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ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.22 No.4 pp.335-343
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2016.22.4.335

A Study of Distribution of Jellyfish by Particle Numerical Experiment in Masan Bay

Min-Ho Choi*, Tai-Gwan Ryu**, Dong-Sun Kim***
*Interdisciplinary Program of Ocean Industrial Engineering, Pukyong National University, Busan 48513, Korea, 051-629-7071
**Interdisciplinary Program of Ocean Industrial Engineering, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
***Department of Ecological Engineering, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
Corresponding author: kimds@pknu.ac.kr, 051-629-7374
April 14, 2016 June 7, 2016 June 27, 2016

Abstract

The spatio-temporal distribution of jellyfish in Masan Bay was investigated in this study using a numerical model. First, a three-dimensional hydrodynamic model (POM) was constructed,taking into account residual flows, tides, temperature, salinity, and wind effects. A particle tracking model based on residual flow was then used to investigate the jellyfish present in Masan Port, referred to as the Heavy Industry and Gapo New Port in Masan. Jellyfish distribution was concentrated with maximum (2,533 individual) in the North Sea near Machang Bridge. Itcan be concluded that this concentration was due to multi-directional residual flows and topography effects. Residual flow currents are a dominant factor in understanding the aggregation of jellyfish, and this study used a numerical simulation of tide-induced residual currents, wind-driven currents and density currents in distinct cases to thoroughly address the topic. As a result, wind-driven currents (effect of the wind) was found to be superior to other components as an influence on the distribution of jellyfish near Machang Bridge and Modo in Masan Bay.


마산만에서 입자수치실험에 의한 해파리 분포연구

최 민호*, 유 태관**, 김 동선***
*부경대학교 해양산업공학(협), 051-629-7071
**부경대학교 해양산업공학(협)
***부경대학교 생태공학과

초록

마산만에서 수치모델을 이용하여 해파리의 시·공간적 분포를 파악하였다. 먼저 3차원 해수유동모델(POM)을 이용하여 조석, 바람, 수온·염분의 효과를 고려한 잔차류를 계산하였다. 마산만의 마산항, 중공업단지, 가포신항에서 발생한 해파리의 거동을 파악하기 위하여 잔차류에 의한 입자추적자 모델을 이용하였다. 해파리의 분포는 마창대교 북쪽해역에서 최대인 2,533 개체수가 나타났다. 이와 같은 현상은 잔차류의 다방향으로 혼재하는 흐름과 지형적인 영향으로 판단된다. 해파리의 이동에 영향을 미치는 잔차류가 우세한 해 역에서 외력조건에 따른 해파리의 집적도를 알아보기 위해서 조석잔차류, 취송류, 밀도류의 유형별 수치실험을 하였다. 특히 마산만의 마창대교와 마산만 입구인 모도해역에서는 취송류(바람에 의한 효과)가 해파리의 집적에 탁월한 것을 확인하였다.


    Pukyong National University

    1서 론

    전 세계 연안에서 해파리(jellyfish)의 폭발적인 증가는 인 간의 직 간접적인 활동에 영향을 미치고 있으며, 국내·외 연 안에서 발전소 취수구 막힘으로 인한 중단 사태 및 수산업 활동에 영향을 주고 있다. 또한 해파리 대량출현에 의한 수 산업 피해의 경제적 손실이 수백만 달러에 이른다고 추정하 였다(Graham, 2003). 해파리로 인한 어획량 감소 피해는 최대 225,879백만(2012년)원으로 추정되며, 해운대 해수욕장의 해 파리 쏘임에 따른 해수욕객 방문기피의 연간손실액은 120억 원, 원전의 출력감발과 정지로 의한 피해액은 약 585억 원으 로 추산하였다(Kim et al., 2014).

    해파리관련 연구는 1990년대 후반부터 지속적으로 이루 어지고 있으며, 해파리 대량발생에 대한 문제점을 인지하고 적극적인 연구가 시작된 시기는 2005년 이후이다. 또한 국립 수산과학원 해파리정보센터의 운영을 통하여 모니터링을 실시하고 있으며, 이를 통하여 해파리 속보를 제공하고 있 다. 해파리 모니터링에 집계된 해파리는 총 16종이며, 그 중 가장 높은 비율을 차지하는 종은 노무라입깃해파리(Nemopilema nomurai)와 보름달물해파리(Aurelia aurita)이며, 커튼원양해파 리(Dactylometra quinquecirrha)와 유령해파리(Cyanea capillata) 는 높은 비율은 아니지만 지속적으로 출현하고 있는 것으로 나타났다.

    국내에서 경기도 시화호와 전북도 새만금호의 경우, 방조 제 건설이라는 인간의 활동이 수질악화 및 보름달물해파리 (Aurelia aurita) 폴립에 서식지 제공이라는 결과를 양산하여 해파리의 대량출현을 유도하였으며(Chung et al., 2012), 마산 만은 반 폐쇄성 내만으로 1970년 이후부터 산업단지로 개발 이 되어져왔고, 주변 하천을 통해 생활하수 및 오폐수 유입 의 증가가 이루어지면서 수질 악화 및 생태계 변화가 이루 어지고 있다. 마산만에 대량으로 출현하는 해파리인 보름달 물해파리(Aurelia aurita)는 어류에 비해 낮은 산소농도에서 잘 적응하고, 부착기질에 형성된 폴립은 마산만에서 봄부터 초여름까지 진행되며, 특히 인간의 연안개발로 사용된 콘크 리트는 폴립의 좋은 서식처를 제공한다(KIOST, 2007).

    해파리에 대해 선행되었던 연구는 조석 주기별 격자 당 1개 체씩 고려하여 입자추적을 수행하여 연구해역의 물성 및 해 파리의 분포를 파악하거나(Park et al., 2009; Park et al., 2011) 해파리를 대상으로 입자추적 실험 시 육지에서 다소 떨어진 연안을 따라 평행하게 초기조건(Moon et al., 2010; Berline et al., 2013; Wei et al., 2015)으로 설정하여 연구되었다. 마산만 에서 해파리에 관한 수치실험들은 다양하였으나, 해파리 폴 립의 초기 위치별 시간 경과 후 밀집하는 해역에 대한 연구 는 부족한 실정이다.

    본 연구는 해파리 폴립의 연안부착 특성을 고려하여 실제 해파리 폴립의 예상되는 서식처에서 해수유동모델과 입자 추적자모델을 이용하여 해파리의 시·공간적 분포 특성을 연 구하였다.

    2자료 및 방법

    2.1현장조사

    마산만의 수온 및 염분의 연직분포를 파악하기 위해 마 산만 내측부터 외측까지 9개의 정점을 선정하였다(Fig. 1). 조사 장비는 CTD(Sea-Bird Electronics, SBE-19 Seacat Profiler)를 이용하여 대조기의 창조시와 낙조시를 대상으로 2014년 8월 13일부터 14일 관측을 실시하였다(Table 1).

    해파리 공간분포 조사는 어구를 이용해 해파리를 채집해 야 하므로 해역으로 나누어 조사를 실시하였다(Fig. 1). 조사 에 사용된 어구는 소형 트롤(망폭 6 m)로서 2.5 kt/h로 5분간 예인하여 해역별로 개체수를 측정하였다.

    2.2해수유동 모델

    해수유동 수치실험에 사용된 모델은 POM(Princeton Ocean Model)을 사용하였다(Blumberg and Mellor, 1987). POM은 외양 뿐만 아니라 하구, 대륙붕 등 연안역에 주로 적용되어 왔다 (Ezer et al., 2002). POM의 주요 특징은 정수압근사와 Bousinessq 근사 등을 사용하여 운동방정식을 계산한다. 수평방향으로 는 직교곡선좌표계를 연직방향으로는 sigma(σ) 좌표계를 사 용함으로써 z-좌표계의 단점인 해저지형 경사에 따른 저층 흐름 재현의 문제점을 해결한다. 또한 연직방향으로 시간차 분으로 음해법을 사용하고, 외부모드 및 내부모드를 분리하 여 계산하는 split time method를 사용하여 계산시간 면에서 효율성 및 경제성이 높다.

    본 연구에 사용된 수심자료는 국립해양조사원의 전자 해도 와 CTD 관측 자료에서 얻은 수심을 interpolation 및 smoothing 하여 각 격자의 수심으로 사용하였다. 해수유동 수치실험 영 역은 마산만의 해수 유동과 해파리의 유출이 충분히 반영될 수 있도록 진해만의 일부를 포함하여 x, y 방향으로 각각 14×18.5 km로 설정하였다. 계산격자는 정방격자 100 m로 총 140×185개로 하였다. 연직 방향의 σ-layer 개수는 총 3개의 층으로 표층에서 저층까지 동일한 간격으로 설정하였다. 계산 의 시간간격은 CFL 조건( Δ t = d x / 2 g h )을 고려하여 external time step은 2초, internal time step은 15초로 총 30일 계산하여 최종 15일의 유동결과를 파악하였다.

    조류는 외곽경계에서 해면변위를 매 time step마다 변화를 주어 재현하며 4대 분조(M2, S2, K1 및 O1)을 입력하였다. 마 산만은 반일주조가 우세한 해역으로 M2, S2 분조가 중요하 며, 유향 및 유속을 조류타원도를 이용하여 현장조사자료 (Fig. 2, ★)와 모델결과를 비교하여 모델의 재현성을 확인하 였다.

    수온·염분은 CTD 현장조사 자료와 환경측정망자료(2014 년 8월)를 kriging 기법으로 계산하였다. 밀도류 계산 시 초기 외곽경계의 해면변위는 없는 것으로 계산하고 조류와 취송 류의 강제력인 조화상수에 의한 외곽해면변위의 변화, 표면 장력에 의한 wind stress는 주지 않으며, 강의 유입과 강수량 은 고려하지 않았다.

    바람은 시시각각 변화하기 때문에 취송류 재현에는 까다 로움이 있다. 일반적으로 하계는 남풍의 영향이 크게 나타 나는 계절이지만, 마산만의 경우 둘러싸인 육지의 영향으로 남풍보다 북풍계열의 바람이 더 우세한 것을 조위관측소에 서 확인하였다. 마산만 북측에 위치한 국립해양조사원 조위 관측소(Fig. 2, ●)에서 CTD 현장조사 시기와 동일한 2014년 8월의 평균 풍속(2.4 m/s)과 가장 높은 빈도를 보였던 풍향 (NE)을 전 해역에 일괄 적용하였다(KHOA, 2014). 취송류 계 산 시에는 조류에서 사용된 외곽해면변위와 수온·염분의 분 포에 의한 부분은 고려하지 않았다.

    본 연구는 마산만에서 서항지구의 매립이 되기 전 실시된 해수유동 수치실험(Park et al., 2011)과 달리 새롭게 매립한 서항지구를 고려하여 마산 내측에서의 해수유동을 현재에 더 가까운 조건으로 고려하였다.

    2.3입자추적자 모델

    해양에서 물질의 이류·확산을 나타내는 방법에는 Euler 와 Lagrange 방법이 있다. Lagrange 방법은 해양의 부유물질을 입자들의 모임이라 보고 일정한 부피를 가진 입자들이 서로 독립적으로 움직인다는 가정 하에서 이류·확산에 의해 시간 에 따라 이동한 위치를 구하는 방법으로 해파리를 대상으로 하여 본 연구에 이용하였다. 물질 확산에 관한 문제는 일반 적으로 확산방정식을 수치적으로 풀이하여 근사 값을 구하 는 방법 외에 입자의 움직임이 임의행보(random walk)한다는 가정 하에 수립된 Monte Carlo 방법이 있다. 이러한 입자추적 방법은 현상을 손쉽게 재현할 수 있다는 장점이 있고, 결과 의 분석이 용이하다(식1).

    X n + 1 = X n + U × Δ t + R R = γ 6 K x Δ t
    (1)

    여기서, U : time step에 계산된 유속, R : 임의행보(random walk), γ : uniform random number(평균=0, 표준편차=1)이다. 또 한 수평확산계수는 Smagorinsky 확산공식(Smagorinsky, 1963)을 사용하여 계산한다(식2). 본 연구에서 C 는 0.2의 값을 사용 한다.

    A M = C Δ x Δ y [ ( u x ) 2 + ( u x + u y ) 2 / 2 + ( υ y ) 2 ] 1 / 2
    (2)

    입자추적 수치실험 수행은 30일 중 해수유동 안정화를 위 한 초기 15일을 배제하고 후에 최종 15일 간 실시하였다. 해 파리의 크기는 20 cm, 무게는 300 g이고 성장성은 고려하지 않으며, 입자 초기 위치는 인간의 연안개발로 이용한 콘크 리트는 해파리 폴립의 좋은 서식처를 제공한다(KIOST, 2007) 는 가정 하에 마산만에서 콘크리트 구조물이 있는 지역을 선정하였다. 마산항, 가포신항 및 중공업단지에서 각 100개 체씩 표층에서 일시방출을 하였다(Fig. 2). 마산항과 중공업 단지는 가포신항에 비해 상대적으로 긴 연안지형을 포함하 기에 20개의 계산격자에서 각 5개체씩, 가포신항은 10개의 계산격자에서 각 10개체씩 일시 방출한다. 수치모델에서 총 4개의 해역으로 나누었다. A해역은 돝섬 북측 내만으로 유 속이 가장 느린 해역, 상대적으로 유속이 빠른 남측해역은 마창대교를 중심으로 하여 북측을 B해역, 남측을 C해역으로 나누었고, 마산만 외양을 D해역으로 나누어서 해파리의 거 동을 실험한다.

    3결과 및 고찰

    3.1현장조사 결과

    연직 수온 분포는 대조기 낙조시 표층 24℃, 저층 22~23℃, 창조시 표층 24.5℃, 저층 22.5~23℃ 로 나타났다. 연직 염분 분포는 대조기 낙조시 표층 30.5~31.5 psu, 저층 32~32.5 psu, 창조시 표층 31 psu, 저층 32.5~33 psu로 나타났다. 낙조시 마 창대교 북측해역의 10 m 수심에서는 남측 해역과 다르게 연 직으로 미세한 혼합이 나타난 반면에, 마창대교 남측에서는 창조시 조사결과와 마찬가지로 수심이 증가함에 따라 수온 이 감소하는 안정적인 경향이 보였다(Fig. 3). 이러한 패턴은 해파리의 연직 방향으로의 이동·확산에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다.

    Fig. 1의 해파리 채집 결과, 보름달물해파리(Aurelia aurita) 가 마산만에서 우점하였다. 창조 시 출현한 해파리의 개체 수는 39~2,533개체 범위를 보였으며, D 해역에서 가장 많이 출현하였다. 낙조 시 출현한 해파리의 개체수는 20~1,105개 체 범위를 보였으며, 창조 시와 동일한 D 해역에서 가장 많 이 출현하였다. 마창대교 북쪽에 위치한 돝섬 주변인 D 해 역에서 모두 가장 많이 나타났고, 마창대교 남쪽에 위치한 F 와 G 해역에서 비교적 많이 출현하였다.

    3.2해수유동 결과

    수치실험을 통한 해수유동 결과의 재현성을 검토하기 위 해 RCM-9(KHOA, 2005)을 이용하여 마산만 입구에서 2005년 6월 13일부터 2005년 7월 14일까지 약 30일간 계류하여 얻은 유동자료와 모델결과의 유동을 조류타원도를 이용하여 비교 하였다(Fig. 4). 마산만은 반일주조가 분명하게 나타나는 해역 으로 검증에 사용된 관측자료로부터 조화분해를 통한 4대 분조는 M2, S2분조의 경우 장축의 크기가 각각 8.3, 3.7(cm)인 반면, K1, O1분조의 경우 장축의 크기가 각각 0.7, 0.4(cm)로 나타났다. 따라서 본 연구해역에서 해수유동의 재현은 M2, S2분조가 중요함이 보인다. 반일주조 성분 중 M2분조는 장축 의 크기와 위상은 잘 일치하였고, 단축의 크기가 다소 차이 를 보인다. S2분조는 단축의 크기는 잘 일치하였고, 장축의 크기와 위상이 다소 차이를 보이지만 거의 유사한 결과를 나타내어 본 연구에서 수행한 해수유동 수치실험의 재현성 은 대체로 양호한 것으로 판단된다.

    대조기 및 소조기의 최강 창·낙조시 조류(tidal current)를 나타내었다(Fig. 5. a-d). 대조기의 유속이 소조기보다 전체적 으로 2~6 cm/s 강하였고, 창조시 내만으로 북서향, 낙조시 외 양으로 남동향 성분이 강하게 나타났다. 가장 강한 유속은 해역이 좁아지는 모도 앞 해역에서 나타났다. 조류는 넓은 외양에서 좁은 수로로 들어오는 모도 앞 해역에서부터 돝섬 을 지나 내만까지 유입되면서 유속이 감소하는 경향이 나타 났다. 특히 연안지형을 따라 북향하는 흐름이 마창대교 부 근해역과 돝섬 남측까지는 유속이 다소 빠르나, 돝섬을 지 나 내만에서는 대조기 평균 5~6 cm/s, 소조기 평균 3~4 cm/s로 약하게 나타났다. 이러한 마산만의 조류특성이 해파리의 수 평분포에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    조류의 왕복성분을 제외한 15일간의 조석잔차류(tide-induced residual current)는 마산만의 얕은 수심에 의해 표·중·저층이 거의 유사한 분포가 나타나 표층만 도시하였다(Fig. 5. e). 전 해역에서 내만을 향한 북서향 흐름이 보였으며, 특히 마산 만에서는 모도, 마창대교 및 돝섬 부근 해역에서 지형에 따 라 강하게 내만으로 유입하는 흐름이 보인다. 외양에서는 부도 연안을 따라 우회하여 북서향하는 흐름이 나타났다.

    마산만 하계(NE 2.4 m/s)의 평균 풍속에 의한 마산만의 표 층 취송류(wind-driven current)의 결과를 나타내었다(Fig. 5. f). 표층의 흐름은 돝섬을 중심으로 최대 1.5 cm/s의 반시계 방향 으로 회전하는 흐름이 나타났다. 마창대교에서부터 모도 사 이 해역에서는 시계방향으로 회전하는 흐름이 마창대교 남 측에 나타났으며, 그 아래에서는 모도연안을 따라 북향하는 흐름이 보인다. 마산만 입구에서부터 마창대교 사이 해역에 서 가장 강한 흐름(2.5 cm/s)이 나타났다. 마산만 외양에서는 진해 해군기지의 연안에서 모도 연안을 따라 서향하는 흐름 이 보였으며, 부도 부근에서는 취송류가 미약하게 나타났다. 이러한 흐름에 의해서 해파리의 이동·확산은 돝섬, 마창대교 해역에서의 체류에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    현장 조사자료와 환경측정망자료로부터 계산된 밀도류 (density current)의 표층 결과를 나타내었다(Fig. 5. g). 얕은 수 심에 의해 표·중·저층이 거의 유사한 분포가 나타나 표층만 도시하였다. 마산만에서 최대 0.3 cm/s로 아주 미약하게 나타 났으며, 외양에서 모델의 남쪽 경계역에서 북향, 부도를 우 회하여 동쪽 경계역으로 동향하여 유출되는 흐름이 확인되 었다. 마산만에서 발생한 해파리는 밀도류의 영향에 크게 미치지 않을 것으로 사료된다.

    조류, 취송류 및 밀도류의 효과를 모두 고려한 잔차류 (residual flow)의 표층 결과를 나타내었다(Fig. 5. h). 마산만에 서의 잔차류는 돝섬 북측으로 수심 5 m 이하에서 흐름이 미 약하였고, 동측연안에서 북향하는 흐름이 나타났으며, 돝섬 부근해역에서 조석잔차류의 북향하는 흐름이 취송류의 회 전하는 성분에 영향을 받아 다방향으로 혼재하여 나타나는 것으로 판단된다. 특히 마창대교와 모도 부근 해역에서 다 방향으로 강하게 나타났다. 마창대교에서는 표층에서 반시 계 방향의 성분이 나타났다. 외양에서의 흐름은 모도 남측 해역에서 남동향하는 흐름, 부도 부근 해역에서 조석잔차류 와 유사하게 내만을 향한 북서향 흐름이 나타났으나, 전체 적으로 미약한 흐름이 나타났다. 마산만에서는 조류와 취송 류의 효과에 의한 잔차류의 형태가 지배적이며, 밀도류는 그 영향이 크지 않은 것으로 사료된다.

    3.3입자추적결과

    해수유동모델의 안정화 이후 15일간 해파리의 입자추적 을 실시하였다. 입자추적 실시 후 3일, 9일, 15일 후 입자 수 평분포를 도시하였다(Fig. 6). 마산만의 A~C 해역은 평균 유 속과 지형적인 특성에 따라 나누었기에 체적이 다르므로 해 역별 입자를 단위 면적당(1 km2) 해파리의 개체수를 환산하 였다(Table 2).

    먼저 3일이 경과한 후, A해역은 해파리 발생 지점인 마산 항과 중공업단지를 포함하고 B해역은 가포신항에서 발생하 는 해파리를 포함하고 있기 때문에 C해역보다 단위 면적당 (1 km2) 개체수가 높은 경향을 보이며 시간이 지남에 따라 외양역으로 해파리가 이동·확산되는 분포를 확인 할 수 있 다. A~C 해역 중 시간이 지남에 따라 지속적으로 단위 면적 당(1 km2) 높은 개체수를 보이는 해역은 마창대교 북측인 B 해역으로 나타났다. B해역은 가포신항에서 발생한 해파리가 마산항과 중공업단지에서 발생한 해파리보다 시간이 지남 에 따라 일관적으로 개체수가 적은 경향을 보인다. A해역은 유속이 느린 해역이기 때문에 해파리가 빠르게 유출이 되지 는 않지만 B해역으로의 입자 이동이 천천히 진행되는 것을 확인하였고, 가포신항에서 초기에 유입된 해파리의 개체수 와 A해역 내에 위치한 마산항과 중공업단지에서의 해파리 의 비율이 시간이 지남에 따라 유사하게 감소하는 경향을 보인다. 마창대교 남쪽에 위치한 C해역은 초기 3일 경과 시 인근해역인 가포신항에서 발생한 해파리의 입자가 우선적 으로 유입된 것을 볼 수 있으며, 시간이 지남에 따라 마산항 과 중공업단지에서 발생한 해파리 입자들과 그 개체수가 유 사해 지는 것을 확인하였다. 3개의 입자 초기 발생지 중 가 포신항은 가장 남쪽에 위치하기 때문에 C해역으로 가장 빠 르게 이동할 수 있었으며, 지속적으로 작용하는 조류의 왕 복흐름의 영향으로 혼합이 되면서 점차 마산항과 중공업단 지에서 유입되는 입자수가 유사하게 나타나는 것으로 판단 된다. 외양역은 마산만 입구를 지나 해파리 입자들이 유출 되는 해역으로 만내에 존재하던 입자가 지속적인 유출로 시 간이 지남에 따라 증가하는 경향이 나타났다.

    3.4해파리의 시·공간적 분포

    본 연구에서 마산만의 잔차류는 연안지형 및 수심의 영향으 로 마산만 내에서 돝섬 주변해역(1.6 cm/s), 마창대교(1.9 cm/s) 그리고 만 입구인 모도 북서쪽 해역(3.9 cm/s)에서 강한 흐름 을 보였다. 잔차류의 유속이 강하게 나타나는 해역은 섬이 나 교각 등에 의해 지형이 복잡하게 나타나는 해역이다. 해 파리 공간분포 조사결과와 비교해 보면 잔차류 유속이 강하 게 나타나는 해역에서 채집된 해파리의 개체수가 높게 나타 남을 확인할 수 있다.

    잔차류는 조석, 바람, 수온·염분의 외력조건을 이용하여 계산되었다. 어떠한 외력 조건이 마산만 내에 해파리를 집 적시키기에 탁월한 성분인지 알아보기 위해 조석 잔차류 (Case 1), 취송류(Case 2), 밀도류(Case 3) 그리고 모든 외력조 건을 포함하는 잔차류 입자추적 수치실험을 실시하였다. 먼 저 잔차류가 강하게 나타나는 돝섬, 마창대교, 모도 북서쪽 해역을 동일한 면적(계산격자 12×12=144개)을 가지는Ⅰ(돝 섬 주변해역), Ⅱ(마창대교 주변해역), Ⅲ(모도 북서쪽해역) 구역으로 구분하였다(Fig. 7). 입자발생 이후 15일간 1일 간 격으로 3개의 구역 내에 분포하는 입자의 개수를 counting하 여 Case별로 비교 분석 하였다(Fig. 8).

    추세선의 기울기가 (-)일 경우 구역 내 입자개수가 감소하 는 것을 나타내고 반대로 (+)일 경우 구역 내 입자개수가 시 간에 따라 증가하는 것을 말한다. 각 외력조건에 따라 수치 실험을 하였기 때문에 추세선의 기울기 값을 이용하면 구역 별 해파리를 집적시킬 수 있는 가장 탁월한 성분을 파악하 기에 용이하다. 마산만 내부에서 해파리가 초기 발생하여 이동하기 때문에Ⅰf구역에서 잔류하는 입자 수는 모든 경우 에서 감소하는 경향을 보인다. 조석에 의한 영향을 고려한 Case 1, 바람에 의한 효과를 고려한 Case 2의 경우 추세선의 기울기가 각각 -1.67, -1.39로Ⅰ구역에 분포하는 입자 수가 빠르게 감소하는 반면, 수온·염분의 효과를 고려한 Case 3의 경우 추세선의 기울기는 -0.99로Ⅰ구역 내 입자 감소율은 가장 낮게 나타난다. 따라서Ⅰ구역에서 해파리를 집적시킬 수 있는 가장 탁월한 성분은 수온·염분의 효과에 의한 흐름 이라고 볼 수 있다. Ⅱ구역에서의 일별 잔류 입자량 변화를 보면, Case 1과 3의 경우 추세선의 기울기는 각각 -1.03, -0.93 로 나타난다. 그러나 바람의 효과를 고려한 Case 2의 경우 추세선의 기울기는 -0.26로Ⅱ구역 내에 잔류하는 입자의 개 수는 시간흐름에 따라 감소하는 경향을 보이나, Case 1과 3 에 비해 기울기가 약 1/4으로 입자 수가 유지되는 경향성을 보인다. 그리고Ⅲ구역의 일별 입자 잔류량 변화를 보면, 조 석효과를 고려한 Case 1의 경우 추세선의 기울기는 +0.28으 로 약간 증가하는 경향을 보인다. 수온·염분 효과를 고려한 Case 3의 경우 또한 추세선의 기울기가 +0.33으로 약간 증가 하는 경향을 나타낸다. 반면 바람의 효과를 고려한 Case 2의 경우는 추세선의 기울기가 +1.48로 크게 증가하는 경향성을 보인다. 따라서 바람의 효과는 Ⅱ, Ⅲ구역에서 해파리를 집 적시킬 수 있는 가장 탁월한 성분이라고 볼 수 있다.

    4결 론

    마산만의 조류는 창조시 북서류, 낙조시 남동류의 성분이 우세하였고, 조석잔차류는 북향하는 성분이 우세하였다. 취 송류는 돝섬, 마창대교 등 연안을 따라 회전하는 성분이 나 타났고, 밀도류는 미약하게 나타났다. 잔차류는 돝섬을 중심 으로 발산, 마창대교에서 반시계 방향의 성분이 나타났으며, 모도 앞 해역에서 강하게 다방향으로 혼재하는 흐름이 나타 났다. 해파리의 입자추적결과는 돝섬-마창대교 해역에 높게 나타났으며, 이는 잔차류의 다방향으로 혼재하는 흐름 및 지형적인 영향이 원인이라고 판단된다. 또한 잔차류가 강한 해역에서 물리적 인자들을 고려하였을 시, 바람에 의한 효 과가 해파리의 집적에 탁월한 것을 확인하였다. 현장 조사 결과에서 마창대교의 북쪽 및 남쪽에서 해파리의 밀집 된 현상은 마산만의 해역 특성상 강한 조류와 취송류의 영향을 받아 회전 및 다방향으로 혼재하는 잔차류 흐름이 나타나 돝섬 북측과 마산만 입구에 비해 높은 개체수가 유지되는 것으로 보인다. 또한 마창대교가 설치된 해역은 타 해역보 다 수심이 2~3 m 깊은 것으로 이러한 지형적인 요인에 해수 유동이 달라 질 것이며, 유영능력이 미약한 해파리가 마창 대교 북쪽 및 남쪽에 모인 결과로 사료된다.

    본 연구결과를 토대로 향후 앞으로 우리나라 연안에 서식 하는 해파리 시·공간적 분포의 파악과 그 원인들을 규명함 으로서, 해파리 개체군을 관리하거나 조절하는 방안에 대해 연구되어야한다. 또한 해파리의 생물학적 인자들을 모델에 반영하여 현장에 근접한 수치모델을 구축하고자 한다.

    사 사

    이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비(2015년)에 의 하여 연구되었음.

    Figure

    KOSOMES-22-335_F1.gif

    Fixed point (dot) of physical survey and area (square) of jellyfish investigation in Masan bay.

    KOSOMES-22-335_F2.gif

    Model domain and bottom topography (m). Dots in the left figure indicate the positions of the model particles released in the Masan bay.

    KOSOMES-22-335_F3.gif

    Vertical distribution of temperature and salinity during ebb and flood current in spring tide.

    KOSOMES-22-335_F4.gif

    Comparison between observed (solid line) and calculated (dashed line) tidal ellipse.

    KOSOMES-22-335_F5.gif

    Tidal current (a-d) at max. flood and ebb of spring and neap tide, tide-induced residual current (e), wind-driven current (f), density current (g) and residual flow (h) in Masan bay.

    KOSOMES-22-335_F6.gif

    Horizontal distributions of jellyfish in Masan bay.

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    Dominant area of residual flow.

    KOSOMES-22-335_F8.gif

    Time series distribution of particles per unit area (Residual flow, Case 1: tide-induced residual current, Case 2: wind-driven current, Case 3: density current).

    Table

    The oceanographic observation points in Masan bay

    The number of particles in each area according to the time (particle/1km2)

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