[논문]낙동강 유역의 연안 해저지하수 유출특성에 관한 연구

김대선; 정한철

doi:10.7780/kjrs.2021.37.6.1.8

낙동강 유역의 연안 해저지하수 유출특성에 관한 연구
The Characteristics of Submarine Groundwater Discharge in the Coastal Area of Nakdong River Basin 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.37 no.6 pt.1, 2021년, pp.1589 - 1597

김대선 (한국해양과학기술원 해양정책연구소) , 정한철 (한국해양과학기술원 해양위성센터)

초록
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연안지역의 해저지하수 유출(SGD)은 하천과 함께 영양염류와 미량금속 등을 해양으로 유입시키는 주요 수송로 역할로써 중요성이 대두되고 있다. 이에 우리나라 육상의 연안지역인 낙동강 대권역 유역에 대해 1986년부터 2020년까지 35개년의 월별 SGD를 추정하고 계절적 변화와 시공간적 특성을 분석하였다. SGD 산출지점인 낙동강 연안유역은 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) DEM(Digital Elevation Model) 자료를 이용하여 210개의 유역을 추출하였으며, 우리나라에 적용가능한 가장 높은 해상도의 전지구 모델인 FLDAS(Famine Early Warning Systems Network Land Data Assimilation System) 10 km recharge를 통해 추정한 낙동강 연안유역의 연평균 SGD는 466.7 m²/yr 로 나타났다. 낙동강 연안유역 SGD는 시계열적으로 큰 변동성은 없었으나 여름에 집중되던 SGD유출이 가을철로 주요유출 시기가 확대되는 경향을 보였다. 또한 공간적으로는 큰 수계와 인접한 연안지역에서 계절에 관계없이 SGD 유출이 많고 1980년대 이후로 시간적 변화에 따라 다소 증가하고 있는 경향을 확인하였다. 이러한 결과는 낙동강 지역의 강수패턴의 시기가 확대되며, 기저유량이 많은 지역의 집수량이 높은 데에 따른 것으로 사료된다. 본 연구는 우리나라의 SGD 특성을 탐구하기 위한 모델링 기법을 제시한 선행적 연구이며 우리나라 해저지하수 유출이 해양에 미치는 영향과 연안관리를 위한 기초자료로 활용성이 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Submarine groundwater discharge (SGD) in coastal areas is gaining importance as a major transport route that bring nutrients and trace metals into the ocean. This paper describes the analysis of the seasonal changes and spatiotemporal characteristicsthrough the modeling monthly SGD for 35 years from 1986 to 2020 for the Nakdong river basin. In this study, we extracted 210 watersheds and SGD estimation points using the SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM (Digital Elevation Model). The average annual SGD of the Nakdong River basin was estimated to be 466.7 m2/yr from the FLDAS (Famine Early Warning Systems Network Land Data Assimilation System) recharge data of 10 km which is the highest resolution global model applicable to Korea. There was no significant time-series variation of SGD in the Nakdong river basin, but the concentrated period of SGD was expanded from summer to autumn. In addition, it was confirmed that there is a large amount of SGD regardless of the season in coastal area nearby large rivers, and the trend has slightly increased since the 1980s. The characteristics are considered to be related to the change in the major precipitation period in the study area, and spatially it is due to the high baseflow-groundwater in the vicinity of large rivers. This study is a precedentstudy that presents a modeling technique to explore the characteristics of SGD in Korea, and is expected to be useful as foundational information for coastal management and evaluating the impact of SGD to the ocean.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Study area: (a) Nakdong river basin, (b) coastal catchment area.
그림 Fig. 2. The time-series of SGD flux for the coast catchment areas of Nakdong river basin: (a) annually and (b) monthly.
그림 Fig. 3. Characteristics of seasonal SGD and precipitation at an interval of 5-years.
그림 Fig. 4. Distribution of SGD in Nakdong river basin: (a) spring (Mar-May), (b)summer (Jun-Aug), (c) autumn(Sept-Nov), (d) winter (Dec-Feb).
그림 Fig. 5. The trend of annual variation of SGD from 1986 to 2020.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 우리나라의 육상 연안유역을 대상으로 SGD를 추정하고 시공간적으로 어떠한 변화가 있는지 특성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 우리나라 대 권역 중 낙동강 유역을 연구지역으로 선정하여 물수지 접근법을 이용한 모델링을 통해 SGD를 추정하고 계절적 변화 및 시공간적 특성을 분석하였다.

제안 방법

낙동강 대권역 중 연안과 접한 연안유역은 SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM (Digital Elevation Model) 30 m 자료를 대규모 유역단위의 해석이 가능한 1 km 격자로 변환하여 집수구역을 분석하고 이를 국가 하천망도와의 일치성을 검토하여 총 210개의 연안유역에 대해 SGD 추정지점들을 설정하였다(Fig. 1(b)).
낙동강은 우리 나라에서 유로연장 가장 긴 790 km이며, 유역면적은 23,384 km2로 연속된 해안의 길이가 가장 길다. 또한 수도권으로 흐르는 한강은 내수에 관한 관심이 높고 인위적 영향이 큰 것에 반해 낙동강은 하구역의 연안관리와 같은 환경보전에 관한 이슈들이 많아 본 연구의 SGD 모델링 테스트베드로 설정하였다(Fig. 1(a)).
본 연구에서는 우리나라의 육상 연안유역을 대상으로 SGD를 추정하고 시공간적으로 어떠한 변화가 있는지 특성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 우리나라 대 권역 중 낙동강 유역을 연구지역으로 선정하여 물수지 접근법을 이용한 모델링을 통해 SGD를 추정하고 계절적 변화 및 시공간적 특성을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 해저지하수 유출을 연구하기 위한 대상유역으로 낙동강 유역을 선정하였다. 낙동강은 우리 나라에서 유로연장 가장 긴 790 km이며, 유역면적은 23,384 km2로 연속된 해안의 길이가 가장 길다.

성능/효과

1 m2/yr에 비해 다소 높지만 이는 입력모델의 차이로 판단된다. 다만 기존연구에서 활용된 모델자료에 비해 10 km 해상도를 가지는 FLDAS의 추정결과가 보다 정밀한 추정결과라 사료된다. 향후 연구에서는 전지구 모델의 지역적 구현한계를 고려하여 국내 강우자료를 고려한 한국형 모델자료인 KLDAS 1 km 자료로부터 더욱 정밀하고 정확한 SGD 산출이 필요하며, 관측실험을 통한 지점단위의 검증이 수행되어야 할 것이다.
우리나라에 적용 가능한 전지구 모델 중 가장 정밀한 FLDAS recharge 자료를 통해 물수지 모델링을 통한 낙동강 연안유역의 해저지하수 유출 SGD는 연평균 466.7 m2/yr로 추정된다. 이는 기존연구에서 전지구 모델을 통해 산출된 낙동강유역의 연평균 SGD 추정결과인 300.
7 m2/yr로 추정된다. 이는 기존연구에서 전지구 모델을 통해 산출된 낙동강유역의 연평균 SGD 추정결과인 300.1 m2/yr에 비해 다소 높지만 이는 입력모델의 차이로 판단된다. 다만 기존연구에서 활용된 모델자료에 비해 10 km 해상도를 가지는 FLDAS의 추정결과가 보다 정밀한 추정결과라 사료된다.

후속연구

2000년대 이후 연간 SGD 유출의 경향이 다소 증가하는 것에 비해 월별 시계열에서 peak가 높지 않게 나타나는 것은 유입되는 강수량이 여름철에만 집중되는 것이 아니라 봄철에서 가을철까지로 기간의 범위가 넓어져 기저유량 지하수유출이 영향을 받은 것으로 판단된다. 1980년대에서 2020년대까지 전체적으로 두드러진 연간 변화는 나타나지 않았으나 약 5~7년 정도의 기간을 두고 증감하는 주기가 발견되어 향후 기후인자 및 지질학적 자료들을 통한 추가연구가 필요할 것으로 사료된다.
이러한 시공간적 증감의 추이는 연안개발계획과 연안환경의 관리를 위해 지속적으로 모니터링되어야 하며 더불어 Fig. 2(a)의 연간 시계열 변화에서 나타난 5~7년 단위의 증감주기에 대해서도 기후인자와의 상관성 분석을 통해 기후변화에 따른 SGD의 추이를 연구해 나갈 필요가 있다.
향후 연구에서는 전지구 모델의 지역적 구현한계를 고려하여 국내 강우자료를 고려한 한국형 모델자료인 KLDAS 1 km 자료로부터 더욱 정밀하고 정확한 SGD 산출이 필요하며, 관측실험을 통한 지점단위의 검증이 수행되어야 할 것이다. 낙동강 연안유역의 시계열적 특징은 두드러지지 않았지만 5~7 년 단위로 나타난 작은 주기들에 대해서는 향후 기후인 자와의 상관성 분석이 필요할 것으로 판단된다. 또한 다공질 암석으로 SGD 유출의 이슈가 되는 제주도 연안과 우리나라 육상의 5개 대권역에 대해서도 추가연구를 통해 우리나라 SGD 유출특성을 정밀하게 모델링할 예정이다.
낙동강 연안유역의 시계열적 특징은 두드러지지 않았지만 5~7 년 단위로 나타난 작은 주기들에 대해서는 향후 기후인 자와의 상관성 분석이 필요할 것으로 판단된다. 또한 다공질 암석으로 SGD 유출의 이슈가 되는 제주도 연안과 우리나라 육상의 5개 대권역에 대해서도 추가연구를 통해 우리나라 SGD 유출특성을 정밀하게 모델링할 예정이다. 본 연구는 모델링을 통한 우리나라의 SGD 추정의 선행연구로서 육상의 지하수 및 영양염류의 거동 특성과 연안환경 관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
또한 다공질 암석으로 SGD 유출의 이슈가 되는 제주도 연안과 우리나라 육상의 5개 대권역에 대해서도 추가연구를 통해 우리나라 SGD 유출특성을 정밀하게 모델링할 예정이다. 본 연구는 모델링을 통한 우리나라의 SGD 추정의 선행연구로서 육상의 지하수 및 영양염류의 거동 특성과 연안환경 관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
4). 이러한 공간적 SGD 특성을 기반으로 현장관측을 병행한 추가연구를 통해 연안의 해저지하수 유출 거동을 파악하고 연안관 리의 기초자료로 활용할 필요가 있을 것으로 사료된다.
다만 기존연구에서 활용된 모델자료에 비해 10 km 해상도를 가지는 FLDAS의 추정결과가 보다 정밀한 추정결과라 사료된다. 향후 연구에서는 전지구 모델의 지역적 구현한계를 고려하여 국내 강우자료를 고려한 한국형 모델자료인 KLDAS 1 km 자료로부터 더욱 정밀하고 정확한 SGD 산출이 필요하며, 관측실험을 통한 지점단위의 검증이 수행되어야 할 것이다. 낙동강 연안유역의 시계열적 특징은 두드러지지 않았지만 5~7 년 단위로 나타난 작은 주기들에 대해서는 향후 기후인 자와의 상관성 분석이 필요할 것으로 판단된다.

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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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