만경강 하구역의 입자성 부유물질 및 유기탄소 거동에 관한 연구가 2003년 2월, 5월, 7월, 8월에 이루어졌다. 갈수기인 2, 5월과 풍수기인 7, 8월에 만경강을 통한 담수 유입량의 차이는 매우 컸으며, 용존유기탄소의 유입량은 갈수기와 풍수기에 각각 약 $8.16{\times}10^2tonC\;month^{-1}$와 $5.77{\times}10^3tonC\;month^{-1}$, 입자성유기탄소의 유입량은 갈수기와 풍수기 각각 약 $9.37{\times}10^2tonC\;month^{-1}$와 $3.14{\times}10^4tonC\;month^{-1}$로 나타났다. 특히 많은 강우가 집중되었던 풍수기에 방조제 내 북측 수역의 용존유기탄소 농도가 증가하는 경향을 보였다. 조사기간 중 만경강 히구역에서의 용존유기탄소 분포는 염분에 대해 비교적 보존적인 특성을 보이고 있어, 담수와 해수사이의 물리적 희석작용에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 그러나 입자성유기탄소의 분포는 부유물질의 거동과 유사하게 60-90% 정도가 하구역에 침강, 제거되는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때 새만금 방조제 완공 후 만경강 하구역이 외해와의 물질 교환이 차단 될 경우, 저층에 퇴적된 다량의 유기 탄소가 저층 용존 산소 고갈의 주요 원인이 될 수 있음을 시사하고 있다.
만경강 하구역의 입자성 부유물질 및 유기탄소 거동에 관한 연구가 2003년 2월, 5월, 7월, 8월에 이루어졌다. 갈수기인 2, 5월과 풍수기인 7, 8월에 만경강을 통한 담수 유입량의 차이는 매우 컸으며, 용존유기탄소의 유입량은 갈수기와 풍수기에 각각 약 $8.16{\times}10^2tonC\;month^{-1}$와 $5.77{\times}10^3tonC\;month^{-1}$, 입자성유기탄소의 유입량은 갈수기와 풍수기 각각 약 $9.37{\times}10^2tonC\;month^{-1}$와 $3.14{\times}10^4tonC\;month^{-1}$로 나타났다. 특히 많은 강우가 집중되었던 풍수기에 방조제 내 북측 수역의 용존유기탄소 농도가 증가하는 경향을 보였다. 조사기간 중 만경강 히구역에서의 용존유기탄소 분포는 염분에 대해 비교적 보존적인 특성을 보이고 있어, 담수와 해수사이의 물리적 희석작용에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 그러나 입자성유기탄소의 분포는 부유물질의 거동과 유사하게 60-90% 정도가 하구역에 침강, 제거되는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때 새만금 방조제 완공 후 만경강 하구역이 외해와의 물질 교환이 차단 될 경우, 저층에 퇴적된 다량의 유기 탄소가 저층 용존 산소 고갈의 주요 원인이 될 수 있음을 시사하고 있다.
Suspended particulate matter and organic carbon were measured in the Mankyoung river estuary in February, May, July and August 2003. There was a large variance in river discharge between the dry season of February and May and the wet season of July and August. The influx of dissolved organic carbon ...
Suspended particulate matter and organic carbon were measured in the Mankyoung river estuary in February, May, July and August 2003. There was a large variance in river discharge between the dry season of February and May and the wet season of July and August. The influx of dissolved organic carbon into the estuary was $8.16{\times}10^2tonC\;month^{-1}$ in the dry season and $5.77{\times}10^3tonC\;month^{-1}$ in the wet season. The influx of particulate organic carbon was $9.37{\times}10^2tonC\;month^{-1}$ and $3.14{\times}10^4tonC\;month^{-1}$ in the dry and wet seasons, respectively. Especially, dissolved organic carbon in the northern part of the site inside the dike was increased in July when torrential rainfall was high. In the research, the distribution of dissolved organic carbon showed conservative behavior with the salinity gradient in the estuary, suggesting that physical mixing between seawater and freshwater dominates the distribution pattern of the dissolved organic carbon in the system. However 60 to 90% of the particulate organic carbon introduced into the estuary was removed from the surface water at the upper estuarine mixing zone of low salinities, showing non-conservative behavior similar with suspended particulate matte r. The completion of the Saemangum Dike is likely to inhibit the exchange of materials between open sea and the Mankyoung estuary. This suggests that the oxidation of organic carbon in the bottom of the estuary may exhaust dissolved oxygen in the confined environment.
Suspended particulate matter and organic carbon were measured in the Mankyoung river estuary in February, May, July and August 2003. There was a large variance in river discharge between the dry season of February and May and the wet season of July and August. The influx of dissolved organic carbon into the estuary was $8.16{\times}10^2tonC\;month^{-1}$ in the dry season and $5.77{\times}10^3tonC\;month^{-1}$ in the wet season. The influx of particulate organic carbon was $9.37{\times}10^2tonC\;month^{-1}$ and $3.14{\times}10^4tonC\;month^{-1}$ in the dry and wet seasons, respectively. Especially, dissolved organic carbon in the northern part of the site inside the dike was increased in July when torrential rainfall was high. In the research, the distribution of dissolved organic carbon showed conservative behavior with the salinity gradient in the estuary, suggesting that physical mixing between seawater and freshwater dominates the distribution pattern of the dissolved organic carbon in the system. However 60 to 90% of the particulate organic carbon introduced into the estuary was removed from the surface water at the upper estuarine mixing zone of low salinities, showing non-conservative behavior similar with suspended particulate matte r. The completion of the Saemangum Dike is likely to inhibit the exchange of materials between open sea and the Mankyoung estuary. This suggests that the oxidation of organic carbon in the bottom of the estuary may exhaust dissolved oxygen in the confined environment.
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문제 정의
이에 따라 하구역의 일반적인 현상 규명과 더불어 인위적인 환경 변화에 따른 하구역의 입자성 유 .무 기물질 및 용존유기물질의 분포와 거동 변화를 함께 고찰해 봄으로써 향후 수질 변화 양상을 본 연구에서 제시해 보았다.
[1984]은 Delaware estuary에서 용존 유.무기물의 adsorption, flocculation, precipitation등에 의한 생지화학적 제거 기작과 플랑 크톤의 uptake에 의한 생물학적 제거기작에 대해 연구한 바 있다.
이에 비해 만경강 하구역은 상대적으로 인공 구조물이 적어 하구역의 특성을 관찰하기 좋은 환경을 지니고 있다. 본 연구는 현재까지 잘 연구되지 않았던 만경강 하구에서의 부유물질과 유기탄소의 유입 및 거동 분포에 관한 기초 자료를 획득하는 것을 기본 목표로 하였다. 부유물질과 유기탄소는 서두에서 거론되었듯이 하구역에서 화학종의 종 분화 및 생물 생산에 큰 영향을 미치는 중요한 인자이다.
제안 방법
이를 근거로 아래와 같이 입자성 부유물질과 입자성유기탄소의 제거량을 구할 수 있었다. 계절에 따른 강우량의 변화로 만경강의 유입 유량이 연중 일정하지 않아 갈수기인 2, 5월과 풍수기인 7, 8월로 나누어 입자성 부유물질 및 유기탄소의 유입량과 제거량을 계산하였다.
외측 모든 지역에서 시료의 채취가 이루어졌으나, 본 연구 논문에서는 새만금 내측 해역에 가장 큰 영향을 주고 있는 만경강 수역만을 대상으로 하였다. 또한 만경강의 유입 유량이 계절에 따라 크게 차이를 보여, 2, 5월을 갈 수기로, 7, 8월을 풍수기로 나누어 비교하였다.
입자성 부유물질(Suspended particulate matter; SPM)은 500°C 에서 5시간 회화시켜 무게를 즉정한 GF/F filter paper(Whatman) 로 시료를 여과한 후 증류수 소량으로 탈염시킨 후 건조시켜 무게차로서 계산하였다. 또한 이 여과지를 1 N 염산(HC1, Merck ultra pure)으로 처리하여 LECO-SC 444 Carbon and Sulfur Analyzer로 입 자성유기탄소(Particulate Organic Carbon; POC)를 큭정하였다.
대상 데이터
시료채취는 2003년 2월, 5월, 7월, 8월 저조기에 맞추어 이루어졌으며, 조사 정점은 Fig. 1과 같다. 동일한 조사 시기에 동진강 수역을 비롯한 새만금 방조제 내 .
연구지역으로 유입되는 만경강은 전라북도 완주군 동상면에서 발원하여 전주시, 군산시, 익산시, 김저]시, 완주군 등지에서 고산 천, 소양천, 전주천, 익산천, 탑천 등의 지천을 거느린 유역 면적 1418.2 km2의 전라북도에서 가장 큰 강이다. 약 200만의 전북도 민 가운데 100만이 넘는 인구가 만경강 유역에서 살고 있다.
동일한 조사 시기에 동진강 수역을 비롯한 새만금 방조제 내 .외측 모든 지역에서 시료의 채취가 이루어졌으나, 본 연구 논문에서는 새만금 내측 해역에 가장 큰 영향을 주고 있는 만경강 수역만을 대상으로 하였다. 또한 만경강의 유입 유량이 계절에 따라 크게 차이를 보여, 2, 5월을 갈 수기로, 7, 8월을 풍수기로 나누어 비교하였다.
이론/모형
또한 이 여과지를 1 N 염산(HC1, Merck ultra pure)으로 처리하여 LECO-SC 444 Carbon and Sulfur Analyzer로 입 자성유기탄소(Particulate Organic Carbon; POC)를 큭정하였다. 용 존유기탄소(Dissolved Organic Carbon; DOC)분석은 SPM 측정을 위해 여과한 여액을 Sugimura and Suzuki[1988] 방법에 따라 HTCO(high-temperature catalytic oxidation)/NDIR(non-dispersive infrared gas analysis)방법으로 TOC-5000A(SHIMADZU)로 즉정하였으며, Milli-Q reagent water를 자외선 산화법으로 처리한 후 분석용 blank로 사용하였다.
성능/효과
이는 2003년 7월 집중 호우로 인한 다량의 부유 토사가 한꺼번에 만경강을 통해 유입되면서 나타난 결과로 보인다. 또한 입자성 부유물질 중 유기탄소의 함량(POC%) 은 부유물질의 농도가" 증가할수록 감소하는 모습을 나타냈다(Fig. 5). 이것은 하구에서 높은 부유물질 농도는 주로 조립한 입자 또는 퇴적물의 재부유에 의한 영향이 크게 작용하고, 낮은 부유물질의 농도에는 주로 생물학적인 생산물 또는 유기물의 영향이 크기 때문 이다(Herman and Heip[1999]; Hedges and Keil[1999]; Wamken and Santschi[2004]).
한편, 연 구 해역인 만경강 하구역이 위치한 새만금 북측 해역은 2003년 6월 제 4호 방조제 완공으로 더 이상 외해역과 물질 교환이 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 조사가 실시된 2003년 2〜8월은 인위적으로 하 구역의 환경이 외부와 차단되기 직전에서 직후까지의 모습을 관찰 할 수 있는 매우 좋은 시기였다. 이에 따라 하구역의 일반적인 현상 규명과 더불어 인위적인 환경 변화에 따른 하구역의 입자성 유 .
새만금 방조제 내측으로 유입되는 하천 유량은 5월을 제외하고는 만경강의 유량이 동진강보다 약 5~8배 많았다. 따라서 유량의 영향만을 본다면 동진강에 비해 만경강이 새만금 방조제 내측 해역에 더 많은 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 조사 시기를 크게 풍수기인 7, 8월과 갈수기인 2, 5월로 나누어 유량 변화를 살펴보면, 만경강의 경우 풍수기가 갈수기 보다 약 12배 정도 많은 유량을 나타냈고, 동진강의 경우는 풍수기가 갈수기보다 약 3배 많은 유량을 나타냈다.
3). 만경강 하구에서 새만금 방조제 내측 해역에 이르는 염분 5~30사이 구간의 입자성 부유물질의 농도 분포는 갈수기에 약 7~73mg V, 풍수기에는 약 4-934 mg L의 분포 범위를 나타내어, 하천의 유량이 많은 풍수기에 약 7~13배 많은 입자성 부유물질의 농도를 나타냈다(Fig. 3). 입자성유기탄소 (POC)는 갈수기에 만경대교 부근에서 약 2.
만경강 하구의 용존유기탄소(DOC) 분포를 살펴보면 담수가 유입되는(염분<0.1) 만경대교 부근 정점의 농도 범위는 갈수기에3.2~6.4mgC L-1의 분포범위를 나타냈고, 풍수기에는 3.3~3.9 mgC L-1의 분포범위를 나타났다(Fig. 6). 앞서 살펴본 입자성 유.
또한 하구역에서 염분과의 상관관계 로써 이동 기작을 설명할 수 있는데, 여분과의 확연한 상관관계는 물리적인 작용이 유기물의 분포에 영향을 주는 것으로 알려져 있 다(Doval et al[1999]). 본 연구에서 염분과 용존유기탄소는 비교적 보존적인 양상을 나타내고 있었다. 본 연구 해역처럼 조류의 영향이 큰 하구역의 경우 용존 유 .
동진강을 통해 새만금 방조제 내측 수역으로 유입되는 하천 유량을 조사 일자별로 Table 1에 나타내 보았다(건설 교통부[2003]). 새만금 방조제 내측으로 유입되는 하천 유량은 5월을 제외하고는 만경강의 유량이 동진강보다 약 5~8배 많았다. 따라서 유량의 영향만을 본다면 동진강에 비해 만경강이 새만금 방조제 내측 해역에 더 많은 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
여기서 Qr은 담수(하천) 유입량, I는 하구역에서 보존적인 특성을 나타내는 직선의 y절편, Cr은 담수 end-member값을 나타낸다. 유입량과 제거량의 비로부터 제거율을 구하면 입자성 부유물질의 경 우 갈수기와 풍수기에 각각 64.7%, 95.9%, 입자성유기탄소는 갈수기와 풍수기에 각각 57.9%, 91.8%가 제거되는 것으로 나타났다
만경강 하구의 환경은 여름철 다량의 강우에 의한 담 수 유입 시 새만금 방조제 내측 전체가 담수의 영향을 받고 있었 으며, 전체 유기탄소의 농도 또한 높아졌다. 입자성 부유물질 및 입자성유기탄소의 경우 염분 5이하의 지역에서 갈수기에는 60% 정도, 풍수기에는 90%이상 침전, 제거되는 것으로 나타났다. 용존 유기탄소의 경우 염분 5이상의 해역에서 총유기탄소의 60% 이상 을 차지하고 있었으며, 그 분포양상은 갈수기에는 비교적 보존적 이었다.
[1984]).조사 결과 만경강 하구역의 입자성 부유물질 및 입자성유기탄소 의 분포는 염분 5이하 지역에서 급격히 감소하는 형태를 보이며 비보존적 (non-conservative)인 양상을 나타냈다(Fig. 3). 이러한 결과는 만경강을 통해 유입된 입자성 물질들이 하구역에 상당부분 침전되어 제거된다는 것을 의미한다.
따라서 유량의 영향만을 본다면 동진강에 비해 만경강이 새만금 방조제 내측 해역에 더 많은 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 조사 시기를 크게 풍수기인 7, 8월과 갈수기인 2, 5월로 나누어 유량 변화를 살펴보면, 만경강의 경우 풍수기가 갈수기 보다 약 12배 정도 많은 유량을 나타냈고, 동진강의 경우는 풍수기가 갈수기보다 약 3배 많은 유량을 나타냈다. 특히 집중호우가 있었던 7월의 경우 갈수기보다 20배 많은 유입 유량이 만경강에서 관측되었다.
후속연구
6), 물리적인 혼합에 의한 희석이 용존유기탄소 의 분포에 많은 영향을 미치고 있었다. 그러나 염분 2이하 구간에서 일부 제거되는 것으로 보이는 기작이 관찰되었는데(Fig. 6), 이를 정확히 규명하기 위해서는 앞으로 염분 5이하 저염분 지역에 대한 세밀한 관측이 필요하다. 갈수기와 달리 하계의 풍수기의 용존유기탄소 분포는 염분 10~2&사이 구간에서 증가하는 양상을 보여 새로운 용존유기탄소에 대한 기원을 암시하였다(Fig.
이는 풍수기 조사 전 완공된 제 4호 방조제가 기존의 수괴 흐름을 차단함으로서 나타난 현상이라 판단되었으나, 이번 한 번의 조사결과만을 가지고는 정확한 결론을 얻기는 힘들었다. 따라서 이후 만경강 하구역의 유기탄소의 거동에 대한 연구는 지속적으로 이루어져야 할 것이다. 이와 더불어 염분 5이하 저염의 하구 환경에 대한 세밀한 조사의 필요성도 나타났다.
더불어 생물 생산에 의한 용존 유기물의 공급 또한 예 상할 수 있다. 만경강 하구에서 외해를 연결하는 염분 10~20사이 의 구간에 이와 같은 변화가 생김으로서 향후 이 지역의 생지화학적 환경이 크게 달라질 것으로 보여, 향후 이에 대해 관심을 가지고 지속적인 관찰을 해야 할 것이다. 한편, 전체 조사기간을 통 해 용존유기탄소가 총유기탄소(TOC)의 대부분을 차지하고 있었다(Fig.
따라서 이후 만경강 하구역의 유기탄소의 거동에 대한 연구는 지속적으로 이루어져야 할 것이다. 이와 더불어 염분 5이하 저염의 하구 환경에 대한 세밀한 조사의 필요성도 나타났다. 한편, 만경강 하구역으로 연간 유입되는 총유기탄소의 약 78%는 하구에 침전, 제거되는 것으로 나타났다.
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