지금까지 우리나라의 양식 산업은 양적인 측면에서 괄목할 만한 성장을 하였으나, 양적인 성장의 이면에 많은 문제를 파생시켜 최근에는 여러 가지 형태로 그 부작용이 나타나고 있다. 특히, 우리나라 양식 시설의 약 82%가 남해안의 내만에 집중 시설되어 있어 생활오수와 공장폐수의 유입 및 한정된 영역에서 장기간의 고밀도 양식으로 양식장들의 자가 오염등으로 어장환경이 악화되고 있다. 이같은 문제를 해소하기 위한 방안으로는 수질이 양호하며 해수유동이 많아 환경 피해가 적은 외해를 이용하는 것이 점차 대두되고 있다. 그러나 외해는 수질히 비교적 양호하나, 양식시설에 직접 피해를 줄 수 있는 높은 파도와 강한 흐름이 존재하고 있어 기존 내해용 양식시설로 외해로 진출하는 것이 곤란하므로 외해의 해양조건에 알맞은 양식 시설물의 개발이 필요하다. 본 연구는 이러한 필요성을 염두에 두고 외해양식에서 사용가능한 양식구조물의 설계에 필요한 이론적 연구와 실험적 해석을 수행하였다.
지금까지 우리나라의 양식 산업은 양적인 측면에서 괄목할 만한 성장을 하였으나, 양적인 성장의 이면에 많은 문제를 파생시켜 최근에는 여러 가지 형태로 그 부작용이 나타나고 있다. 특히, 우리나라 양식 시설의 약 82%가 남해안의 내만에 집중 시설되어 있어 생활오수와 공장폐수의 유입 및 한정된 영역에서 장기간의 고밀도 양식으로 양식장들의 자가 오염등으로 어장환경이 악화되고 있다. 이같은 문제를 해소하기 위한 방안으로는 수질이 양호하며 해수유동이 많아 환경 피해가 적은 외해를 이용하는 것이 점차 대두되고 있다. 그러나 외해는 수질히 비교적 양호하나, 양식시설에 직접 피해를 줄 수 있는 높은 파도와 강한 흐름이 존재하고 있어 기존 내해용 양식시설로 외해로 진출하는 것이 곤란하므로 외해의 해양조건에 알맞은 양식 시설물의 개발이 필요하다. 본 연구는 이러한 필요성을 염두에 두고 외해양식에서 사용가능한 양식구조물의 설계에 필요한 이론적 연구와 실험적 해석을 수행하였다.
Until now, korean aquaculture industry has been grown largely from a quantitative viewpoint. However, an increase of quantity has caused lots of problems producing a derived effect recently. Nearly 82% of korean aquaculture farms had been installed mainly at inshore of the southern sea and also sewa...
Until now, korean aquaculture industry has been grown largely from a quantitative viewpoint. However, an increase of quantity has caused lots of problems producing a derived effect recently. Nearly 82% of korean aquaculture farms had been installed mainly at inshore of the southern sea and also sewage, factory wastes, high density of fishcage at the limited area and autoinfection have deteriorated inshore fisheries. The offshore have been on the rise for the solution to these problems since it has clear seawater reduces the environmental pollution with much current. As a matter of fact, the existing inshore fishcage facilities have trouble advancing to the offshore due to the rough environmental conditons such as a high sea, strong currents etc.; therefore, it is necessary to develop a new cultivating equipment fit the open sea conditons. In this research, the theoretical study and experimental analysis have been carried out for the fishcage design of the structure which is able to use at the open sea.
Until now, korean aquaculture industry has been grown largely from a quantitative viewpoint. However, an increase of quantity has caused lots of problems producing a derived effect recently. Nearly 82% of korean aquaculture farms had been installed mainly at inshore of the southern sea and also sewage, factory wastes, high density of fishcage at the limited area and autoinfection have deteriorated inshore fisheries. The offshore have been on the rise for the solution to these problems since it has clear seawater reduces the environmental pollution with much current. As a matter of fact, the existing inshore fishcage facilities have trouble advancing to the offshore due to the rough environmental conditons such as a high sea, strong currents etc.; therefore, it is necessary to develop a new cultivating equipment fit the open sea conditons. In this research, the theoretical study and experimental analysis have been carried out for the fishcage design of the structure which is able to use at the open sea.
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문제 정의
이러한 수치해석을 중심으로 하는 연구와 동시에 양식어업인들에게 가장 많이 사용되는 가두리 형태를 기본으로 하여 가두리의 운동특성에 대한 실험적 해석을 수행하였고 그 연구결과를 소개하고자 한다.
가설 설정
1에 나타내었다. 또한 PE재질이 가지는 고유한 특성인 탄성은 고려하지 않았으며 모든 부재는 강체로 가정하였다.
제안 방법
각 가두리 모형은 유체정력학적인 계산을 통해 구속이 없는 부유 상태에서, 모형이 가지는 수면 위 상부높이, 부력, 초기텐션과 자중을 계산하였다. 침하상태는 가두리의 상부구조가 수면에 위치할 때이며, 반침하 상태는 상부구조가 수면 위 15cm 에 놓여있을 때로 정의하였다.
내파성 가두리로 알려져 기존 양식어업인들이 선호하고 있는 부유식 가두리를 표준으로 하여 사각형과 원형의 2종에 대한 운동을 측정하였다. 규칙파를 이용하여 실험하였을 때 얻어진 결과를 Fig.
모든 모형가두리는 열융착을 통해 수밀을 유지하도록 제작되었다. 또한 미리 수행한 부력계산을 통해 침하깊이 조절이 곤란한 모형과, 운동측정을 위한 치구로 인한 손실되는 부력을 보충해 줄 수 있는 추가 부력재를 사용하였다. 이 부력재는 각 1.
모형가두리는 1mm 굵기의 강선(wire)으로 고정시켜 계류하였고, Tension leg계류는 수조저면에 설치된 계류장치에 자석을 이용하여 계류하였으며, 기존에 사용되고 있는 사각형과 원형의 부유식 가두리는 Catenary 계류방법을 적용하였다. 모든 모형가두리는 열융착을 통해 수밀을 유지하도록 제작되었다.
비접촉식 6자유도계(Rodym)를 사용하여 파랑 하에서 움직이는 모형가두리에 장착된 LED신호를 받아 6개의 운동량 성분인 변위와 각을 계측하였다. 실험에 적용된 좌표, 파랑의 진행 방향 및 운동성분의 방향을 Fig.
4에 나타내었다. 실험은 반사파의 영향을 고려하여 수행하였고, 결과는 90초까지만 나타내었다.
한국형 외해가두리 개발에 필요한 가두리의 최적설계를 위하여 외해에 적합한 다양한 가두리 모델을 선정하여 파랑하의 운동응답을 분석하였다. 이 논문에서는 5개의 가두리 모형을 사용하여 규칙파와 불규칙파랑에서 운동하는 가두리를 Surge, Heave, Pitch운동을 중심으로 비접촉식 6자유도계를 이용하여 운동실험을 수행한 후 결과를 비교 분석하였다. 기존에 사용되고 있는 부유식 가두리는 구조와 계류방법의 특성상 Heave, Pitch운동이 파랑과 동일하게 움직이기 때문에 운동량이 많아 사육 생물에 스트레스를 많이 발생시킬 소지가 큰 것으로 분석 되었다.
기존에 사용되고 있는 부유식 가두리는 구조와 계류방법의 특성상 Heave, Pitch운동이 파랑과 동일하게 움직이기 때문에 운동량이 많아 사육 생물에 스트레스를 많이 발생시킬 소지가 큰 것으로 분석 되었다. 이 논문에서는 새롭게 제시한 형태가 다른 모형가두리를 사용하고 계류방법을 기존의 Catenary 계류에서 Tension으로 하여 운동 실험과 분석을 수행하였다. 도입된 3개의 가두리 모형 중 육면체 모델인 Type 5의 가두리의 운동이 Tension 계류를 사용하였을 때 Surge와 Pitch 운동량이 최소화 되었다.
한국형 외해가두리 개발에 필요한 가두리의 최적설계를 위하여 외해에 적합한 다양한 가두리 모델을 선정하여 파랑하의 운동응답을 분석하였다. 이 논문에서는 5개의 가두리 모형을 사용하여 규칙파와 불규칙파랑에서 운동하는 가두리를 Surge, Heave, Pitch운동을 중심으로 비접촉식 6자유도계를 이용하여 운동실험을 수행한 후 결과를 비교 분석하였다.
대상 데이터
국립수산과학원이 보유한 3차원 조파수조(85x10x3.5m)에서 실험이 수행되었다. 최대파고 50cm를 생성시킬 수 있으며, 6종류의 스펙트럼의 구현이 가능한 시스템으로 제어프로그램이 구성되어 있다.
불규칙 파랑은 다음과 같이 정의되는 ISSC 스펙트럼을 사용하였으며, 실험을 위해 만들어진 파랑은 유의파고 H1/3, 평균 주기 丁를 각각 H1/3=0.2m 및 주기 T=1.5s로 하여 생성하였다. 유의파고 H
최대파고 50cm를 생성시킬 수 있으며, 6종류의 스펙트럼의 구현이 가능한 시스템으로 제어프로그램이 구성되어 있다. 실험을 위해서 플런저형식의 조파기로 생성된 규칙파와 불규칙파를 이용하였다. 규칙파는 추후 시뮬레이션과 검증을 위해 파고 H=0.
1에 나타낸 것과 같이, 이번 실험에 사용된 모형가두리는 형태별로 사각형과 원형을 기본으로 하였으며 그물을 고정시키고 계류를 원활하게 하기 위한 다리를 추가한 것과, 사각형의 경우에는 하부구조를 추가한 육면체 형태의 총 5종류이다. 재질은 고밀도 PE관을 사용하였으며 PE의 물성은 Table. 1에 나타내었다.
성능/효과
이와는 반대로 반침하의 경우는 입사파에 의해 뒤로 밀리는 정도가 상대적으로 적다는 것을 알 수 있다. Heave 운동의 경우는 Surge와 마찬가지의 경향을 보이고 있으나 절대적인 운동의 크기는 침하식 가두리보다 약간 줄어든다는 것을 확인하였다. 이것은 접수면적의 차이로 인해 받는 유체력의 크기로 서로 다르기 때문에 발생된 현상이라 설명할 수 있다.
이 논문에서는 5개의 가두리 모형을 사용하여 규칙파와 불규칙파랑에서 운동하는 가두리를 Surge, Heave, Pitch운동을 중심으로 비접촉식 6자유도계를 이용하여 운동실험을 수행한 후 결과를 비교 분석하였다. 기존에 사용되고 있는 부유식 가두리는 구조와 계류방법의 특성상 Heave, Pitch운동이 파랑과 동일하게 움직이기 때문에 운동량이 많아 사육 생물에 스트레스를 많이 발생시킬 소지가 큰 것으로 분석 되었다. 이 논문에서는 새롭게 제시한 형태가 다른 모형가두리를 사용하고 계류방법을 기존의 Catenary 계류에서 Tension으로 하여 운동 실험과 분석을 수행하였다.
또한 파랑의 입사각 방향으로 뒤쪽으로 현저히 밀리는 Surge운동은 규칙파나 불규칙파의 경우 모두 계류삭이 초기에 고정되어 있던 위치를 크게 벗어나지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 따라서 계류방법에 문제가 없고 계류삭의 강도만 충분하다면 Heave 및 Pitch운동성분이 현저하게 줄어드는 tension 계류는 가두리 속에서 사육되는 생물을 고려한다면 상하운동이 구속되어 변위가 적다는 이유로 인해 최적의 환경을 제공할 수 있는 것으로 판단된다.
6에서 알 수 있듯이, 구속되는 성분인 Heave와 Pitch 운동은 Catenary계류에 비해 아주 작아 무시할 수 있을 정도이다. 또한 파랑의 입사각 방향으로 뒤쪽으로 현저히 밀리는 Surge운동은 규칙파나 불규칙파의 경우 모두 계류삭이 초기에 고정되어 있던 위치를 크게 벗어나지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 따라서 계류방법에 문제가 없고 계류삭의 강도만 충분하다면 Heave 및 Pitch운동성분이 현저하게 줄어드는 tension 계류는 가두리 속에서 사육되는 생물을 고려한다면 상하운동이 구속되어 변위가 적다는 이유로 인해 최적의 환경을 제공할 수 있는 것으로 판단된다.
8에서 알 수 있듯이 Surge와 Heave 운동의 시간당 변화량은 거의 차이가 없지만 증가된 부력으로 인해 Htch 운동은 현저하게 줄어들었다. 불규칙파랑에서의 운동 역시 규칙파와 비슷한 경향을 보이며 특히 Sui指e와 Heave 운동은 거의 동일하게 나타나고 Pitch운동은 Type 5의 가두리 모형이 Type 4에 비하여 우수하게 나타났다.
후속연구
보다 우수한 외해용 가두리 설계를 위해서는 그물이 설치되었을 때 그로 인해 발생되는 추가 항력이 가두리에 미치는 영향과 운동, 계류에 필요한 중량 추정을 위한 모형실험 등이 수행되어야 한다.
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