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문제 정의
- 본 연구는 광양만의 세 입구 즉, 섬진강 하구, 광양만 입구, 남해대교 부근에서 광양만과 교환되는 저층 부유입자 분포 특성을 파악하고자, 세 입구의 해저 바닥 0.5m 상부 수층에서 조석주기별로 현장 부유입자농도와 크기를 연속 관측한 결과, 아래와 같이 광양만 부유입자의 분포와 거동특성을 요약하였다.
- 본 연구는 여름철 담수유출이 강할 때, 광양만의 세 입구 해저 바닥 0.5m 상부 수층에서 섬진강 기원 부유입자와 광양만 입구 또는, 남해대교 부근의 저층 부유입자 분포 특성을 파악하여 광양만과 인접한 입구에서 부유입자의 특성과 조류 변화에 의한 부유입자의 시공간별 분포특성을 연구하였다.
제안 방법
- 광양만 세 입구, 즉 섬진강 하구, 광양만 남측과 동측의 해저면 0.5m 상부에서 현장 부유입자 농도와 입도를 조석주기별로 관측하여 광양만과 교환되는 저층 부유입자의 분포와 거동특성을 연구하였다. 섬진강하구(St.
- 광양만의 세 입구 저층 50cm 상부 수층에 대해서 조석주기 동안 부유입자농도 및 입도를 연속 관측하였다(Fig. 1). 광원의 투과와 회절의 원리를 이용한 현장입도분석기(LISST-100)를, 연속적으로 관측하였다.
- 광양만의 세 입구 저층 부유물질 농도와 광 감쇄계수 사이의 관계를 비교하였다(Fig. 4). 일반적으로 부유물질 농도가 증가할 수록 광 감쇄계수는 높아지는 것으로 알려져 있다.
- 광양만의 세 입구 저층 부유입자물질의 입도분포를 조석주기별로 비교하여 창조와 낙조동안에 우세한 입도분포곡선을 나타냈다(Fig. 5). 각 정점별로 진한 검은 선들을 표시한 위의 그림은 관측시기 동안에 획득한 부유입자의 입도분포를 모두 표시한 것이며, 아래의 그림은 창조와 낙조의 대표적인 입도분포곡선으로 나타낸 결과이다.
- 1). 광원의 투과와 회절의 원리를 이용한 현장입도분석기(LISST-100)를, 연속적으로 관측하였다. 부유퇴적물농도를 분석하기 위해서 정점 별로 표층, 중층과 저층에서 해수 1리터씩 채수하여 실험실에서 부유퇴적물농도를 분석하였다.
- 국내에서 현장 입도분석기의 적용은 Kim and Lee(2004)가 2001년 2월에 섬진강 하구에서 조석주기별로 관측하여 부유물질의 조성이 섬진강 상류지역보다 복잡하고 다양함으로 보였다. 또한, 2003년 3월 대조기에 한 조석 주기 동안이지만, 섬진강과 인접한 광양만의 세 입구를 통한 부유물질의 이동을 연구하였다. 그러나, 풍수기에 광양만내 현장부유물질의 조성이 변화되고, 저층 부유물질의 분포와 거동에 따른 부유입자물질의 정량 및 정성적인 연구는 많이 이루어지지 않았다.
- 부유물질의 크기에 따라서 32개 입도구간별 체적농도(VC; Volume concentration, µL/L)와 전체 부유물질의 투과도(Transmission)를 이용하여 부유물질의 평균입도(Md; Mean diameter, µm), 분급도(Sd; sorting, µm)와 광 감쇠계수(c(670); Beam attenuation coefficient, m−1)는 아래의 계산식으로 처리하였다(LISST-100 manual).
- 광원의 투과와 회절의 원리를 이용한 현장입도분석기(LISST-100)를, 연속적으로 관측하였다. 부유퇴적물농도를 분석하기 위해서 정점 별로 표층, 중층과 저층에서 해수 1리터씩 채수하여 실험실에서 부유퇴적물농도를 분석하였다. 부유물질농도는 해수를 충분히 혼합 시킨 후 정확히 1L를 취하여 미리 무게를 측정한 여과지(직경 47mm, 공경 0.
대상 데이터
- (1) 섬진강하구(St. S1) 정점(Fig. 2A)에서 수심이 감소하는 시기에 조립한 부유입자를 보이고, 수심이 증가하는 시기는 세립한 부유입자가 관측되었다. 광양만의 남측 입구 정점에서는 수심이 감소하는 시기에 조립한 부유입자를 보이고, 유속이 강한 시기에는 세립한 부유입자를 보인다.
성능/효과
- (2) 광양만 세 입구 저층에서 현장부유입자의 평균입도와 분급도 사이의 관계는 양의 관계를 보이며 부유입자의 입도가 증가하는 시기는 조립한 부유물질 공급 또는, 입자 사이에 뭉침(Flocs) 또는, 응집(Aggregation) 에 의한 영향으로 분급이 불량하고 부유입자의 입도가 감소하는 시기는 해저 퇴적물의 재동작용으로 입자 사이에 결합이 느슨한 상태(Deflocs, Disaggregation)에서 입자의 깨어짐(Break-up)에 의한 영향으로 분급이 양호하였다.
- (3) 섬진강하구와 광양만 입구 정점의 부유물질농도와 광 감쇄계수 변화가 뚜렷하게 차이나는 것은 농도보다 부유입자의 입도 특성(평균입도와 분급도) 차이가 뚜렷하였기 때문으로 해석되었다. 섬진강하구와 남해대교 부근 정점은 비교적 단조로운 형태의 부유입자들로 구성되어 농도변화가 크며, 광 감쇄계수 변화는 적은 반면에 광양만입구 정점은 복잡한 형태 또는 분급이 불량한 부유입자들로 구성되어 있어 농도변화가 적으며, 광 감쇄계수 변화가 크게 나타났다.
- (4) 섬진강하구와 남해대교 부근 저층에서 현장 부유입자의 입도분포곡선은 조류에 따라서 조립한 단모드와 세립한 이중모드의 특성을 갖는 부유입자로서, 광양만 중앙부 입구 저층 부유입자와 뚜렷한 차이를 보였다. 하계에 담수유출량이 증가되면서 인접 주변 하천으로부터 부유물질의 공급이 증가되고, 저층 부유입자의 거동이 증가되었을 것으로 추측한다면, LISST-100 기기에서 측정된 광 감쇄계수는 저층 부유물질의 재동작용으로 부유입자의 Deflocs 또는 break-up 작용이 활발한 환경을 반영하기 때문에 부유입자의 체적농도가 낮아지고, 광 감쇄계수가 감소된 것으로 생각된다.
- 창조류와 낙조류에 관측된 부유입자의 입도분포를 비교한 결과, 섬진강하구와 비슷한 양상을 나타냈다. 결과적으로 광양만의 북쪽인 섬진강과 동쪽의 진주만과 교환되는 광양만 부유입자는 낙조류에 조립한 부유입자 공급이 되거나 또는, 창조류에 세립한 부유입자가 유출되기 때문에 두 해역보다 광양만 동측의 부유입자는 조립해질 것으로 예상된다. 광양만 중앙부 입구(St.
- 광양만 세 입구 저층부유입자 입도분포곡선에서 약 100µm의 부유입자를 기준으로 인접 해역(섬진강, 여수해만, 진주만)으로 유출되는 시기(즉, S1은 창조, S2는 낙조, S3는 창조)에, 이 기준보다 크기가 작은 부유입자는 상대적인 농도가 증가되지만, 이 보다 큰 부유입자들에서는 농도가 감소하였다.
- 광양만 세 입구 저층에서 현장부유입자의 평균입도와 분급도 사이의 관계는 양의 관계를 보이며 부유입자의 평균입도가 커질수록 분급도는 불량하고, 평균입도가 작을수록 분급도는 양호한 것으로 나타났다(Fig. 3). 저층 부유입자의 평균입도 변동은 세 입구에서 유사한 양상을 보이지만, 분급도는 섬진강하구정점이 가장 불량하고, 남해대교 정점이 가장 양호하며, 광양만 입구 정점은 이 두 정점보다 중간값을 갖지만, 섬진강하구 정점과 더 유사하였다.
- 광양만 세 입구에서 조석주기별로 부유입자의 크기별 농도함량 변화가 가장 뚜렷한 해역별로 구분하면, S2, S3, S1 순서로 변화가 커졌다. 또한 비슷한 표현으로 약 100µm의 부유입자보다 큰 크기를 보이는 부유입자들의 상대적인 농도함량이 증가 하는 시기는 광양만으로 유입되는 시기(즉, S1은 낙조, S2는 창조, S3는 낙조)에 조립부 부유입자가 증가되며 해역별로 구분하면, S2, S3, S1 순서로 변화가 커지는 것으로 분석되었다.
- 100µm 보다 작은 부유입자들은 창조류에 매우 증가한 반면에, 100µm 보다 큰 부유입자들은 창조류에 감소하였다. 따라서 낙조류보다 창조류에 부유입자의 평균입도가 세립해지는 것으로 관측되었다. 남해대교 부근(St.
- 또한 비슷한 표현으로 약 100µm의 부유입자보다 큰 크기를 보이는 부유입자들의 상대적인 농도함량이 증가 하는 시기는 광양만으로 유입되는 시기(즉, S1은 낙조, S2는 창조, S3는 낙조)에 조립부 부유입자가 증가되며 해역별로 구분하면, S2, S3, S1 순서로 변화가 커지는 것으로 분석되었다.
- 일반적으로 부유물질 농도가 증가할 수록 광 감쇄계수는 높아지는 것으로 알려져 있다. 부유입자 농도와 광 감쇄계수 사이의 관계가 양의 관계를 보이며, 해역별로 뚜렷한 차이를 보였다. 각 해역별로 교환되는 부유입자물질의 분포와 거동양상을 반영한 것으로 판단되었다.
- 이는 부유물질의 기원지와 가까운 해역에서 저층 부유물질 농도 변동이 더 증가한 것으로 나타났다. 부유입자농도와 광 감쇄계수의 관계에서 광 감쇄변화와 비교해서 농도변화가 심한 경우 즉, 회귀직선의 기울기가 커질수록 해양환경의 변동이 심한 것을 지시하며, 세 입구 부유입자의 Background 농도(회귀직선의 절편)는 S2와 S1 정점은 비슷하나, S3 정점은 S1 정점보다 약 7 또는 8mg/L 정도가 더 높은 것으로 분석되었다. 섬진강 하구 정점(St.
- S3)의 부유입자가 더 조립하고, 분급도가 더 낮은 경향을 보였다. 부유입자의 입도가 증가하는 시기는 조립한 부유물질 공급 또는, 입자 사이에 Flocs 또는, Aggregation에 의한 집적작용이 우세한 것이고, 부유입자의 입도가 감소하는 시기는 해저 퇴적물의재동작용으로 입자 사이에 Deflocs 또는, Disaggregation에 의한 입자의 Break-up에 의한 영향으로 파악되었다.
- 섬진강하구(St. S1) 정점(Fig. 2A)에서 부유입자의 평균입도를 관측한 결과, 저층 부유입자의 평균입도는 62µm에서 114µm 사이의 변화를 보이며, 수심이 감소하는 시기에 조립한 부유입자를 보이고, 수심이 증가하는 시기는 세립한 부유 입자가 관측되었다.
- (3) 섬진강하구와 광양만 입구 정점의 부유물질농도와 광 감쇄계수 변화가 뚜렷하게 차이나는 것은 농도보다 부유입자의 입도 특성(평균입도와 분급도) 차이가 뚜렷하였기 때문으로 해석되었다. 섬진강하구와 남해대교 부근 정점은 비교적 단조로운 형태의 부유입자들로 구성되어 농도변화가 크며, 광 감쇄계수 변화는 적은 반면에 광양만입구 정점은 복잡한 형태 또는 분급이 불량한 부유입자들로 구성되어 있어 농도변화가 적으며, 광 감쇄계수 변화가 크게 나타났다. 이는 광양만입구 정점 부유입자물질이 생물기원 입자들과 다양한 기원 물질들의 공급으로 플럭(Flocs)의 형성이 활발한 환경으로 해석되고, 섬진강하구와 남해대교정점의 경우에 조립한 부유입자와 광양만입구의 세립한 부유입자가 반복적으로 공급되면서 부유입자의 재부유(Resuspensin)와 깨어짐(Break-up)이 활발한 환경으로 판단되었다.
- 3). 저층 부유입자의 평균입도 변동은 세 입구에서 유사한 양상을 보이지만, 분급도는 섬진강하구정점이 가장 불량하고, 남해대교 정점이 가장 양호하며, 광양만 입구 정점은 이 두 정점보다 중간값을 갖지만, 섬진강하구 정점과 더 유사하였다. 섬진강하구(St.
후속연구
- 하계에 담수유출량이 증가되면서 인접 주변 하천으로부터 부유물질의 공급이 증가되고, 저층 부유입자의 거동이 증가되었을 것으로 추측한다면, LISST-100 기기에서 측정된 광 감쇄계수는 저층 부유물질의 재동작용으로 부유입자의 Deflocs 또는 break-up 작용이 활발한 환경을 반영하기 때문에 부유입자의 체적농도가 낮아지고, 광 감쇄계수가 감소된 것으로 생각된다. 이러한 부유입자농도와 광 감쇄계수 사이의 관계를 이용한다면, 복잡, 활발한 광양만의 해양환경을 모니터링하는 지시자로서 사용할 수 있을 것이다.
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