This research investigated the effects of weir (Ipobo) construction on the dynamics and the related spatial distributions of pollutants inflowing from tributaries (Yanghwacheon and Bokhacheon). Conductivity measurements and water sampling were conducted longitudinally, horizontally, and vertically i...
This research investigated the effects of weir (Ipobo) construction on the dynamics and the related spatial distributions of pollutants inflowing from tributaries (Yanghwacheon and Bokhacheon). Conductivity measurements and water sampling were conducted longitudinally, horizontally, and vertically in the waterbody upstream of the area located in Ipobo. Additionally, collected water samples were used for the dissolved organic carbon (DOC) analysis and fluorescence analysis which results in the SUVA, HIX, BIX, and FI calculation and parallel factor analysis (PARAFAC). Consequently, the results of the Conductivity, DOC, SUVA, and HIX showed that high concentration of pollutants that were flowing from the area of Bokhacheon which was mixed along the flow of the main river. The results of the BIX and FI did not show significant difference along the river flow which represented that allochthonous and terrestrial DOM, and for this reason was dominated in the whole waterbody rather than just the autochthonous DOM. The PARAFAC results showed that the two fluorescence components, humic-like and protein-like, constituted the fluorescence matrices of the water samples. The prevailing discipline notes that the two components were inflowing from the tributaries, however, a refractory component, humic-like substances, was relatively accumulated near the weir. From the results, the dynamics and spatial distributions of the DOM are dependent on the DOM characteristics, which induces the application of a specialized DOM analysis method to investigate the effects of a subsequent weir construction on the dynamics and spatial distributions of pollutants inflowing from the tributaries.
This research investigated the effects of weir (Ipobo) construction on the dynamics and the related spatial distributions of pollutants inflowing from tributaries (Yanghwacheon and Bokhacheon). Conductivity measurements and water sampling were conducted longitudinally, horizontally, and vertically in the waterbody upstream of the area located in Ipobo. Additionally, collected water samples were used for the dissolved organic carbon (DOC) analysis and fluorescence analysis which results in the SUVA, HIX, BIX, and FI calculation and parallel factor analysis (PARAFAC). Consequently, the results of the Conductivity, DOC, SUVA, and HIX showed that high concentration of pollutants that were flowing from the area of Bokhacheon which was mixed along the flow of the main river. The results of the BIX and FI did not show significant difference along the river flow which represented that allochthonous and terrestrial DOM, and for this reason was dominated in the whole waterbody rather than just the autochthonous DOM. The PARAFAC results showed that the two fluorescence components, humic-like and protein-like, constituted the fluorescence matrices of the water samples. The prevailing discipline notes that the two components were inflowing from the tributaries, however, a refractory component, humic-like substances, was relatively accumulated near the weir. From the results, the dynamics and spatial distributions of the DOM are dependent on the DOM characteristics, which induces the application of a specialized DOM analysis method to investigate the effects of a subsequent weir construction on the dynamics and spatial distributions of pollutants inflowing from the tributaries.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 실험에서 사용된 시료는 갈수기인 5월에 채취되어 환경 변화에 강우가 미치는 영향이 적고, 이포보 상류로 대상을 한정 하였으므로 수체가 비슷한 화학적 특성을 갖는다고 가정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입된 오염물질의 수체 내 거동 및 공간적 분포를 살펴보기 위해 전기전도도 값을 분석하였다. Fig.
본 연구는 남한강에 위치한 이포보를 대상으로 보 건설로 인한 하천의 수리학적 특성 변화가 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입되는 오염물질의 수체 내 거동 및 공간적 분포에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 전기전도도(Conductivity)와 용존 유기물의 특성 분석을 수행하였다. 전기전도도 값의 변화를 통해 이온성 물질들의 수체 유입 및 거동을 파악하였고, 형광분석을 이용한 용존 유기물의 특성 분석을 수행하여 보 건설이 대상 수체 내 유기물의 공간적 분포에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구는 남한강에 위치한 이포보를 대상으로 보 건설로 인한 하천의 수리학적 특성 변화가 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입되는 오염물질의 수체 내 거동 및 공간적 분포에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 전기전도도와 용존 유기물의 특성 분석을 수행하였다. 전기전도도 값의 변화를 통해 이온성 물질들의 수체 유입과 거동 및 용존 유기물과의 상관관계를 파악하였고, 형광분석을 이용해 용존 유기물의 분해 특성 및 기원에 대한 추가적인 정보를 얻을 수 있었다.
eijk는 모델에 의해 추정되지 않는 변이(variation)를 포함한다(Andersen and Bro, 2003). 본 연구에서는 PARAFAC에서 얻은 각 Component와 선행논문을 비교하여 이포보 수체의 유기물 기원과 성분을 추정하고자 한다.
가설 설정
97). 본 실험에서 사용된 시료는 갈수기인 5월에 채취되어 환경 변화에 강우가 미치는 영향이 적고, 이포보 상류로 대상을 한정 하였으므로 수체가 비슷한 화학적 특성을 갖는다고 가정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입된 오염물질의 수체 내 거동 및 공간적 분포를 살펴보기 위해 전기전도도 값을 분석하였다.
제안 방법
좀 더 자세히 유기물의 공간분포를 확인하기 위해 EEM 데이터를 지류(지류 유입 후 2지점), 보 근처(보 이전 한 지점), 본류(나머지 2지점); 3가지로 분류하여 각 Score 평균을 계산하였다. 각 위치에 분포하는 유기물의 상대적인 비율을 비교하기 위하여 humic-like Component인 C1과 C3의 Score를 protein-like Component인 C2의 Score로 나눠서 값을 비교하였다(Fig. 6). 3가지의 값이 차이를 비교하기 위해 ANOVA분석을 실시한 결과, C1/C2는 지점별로 유의미한 차이가 없었지만(p-value = 0.
형광분석은 유기물질 분석에 널리 사용되는 방법 중 하나인 형광분석기(Hitachi Fluorescence Spectrometer, F-7000)을 이용해 3D-matrix 방법으로 값을 얻었다. 광원은 700 V에서 Xenon lamp를 이용하였고 석영 셀(quartz cell) 을 이용해 여기파장(Excitation Wavelength)은 250 ~ 400 nm의 범위에서 슬릿 폭(slit width) 5 nm로, 방출파장(Emission Wavelength) 290 ~ 540 nm의 범위에서 슬릿 폭 1 nm로 하여, 구간 내 모든 형광강도를 얻는 분석을 실시하였다. 유기물의 농도가 너무 높아서 측정이 어려운 경우에는 시료를 희석하여 측정하고, 결과에 희석 배수를 반영하였다.
본 연구는 2017년 5월 13일에 시료 채취 및 전기전도도 측정을 진행하였다(Fig. 1). 유기물의 공간적 분포를 분석하기 위하여 수시료를 보 상류 5개 지점(종방향)을 기준으로 하천 단면의 중앙과 양안에서 하천 방향으로 50 m 지점(횡방향)에서 시료를 채취하였고, 수심이 1 m 이상인 경우 하층(수직방향)의 수시료를 채취하여 총 25개의 시료를 얻었다.
수체 내 주된 탄소 공급원인 용존 유기물의 분포는 대상 수체의 특성을 잘 반영한다고 알려져 있으므로, 본 연구에서는 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입된 오염 물질들 중 유기물에 초점을 맞춰서 분석을 진행하였고, 유기물의 대표 지표인 용존 유기탄소 결과를 보면 다음과 같다. 이포보 상류 수체의 용존 유기탄소는 실험 결과, 1.
용존 유기물 분석을 위해 수시료 채취 시 유리 섬유 필터(GF/F filter, 0.7 μm pore size)로 여과하여 입자성 유기물을 제거하였다.
용존 유기물의 특성을 나타내는 형광 파장이 EEM 결과들에 중첩되어 있으므로, 구성요소들의 관계를 파악하기 위하여 PAFAFAC analysis를 수행하였다. 수시료 분석을 통해 얻어진 EEM 결과들을 사용해서 PARAFAC 분석을 진행한 결과, 3가지 Component를 선정하였고, 이를 Fig.
용존 유기탄소는 용존 유기물을 측정하는 일반적인 지표로, 수중 용존 유기물의 함량은 일반적으로 유기물의 주요 원소인 용존 유기 탄소에 의해 측정할 수 있다(Leenheer and Croue, 2003; Ogawa and Tanoue, 2003). 용존 유기탄소는 TOC analyzer (TOC-L, shimadzu, Japan)을 이용하여 분석하였고, 휴믹물질 함유량을 나타내는 고유 흡광도(Specific UV Absorbance, SUVA)를 계산하기 위해 UV spectrometer(Biochrom, UK)를 이용한 자외선/가시선 흡광도 분석도 부가적으로 수행했다(Hur et al., 2006). SUVA는 유기물에 포함된 방향족 유기탄소의 상대적 함량을 나타내는 지표로, 시료의 UV 254 nm 흡광도를 용존 유기탄소 농도로 나눈 것이다.
위 값을 이용해 용존 유기물 특성과 기원에 관한 지표; HIX(humification Index), BIX(Biological Index), FI(Fluorescence Index)를 계산하였다. HIX는 유기물이 휴믹화됨(lower H/C ratio)에 따라 형광세기가 장파장으로 갈수록 증가하는 성질을 이용해 유기물의 휴믹화 정도를 나타내는 지표이며, 여기파장 254 nm에서 방출파장 435 ~ 480 nm 범위의 형광세기의 합을 방출파장 300 ~ 345 nm의 합으로 나누었다(Zsolnay et al.
7 μm pore size)로 여과하여 입자성 유기물을 제거하였다. 유기물 분석을 위한 시료 채취와 병행 하여 전기전도도의 공간적 분포에 대한 분석을 수행하였다. 전기전도도의 경우 보 상류 8개 지점(종방향)을 대상으로 횡방향 5개 지점, 수직방향 2개 지점에서 현장 측정하여 총 80개의 전기전도도 데이터를 얻었다.
본 연구는 남한강에 위치한 이포보를 대상으로 보 건설로 인한 하천의 수리학적 특성 변화가 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입되는 오염물질의 수체 내 거동 및 공간적 분포에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 전기전도도(Conductivity)와 용존 유기물의 특성 분석을 수행하였다. 전기전도도 값의 변화를 통해 이온성 물질들의 수체 유입 및 거동을 파악하였고, 형광분석을 이용한 용존 유기물의 특성 분석을 수행하여 보 건설이 대상 수체 내 유기물의 공간적 분포에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구는 남한강에 위치한 이포보를 대상으로 보 건설로 인한 하천의 수리학적 특성 변화가 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입되는 오염물질의 수체 내 거동 및 공간적 분포에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 전기전도도와 용존 유기물의 특성 분석을 수행하였다. 전기전도도 값의 변화를 통해 이온성 물질들의 수체 유입과 거동 및 용존 유기물과의 상관관계를 파악하였고, 형광분석을 이용해 용존 유기물의 분해 특성 및 기원에 대한 추가적인 정보를 얻을 수 있었다.
좀 더 자세히 유기물의 공간분포를 확인하기 위해 EEM 데이터를 지류(지류 유입 후 2지점), 보 근처(보 이전 한 지점), 본류(나머지 2지점); 3가지로 분류하여 각 Score 평균을 계산하였다. 각 위치에 분포하는 유기물의 상대적인 비율을 비교하기 위하여 humic-like Component인 C1과 C3의 Score를 protein-like Component인 C2의 Score로 나눠서 값을 비교하였다(Fig.
지류를 통한 이온성 물질의 유입과 수체 내에서의 이동을 확인하기 위해 시료 채취 시 YSI(YSI-85, YellowSprings, OH, USA)를 이용해 전기전도도를 측정하였고, 용존 유기물의 특성을 분석하기 위해 채취된 수시료를 대상으로 실험실에서 용존 유기탄소(Dissolved Organic Carbon) 측정과 형광분석(Fluorescence analysis)를 실시하였다. 용존 유기탄소는 용존 유기물을 측정하는 일반적인 지표로, 수중 용존 유기물의 함량은 일반적으로 유기물의 주요 원소인 용존 유기 탄소에 의해 측정할 수 있다(Leenheer and Croue, 2003; Ogawa and Tanoue, 2003).
대상 데이터
본 연구는 한강에 위치한 이포보 상류 수체를 대상으로 진행되었다. 이포보는 대한민국 경기도 여주시 여주군 금사면 이포리에 위치하고 있으며, 상류에 2개의 지류, 양화천과 복하천이 흘러 들어오고 있다.
1). 유기물의 공간적 분포를 분석하기 위하여 수시료를 보 상류 5개 지점(종방향)을 기준으로 하천 단면의 중앙과 양안에서 하천 방향으로 50 m 지점(횡방향)에서 시료를 채취하였고, 수심이 1 m 이상인 경우 하층(수직방향)의 수시료를 채취하여 총 25개의 시료를 얻었다. 용존 유기물 분석을 위해 수시료 채취 시 유리 섬유 필터(GF/F filter, 0.
유기물 분석을 위한 시료 채취와 병행 하여 전기전도도의 공간적 분포에 대한 분석을 수행하였다. 전기전도도의 경우 보 상류 8개 지점(종방향)을 대상으로 횡방향 5개 지점, 수직방향 2개 지점에서 현장 측정하여 총 80개의 전기전도도 데이터를 얻었다.
데이터처리
, 2003; Stdemon and Markager, 2005). 그 외에도 PARAFAC 결과를 활용하여 각 Component의 Score를 얻고 평균을 계산하였다. Score는 PARAFAC 모델의 결과로 Component의 상대적인 농도를 나타내므로, Score는 각 Component 농도에 직접적으로 비례한다(Bro, 1999; Holbrook et al.
이론/모형
데이터의 공간적 분포를 확인하기 위해 SURFER Version 13 (Golden Software, Golden, Colorado, USA)을 이용해각 채취 지점의 좌표와 강의 경계 좌표, 각각의 실험 데이터로부터 그림(Fig. 2, Fig. 3)으로 나타내었고, 시료 데이터간 보간법(interpolation)으로는 Kriging방법을 사용하였다. Kriging 방법은 공간적 데이터를 보간하는 방법 중 널리 사용되는 방법으로, 주위의 실측 값들을 가중선형조합 (weighted linear combination)으로 예측 값을 산출해 분산을 최소화하여 편향되지 않은 최적의 값을 제공하는 지구 통계학적 그리딩(geostatistics gridding) 기법이다.
단순 크리깅은 오차분산을 단순히 최소로 하는 가중치를 구하여 실측값들의 선형조합으로 예측값을 산출하는데, 이 경우 추정식이 편향되어 추정식 평균이 모집단의 평균과 일치하지 않는 한계가 있다. 본 연구에서 사용된 kriging 방식은 단순 크리깅의 한계를 보완하여 추정식이 편향되지 않으면서 오차분산을 최소로 하는 크리깅 기법인 정규 크리깅 방법이 사용되었다(Kim et al., 2008). 정규 크리깅의 식은 다음과 같다(식 (2)).
, 2015). 이를 보완하기 위해 Matlab(The MathWorks, Natick, MA, USA)을 이용하여 다변량분석기법(Multivariate modeling technique)인 Parallel Factor Analysis(이하 PARAFAC)을 추가적으로 수행하였다. 이 방법은 각 성분과 기원에 따른 형광 특징을 개별적인 구성요소(Component)로 분해하고, 전체 용존 유기물 형광에 대한각 구성요소의 상대적 기여도를 제공한다(Bro and Kiers, 2003; Fellman et al.
SUVA값이 높을수록 humic substance와 같은 소수성의 방향족 유기물질이 우세하다는 것을 의미한다(Leenheer and Croue, 2003). 형광분석은 유기물질 분석에 널리 사용되는 방법 중 하나인 형광분석기(Hitachi Fluorescence Spectrometer, F-7000)을 이용해 3D-matrix 방법으로 값을 얻었다. 광원은 700 V에서 Xenon lamp를 이용하였고 석영 셀(quartz cell) 을 이용해 여기파장(Excitation Wavelength)은 250 ~ 400 nm의 범위에서 슬릿 폭(slit width) 5 nm로, 방출파장(Emission Wavelength) 290 ~ 540 nm의 범위에서 슬릿 폭 1 nm로 하여, 구간 내 모든 형광강도를 얻는 분석을 실시하였다.
성능/효과
6). 3가지의 값이 차이를 비교하기 위해 ANOVA분석을 실시한 결과, C1/C2는 지점별로 유의미한 차이가 없었지만(p-value = 0.252), C3/C2는 차이가 있었고(p-value = 0.00445) 사후검정의 결과 보 근처에서 가장 높은 값을 나타냈다. 이는 보 근처가 다른 곳에 비해 비교적 분해하기 어려운 humic-like 물질이 더 많은 비율로 존재함을 나타내며, 보 근처로 갈수록 높아지는 경향성을 나타냈던 HIX 결과와도 일치함을 알 수 있다.
4를 나타내므로 이포보 수체는 외부에서 유입된 육상기원의 유기물이 우세한 것으로 보인다. BIX와 FI의 결과로부터 이포보 상류 수체는 보의 건설로 인해 수체의 흐름이 영향을 받았으나, 수체 전반적으로 미생물 활동에 의해 자체적으로 생산된 유기물보다는 외부에서 유입된 육상기원의 유기물이 우세한 것으로 보인다.
PARAFAC 분석의 결과로부터 humic-like와 Protein-like 물질이 지류를 통해 높은 농도로 유입되었으나, 보 근처에서는 비교적 난분해성인 humic-like 물질이 더 높은 비중으로 존재하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 특히, PARAFAC 분석을 통해 산정된 C3/C2 값이 보 근처에서 가장 높은 값을 보였고, 이러한 형광분석의 결과들로부터 이포보 상류 수체의 유기물은 지류에서 다량 유입되어 강을 따라 혼합되면서 흐르다가 보 근처에서 분해되지 않은 난분해성 유기물질이 보 양안에 축적되는 것을 알 수 있었다.
2). 복하천 유입 이후에는 복하천이 유입되는 부분인 좌안의 전기전도도 농도가 높았으나, 이후 점점 희석되어 보 근처에서는 유입되기 이전의 전기전도도 농도와 비슷한 것을 확인할 수 있었다(Fig. 2). 복하천의 유입농도가 특히 높은 이유는 주변에 소규모 축산시설 및 농경지가 많이 존재하기 때문으로 추정된다.
79 mg/L로 나타났다. 본 연구는 용존 유기탄소 샘플 채취지점이 전기전도도 현장 측정 지점에 비해 다소 지류 유입부에서 먼 지점에서 이루어졌고, 양화천에 비하여 복하천의 채취 지점이 지류와 더 멀리 떨어져 있었기 때문에 본류에 의한 희석 효과가 영향을 미친 것으로 판단된다. 따라서, 우리 실험과 비슷한 시기에 측정된 환경부 물환경정보시스템(K-water, 2017)의 용존 유기탄소 결과(양화천 2, 복하천 4)를 추가하여 Fig.
시료의 분석 결과를 통해 계산된 SUVA 값은 0.62 ~ 3.44의 범위를 나타내었으며(Fig. 4(a)).
, 2009). 실험 결과 BIX는 0.77 ~ 1.29의 범위를 나타내며 대부분의 BIX 값이 0.8 ~ 1.0 사이를 나타냈다(Fig. 4(c)).
양화천 유입부에서 278 μS/cm로 본류에 비해 조금 높은 값의 전기전도도가 측정되었고, 복하천 유입부에서는 1,037 μS/cm로 상당히 높은 값의 전기전도도가 측정되어 복하천에 의해 많은 양의 이온성 물질들이 유입되는 것을 추정할 수 있었다.
양화천 유입부에서 278 μS/cm로 본류에 비해 조금 높은 값의 전기전도도가 측정되었고, 복하천 유입부에서는 1,037 μS/cm로 상당히 높은 값의 전기전도도가 측정되어 복하천에 의해 많은 양의 이온성 물질들이 유입되는 것을 추정할 수 있었다. 양화천에서 유입된 이온성 물질들은 좌안을 따라 이동하다가 복하천 유입 이전에 희석되고, 복하천에서는 이포보 수체 상층으로 높은 농도의 이온성 물질이 유입되어 하층의 일부분과 유입된 지점의 우안까지 넓은 범위로 영향을 미치는 것을 알 수 있었다 (Fig. 2). 복하천 유입 이후에는 복하천이 유입되는 부분인 좌안의 전기전도도 농도가 높았으나, 이후 점점 희석되어 보 근처에서는 유입되기 이전의 전기전도도 농도와 비슷한 것을 확인할 수 있었다(Fig.
보 근처에서 유기물이 머무르는 동안 비교적 분해가 쉬운 유기물이 분해됨에 따라 난분해성 물질이 차지하는 비율이 높게 나타난 것으로 보인다. 연구의 결과들로부터 이포보 상류 수체의 유기물은 복하천에서 다량 유입되어 강을 따라 흐르면서 비교적 분해되기 쉬운 protein-like 물질은 줄어들고 보 근처에서 분해되지 않은 humic-like 유기물질이 보 양안에 축적되는 것으로 보인다.
형광분석을 통한 유기물 특성 분석을 통해 난분해성 유기물의 지표인 SUVA, HIX는 모두 복하천의 유입으로 높아지며 이포보 우안 상층부에서 높은 HIX 값을 보였다. 유기물의 기원을 나타내는 BIX와 FI 결과는 본류 수체 내에서 큰 변화를 보이지 않았고, 이를 통해 수체 전반적으로 미생물 활동에 의해 자체적으로 생산된 유기물보다는 외부에서 유입된 난분해성 육상기원의 유기물이 우세한 것을 알 수 있었다.
00445) 사후검정의 결과 보 근처에서 가장 높은 값을 나타냈다. 이는 보 근처가 다른 곳에 비해 비교적 분해하기 어려운 humic-like 물질이 더 많은 비율로 존재함을 나타내며, 보 근처로 갈수록 높아지는 경향성을 나타냈던 HIX 결과와도 일치함을 알 수 있다. 보 근처에서 유기물이 머무르는 동안 비교적 분해가 쉬운 유기물이 분해됨에 따라 난분해성 물질이 차지하는 비율이 높게 나타난 것으로 보인다.
수체 내 주된 탄소 공급원인 용존 유기물의 분포는 대상 수체의 특성을 잘 반영한다고 알려져 있으므로, 본 연구에서는 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입된 오염 물질들 중 유기물에 초점을 맞춰서 분석을 진행하였고, 유기물의 대표 지표인 용존 유기탄소 결과를 보면 다음과 같다. 이포보 상류 수체의 용존 유기탄소는 실험 결과, 1.08 ~ 3.78 mg/L의 범위로 나타나며, 지류 유입 이후 본류의 용존 유기물 농도를 살펴보면 양화천 유입 후 좌안에서 3.78 mg/L, 복하천 유입 이후 좌안에서 1.79 mg/L로 나타났다. 본 연구는 용존 유기탄소 샘플 채취지점이 전기전도도 현장 측정 지점에 비해 다소 지류 유입부에서 먼 지점에서 이루어졌고, 양화천에 비하여 복하천의 채취 지점이 지류와 더 멀리 떨어져 있었기 때문에 본류에 의한 희석 효과가 영향을 미친 것으로 판단된다.
전기전도도와 용존 유기탄소 결과로부터 지류에서 들어온 오염물질들이 본류를 따라 흐르면서 혼합되는 것을 알 수 있었고, 두 결과 모두 전반적으로 복하천에서 높은 것으로 보아 복하천에서 오염물질들이 높은 농도로 유입됨을 확인할 수 있었다. 형광분석을 통한 유기물 특성 분석을 통해 난분해성 유기물의 지표인 SUVA, HIX는 모두 복하천의 유입으로 높아지며 이포보 우안 상층부에서 높은 HIX 값을 보였다.
특히, PARAFAC 분석을 통해 산정된 C3/C2 값이 보 근처에서 가장 높은 값을 보였고, 이러한 형광분석의 결과들로부터 이포보 상류 수체의 유기물은 지류에서 다량 유입되어 강을 따라 혼합되면서 흐르다가 보 근처에서 분해되지 않은 난분해성 유기물질이 보 양안에 축적되는 것을 알 수 있었다. 전기전도도와 용존 유기탄소 분석으로부터 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입되는 오염물질이 본류를 통해 흐르면서 혼합이 되어짐을 알 수 있었으나, 형광분석을 이용한 유기물 특성 분석을 통해 난분해성 유기물들의 분포가 보를 중심으로 달라짐을 알 수 있었다. 이로부터 유기물에 초점을 둔 오염물질의 수체 내 거동 및 공간적 분포를 살펴보기 위해서는 다양한 용존 유기물 분석 방법을 종합적으로 적용하는 것이 적합하다고 판단된다.
4(c)). 지점별 BIX 값의 차이를 확인하기 위하여 ANOVA분석을 실시한 결과, BIX값은 지점별로 차이가 존재하지 않음을 알 수 있었다 (p-value = 0.478). 또한, 측정된 BIX값으로부터 수체에서 생물 혹은 미생물 기원의 용존 유기물이 생성되긴 하지만, 우세할 정도로 많은 양이 생성되지 않는 것으로 추정된다.
44로 크게 높지 않다. 지점별 FI값의 차이를 확인하기 위해 ANOVA분석을 실시한 결과, FI값은 지점별로 유의미한 차이가 존재하지 않음을 알 수 있었다(p-value = 0.518). 또한, 대부분의 FI값이 1.
4(a)). 지점별로 나누어 일원일차분산분석(One-way Analysis of Variance, 이하 ANOVA)을 실시한 결과, 유의 수준 0.1수준에서 SUVA값이 지점별로 차이를 나타내었고(p-value = 0.0728), Student-Neumann-Kuels 사후분석을 통하여 복하천 유입에 의해 차이가 발생함을 알 수 있었다. 복하천 유입 이후 하천 우안 상층부와 중앙 하층부에서 높은 SUVA 값이 나타남을 알 수 있다(Fig.
PARAFAC 분석의 결과로부터 humic-like와 Protein-like 물질이 지류를 통해 높은 농도로 유입되었으나, 보 근처에서는 비교적 난분해성인 humic-like 물질이 더 높은 비중으로 존재하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 특히, PARAFAC 분석을 통해 산정된 C3/C2 값이 보 근처에서 가장 높은 값을 보였고, 이러한 형광분석의 결과들로부터 이포보 상류 수체의 유기물은 지류에서 다량 유입되어 강을 따라 혼합되면서 흐르다가 보 근처에서 분해되지 않은 난분해성 유기물질이 보 양안에 축적되는 것을 알 수 있었다. 전기전도도와 용존 유기탄소 분석으로부터 지류인 양화천과 복하천을 통해 유입되는 오염물질이 본류를 통해 흐르면서 혼합이 되어짐을 알 수 있었으나, 형광분석을 이용한 유기물 특성 분석을 통해 난분해성 유기물들의 분포가 보를 중심으로 달라짐을 알 수 있었다.
전기전도도와 용존 유기탄소 결과로부터 지류에서 들어온 오염물질들이 본류를 따라 흐르면서 혼합되는 것을 알 수 있었고, 두 결과 모두 전반적으로 복하천에서 높은 것으로 보아 복하천에서 오염물질들이 높은 농도로 유입됨을 확인할 수 있었다. 형광분석을 통한 유기물 특성 분석을 통해 난분해성 유기물의 지표인 SUVA, HIX는 모두 복하천의 유입으로 높아지며 이포보 우안 상층부에서 높은 HIX 값을 보였다. 유기물의 기원을 나타내는 BIX와 FI 결과는 본류 수체 내에서 큰 변화를 보이지 않았고, 이를 통해 수체 전반적으로 미생물 활동에 의해 자체적으로 생산된 유기물보다는 외부에서 유입된 난분해성 육상기원의 유기물이 우세한 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
남한강의 하천 횡단구조물은 저수량에 어떤 변화를 주었는가?
, 2013; You, 2013). 실제로 남한강에 위치한 여주보에서 이포보에 이르는 11.8 km 구간은 보 건설로 인해 1.7백만 m3에서 14백만 m3으로 저수량이 크게 증가함과 동시에 체류 시간은 7.2시간에서 53시간(2017년 5월 평균)으로 증가하여, 보 건설이 하천의 저수량과 체류시간에 크게 영향을 주는 것을 알 수 있다(Chae et al., 2016; Hang Gang Watershed Management Committee, 2015; K-water, 2017).
수중 용존 유기물은 어떤 역할을 하는가?
수중 용존 유기물(Dissolved Organic Matter, DOM)은 수체에서 생물이 이용 가능한 유기탄소의 가장 큰 공급원 중 하나이며 탄소순환과 질소순환에서 중요한 역할을 담당한다(Fellman et al, 2010; Holbrook et al, 2006). 용존 유기물은 생분해도에 따라 크게 생물의 사체나 부식물 등이 휴믹화를 거쳐 형성되는 난분해성 물질(Refractory DOM)과 미생물 작용 및 분해에 의해 생성된 단백질, 탄수화물, 유기산의 생분해성 물질(labile DOM)로 구성된다(Hur et al.
용존 유기물의 구성은 무엇인가?
수중 용존 유기물(Dissolved Organic Matter, DOM)은 수체에서 생물이 이용 가능한 유기탄소의 가장 큰 공급원 중 하나이며 탄소순환과 질소순환에서 중요한 역할을 담당한다(Fellman et al, 2010; Holbrook et al, 2006). 용존 유기물은 생분해도에 따라 크게 생물의 사체나 부식물 등이 휴믹화를 거쳐 형성되는 난분해성 물질(Refractory DOM)과 미생물 작용 및 분해에 의해 생성된 단백질, 탄수화물, 유기산의 생분해성 물질(labile DOM)로 구성된다(Hur et al., 2006; Park and Hur, 2008).
참고문헌 (47)
Andersen, C. M. and Bro, R. (2003). Practical Aspects of PARAFAC Modeling of Fluorescence Excitation-Emission Data, Journal of Chemometrics, 17(4), 200-215.
Baghoth, S. A., Sharma, S. K., and Amy, G. L. (2011). Tracking Natural Organic Matter (NOM) in a Drinking Water Treatment Plant Using Fluorescemce Excitation-emission Matrices and PARAFAC, Water Research, 45(2), 797-809.
Birdwell, J. E. and Engel, A. S. (2010). Characterization of Dissolved Organic Matter in Cave and Spring Waters Using UV-Vis Absorbance and Fluorescence Spectroscopy, Organic Geochemistry, 41(3), 270-280.
Bro, R. (1999). Exploratory Study of Sugar Production Using Fluorescence Spectroscopy and Multi-way Analysis, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 46(2), 133-147.
Bro, R. and Kiers, H. A. (2003). A New Efficient Method for Determining the Number of Components in PARAFAC Models, Journal of Chemometrics, 17(5), 274-286.
Chae, S. K., Oh, S. H., and Ahn, H. K. (2016). Study on Change of Algae Occurrence Before& After Gangcheon and Ipoh Weir Construction at Namhan River, Journal of Wetlands Research, 18(4), 394-403. [Korean Literature]
Chen, W., Westerhoff, P., Leenheer, J. A., and Booksh, K. (2003). Fluorescence Excitation-Emission Matrix Regional Integration to Quantify Spectra for Dissolved Organic Matter, Environmental Science and Technology, 37(24), 5701-5710.
Cirpka, O. A., Fiene, M. N., Hofer, M., Hoehn, E., Tessarini, A., Kipfer, R., and Kitanidis. P. K. (2007). Analyzing Bank Filtration by Deconvoluting Time Series of Electric Conductivity, Groundwater, 45(3), 318-328.
Cory, R. M. and Mcknight, D. M. (2005). Fluorescence Spectroscopy Reveals Ubiquitous Presence of Oxidized and Reduced Quinones in Dissolved Organic Matter, Environmental Science & Technology, 39(21), 8142-8149.
Cumberland, S. A. and Baker, A. (2007). The Freshwater Dissolved Organic Matter Fluorescence-Total Organic Carbon Relationship, Hydrological Processes, 21(16), 2093-2099.
Fellman, J. B., Hood, E., and Spencer, R. G. M. (2010). Fluorescence Spectroscopy Opens New Windows into Dissolved Organic Matter Dynamics in Freshwater Ecosystems: A Review, Limnology and Oceanography, 55(6), 2452-2462.
Han River Basin Environmental Office. (2014). Namhan River Mid-watershed Water Environment Management Plan (2013-2015), Han River Basin Environmental Office, 82-83. [Korean Literature]
Han Gang Watershed Management Committee. (2015). Aquatic Ecosystem Monitoring in Weirs of the Han River (III), 11- 1480347-000079-10, Han River Environment Research Center. [Korean Literature]
Holbrook R. D., Yen, J. H., and Grizzard, T. J. (2006). Characterization Natural Organic Material from the Occoquan Watershed (Northern Virginia, US) using Fluorescence Spectroscopy and PARAFAC, The Science of the Total Environment, 361(1-3), 249-266.
Hudson, N., Baker A., and Reynoles, D. (2007). Fluorescence Analysis of Dissolved Organic Matter in Natural, Waste and Polluted Waters - A Review, River Research and Applications, 23(6), 631-649.
Huguet, A., Nacher, L., Relexans, S., Saubusse, S., Froidefond, J. M., and Parlanti, E. P. (2009). Properties of Fluorescent Dissolved Organic Matter in the Gironde Estuary, Organic Geochemistry, 40(6), 706-719.
Hur, J., Kim, M. K., Park, S. W. (2007). Analyses of Synchronous Fluorescence Spectra of Dissolved Organic Matter for Tracing Upstream Pollution Sources in Rivers, Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 29(3), 317-324. [Korean Literature]
Hur, J., Shin, J. K., and Park, S. W. (2006). Characterizing Fluo- rescence Properties of Dissolved Organic Matter for Water Quality Management of Rivers and Lakes, Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 28(9), 940-948. [Korean Literature]
Jung, S. H. (2015). Experimental and Numerical Study of Twodimensional Mixing Based on the Conductivity Tracing in Natural Streams, Master's Thesis, Seoul National University, Seoul, 1-40. [Korean Literature]
Kang, H. S. (2017). A study on the Establishment of a Survey System for Water Ecological Continuity [Final Report], The Ministry of Environment. [Korean literature]
Kim, J. S., Rim, H. W., Um, M. J., Kim, W. I., Ahn, W. S. (2008). Spatial Adjustment of Rainfall using Kriging Method and Application of Distributed Model, Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference, Korea Water Resources Association, 130-134. [Korean Literature]
Kis, I. M. (2016). Comparison of Ordinary and Universal Kriging Interpolation Techniques on a Depth Variable (a Case of Linear Spatial Trend), Case Study of the Sandrovac Field, The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin, 31(2), 41-58.
Lee, M. K., Choi, K. S., Kim, S. W., and Kim, D. S. (2009). characterization of Dissolved Organic Matter in Stream and Industrial Waste Waters of Lake Sihwa Watershed by Fluorescence 3D-EEMs Analysis, Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 31(9), 803-810. [Korean Literature]
Lee., B. G., Kim, H. J. , Hyeon, Y. J. , Jeong, S. H., and Kim, E. Y. (2012). A Study for Integrated Management of Water Quantity and Quality to Improve the Water Environment of 4 Rivers Restoration Project, Research Paper 2012-04, Korea Environment Institute, 1-22. [Korean Literature]
Leenheer, J. A. and Croue, J. P. (2003). Peer Reviewed: Characterizing Aquatic Dissolved Organic Matter, Environmental Science & Technology, 37(1), 18-26.
Li, J., Dong, S., Liu, S., Yang. Z., Peng, M., and Zhao, C. (2013). Effects of Cascading Hydropower Dams on the Composition, Biomass and Biological Integrity of Phytoplankton Assemblages in the Middle Lancang-Mekong River, Ecological Engineering, 60, 316-324.
Matilainen, A., Gjessing, E. T., Lahtinen, T., Hed, L., Mhatnager, A., and Sillanpaa, M. (2011). An Overview of the Methods used in the characterization of natural organic matter (NOM) in relation to Drinking Water Treatment, Chemosphere, 83(11), 1431-1442.
Ministry of Environment (ME). (2010). Environmental Geographic Information Service, https://egis.me.go.kr/main.do (accessed by Feb. 2018)
Monteiro, M. T. F., Oliveira, S. M., Luizao, F. J., Candido, L. A., Ishida, F. Y., and Tomasella, J. (2014). Dissolved Organic Carbon Concentration and its Relationship to Electrical Conductivity in the Waters of a Stream in a Forested Amazonian Blackwater Catchment, Plant Ecology & Diversity, 7(1-2), 205-213.
Murphy, K. R., Stedmon, C. A., Graeber, D., and Bro, R. (2013). Fluorescence Spectroscopy and Multi-way Techniques. PARAFAC, Analytical Methods, 23, 6557-6566.
Ogawa, H. and Tanoue, E. (2003). Dissolved Organic Matter in Oceanic Waters, Journal of Oceanography, 59(2), 129-147
Park, M. H. and Hur, J. (2008). Changes in Spectroscopic Characteristics and Pyrene Binding Reactivities of Dissolved Organic Matters by Biodegradation, Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 30(9), 893-899. [Korean Literature]
Santin, C., Yanashita, Y., Otero, X. L., Alvarez, M. A., and Jaffe R. (2009). Characterizing Humic Substances from Estuarine Soils and Sediments by Excitation-Emission Matrix Spectroscopy and Parallel Factor Analysis, Biogeochemistry, 96(1-3), 131-147.
Stedmon, C. A. and Bro, R. (2008). Characterizing Dissolved Organic Matter Fluorescence with Parallel Factor Analysis: a Tutorial, Limnology and Oceanography, 6(11), 572-579.
Stedmon, C. A. and Markager, S. (2005). Resolving the Variability in Dissolved Organic Matter Fluorescence in a Temperate Estuary and its Catchment Using PARAFAC analysis, Limnology and Oceanography, 50(2), 686-697.
Stedmon, C. A., Markager, S., and Bro, R. (2003). Tracing Dissolved Organic Matter in Aquatic Environments New Approach to Fluorescence Spectroscopy, Marine Chemistry, 82(3), 239- 254.
Stewart, A. J. and Wetzel R. G. (1980). Fluorescence: Absorbance Ratios-a molecular-Weight Tracer of Dissolved Organic Matter1, Limnology and Oceanography, 25(3), 559-564.
United States Environmental Protection Agency (EPA) (2012). United States Environmental Protection Agency (EPA), https://archive.epa.gov/water/archive/web/html/vms59.html (accessed Feb. 2018)
Vogt, T., Hoehn, E., Schneider, P., Freund, A., Schirmer, M., and Cirpka, O. A. (2010). Fluctuations of Electrical Conductivity as a Natural Tracer for Bank Filtration in a Losing Stream, Advances in Water Resources, 33(11), 1296-1308.
Korea Water Resources Corporation (K-water). (2017). Water Resources Management Information System (WAMIS), http://www.wamis.go.kr/ (accessed Feb. 2018)
Woo, K. S., Jo, J. H., and Lee, D. J. (2006). Stress Recovery Technique by Ordinary Kriging Interpolation in P-Adaptive Finite Element Method, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 26(4), 677-687.
Yang, L., Hur, J., and Zhuang, W. (2015). Occurrence and Behaviors of Fluorescence EEM-PARAFAC Components in Drinking Water and Wastewater Treatement Systems and Their Applications: A Review, Environmental Science and Pollution Research, 22(9), 6500-6510.
Yeoju City. (2015). Yeoju City, http://www.yeoju.go.kr/cms/content/view/1684 (accessed Feb. 2018).
You, K. A. (2013). Initial Effects of Large Artificial Structure Construction on River Ecosystem, Ph. D. Dissertation, Graduate School of Konkuk University, Seoul, 40-42. [Korean Literature]
Zsolnay, A., Baihar, E., Jimenez, M., Steinweg, B., and Saccomandi, F. (1999). Differentiating with Fluorescence Spectroscopy the Sources of Dissolved Organic Matter in Soils Subjected to Drying, Chemosphere, 38(1), 45-50.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.