2010년 여름 담수방류에 의한 영산강 하구의 염분 및 수온 분포 변화 Distribution of Salinity and Temperature due to the Freshwater Discharge in the Yeongsan Estuary in the Summer of 201원문보기
하구언이 설치된 하구의 여름철 환경변화는 방류되는 담수에 의해 결정된다. 본 연구에서는 영산강 하구언 담수방류에 의한 하구의 염분 및 수온 분포를 파악하기 위하여 2010년 6월 소규모 방류시와 8월의 집중방류 중 후로 3회에 걸쳐 8개 정점에서 관측한 CTD 자료를 분석하였다. 6월의 소규모 방류시 표층염분은 30~32.5 psu를 나타냈고, 수평구배는 고하도 근해에서 다른 해역에 비해 상대적인 큰 값을 보여주었다(0.25~0.32 psu/km). 그러나, 저층염분은 약 33 psu의 일정한 값을 보여 수평구배는 존재하지 않았다. 영산강 하구내 수온은 $19{\sim}21^{\circ}C$ 범위를 보이며 동서방향보다 남북방향의 구배가 상대적으로 크게 나타났다. 대규모 방류가 진행 중이었던 8월 12일의 경우 표층염분은 9~26 psu로 감소하였다. 또한, 고하도 북쪽 수로의 표층과 저층 수평구배가 각각 3.79 psu/km와 0.28 psu/km인 강한 염분전선이 형성되었다. 수온은 하구언에서 높고 멀어질수록 감소하는 경향을 보였으며, 고하도 북쪽수로 표층과 저층에서 각각 $-0.45^{\circ}C/km$와 $-0.12^{\circ}C/km$의 공간적 변화가 나타났다. 집중방류 후(3차 관측) 표층염분은 22~26 psu로 회복되었으나 고하도 주변해역에서 여전히 높은 수평구배가 나타났다. 저층염분은 26.5~27.5 psu의 범위로 전반적으로 감소하였으나 수평구배는 크지 않았다. 하구언 가까운 정점에서 관측한 염분과 수온 시계열 자료에 의하면, 상층의 고온저염수가 일시적으로 하강하였다가 빠르게 회복하는 패턴을 보여주었는데, $13{\times}10^6$ 톤 방류시 회복속도는 약 0.4 m/hr로 나타났다. 영산강 하구는 대규모 방류 후 전반적으로 저염화되고, 여름철의 강한 태양복사에 의해 표층수온은 증가하여 하구 내 성층구조가 강화되고 수직혼합이 억제되는 환경이 형성되었다. 담수방류에 따른 염분의 공간적인 분포특성을 볼 때, 수평구배가 높은 고하도 주변해역, 고하도에서 하구언까지 염분이 낮은 내측해역, 그리고 상대적으로 높은 염분을 보이는 고하도에서 연안까지 외측해역으로 구분할 수 있다.
하구언이 설치된 하구의 여름철 환경변화는 방류되는 담수에 의해 결정된다. 본 연구에서는 영산강 하구언 담수방류에 의한 하구의 염분 및 수온 분포를 파악하기 위하여 2010년 6월 소규모 방류시와 8월의 집중방류 중 후로 3회에 걸쳐 8개 정점에서 관측한 CTD 자료를 분석하였다. 6월의 소규모 방류시 표층염분은 30~32.5 psu를 나타냈고, 수평구배는 고하도 근해에서 다른 해역에 비해 상대적인 큰 값을 보여주었다(0.25~0.32 psu/km). 그러나, 저층염분은 약 33 psu의 일정한 값을 보여 수평구배는 존재하지 않았다. 영산강 하구내 수온은 $19{\sim}21^{\circ}C$ 범위를 보이며 동서방향보다 남북방향의 구배가 상대적으로 크게 나타났다. 대규모 방류가 진행 중이었던 8월 12일의 경우 표층염분은 9~26 psu로 감소하였다. 또한, 고하도 북쪽 수로의 표층과 저층 수평구배가 각각 3.79 psu/km와 0.28 psu/km인 강한 염분전선이 형성되었다. 수온은 하구언에서 높고 멀어질수록 감소하는 경향을 보였으며, 고하도 북쪽수로 표층과 저층에서 각각 $-0.45^{\circ}C/km$와 $-0.12^{\circ}C/km$의 공간적 변화가 나타났다. 집중방류 후(3차 관측) 표층염분은 22~26 psu로 회복되었으나 고하도 주변해역에서 여전히 높은 수평구배가 나타났다. 저층염분은 26.5~27.5 psu의 범위로 전반적으로 감소하였으나 수평구배는 크지 않았다. 하구언 가까운 정점에서 관측한 염분과 수온 시계열 자료에 의하면, 상층의 고온저염수가 일시적으로 하강하였다가 빠르게 회복하는 패턴을 보여주었는데, $13{\times}10^6$ 톤 방류시 회복속도는 약 0.4 m/hr로 나타났다. 영산강 하구는 대규모 방류 후 전반적으로 저염화되고, 여름철의 강한 태양복사에 의해 표층수온은 증가하여 하구 내 성층구조가 강화되고 수직혼합이 억제되는 환경이 형성되었다. 담수방류에 따른 염분의 공간적인 분포특성을 볼 때, 수평구배가 높은 고하도 주변해역, 고하도에서 하구언까지 염분이 낮은 내측해역, 그리고 상대적으로 높은 염분을 보이는 고하도에서 연안까지 외측해역으로 구분할 수 있다.
The short-term variation of salinity and temperature in a dyked estuarine environment is mainly controlled by the freshwater discharge from the dyke. We examined the distribution of salinity and temperature by the freshwater discharge in the Yeongsan River estuary using the CTD data obtained from 8 ...
The short-term variation of salinity and temperature in a dyked estuarine environment is mainly controlled by the freshwater discharge from the dyke. We examined the distribution of salinity and temperature by the freshwater discharge in the Yeongsan River estuary using the CTD data obtained from 8 stations through three surveys in June (weak discharge) and August (intensive discharge), 2010. During the weak discharge in June, the surface salinity showed 30-32.5 psu and its horizontal gradient was relatively high around Goha-do (0.25~0.32 psu/km). On the other hand, the salinity of the bottom layer was almost constant in the range of 33 psu. Water temperature ranged $19{\sim}21^{\circ}C$ and displayed higher gradient in north-south direction than the gradient of east-west direction. During the intensive freshwater discharge on August 12, the salinity dropped to 9~26 psu. The maximum horizontal gradient of surface salinity reached 3.8 psu/km in the north of Goha-do where the strong salinity front was formed, and the horizontal salinity gradient of bottom layer was 0.28 psu/km. The horizontal gradient of water temperature was $-0.45^{\circ}C/km$ in the surface and $-0.12^{\circ}C/km$ in the bottom with high surface temperature near the dyke and decreasing gradually to the river mouth. After 3 days of the intensive discharge ($3^{rd}$ survey), the surface salinity increased to 22~26 psu. However, there still existed relatively high horizontal gradient around Goha-do. In the mean time, the bottom salinity decreased to 26.5~27.5 psu, but its gradient was not big as much as the surface gradient. According to time series of CTD profile near the dyke, the discharged fresh water jetted down temporarily and then recovered gradually with the recovering speed of 0.4 m/hour for the discharge case of $13{\times}10^6$ ton. Due to the combined effects of freshwater discharge and surface heating during the summer of 2010, the Yeongsan estuary, in general, underwent intensified vertical stratification, which in turn caused the inhibition of vertical mixing, especially inside area of estuary. Based on the spatial distribution of salinity and temperature, the Yeongsan estuary can be divided into three regions: the Goha-do area with strong horizontal gradient of salinity and temperature, inner estuary from Goha-do to the dyke with low salinity, and outer estuary from Goha-do to the coasts with relatively high salinity.
The short-term variation of salinity and temperature in a dyked estuarine environment is mainly controlled by the freshwater discharge from the dyke. We examined the distribution of salinity and temperature by the freshwater discharge in the Yeongsan River estuary using the CTD data obtained from 8 stations through three surveys in June (weak discharge) and August (intensive discharge), 2010. During the weak discharge in June, the surface salinity showed 30-32.5 psu and its horizontal gradient was relatively high around Goha-do (0.25~0.32 psu/km). On the other hand, the salinity of the bottom layer was almost constant in the range of 33 psu. Water temperature ranged $19{\sim}21^{\circ}C$ and displayed higher gradient in north-south direction than the gradient of east-west direction. During the intensive freshwater discharge on August 12, the salinity dropped to 9~26 psu. The maximum horizontal gradient of surface salinity reached 3.8 psu/km in the north of Goha-do where the strong salinity front was formed, and the horizontal salinity gradient of bottom layer was 0.28 psu/km. The horizontal gradient of water temperature was $-0.45^{\circ}C/km$ in the surface and $-0.12^{\circ}C/km$ in the bottom with high surface temperature near the dyke and decreasing gradually to the river mouth. After 3 days of the intensive discharge ($3^{rd}$ survey), the surface salinity increased to 22~26 psu. However, there still existed relatively high horizontal gradient around Goha-do. In the mean time, the bottom salinity decreased to 26.5~27.5 psu, but its gradient was not big as much as the surface gradient. According to time series of CTD profile near the dyke, the discharged fresh water jetted down temporarily and then recovered gradually with the recovering speed of 0.4 m/hour for the discharge case of $13{\times}10^6$ ton. Due to the combined effects of freshwater discharge and surface heating during the summer of 2010, the Yeongsan estuary, in general, underwent intensified vertical stratification, which in turn caused the inhibition of vertical mixing, especially inside area of estuary. Based on the spatial distribution of salinity and temperature, the Yeongsan estuary can be divided into three regions: the Goha-do area with strong horizontal gradient of salinity and temperature, inner estuary from Goha-do to the dyke with low salinity, and outer estuary from Goha-do to the coasts with relatively high salinity.
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문제 정의
또한, 여름철은 강한 태양복사로 인하여 수직적인 성층이 한층 강화되는 시기이므로 해수 밀도 분포를 결정짓는 수온 및 염분 분포에 대한 조사는 영산강 하구역의 해양환경 변화를 이해하는데 많은 도움을 줄 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 2010년 6월과 8월 영산강 하구에서 획득한 해양관측 자료를 활용하여 담수 방류로 인해 염분과 수온 분포가 공간적으로 어떻게 변하였는지 파악하고, 각 담수방류 사례에 따른 공간적인 염분구배 및 수직분포의 변화를 분석하였다. 아울러, 한 정점에서 수행한 12시간 이상의 정선관측을 통하여 얻은 시계열 자료를 이용하여 담수방류에 의한 열염 연직구조의 변화를 파악하였다.
가설 설정
15 psu/km로 모두 음의 구배를 갖는다. 이는 표층 염분분포와 마찬가지로 하구언에서 방류된 일부 저염수가 압해도 오른쪽 수로로 들어가 북상하는 가정을 뒷받침한다.
제안 방법
1,469 m3/s 담수가 방류된 8월 12일의 경우(Fig. 6c와 6d), 담수 방류가 진행된 1시간 동안 담수가 6 m 수심까지 침투하여 관측지점을 이류하였고, 30 psu 해수는 수심 9 m 근처까지 하강하였다. 방류 초기 수심 6 m 이상 확대되었던 염분 20 psu 등염선은 시간이 지남에 따라 점차로 얕아지지만 10여 시간 이상 지난 후에도 그 두께는 2 m 이상 유지하였다(30 psu의 경우 약 6 m).
2010년 한 해 동안 영산강 하구언에서 총 150회의 수문개방이 있었으며, 하계 7~8월에 연간 방류량의 50% 이상이 방류되었다(Table 1). 2010년 6월과 8월 중 총 3회의 현장관측을 수행하였으며, 이들 관측은 시기별로 하계 방류가 시작되는 직전과 그 기간 내로 구분할 수 있다.
2010년 7월과 8월 중에 대규모 집중 방류가 있었으며(Fig. 2b), 이 기간 중에는 매일 1회 또는 2회의 방류가 저조시에 실시되었다. 류와 이(2011)의 극치방류 이벤트 분석에 따르면, 7월 1일~17일의 방류는 약 0.
2010년 8월 9일부터 17일 동안 총 419,583×103 톤의 담수를 방류한 대규모 방류 이벤트가 종료되고 3일 경과한 8월 25일에 오전 7시부터 11시까지(저조±2시간) 3차 관측이 1, 2차와 동일한 정점에서 실시되었다.
CTD 공간조사는 1차 관측과 동일한 정점에서 저조 ±2시간 이내에 해당하는 오전 6:30~10:20에 수행되었으며, 정점 시계열 관측은 정점 CP에서 30분 간격으로 12시간 동안 수행하였다.
CTD 공간조사는 영산강 하구 8개 정점에서 실시하였으며(Fig. 1), 같은 조위의 열염 특성을 파악하기 위하여 저조를 기준으로 ±2시간에 관측을 완료하였다.
관측일 당일 오전 6:40~8:30에 하구언으로부터 6,741×103 톤의 담수가 추가적으로 방류되었으며, 시계열 관측은 정점 CP에서 24시간 정도 수행되었다.
1), 같은 조위의 열염 특성을 파악하기 위하여 저조를 기준으로 ±2시간에 관측을 완료하였다. 또한, 한 정점에서 열염 연직구조의 시계열 변화를 파악하기 위하여 정점 CP에서 30분 간격으로 9.5시간 동안 관측을 실시하였다.
축적된 담수는 주로 저조일 때 즉 해수가 나가기 시작할 때 방류되기 때문에 상층을 타고 하구로 나가게 되는데, 이 때 방류수와 해수의 밀도차이로 인하여 안정성 또한 증가하게 된다. 본 연구에서는 2010년 6월과 8월에 수행한 CTD 관측자료를 이용하여 영산강 하구에서 강제적으로 방류되는 담수에 의한 하구 내 염분과 수온의 공간분포를 분석하였다.
시기별 각 정점에서 관측된 수온과 염분을 이용하여 방류된 담수가 공간적으로 어디까지 영향을 미치는지 구분하였다. 각 정점의 관측 시기별 염분과 수온 분포를 나타낸 수온-염분 분포도는 Fig.
따라서, 본 연구에서는 2010년 6월과 8월 영산강 하구에서 획득한 해양관측 자료를 활용하여 담수 방류로 인해 염분과 수온 분포가 공간적으로 어떻게 변하였는지 파악하고, 각 담수방류 사례에 따른 공간적인 염분구배 및 수직분포의 변화를 분석하였다. 아울러, 한 정점에서 수행한 12시간 이상의 정선관측을 통하여 얻은 시계열 자료를 이용하여 담수방류에 의한 열염 연직구조의 변화를 파악하였다.
하구언 수문이 열리면 일시적으로 다량의 담수가 방류되고 이로 인해 일차적으로 수문 근처 염분분포에 급격한 변화를 가져오게 된다. 이 장에서는 방출된 담수량에 따라 염분 및 수온 분포가 어떻게 반응하며 또한 얼마나 빠르게 담수 방출 전으로 회복되는지 분석하였다. 1, 2, 그리고 3차 관측 시 정점 CP에서 관측된 염분의 수직분포 변화는 Fig.
특히, 수온 분포에서 관측된 것은 갑작스런 방류로 인해 초기에 상층의 하강과 함께 수온이 증가했다가 시간이 지남에 따라 원래의 자리로 복귀하는 과정을 반복하는 패턴을 보여주었다. 이러한 변화는 수심 10 m 근처에서 뚜렷이 관찰할 수 있었으며 강제방류로 인해 하층에서는 일시적인 내부파 발생 가능성을 관찰하였다.
87년 재현주기를 갖는다. 이와 같은 집중 방류시기를 고려하여 방류 중인 8월 12일과 방류 후 3일 경과한 8월 25일에 2차 및 3차 관측을 각각 실시하였다.
이론/모형
본 연구의 관측에 도움을 주신 강대균 박사, 이숭지, 그리고 김신재에게 감사 드리며, CTD 관측자료를 협조해주신 ㈜지오시스템리서치의 최희선 박사와 이효진 박사, 그리고 인하대학교 해양과학과의 최중기 교수 및 서지호에게 깊은 감사를 드립니다. 본 연구는 국토해양부 “하구역종합관리시스템개발”의 일환으로 수행되었다.
성능/효과
5c는 각 단면의 염분 분포를 나타내고 있다. 2차 관측과 비교했을 때 고하도 주변 해역의 저층염분이 29.5 psu에서 28.2 psu로 감소하였고, 외해수가 유입되는 수로(정점 7과 8)에서는 29 psu에서 26.5~28.0 psu로 감소하였음을 알 수 있다. 이는 하구언 전면의 감소와 비슷하다.
각 시기별 CP 정점에서 관측된 시계열을 종합하면, 여름철 하구언 수문 개방으로 담수가 강제로 방류될 때 고온저염의 물이 상층에서 강제 하강하고 빠르게 회복하는 것을 알 수 있다. 표층에서는 고온저염수가 존재하게 됨으로써 상하층간 성층이 한층 강화되고 이러한 현상은 다음 저조시 방류까지 유지된다.
결과적으로, 여름철 홍수기에 있어 저조시 강제방류는 고온저염수를 상층에 더함으로써 수평적인 구배뿐만 아니라 수직적인 성층을 한층 강화시킨다는 것을 알 수 있었다. 집중적으로 연속방류가 실시되는 여름철에는 방류수가 고하도 북측 수로를 통해 하구 주수로인 목포구와 북구의 표층까지 확산되었다.
그러나 국내의 일부 하구에는 염해 방지, 용수확보, 홍수 조절을 위해 하구언을 설치함으로써 하구언 내측수위와 조시에 따라 담수를 인위적으로 하구로 내보내는 환경으로 변화되었다. 그 결과 강 상류로 염분 확산과 조석전파가 차단되면서 하구길이가 크게 단축되고, 대량의 담수가 일시적으로 유입되면서 하구 유동환경뿐만 아니라 퇴적 및 생태환경에 큰 변화를 초래하게 되었다.
연속적인 대량 방류로 인하여 2차 관측 시기의 표층 염분은 1차 관측시의 표층 염분보다 전반적으로 크게 감소하였다. 염분의 변화폭은 하구언 근처에서 20 psu, 고하도 근처에서는 약 13 psu, 그리고 달리도 외해에서는 10 psu 정도로 하구언에서 외해로 갈수록 감소하는 경향을 보이고 있다.
방류 초기 수심 6 m 이상 확대되었던 염분 20 psu 등염선은 시간이 지남에 따라 점차로 얕아지지만 10여 시간 이상 지난 후에도 그 두께는 2 m 이상 유지하였다(30 psu의 경우 약 6 m). 이를 기반으로 볼 때 저염수층의 두께는 시간당 약 0.4 m 정도 감소하였다.
4a의 파란 점선). 저층의 염분은 전체적으로 27~28 psu 값을 보이고, 1차 관측과 유사하게 하구언 부근과 압해도 동측 수로에서 상대적으로 낮은 염분이 관측되었다. 염분의 수평구배는 대체로 0.
표층과 저층의 염분 차이는 하구언 근처에서 약 3 psu로 최대값을 갖지만, 달리도, 눌도, 그리고 압해도로 나갈수록 점차로 그 차이가 감소하고 근해에서는 상·하층의 차이가 존재하지 않는다. 표층과 저층의 염분구배가 높은 정점의 수직분포를 보면, 대체로 표면의 수심 5 m 이내 표층에서 염분이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 방류된 담수가 밀도차이 때문에 주로 표층에 머물면서 하구로 이동하는 것으로 볼 수 있다.
하수언 수문개방의 직접적인 영향을 받는 하구언 전면 정점에서 관측된 시계열로부터, 담수 방류직 후 상층의 고온저염수가 일시적으로 중층까지 하강하고, 이 후 빠르게 회복하는 것을 볼 수 있었다. 약 13×106 톤의 물이 방류된 8월 12일의 경우, 0.
후속연구
여름철 방류로 인한 내측하구의 성층구조 변화와 생성·소멸과정을 정확하게 파악하기 위해서는 조석주기별로 유속을 포함하는 수온과 염분의 공간적인 관측과 수치모델링 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하구의 역할은 무엇인가?
강에서 유출된 담수와 바다로부터 유입된 염수가 만나 형성되는 점이지대인 하구는 담수와 염수의 혼합에 의해 다양한 생태계가 서식할 수 있는 자연환경을 형성하여 생태적으로 중요한 역할을 한다. 그러나 국내의 일부 하구에는 염해 방지, 용수확보, 홍수 조절을 위해 하구언을 설치함으로써 하구언 내측수위와 조시에 따라 담수를 인위적으로 하구로 내보내는 환경으로 변화되었다.
하구란 무엇인가?
강에서 유출된 담수와 바다로부터 유입된 염수가 만나 형성되는 점이지대인 하구는 담수와 염수의 혼합에 의해 다양한 생태계가 서식할 수 있는 자연환경을 형성하여 생태적으로 중요한 역할을 한다. 그러나 국내의 일부 하구에는 염해 방지, 용수확보, 홍수 조절을 위해 하구언을 설치함으로써 하구언 내측수위와 조시에 따라 담수를 인위적으로 하구로 내보내는 환경으로 변화되었다.
하구언 설치가 초래한 것은 무엇인가?
그러나 국내의 일부 하구에는 염해 방지, 용수확보, 홍수 조절을 위해 하구언을 설치함으로써 하구언 내측수위와 조시에 따라 담수를 인위적으로 하구로 내보내는 환경으로 변화되었다. 그 결과 강 상류로 염분 확산과 조석전파가 차단되면서 하구길이가 크게 단축되고, 대량의 담수가 일시적으로 유입되면서 하구 유동환경뿐만 아니라 퇴적 및 생태환경에 큰 변화를 초래하게 되었다.
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Cho, Y.K., Park, L.H., Cho, C., Lee, I.T., Park, K.Y. and Oh, C.W., 2004. Multi-layer structure in the Youngsan Estuary, Korea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 61: 325-329.
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