이 무리하게 근접하 여 조업을 한다면 충돌의 위험성 및 시추선의 안전한 작업환경에도 큰 영향을 줄 수 있다. 그러므로 어선은 충분히 안전한 거리를 확보한 후 이동 및 집어를 하고, 성어기에는 시추 조업일수의 단축 및 작업시기의 변경 등도 고려되어야 할 것이다.

결 론

본 연구는 해양플랜트 특히 반잠수식 시추선이 시추 작업 중 주변 해역에 서식하는 해양생물에 미치는 영향 에 대한 기초자료를 수집하기 위하여 시추선에서 수중 으로 발생되는 방사 소음과 선체 주변 방사 조도를 정량 적으로 분석하여 시추선 주변에 분포하는 어류에 미치 는 영향에 대하여 고찰한 결과는 다음과 같다.

시추선에서 수중으로 방사되는 소음은 시추선의 종류 및 발전기의 용량에 따라 상당한 차이가 있는데, 본 연구 에서는 시추작업 시 156.25~187.50 Hz에서 130 dB/μPa을 나타내었고, 주변 배경소음과 비교하여 31.25~187.50 Hz까지 20 dB/μPa 이상을 나타내어 반잠수식 시추작업 초기에 순간적으로 어류들에게 구집이 일어날 것으로 판단되나, 시추작업 시 발생되는 수중음압이 그렇게 위 협적이지 않으므로 구집의 영향은 미미할 것으로 판단 된다. 시추선 주변 수면 위 1 m 조도는 선수 43.1 lx, 선미 32.3 lx, 좌현 26.8 lx, 우현 21.5 lx로 나타났으며, 수심 4 m보다 깊은 곳에서는 조도가 측정되지 않았다. 시추선 주변 방사 조도를 어선의 집어등 조도와 비교하 면 약 1.7∼56% 정도로 시추선의 등화가 집어등으로서 의 역할을 하기에는 매우 낮은 광량이지만 시추환경의 특성상 시추선의 등화주변으로 어류가 유집되는 것을 관측할 수 있었다. 통발 시험어구를 이용하여 시추선 주변의 어획특성은 말레이시아 해역에서는 녹줄메가리 Trachurus declivis, 수조기 Nibea albifora 등이 많이 어 획되었으며, 동해 시추작업 중에는 살오징어 Todarodes pacificus, 기름가자미 Glyptocephalus stelleri, 보리멸 Sillago sihama 등이 무인잠수정에 다수 관측되었다. 즉 본 연구는 반잠수식 시추선의 수중소음과 여러 가지 작 업 환경에서 오는 요인에도 불구하고 시추선 주변에 다 양한 어류가 서식하는 것으로 조사되어 향후 시추작업 으로 인한 어업피해 등의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.