서 론

갈치(Trichiurus leptueus)는 농어목(Perciiformes) 갈 치과(Trichiuridae)에 속하는 어류로 우리나라 서·남해 해역과 동중국해 해역에서 회유하는 난류성 어종이다 (Zhang, 1996;FishBase, 2019). 우리나라 연근해 해역에 서 분포하는 갈치는 1월부터 3월까지 제주도 서남해 해 역과 동중국해 해역에서 월동하며, 수온이 상승하는 4월 부터 북상하기 시작하여 수온이 내려가는 9월부터 남쪽 으로 남하하는 어종으로 알려져 있다(Lee, 2012;NFRDI, 2013). 갈치의 서식 수심은 100~350 m이며, 특히 수온 이 상승하는 8월과 9월에는 표·중층 부근에서 분포하고 수온이 낮아지는 11월부터 1월까지는 수심 100 m 이외 의 깊은 수층에서 분포한다. 우리나라에서 갈치는 주로 채낚기 어업에서 어획되며, 특히 제주 인근해역에서 활 발하게 이루어지고 있다(Kim et al., 1998).

국내에서 갈치 채낚기 어업에 사용하고 있는 집어등 은 1.5~1.8 kW 메탈할라이드 집어등으로, 어업인들은 광력이 클수록 어획성능이 좋다고 여겨 광력을 크게 키 우고 있다. 또한, 어업인들은 해마다 1~2회씩 집어등을 신규 제품으로 교체하고 있는 실정이다. 그러나 메탈할 라이드 집어등은 광력이 커서 에너지 소비율이 높고, 과열로 인해 선원들의 피부손상 및 시력 장애를 가져온 다. 또한, 갈치 채낚기 어선에서 60 kW에 달하는 과도한 집어등 전력 사용은 유류 소비량을 증가시키고 있다 (Bae et al., 2011).

현재 우리나라와 외국에서는 이러한 문제를 해결하고 자 갈치 채낚기 집어등에 사용하고 있는 메탈할라이드 집어등을 인덕션 집어등으로 대체하기 위한 연구들 (Choi, 2006;Bae et al., 2009;An et al., 2012;Bae et al., 2014;Kim et al., 2016;Nguyen et al., 2021;Nhat et al., 2022)을 진행하고 있으나, 채낚기 어업에 적합한 광력, 경비 절감 효과, 내구성, 어군 유집 변동에 따른 어획성능 등 관련 기초 자료는 부족한 실정이다(Jeong and An, 2014).

따라서, 본 연구에서는 채낚기 어업에 적합한 광력을 구명하고 수중음향을 이용하여 메탈할라이드 집어등과 인덕션 집어등의 광도별 갈치 유집량 및 대상 어종의 행동특성에 대하여 분석하였다.

재료 및 방법

조사 시기 및 조사 선박

갈치의 행동특성 조사는 채낚기 상업어선(대북호, 9.77 ton)을 이용하여 8월과 11월에 제주 한림항 인근 해역과 우도 인근해역에서 총 3차례 조사를 수행하였다. 기존 메탈할라이드 집어등이 설치된 채낚기 어선과 인 덕션 집어등이 설치된 채낚기 어선을 각각 대조어선과 실험어선으로 구분하였다(Fig. 1). 인덕션 집어등이 설치 된 실험어선은 경동호(24.0 ton)로 약 66개의 인덕션 집 어등이 설치된 선박이며, 메탈할라이드 집어등이 설치된 대조어선은 동북호(9.77 ton), 성안호(9.77 ton), 우양호 (9.77 ton)로 약 54개의 집어등이 설치된 선박이었다.

조사 시스템 및 음향자료 수집

집어등별 갈치의 행동특성을 파악하기 위하여 split beam 방식의 과학어군탐지기(38, 120 kHz, Ek-60, Simrad, Norway)을 이용하여 음향 조사를 진행하였으 며, DGPS (SPR-1400, Samyoung, Korea)를 이용하여 위 치정보를 저장하였다. 또한, 조도계(T-10M, Minolta, Korea) 를 이용하여 거리별 조도를 측정하였다.

8월 조사 시 조사선박은 갈치 채낚기 조업선 주변을 반경 100 m, 300 m, 600 m, 1.200 m를 선회하며 음향자료 를 수집하였으며, 11월 조사에서는 조업선 간 거리를 약 500 m 간격으로 이격되어 조사 거리를 100 m, 200 m, 300 m, 400 m로 설정하여 조사를 진행하였다. 현장에서 수집된 음향자료는 음향 분석 소프트웨어(Echoview V 8.0, Echoview Pty Ltd, Australia)를 이용하여 처리하였다.

음향자료 분석

과학어군탐지기를 이용하여 음향 자료를 수집할 때는 각종 음향잡음으로 인하여 정상적인 에코 신호에 대한 손실이 문제가 되고 있다. 본 연구에서 발생한 음향잡음 은 배경 잡음과 임펄스 잡음이 발생하였다. 배경 잡음은 조사 수심이 사용주파수의 탐지범위를 벗어날 때 발생 하며, 비교적 음향강도가 강하게 나타난다. 배경 잡음은 TVT (Time Varied Threshold) 방법을 이용하여 제거하 였다. TVT (Time Varied Threshold) 방법이란 지정영역 의 데이터 표본에 인위적인 잡음을 감하였을 때의 SNR (Signal To Ratio) 값이 역치값 δ보다 큰 경우, 이 데이 터표본의 값이 –999 dB로 환산되어 제거하는 방법이다. 배경 잡음을 제거하기 위한 파라미터 값을 Table 1과 같이 나타내었다.

임펄스 잡음은 다른 선박에 탑재된 음향장비의 간섭 으로 인하여 발생하며, 불규칙적으로 굵은 비가 내리는 수직적인 형태가 특징이다. 임펄스 잡음은 Two-sided comparison method을 이용하여 제거하였다. 이 방법은 지정영역의 중앙 데이터 표본에 수평범위의 변동에 각 각의 표본값을 뺏을 때, 그 값이 역치값 보다 큰 경우 제거되는 방법이다. 임펄스 잡음을 제거하기 위한 파라 미터 값을 Table 2과 같이 나타내었다.

다중주파수 차이를 이용한 갈치 에코신호 추출

갈치의 에코를 분리하기 위해서는 주파수 38, 120 kHz에 대한 주파수 특성 및 차이를 파악하여야 한다. 여기서, 주파수 차이는 평균 체적후방산란강도(MVBS, Mean Volume Backscattering Strength)의 차이를 나타 내는 것으로 △MVBS의 기법을 이용하여 갈치의 에코 신호를 분리하여 나타내었다. △MVBS의 기법은 어류 와 동물플랑크톤을 분리하고자 하는 대상 종의 주파수 별 TS를 비교하여 TS가 큰 값의 주파수에서 작은 값의 주파수를 가감하여 어류를 분리하는 방법으로 행렬로 만들어진 38과 120 kHz의 새로운 에코그램에서 △ MVBS는 다음 식 (3)으로 표현할 수 있다.

음향자료분석에 사용된 갈치의 음향후방산란강도는 Hwangbo et al. (2009)의 선행 연구 논문에 나타난 38_kHz = 20log (AL ) - 68.30, 120_kHz = 20log (AL ) - 69.82 를 적용하여 음향자료를 분석하였고, 주파수 38과 120 kHz를 이용하여 갈치의 에코신호를 분리하기 위해 적용 된 주파수 차이는 0.5 dB < △MVBS38-120 < 1.3 dB로 지정하여 추출하였다(Hwang et al., 2017). 어류의 주파 수 차이가 명확해지면 그 값의 범위를 설정하여 date range bitmap을 만들고, 이 범위에 설정된 에코신호와 주파수 38 kHz의 셀 크기와 매치되는 에코신호로 mask 를 만들고, 이것을 다시 핑 간격으로 나누어 노이즈가 제거된 38 kHz 에코 신호와 일치되는 에코 신호를 갈치의 에코 신호로 간주한다(Fig. 2). 위의 방법을 거치게 되면 이 특성에 알맞은 갈치의 에코를 분리하여 추출하였다.

또한, Single target detection 방법을 이용하여 갈치 의 거리별 수심분포를 확인하였다. Single target 방법 은 in situ TS raw 자료와 angular position을 결합한 Single target detection 기능을 사용하였다. 주파수 38 kHz에서 갈치의 Single target을 탐지하기 위한 최소 TS는 역치값(Threshold)을 –50 dB로 설정하였고, Table 3과 같이 single target을 추출하기 위한 변수를 나타내었다.

음향을 이용한 밀도 산정

본 조사에서는 음향을 이용하여 갈치의 밀도를 추정 하기 위해 과학어군탐지기로부터 1 n.mile 간격으로 추 출된 체적산란강도(Volume backscattering strength, SV) 자료를 NASC로 변환한 값을 이용하였다. 체적산란강 도를 NASC로 변환하는 관계는 식 (4)에 나타냈다.

NASC 값은 체적 내 수중 서식생물로부터 수신되는 신호의 선형적인 합이므로 식 (5)와 같이 대상 생물의 밀도(ρ, g/m²)는 취득한 해수 체적 내 평균 NASC 값을 대상어류의 TS로 나눔으로써 계산할 수 있으며, 대상 생물의 체장(L, mm)에 따른 TS와 후방산란단면적은 각 각 식 (6)과 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다.

또한, 대상 생물의 체장(L, mm)-체중(w, mg) 관계식 은 다음 식 (8)과 같다.

여기서, 대상 생물의 후방산란단면적 및 체장-체중 함 수식은 음향 조사와 비슷한 시기에 어구로 어획된 어획 자료를 이용한다.

한편, 대상 생물의 밀도(ρ)는 식 (9)와 같이 1 n.mile 간격의 체적 내의 평균 NASC를 대상 생물의 후방산란 단면적(σ)으로 나누고 무게를 곱하면 계산할 수 있다. 식 (9)의 우변에서 NASC를 제외한 나머지 부분은 음향 자료로부터 밀도를 계산하는 변환계수(conversion factor, CF)로 대상 생물의 후방산란단면적과 체장-체중을 고려 한 것이다. 대상 생물의 후방산란단면적과 체중은 평균 값을 사용하였다.

전체 조사해역의 평균 대상 생물 밀도(ρ)는 각각 정 선별 평균 밀도의 자료를 가중 평균(weighted mean)한 것으로 식 (10)에 나타냈다.

ρ _i는 i번째 정선의 평균 밀도, n_i는 i번째 정선의 EDSU 수, N은 정선수로 나타낸다.

결과 및 고찰

집어등 종류에 따른 거리별 조도

인덕션 집어등을 설치한 경동호의 거리별 최대 조도 는 300 m에서 3.9 (lx), 600 m에서 1.2 (lx), 1,200 m에서 0.5 (lx)으로 측정되었고, 메탈할라이드 집어등이 설치 된 대조 선박의 거리별 최대 조도는 300 m에서 5.0 (lx), 600 m에서 1.8 (lx), 1,200 m에서 0.7 (lx)로 측정되었다 (Fig. 3). 인덕션 집어등과 메탈할라이드 집어등의 현장 조도 차이는 약 1.3 배로 메탈할라이드 집어등에서 높게 나타났으나, 거리가 멀어질 수록 조도 차이는 일정하게 나타났다.

집어등 종류에 따른 거리별 갈치의 시·공간분포

갈치 집어등 효율 조사는 8월과 11월에 3차례 진행 되었으며, 거리별 갈치의 분포는 음향학적 단위인 면적 산란계수(NASC, Nautical area scattering coefficient, m²/n.mile²)으로 나타내었다.

8월 18일에 제주 남쪽 해상에서 진행된 조사 결과 인 덕션 집어등을 설치한 실험어선(경동호)에서 갈치의 평 균 NASC 분포는 100 m 지점에서 186.10 (m²/n.mile²)로 나타났고, 300 m에서 186.32 (m²/n.mile²), 600 m에서 180.03 (m²/n.mile²), 1,200 m에서 142.62 (m²/n.mile²)으 로 나타났다. 메탈할라이드 집어등을 설치한 대조어선 (동북호)에서 갈치의 평균 NASC 분포는 100 m에서 169.33 (m²/n.mile²), 300 m에서 152.73 (m²/n.mile²), 600 m 에서 149.08 (m²/n.mile²), 1,200 m에서 146.34 (m²/n.mile²) 로 나타났다. 인덕션 집어등에서 갈치의 평균 NASC 값 은 157.14 (m²/n.mile²)으로 나타났고, 메탈할라이드 집 어등에서 갈치의 평균 NASC 값은 145.78 (m²/n.mile²) 으로 나타났다. 8월 19일에 제주 남쪽 해상에서 진행된 조사 결과 인덕션 집어등을 설치한 실험어선(경동호)에서 갈 치의 평균 NASC 분포는 100 m 지점에서 47.15 (m²/n.mile²) 로 나타났고, 300 m에서 32.23 (m²/n.mile²), 600 m에서 38.83 (m²/n.mile²), 1,200 m에서 38.06 (m²/n.mile²)으로 나타났다. 대조어선(성안호)에서 갈치의 평균 NASC은 100 m에서 41.63 (m²/n.mile²), 300 m에서 29.93 (m²/n.mile²), 600 m에서 15.21 (m²/n.mile²), 1,200 m에서 70.51 (m²/n.mile²) 으로 나타났다. 인덕션 집어등에서 갈치의 평균 NASC 값은 39.06 (m²/n.mile²)으로 나타났고, 메탈할라이드 집 어등에서 갈치의 평균 NASC 값은 39.32 (m²/n.mile²)으 로 나타났다.11월 15일에 제주 우도 인근 해상에서 진 행된 조사 결과 인덕션 집어등을 설치한 실험어선(경동 호)에서 갈치의 평균 NASC 분포는 100 m 지점에서 237.22 (m²/n.mile²)로 나타났고, 200 m에서 241.34 (m²/n.mile²), 300 m에서 176.79 (m²/n.mile²), 400 m에서 201.57 (m²/n.mile²)으로 나타났다. 대조어선(우양호)에서 갈치의 평균 NASC은 100 m에서 141.74 (m²/n.mile²), 200 m에서 63.26 (m²/n.mile²), 300 m에서 130.07 (m²/n.mile²), 400 m에서 96.62 (m²/n.mile²)으로 나타났 다(Fig. 4). 인덕션 집어등에서 갈치의 평균 NASC 값은 214.23 (m²/n.mile²)으로 나타났고, 메탈할라이드 집어 등에서 갈치의 평균 NASC 값은 107.92 (m²/n.mile²)으 로 나타났다.

집어등 종류에 따른 거리별 갈치의 수심분포

갈치의 거리별 수심분포는 Single target detection 방 법을 이용하여 분석하였다. 8월 18일 실험어선(경동호) 주변에서 나타난 갈치의 수심 분포는 거리에 상관없이 수심 25~30 m 수층에서 분포하였다. 대조어선(동북호) 주변에서 갈치의 수심 분포는 실험어선과 달리 전 수층 에서 분포하였으며, 특히 갈치는 수심 25~30 m 수층에 서 주로 나타났다. 8월 19일 2차 실험 결과 실험어선(경 동호)에서 나타난 갈치의 수심 분포는 수심 25~30 m 수층에서 분포하였고, 1차 실험보다 더 많은 양이 분포 하는 것으로 나타났다. 대조어선(성안호) 주변에서 갈치 의 수심 분포는 실험어선과 같이 수심 25~30 m 수층에 서 대부분 분포하였으며, 전날 조사와 달리 갈치는 수심 95~105 m 수층에서도 적게 분포하는 것으로 나타났다. 갈치는 보통 여름철에 수심 70~260 m 수층에서 서식하 기(KAO et al., 2015) 때문에 전날과 달리 저층에서도 갈치가 탐지된 것으로 판단된다.

11월 15일 3차 실험 결과 실험어선(경동호)에서 갈치 의 분포는 8월과 달리 전 수층에서 고르게 분포하는 것 으로 나타났다. 대조어선(우양호) 주변에서 갈치의 수심 분포는 전 수층에서 유사하게 분포하였으며, 특히 수심 30 m와 120 m에서 높은 분포를 나타냈다(Fig. 5).

갈치는 수온이 상승하는 8월과 9월에는 표·중층 부근 에서 분포하고 수온이 낮아지는 11월부터 1월까지는 수 심 100 m 이외의 깊은 수층에서 분포한다(Kim et al., 1998). 또한, 계절에 따라 더 깊은 곳으로 이동하는 특성 을 가지고 있기 때문에 8월 조사와 다른 수심 분포를 나타낸 것으로 판단된다(KAO et al., 2015).

집어등 종류에 따른 거리별 갈치의 밀도분포

갈치의 평균 밀도는 1차 조사 시기인 8월 18일 실험어 선(경동호)의 100 m에서 0.80 (g/m²), 300 m에서 0.80 (g/m²), 600 m에서 0.77 (g/m²), 1,200 m에서 0.61 (g/m²) 으로 나타났다. 대조어선(동북호)에서 갈치의 평균 밀도 는 100 m에서 0.73 (g/m²), 300 m에서 0.66, 600 m에서 0.64 (g/m²), 1,200 m에서 0.63 (g/m²)으로 나타났다. 2차 조사 시기인 8월 19일에 실험어선(경동호)에서 거리별 갈치의 평균 밀도는 100 m에서 0.20 (g/m²), 300 m에서 0.13 (g/m²), 600 m에서 0.16 (g/m²), 1,200 m에서 0.30 (g/m²)로 나타났다.대조어선(성안호)에서 거리별 갈치 의 평균 밀도는 100 m에서 0.18 (g/m²), 300 m에서 0.12 (g/m²), 600 m에서 0.06 (g/m²), 1,200 m에서 0.30 (g/m²) 로 나타났다. 11월 15일 3차 조사에서 인덕션 집어등을 설치한 실험어선(경동호)의 거리별 갈치의 평균 밀도는 100 m에서 1.13 (g/m²), 200 m에서 1.41 (g/m²), 300 m에 서 1.03 (g/m²), 400 m에서 1.13 (g/m²)으로 나타났고, 메탈할라이드 집어등을 설치한 대조어선(우양호)에서 거리별 갈치의 평균 밀도는 100 m에서 0.83 (g/m²), 200 m에서 0.37 (g/m²), 300 m에서 0.73 (g/m²), 400 m에서 0.56 (g/m²)으로 나타났다(Table 4). 인덕션 집어등과 메 탈 집어등 간 거리별 평균 갈치의 밀도는 인덕션 집어등 이 100 m에서 약 1.3배 높게 나타났고, 300 m에서도 인덕션 집어등에서 갈치의 밀도는 약 3.8배 높게 나타났 다. 또한, 600 m에서 약 2.6배 이상 높게 나타났다. 그러 나, 1.2 km에서 갈치의 밀도는 메탈집어등에서 상대적 으로 높게 나타났는데, 이러한 이유는 조사 시 조사 선박 간 최대 거리가 반경 1,200 m에 가까이 있어 다른 선박 에 유집된 갈치의 에코신호가 들어온 걸로 판단된다. 또한, 8월과 11월에 각 어선별 조업일지와 수협의 어판 장 자료를 이용하여 어획량을 비교한 결과 인덕션 집어 등에서 상대적으로 높은 어획량을 나타내었다(Table 5).

본 연구와 같이 메탈할라이드 집어등과 인덕션 집어 등을 비교한 연구로는 Bae et al. (2009), Bae et al. (2011)의 연구가 있다. Bae et al. (2009)의 연구에서는 인덕션 집어등을 설치한 선박이 메탈할라이드 집어등을 설치한 선박보다 더 많은 양의 갈치가 어획되었으나, 상대적으로 메탈할라이드 집어등에서 잡히는 갈치보다 작은 크기의 갈치가 어획된 것으로 나타났다. Bae et al. (2011)의 연구에서는 인덕션 집어등을 설치한 선박과 메탈할라이드 집어등을 설치한 대조선박의 어획량을 비 교한 결과 각각 484.7 kg, 421.7 kg으로 인덕션 집어등에 서 어획성능이 더 높게 나타났다. 또한, 본 연구에서도 인덕션 집어등을 설치한 선박이 메탈할라이드 집어등을 설치한 선박보다 갈치의 유집 밀도가 높게 나타났다. 이 렇게 인덕션 집어등에서 갈치의 유집 성능이 좋은 이유 는 인덕션 집어등의 파장에 따른 효과라고 판단된다. 인 덕션 집어등의 평균 파장대는 약 490~560 nm이며, 갈치 가 명암을 구별하는 간상세포의 흡광대가 490~513 nm 때문에 인덕션 집어등에서 갈치의 유집 성능이 좋은 것 으로 사료된다(Choi, 2006). 따라서, 인덕션 집어등이 메 탈할라이드 집어등을 대체하여 갈치 채낚기 어업의 집 어등으로 사용 가능할 것으로 판단된다.

결 론

본 연구는 수중음향을 이용하여 인덕션 집어등과 메 탈할라이드 집어등에서 광도별 갈치의 유집량과 분포 특성을 파악하였다. 메탈할라이드 집어등이 설치된 선 박과 인덕션 집어등이 설치된 선박을 각각 대조어선과 실험어선으로 설정하였으며, 조도계를 이용하여 거리별 조도를 측정하였다. 또한, 과학어군탐지기와 DGPS를 이용하여 음향데이터와 위치 정보 등을 저장하였다. 그 결과, 인덕션 집어등과 메탈할라이드 집어등의 현장 조 도 차이는 약 1.3배 이상 메탈할라이드 집어등에서 높게 나타났지만, 거리가 멀어질수록 조도는 일정하게 나타 났다. 집어등별 갈치의 수심분포는 8월 달에 수심 25~30 m에서 주로 분포하였고, 11월에 갈치의 수심분포는 전 수층에서 분포하였다. 각 집어등간 거리별 갈치의 밀도 를 비교한 결과 인덕션 집어등이 메탈할라이드 집어등 보다 높은 약 1.9배 이상 높은 밀도를 나타내었다. 본 연구 결과는 메탈할라이드 집어등을 인덕션 집어등으로 대체하기 위한 연구들의 기초 자료로 활용될 것으로 판 단된다.