[논문]인공호소인 영산호의 용존산소 분포와 수층 성층구조의 연관성 분석

송은숙; 조기안; 신용식

doi:10.5322/jesi.2015.24.2.163

인공호소인 영산호의 용존산소 분포와 수층 성층구조의 연관성 분석
Exploring the Dynamics of Dissolved Oxygen and Vertical Density Structure of Water Column in the Youngsan Lake 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.24 no.2, 2015년, pp.163 - 174

송은숙 (해양수산정책기술연구소) , 조기안 (초당대학교 의약관리학과) , 신용식 (목포해양대학교 환경.생명공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The Youngsan Lake was constructed to supply agricultural water to the extensive rice fields in the basin of the lake in 1981. Hypoxia has often developed in the bottom water of the lake during the warm season although the water depth is relatively shallow (< 16 m). We investigated the spatial and temporal variations of dissolved oxygen (DO) and physical properties such as water temperature, salinity and turbidity to elucidate the effects of change in physical properties on DO dynamics in the lake. Vertical profiles of DO, temperature, salinity, and water density were also explored to verify the development of stratification in relation to DO variation in the water column. Hypoxia (DO < $2mg\;L^{-1}$) was not observed in the upper regions whereas hypoxia was detected in the lower regions during the warm season. Thermocline generally developed in the lower regions during the warm season unlike the previous studies in which no thermocline was observed. However, water column was well mixed when freshwater water was discharged from the reservoir through the sluice gate of the dike. DO concentrations also decreased when halocline or pycnocline developed during the dry season suggesting that the vertical stratification of water column affects DO dynamics although the water depth is shallow in the Youngsan lake.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

1). 각 정점별로 용존산소와 물리적 환경인자들의 수직적인 분포(vertical profile)를 파악하고자 하였다.
하지만 기존 연구에서는 밀도 성층 형성의 또 다른 환경인자인 염분이나 바람과 같은 기상조건에 대한 조사가 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 영산호의 용존산소와 염분을 포함한 물리적 환경인자들의 공간적 분포 및 수직적 분포를 월별로 조사, 분석함으로써 수온과 염분의 변화에 따른 밀도 성층 형성의 유무를 확인하고, 물리적 환경인자나 기상 및 수문학적 조건이 용존산소 분포에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 최근 4대강 살리기 사업을 포함하여 여러 대형 개발 사업들이 영산강 유역에서 진행되었지만, 사업 시행 전의 용존산소 분포나 환경조건에 대한 자료 제시는 미흡한 실정이다.

가설 설정

영산호는 수심이 낮아(<16 m), 수심별로 압력이 일정하다는 가정하에 EOS-80equation을 이용하여 밀도를 산출하였다.

제안 방법

성층의 영향을 파악하기 위해 표층 수온에서 저층 수온을 차감한 표층-저층 수온(△T), 염분(△S), 밀도차이(△ρ)를 시·공간적으로 도시하여 분석하였다. 또한 성층의 정도를 수심별로 파악하기 위해 1 m 간격에서 변화되는 밀도의 차이(상부층-하부층 밀도)를 파악하여 용존산소의 수직분포와 비교, 분석하였다. 염분, 수온, 밀도의 수직분포와 용존산소 분포를 도시하여 연관성도 분석하였다.
성층의 영향을 파악하기 위해 표층 수온에서 저층 수온을 차감한 표층-저층 수온(△T), 염분(△S), 밀도차이(△ρ)를 시·공간적으로 도시하여 분석하였다.
또한 성층의 정도를 수심별로 파악하기 위해 1 m 간격에서 변화되는 밀도의 차이(상부층-하부층 밀도)를 파악하여 용존산소의 수직분포와 비교, 분석하였다. 염분, 수온, 밀도의 수직분포와 용존산소 분포를 도시하여 연관성도 분석하였다.
용존산소(DO), 수온(temperature), 염분(salinity), 탁도(turbidity)는 YSI-Model 6600 v2 장비를 이용하여 수직적으로 측정하였다. 용존산소, 수온, 염분, 탁도의 측정한계치는 각각 0.
인공적으로 형성된 영산호의 용존산소 거동을 이해하기 위해 용존산소와 수온, 염분, 밀도, 탁도와 같은 물리적 환경인자들에 대한 시·공간적 분포와 수직 분포를 조사하였다.
15℃이고 나머지는 영산호의 현장수치범위에서 2%이내이다. 장비는 수시로 보정(calibration)을 실시하였고 특히 용존산소는 현장의대기의 산소 농도를 통해 보정 하였고, 현장수에 충분히 안정화 시킨 후 측정하였다. 염분은 Practical Salinity Scale로 제시되었고, 수온과 염분 자료를 이용하여 수층 밀도(kg m³, ρ)를 계산하였다.

대상 데이터

kr)에서 제공된 자료를 이용하였다. 담수 방류가 영산호 수층의 혼합에 영향을 줄 수 있으므로 조사 시기의 담수 방류량을 분석하기 위해 농어촌공사 영산강 하구둑 관리소 배수갑문 조작현황 자료를 이용하였다.
영산호의 강우 및 풍속 분석을 위해 목포 지역의 기상청(http://www.kma.go.kr)에서 제공된 자료를 이용하였다. 담수 방류가 영산호 수층의 혼합에 영향을 줄 수 있으므로 조사 시기의 담수 방류량을 분석하기 위해 농어촌공사 영산강 하구둑 관리소 배수갑문 조작현황 자료를 이용하였다.
1981년 하구언 준공 후 폐쇄적인 환경이 형성되었고, 2011년에 마무리 된 4대강 살리기 사업 이후, 현재는 영산강 상류 수역에 죽산보, 승천보 등이 위치하고 있다. 조사 시기는 4대강 살리기 사업 시행 이전인 2008년 9월부터 2009년 8월까지 월별(2008년 12월 제외)로 실시하였고 조사정점은 영산호 본류 채널을 중심으로 5개 정점을 선정하였다(Fig. 1). 각 정점별로 용존산소와 물리적 환경인자들의 수직적인 분포(vertical profile)를 파악하고자 하였다.
조사 지역인 영산호는 영산강 하류의 하구언을 기점으로 상류인 몽탄대교까지 약 23.5 km 구간을 지칭하며, 34.6 km2의 표면적과 하구둑 만수위 기준으로 저수량이 2.54×108 m3인 인공 담수호이다(ADC, 1984).

데이터처리

물리적 환경 변화가 용존산소에 미치는 영향을 알아보기 위해 수온, 염분, 밀도, 탁도, 풍속, 용존산소 농도에 대한 linear simple regression 분석을 이용하여 물리적 환경인자들과 용존산소의 연관성을 검토하였고 이를 위해 PASW Statistics 18 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하였다.

이론/모형

염분은 Practical Salinity Scale로 제시되었고, 수온과 염분 자료를 이용하여 수층 밀도(kg m3, ρ)를 계산하였다.

성능/효과

여름철 특히 6월에는 상류 정점에서 낮은 농도를 보였고, 8월에는 전체적으로 낮은 용존산소 분포를 나타냈다. 또한 상관성 분석에서 표층의 수온과 용존산소 농도가 유의한 음의 관계를 보이는 것으로 나타났다(Table 1). 저층에서는 표층에 비해 상대적으로 낮은 용존산소 농도를 보였다(Fig.
또한 염분과 표-저층 염분차의 변화는 계절에 따른 수온 변화와 밀접한 음의 관계(r<-0.75, P<0.05)를 보임으로써 염분과 수온이 서로 자동 연관성(autocorrelation)을 갖는 것으로 나타났다.
일반적으로 해수에서는 염분이 높을수록 산소의 용해도가 낮아지는 것으로 알려져 있지만(Weiss, 1970), 본 연구에서는 염분이 높아질수록 용존산소의 농도도 증가하는 것으로 나타났다(Table 1). 이러한 현상은 특히 상부 정점들과 표층에서 목격되었는데 이들 정점과 표층의 최대 염분은 2.

후속연구

따라서 본 연구와 같은 4대강 살리기 사업 시행 직전의 조사 결과는 사업 전·후의 수질 동태 비교 자료로 활용될 수 있으며, 나아가 부영양화로 인해 수질이 악화된(Yi 등, 2006)영산호의 용존산소 거동을 이해하는데 기여할 수 있을 것이다.
따라서 영산호의 용존산소의 거동을 이해하기 위해서는 강우, 바람, 열교환, 생물·화학적 기작과 같은 자연적인 요인들 뿐만 아니라 하구둑을 통한 담수 방류의 시기, 빈도수, 배제량 등과 같은 인위적인 요인들도 파악해야 할 것으로 판단된다.
수층의 성층이 소멸되어 혼합되는 시기에도 표층과 저층의 용존산소 농도차가 나타나는데 이는 강우나 다른 생물학적, 화학적 작용이 관여한 것으로 추정된다. 이러한 결과는 인공호소인 영산호의 용존산소 분포 혹은 빈산소층 형성 기작을 이해하는데 기여할 것이다.
하지만 10월과 달리 정점 3에서는 수심에 따라 수온이나 염분의 농도가 소폭 증가하면서 용존산소의 농도가 점차 감소하여 바닥에서는 거의 고갈되었다. 저층에서의 염분, 수온 증가 및 용존산소 감소는 하구언 하류에 위치한 해수가 하구언 하부 지하수로를 통해 유입되면서 수온상승과 미생물 작용으로 용존산소가 고갈되면서 나타났을 가능성이 있지만 정확한 기작은 추가 조사를 통해 확인할 필요가 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수중생물에 있어서 산소의 역할은?	용존산소(dissolved oxygen, DO)는 호기성 호흡에 의존하는 수중 생물들에게는 생태적 그리고 진화적으로 매우 중요한 환경인자이다. 산소는 수중 생물들의 대사활동의 공급원으로 산소 부족시에는 성장률, 공간적 분포, 거동, 생식, 생존 등에 부정적 영향을 미친다(Diaz 와 Rosenberg, 1995; Breitburg 등, 2003; Breitburg 등, 2009; Conley 등, 2009). 일반적으로 용존산소의 농도가 2 mg L-1일 경우 빈산소(hypoxia)라고 정의하는데 Vaquer-Sunyer 과 Duarte, 2008), 이러한 빈산소층과 같은 저산소층 형성은 어류나 무척추 생물들의 대량 폐사의 원인이 되고, 서식지를 파괴하고, 질병에 쉽게 감염할 수 있는 조건이 되기도 한다(Burkholder 등, 1995; Lenihan 과 Peterson, 1998; Paerl 등, 1998; Dauer 등, 2000; Jewett 등, 2005; Roberts 등, 2009).
	용존산소란?	용존산소(dissolved oxygen, DO)는 호기성 호흡에 의존하는 수중 생물들에게는 생태적 그리고 진화적으로 매우 중요한 환경인자이다. 산소는 수중 생물들의 대사활동의 공급원으로 산소 부족시에는 성장률, 공간적 분포, 거동, 생식, 생존 등에 부정적 영향을 미친다(Diaz 와 Rosenberg, 1995; Breitburg 등, 2003; Breitburg 등, 2009; Conley 등, 2009).
	전문가들이 용존산소 농도를 여러 다양한 서식지의 수질을 나타내는 기준으로 삼는 이유는?	산소는 수중 생물들의 대사활동의 공급원으로 산소 부족시에는 성장률, 공간적 분포, 거동, 생식, 생존 등에 부정적 영향을 미친다(Diaz 와 Rosenberg, 1995; Breitburg 등, 2003; Breitburg 등, 2009; Conley 등, 2009). 일반적으로 용존산소의 농도가 2 mg L-1일 경우 빈산소(hypoxia)라고 정의하는데 Vaquer-Sunyer 과 Duarte, 2008), 이러한 빈산소층과 같은 저산소층 형성은 어류나 무척추 생물들의 대량 폐사의 원인이 되고, 서식지를 파괴하고, 질병에 쉽게 감염할 수 있는 조건이 되기도 한다(Burkholder 등, 1995; Lenihan 과 Peterson, 1998; Paerl 등, 1998; Dauer 등, 2000; Jewett 등, 2005; Roberts 등, 2009). 이러한 이유로 최근 일부 전문가들이나 수질관리자들이 용존산소 농도를 여러 다양한 서식지의 수질을 나타내는 기준(criteria)으로 삼고 있다(Batiuk 등, 2009).

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표제어: PCR

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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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