서 론

우리나라는 태평양, 인도양, 대서양에서 참치를 어획하 고 있다. 어획방법은 선망과 연승이 있으며, 이 중 적극적 으로 참치를 어획하는 참치선망어업은 2017년 약 27만 톤의 어획고를 올리는 어법이다. 참치선망어업의 주 대상 어종인 가다랑어(Skipjack tuna, Katsuwonus pelamis)와 황다랑어(Yellow-fin tuna, Thunnus albacares)는 통조림 과 횟감으로 사용되는 고부가가치 자원이다.

중서부태평양수산위원회(The Western and Central Pacific Fisheries Commission: WCPFC)에 등록되어 있는 태평양의 참치선망어선은 2019년 251척으로 FAO에서 1988년에 발표하였던 119척에 비하여 두 배 이상으로 증 가하였고, 전 세계적으로는 약 750척의 선박이 어업활동 을 하고 있다. 한국의 참치선망어선은 약 50척(합작선 포 함)이 활동하고 있으며, 어선 수는 늘고 있는 추세이다.

과거에는 자연적으로 발생한 유목에 의해 집어된 유목 군(Associated fish schools)과 자연적으로 먹이활동을 통 해 집어된 부상군(Free swimming school, Unassociated fish schools)을 대상으로 조업 하였으나, 인공유집장치 (Fish Aggregating Devices: FAD)의 개발과 사용은 어획량 의 큰 증가를 가져왔다. 그러나 FAD에 의한 조업은 미성 숙한 황다랑어와 눈다랑어를 혼획하는 문제를 야기시켰다. 이에 WCPFC와 더불어 대서양참치보존위원회(International Commission for the Conservation of Atlantic Tunas: ICCAT), 인도양참치위원회(Indian Ocean Tuna Commission: IOTC), 전미열대참치위원회(Inter-American Tropical Tuna Commission: IATTC)와 같은 국제 수산기구에서는 FAD 사용에 대한 규제와 지속가능한 어획을 위한 조치를 취하고 있다. 현재 태평양 참치 선망어선은 3개월의 FAD 금지 기간이 있으며, 앞으 로 규제를 더욱 강화하려는 입장이어서 어업자와 대립하 고 있다. 참치선망어업에서 비목적어의 혼획을 줄이기 위 해서는 FAD의 사용을 줄이고, 부상군이 어획의 중심이 되어야 한다. 부상군의 어획의 성공률은 유목군에 비하여 낮은 것이 현실이다(Lee, 2016).

FAD에 유집되어 있는 어군은 거의 움직임이 없기 때 문에 투망이 용이하나, 부상군은 이동하므로 어군의 이 동방향과 속도를 정확히 파악하여 적절한 투망위치를 선정하고 조업을 해야 성공할 수 있다. 선망어선의 투망 궤적에 대한 연구로는 Lee et al. (2018)이 제시한 투망 시 어군의 속력과 선박의 속력에 따른 최적의 투망궤적 을 예측한 연구가 있다. 선행 연구에서는 투망 시 투망궤 적을 원형으로 한정하였지만, 실제의 선망어업 작업 시 에는 어군의 이동, 먹이 생물의 분포, 풍향, 조류 등을 고려하여 투망해야하므로 원형으로 투망하기 쉽지 않 고, 주로 타원형의 투망궤적을 형성하게 된다.

선망어업에 대한 연구는 중서부태평양 한국 다랑어 선망어구의 구성 변화에 대한 연구(Ryu, 2015)와 Kim et al. (2007)과 Aris Widagdo (2014)의 선망어구의 동적 시뮬레이션에 대한 연구, Hosseini, S.A. et al. (2011)의 참치 선망 어구의 침강속력에 대한 연구 등이 있으며, 어구 시뮬레이션에 대한 연구로 수중 유연체에 대한 시 뮬레이션 모델링에 대한 연구 등이 있다(Lee et al. 2000, Lee et al. 2005, Lee et al. 2008).

본 연구에서는 타원형 투망궤적에 대하여 계산하고, 원형 투망궤적과 비교를 하여 두 방법의 효율성을 분석 하였다. 타원의 이심률의 변화를 주어 다양한 타원형을 고려하여 타원형 투망궤적에 적정한 이심률을 알아보고 자 하였다.

재료 및 방법

선망그물의 사양

본 연구에 사용된 선망어구는 Fig. 1과 같이 업계에서 사용하는 범용 참치선망 그물을 사용하였다. 뜸줄 길이 는 1,928 m, 죔줄의 총 침강력은 3,111 kg, 침자의 총 침강력은 11,342 kg, 총 부력은 48,712 kg을 가지고 있다.

원형 투망궤적

본 연구에서 원형 투망궤적에서 투망궤적의 길이는 뜸줄 길이와 고삐줄(Tow line) 길이의 합으로 이루어지 며, 고삐줄 길이는 뜸줄 길이의 약 15%로 뜸줄 길이가 1,928 m이므로 300 m로 계산하였다. 그러므로 투망궤 적의 길이(L)는 2,228 m이다. 원형 투망궤적은 Fig. 2와 같이 형성된다.

원형은 다음과 같은 방정식으로 나타내고,

그 면적과 둘레 길이는 다음과 같다.

여기서 둘레 길이 L은 2,228 m로 정해져 있으므로, 식 (3)을 통해 반지름 r을 구할 수 있으며, 그것을 통해 원형의 방정식과 그 면적을 구할 수 있고, 그 면적은 395,027 m²이다.

타원형 투망궤적

타원형 투망궤적은 원형 투망궤적과의 비교를 위해 원형 투망궤적과 동일한 조건으로 계산을 하였다.

타원은 다음 식 (4)로 나타낸다.

여기서 a와 b는 타원의 중심이 원점에 있을 때, x축 의 절편을 a, y축의 절편을 b라고 하며 a와 b 중에 더 큰 쪽을 장축, 다른 한쪽을 단축이라고 한다.

원형 투망궤적과 타원형의 투망궤적은 동일한 어구의 뜸줄 길이와 고삐줄 길이를 가지므로 둘레 길이가 같음 을 알 수 있다. 하지만 이를 통해 타원의 방정식을 구하 기엔 오차가 크다. 하지만 동일한 둘레의 원과 타원의 면적은 동일한 것을 이용하여 타원의 방정식을 구할 수 있다. 타원의 면적은 다음 식 (5)와 같다.

원의 면적은 식 (2)를 통해 알 수 있으며, 식 (5)를 통해 ab를 구할 수 있다. 여기서 이심률 e (Eccentricity)를 구하는 공식은

이며, 식 (6)을 통해 a와 b의 관계를 알 수 있다. 여기 서 식 (5)와 식 (6)을 통해 이심률에 따른 a와 b를 구할 수 있다. 이심률 e는 타원이 원형에 비해 얼마나 찌그러 져 있는가를 나타내는 지표로 e가 0인 경우는 원이고, e가 1에 가까워질수록 찌그러짐이 심해진다. 본 연구에 서는 이심률을 0.1부터 0.9까지 0.1의 차이로 나누어 타 원형 투망궤적을 비교할 것이다.

위의 방법으로 구한 둘레 2,228 m에 면적 395,027 m²인 타원의 방정식은 Table 1과 같다.

연구 방법

본 연구에서는 상용 제품인 선망 어구 설계 전용 소프 트웨어(SimuPurse, MPSL, Ver 11.0511)를 사용하여 선 망어구를 설계하고, 이를 기존 시뮬레이션 프로그램을 통해 기존의 원형 투망궤적을 통해 그물의 특성을 확인 한다. 그리고 계산된 타원형 투망궤적을 그물의 특성과 어군의 특성을 이용하여 원형 투망궤적과 비교하였다.

참치선망어선의 주 대상어종인 가다랑어의 평균수심 은 50~70 m이고, 평균속력은 4~6 knot이다. 선망어선은 10 knot의 속력으로 투망을 하게 되며, 투망이 종료되고 어군의 위치를 분석을 한다. 어군은 진행방향을 유지하 며 일정한 속도로 이동한다고 가정하였다. 그리고 어군 은 투망이 종료되었을 때 투망궤적의 중점에 위치하는 경우로 생각하였으며, 그물의 침강 깊이는 어군의 평균 수심을 고려하여 100 m를 기준으로 설정하였다.

다음 Fig. 4는 투망궤적의 형성의 구성도로 어군은 초기 위치에서 a의 방향으로 이동하는 것으로 가정하였 으며, 그 길이는 투망이 종료된 후에 어군이 이동할 거리 이다. b는 투망을 시작할 때 초기의 어군의 위치에서 투망이 종료된 후 어군의 위치까지 이동한 거리이다.

결과 및 고찰

타원의 형태

실제 참치선망 어선의 투망궤적은 다음 Fig. 5와 같다. Fig. 5는 고삐줄을 내어주고 조임작업을 진행하고 있는 사진으로 투망 종료 직후이다. 사진에서의 붉은 타원은 참치선망어구의 뜸줄이며, 이 뜸줄의 형태는 실제의 투 망궤적의 형태와는 차이가 있지만, 투망궤적의 형태와 유사하게 유지가 된다. 이에 실제의 투망궤적이 타원형 의 형태임을 유추를 할 수 있다.

하지만 헬리콥터를 이용하여 상공에서 찍은 사진으로 각도에 따라 그 형태가 다르게 보일 수 있다. 그러므로 항공사진은 실제 투망궤적이 타원형임을 유추만 가능할 뿐이며, 이에 대한 보정 및 자료 수집에 따른 추가적인 연구가 필요하다.

타원의 방정식

타원 투망궤적의 중심으로부터 가장 먼 지점(장축)과 가장 가까운 지점(단축)은 다음 Table 2와 같다.

이심률이 0.1에서 0.3까지는 원형과 비교하여 거리가 10 m 이내로 크게 차이가 나지 않음을 확인할 수 있다. 이심률 0.4에서 0.6까지는 원점에서 장축까지의 거리는 유의미한 차이가 있고, 단축과의 거리도 원형에 비하여 90∼95%를 유지하고 있었다. 이심률 0.7에서 0.9는 장 축은 원형에 비하여 큰 차이를 두고 있었지만, 단축은 급격히 거리가 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 그 형태는 다음 Fig. 6~Fig. 9와 같다. Fig. 7, 8

그물 중심부의 발줄 침강 속도와 침강 깊이

본 연구에서는 투망궤적에서만 변화를 주었고, 그물 의 특성은 변화가 없으므로, 원형과 타원형의 그물 중심 부 발줄의 침강속도는 동일하며 Fig. 10과 같다.

그물의 중심부는 Fig. 1 에 표시된 지점이며 침강속도 와 수심을 확인할 수 있다. 투망 후 그물의 중심부가 투망 된 직후부터 죔줄을 감아올리다 그물의 침강이 멈 추는 시점까지를 분석하였으며, 점선은 침강속도를 나 타내며, 실선은 침강한 수심을 나타낸다. Fig. 10 에서의 중앙의 313 sec 지점은 투망이 종료된 후 죔줄을 감아올 리기 시작하는 시점으로 죔줄을 조이기 시작할 때부터 침강속도가 서서히 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

투망이 완료되고 죔줄을 감기 시작하는 시간은 313 sec이며, 이때 그물중심 발줄의 수심은 약 60 m이다. 그리고 그물이 최대로 침강했을 때는 477 sec이며 수심 은 약 120 m이다. 그 이후부터는 발줄은 죔줄의 조임에 의해 침강하지 않고, 죔줄과 함께 감겨 올라간다. 그물 중심 발줄이 기준으로 설정한 그물의 침강 깊이인 100 m가 되는 시간은 417 sec이며 이는 조임 작업 시작 후 104 sec가 소요됨을 확인하였다.

어군의 속도에 따른 분석

Table 3은 원형과 이심률에 따른 타원형 투망궤적의 차이와 어군의 속력에 의해 생기게 되는 여유시간을 나 타낸다. 여유시간은 Fig. 11과 같이 원형과 타원형의 투 망궤적에서 장축의 길이 차이에 의해 생기는 여유 거리 (G)를 어군의 속력으로 나누어 나타낸 것이다. 즉 여유 시간이 많을수록 조업의 성공가능성이 높다고 볼 수 있 다. 예를 들어 6 knot의 어군이 원형 투망궤적을 만나게 되면, 이심률 0.1인 타원형 투망궤적은 0.29 sec 뒤에 만나게 되고, 이심률 0.9인 타원형 투망궤적은 54.6 sec 가 지나야 어군은 그물을 만나게 되는 것이다.

이심률이 0.1∼0.3은 어군의 속력에 따라 그물까지 도달 하기 위한 시간이 원형 투망궤적과 비교해 0.2∼5.5 sec 차이가 나지만 이심률 0.4∼0.6은 4.7∼27.1 sec의 여유시 간이 확보 가능하다. 이심률 0.7이상은 원형에 비해 많은 여유시간이 확보가 가능하며 고속어군에 대해서도 충분한 여유시간이 얻어지는 것을 Table 3에서 확인할 수 있다.

Fig. 12는 어군의 속력 3.5 knot부터 5.5 knot까지 0.5 knot의 간격으로 나누어 원형 투망궤적과 이심률 0.8인 타원형 투망궤적을 나타낸 것으로, A는 그물 중심부 발 줄의 침강깊이가 100 m일 때의 어군위치이며, B는 어군 의 초기위치, C는 투망이 종료 시 어군의 위치이다. S는 원형과 타원형의 투망시작위치이고, 투망 위치와 어군 의 초기위치 B는 공통된 위치에서 시작하게 된다. G는 타원형 투망궤적과 어군간의 여유거리이며, G′는 원 형 투망궤적과 어군간의 여유거리이다. 어군의 속력이 5.0 knot에서는 타원형의 투망궤적의 내부에 어군이 위 치하게 되나, 원형은 A점이 그물 밖에 나타난다. 즉 그 물의 침강이 부족하여 어군이 그물 밖으로 탈출할 수도 있음을 나타내며, 어군 속력 5.5 knot에서는 A점이 타원 형 투망궤적의 외부에 나타난다. 이것은 그물 중심부 발줄의 100 m 침강조건을 충족하기 위해서는 투망 시작 위치 S가 기존의 위치보다 B에서 더 멀어진 위치에서 시작해야함을 나타낸다.

어군의 허용 반경

타원형 투망궤적은 원형과 다르게 장축과 단축이 존재 하기 때문에 원형보다 성능이 향상된 구간이 있는 반면, 그 구간을 벗어나는 어군의 이동에 변화가 있다면 성능이 감소하게 된다. 이 원형 투망궤적에 비하여 향상된 구간 은 이심률에 따라 변하게 되고, 그 반경은 다음과 같다.

Fig. 13에서 R은 원형 투망궤적과 타원형 투망궤적의 성능이 같아지는 지점을 나타내며, θ 는 기본 설정대로 어군의 이동방향인 타원의 장축을 기준으로 R까지의 각이 며, 이는 장축을 기준으로 양쪽에 형성되므로 2θ가 타원 형 투망궤적이 원형 투망궤적보다 성능이 우수한 구간이 되며, 어군이 그 반경 안에서 이동 방향의 변화가 있어도 원형보다 어획의 성공이 높을 것이다. 이 반경은 타원의 이심률이 증가함에 따라 Table 4와 같이 감소하게 된다.

고 찰

참치 선망어업은 2014년 기준으로 약 480만 톤이고, 우리나라의 경우 2017년을 기준으로 국적선 28척이 약 27만 톤의 참치를 생산하는 가장 규모가 큰 어업 중 하 나이다. 선망어업은 어선의 규모가 크고 현대식 어구어 법으로 가장 많은 생산을 올리는 업종이나, 비목적어의 혼획, 치어 남획 그리고 FAD에 의한 해양생태계의 오염 등 환경문제도 야기하는 업종이기도 하다. 여기서 비목 적어의 혼획과 치어 남획의 문제는 대부분 FAD를 통한 유목군 작업의 영향이 크다.

앞에서 서술하였듯이 국제적으로 참치선망어선에 대 한 규제가 강해지고 있는 추세에 어획의 성공률은 사업 의 성패와 직결된다. 알려진 바와 같이 유목군에 비하여 부상군의 어획성공률은 떨어지므로 부상군의 어획성공 률 향상은 매우 중요하다. 덧붙여 어획성공률이 높은 유목군에 대한 조업 규제가 지속적으로 강화될 것이 예 상되므로 부상군의 어획성공률 향상은 종사자들의 가장 큰 숙제이다. 그리고 FAD에 의한 비목적어 혼획으로 인하여 유목군 작업에 대한 규제의 목소리도 높아지고 있는 현실이다.

최근에는 국제 비영리단체인 MSC (Marine Stewardship Council)에서는 미래의 안정적인 수산물 공급을 위해 지 속가능어업 국제 규격을 제정하고 에코라벨 도입을 장 려하고 있다. MSC에서는 국제 추세에 맞추어 참치선망 어선이 부상군을 잡고 MSC 처리 규정에 맞추어 어획물 을 처리하면, 그 어획물에 MSC 에코라벨을 부여하여 더 높은 가치를 부여하여 부상군 작업을 장려하고 있다. 이 에 우리나라의 원양 선사들도 선장들에게 유목군의 작업 보다 부상군 작업에 집중할 수 있도록 지원을 하고 있다.

앞선 선행 연구에서 투망궤적을 예측하는 것은 그 해 답을 찾기 위한 일환으로 볼 수 있을 것이다. 본 연구에 서는 선행 연구와 다른 형태의 투망궤적을 사용하므로 투망궤적에 대한 다양성을 제시하고, 원형이 아닌 다른 형태의 투망형태에 대한 가능성을 보여주고자 하였다. 그리고 그 분석은 타원형 투망궤적의 이심률 0.7~0.9는 원형에 비해 어군의 속력이 18~52% 더 높아도 어군이 그물에 접근하는 동안 충분히 그물이 침강하였다. 이심 률 0.4~0.6은 어군 속력의 여유가 4~12%이며, 이심률 0.1~0.3에서는 0.2~2% 정도로 원형과 크게 다르지 않음 을 알 수 있었다. 어군이 빠르게 직선으로 이동하는 경우 이심률이 큰 타원형의 투망궤적이 적합하지만 이 경우 에는 어군 이동방향의 변화가 큰 변수요인이 될 것이다. 이심률이 작을수록 원형과의 큰 변화는 없어지지만 이 심률이 클 경우보다 어군 이동방향의 변화의 영향이 작 다. 따라서 고속의 어군이 직선으로 이동할 때는 이심률 0.7~0.9의 타원형 투망궤적이 타당할 것이며, 중저속의 어군일 경우 이심률 0.4~0.6인 타원형 투망궤적이 원형 보다 유용할 것으로 보인다.

이어지는 연구로는 타원형 투망궤적에 대한 시뮬레 이션 및 시뮬레이터 적용을 통하여 타원형 투망궤적에 대한 심층적인 분석이 필요로 하다. 그리고 타원형에 이어 다양한 형태의 투망궤적 및 어군의 속력과 방향이 변하는 조건에 대해서도 적절한 투망궤적 도출 연구가 필요하다.

결 론

선망어선의 투망궤적은 원의 형태로 생각되어왔고, 대부분의 선행 연구에서도 선망이 투망을 하면 원형으 로 연구되어졌다. 실제의 투망궤적은 원형보다는 타원 형이 많이 관찰되지만, 타원형 투망궤적에 대한 분석은 거의 없었다. 본 연구에서는 원형 투망궤적을 기본으로 하여 타원형 투망궤적에 대한 특성을 구하고, 원형과 비교하여 그 효용성에 대해 연구하고자 하였다.

연구는 기본이 되는 원형과 타원형을 이심률 0.1~0.9 의 범위에서 0.1의 간격으로 나누어 각각의 투망궤적에 어군의 속도에 따른 어획 가능성을 분석하였다. 분석한 결과 다음과 같다.

원형의 투망궤적과 이심률 0.1~0.3의 타원형 투망궤 적은 타원의 장축과 단축, 그리고 원의 반지름간의 차이 가 크게 나지 않았다.

이심률 0.4~0.6의 타원형 투망궤적은 원형과 비교해 장축은 20~40 m 더 길어지고, 단축은 15~35 m 으로 짧 아졌으며, 장축의 거리 차이는 어군의 속도에 대해 유의 미한 결과를 보였다. 그리고 단축의 거리 차이는 원형의 반지름의 90~95%를 유지하여 직선적으로 이동하는 어 군의 경우에는 크게 영향이 없을 것으로 추정되었다.

이심률 0.7~0.9의 타원형 투망궤적은 원형과 비교하 였을 때, 육안으로도 큰 차이를 보였으며, 어군이 빠른 속력으로 이동할 때 원형과 큰 차이가 나타났다.

어군의 이동방향이 변경하였을 시, 타원형이 원형에 비하여 성능이 우수한 구간이 존재하며, 그 구간은 이심 률이 증가함에 따라 줄었다.

본 연구에서는 어군의 이동방향과 속력의 변화를 없 다고 가정한 조건으로 수행되어, 이동방향이나 유영속 력에 변화가 있는 어군에 대해서는 고려되지 못하였다. 향후 상기의 조건에 대한 연구와 타원형 투망궤적에 대 한 시뮬레이션 및 시뮬레이터 적용에 대한 연구 그리고 타원형 투망궤적에서 변형된 다양한 투망궤적에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.