어류 양식 산업에 사용되는 해면 어류 가두리 양식 시설의 설계 기술은 지난 수십 년간에 걸쳐 발전되어 왔다. 그러나 우리나라에서는 가두리를 제작하기 전에 파랑, 흐름 등 설치 예정 해역의 환경 조건을 충분히 고려한 공학적 기법을 도입한 이론적인 설계를 거치지 않고 주로 현장의 경험에만 의존하고 있다.
최근에는 기후 변화로 인해 해상의 파고가 점점 높아지고 있으며, 대형 태풍의 잦은 내습으로 인해 가두리에 작용하는 외력이 더욱 커지고 있기 때문에 앞으로 가두리 시설의 피해가 더욱 증가할 것으로 예상된다.
따라서 파도에 의한 가두리 시설의 피해를 방지하기 위해서는 장기간에 걸쳐 수집된 설치 예정 해역의 외력 조건 등을 분석하여 그것에 작용하는 설계 하중을 정확하게 계산하고 구성 재료에 대한 구조 해석 등을 수행하여 보다 안전하고 내파(耐波) 성능이 우수한 가두리 시설을 개발하는 것이 필요하다.
이를 위해서는 어류 가두리 시설의 설계에 관련된 학문의 기초를 토대로 하여 이 시설의 개발 방향을 설정하고 체계적이고 효율적인 설계 기술의 개발이 요구되고 있으나, 국내에서는 어류 가두리 양식 시설의 설계에 관한 체계적인 이론 정립과 공학 기술을 접목한 가두리 시설 개발 등이 종합적으로 정리된 도서가 거의 없는 실정이다.
이 책은 가두리 양식의 개념 및 시설의 분류, 우리나라 가두리 시설의 현황, 외해 가두리 시설의 필요성 및 외국의 개발 현황, 설계 외력 조건 및 설계 하중, 가두리 시설의 역학적 특성 해석, 가두리 그물에 작용하는 유수저항, 가두리 시설의 계류, 프레임과 그물의 적정 재료 및 내구성, 가두리 그물의 변형 방지를 위한 침자의 적정 무게 및 배치 방법, 부침식 가두리 시설의 설계, 가두리 시설 보호용 부소파제 등의 내용을 담아 대학 및 연구소에서 어류 가두리 양식 시설의 설계 기술을 연구하는 학생들과 관련 연구원, 가두리 시설의 설계, 시공 및 관리 등에 종사하는 사업자 및 어업인, 가두리 양식 시설의 관리 및 개발 사업 집행에 종사하는 공무원들에게 도움을 줄 수 있으리라 생각된다.
아무쪼록 이 책이 우리나라의 수산업 발전에 조금이라도 도움이 되기를 기대하며, 미비한 점들에 대해서는 차후 수정해나갈 작정이므로 독자 여러분의 기탄없는 비판과 가르침을 바라는 바이다.
끝으로 삽화와 자료 정리에 도움을 준 기관시스템공학과 대학원생 허정규와 해양기술학부 학부생 김근연에게 감사의 마음을 전한다.

2009년 1월
저 자

제1장 가두리 양식의 개념 및 시설의 분류

1. 가두리 양식의 개념
가두리 양식은 주로 태풍이나 해일의 피해가 없는 고요한 내만이나 연안에서 여러 가지 재질의 그물로 도피 방지 시설을 만들어 어류를 기르는 방법으로 용존산소의 공급과 대사 노폐물의 교환은 그물코를 통하여 이루어지며, 우리나라에서는 주로 넙치, 조피볼락, 돔류, 농어 등을 기르는 데 이용되고 있다.
일반적으로 많이 사용하는 표층 가두리 양식 시설은 목재로 만든 프레임 아래에 대형 부자(뜸)를 묶어 일정 수면에 띄우고, 프레임에 가두리 그물을 설치해서 닻(앵커)으로 고정한다. 그리고 그물이 조류에 쏠리거나 뜨는 것을 방지하기 위하여 그물 밑바닥이나 귀퉁이에 침자(추)를 달아 바닥을 편평하게 유지한다.
우리나라에서는 한 칸의 크기가 5×5m인 가두리가 많이 사용되고 있으며, 이를 4대 연결하여 면적 10×10m의 크기를 1조라고 한다. 어장 면적이 1ha인 경우 10×10m 크기의 가두리 20조가 시설되며, 어장 관리와 먹이를 주기 위해 [그림 1-1]과 같이 관리사, 사료 제조기, 사료 저장고 등도 함께 갖추는 것이 보통이다.
최근에는 가두리 양식에 의한 수질 오염 문제가 사회적으로 크게 부각되어 조류 소통이 원활하게 이루어지는 먼 바다로 시설의 적지를 이동하는 것이 요구되고 있다. 따라서 큰 파도와 강한 흐름 등과 같은 먼 바다의 거친 환경 조건에서도 시설물이 충분히 견딜 수 있는 견고하고 강한 구조를 가지고 있는 다양한 구조의 외해 가두리 시설이 도입되고 있다.

2. 가두리 시설의 분류
가두리 시설은 크게 형태와 설치 방법에 의해서 분류되며, 그것의 기본적인 형태와 규모는 대상 어종, 환경 조건, 양식 방법, 시설 자재의 특성, 비용, 이용성 및 양식 기술에 따라 결정된다.

1) 형태에 의한 분류
가두리는 그 형태에 따라 원형, 사각형, 육각형, 팔각형 등 다각형 가두리로 분류된다. 이와 같은 가두리의 형태는 어류의 서식 환경에 매우 중요한 요소가 되기 때문에 대상으로 하는 어류의 행동이나 생리 조건들을 고려하여 결정되어야 하며, 현재 우리나라 양식장에 시설되어 있는 가두리의 형태는 대부분 [그림 1-2]와 같은 사각형이다.
사각형 가두리는 비활동성 어류의 양식에 적합한 형태로서 그물 내로 조류가 잘 소통되고 여러 조의 가두리를 서로 연결하여 설치할 수 있기 때문에 작업하기에 편리하고 어장을 최대한 효율적으로 사용할 수 있다. 그러나 프레임이 목재로 만들어진 사각형 가두리의 경우 모서리 부분이 취약하여 파도에 의해 프레임이 파손되는 경우가 자주 발생하고 있어 최근에는 유연한 재질인 플라스틱으로 프레임을 대체하고 있다.
이에 비하여 원형 가두리는 [그림 1-3]에서와 같이 폐쇄된 곳에서 원을 그리며 유영하는 어종에게 스트레스를 가장 적게 주는 이점이 있어 북유럽에서 연어, 송어 등과 같은 유영성 어류의 양식에 많이 이용되고 있으며, 우리나라에서도 최근에 다랑어, 고등어 등의 축양 시설로 많이 이용되고 있다.
그리고 원형 가두리의 경우 유연한 재질로 프레임을 제작하면 파도나 흐름에 의해 발생되는 힘을 그것이 흡수한다. 따라서 그것에 작용하는 힘이 사각형 가두리에 비해 작아 파도에 잘 견딜뿐만 아니라 그물 재료들을 가장 효율적으로 사용할 수 있으므로 단위 부피당 제작비용이 가장 적게 드는 장점이 있다. 그러나 부피에 대한 표면적의 비율이 비교적 낮기 때문에 사각형 가두리에 비해 조류 소통이 상대적으로 나쁘다. 또한 원형의 프레임을 제작하기가 비교적 어려울 뿐만 아니라 가두리끼리 서로 연결하여 배치할 수 없기 때문에 작업 시 일일이 선박으로 이동해야 하므로 작업 및 관리가 힘들고 어장의 효율적 이용 측면에서도 좋지 않다. 육각형 또는 팔각형 가두리도 원형 가두리와 비슷한 환경을 제공한다.

2) 설치 방법에 의한 분류
단순한 형태에서 출발한 최초의 가두리 양식은 오늘날 수많은 종류와 형태로 발전되어 왔으며, 설치 방법에 따라 수면이나 적정한 수위에 띄우는 부유식 가두리와 일정한 장소에 말뚝이나 파일을 박아 고정시키는 고정식 가두리로 나누어진다.
부유식 가두리는 가두리 그물이 그것의 가장자리 부분이나 프레임에 의해 지지되는 형태로 사용자의 의도에 따라 형태나 크기를 다양하게 바꿀 수 있으며, 다른 형태의 가두리보다는 설치 장소의 선정에 비교적 제한을 적게 받는다.
이 가두리는 수면에 띄우는 표층 부유식 가두리, 프레임을 수면 아래의 2～3m 부분에 설치하는 반잠수식 가두리, 가두리 본체가 해역의 중간 수층에 설치되는 수중 가두리, 저층의 바닥까지 침하시켜 설치하는 침설식 가두리 등으로 나누어지며, 최근에는 강한 파도나 적조와 같은 긴급한 재해가 발생쿇는 경우 표층에 시설된 가두리를 저층까지 임의적으로 가라앉혔다가 다시 원래의 상태로 부양시킬 수 있는 부침식 가두리가 개발되어 사용 중에 있다.
우리나라에서는 표층 부유식 가두리가 주류를 이루고 있으며, 중층 및 침설식 가두리도 일부 어장에서 사용되고 있다. 그러나 중층 및 침설식 가두리는 표층 부유식 가두리와는 달리 프레임이 없는 대신에 로프, 부자 및 그물로 구성되며, 주변 환경에 변동이 있을 때 그 위치를 변화시킬 수 있으나 가두리가 물에 잠길 때 가두리 그물의 형태를 유지시킬 수 없고, 양식중인 어류를 관찰하거나 먹이를 주기에 매우 불편하다.
고정식 가두리는 연안의 간조선 아래 부분에 소규모로 시설하는 사각형 고정식과 만의 입구를 그물로 차단하는 대규모 차단식 가두리로 구분되며, 필리핀 등의 열대 해역에서 주로 사용된다. 이 가두리는 다른 형태보다 저렴하고 제작하기 쉬우나 모양과 크기가 제한되어 있으며, 저질이 연약지반이고 수심이 얕은 폐쇄된 지역에 한해서 사용된다.
그리나 고정식 가두리는 조석간만의 차가 큰 곳에서는 가두리 내의 수위 차이로 인해 용적의 변화가 크고 여름철 고수온기의 간조 시에는 수온의 변화가 심한 결점이 있다. 반면에, 부유식 가두리는 물 위에 떠 있어서 수위가 변하더라도 가두리 그물 내의 용적은 변화가 없기 때문에 안정적인 양식이 가능하다.

참고문헌
Beveridge, C.M., 2004. Cage aquaculture third edition. blackwell publishing, Oxford, 368p.
김태호, 1999. 내파성 가두리 양식시설 및 개량 부자. 해양수산부 수산기술지 6호, 77p.


제2장 우리나라 가두리 시설의 현황

1. 가두리 시설의 구조
1) 가두리 시설의 형태
우리나라의 연안 어류 가두리는 주로 내만 및 섬으로 둘러싸인 연안에 설치되어 있으며, 설치 수심은 대부분 5～25m 정도이나 최근에는 다양한 종류의 외해 가두리 시설이 개발되어 시설 해역의 수심이 50m까지 확대되었다.
어류 가두리 시설의 구조는 물고기를 기르는 가두리 그물부(사육망)와 이를 수면이나 수중에 띄우면서 일정한 형을 유지시키는 프레임부, 그리고 조류에 대한 그물의 변형을 방지하는 침자와 가두리 시설 전체를 일정한 위치에 고정시키기 위한 계류 시설로 구성된다.
시설의 형태는 대부분 사각형이며, 가두리 내부의 크기는 주로 10×10m, 12×12m, 14×14m이다.

2) 가두리 시설의 재료 및 규격
가두리 시설은 대상 해역의 환경 특성에 따라 여러 가지 재료로 만들어지고 있다. 현재 사용 중에 있는 표층 부유식 가두리 시설의 각 부위별 재료 및 규격을 살펴보면 다음과 같으며, 농어 양식용 해상 가두리의 표준 시설 내역은 [표 2-1]과 같다.
(1) 프레임부
프레임부는 뼈대가 되는 프레임과 부력재 역할을 하는 부자로 구성되어 있다. 프레임의 재료는 종전에는 통나무 또는 왕대(맹종죽)를 사용하였으나, 지금은 주로 수입 원목인 아피통(apitong) 목재나 아연도금 처리된 철 파이프(지름 50.4mm)가 사용된다. 최근에는 고밀도 폴리에틸렌(High Density PE, HDPE) 파이프나 폴리프로필렌(PP) 등 합성수지 계통의 재료가 많이 사용되고 있으며, 지역에 따라서는 보다 내구성이 강하고 풍파에 견딜 수 있는 성능이 우수한 고품질의 재료로 대체되고 있다.
그리고 가두리 시설을 물에 뜨게 하기 위하여 [그림 2-2]와 같이 그것을 받들고 있는 프레임에 부자를 다는데, 이 부자의 경우 드럼통을 쓰는 일도 있지만 주로 스티로폼 부자가 사용된다. 스티로폼 부자의 용량은 400～500L로 그 수량은 만들려고 하는 가두리의 크기에 따라 다르지만 15～28개 정도이다.
(2) 가두리 그물부
가두리 그물의 재료는 나일론(Nylon), 폴리에틸렌(PE) 등과 같이 내구성이 강한 합성섬유가 주로 사용되고 있지만, 경우에 따라서는 특수 그물이 사용되기도 한다. 즉, 복어류와 같이 날카로운 이빨을 가진 어류는 사료 공급 시 떨어지는 사료가 그물 바닥에 가라앉을 경우, 먹이를 먹기 위해 사료와 함께 그물을 물어 구멍을 내는 경우가 있다. 이러한 경우에 대비해서 플라스틱 피복 철사 그물을 사용하거나 테트론 그물을 사용하는 경우도 있다. 또한 풍파의 영향이 다소 크고 부착 생물이 많은 수역에서는 아연 철사 그물을 사용하기도 한다. 그리고 지름이 수십 m 되는 대형 그물을 제작할 때에도 아연 그물을 사용하고 있으며, 최근에는 무게가 가벼우면서 강도가 매우 강한 신소재 섬유인 스펙트라(Spectra), 테크밀론(Techmilon) 등도 사용되고 있다.
그물코의 크기는 어류의 크기에 따라 다르지만, 그것의 크기가 클수록 조류 소통이 잘 되므로 양식중인 어류가 도망가지 않을 정도이면 그물코의 크기는 클수록 좋다. 왜냐하면 가두리 양식에서는 가두리 그물 내부로의 물 교환을 통해 새로운 산소가 공급되고, 가두리 내부에 있는 어류의 배설물과 먹이 찌꺼기 등의 유기 오물과 어류들이 호흡하면서 내놓는 이산화탄소 등이 가두리 밖으로 내보내지기 때문이다.
그러나 대형 가두리는 사용 중에 그물을 교환하는 작업이 매우 어렵기 때문에 종묘가 달아나지 않을 정도의 그물코로 구성된 그물을 사용하여 수확할 때까지 그대로 두는 경우도 있다.
한편 바다에 시설되어 있는 가두리 그물에는 [그림 2-3]과 같이 갈파래, 청각을 비롯한 부착 식물, 부니 등과 함께 굴, 진주담치, 우렁쉥이 등의 각종 동물이 부착한다. 이들 부착 생물은 가두리 그물에 작용하는 항력과 양력을 증가시키고 가두리 시스템의 역학적 특성에 영향을 줄 뿐만 아니라 가두리 그물내의 흐름의 특성을 변화시킨다. 즉 부착 생물이 그물감에 부착하면 그물코가 막혀 항력 계수와 양력 계수가 증가되고 가두리 내부로 조류가 흐르는 것을 방해하는데, 이와 같은 현상은 그물코의 크기가 작을수록 크게 나타난다. 그리고 가두리 그물의 질량을 증가시켜 그것에 작용하는 관성력을 크게 하고 그물의 취급을 보다 어렵게 한다. 특히 여름철 고수온기에는 가두리 내부에 산소 부족 현상이 일어나며, 먹이의 섭식량이 저하되어 어류의 성장이 나빠지고 각종 질병이 걸리기 쉽다. 따라서 이를 방지하기 위해 양식장 설치 장소의 환경에 따라 다르지만 보통 부착 생물이 많이 착생하는 봄부터 여름 사이에는 비교적 자주, 가을 이후에는 가두리 그물에 착생한 부착 생물의 양을 참작하여 새로운 그물로 갈아주고 있다.
부착 생물을 방지하는 가장 일반적인 방법은 선박에서 사용하는 방오 도료(塗料)를 칠하는 것이다. 방오 도료의 주성분은 살 생물제(biocide)인데, 이것은 가두리 그물에 붙어 있는 유기물의 부착을 어느 정도 막아주거나 죽이는 역할을 한다. 그리고 가끔 산화구리(Cu2O)가 사용되지만 보다 환경 친화적인 살생물제들이 사용되기도 한다(Willemsen, 2005). 방오 도료의 도장 외에 부착 생물을 방지하기 위해 실리콘이나 천연 방오제를 그물감에 코팅하며, 생물의 부착을 방해하고 부착된 생물을 쉽게 제거할 수 있는 매끌매끌한 표면을 설치하거나 아세트산과 같은 용액을 그물감에 뿌리기도 한다.