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문제 정의
- 본 연구는 인공어초 주변에서 어업생물의 분포 및 밀도를 효율적으로 탐지할 수 있는 방법을 고안하여 우선 모형인공어 초를 설치한 수조와 바다목장해역에 설치된 인공어초 부근에서 어군의 행동생태를 조사하였다. 또한, 바다목장해역에서 음향을 이용한 어업생물의 주요 분포 위치와 분포 밀도를 조사하여 인공어초의 효과에 대해서도 검토하였다.
- 본 연구는 인공어초 주변에서 어업생물의 분포 및 밀도를 효율적으로 탐지할 수 있는 방법을 고안하여 우선 모형인공어 초를 설치한 수조와 바다목장해역에 설치된 인공어초 부근에서 어군의 행동생태를 조사하였다. 또한, 바다목장해역에서 음향을 이용한 어업생물의 주요 분포 위치와 분포 밀도를 조사하여 인공어초의 효과에 대해서도 검토하였다.
제안 방법
- 조사선박은 정밀하게 조사정선을 따라 항주 할 수 없었지만 대체로 처음 계획하였던 조사정선 과 일치하였다. Fig. 7에서 추출된 에코그램은 적분주기를 5마 일, 적분폭을 표층 3 m에서 저층까지로 하여 SV를 구하였다.
- 4은 볼락 100마리에 대해 24시간 연속 계측하여 시간변화에 따른 체적후방산란강도 (SV)와 단위체적당 평균분포밀 도 (FPCM)를 나타내었다. 가로축은 시간으로 아침 10:00부터 다음날 아침 10:00까지 계측하였으며, 이날 일몰시간은 19:23, 일출시간은 05:46이었다. 수집된 데이터는 적분주기 30분, 적 분폭 전층의 적분으로 처리하였다.
- 계측시스템 (Fig. 2)은 SV와 FPCM을 계측하기 위한 음향계 측부와 어업생물의 행동을 모니터링하기 위한 화상계측부로 구분하였다. 음향계측부에는 200kHz 듀얼빔 방식 진동자 (DT4-200-06-01, BioSonics), 송수신기 및 지시기, 신호처리기 (notebook computer, IBM), GPS (GP-50, FURUNO)로 구성하였으며, 송수신부에서 GPS 데이터 및 SV, FPCM 등의 데이터를 RS-232C 인터페이스를 통하여 연속적으로 컴퓨터 하드디 스크에 수록하였다.
- 6에서 수심은 22 m이며, 계측 초기의 반사강도로부터 인공어초의 높이는 약 10m 정도이었으며, 2001년도에 축도 부근에 설치한 L14xD14xH10m의 이단 강 제어초로 추정할 수 있었다 (MOMAF, 2003). 관찰은 17:00부터 19:50까지 약 3시간에 걸쳐 실시하였으며, 일몰시간은 18:58이었다. 어군은 일몰 2시간 전부터 부상하기 시작하였으며, 일몰 30분전부터 어초에서 분리되는 것을 알 수 있었다.
- 볼락을 방류하기 전에 배 경잡음과 반사강도 분포밀도를 알고있는 황동제 교정구 (copper sphere)를 이용하여 측정시스템의 송수신 감도를 측정하였다. 그 후 볼락을 10마리, 20마리, 40마리, 100마리씩 증가시켜 가면서 볼락의 밀도변화에 따른 체적후방산란강도 (volume backscattering strength: SV)와 평균분포밀도 (fish per cubic meter: FPCM)를 계측하였다. 특히, 모형인공어초 주변 에서 볼락의 주야간 생태습성 변화를 관찰하기 위하여 100마 리에 대해서 24시간 연속 계측을 실시하였다.
- 플라스틱 파이프를 이용하여 LlxDlxHl m로 제작한 모형인공어초 주변에서 어류의 분포 및 밀도를 계측하기 위하여 모형인공어초의 정면에 듀얼빔 방식 계량어군탐지기 (DT-5000, BioSonics)의 진동자를 수평 방향으로 설치하였다. 또한, 어류의 행동생태를 3차원적으로 모니터링하기 위하여 진동자와 평행하게 진동자의 빔폭에 영향을 주지 않는 위치와 모형인공어초의 측방향에 수중카메 라를 설치하였다. 모형인공어초는 진동자의 맞은편 빔 내에 진동자와의 거리를 최대한 멀리하여 수조벽의 정중앙에 2층, 양쪽에 단층으로 하여 설치하였다.
- 바다목장에서 어업생물의 주요 분포 위치 및 분포 밀도는 인공어초의 설치해역 거의 전체를 탐지할 수 있도록 미리 설정한 조사정선 (survey line)을 따라 하계 (2003년 6월)에 어 군탐지 기를 이용하여 조사하였다. 어 군탐지 기 의 진동자는 조사선박의 중앙 현측에 지지대를 이용하여 수심 Im 되는 곳에 고정하였다.
- 실험 어종은 전장이 대략 15-25 cm, 체중이 대략 200-300 g의 볼락 (Sebastes inermis)을 인근 양식장에서 구입하여 저장 수조에서 적응시킨 후 사용하였다. 볼락을 방류하기 전에 배 경잡음과 반사강도 분포밀도를 알고있는 황동제 교정구 (copper sphere)를 이용하여 측정시스템의 송수신 감도를 측정하였다. 그 후 볼락을 10마리, 20마리, 40마리, 100마리씩 증가시켜 가면서 볼락의 밀도변화에 따른 체적후방산란강도 (volume backscattering strength: SV)와 평균분포밀도 (fish per cubic meter: FPCM)를 계측하였다.
- 수신된 음향 자료는 표층 부근에서 발생하는 캐비테이션 잡음, 공기방울 잡음과 중층에서의 전원 잡음, 저층에 설치된 해양구조물의 신호 등 모든 잡음을 에코그램에서 제거하여 어류에 의한 신호만을 추출하였다.
- 음향계측부에는 200kHz 듀얼빔 방식 진동자 (DT4-200-06-01, BioSonics), 송수신기 및 지시기, 신호처리기 (notebook computer, IBM), GPS (GP-50, FURUNO)로 구성하였으며, 송수신부에서 GPS 데이터 및 SV, FPCM 등의 데이터를 RS-232C 인터페이스를 통하여 연속적으로 컴퓨터 하드디 스크에 수록하였다. 수조에서 수록한 테이터는 오프라인으로 실험실에서 재생하여 에코데이터 분석 소프트웨어 (echoview 3.00, SonarData)를 이용하여 처리하였다. 화상계측부는 수중 카메라, 모니터, 비디오 카세트레코더로 구성하였다.
- 가로축은 시간으로 아침 10:00부터 다음날 아침 10:00까지 계측하였으며, 이날 일몰시간은 19:23, 일출시간은 05:46이었다. 수집된 데이터는 적분주기 30분, 적 분폭 전층의 적분으로 처리하였다. 전층의 적분폭은 표층에서 어초 내부를 제외한 최초로 반사된 어초까지의 층을 이용하였다.
- 실험 기간 중 볼락을 10마리, 20마리, 40마리 증가시켜 가 며 방류하여 30분씩 계측을 하였다. 볼락은 어군탐지기의 빔 축에서 벗어난 수조내의 그늘진 부분에서 거의 움직이지 않는 경우가 많았으며, 간헐적으로 빔축에 들어오는 개체를 관 찰할 수 있었다.
- 바다목장에서 어업생물의 주요 분포 위치 및 분포 밀도는 인공어초의 설치해역 거의 전체를 탐지할 수 있도록 미리 설정한 조사정선 (survey line)을 따라 하계 (2003년 6월)에 어 군탐지 기를 이용하여 조사하였다. 어 군탐지 기 의 진동자는 조사선박의 중앙 현측에 지지대를 이용하여 수심 Im 되는 곳에 고정하였다. 조사선박의 선속은 사용 주파수가 고주파이 고 진동자의 수심이 얕아 해수와 진동면이 마찰에 의해 발생하는 공기방울의 영향이 있을 수 있으므로 이를 최소화하기 위하여 6-8 knot로 일정하게 유지하였다.
- 어군탐지기의 에코그램의 분석과 함께 모형인공어초의 정 면과 측면에 설치한 카메라로부터의 비디오 영상도 관찰하였 다 (Fig. 5). 주간에 볼락은 주로 수조바닥, 수조벽 및 어초내의 그늘진 곳에 은폐하여 있었으나, 일몰 2시간 전부터는 약간 부상하면서 활동 범위도 넓어졌음을 관찰할 수 있었다.
- 2)은 SV와 FPCM을 계측하기 위한 음향계 측부와 어업생물의 행동을 모니터링하기 위한 화상계측부로 구분하였다. 음향계측부에는 200kHz 듀얼빔 방식 진동자 (DT4-200-06-01, BioSonics), 송수신기 및 지시기, 신호처리기 (notebook computer, IBM), GPS (GP-50, FURUNO)로 구성하였으며, 송수신부에서 GPS 데이터 및 SV, FPCM 등의 데이터를 RS-232C 인터페이스를 통하여 연속적으로 컴퓨터 하드디 스크에 수록하였다. 수조에서 수록한 테이터는 오프라인으로 실험실에서 재생하여 에코데이터 분석 소프트웨어 (echoview 3.
- 화상계측부는 수중 카메라, 모니터, 비디오 카세트레코더로 구성하였다. 음향데 이터는 녹화된 영상과 비교하여 분석하였다.
- 그 후 볼락을 10마리, 20마리, 40마리, 100마리씩 증가시켜 가면서 볼락의 밀도변화에 따른 체적후방산란강도 (volume backscattering strength: SV)와 평균분포밀도 (fish per cubic meter: FPCM)를 계측하였다. 특히, 모형인공어초 주변 에서 볼락의 주야간 생태습성 변화를 관찰하기 위하여 100마 리에 대해서 24시간 연속 계측을 실시하였다.
- 1과 같다. 플라스틱 파이프를 이용하여 LlxDlxHl m로 제작한 모형인공어초 주변에서 어류의 분포 및 밀도를 계측하기 위하여 모형인공어초의 정면에 듀얼빔 방식 계량어군탐지기 (DT-5000, BioSonics)의 진동자를 수평 방향으로 설치하였다. 또한, 어류의 행동생태를 3차원적으로 모니터링하기 위하여 진동자와 평행하게 진동자의 빔폭에 영향을 주지 않는 위치와 모형인공어초의 측방향에 수중카메 라를 설치하였다.
- 현재까지 통영 미륵도 부근을 중심으로 바다목장해역에 시설된 인공어초의 분포 위치는 Fig. 3과 같으며 (MOMAF, 2003), 어군탐지기를 이용하여 바다목장해역에 설치된 인공 어초 상부의한 고정점에서 어군의 행동생태 조사와 바다목장 해역에서 어업생물의 주요 분포 위치와 분포 밀도를 조사하여 인공어초의 효과를 검토하였다.
- 00, SonarData)를 이용하여 처리하였다. 화상계측부는 수중 카메라, 모니터, 비디오 카세트레코더로 구성하였다. 음향데 이터는 녹화된 영상과 비교하여 분석하였다.
대상 데이터
- 인공어초에서 어군의 행동생태 조사에는 소장두도와 축도 사이에 위치한 어초 (34。45.792"此 128。23.306旧)를 사용하였으며, 조사선박이 조류에 떠밀리지 않도록 닻으로 고정하고 어군탐지기의 진동면이 해저를 향하도록 하여 일몰 전후에 실시하였다.
- 조사선박의 선속은 사용 주파수가 고주파이 고 진동자의 수심이 얕아 해수와 진동면이 마찰에 의해 발생하는 공기방울의 영향이 있을 수 있으므로 이를 최소화하기 위하여 6-8 knot로 일정하게 유지하였다. 또한, 조사선박에 의한 진동 및 전원잡음을 제거하기 위하여 조사선박과 분리된 자체 전원 (밧데리)을 이용하여 데이터를 수집하였다.
- 본 연구에서는 조사선박의 규모가 작고, 장비의 지원이 어 려워 200 kHz 단일주파수만을 사용하여 데이터를 수집하였다. 일반적으로 어군탐지 기는 38 kHz, 120 kHz, 200 kHz 등 다주파수를 이용하여 데이터를 수집할 경우, 대상생물의 크기에 따라 주파수특성을 가지고 있다.
- 실험 어종은 전장이 대략 15-25 cm, 체중이 대략 200-300 g의 볼락 (Sebastes inermis)을 인근 양식장에서 구입하여 저장 수조에서 적응시킨 후 사용하였다. 볼락을 방류하기 전에 배 경잡음과 반사강도 분포밀도를 알고있는 황동제 교정구 (copper sphere)를 이용하여 측정시스템의 송수신 감도를 측정하였다.
- 인공어초 부근에서 어업생물의 행동생태를 알아보기 위한 기초실험은 해수전용 수조 (L5xD5사15 m)에서 실시하였으며, 실험모식도는 Fig. 1과 같다. 플라스틱 파이프를 이용하여 LlxDlxHl m로 제작한 모형인공어초 주변에서 어류의 분포 및 밀도를 계측하기 위하여 모형인공어초의 정면에 듀얼빔 방식 계량어군탐지기 (DT-5000, BioSonics)의 진동자를 수평 방향으로 설치하였다.
데이터처리
- 계측시스템은 Fig. 2의 음향계측부만을 이용하였으며, 수집 한 데이터는 에코데이터 분석 소프트웨어 (echoview 3.00, SonarData)을 이용하여 처리하였다. 이 때, 어군탐지기에 설정 한 파라메터 값은 펄스반복주기 (pulse rate)를 1 pps로 설정한 것 이외에는 Table 1과 같다.
성능/효과
- 바다목장 해역에서 어업생물 자원의 분포 위치 및 분포 밀도 등을 파악하는데 어군탐지기의 기술이 중요한 분야로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 어업생물의 종류 나 생태습성을 파악하기 위해서는 어군탐지기에 의한 조사와 동시에 샘플링기구에 의한 직접적인 채집이 이루어져야 할 것이며, 같은 해역의 생태학적 환경요소로서 동식물 플랑크톤 의 분포 특성도 파악할 필요성이 있을 것이다.
- 음향계 측부로부터 의 계 측한 SV와 FPCM, 화상계 측부로부 터의 어류행동 모니터링 데이터에서 볼락은 대략적으로 일출 몰 2시간 전부터 활동을 개시하는 것으로 추정할 수 있었다.
- 인공어초 주변에서 어군의 행동으로 어업생물의 행동생태 에 인공어초의 효과가 크다는 것을 확인할 수 있었으며, 인공 어초에서 어군의 생태습성과 어군량을 파악하는데 어군탐지 기에 의한 조사가 효율적인 방법 임을 판단할 수 있었다. 그러나, 어군의 양을 정량적으로 계측하기에는 아직 많은 문제점 이 있다.
- 고밀도 어군은 곤리도의 남쪽 수역과 대장두도, 소장두도, 축도의 주변 수역, 저도의 서쪽 수역, 연대도의 동쪽 수역에 분포하고 있었다. 특히, 곤리도 남쪽, 대장두도, 소장두도, 축 도의 주변수역은 대단히 높은 밀도로 어군이 분포하고 있었으 며, 그 때, SV는 -65dB--55dB로 나타났다. 저밀도 어군은 만지도의 북서 수역으로 외해의 영향을 가장 많이 받는 곳에서 관측되었다.
후속연구
- 마지막으로 인공어초 내에서 서식하거나 거의 어초 주변에 붙어서 서식하는 어업생물에 대해서는 어군탐지기만을 이용하는 경우 어종판별이 곤란하므로 시.광학적 방법과 같은 별도의 모니터링 방법과 병행하는 하이브리드 모니터링 시스템의 개발에 관한 연구가 이루어져야할 것이다.
- 또한, 계 량어군탐지기에 의한 음향조사와 더불어 잠수 및 ROV를 이용한 시.광학적 조사방법을 병행하여, 같은 해역에서의 어업생물 자원의 분포를 정량적으로 파악할 필요가 있을 것이다.
- 바다목장 해역에서 어업생물 자원의 분포 위치 및 분포 밀도 등을 파악하는데 어군탐지기의 기술이 중요한 분야로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러나, 어업생물의 종류 나 생태습성을 파악하기 위해서는 어군탐지기에 의한 조사와 동시에 샘플링기구에 의한 직접적인 채집이 이루어져야 할 것이며, 같은 해역의 생태학적 환경요소로서 동식물 플랑크톤 의 분포 특성도 파악할 필요성이 있을 것이다.
- 어초내의 어군량 등을 추정 하기 위해서는 어군탐지기의 진동자를 수평방향으로 설치하는 것이 바람직하나, 어군의 수평방향 TS는 자세변화에 따른 변화가 크기 때문에 정량적으로 어군량을 추정하기 어렵다 (Furusawa, 1995). 따라서, 어업생물의 TS 등 어종별 생태습성 에 관한 기초연구가 병행되어 연구되어야 하며, 콘크리트 블 록어초나 조립식 어초, 타이어 어초나 폐업 어선 어초 등 각 어초의 특성에 맞는 모니터링 시스템의 개발이 요구된다.
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