[논문]기름가자미 어업관리방안 평가를 위한 생물경제학적 분석 - 동해구외끌이중형저인망어업을 대상으로 -

최지훈; 강희중; 임정현; 김도훈

doi:10.3796/ksfot.2020.56.4.347

문제 정의

구체적인 효과 분석에서는 생물학적 효과 및 사회경제학적 효과에 대한 향후 20년 후인 2038년 기름가자미의 자원량, 어획량 그리고 순현재가치(Net present value, NPV)값 변화를 추정하고자 한다.
기름가자미 어업별 어획비율이 가장 높은 동해구외끌이중형저인망과 그 다음으로 높은 연안자망을 대상으로 2015년 이전의 어획량을 추정하고자 한다. 2015년 이전의 기름가자미 어획량을 추정하기 위해 2015년부터 2018년까지 4년 동안의 통계청(KOSIS, 2018)에서 수집된 지역(강원, 경북)별, 어업(동해구외끌이중형저인망, 연안자망)별 가자미류에서 기름가자미 차지하는 비율은 Table 1과 같이 나타낼 수 있다.
더 나아가 Bayesian State-space 모델의 자원평가 결과를 활용하여 기름가자미 어업관리방안(TAC, 어획노력량 저감)들에 대한 효과를 분석하고자 한다. 어업관리방안별 효과를 분석하기 위해 생물경제모델(Bioeconomic model)을 사용하여, 기름가자미 어업관리방안들에 대한 생물학적 그리고 사회경제학적 효과를 분석하고자 한다(Davis, 2010; Holland, 2010; Kim, 2015; Choi, 2019).
어업관리방안별 효과를 분석하기 위해 생물경제모델(Bioeconomic model)을 사용하여, 기름가자미 어업관리방안들에 대한 생물학적 그리고 사회경제학적 효과를 분석하고자 한다(Davis, 2010; Holland, 2010; Kim, 2015; Choi, 2019). 또한 민감도 분석을 통한 어업관리방안별 최적의 자원 관리기준점을 제시하고자 한다.
평균 시장가격 4,701원 기준으로 변화율은 –30%에서 +30% 범위에서 변화 수준에 따른 민감도 분석을 하고자 한다. 또한 어업비용 변화에 따른 최소 어획량 수준을 추정해 보았다. 어업비용의 변화율은 –30%에서 +30% 범위에서 변화 수준을 설정하였다.
마지막으로 기름가자미 시장가격 및 어업비용 변화에 따른 동해구외끌이중형저인망의 어업수익이 영(0)이 되는 최소 어획량 수준을 분석하여, 향후 동해구외끌이중형저인망의 기름가자미의 TAC 설정을 대비한 정책적 근거자료를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 기름가자미의 효과적인 어업관리방안을 제시하기 위해 자료의 불확실성을 고려할 수 있고, 과정오차와 관측오차를 동시에 고려할 수 있는 Bayesian State-space 모델 사용하여 기름가자미의 자원상태를 평가하였다. 그리고 생물경제모델을 활용하여 어업관리방안들에 대한 효과 분석하였다.
이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 기름가자미 어획 비율이 가장 큰 동해구외끌이중형저인망을 대상으로 분석하고자 한다.
이러한 배경 하에 본 연구에서는 수산자원회복대상종 중의 하나인 기름가자미의 자원회복 및 관리를 위해 현재 국외 및 국제수산 기구에서 널리 활용되고 있으며, 하와이 바다거북, 대서양 흉상어, 남대서양 날개다랑어 자원평가에 적용되어 분석되고 있는 Bayesian State-space 모델을 활용하여 기름가자미의 자원상태를 평가 하고자 한다(Millar and Meyer, 2000b; McAllister et al., 2001; Chaloupka and Balazs, 2007; McAllister, 2014; Winker et al., 2018; ICCAT, 2018).
현재 국제 사회에서는 WTO 수산보조금 현상이 진행 중이고, 인건비, 유류비 등 각종 비용요소들의 가격 변화현상이 향후 보다 증가할 것으로 예상된다. 이에 따라 어업비용에 대한 민감도 분석을 통해 어업비용 변화에 따른 최소 어획량 수준을 추정해 보았다. 어업비용의 변화율은 –30%에서 +30% 범위에서 변화 수준을 설정하였다.

가설 설정

우선 모수에 대한 사전분포는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 사전분포에 대하여 내적 성장률(r)과 환경수용력(K)에 대해서는 정보적 사전분포(informative prior distribution)를 가정하였다. r의 경우 로그정규분포(lognormal distribution) 설정하였으며, K의 경우 역로그정규분포로(inverse-lognormal distribution) 설정하였다.
잉여생산량 모델에서는 통상적으로 어획능률과 자원량의 관계는 일정하다고 가정한다(Hdaaon, 2010). 이에 따라, 어획량(C_y)을 어획노력량(E_y)으로 나누면 식 (6)과 같은 단위노력당어획량(I_y)을 구할 수 있고, 자원량(B_y)과의 관계를 파악할 수 있다.
Bayesian 추론은 관측된 자료와 모수 모두에 확률 모형을 사용하여 추론하는 방법으로 Bayesian 추론을 위해 식 (2)와 (6)의 함수를 재구성하면 다음과 같다. 추정에서 오차는 로그정규분포를 따르는 것으로 가정하였고, 표본추출의 과정에서 생물계수 간의 상관관계를 감소시키기 위해 자원량(B_y)을 K에 대한 자원량의 비율 (P_y = B_y/k)로 재구성하여 추정하였다(Millar and Meyer, 2000a).
효과분석 기간을 20년간 설정한 이유는 분석기간을 10년간 하였을 경우 현재 상태의 자원량 및 NPV값의 크게 변동이 없어 향후 20년 후로 설정하였다. 현재가치 환산을 위해 정부에서 시행하는 예비타당성조사의 총괄지침에 따른 사회적 이자율은 4.5% 가정하였다. 즉, 향후 20년간 발생할 연간어업이익을 4.

제안 방법

Bayesian State-space 모델을 통해 도출된 사후분포를 통해 자원량, 주요 생물계수, 그리고 CPUE 변화 등을 추정하였다. Fig.
그리고 2015년 이전의 기름가자미에 대한 정확한 어획량을 파악할 수 없어 본 연구에서는 최근 4년 동안의 비율을 이용하여 어획량을 추정하였다. 하지만 향후 기름가자미에 대한 정확한 어획량 자료가 지속적으로 수집되어야 할 것이고, 이를 통해 보다 신뢰성 있는 기름가자미에 대한 자원평가가 가능해질 수 있을 것이다.
모델의 분석을 위해서 200,000 개의 표본을 추출하였고, 이중에서 사후분포에 수렴하지 못하는 초기샘플들의 영향을 제거하기 위해 초기 10,000 개의 표본을 번인(burn-in)을 통해 제외시켰다. 그리고 샘플 변수들의 자기상관을 제거하기 위해 매 50번째 샘플을 추출하여 분석결과를 도출하였다.
본 연구에서는 기름가자미의 효과적인 어업관리방안을 제시하기 위해 자료의 불확실성을 고려할 수 있고, 과정오차와 관측오차를 동시에 고려할 수 있는 Bayesian State-space 모델 사용하여 기름가자미의 자원상태를 평가하였다. 그리고 생물경제모델을 활용하여 어업관리방안들에 대한 효과 분석하였다.
기름가자미 TAC 제도의 효과 분석을 위해 연간 TAC 할당량 범위는 2018년도 어획량 수준인 1,761톤 기준으로 +30%, +20%, +10%, -10% 그리고 –20% 설정하였다. 그리고 추가적으로 어획노력량의 저감 방안 효과를 분석하기 위해 현재 동해구외끌이중형저인망 마력수인 17,518 hp 기준으로 어획노력량을 +20%, +10%, -10%, -20%, 그리고 -30%로 설정하였다.
하지만 향후 효과적인 기름가자미 자원관리를 위해서는 어획량 관리방안을 고려해야 한다. 그리고 향후 TAC 제도가 확대될 것으로 예상되므로 기름가자미에 대한 TAC 제도 실시의 효과를 분석해 보았다(MOF, 2019).
기름가자미 TAC 제도의 효과 분석을 위해 연간 TAC 할당량 범위는 2018년도 어획량 수준인 1,761톤 기준으로 +30%, +20%, +10%, -10% 그리고 –20% 설정하였다.
동해구외끌이중형저인망의 기름가자미 경제적 요인에 따른 최소 어획량 수준을 분석하기 위해 시장가격의 변화에 따른 민감도 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 어업관리방안별 효과분석을 위한 기간 설정을 향후 20년으로 설정하였다. 효과분석 기간을 20년간 설정한 이유는 분석기간을 10년간 하였을 경우 현재 상태의 자원량 및 NPV값의 크게 변동이 없어 향후 20년 후로 설정하였다.
r의 경우 로그정규분포(lognormal distribution) 설정하였으며, K의 경우 역로그정규분포로(inverse-lognormal distribution) 설정하였다. 어획능률계수에는 무정보적 사전분포(non informative prior distribution)로 역감마분포(inverse-gamma distribution)를 설정하였다. Millar and Meyer(2000a)를 참고하였다.
평균 시장가격 4,701원 기준으로 변화율은 –30%에서 +30% 범위에서 변화 수준에 따른 민감도 분석을 하고자 한다.

대상 데이터

Table 2는 동해구외끌이중형저인망에서 어획된 기름가자미 어획량과 어획노력량(Horse power, hp)을 나타내고 있다. 2004년부터 2014년까지는 역 추정한 기름가자미 어획량을 사용하였고, 2015년부터 2018년까지는 통계청에서 집계한 어획량을 사용하였다(KOSIS, 2018). 분석 기간을 2004년부터 설정한 이유는 2004년 이전의 동해구외끌이중형저인망의 척수 자료가 불확실성이 있다고 판단하였기 때문이다.
, 2019). 모델의 분석을 위해서 200,000 개의 표본을 추출하였고, 이중에서 사후분포에 수렴하지 못하는 초기샘플들의 영향을 제거하기 위해 초기 10,000 개의 표본을 번인(burn-in)을 통해 제외시켰다. 그리고 샘플 변수들의 자기상관을 제거하기 위해 매 50번째 샘플을 추출하여 분석결과를 도출하였다.
본 연구에서는 기름가자미 전체 어획량에서 가장 많은 어획비중 차지하고 있는 동해구외끌이중형저인망어업만을 대상으로 하였다. 이에 따라 동해안 전체 기름가자미에 대한 자원평가에는 한계를 가지고 있다.

데이터처리

Bayesian State-space 모델을 통해 도출된 사후분포를 통해 자원량, 주요 생물계수, 그리고 CPUE 변화 등을 추정하였다. Fig. 4와 같이 추정된 사후분포들의 형태가 비대칭이기 때문에 평균값은 대표성이 떨어지는 것으로 판단하여 중앙값을 대표 추정치로 분석에 사용하였다(Choi et al., 2019).

이론/모형

Bayesian State-space 모델은 깁스샘플링을 사용한 Bayesian 추론에 특화된 WinBUGS (bayesian inference using gibbs sampling) 프로그램을 사용하여 결과를 도출하였다(Choi et al., 2019). 모델의 분석을 위해서 200,000 개의 표본을 추출하였고, 이중에서 사후분포에 수렴하지 못하는 초기샘플들의 영향을 제거하기 위해 초기 10,000 개의 표본을 번인(burn-in)을 통해 제외시켰다.
어획능률계수에는 무정보적 사전분포(non informative prior distribution)로 역감마분포(inverse-gamma distribution)를 설정하였다. Millar and Meyer(2000a)를 참고하였다.
더 나아가 Bayesian State-space 모델의 자원평가 결과를 활용하여 기름가자미 어업관리방안(TAC, 어획노력량 저감)들에 대한 효과를 분석하고자 한다. 어업관리방안별 효과를 분석하기 위해 생물경제모델(Bioeconomic model)을 사용하여, 기름가자미 어업관리방안들에 대한 생물학적 그리고 사회경제학적 효과를 분석하고자 한다(Davis, 2010; Holland, 2010; Kim, 2015; Choi, 2019). 또한 민감도 분석을 통한 어업관리방안별 최적의 자원 관리기준점을 제시하고자 한다.

성능/효과

(r) 그리고 최대지속생산량(MSY)의 모든 추정치들의 시도표가 일정한 형태를 보이지 않고 백색잡음의 형태를 보여 적합한 것으로 분석되었다(Fig. 3).
TAC 제도의 사회경제학적 효과분석 결과, TAC 설정을 현재 어획량 기준 10% 증가시킬 경우 시 20년 후인 2038년 NPV는 1,486,410천원으로 가장 낮은 수준으로 분석되었다. 10% 증가시킬 경우 NPV는 2,206,522천원으로 가장 높은 것으로 추정되었지만, 자원에는 악영향을 미치는 것으로 분석되었다.
동해구외끌이중형저인망의 3년 평균 출어비용은 척당 428,003천원으로 조사되었다(Korea Fisheries Resources Agency, 2018). 2015~2017년도 3년 동안 평균 동해구외끌이중형저인망의 총어획금액에서 기름가자미 어획금액 비율은 약 24% 조사되었다.
Bayesian State-space 모델 추정 결과, 기름가자미의 주요 추정 값들의 95% 신뢰구간 범위는 MSY(최대지속적생산량)는 775∼4,882톤, K(환경수용력)는 14,030∼65,930톤, q(어획능률)는 0.000004889∼0.00001339, 그리고 r(본원적성장률)의 경우에는 0.12∼0.63 범위를 갖는 것으로 분석되었다(Table 5).
Bayesian State-space 모델의 검증 방법 중 하나는 시도표를 파악하는 것으로 추정하는 주요 파라미터 값들의 일정한 형태나 경향을 보이지 않고, 백색잡음의 형태를 가지면 모델이 적합하다고 판단한다. 기름가자미에 대한 Bayesian State-space 모델의 추정 결과, 자원량(B)과 환경수용력(K), 어획능률계수(q), 본원적성장률(r) 그리고 최대지속생산량(MSY)의 모든 추정치들의 시도표가 일정한 형태를 보이지 않고 백색잡음의 형태를 보여 적합한 것으로 분석되었다(Fig.
Bayesian State-space 모델의 연도별 실제 CPUE와 사후분포에 의해 추정된 CPUE를 비교·분석한 결과, 모든 CPUE의 실제 관측치가 사후 예측분포의 95%구간 안에 포함되어 있는 것으로 파악되었다(Fig. 5).
, 2019). Bayesian State-space 모델의 추정결과, 추정된 모든 주요 생물계수들의 몬테카를로 오차가 사후 표준오차의 5% 미만인 것으로 파악되어 모델의 유의성이 우수한 것으로 분석되었다(Table 4).
TAC 제도의 사회경제학적 효과분석 결과, TAC 설정을 현재 어획량 기준 10% 증가시킬 경우 시 20년 후인 2038년 NPV는 1,486,410천원으로 가장 낮은 수준으로 분석되었다. 10% 증가시킬 경우 NPV는 2,206,522천원으로 가장 높은 것으로 추정되었지만, 자원에는 악영향을 미치는 것으로 분석되었다.
TAC 제도의 생물학적 효과분석 결과, 현재 어획량 수준과 같이 1,761톤으로 설정되어 지속된다면 기름가자미 자원량이 20년 후에는 14,637톤으로 유지하는 추세로 평가되었다. 하지만 기름가자미 TAC 설정을 현재 어획량 기준 10% 감소시킬 경우 향후 16,832톤으로 자원량은 증가되는 것으로 추정되었다(Table 6)(Fig.
조사결과, 동해구외끌이중형저인망의 경우 약 53% 가장 큰 어획 비율을 차지하는 것으로 파악되었다. 그 다음으로 연안자망은 약 27%, 서남해구외끌이중형저인망은 약 9%, 그리고 근해자망은 약 6% 순으로 파악되었다.
그러므로 향후 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이하로 설정되어야 할 것이다. 그리고 동해구외끌이중형저인망어업의 어획노력량을 20% 감소할 경우 자원량이 증가하는 것으로 추정되었다. 따라서 동해구외끌이중형저인망의 현재 평균 조업일수 182일은 146일 정도로 감소될 수 있을 것이다.
두 번째로 향후 기름가자미에 대한 TAC 제도의 도입이 될 경우 생물학적 효과를 분석한 결과, 현재 어획량 수준과 같이 1,761톤으로 설정되어 지속된다면 기름가자미 자원량이 20년 후에는 14,637톤으로 유지하는 추세로 평가되었다. 그리고 어획노력량 저감 방안의 분석결과, 현재 어획노력량(현재 hp) 수준으로 설정되어 지속될 경우 기름가자미 자원량이 13,776톤으로 유지하는 추세로 평가되었다. 하지만 어획노력량을 20% 감소시킬 경우 향후 17,091톤으로 증가하는 것으로 분석되었다.
어획노력량 저감 방안의 분석결과, 현재 어획노력량 수준으로 유지되면 20년 후인 2038년 NPV는 2,235,592천원으로 수준으로 분석되었다. 그리고 어획노력량을 10% 증가시킬 경우 NPV는 2,257,575천원으로 가장 높은 수준이었지만, 생물학적 측면에서는 자원량이 감소하는 것으로 분석되었다.
기름가자미의 어업관리방안들에 대한 생물학적 그리고 사회경제학적 효과분석 결과를 요약하면, TAC 할당량이 현재 수준인 1,761톤으로 유지될 경우 기름가자미 자원량이 유지하는 것으로 추정되었다. 따라서 향후 기름가자미 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이하의 범위에서 설정해야 자원관리 효과가 있는 것으로 추정되었다.
두 번째로 향후 기름가자미에 대한 TAC 제도의 도입이 될 경우 생물학적 효과를 분석한 결과, 현재 어획량 수준과 같이 1,761톤으로 설정되어 지속된다면 기름가자미 자원량이 20년 후에는 14,637톤으로 유지하는 추세로 평가되었다. 그리고 어획노력량 저감 방안의 분석결과, 현재 어획노력량(현재 hp) 수준으로 설정되어 지속될 경우 기름가자미 자원량이 13,776톤으로 유지하는 추세로 평가되었다.
그리고 동해구외끌이중형저인망어업의 어획노력량을 20% 감소할 경우 자원량이 증가하는 것으로 추정되었다. 따라서 동해구외끌이중형저인망의 현재 평균 조업일수 182일은 146일 정도로 감소될 수 있을 것이다.
따라서 향후 기름가자미 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이하의 범위에서 설정해야 자원관리 효과가 있는 것으로 추정되었다. 또한 사회경제효과로서 NPV값은 현재 어획량 기준 10% 증가시킬 경우 가장 높은 수준으로 분석되었지만, 자원의 악영향을 미치는 것으로 분석되었다.
마지막으로 TAC의 경제학적 효과를 분석결과, TAC 설정을 현재 어획량 기준으로 30% 증가시킬 경우 20년 후인 2038년의 NPV는 1,486,410천원으로 가장 낮은 수
준으로 분석되었다. 반대로 10% 증가시킬 경우 NPV는 2,206,522천원으로 가장 높은 것으로 추정되었다.
본 연구의 분석결과를 활용하여 향후 동해구외끌이중형저인망의 기름가자미에 대한 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이상으로 할당량을 설정할 경우 기름가자미 자원에 부정적인 영향을 미치는 것으로 추정되었다. 그러므로 향후 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이하로 설정되어야 할 것이다.
분석결과, 2018년 현재 어업비용 기준으로 어업이익이 영(0)이 되는 최소 어획량 수준은 787톤으로 분석되었다. 여기서 어업비용이 현 수준에서 30% 증가할 경우 최소 어획량 수준은 1,023톤이며, 30% 감소할 경우 최소 어획량 수준은 551톤으로 분석되었다(Table 9).
분석결과, 현재 기름가자미 2018년 시장가격 787톤으로 분석되었다. 여기서 시장가격 변화율은 +30% 변화시 최소 어획량은 605톤이며, -30% 변화 시 1,124톤으로 분석되었다(Table 8).
어획노력량 저감 방안의 경우, 현 수준에서 20% 감소할 경우 자원량이 보다 증가하고, NPV 또한 높은 수준으로 추정되었다. 현재 동해구외끌이중형저인망 기름가자미에 있어서는 어획노력량 저감을 위한 금어기, 어선감척사업, 조업일수 제한 등 다양한 어업관리방안들이 시행 중에 있다.
하지만 자원에는 악영향을 미치는 것으로 분석되었다. 어획노력량 저감 방안의 분석결과, 현재 어획노력량 수준으로 유지되면 20년 후인 2038년 NPV는 2,235,592천원으로 수준으로 분석되었다. 그리고 어획노력량을 10% 증가시킬 경우 NPV는 2,257,575천원으로 가장 높은 수준이었지만, 생물학적 측면에서는 자원량이 감소하는 것으로 분석되었다.
어획노력량 저감 방안의 사회경제학적 효과분석 결과, 현재 어획노력량 수준으로 유지되면, 20년 후인 2038년 NPV는 2,235,592천원으로 수준으로 추정되었다. 하지만
연구 결과를 요약 해보면, 첫 번째로 Bayesian State-space 모델 사용한 기름가자미 자원평가 분석결과, 기름가자미의 MSY는 1,985톤, K는 23,930톤, q는 0.000007765, 그리고 r은 0.31로 분석되었다
1은 2016∼2018년 3년 동안의 기름가자미 어업별 어획 비율을 나타낸 것이다. 조사결과, 동해구외끌이중형저인망의 경우 약 53% 가장 큰 어획 비율을 차지하는 것으로 파악되었다. 그 다음으로 연안자망은 약 27%, 서남해구외끌이중형저인망은 약 9%, 그리고 근해자망은 약 6% 순으로 파악되었다.
한편, 어획노력량 저감 방안의 생물학적 효과분석 결과, 현재 어획노력량(현재hp) 수준으로 설정되어 지속될 경우 기름가자미 자원량이 13,776톤으로 유지하는 추세로 평가되었다. 하지만 어획노력량을 20% 감소시킬 경우 향후 자원량이 17,091톤으로 증가하는 것으로 분석되었다(Table 7)(Fig.

후속연구

본 연구의 분석결과를 활용하여 향후 동해구외끌이중형저인망의 기름가자미에 대한 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이상으로 할당량을 설정할 경우 기름가자미 자원에 부정적인 영향을 미치는 것으로 추정되었다. 그러므로 향후 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이하로 설정되어야 할 것이다. 그리고 동해구외끌이중형저인망어업의 어획노력량을 20% 감소할 경우 자원량이 증가하는 것으로 추정되었다.
기름가자미의 어업관리방안들에 대한 생물학적 그리고 사회경제학적 효과분석 결과를 요약하면, TAC 할당량이 현재 수준인 1,761톤으로 유지될 경우 기름가자미 자원량이 유지하는 것으로 추정되었다. 따라서 향후 기름가자미 TAC 설정 시 현재 어획량 수준 이하의 범위에서 설정해야 자원관리 효과가 있는 것으로 추정되었다. 또한 사회경제효과로서 NPV값은 현재 어획량 기준 10% 증가시킬 경우 가장 높은 수준으로 분석되었지만, 자원의 악영향을 미치는 것으로 분석되었다.
보다 효과적인 기름가자미의 자원회복계획 수립을 위해서는 신뢰성 있는 자원평가 모델을 통한 자원상태의 평가가 필요하다. 또한 신뢰성 있는 자원평가 모델의 결과를 활용한 어업관리방안의 효과에 대한 분석을 통해 최적의 어업관리방안을 제시되어야 한다.
이러한 한계점을 보완하기 위해 향후에는 어획비중이 높은 연안자망에서 어획되는 기름가자미에 대한 어획량과 어획노력량 자료가 보다 정확하게 조사·수집되어야 할 것이다.
그리고 2015년 이전의 기름가자미에 대한 정확한 어획량을 파악할 수 없어 본 연구에서는 최근 4년 동안의 비율을 이용하여 어획량을 추정하였다. 하지만 향후 기름가자미에 대한 정확한 어획량 자료가 지속적으로 수집되어야 할 것이고, 이를 통해 보다 신뢰성 있는 기름가자미에 대한 자원평가가 가능해질 수 있을 것이다.

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