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문제 정의
- 따라서 음향을 이용하여 일정 크기 이상의 어군을 탐지한 후, 탐지된 지역에서 집중적인 음향 조사를 실시하는 본 연구의 방법은 연안 저서 어류의 시·공간 구조 파악 및 자원량 평가 측면에 새로운 접근 방법을 제공할 수 있을 것이다.
- 본 연구에서는 연안 저층의 정착성 어류 자원의 분포 및 시·공간에 따른 군집의 안정성 파악을 위해 자망 및 잠수 방법을 이용하는 기존의 방법이 가지는 한계 요소를 보완하기 위한 새로운 방법의 하나로 음향 조사 기법을 사용하였다.
- 본 연구에서는 연안의 저서 어류 자원 조사에 사용되는 기존의 방법이 가지는 한계 요소를 보완하기 위한 새로운 방법의 하나로 음향 조사 기법을 사용하였다. 즉, 음향 기법을 통하여 연안 저서 어류의 시·공간에 따른 군집의 안정성 및 분포 특성 파악을 위해 기존의 부어류 자원량 조사에 광범위하게 사용하고 있는 수산 음향 기법을 사용하여 그 효용성을 알아보고자 하였다.
- 본 연구의 목적이 음향을 이용한 저서 어류의 특성 파악임을 고려하여 수신된 음향 자료 가운데 해저면-해저면 위 5 m 사이의 해저면 부근 자료만을 이용하여 저서 어류의 시·공간 분포 특성을 알아보았다.
- 즉, 음향 기법을 통하여 연안 저서 어류의 시·공간에 따른 군집의 안정성 및 분포 특성 파악을 위해 기존의 부어류 자원량 조사에 광범위하게 사용하고 있는 수산 음향 기법을 사용하여 그 효용성을 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 14개의 음향 정선에서 실시한 음향 조사에서 현장 TS는 해저면과 해저면 위 5 m 수 층 사이에서 총 1,824개의 어류 신호가 탐지되었으며, 탐지된 TS 자료를 식 (1)을 이용하여 어류의 체장을 계산하였다. 볼락의 최대 성장 길이가 약 35 cm인 것을 고려하였을 때 탐지된 개체수는 약 1,580개체로 추정되었다(Table 2).
- 200 kHz 송·수파기의 내부에는 기울기 및 방위각 측정 장치가 독립적으로 내장되어 있어 예인체의 안정성을 실시간으로 파악하면서(±7 o 이내) 예인 속도를 결정하였다.
- 4 cm로 개개 어류간 간격이 이와 같은 조건을 만족할 때 개개 어류의 현장 음향 표적강도 값을 산출하게 된다. 각각의 송신 음에 대해 탐지된 어류의 음향 표적강도 자료에는 수신된 개개 어류의 탐지 수심, 시간 및 위치 정보, TS 값, 빔 축에 대한 어류의 위치 정보를 가지고 있으며, 이들 자료로부터 조사 지역에서 스타 패턴 조사(star pattern survey)에 따른 개개 어류의 수직 분포 특성과 탐지된 어군의 개체수를 파악하였다. 이때 탐지된 어류의 개체수는 모든 수 층에 대한 정보를 이용하였으며, 200 kHz에 대한 저서 어류의 TS-길이 관계식으로부터 −58 dB 보다 작은 TS 값은 5 cm 보다 작은 소형 어류이므로 제외시켰다(Kang and Hwang 2003).
- 일반적으로 음향 조사에서 자원량 추정은 각 정선의 평균 Sv 값과 대상 어종의 평균 TS 함수로부터 정선에 대해 평균 생체량을 추정한 후 조사 면적에 대비하여 자원 량을 추정한다. 그러나 본 연구에서는 저서 어류의 자원량 추정이 주된 목적이 아니라 현장 TS 자료만으로 탐지 개체수를 추정하였다.
- 동계 시기에 우리나라 남해 연안의 중층 부어류는 적정 수온대인 동중국해 혹은 남해 외양쪽으로 회유를 하고 정착성 저층 어종만이 우점하는 생태학 특성을 보이고 있다. 따라서 본 연구의 목적이 저서 어류의 음향 탐지를 위한 조사였으므로 부어류의 음향 탐지 가능성을 배제시키기 위하여 음향 조사는 동계 기간인 2007년 1월 18일 09:00~12:30에 실시하였으며 이때 수온은 9.9℃의 분포를 보였다.
- 일반적으로 회유 어류는 한 지점에 일정 시간 동안 체류하지 않고 다양한 공간 이동 특성을 가지고 있으나 저서 어류는 상대적으로 작은 공간 이동을 하는 특성을 가지고 있다. 따라서 본 음향 조사에서 최초 탐지된 어군이 저층 어류인지 확인하기 위하여 01:40이 지난 11:30부터 12:30까지 집중 조사를 실시하였다. 총 8개의 음향 정선에서 저층 부근의 저서 어류는 15~20 m 수심 대에서 골고루 분포하는 특성을 보여주고 있었다(Fig.
- 본 연구에서는 총 85,750 m2의 조사 면적에 대한 저서 어군의 시·공간 분포 특성 및 어군의 안정성 파악을 위해 02:40분 동안 불규칙 스타 패턴(irregular star pattern)정선 방식을 이용한 집중적인 음향 조사 기법을 통하여 저서 어군 군집에 대한 외부 혼란을 최소화하며 하여 반복 조사를 실시하였다.
- 음향 조사를 통해 개개 어류의 음향 특성을 나타내는 현장 음향 표적강도(in-situ TS, dB)와 어군 전체의 음향 특성 정보를 제공하는 체적 후방산란 강도(volume backscattering strength, Sv, dB) 자료를 위치 자료와 함께 저장하였다.
- 이때 탐지된 저서 어군의 시간에 따른 분포의 안정성 파악을 위하여 근처 지역에서 14개의 정선에 대해 집중적인 음향 조사를 실시하였다. 이 가운데 5개의 동-서 방향 정선과 3개의남-북 방향 정선을 분리하여 저층 부근의 Sv 값으로부터 시간에 따른 저서 어군 군집의 변화 양상을 알아보았다.
- 저서 어군의 최초 탐지는 09:50분 경이었으며 위치는 집중 음향 조사 지역의 북쪽 부근이었다. 이때 탐지된 저서 어군의 시간에 따른 분포의 안정성 파악을 위하여 근처 지역에서 14개의 정선에 대해 집중적인 음향 조사를 실시하였다. 이 가운데 5개의 동-서 방향 정선과 3개의남-북 방향 정선을 분리하여 저층 부근의 Sv 값으로부터 시간에 따른 저서 어군 군집의 변화 양상을 알아보았다.
- 이러한 Sv 자료로부터 집중 조사 지역에서 실시한 각정선에서 어군의 시·공간 분포 특성과 어군의 안정성을 표시하였다.
- 저서 어군에 대한 집중적인 음향 조사에 앞서 저서 어류가 분포하는 위치를 찾기 위하여 전체 조사 지역에 걸쳐 사전 음향 조사를 실시하였다. 사전 음향 조사를 통해만 전체 해역에서 저층 어군이 존재하는 위치를 파악한 후, 일반적인 어류의 음향 자원 조사에서 사용되는 정선 방법과는 다른 “스타 패턴 조사(star pattern survey)” 방법을 사용하였다(Josse et al.
- 저서 어류 탐지를 위해 분할 빔(split-beam) 방식을 사용하는 200 kHz 송·수파기를 사용하였으며 빔 폭은 6.6 o , 수신 신호의 최소 역치는 −130 dB, 송신 신호의폭(pulse width)은 0.1 ms, 송신 간격(ping interval)은 0.5초이다.
- 예인 속도는 예인체의 안정성 정도와 예인체 주변에 형성되는 기포의 영향을 고려하여 3~4 노트로 일정하게 유지하였다. 조사 지역이 좁은 만이므로 음향 자료의 정확한 위치 정보를 위하여 GPS 보다 해상도가 높은 DGPS (Differential Global Positioning System)를 이용하여 매 1초 간격으로 음향 자료와 함께 위치 정보를 저장하였다.
- 즉, 기존의 계량 어군 탐지 시스템을 이용하여 특정 지역에서 어군이 탐지되면본 연구에서 시도한 방법인 탐지된 어군의 주변 해역에 대한 반복 조사를 함으로써 어군의 시·공간 구조를 파악 하고 수신된 음향 자료로부터 자원량 추정을 시도하는 것이다.
- 이조사 방법은 (1) 한정된 지역에서의 집중 조사 (2) 어류의 3차원 구조 파악 (3) 어군의 안정성 파악을 위해 최근에 시도되는 방법이다. 탐지된 저서 어군의 주변에 대해 총 14개의 정선에 대한 음향 조사를 실시하였다(Fig. 3). 총 조사 거리는 약 4.
- 해저면~해저면 위 5 m 수 층 사이에서 얻어진 Sv 자료를 0.1 n mile 간격으로 표시하여 저서 어류의 시·공간 분포 특성을 파악하였다(Fig. 6).
- 현장 조사는 예인체(towed body)에 송·수파기를 설치한 후(Fig. 2b), 소형 선박의 측면에 고정한 후에 해수면으로부터 약 0.5 m의 심도를 일정하게 유지하며 실시하였다.
대상 데이터
- The black circle indicates acoustic survey area. The area is Baekeum bay, on the southeast of Geumodo, Yeosu, Korea.
- 이 지역은 해양수산부가 실시하고 있는 전남바다목장 해역 가운데 한 곳으로 2005년 이후 매년 대량의 어류를 방류하는 해역으로 연안 저서 어류가 분포하는 것으로 알려지고 있다(해양수산부 2007). 연구 지역의 수심은 7~25 m의 수심 분포를 가지며 동쪽 및 남동쪽은 남해 외양과 연결되어 있고 나머지 지역은 육지로 둘러싸인 만형태의 지형 구조를 가지고 있다. 만의 동-서 방향으로는 완만한 경사를 이루며 모래로 이루어진 해저 특성을 가지고 있으며, 남-북 방향으로는 상대적으로 급한 경사를 형성하고 있으며 북쪽으로는 암반 구조를 형성하고 있었다.
- 음향 기법을 이용한 저서 어류의 시·공간 구조 및 어군의 안정성 파악을 측정하기 위하여 전라남도 여수시 남면 안도리 동쪽 해안인 백금만을 조사 지역으로 선정하였다(Fig. 1).
- 조사 지역은 북쪽 지역에 수심 6.5 m의 능선이 형성되어 가장 얕은 수심을 보이고 있으며, 동-서-남쪽 세 방향으로 수심이 증가하는 해저 지형 특성을 가지고 있다. 특히 남쪽으로는 수심이 급격히 증가하는 경사면 이후에는 조사 지역 끝까지 완만한 경사면을 형성하고 있다.
- 3). 총 조사 거리는 약 4.3 mile이었으며, 어군 형성 주변을 가로지르며 남-북 방향으로는 350 m, 동-서 방향으로는 245 m의 면적에 대해 집중 조사를 실시하였다.
- 한편, 개개 음파에 대한 수 층 전체의 어군 분포 특성은 층별 체적 후방산란 강도를 나타내는 Sv 자료를 이용하였다. 이러한 Sv 자료로부터 집중 조사 지역에서 실시한 각정선에서 어군의 시·공간 분포 특성과 어군의 안정성을 표시하였다.
이론/모형
- 분포 밀집도가 강한 연안 저서 어류의 수직 및 시·공간 분포 특성을 알아보기 위한 방법의 하나로 광범위한 조사 지역에 분포하는 부어류의 분포 및 자원량 추정에 다양하게 적용하고 있는 음향 조사 기법을 사용하였다.
- 사전 음향 조사를 통해만 전체 해역에서 저층 어군이 존재하는 위치를 파악한후, 일반적인 어류의 음향 자원 조사에서 사용되는 정선 방법과는 다른 “스타 패턴 조사(star pattern survey)” 방법을 사용하였다(Josse et al. 1999; Doray et al. 2006).
- 연안 지역에 서식하는 저서 어류의 시·공간 분포 및 어군의 안정성 파악을 위하여 음향 조사 기법을 사용하였다.
- 연안 지역에 서식하는 저서 어류의 시·공간 분포 및 어군의 안정성 파악을 위하여 음향 조사 기법을 사용하였다. 예비 음향 조사를 통해 탐지된 저서 어류의 분포 지역 에서 집중적인 음향 조사를 위해 14개의 음향 정선에 대해 불규칙 스타 패턴(irregular star pattern) 방법을 이용하였다.
- 이를 위하여 200 kHz 송·수파기를 장착한 소형 예인체를 이용하여 저서 어군이 존재하는 지역에서 14개의 정선에 대해 불규칙 스타 패턴(irregular star pattern)조사 방법을 이용하였다.
성능/효과
- 시간에 따른 어군 분포는 최초 발견된 시점에서 02:40분이 지난 12:30분 까지 해저면 위 5 m 부근에서 어군 분포가 일정하게 유지되어 본 연구에서 탐지된 저층 어군은 안정된 어군 형성임을 보여주고 있다. 해저면에서 해저면위 5 m 수 층까지 탐지된 저서 어군의 평균 Sv 값은 3번과 4번 정선에서 −55 dB로 상대적으로 낮게 나타날 뿐 6개 정선에서 −50.
- 어군의 수직 분포는 집중 조사 지역 전체에서 수심 20 m 부근의 해저면 근처에 강하게 분포하는 특성을 나타내고 있었다(Fig. 4). 일반적으로 −50 dB 이상의 Sv 값은 어류의 음향 특성을 나타내므로 본 연구에서 탐지된 최대 −35 dB의 Sv 값은 해저면에 강한 저층 어군이 분포함을 보여주고 있다.
- Sv 값은 어군이 약한 지역에서는 −60 dB 정도, 강한 어군이 존재하는 곳에서는 −50 dB 이상의 분포를 보여주고 있었다. 연구 지역에서 실시한 집중 음향 조사에 의한 저서 어군은 북쪽의 경사면 지역보다는 경사면이 끝나는 지점과 완만한 경사진 사면에서 강하게 분포하는 특성을 보였으며, 특히 완만한 경사면이 시작되는 부분에서 강한 어군 분포를 형성하고 있었다.
- 200 kHz 송·수파기의 내부에는 기울기 및 방위각 측정 장치가 독립적으로 내장되어 있어 예인체의 안정성을 실시간으로 파악하면서(±7 o 이내) 예인 속도를 결정하였다. 예인 속도는 예인체의 안정성 정도와 예인체 주변에 형성되는 기포의 영향을 고려하여 3~4 노트로 일정하게 유지하였다. 조사 지역이 좁은 만이므로 음향 자료의 정확한 위치 정보를 위하여 GPS 보다 해상도가 높은 DGPS (Differential Global Positioning System)를 이용하여 매 1초 간격으로 음향 자료와 함께 위치 정보를 저장하였다.
- 일반적으로 −50 dB 이상의 Sv 값은어류의 음향 특성을 나타내므로 본 연구에서 탐지된 최대 −35 dB의 Sv 값은 해저면에 강한 저층 어군이 분포함을 보여주고 있다.
- 따라서 본 음향 조사에서 최초 탐지된 어군이 저층 어류인지 확인하기 위하여 01:40이 지난 11:30부터 12:30까지 집중 조사를 실시하였다. 총 8개의 음향 정선에서 저층 부근의 저서 어류는 15~20 m 수심 대에서 골고루 분포하는 특성을 보여주고 있었다(Fig. 7). 조사 지역의 남쪽에 위치한 정선 3, 4번에서 상대적으로 분포 강도가 약할 뿐 전체적으로 강한 어군을 유지하고 있었다.
- 해저면에서 해저면위 5 m 수 층까지 탐지된 저서 어군의 평균 Sv 값은 3번과 4번 정선에서 −55 dB로 상대적으로 낮게 나타날 뿐 6개 정선에서 −50.2~ −52.7 dB의 안정된 값을 보여주고 있었으며, 분포하는 평균 수심은 16.6~18.8 m였다(Table 1).
후속연구
- 기존의 직접적인 방법이 가지는 한계점을 보완하기 위한 새로운 접근 방법으로 제시한 음향 조사 기법을 현장 조사에 사용하였으나 본 연구는 주간에 조사를 실시한 한계점이 있다. 연안 저서 어군의 안정성 평가를 위해서는 특정 시간대 보다는 주·야간 일주 변동을 통한 어군의 형성, 분산 및 이동에 대한 고찰이 뒤따라야 하므로 이에 대한 현장 음향 조사가 향후 필요할 것이다(Fréon et al.
- 또한 조사 면적이나 잠수 시간의 한정성으로 인해 연안 저서 어류의 시·공간 및 수직 구조 파악에는 한계를 가지고 있는 기존의 자망이나 잠수 방법을 보완할 수 있을 것이다.
- 음향 기법을 이용하여 특정 지역 연안에 분포하는 어군을 탐지한 후, 탐지된 지역에서 집중 적인 음향 조사를 실시하는 본 연구의 방법은 연안 저서 어류의 시·공간 구조 파악 및 자원량 평가 측면에 새로운 접근 방법을 제공할 수 있을 것이며, 또한 분포하는 어군의 안정성 파악을 위한 장점을 제공할 것이다. 또한 현장 TS 자료를 이용하여 음향 탐지된 어류의 개체수를 추정함으로써 연안 저서 어류의 현존량 파악을 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다.
- 연안 저서 어군의 안정성 평가를 위해서는 특정 시간대 보다는 주·야간 일주 변동을 통한 어군의 형성, 분산 및 이동에 대한 고찰이 뒤따라야 하므로 이에 대한 현장 음향 조사가 향후 필요할 것이다(Fréon et al. 1993; Nilsson et al. 2002).
- 음향 기법을 이용하여 특정 지역 연안에 분포하는 어군을 탐지한 후, 탐지된 지역에서 집중 적인 음향 조사를 실시하는 본 연구의 방법은 연안 저서 어류의 시·공간 구조 파악 및 자원량 평가 측면에 새로운 접근 방법을 제공할 수 있을 것이며, 또한 분포하는 어군의 안정성 파악을 위한 장점을 제공할 것이다.
- 분포하는 어군의 안정성 파악을 위한 어구나 잠수를 이용하는 방법은 서식처에 대해 외부 혼란을 일으키는 어구 설치 및 회수 작업과 직접 다이빙에 의한 어류의 회피 본능에 의해 파악하기 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 음향 조사에서 사용한 조사 기법은 서식처에 대한 외부 혼란을 최소화하며 넓은 공간에 걸쳐 빠른 시간 내에 반복 조사를 할 수 있는 장점을 제공할 것이다.
- 이러한 조사 결과는 기존 연구 결과와는 다른 분포 특성을 나타내고 있으므로 연안 저서 어류의 시·공간 분포 연구에 빠른 조사 방법의 장점을 가진 음향 기법이 추가되어야 함을 보여주고 있다.
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