This study deals with the application of an artificial neural network (ANN) model to predict power consumption for utilizing seawater source heat pumps of recirculating aquaculture system. An integrated dynamic simulation model was constructed using the TRNSYS program to obtain input and output data for the ANN model to predict the power consumption of the recirculating aquaculture system with a heat pump system. Data obtained from the TRNSYS program were analyzed using linear regression, and converted into optimal data necessary for the ANN model through normalization. To optimize the ANN-based power consumption prediction model, the hyper parameters of ANN were determined using the Bayesian optimization. ANN simulation results showed that ANN models with optimized hyper parameters exhibited acceptably high predictive accuracy conforming to ASHRAE standards.

This study is aimed to analyze the economic feasibility of yellowtail culture using the copper alloy net cage in Gyeongsangbuk-do. First of all, in order to evaluate the copper alloy net cage on yellowtail culture, I review the trend on the yellowtail culture industry and research the concept of copper alloy net cage. The copper-alloy net cage is now recognized as an advantages of its system stability, recycling, antibiosis and food safety. The results were summarized as follows: first, there was significant meaning of the profit model of yellowtail culture by the price difference. Second, I analyzed in the economic feasibility of yellowtail culture using the copper alloy net cage, internal rate of return (IRR) was 51.58%, a benefit-cost ratio was shown to be 2.27 and net present value (NPV) was 1,087,337 thousand won, which indicates the economic feasibility of yellowtail culture using the copper alloy net cage is profitable. Finally, in order to improve the economic valuation, it is necessary to focus more on the developing of technology and cost reduction strategy on the copper alloy net cage.

The objective of this study was to describe the development and testing of an initial ecological health assessment model, based on the index of biological integrity (IBI) using fish assemblages, before establishing the final and currently used model for ecological health assessment, conservation and management of freshwater fish in Korea. The initial fish IBI model was developed during 2004~2006 and included 10 metrics, and in 2007 the final IBI 8-metric model was established for application to streams and rivers in four major Korean watersheds. In this paper, we describe how we developed fish sampling methods, determined metric attributes and categorized tolerance guilds and trophic guilds during the development of the multi-metric model. Two of the initial metrics were removed and the initial evaluation categories were reduced from six to four (excellent, good, fair, poor) before establishing the final national fish model. In the development phase, IBI values were compared with chemical parameters (BOD and COD as indicators of organic matter pollution) and physical habitat parameters to identify differences in IBI model values between chemical and physical habitat conditions. These processes undertaken during the development of the IBI model may be helpful in understanding the modifications made and contribute to creating efficient conservation and management strategies for stream environments to be used by limnologists and fish ecologists as well as stream/watershed managers.

본 연구의 핵심목적은 우리나라에서 어류의 어도이용 효 율성을 통합적으로 평가하고, 진단할 수 있는 다변수 어도 효율성평가모델(Multi-metric Fishway Efficiency Assessment Model, Mm-FEA모델)을 개발하여 현장에 적 용하여 평가하는 것이다. 본 연구에서는 개발된 Mm-FEA 모델은 4대강 사업의 일환으로 건설된 영산강 수계의 죽산 보에 적용평가 되었다. 통합적 어도평가 모델의 변수 지표 는 1) 어도의 구조적 특성, 2) 수리수문학적 특성, 및 3) 생물학적 속성으로 구성되었고, 9-메트릭 모델로 확립되었 다. 첫째, 어도의 구조적 특성 측면에서 M1: 어도 구조물의 경사도, M2: 어도폭/천변폭 비율, M3: 잠공부의 수류통과 용이성으로 구성되었고, 둘째, 수리수문학적 측면에서는 M4: 어도 유입 월류부의 수위, M5: 어도 유출 월류부의 수위, M6: 어도의 유속상태로 구성되었으며, 셋째, 생물학 적 특성 측면에서 M7: 보 상·하류 구간에서 채집된 종수 대비 어도 통과 어종 비율, M8: 어도 통과 어류의 체장 분포 특성 및 M9: 어도 내 회귀성/주연성 어종의 출현 빈도로 구성되었다. 죽산보 어도를 평가한 결과에 따르면, Mm-FEA 모델값은 25로서 어도효율성 평가등급은 5등급 시스템 기준에 의거할 때, 2등급인 “양호상태(good)"로 나 타났다. 본 Mm-FEA 모델은 전체 어류를 대상으로 어도 이동 효율성을 평가한 모델로서 현재, 영산강 죽산보를 대 상으로 어도 이동 효율성 평가가 이루어 졌는데, 향후 전국 4대강의 중·대형보에 모델을 적용 평가하기 위해서는 일부 메트릭 속성 및 지표특성에 대한 메트릭 보정이 필요할 것 으로 사료되며, 일부 보정 과정을 거친 후 4대강의 보에 적용할 경우 좋은 핵심모델로 이용될 수 있는 것으로 사료 된다.

The objective of this study was to develop an index of biological integrity (IBI) for national-level monitoring of watersheds as an ecosystem health assessment methodology for the South Korean government. A 10-metric IBI model (IBIKW) was developed for watershed management and then applied to 76 streams in four major watersheds in Korea. The model assessments showed that 32.9% of all streams were judged to be in ‘excellent-good’ condition, whereas 67.1% were in ‘fair-poor’ condition, indicating severely impaired ecological health. Nutrient analyses of stream water revealed a two- to fivefold increase in nutrient and biological oxygen demand (BOD) levels in urban- and cropland-dominant streams compared to forest- dominant streams. The guild structure within the watersheds indicated that tolerant species were predominant in severely degraded regions (BOD>6 mg/L), and sensitive species were distributed in regions with BOD<2 mg/L. Factors affecting ecosystem health (IBIKW scores) included chemical water quality parameters, physical habitat parameters and land use around the stream. In particular, land use was one of the major factors influencing ecosystem health, as indicated by the strong relationships between the percentages of urban and forest streams and the IBIKW scores. The integrated ecosystem health assessment technique developed here can be applied for both regular bioassessments and post-restoration assessments.

요 약 본 연구에서는 보청천 중권역의 어류군집 특성을 분석하 고 수질과의 상관관계를 연구하였다. 2008년부터 2013년 까지 4개 지점에서 총 50종이 채집되었으며, 우점종은 피라 미(Zacco platypus)와 참갈겨니(Zacco Koreanus)로 각각 26%, 23%의 출현율을 보였다. 내성도 길드별로는 내성종 이 30%, 민감종이 30%로 비교적 고른 분포를 보였으며 트 로픽 길드별로는 충식종이 51%, 잡식종이 42%로 충식종이 다소 우세하게 나타났다. 생물보전지수(IBI)는 평균 28.6으 로 Ⅲ(Fair~Poor) 등급이었고, 이·화학적 수질 분석 결과 최상류인 S1의 수질이 가장 좋았으며 S3까지 급격히 악화 되다가 S4에서 다소 회복되는 경향을 보여 상류에서 하류 로 갈수록 대체로 악화되는 것으로 나타났다. 수질요소와 어류 군집간의 상관관계 분석에서 TN은 어류군집과 통계 적으로 유의한 관계가 나타나지 않았으나 TP는 높아질수록 충식종 비율이 감소하고 잡식종 비율이 증가하는 등 섭식 길드와 유의한 상관관계를 보였다. N:P ratio는 섭식길드와 의 관계에서 TP와 유사한 결과를 보였으며 내성도 길드와 의 분석에서도 증가할수록 민감종 비율이 증가하고 내성종 비율이 감소하여 어류 조성에 영향을 주는 것으로 나타났 다.

The study objectives were to evaluate the aquatic environment of an urban stream using various ecological parameters of biological biomarkers, physical habitat and chemical water quality and to develop a “Multi-metric Eco-Model” (Mm-E Model) for the ecosystem evaluations. The biomarkers of DNA, based on the comet assay approach of single-cell gel electrophoresis (SCGE), were analyzed using the blood samples of Zacco platypus as a target species. The condition factor (CF) as key indicators of the population evaluation indicator was analyzed along with the weight-length relation and individual abnormality. The four metrics of Qualitative Habitat Evaluation Index (QHEI) were added for the evaluations of physical habitat. In addition, the parameters of chemical water quality were used as eutrophic indicators. Our results suggested that attributes of biomarkers and bioindicators in the impacted zone (Iz) had sensitive response largely to the chemical stress (eutrophic indicators) and also partially to physical habitat quality, compared to the those in the control zone. Hereafter, applying Multimetric Eco-Model to stream ecosystem, it will be able to evaluate ecological health state.

Nowadays, consumption of fisheries products is increasing. There are several factors, one of which is a quantitative development through aquaculture. Another factor is an increase qualitative consumption of fish which require that fish be supplied alive. This requires a lot of technical effort to transport the live fish that have low survival rate (c.f. tuna and mackerel) in coastal waters and in the open sea. To develop a towing cage for transporting the live fish, model test in a circulate water channel and simulation by computer tool were carried out. In order to spread vertically, floats were attached at the upper part of the cage, and iron chains attached at the lower part of the cage. For horizontal spreading, kites were attached on the cage. The tension and spreading performance of the cage were measured. The result shows that the tension and reduction ratio of inside volume of the cage were tended to increase with increased towing speeds. The suitable operation condition in towing cage was 1.0 m/s towing speeds with vertical spreading force 8.7 kN, horizontal spreading force 5.6 kN; in this case the reduction ratio of inside volume of the cage was estimated as 25%.

This study aims to analyze the performance of a submersible fish cage which was designed for developing an economical cage system can be applied in korean aquaculture environment easily. To analyze the performance of the designed cage a model test was carried out. In the test, inclination changes of the upper frame and mooring tensions of model cage were measured during the submerging and surfacing motion in still water and wave condition (period: 2s, wave height: 0.1, 0.2, 0.3m). As a result, in the still water condition the model cage kept horizontal balance and inclination degree of the upper frame was about 1˚. In the wave condition, the model cage showed bilateral symmetric up-and-down motion but the average inclination degree of the upper frame was about 0˚. When the model cage reached at a depth of 1m, the up-and-down motion of the cage was decreased by 12% compared with that of at the surface (period 2s, height 0.3m). In the same wave condition, the maximum and average line tension under the bottom position were about 8% and 11% respectively compared with that of at surface.

Simulation technique for the fish behavior was applied to estimate fish school movement in the cage net. Individual-based fish behavior model (Huth and Wessel, 1991) was evaluated in a free area to understand the characteristics for the model, and the movement in the cage net was simulated by defining the fish reaction against the displacement of cage net. As a result, the distance to the net was not considerably changed and the space among fishes in cage net was slightly decreased by reducing the net space. Swimming area was, however, significantly affected by changing the net space and the relationship between swimming area and net displacement was theoretically estimated as y=-0.21x+1.02 (R2=0.96). these results leads the conclusion that individual-based model was appropriated to describe the fish school reaction in the cage net and be able to use for evaluating the influence on cultured fish.

The pound net fishery is very important one in Korean coastal fishery and it need to grasp the characteristics of the net affected by many factors. It is considered that the structure and the shape of the pound net can be changed by the direction and speed of current, wave height, depth and conditions of sea bed. However, most of all, the speed of current and wave height influence more upon the pound net than any other factors to deform and flutter. In this study, author carried out the experiments with a model of double one-side pound net made by the similarity law as 1:100 scales at a real experimental area, and additionally the model net experiments were conducted in the circulating water channel in Pukyong National University. The author analyzed the data of transformation of shape and tension of the model pound net to recognize the characteristics of the current and wave acting on it. Regardless of the direction of flow affecting on the fish court net or bag net, the deformed angle and depth to the side panel and bottom of box nets becomes bigger as the wave gets higher and the period of wave is faster. The tension in both upward or downward tends to be changed by the speed of wave. Those value of changes occurred similarly in either fish court net or bag net. Generally, when bag net is located at upward of flow, the value of tension was bigger 10% than any other location or nets. Regardless of the setting direction, the tension of the pound net is increased in proportion to flow speed, wave height and period of wave, and it becomes bigger about 15-30% at upward to flow than downward. Where the flow is upward in the court net, the tension in the wave increased to 37% compared to the one in the flow only in the condition of flow of 0.1-0.3m/s. Where the flow is upward in the bag net, the tension in the wave increased to 52% in the flow of 0.1m/s, and the tension increased to 48% in the flow of 0.2-0.3m/s.

본 연구는 현용 정치망에서 나타나는 급조시의 심한 망형상과, 그물의 파망 및 유실에 의한 조업부진 등의 문제점을 해결하기 위해 일본의 근해어장용 양식 가두리시설에서 사용한 부가중량추의 이용방법을 도입하여 국내 정치망으로의 적용할 가능성을 검토하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 운동장이 흐름의 조상측인 경우, 부가중량추의 무게가 1.3~5.2gf으로 증가할 때 장력은 기준형보다 약 10~25% 증가하였다. 부착위치에 따라서는 A-type과 B-type은 기준형과 비슷하였고, C-type과 D-type은 기준형보다 약 10~15% 증가하였다. 2. 부가중량추의 무게가 1.3~5.2gf으로 증가할 때 운동장 섶장의 기울기 변화량은 약 0~70˚, 비탈그물의 섶장은 약 0~64˚, 조하측인 제 2원통의 섶장은 약 0~46˚까지였고, 유속이 0.0~0.6m/s로 증가할 때 제1원통고 제2원통 까래의 깊이는 정조시 보다 약 50% 감소하였다. 3. 부가중량추의 부착위치에 따른 운동장 섶장의 깊이는 A-type은 기준형보다 약 25%, B-type은 약 10% 감소하였고, C-type은 기준형과 비슷하고, D-type은 약 15% 증가하였다. 비탈그물의 까래의 깊이는 A-type이 가장 깊었고, 다음으로 B-type, C-type, D-type 순이었다. 제2원통 까래의 깊이는 4종류의 실험망이 기준형 보다 약 10~15% 증가하였다. 유속이 0.0~0.6m/s로 증가할 때 비탈그물의 섶장의 기울기 변화량은 약 0~63˚, 제2원통 섶장의 기울기 변화량은 약 0~44˚이었다. 4. 부가중량추의 적정 무게는 약 2.6~3.6gf이었고, 적정 부착위치는 부가중량추와 연결부분인 그물자락사이 연결줄의 길이가 약 300mm인 C-type과 연결줄 없이 직접 부착한 D-type이었다.

학공치 표층예망어구에 대한 일련의 기초 연구로서 표층예망어구 쌍끌이용 어선 9.98톤과 6.67톤을 이용하여 해상실험을 실시했던 실물어구를 기준으로 하여 축척비를 1/40로 정하고 Tauti의 모형망 비교법칙에 따라 제작한 모형어구(그물의 뻗친 길이 1.2m, 뜸줄의 길이 1.3m, 발줄의 길이 1.0m, 뜸 2.5g, 발돌 0.86g)를 사용하여 수조실험을 실시하였다. 양선 간격과 예인속도 변화에 따른 표층예망어구의 장력을 측정하고 동시에 수중형상을 관측수로 상방과 측면에 디지털 카메라를 설치하여 촬영하고 망고와 그물입구의 폭 등을 측정하고 이것들을 이용하여 실물어구의 망구면적과 여과수량 등을 해석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 망고(Nh)와 예인속도(Vt)와는 Nh=(2.39Db-0.62) Vt-0.56, 그물입구의 폭 (Nw)과 예인속도와는 Nw=(0.96Db0.62)Vt0.11의 관계식으로 나타낼 수 있다. 단, Db는 양선간격이다. 2. 그물어구의 장력(Nt)과 예인속도와는 Nt=106.94Vt+1.43의 관계식으로 나타낼 수 있는데, 표층예망어구는 예인속도 1.5Kont 이상에서 수면과 수평이 되는 수중형상을 보였다. 3. 망구면적 (Na)과 예인속도와는 Na=(2.28Db0.37)Vt-0.45, 여과수량(Fv)과 예인속도와의 관계는 Fv=(69.9Db0.37)Vt0.55의 관계식으로 나타낼 수 있는데, 망구면적과 여과수량은 양선 간격 25m일 때 최대를 나타냈으나 양선 간격 20m일 때와는 그 차가 거의 없었으며 양선 간격 15m 이하와는 차가 크게 나타났다.

해상의 축양장에서 초음파 핑거를 부착한 참돔의 유영행동을 원격계측 시스템으로 추적한 현장실험의 관측결과로부터 수치 모델의 파라메터를 최소자승법으로 추정한 결과와 정규난수를 이용한 시뮬레이션에 의해 각 개체의 추정위치의 시계열 데이터를 구하여 유영궤적, 유영속도, 유영깊이, 축양교의 벽과 개체 사이의 근접거리, 개체 상호간의 최근접거리 등의 유영특성을 나타내는 지표에 대해 현장보험에 의한 결과와 시뮬레이션에 의한 결과를 비교한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 초음파 핑거를 부착한 참돔을 방류하여 120분 동안의 유영행동을 추적한 현장보험에 의한 유류궤적은 고류 후 30분이 경과한 때에는 축양권의 중심 부근으로 이동하고, 주로 축양노의 좌하 모퉁이와 우상 모퉁이의 대각선 방향으로 분포하는 경향을 나타내었으며, 시뮬레이션에 의한 유영궤적도 이와 유사한 경향을 나타내었다. 2. 현장보험의 결과로부터 계산된 어군의 평균 유영속도는 39.2 cm/sec (1.4BL cm/sec)였으며, 시뮬레이션에 의한 평균 유영속도는 44.4 cm/sec (1.6BL cm/sec)로서 보험에 의 한 결과와 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 3. 현장보험에서 계측된 어군의 평균 유영 깊이는 238 cm였으며, 시뮬레이션에 의한 결과는 248 cm로서 큰 차이가 없었다. 4. 현장보험에서 구한 축양노의 벽과 개체 사이의 평균 근접거리는 132 cm였으며, 시뮬레이션에 의한 결과는 129cm로서 비슷한 것으로 나타났다. 5. 현장보험에 의한 개체 상호간의 평균 최근접 거리는 83 cm였으나, 시뮬레이션에 의한 결과는 61cm로서 다소 차이가 있는 것으로 나타났다.

In order to accumulate fundamental. data for control of fishes’ behavior at the real fishing ground, the fitness of the numerical model for describing the behavior of fishes was examined by the marine fish. Mullet, Mugil cephalus were used as experimental fishes. The numerical model of fishes’ behavior presented in our earlier paper was modified on the vertical movement of fish school. For the comparision of parameters of the modified numerical model between mullet and rainbow trout, the estimated values of parameters were identified with dimension. The fitness of the modified numerical model was examined by the comparision between experiment and simulation on the several indexes represented by fishes’ swimming characteristics. The obtained result are summarized a follows : 1. The non-dimensional parameter a’ of propulsive force and kb’ of interactive force by the experiment without model net showed a similarity, but the non-dimensional parameter k sub(c’) of schooling force for rainbow trout was lager than one for mullet and the non-dimensional parameter k sub(w’) of repulsive force for mullet was lager than one for rainbow trout. 2. The non-dimensional parameter a’ and k sub(b’) for rainbow trout by the experiment with model net were a little lager than ones for mullet, but non-dimensional parameter k sub(c’) and k sub(w’) for mullet were lager than ones for rainbow trout. 3. The non-dimensional parameter k sub(c’) and k sub(b’) showed the largest and the smallest value among the non-dimensional parameters for rainbow trout and mullet, respectively. 4. The fitness of the modified numerical model was confirmed by means of the compulsion between experiment and simulation on the swimming trajectory of fishes, the mean distance of individual from wall, the mean swimming speed, the mean swimming depth and the mean distance between the nearest individuals. Especially, the similarity of mean swimming depth was improved by using the modified numerical model.

이 연구에서는 전보에서 어군의 유영공간을 3차원으로 고려하여 제안한 어군행동을 나타내는 수치 모델의 타당성을 검토하기 위하여 수치 모델의 잔차에 대한 백색성검정 및 실험과 시뮬레이션에 의한 결과를 비교하는 두 가지 방법을 사용하였다. 모형 그물이 없는 경우와 모형 그물이 있는 경우 모두 잔치의 평균이 0에 가까우며, 그 표준편차는 대체로 ±7 이내로서 잔차의 거동이 안정된 것으로 나타났다. 또한, 개체수가 5마리 이상이고 유속이 20cm/sec 이하인 경우에는 수치 모델에 의한 잔차의 자기상관함수가 95%의 유음수준에서 유음한 것으로 나타났으므로, 잔차는 백색잡음의 양상으로 나타나는 것으로 볼 수 있으며, 이 수치 모델은 대체로 타당한 것으로 간주할 수 있다. 실험과 시뮬레이션에 의한 결과에 대하여 어군의 유영특성을 나타내는 지표로서 유영궤적, 수조벽과 개체 사이의 거리, 유영속도, 유영 깊이, 개체상호간의 최근접거리 등을 비교하면, 실험과 시뮬레이션에 의한 결과가 완전히 일치하지는 않으나 대체로 그 경향이 유사한 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 어군의 유영공간을 3차원으로 고려하여 유속의 변화에 따른 어군행동의 추정이 어느 정도 가능해짐으로서, 앞으로 보다 발전된 모델링 기법을 도입하면 현장에서의 적용가능성이 있을 것으로 생각된다. 그러나, 이러한 일련의 연구에서는 실험의 편의를 위하여 시간의 변화에 따른 유향과 유속의 변화를 고려하지 않고 일정 방향의 일정 유속만을 고려하였기 때문에, 현장에서의 적용을 위해서는 환경요인, 공간상의 환경조건 및 어군의 규모에 의한 차이 등 해결해야 할 문제점이 많이 남아 있다. 현단계에서의 과제는 축양장과 같은 제한된 공간에서의 어군행동의 예측, 제어등이 가능하도록 모델링에 관한 연구가 계속되어야 할 것이다.