[논문]부산 남동지역 연안 대수층내 지하수의 지화학적 특성과 유출

양한섭; 황동운

doi:10.5657/kfas.2007.40.3.167

부산 남동지역 연안 대수층내 지하수의 지화학적 특성과 유출
Submarine Discharge and Geochemical Characteristics of Groundwater in the Southeastern Coastal Aquifer off Busan, Korea 원문보기

한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society, v.40 no.3, 2007년, pp.167 - 177

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We measured the salinity, pH, and concentrations of $^{222}Rn$ and nutrients in groundwater in the southeastern coastal aquifer off Busan from March to September 2005 to evaluate its submarine discharge and geochemical characteristics. Salinity in coastal groundwater increased sharply at 20 m depth and exceeded 25 ppt below 40 m during the study period, indicating that a strong transition zone between fresh groundwater and seawater developed between 20 and 40 m depths. Fresh groundwater in the upper layer of this transition zone was characterized by high pH, $^{222}Rn$, dissolved inorganic nitrogen (DIN), and dissolved inorganic phosphorus (DIP) and low dissolved inorganic silicate (DSi) relative to seawater in the lower layer. In addition, the vertical profiles of the $^{222}Rn$, DIN, and DIP concentrations imply that a strong advective groundwater flow occurs along the interface of fresh groundwater and seawater near 20 m depth. The geochemical constituents in coastal groundwater also showed strong seasonal variation, with the highest concentrations in summer (June 2005) due to the changes of groundwater recharge and sea level. This implies that the input of terrestrial chemical species into the coastal ocean through submarine groundwater discharge (SGD) could change seasonally. To ascertain the seasonal variation of SGD and SGD-driven chemical species fluxes, and associated ecological responses in the coastal ocean, more extensive studies are necessary using various SGD tracers or seepage meters in the future.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로, 이 연구의 목적은 해저 지하수의 유출경로가 되는 해안지역 대수층 내 지하수 중 영양염류를 비롯한 각종 지화 학적 성분들의 시간적 농도변화를 살펴보고, 이들 화학성분들의 농도변화를 조절하는 요인을 알아내는데 있다. 이를 위해 부경대학교내 위치한 관정에서 깊이별로 지하수를 채취하여 시간에 따른 화학성분의 농도변화를 조사하였다.
부산 남동 연안지역에서 지하수 중 화학성분의 수직적인 농도분포와 시간에 따른 농도변화를 기초로 연구지역 주변 연안해역으로의 해저 담지하수 유출 가능성을 살펴보았다. 연구지역내 연안 대수층에는 용존 화학성분의 농도를 기초로 크게 2가지 수체로 구분할 수 있다.

제안 방법

수온과 염분은 휴대용 염분계 (Model 47C, Istek), 그리고 수소이온농도 (pH)는 휴대용 pH meter (Model HI991001, Hana Co.)를 이용하여 현장에서 직접 측정하였으며, 영양염류 (NH」-N, NO「-N, NO₃~-N, PO₄₃"-P, Si(OH)4)는 분석 전 GF/F 여과지로 여과한 후 영양염 자동 분석-기 (Model Futura, Alliance)를 이용하여 분석하였다. 여기서 질소계 영양염류의 경우, 퇴적물 내 산화환원 환경의 지시자로 알려져 있는 암모니 아 질소 (NH「)와 질산 질소 (NO「+NO「)로 구분하였으며 , 이 들의 합을 용존 무기 질소 (dissolved inorganic nitrogen, DIN) 로 정 의하였다.
관측기간 동안 시간에 따른 지하수 중 염분, pH, 영양염류 및 끄2Rn 농도의 변화를 알아보기 위하여 창조와 낙조시의 각 화학성분의 평균값을 기초로 깊이별 농도범위와 시간에 따른 화학성분의 농도변화를 각각 Table 2와 Fig. 4에 나타내었다. 염분은 10m, 60m 그리고 100m 깊이에서 각각 0.
, 1999). 그러므로, 깊이 20 m 부근에서 높은 222Rn 농도를 보이는 원인을 알아내기 위해 먼저 연구지역 주변의 지질분포를 살펴보았다.
1). 시료채취는 상하층의 지하수 가 혼합되지 않도록 하기 위하여 속도조절이 가능한 전기펌프 (peristaltic pump)를이용하여 약 200 mL/min의 속도로 지하수 시료를 채수하였다. 채수한 시료는 폴리에틸렌 용기에 담은 후 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동 보관하였다.
, 2002; Kim and Hwang, 2002), 그 유출량은 파도나 조석 펌핑의 세기에 따라 달라진다. 이러한 연안 지하수의 유출량 변화는 간극 수중의 용존 화학성분의 농도변화에 큰 영향을 줄 수 있으므로, 이 연구기간동안 연구지역 주변에서의 조석과 강수량의 시간적 변화를 살펴 보았다 (Fig. 2).
이를 위해 부경대학교내 위치한 관정에서 깊이별로 지하수를 채취하여 시간에 따른 화학성분의 농도변화를 조사하였다.
분석방법에 따라 수행하였다. 즉, 진공상태의 갈색병 (4L)에 약 3.5 L의 지하수 시료를 채수한 다음 실험실로 옮겨대기라 돈즉 정기 (radon in air monitor, RAI”)를 이용하여 즉정하였으며, 지하수 중의 끄Rn 농도는 다음의 방정식을 이용하여 계산하였다.

대상 데이터

연구지역인 부경대학교 대연캠퍼스는 부산의 동남 해안에 위치하며 동쪽으로 광안리 해수욕장 부근의 바다와 인접하고 있다(Fig. 1A). 연구지역을 포함한 주변의 지질은 상부의 경우 주로 충적층으로 이루어져 있고, 하부는 염기성 암맥 등이발달되어 있다.
연안 대수층 내 지하수 중 용존 화학성분의 시간적 변화 특성을 파악하기 위하여 부산의 남동쪽 해안부근에 위치한 부경대학교 대연 캠퍼스 내 관정에서 2005년 3월부터 9월까지 계절과 조석주기 (창조와 낙조)를 고려하여 총 6회에 걸쳐 5개의 깊이 (10, 20, 30, 60, 100 m)에서 시료를 채취하였다 (Fig. 1). 시료채취는 상하층의 지하수 가 혼합되지 않도록 하기 위하여 속도조절이 가능한 전기펌프 (peristaltic pump)를이용하여 약 200 mL/min의 속도로 지하수 시료를 채수하였다.
한편, 관측 기간동안 조석과 강수량은 해양조사원 (http://www.nori.go.kr)^]- 기상청 (http://www.kma.go.kr) 에 서제공하는 자료 중 연구지역과 가장 가까운 지역에서 관 즉 한결 과를 이용하였다.

이론/모형

방사성 동위원소인 gRn의 분석은 Lee and Kim (2006)이제 시한 분석방법에 따라 수행하였다. 즉, 진공상태의 갈색병 (4L)에 약 3.

성능/효과

2;'2Rn의 농도는 5-420dpm/L의 범위였으며, 전 시기에 걸쳐 담수와 해수의 강한 전이대가 형성되어 있는 20m 깊이 부근에서 200dpm/L 이상의 높은 농도를 보였다(Fig. 3D). 일반적으로 끄Rn은 어미핵종인 끄鶴 동위원소의 방사붕괴에 의해 생성되는 불활성 기체로서 지하수 중 222面은 주로 토양이나 암석 중에 존재하는 끄6Ra으로부터 공급되며 그 농도는 주변의 지질학적 특성과 매우 깊은 관련이 있다 (Cho et al.
2끄Rn의 농도는 10, 20, 30, 60, 100 m 깊이에서 각각 119-178 dpm/L (평균 150±26 dpm/L), 220-418 dpm/L (평균 299±83 dpm/L), 9-58 dpm/L (평 균 35±23 dpm/L), 11-23 dpm/L (평 균 15±5 dpm/L), 15-28 dpm/L (평균 22±6 dpm/L) 범위로 암모니아 질소, DIP와 마찬가지로 담지하수가 존재하는 상부 10 이와 20 m 깊이에서 큰 계절적 변화를 보였다 (Fig. 4H). 이는 담지 하수가 존재하는 상부층의 경우 연구지 역 주변의 강우에 의 해 형성된 지하수(<20m)와 다른 지역에서 연구지역으로 담수와 해수의 경계층을 따라 이동해온 지하수 (-20m)가 연구지역으로 유입되는 동안 지속적으로 어미핵종으로부터 Rn을 공급받았기 때문인 것으로 생각된다.
그러므로, 이러한 해수면의 상승은 육상으로의 해수 침투를 강화시켜 담수와 해수의 경계면을 육지쪽으로 이동시켰을 것으로 보인다. 그러므로, 이 연구에서 염분의 계절적인 변화는 강우에 의한 지하수 함량변화와 조석에 따른 해수면의 변동으로 인한 전이대의 이동과 관련이 있는 것으로 판단된다.
3H). 다른 영양 염류들과 달리 높은 암모니아 질소와 DIP 그리고 222Rn 농도를 보인 20 m 수층에서 DSi 농도는 높지 않았다. 일반적으로 지하수 중 DSi는 주로 암석 (주로 화강암)내 규산염 광물의 화학적 풍화작용이나 가수분해작용에 의해 공급되고 (Freeze and cherry, 1989) 지각 내 암석성분과 지하수의 체류시간 등 다양한 요인에 의해 농도차이를 보인다 (Slomp and Cappellen, 2004).
, 하지만, 일부 지역에서는 드물게 6“M를 초과하는 것으로 보고되는데, 이러한 지역은 비료의 사용, 생활하수의 누출로 인해 높은 농도의 DIP가 지하수로 유입되어 DIP에 대한 토양의 제거능력을 초과하는 지역으로 이들 지역에서는 DIP가 제거되지 않고 그대로 지하수를 따라 이동하는 것으로 알려져있匸} (Robertson, 1995; Slomp and Cappellen, 2004). 따라서 이 연구에서 끄2Rn과 암모니아 질소 농도가 가장 높았던 20 m 깊이에서 다른 깊이에 비해 높은 농도 (2-3 “M)를 보이는 것은 높은 농도의 DIP를 함유한 다른 기원의 담지하수가 이수 층을 통해 유동하고 있기 때문인 것으로 생각된다.
이러한 사실들을 종합해 보면, 이 연구지역에서는 봄철 이후 지속적인 강수량의 증가로 인한 담지하수 함량의 증가는 해수와 담지하수의 경계면이 해안쪽으로 이동시키고, 여름철 강화된 연안의 조석 펌핑은 담지하수를 해양으로 유출시킬 가능성이 있다. 특히 지하수 중 화학성분의 농도는 다른 계절에 비해 여름철에 상당히 높으므로, 해저 지하수를 통한 화학성분의 유출량은 다른 계절에 비해 여름철에 가장 많고, 연안 환경 및 생태계에 큰 영향을 줄 것으로 예상된다.
질산 질소 농도는 10, 20, 30, 60, 100 m 깊이에서 각각 3.9-25.0 “M (평균 16.0±7.0“M), 1.9-10.7 “M (평균 4.3±3.2“M), 1.8-5.1“M (평균 2.9±1.2“M), L0-3.3“M (평균 2.2±0.9“M), 1.1-5.5〃M (평균 3.2±1.8〃M) 범위로 담지하수가 존재하는 상부 10 m오} 20 m 깊이의 경우 큰 계절적 변화를 보였다 (Fig. 4E). 암모니아 질소와 마찬가지로 강수량이 가장 적었던 4월에 가장 낮고 6월에 가장 높았다.
해저 지하수의 유출량은 계절에 따라 큰 변화를 보이고, 대체로 겨울보다 여름에 더 많은 것으로 나타났다. 예를 들면, South Atlantic Bight에서 해저 지하수의 유출 추적자인 Ra 동위원소의 농도를 측정한 결과, 봄철과 겨울철보다 여름철에 더 높았으며 이와 유사한 연구결과가 North Inlet에서도 관측되었다 (Moore, 1996; Krest et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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