초록 ▼

I. 제 목 연안역에서의 육지와 해양 상호작용 연구 (1) 남해 동부연안역의 영양물질 유입과 생물생산력 개발 환경조성 기반 기술 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 1. 필요성 연안역은 지구표면중에서 육지？해양？대기가 만나 활발한 상호작용을 하는 곳이며 인구밀집과 농업？공업단지의 집중 등 인간활동에 의한 스트레스가 많은 곳이다. 연안해양은 폐기물 및 폐수의 최종처분장으로서 육상산업의 발달과 우리의 삶의 쾌적성을 보장해 주는 역할을 하는 동시에 해양 생물자원을 유지하여야하는 임무를 부여받고 있다. 이러한 일견 상충되는

I. 제 목 연안역에서의 육지와 해양 상호작용 연구 (1) 남해 동부연안역의 영양물질 유입과 생물생산력 개발 환경조성 기반 기술 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 1. 필요성 연안역은 지구표면중에서 육지？해양？대기가 만나 활발한 상호작용을 하는 곳이며 인구밀집과 농업？공업단지의 집중 등 인간활동에 의한 스트레스가 많은 곳이다. 연안해양은 폐기물 및 폐수의 최종처분장으로서 육상산업의 발달과 우리의 삶의 쾌적성을 보장해 주는 역할을 하는 동시에 해양 생물자원을 유지하여야하는 임무를 부여받고 있다. 이러한 일견 상충되는 해양의 이용방안을 효과적으로 인간에 대한 위해성을 제거하고 동시에 생산력을 증대하여 자원을 조성하기 위하여서는 필수 첨단 해양과학기술의 개발이 시급하다. 연안해양은 시？공간적으로 기온, 강수, 바람 등 자연적인 환경변수 들의 시？공간적 변이가 매우 큰 해역이고 이들 환경변수와 생물간의 상호작용도 다양한 곳이다. 연안해양으로의 오염물질 유입을 관리하기 위해서는 오염물질 공급원을 포함하는 압력요인과 이들에 의한 생태계 영향이 규명됨으로서, 연안환경을 위한 과학적 정책이 제안되어져야 한다. 본 연구지역인 남해동부 연안해역은 부영양화로 인한 적조발생 등으로 연구가 활발히 진행되어온 곳이나 부영양화 강도는 최근까지도 증가 추세에 있는데 이는 체계적인 압력요인에 대한 이해가 부족하기 때문이다. 특히 부영양화 촉진인자 공급원 연구는 거의 하천에 치중되어 왔고, 상대적으로 중요한 해저지하수 경로 오염물질 입력은 거의 무시되어져 왔다. 해수에 비해 오염물질이 풍부한 해저지하수는 삼출에 의한 확산으로 진해만으로 유입될 수 있는데 이들 오염물질 농도에 따라서는 생태계에 상당한 영향을 줄 수 있다. 국내에서는 아직까지 오염된 부유물질이 어디로 이동되며 최종적인 퇴적지는 어디가 되는지에 대한 정량적인 제시가 힘든 상태로서, 결과적으로는 향후 연안해저환경의 개선을 위해 넓은 해역에 막대한 양의 준설과 비용이 요구된다. 또한 육지로부터의 부유물질의 수급변동에 따라 연안역의 세립질퇴적물이 비정상적으로 쌓이거나 깍이게 되는데 이는 곧 저서생물의 서식지 변화를 가져오므로 조간대 및 연안역의 양식업의 피해를 가져오게 된다. 따라서 부유물질의 공급, 이동경로 등에 대해 첨단장비투입을 통한 퇴적역학적 연구를 실시함으로써 해양환경에서 발생되는 막대한 경제, 산업적 손실을 막을 수 있는 방안을 모색해야한다. 이런 압력요인들 중에서 내만분지 구조 및 구조에 형성된 퇴적층의 분포는 연안역 육지-해양 상호작용의 기본적인 틀이 된다. 임해도시 및 공단조성과 환경보호는 서로 상충되는 이해관계 속에 있으므로 일단 유입된 오염물질의 생태계내 흐름에 대한 정확한 자료확보를 통해 해양환경을 보호할 수 있는 합리적인 해결방안 제시가 바람직하다. 수산자원의 생산력이 높은 남해 연안역의 환경수용능력을 인공생태계를 이용하여 평가함으로써 효율적인 수산자원관리를 할 수 있는 자료 제공이 필수적이다. 국내외에 현재 많은 수질모델 및 부영양화 예측모형이 보급？유통되고 있으나, 적절한 관측자료 및 모형의 보정？검증을 위한 자료 등이 체계적이지 못한 관계로 해역의 2차원적, 3차원적 현상 예측에는 많은 어려움이 있다. 그러나, 진해？마산만 해역에는 다수의 관측자료가 있어 보완관측을 통해 모형의 정확성을 증진시키면 현장적용성이 높은 전문가 시스템 구축이 가능하다. 이에 따라 본 과제에서는 진해만에서 해저지하수/하천/대기 경로 오염물질 유입량을 산정하여, 모든 공급원별 오염물질 수지를 산정하고, 부유물질 이동에 따른 오염이동을 파악하고 오염물질 공급에 따른 생태계 영향을 규명하며, 유역의 지형정보를 고려한 오염물질 수지모델을 수립하는데 중점을 두었다. 2. 연구개발 (3년) 최종 목표 가. 압력 요인 (오염물질 공급원) ？하천수/지하수/해수 영양염류 수지 파악을 위한 기반모델 개발 ？지하및 시험가동 ？남해동부해역 부유물질의 거동에 대한 기본모델구축 ？오염평가의 신뢰성 있는 추적자 제시 ？짧은 시기 (약 50-60년)동안의 퇴적역사를 복원하여 현 연안역의 생태계의 변화 및 수질변화에 대한 기초자료 제공. ？마산-진해만의 퇴적분지 구조의 이해와 코아퇴적층에서의 시간별 환경변화 파악. ？자동다중코아검침기(AMSCL)를 이용하여 내만의 지질공학적인 특성을 규명하여 퇴적물의 성질을 이해함. 나. 내부과정 (연안생태계 영향 분석) ？인공폐쇄 및 반폐쇄성 생태계의 개선 및 설계제작 ？환경변화 (염분, 영양염류 등)에 대한 플랑크톤의 적응 및 생산력 변동 연구 ？생태계와 외부환경변화 상호작용 기본모델 제시 다. 효과 분석 (연안역 관리 모델 및 정책제시) ？시범해역의 영양염 유입에 따른 수질환경 예측과 효율적인 수질개선 방안 도출을 위한 수질전문가 시스템 구축 3. 당해연도 (2차년도) 연구 목표 가. 압력 요인 (오염물질 공급원) ？진해만 해저지하수 누출량 산정을 위한 매개변수 측정 (226Ra 근원함수 정량) ？지하수/하천수/대기경로 영양염류 수지산정을 위한 기반 기반모델 개발 ？마산만 지방성 유기물 함량 분석 및 입력 경로 추정 ？낙동강 부유물질 수급상황 반 정량화 ？홀로세 부유물질 퇴적층의 층서 확립 ？진해-마산만 해저퇴적물 자료 분석을 통한 퇴적환경 분포도 작성 ？진해-마산만 분지 지형 및 진화과정 규명 나. 내부과정 (연안생태계 영향 분석) ？환경 변화에 대한 플랑크톤의 적응, 생산력 변동 및 플랑크톤의 영양학적 연구 ㆍ진해만 수산업 이용도 현황 조사 ？양식장에서의 생물 생산력 추정모델 개발 다. 효과 분석 (연안역 관리 모델 및 정책제시) ？육지의 영향분석을 위한 지표수, 지하수량 관측 및 추정 ？수질관리 모형의 보완 및 검증 ？주요 압력요인에 의한 해역의 수질변화 분석 및 예측 ？수질개선 대책 (대안)의 효과 분석 Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 1. 압력요인 (오염물질 공급원) 가. 해저지하수 누출량 및 지하수 경로 오염물질 배출량 산정기술 개발 1). 마산만 주변 하천수 및 육상 지하수 채집 및 분석 조사해역 : 진해만 조사일정 : 2001년 1월, 6월 주요내용 : 마산만 주변 하천수 (창원천, 남천) 및 만 주변 육상지하수를 채집하여, 영양염류, 주요 양이온 및 음이온 및 해저지하수 누출량 산정을 위한 라듐 동위원소 함량을 분석함. 2) 해양조사 실시 조사해역 : 마산만 및 행암만 조사일정 : 2001년 8월 23일 ～ 24일 조사선박 ; 한국해양연구원 올림픽 5호 조사내용 : 하계 마산만과 행암만에서 수온, 염분, 용존무기영양염류, 입자성 부유물질, 표층퇴적물 조성 및 중금속, 저서성 유공충 분포, 및 라돈 분석을 위한 시료를 채집？분석함. 정점 선정은 마산만은 기존 해저 지하수 누출 가능성을 확인했 던 정점들과, 행암만은 새로운 누출 가능성 지역을 탐색하는데 중점을 둠 3). 대기경로 (빗물) 채집 및 분석 채집지역: 거제 장목 한국해양연구원 분소 조사일정: 2001년 8월 이후 주요내용: 진해만 대기경로 영양염 플럭스 산정을 위해 빗물을 채집 및 분석함 나.진해만의 지방성 유기물 분포 및 경로 (조기웅박사님 작성) 1). 마산만 주변 하천수 및 육상 지하수 채집 및 분석 조사해역 : 진해만 조사일정 : 2001년 6월 및 11월, 주요내용 : 마산만 주변 하천수 (창원천, 남천) 및 만 주변 육상지하수를 채집하여, 용존 및 부유성 지방 물질 (탄화수소 및 지방산) 함량 및 조성 조사 분석함. 2) 해양조사 실시 조사해역 : 마산만 및 행암만 조사일정 : 2001년 8월 23일 ～ 24일 조사선박 ; 한국해양연구원 올림픽 5호 조사내용 : 하계 마산만과 행암만의 16개 정점에서 채집된 퇴적물 시료에서 탄화수소 및 지방산의 함량 및 조성 조사 분석함. 정점 선정은 마산만은 기존 해저 지하수 누출 가능성을 확인했 던 정점들과, 행암만은 새로운 누출 가능성 지역을 탐색하는데 중점을 둠 다.부유물질 출입량 계측기술 1). 해류 구조 및 부유퇴적물 농도 분포 조사 조사해역: 진해만 입구 해역 조사일정: 2001년 8월 20일 - 25일 조사선박: 신성호 조사내용: ADP를 이용하여 2개 측선에서 측선 당 13시간 동안 해류구조와 부유 퇴적물 농도 분포를 측정함. 부유 퇴적물 농도 보정을 위하여 각 측선의 양끝점과 중앙에서 채수 작업을 시행함. 2). 시추 퇴적물 채취 및 분석 조사해역: 낙동강 수중 삼각주 해역 조사일정: 2001년 7월 18일 - 21일 조사선박: 한국해양연구원 이어도호 조사내용: 낙동강 수중 삼각주에서 8점의 피스톤 코아와 4점의 박스 코아 시추 퇴적물을 획득. 시추 퇴적물 위치는 1차년도 천부 탄성파 자료와 시추 코아 분석 자료들 바탕으로 수중 삼각주 퇴적체의 발달 양상이 현저히 다른 두 종단면을 따라 설정하였음. 시추 퇴적물에 대한 퇴적학적 분석과 14C, 210Pb 등을 이용한 퇴적률 계측을 수행함. 라.내만분지 퇴적환경 및 분지진화 1) 내만분지 구조 및 코아퇴적층 특성 조사해역 : 마산만 및 진해만 조사일정 : 2001년 5월 21일 ～ 23일 조사선박 ; 한국해양연구원 이어도 조사내용 : 코아퇴적층, chirp자료 및 프로세스, 입도분석, AMSCL분석, 대기자료분석 2) 기상자료 및 대기광물분진 채집 채집지역: 거제 장목 한국해양연구원 분소 조사일정: 2001년 1월 -12월 주요내용: 마산-진해만의 기상자료 및 대기광물분진 채집 2. 내부과정 (연안생태계 영향 분석) 가. 인공생태계를 이용한 생태계내의 환경변화에 대한 물질흐름 연구 ？ 인공생태계를 이용한 생태계내의 환경변화에 대한 물질흐름 연구 1) 질산염공급에 따른 식물플랑크톤의 변화연구 조사지역: 장목 부두 근처에 설치된 인공폐쇄생태계 조사시기: 8월 - 10월 조사내용: 인공폐쇄생태계 4기(각 2,500리터)를 이용하여 대조구(1기)와 실험구(3기)로 나누어 약 4주동안 2일 간격으로 조사. 식물플랑크톤의 변동에 미치는 영향을 확인키 위해 각 실험구 에서 수온, 염분, pH, 용존산소, 영양염, 엽록소 농도, 식물 플랑크톤 종 조성 및 크기구배 (<3㎛, <20㎛, total)에 따른 형광량조사 2) 식물플랑크톤과 초식자 사이의 영양역학적 관계 연구 조사지역 : 장목 부두 근처에 설치된 인공폐쇄생태계 조사일정 : 9월 10일-10월 11일 조사내용 : 인공폐쇄생태계 4기(각 2,500리터)를 이용하여 대조구(2기)와 실험구(2기)에서 조사기간동안 총 6회 채집 (9월 17일, 20일, 24 일, 27일, 10월 4일, 10월 10일). 생물환경 측정항목은 동물플랑크톤 개체수와 식물플랑크톤 엽록소 농도시료를 획득하여 주변해수환경과 비교. 나. 연안어장 관리체계 개발 1) 진해만 수산업 이용 현황 조사 조사해역 : 진해만 일대 조사일정 : 2001년 6월 1일 ～ 11월 30일 주요내용 : 어종별 생산량, 해양물리화학적 변화(문헌자료 분석) 2) 양식어장의 생물생산력 추정모델 조사해역 : 진해만에 위치한 참굴양식장, 담치양식장, 통영 가두리어장 조사일정 : 2001년 6월 1일 ～ 2002. 1. 16 조사선박 : 한국해양연구원 올림픽 5호, 임차 어선 조사내용 : 동식물 플랑크톤, 양식대상물, 부착생물, 퇴적물, 물리학적 환경 요인 변화(수온, 염분, 투명도, 용존산소) 양식생물의 생산력 3. 효과 분석 (연안역 관리모델 및 정책 제시) 가. 수질 전문가 시스템 구축 및 시범운영 1) 창원 유역의 수위관측에 의한 하천 유출량 추정 2) 유역 물수지 분석에 의한 지하수 유출량 추정 3) 마산만내의 연직방향 CTD, DO 농도 25시간 정점 관측(동계, 하계) 4) 수질전문가 시스템 설계 및 구축(세부 모듈 선정 및 Test Run) Ⅳ. 연구개발 결과 1. 압력요인 (오염물질 공급원) 가. 해저지하수 누출량 산정기술 개발 진해만의 해저지하수 누출량 산정을 위한 기초 조사로서 매개변수 (라듐동위원소, 영양염류, 양이온, 음이온 등) 분석 및 영양염 수지 산정을 위해 주변 하천수, 육상지하수, 해수 및 빗물을 채집하였다. 마산만 해수중 수심별로 측정된 226Ra 및 228Ra 농도는 강수량이 많은 하계에 비교적 높다. 마산만 표층수의 226Ra 시계열 변화는 염분과 높은 음의 상관관계를 보여 표층수의 226Ra 농도는 저염고226Ra의 내만수와 고염저226Ra의 외양수간의 혼합에 의해 결정되는 것으로 사료된다. 228Ra/226Ra의 방사능비는 표층수보다 저층수에서 낮아, 저층수에 과량의 226Ra 공급원이 존재한다는 것을 암시한다. 그러나 해수의 Ra 동위원소의 주요 공급원인 퇴적물 및 간극수는 226Ra에 비해 상대적으로 풍부한 228Ra을 함유하기 때문에 저층수의 낮은 228Ra/226Ra 비는 226Ra이 풍부한 해저지하수의 누출 가능성을 의미한다. 생활하수 및 공장폐수가 흘러나오는 창원천 하류수의 암모니아 이온 및 인산이온 농도는 자연 배경 농도로 가정된 상류수 보다 각각 2,700배, 460배 높았다. 육상 지하수의 암모니아이온, 질산이온, 인산이온 및 규산 농도는 창원천 상류수보다 평균적으로 각각 약 6.8, 3.2, 14, 9.3배 높았다. 기존 및 측정 자료를 기준으로 산정된 마산만으로의 하천경로 연간 총질소와 인의 입력량은 각각 6.95×106, 0.028×106 mol yr-1 이며, 덕동 하수처리장을 통한 연간 총질소 입력량은 약 193×106 mol yr-1 이다. 대기경로를 통한 부영양화 촉진물질의 입력량을 산정하기 위해 2001년 4월부터 장목 해양연구원 분소에서 채집된 빗물의 을 통한 마산만으로의 총질소 및 인산이온의 연간 단위면적당 입력량은 각각 65.23, 28.36, 0.37 mmol m-2 yr-1로서 황해 연안 측정값과 비슷한 수준을 보였다. 빗물의 질소계 영양염이 인위적 오염의 영향 여부를 판단하기 위한 황산이온과의 관계는 양호한 양의 직선관계를 보임으로서 마산 유역에 내린 빗물의 질소계 영양염 중 상당량이 공단 및 자동차 배기가스 등으로 인한 오염에 기인된 것으로 사료된다. 위의 결과와 물 및 염수지를 이용하여 산정한 마산만의 해수 체류시간은 약 1.19개월로서 일본 동경만 (1개월)과 유사하다. 또한 마산만에서 담수유출에 의해 외해로 유출되는 총질소 유출량은 약 16.31×106 mol yr-1이고, 해수 교환에 의한 유출량은 약 110.64×106 mol yr-1, 순 내부 제거량 (NIS)은 약 571×106 mol yr-1이다. 그러나 본 수지 산정에 있어 해저지하수경로는 무시하였기 때문에, 연간 NIS는 감소될 수 있다. 따라서 해저지하수 누출량이 산정되는 차기년도에는 보다 정확한 총 질소 및 인에 대한 수지가 보강될 예정이다. 행암만은 주변의 산업시설, 항구 그리고 도시하수로부터 많은 오폐수가 유입되어 오염의 가능성이 있는 곳이다. 행암만의 퇴적환경을 파악하기 위하여 20개의 정점에서 표층퇴적물을 채취하여 입도, 지화학 그리고 저서성 유공급을 가진 뻘 퇴적물이 우세하며, 3개의 퇴적상으로 구성되 것으로 보인다. 행암만 중금속 오염 상황을 파악하기 위하여 2001년 8월에 12개의 정점에서 표층퇴적물을 채취하였다. 표층퇴적물의 중금속 함량은 국내의 다른 만에 비하여 상대적으로 높은 함량을 나타내었다. 구리, 아연, 납의 함량들은 마산만의 함량보다 더 높았다. 일반적으로 중금속 함량은 만 입구에서 만의 안쪽으로 증가하였다. 12개의 표층퇴적물에서 살아있는 유공충 8종을 포함하여 전체 유공충은 64종이 확인되었다. 저서성 유공충의 일반적인 특성은 퇴적 환경이 오염된 것을 반영하고 있었다. 12개의 정점 중 8정점에서 살아있는 유공충은 발견되지 않았다. 특히 내만의 유공충 개체수와 종수는 외만에 비하여 작게 나타났다. 오염된 지역의 기회종인 Trochammina pacifica와 Eggerella advena는 이 지역에서 우세하게 나타났다. 구리, 아연, 납 함량과 유공충 개체수와 종수의 상관관계에서 구리, 아연, 납 함량 증가에 따라 저서성 유공충의 개체수와 종수는 감소하였다. 따라서 높은 중금속 함량은 유공충 개체수와 종수를 감소시키는 요인의 하나인 것으로 보인다. 나. 분자규모 추적자 기술개발 마산만 일원 정점 13개소와 인접한 행암만 정점 4 개소에서 저서 퇴적물을 채집하여 총 지방 선분의 추출 및 FT-IR, TLC-FID를 이용한 총 지방 물질 분석을 수행하였으며 인지질 유래 지방산 및 탄화수소 분석을 완료하여 지방 분포 현황을 조사하였으며 이들의 유입경로 분석을 위하여 마산만으로 유입되는 주요하천인 창원천 및 남천의 용존 및 부유 지방성분을 분석하여 유입되는 주요 지방 물질을 파악하였다. 이와 아울러 마산만 일원에서 채집된 해조류 4 종에서 연안 환경 변화에 따른 자외선 조사량 증가에 대응하는 자외선 흡수물질의 종류 및 함량을 분석하는 방법을 구축하였다. 다. 부유물질 출입량 계측기술 및 내만분지 퇴적환경 및 분진진화 1) 부유물질 출입량 계측기술 진해？마산만 입구에서 거제도와 가덕도를 잇는 두 측선을 따라 ADP를 사용하여 조류의 구조와 부유 퇴적물의 거동을 관측한 결과, 조류는 주로 남북 방향의 주된 왕복운동을 하며, 낙조시 초기나 창조시 초기에 시계 방향으로 회전하는 양상을 보인다. 최대 유속은 창조류의 중후기에 나타나며, 크기는 만 입구의 측선 B에서 1.42 m/sec, 내만쪽의 측선 A에서 1.29 m/sec로 만 입구에서 안쪽으로 감소하는 경향을 보인다. 단면상의 등속선 분포를 보면 창조시 저온 고염의 외해 수괴가 고온 저염의 연안수 하부로 주로 조수로를 따라 유입되는 현상이 확인된다. 부유 퇴적물은 만입구에서는 주로 조수로를 따라 이동하고 내만쪽으로는 가덕도 사면을 따라 이동한다. 한 조석 주기동안의 순 유입량은 측선 B에서 117 ton, 측선 A에서 106 ton으로 계측되며, 관측 시기인 여름철 갈수기에도 소량이나마 부유 퇴적물이 가덕-거제 수로를 통하여 진해？마산만으로 유입됨이 확인된다. 낙동강 수중 삼각주에 대한 천부지층 탐사자료와 시추퇴적물 분석 결과, 낙동강 수중 삼각주는 지층이 전진 누적 양상을 보이는 하부 음향단위와 후퇴 누적 양상을 보이는 상부 음향 단위로 나뉘어진다. 이러한 누적 양상의 변화는 낙동강으로부터 공급되는 퇴적물 양의 전반적 감소를 지시한다. 상부 음향 단위가 형성되는 기간동안 수중 삼각주의 동쪽에서는 낙동강으로부터 유출된 혼탁수에 의한 퇴적 작용이 지배적이었던 반면 서쪽 가덕도 앞에서는 폭퐁시 파랑에 의한 침식과 재퇴적 작용이 지배적이었던 것으로 생각된다. 퇴적률과 퇴적상 분포를 비교해 보면, 서쪽의 폭퐁시 파랑에 의한 재퇴적 작용이 동쪽의 혼탁수에 의한 퇴적작용에 비해 보다 활발히 일어나고 있다. 2) 내만분지 퇴적환경 및 분진진화 내만분지의 퇴적환경는 진해-마산만 입구에는 실트와 점토가 우세하며, 이 입구보다 더 내만으로 들어가면서 점토가 증가하는 것으로 나타났다. 탄성파 자료에 의하여 홀로세 퇴적층은 약 20 ～ 50 m의 두께이며, 화산층이 노출되어서 암반으로 드러나기도 한다. 수로를 따라서 암반이 존재하기도 하고 약 10 m 두께의 퇴적층이 놓이기도 한다. 홀로세 퇴적층시퀀스는 그 층간의 경계선이 뚜렷하게 보이며, 많은 세립질 퇴적층이 외해에서 내해로 유입된 것으로 본다. 그 유입기원으로 낙동강과 남해 및 서해연안을 따라서 부유한 세립질 퇴적물일 가능성이 높다. 코아퇴적층은 내만은 세립질층이며, 외해쪽으로 하천자갈이 섞인 모래층과 상부 잔류모래층이 나타난다. 2. 내부과정 (연안생태계 영향 분석) 가. 인공생태계를 이용한 생태계내의 환경변화에 대한 물질흐름 연구 식물플랑크톤 성장에 영향을 주는 영양염 농도차이가 식물플랑크톤 군집에 미치는 영향을 이해하기 위해 폐쇄생태계를 이용하였다. 질산염 첨가실험은 2001년 9월 17일부터 10월 12일까지 인공폐쇄생태계 4기 (대조구: 1, 실험구 3)를 이용하여 장목만 근해에서 수행되었다. 또한 인산염 첨가실험은 11월 26일부터 12월 7일까지 같은 인공폐쇄생태계와 장소에서 수행되었다. 수온, 염분, 용존산소, 영양염, 크기 등급별 형광, 엽록소 a 및 식물플랑크톤이 측정되었으며, 인공폐쇄생태계와 주변수 환경을 비교하였다. 질산염 첨가실험에서 식물플랑크톤의 우점종은 초기에 규조류인 Skeletonema costatum, Pseudonitzschia sp., Chaetoceros sp., Thalassiosira sp. 이었다. 질산염을 투입한 다음날 초기 우점종이었던 S. costatum, Pseudonitzschia sp.가 고농도로 대 번식하였고 주로 이러한 규조류에 의한 급격한 영양염의 흡수를 보여 짧은 시간 (3일 이내) 내에 영양염이 모두 고갈된 양상을 보였다. 무기 영양염이 고갈되고 용존산소와 수소이온농도가 낮은 환경이 되었을 때 식물플랑크톤의 현존량과 종수가 급격하게 감소되었지만, Cylindrotheca closterium의 현존량이 증가하여 우점 하였다. 엽록소 a 농도는 초기에 가을철 대 발생으로 인해 매우 높은 값을 보인 후 급속히 감소하였다. 인산염을 투입한 실험의 폐쇄생태계에서 규조류인 Pseudonitzschia sp.는 초기 우점종으로 나타났으나 시간이 지날수록 외부 대조구의 경우 조사를 시작한 4일째부터 규조류가 거의 출현하지 않고 작은 크기 (3㎛ 이하)의 편모조류들에 의해 우점되었다. 무기 영양염은 폐쇄생태계와 주변수에서 시간경과에 따라 다소 증가하였으나, 엽록소 a 농도는 계속적으로 감소하였다. 식물플랑크톤이 낮은 N/P ratio로 인해 질산염이 제한성분으로 작용하여 성장하지 못하고 사멸하면서 분해되어 해수 중 무기 영양염의 농도를 증가시킨 것으로 사료된다. 식물플랑크톤 조절자 역할을 하는 초식자의 개체수 차이가 식물플랑크톤 군집에 미치는 영향을 장기적 관점에서 이해하기 위해 폐쇄생태계를 이용하였다. 실험은 9월 10일부터 10월 11일까지 인공폐쇄생태계 4기(대조구 : 2기, 실험구 : 2기)를 이용하여 장목만 근해에서 수행되었다. 조사기간동안 총 6회 채집되었고, 시기는 9월 17일, 20일, 24일, 27일, 10월 4일, 10월 10일 이었다. 수온, 염분 및 용존산소와 식물플랑크톤 및 동물플랑크톤이 측정되었으며, 이를 통해 폐쇄생태계와 주변수 환경을 비교하였다. 또한 요각류의 섭식률 측정을 통해 배양용기의 용량에 따른 변화를 비교하였다. 인공생태계와 주변수의 수온은 21℃～25℃의 범위에서 점차적으로 감소하였고, 염분은 29.2 ppt～30.4 ppt의 범위에서 점차 증가하였다. 인공생태계에서의 용존산소가 주변수보다 낮게 나타났으며, 폐쇄생태계간에는 큰 차이가 없었다. 연구기간동안 식물플랑크톤의 현존량(86,204 cells/ℓ～4,160,182 cells/ℓ)과 엽록소 농도(0.46 ㎍/ℓ～12.71 ㎍/ℓ)는 초기에 가을철 대 발생으로 인해 매우 높은 값을 보인 후 급속히 감소하였다. 우점종은 폐쇄생태계와 주변수에서 초기에 S. costatum, Nitzschia seriata 그리고 Chaetoceros curvisetus가 우세하였으며, 후기에는 C. closterium, Thalassiosira pacifica, autotrophic flagellates 그리고 Cryptomonas sp.가 우세하였다. 동물플랑해 2,100 indvs.m-3～ 238,100 indvs.m-3의 높은 개체수 범위에서 대조구와 실험구간의 유사한 변화양상을 나타냈으나, 주변수에서는 6,000～9,200 indvs.m-3의 낮은 개체수 범위에서 변화를 나타냈다. 2리터와 2,500리터 실험용기에서 모두 초기보다 후반에 요각류 6배 가입에 의한 엽록소 농도감소가 대조구에 비해 크게 나타났으며, 섭식에 의한 감소정도가 2,500리터 실험용기에서 후기에 더 크게 나타나 시간의 경과 및 용량에 따라 상이한 양상을 나타냈다. 나. 연안어장 관리체계 개발 지난 25년간 진해만의 평균수온 변화범위는 2.9 - 26.5℃로 진해만 입구 해역과 진해만 서부 해역이 비교적 변화 폭이 컸으며, 뚜렷한 수온 상승 현상은 보이지 않았다. 용존산소량은 0.69㎎/ℓ - 11.70㎎/ℓ의 범위로 최소량은 적조 발생시에 나타난다. 1990년대 초반부터 약간씩 증가하는 추세이다. 인산염은 0.02㎎/ℓ- 4.23㎎/ℓ 범위로 1976년을 정점으로 점차 감소하는 추세를 보이다가 1986년 이후 소폭으로 증가하였다. 질산염은 0.01㎎/ℓ- 3.57㎎/ℓ 범위로 1980년대 중반부터 증가폭이 둔화되었고, 1980년대 후반부터 감소추세를 보인다. 진해만의 양식어업 현황은 2000년 기준으로 총 2,065건 (9,920ha)에 달하였는데, 이 중 어류 양식장은 육상수조식 142건 (19ha), 가두리 131건 (319ha) 및 축제식 7건 (23ha)이었다. 패류양식장은 1,060건에 7,735ha로 약간 증가하는 추세에 있으며, 참굴 수하식 양식과 피조개 바닥식 양식이 각각 505건 (3,381ha) 및 337건 (3,346ha)개로 전체 패류양식업의 약 80%를 차지하였다. 진해만의 참굴 생산량은 1983년 20.4천톤에서 점차 증가하여 1986년 32.2천톤을 기록한 것을 정점으로 점차 감소하기 시작하여 1994년에는 19천톤으로 격감하였다. 이후 점차 증가하여 1998년까에 32.3천톤으로 회복하였으며, 2001년에는 28.2천톤을 생산하였다. 육상종묘생산은 어류가 116개소에 수조면적 76,277㎡에서 66백만 마리의 종묘를 생산하여 꾸준한 증가추세를 보이고 있으며, 우렁쉥이는 예년에 비하여 약간 감소하는 추세에 있다. 수산업 자료의 화면상 구현을 위하여 진해만수산정보서비스 (가칭)를 구상하였으며, 초기화면 좌측에 자료 메뉴를 배열하고 초기화면에 진해만 지도를 삽입하여, 원하는 지역과 자료를 지정하여 화면에 표시케 하고 원자료는 Excel 97 program에 저장하여 사용자가 필요에 따라 가공하여 사용하는 것이 바람직하다. 가두리양식장에 있어서 식물플랑크톤에 의한 연간 탄소 생산량은 약 269g/㎡/year로 인위적인 투이량 19.2kg/m2/year의 1/40 수준에 불과하다. 투입된 사료는 55.3% 만 직접 어류에 섭이되며, 섭이된 탄소 중 30%는 다시 배설물로 수중에 방출된다. 사료에 포함되어 급이한 탄소 중 약 72%가 일정 시간 안에 수중에 머물고, 이중 10% 정도가 가두리 양식장 아래로 퇴적된다. 참참굴의 6개월간의 생물생산량 측정 결과 인공채묘와 천연채묘가 각각 3.06gwt/ind. 및 30.2gwt/ind.로 시간에 따른 순간 성장율을 다소 차이를 보이지만 생산량에서는 유사한 경향을 나타냈다. 천연채묘에만 의존하는 진주담치는 6개월간 5.52gwt/ind.성정을 하였으며, 지난해 보다 가입시기가 늦음에도 불구하고 여름철 빠른 성장으로 인해 다소 높은 생산량을 나타냈다. 부착생물의 경우 진주담치보다는 참굴에서 높은 가입양상을 나타냈으며, 시간이 지날수록 생체량의 비중도 높게 나타났다. 양식장 하부의 저서생물군집은 종 조성, 서식밀도 및 섭식형태에서 대조구와 많은 차이를 나타내었으며, 생물다양도는 연중 낮게 나타났다. 군집초식률은 11월 실험에서는 0.035 ～ 4.6702㎎ chlorophyll-a/m3/d 의 범위로 요각류의 출현량이 가장 높았던 대조구에서 가장 높았고, 1월 실험에서는 0.161 ～ 0.292㎎ chlorophyll-a/m3/d의 범위로 11월과 마찬가지로 대조구에서 가장 높았다. 11월과 1월 모두 참굴양식장에서 요각류의 군집섭식률이 가장 적었다 (Fig. 2-2-40). 색소단위의 초식률을 탄소단위로 전환하여 계산한 요각류의 군집섭식률은 11월에 2.526～401.590㎎C/m3/d의 범위를, 1월에는 11.745 ～ 25.143㎎C/m3/d의 범위를 보였다. 3. 효과 분석 (연안역 관리모델 및 정책 제시) 육지와 해양의 상호작용을 분석하기 위한 전문가 시스템 구축 및 시범운영은 전문가 시스템을 구성하는 세부모형의 선정 및 연결(linkage)을 통하여 수행하였다. 구축된 모형의 신뢰성을 증진하기 위하여 모형의 수행에 필요한 가장 중요한 입력자료 및 모형 보정 및 검증자료를 관측, 추정하여 생성하였다. 생성된 자료에는 유역의 하천 유출량, 지하수 유출량, 해역의 CTD 및 DO 농도이다. 하천 유출량은 강우시 연속적인 수위관측을 통하여 산정하였으며, 지하수 유출량은 물수지 분석을 통하여 월별로 산정하였다. 또한, 하계에 급변하는 마산만의 CTD 및 DO 농도변화를 25시간 정점관측을 통하여 심층 분석하였으며, 계절별 특성변화를 파악하기 위하여 동계에도 25시간 정점 관측을 수행하였다. 장비는 OS-316 기기에 DO 농도관측센서를 부착하여 측정하였으며, 공간변화도 파악하기 위하여 마산만 및 만 외해의 주요지점에 대하여 CTD 및 DO 농도를 특정시간에 관측하였다. V. 연구개발 결과의 활용계획 1. 기관내부 활용 ？ 연안 수질관리에 필요한 지하수기인 오염물질 유입량 산정기술로 활용 ？ 오염물질의 기원 파악으로 오염물질 확산범위 파악에 활용 ？ 부유물질 관측에 소요되는 예산의 절감 ？ 오염물질의 이동경로 및 퇴적지 규명에 활용 ？ 연안역 내만분지 구조 및 퇴적층의 환경변화 파악 ？ 퇴적층에서의 지질공학적인 활동을 통한 연안퇴적체 안정성 파악 ？ 훼손된 연안 생태계 복원을 위한 기초자료로 활용 ？ 개발된 어장관리기술을 바다 목장화 사업에 적용 ？ 수집 및 분석된 진해만 수산자료는 장차 개발될 수산업 GIS의 입력자료로 사용되며 어장 환경영향 평가 및 연안역 통합 관리 연구의 기본 자료로 활용 ㆍ 남해안 바다목장 연구사업에 직접활용 ㆍ 양식어장의 탄소흐름 모델을 최적급이량 산정 및 사료효율 증대에 활용 2. 타 과학기술분야 활용 ？ 해저지하수 누출량 산정 기술 제공 ？ 연안 환경용량 파악을 통한 연안 수질관리 및 개선 지침으로 활용 ？ 부유물질 관측시스템 운영시 발생되는 무선통신 기술과 복잡한 신호처리를 DSP 기술의 발전을 도모 ？ 대상해역의 환경인자 기준선 설정 및 환경상태 파악 ？ 오염지역의 상대적 비교 및 평가 ？ 국가가 주도하는 하천의 하구와 주변 연안역의 개발에 따른 환경변화를 예측하는 기본설계도로 활용 ？ 국가 주도로 개발될 우리 나라 수산 GIS 사업의 기본 입력자료 제공 ㆍ 양식어장 물질흐름 모델을 실험용 mesocosm 및 정밀 인위적 해양생태계 개발연구에 활용 3. 산업계 지원 및 활용 ？ 연안 오염물질 수용능력 평가 및 연안 폐수 배출 허용량 산정자료로 활용 ？ 부유물질 자동측정장비 시스템이 국내에서 개발 상용화됨으로써, 증가하는 환경조사 수요를 충족 ？ 국내 관련 산업체와 공공기관에 환경평가 기준 제시 ？ 환경변화에 민감한 추적자 제시로 향후 환경평가에 드는 비용과 노력 절감 ？ 연안 이용 및 개발 해양산업 (투기 산업 및 연안 개발) 관리를 위한 기반 자료로 활용 ？ 연안 어장 관리 모델로 활용 ㆍ 어류양식장의 최적급이량 및 최대생산량 산정에 직접 활용하여 원가 절감 ㆍ 수하식 패류양식장의 생산력 예측으로 규모 있는 양식사업 유도 4. 정책지원 등의 활?와 연안 수질관리 및 개선 지침으로 활용 ？ 특별관리 해역의 해양오염방지 및 개선대책 안의 비교평가를 위한 전문가 시스템으로 활용 ？ 새만금 간척사업? 등 필연적으로 발생되는 부유물질의 확산을 예측하고, 주변 해양생태계에 대한 영향을 최소화 ？ 연안역 통합관리에 이용할 수 있는 수산 GIS 개발에 활용 ㆍ 연안양식장의 생산성 향상과 환경보호를 동시에 만족할 수 있도록 양식구조 조정에 활용

Abstract ▼

I. Title Land-Ocean Interactions in the coastal zone Ⅱ. Necessity and objective of the study 1. Necessity The coastal zone is an important boundary for land/ocean/atmosphere interactions. Extensive industrial activities and rapid population growth are also common characteristics of coastal

I. Title Land-Ocean Interactions in the coastal zone Ⅱ. Necessity and objective of the study 1. Necessity The coastal zone is an important boundary for land/ocean/atmosphere interactions. Extensive industrial activities and rapid population growth are also common characteristics of coastal zone. Coastal ecosystems are receiving high amount of pollutants including nutrients as a consequence of human activities such as application of fertilizers, industrial emissions to the atmosphere, and disposal of waste water. Increasing pollutants load from anthropogenic source is one of the major factors that will change the structure and function of shallow coastal ecosystems during coming decades. The key objectives of the Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone (LOICZ), core project of the International Biosphere-Geosphere Programme (IGBP), are to understand how the submarine groundwater discharge affects material fluxes and to identify the impact of these fluxes to coastal environment. In order to control the non-point sources of pollution to the coastal zone and to provide the technical policy options for the sustainable use of coastal environment, it is essential to understand forcing functions and their impacts on the marine ecosystem. The Chinhae Bay system is one of the most extensively studied coastal environment in Korea due to year-round eutrophication. Nevertheless, ever increasing occurrence of eutrophication comes as a surprise to scientists as well as to the public at large. The possible explanation may be an insufficient understanding of systematic forcing functions to the bay. Despite an understanding of forcing functions requires knowledge on all pollutants inputs, studies on pollutant sources in Chinhae Bay have usually focussed on river inputs. The input by the submarine groundwater discharge has been the least understood among all forcing functions though many dissolved constituents, both natural and anthropogenic, can be transported via submarine groundwater discharge to the Chinhae Bay. The main purpose of this project is to quantify the pollutants load by submarine discharges to Chinhae Bay, to assess its impact on the ecosystem and to setup the water and pollutants budget in the Chinhae Bay. 2. Objectives (for 3 years) a. Forcing function (All the pollutants sources) ？Development of technology for detecting sites(s) of submarine groundwater discharge ？Quantification of submarine groundwater discharge of fresh water and dissolved inorganic nutrients ？Development of reliable biomarker including lipophilic compounds and UV- absorbing materials ？Development of suspended sediment flux measurement system ？Construction of comprehensive model for suspended sediment behavior in the southeastern coast of Korea ？Provide a baseline for future assessments of environment quality in polluted bays ？Finding sedimentary environments and defining evolution of sedimentary basin strucuture ？Understanding geotechnical charateristics of sediments in the bays using AMSCL (Automatic Mult-Sensor Core Logger) ？Providing basic data for ecological and water quality changes based on the construction of short-period sedimentary history (about 50 - 60 yrs) b. Internal processes (Impact analyses on the coastal ecosystem) ？Improvement, desigh and construction of enclosed and semi-enclosed experimental ecosystem ？Studies on productivity change and on adaptation of planktonic organisms to environmental changes (salinity, nutrients etc.) ？Development of basic model for interaction between ecosystem and environmental change ？Evaluation of aquaculture farm management system for sustainable production in the study area c. Technical Policy Recommendation for coastal management ？Establishment of the water quality (WQ) expert system for the prediction of the coastal environment ？Recommending policy options against excessive pollutants loads to the coastal bays. ？The effect analysis of the WQ improvement projects 3. Goal of the second year study a. Forcing function (All the pollutants sources) ？Analysis of parameters (Ra isotopes, nutrients etc.) to estimate the submarine groundwater discharge ？Development of budget models to estimate nutrients fluxes through groundwater, river, and atmosphere ？Make out the distribution charts of sediment characteristics in Chinhae -Masan Bay ㆍEvaluation of the suspended sediment characteristics at the entrance to Jinhae-Masan Bay ？Understanding of depositional history of fine-grained sediments in the Nakdong estuarine environment ？Finding basin geomorphology and evolutional processes of Jinhae-Masan Bay ？Charaterizing meterological changes and mineral dusts in Jinhae-Masan Bay b. Internal processes (Impact analyses on the coastal ecosystem) ？Adaptation to environmental change, production and nutritional evaluation of phytoplankton. ？Development of bioproductivity model for aquaculture grounds c. Technical Policy Recommendation for coastal management ？Modification and verification of the WQ management models ？Analysis and prediction of the WQ change due to the main external forces(surface water and ground water discharges) in the coastal zone ？Effect analysis of the WQ improvement projects Ⅲ. General scope of the study 1. Forcing function (all the pollutants sources) a. Submarine groundwater discharge 1). Collect for Stream water and groundwater along the Chinae coast Survey area: Chinhae Bay Observation period: January and June 2001 Major items: Dissolved inorganic nutrients, major cations and anions, 226Ra and 228Ra in sream water along the Chinhae Bay 2) Field survey in the Bay Survey area: Masan Bay and Haengam Bay Observation period: August 2001 Vessel: R/V Olympic V Major items: CTD, dissolve inorganic nutrients, suspended sediments, radioisotopes (228Ra, 226Ra, 222Rn), Surface sediment textures, Heavy metal contents & Benthic foraminifera in sediment 3). Atmospheric input of nutrients to the Masan Bay Collected site: KORDI in Geojae Observation period: April 2001 ～ present Major items: Dissolved inorganic nutrients, major cation and anion b. Distribution and introducing route of lipophilic organic materials in ChinHae Bay 1). Collection and analyses of River and terrestrial spring water Area studied: Masan and Changwon Time of sampling : June and November of 2001, Analysis : River and terrestrial spring water (Changwonchun, Namchun) were collected and the contents and composition of dissolved and particulated lipid compounds (hydrocarbon and fatty acid) were analyzed through FT-IR, TLC-FID and GC. 2) Analysis of marine sediment Area studied : Masan bay and Haengam bay Time of sampling : August 23 ～ 24, 2001 Analysis : Sediment samples from 16 sites in Masan bay and Haengam bay were were collected and the contents and composition of dissolved and particulated lipid compounds (hydrocarbon and fatty acid) were analyzed through FT-IR, TLC-FID and GC. c. Technical estimation of suspended sediment flux and depositional environment 1). Profiling of current structure and suspended sediment distribution Survey area: Entrance of Jinhae-Masan Bay Survey schedule: 2001, 20th August - 25th August Survey vessel: Chartered vessel (Shin-Sung) Survey items: Profiling of current structure and suspended sediment distribution using a ADP along two transect lines over 13 hours; Water sampling for calibration of suspended sediment concentration measured by ADP. 2). Acquisition and analysis of core sediments Survey area: Offshore Nakdong River Survey schedule: 2001, 18th July - 21th July Survey vessel: R/V Eardo Survey items: Acquistion of 8 piston cores and 4 box cores from Nakdong subaqueous delta along two N-S seismic profiles which show contrasting seafloor morphology; sedimentologic analysis of cores and estimation of sedimentation rate using 14C age and 210Pb activity. d. sedimentary environments and basin evolution in the inner bays 1) Basin structure and characterisitcs of core sedimentary sequences survey areaL Jinhae-Masan Bay survey period: May 21 - 25 of 2001 research vessel: R/V Eardo from KORDI survey items: core sediments, chirps, 3.5 Khz, size analysis, AMSCL analysis, 2) meterological data and mineral dust collection collection site: Changmok station of KORDI, Geoje Island collection period: meterological data: January - December of 2001 mineral dust: September - November of 2001 collection items: wind speed, wind strength, air temperature, relative humidity, air pressure, solar radiaition, net radiation, precipitation, mienral dust 2. Internal processes (Impact analyses on the coastal ecosystem) a. Study on material flux in ecosystem for environmental change using a mesocosm ？Adaptation to environmental change, production and nutritional evaluation of phytoplankton. b. Development of management system of coastal aquaculture ground 1) Utilization of Jinhae Bay for fisheries Study area : Jinhae Bay Duration : June, 2001 ～ November, 2001 Contents : Aquaculture license, Production by species, Fluctuation of physico-chemical factors (Reterature review) 2) Development of bioproductivity model for marine farm Study area : Oyster farm and mussel farm in Jinhae Bay, Sea cage in Tongyoung area Duration : June, 2001 ～ January, 2002 Vessel : Olymphic 5, KORDI, Charted fishing boat Contents : Phytoplankton, zooplankton, culture organisms, fouling organisms, sediment, physicopchemical fators (water temperature, salinity, transparency, dissolved oxygen) 3. Technical policy Recommendations for coastal management a. Establishment and demonstration of the WQ expert system 1) Estimation of the surface water discharge by the water level measurements in Changwon watershed 2) Estimation of the monthly ground water discharge by the water budget analysis 3) Vertical 1-day CTD and DO measurement (summer and winter season) 4) Design and establishment of the WQ expert system (Selection of the sub-module and Test Run) IV. Results and recommendatioan 1. Forcing functions a. Submarine groundwater discharge River water, groundwater, seawater and rain water were collected to estimate the nutrients budget in the Chinhae Bay as a preliminary study for submarine groundwater discharge. The high activities of 226Ra and 228Ra in the surface water were appeared in rainy season. A high negative linear correlation between 226Ra activities and salinity in the surface water suggests that 226Ra activity in the surface water was controlled by simple mixing between the two end-member low salinity high 226Ra activity water of inner bay and a high salinity low 226Ra activity water of the continental shelf water out of bay. 226Ra activities below the surface mixed layer were higher than those of expected level from the 226Ra versus salinity. And also 228Ra/226Ra ratios in the bottom water were lower compared to those in surface water due to the presence of potential source of 226Ra below the surface mixed layer. However, it is known that 228Ra compared to 226Ra is enriched in bottom sediments and pore water. Therefore, the most probable source for low 228Ra/226Ra activity ratio is submarine ground water discharge. Amonium and phosphate concentrations in the lower reaches of Changwon Stream were 2,700 and 460 times higher than those in the upper reaches which may be a natural background levels. Amonium. nitrate, phosphate and silicate concentrations in the groundwater were, respectively, 6.8, 3.2, 14, 9.3 times higher than those in the upper reaches of Changwon Stream. Based on existing and newly observed data sets, total nitrogen and phosphorous loads via riverine inflow to Masan Bay were calculated to be 6.95×106, 0.028×106 mol yr-1 respectively. Incoming total nitrogen from Dukdong sewage treatment plant was reported to be 193×106 mol yr-1. Wet deposition of total nitrogen and phosphorous to Masan Bay was estimated to be 65.23, 28.36, 0.37 mmol m-2 yr-1 from the analysis of rainwater samples collected from April, 2001. These deposition rates were comparable to those at the western coast of Korea. Good positive relationship could be established between nitrogen concentrations and sulphate concentrations in rainwater implying that nitrogen source in the atmosphere was mostly from the exhaust of automobile and the industrial emission. Taking above results and water-salt budget, residence time of seawater in Masan Bay was estimated to be 1.19 month which was comparable to that of Tokyo Bay(1 month). Outbound fluxes of total nitrogen from the Masan Bay derived from freshwater inflow and seawater exchange were estimated to be 16.31×106 mol yr-1 and 110.64×106 mol yr-1 respectively. NIS was estimated at 571×106 mol yr-1. Since groundwater input was not considered in this calculation, NIS may be far lower than the above value. More reliable budget estimation would be available during next year's research. Haengam Bay is possibly polluted by the discharge of large quantities of effluents from the industrial facilities, harbors and domestic swage. Twenty surface sediments were used for grain size, geochemical and foraminiferal analyses in order to investigate of sedimentary environment in the bay. The surface sediments dominated very poorly sorted muddy sediments and consisted of three sedimentary facies. The probable source of muds was from the Nakdong river. Twelve surface sediments were collected in August 2001 to examine the state of heavy metal pollution. The heavy metal concentrations in surface sediments were relatively higher than those in the other bays in Korea. Cu, Zn and Pb were more concentrated than those in Masan Bay. Generally, the heavy metal concentrations increased from the bay mouth to the inner bay. Sixty four foraminiferal species were recorded in total assemblages of surface sediments from 12 ststions, including 8 species of living population. The general characteristics of total benthic foraminifera in the study area were reflected in sedimentary pollution. Eight stations among 12 ststions could not find any living foraminifera. In the inner bay, the number of individuals and species number especially had lower values than those in outer bay. Trochammina pacifica and Eggerella advena, the opportunistics in polluted area, were dominant species in the study area. The relationships between Cu, Zn and Pb concentrations and foraminiferal individuals and species numbers showed that the foraminiferal specimens decreased with increasing Cu, Zn and Pb concentrations. The higher heavy metal concentrations were one of the factor for decreasing foraminiferal specimens. b. Molecular marker From the sediments collected from 13 sites around Masan bay and 3 sites in Haengam bay, the amount and composition of lipid class were analyzed with FT-IR and TLC-FID. Also, hydrocarbon and phospholipid fatty acid were assayed from the samples from bay sediment as well as terrestrial river water (Changwon river and Nam river) to elucidate the contribution of terrestrial input of dissolved and particulated lipid compounds into the Masan bay. Analysis scheme of ultraviolet apsorbing compound, Mycosporin-like aminoacid (MAA) was constructed from 4 species of sea weeds (Porphyra yezoensis, Glacillaria verucosa, Gelidium amansii, Ampiroa sp.) to develop a novel biomarker to monitor the change of climate and consequent increase of UV irradiation. c. Technical estimation of suspended sediment flux and depositional environment 1) Technical estimation of suspended sediment flux Profiling of tidal currents and suspended sediment distribution using ADP was conducted along two SW-NE transects in the entrance of Jinhae-Masan Bay. The results show that the current direction is mainly northward during flood and southward during ebb, with minor clockwise rotation during early ebb and early flood stages. The maximum current speed occurs at the middle-late flood stage and decreases into the bay from 1.42 m/sec to 1.29 m/sec. Vertical distributions of current speed indicate that offshore water mass with relatively high density intrudes below coastal water mass during flood. Suspended sediments are transported mainly along a tidal channel at the outer transect and along the western slope of Gadeok Island at the inner transect. The amounts of net suspended sediment transport into the bay during a tidal cycle are estimated at 117 ton at the outer transect and 106 ton at the inner transect. This indicates that there are net suspended sediment transport into the bay through the entrance even in dry summer season when the profiling survey was conducted. Analysis of high-resolution seismic profiles and core sediments indicates that Nakdong subaqueous delta consists of lower prograding seismic unit and upper retrograding seismic unit. The change of stratal stacking pattern suggests a decreasing sediment supply from the Nakdong River since the onset of the upper unit. During the formation of the upper unit, the eastern part of the subaqueous delta may have been dominated by sedimentation from turbid river plume, whereas the western part dominated by erosion and resedimentation by storms. The higher sedimentation rate and more offshore-extended distribution of sand beds in the western part suggest that the offshore transport of sediment by storm is more effective than by river plume. 2) Sedimentary Environments and Basin Evolution in the Inner Bays Sedimentary environments in the Jinhae-Masan Bay shows that silt and clay are dominant. Among them, the more inner bay contains higher clay than silt compared to the mouth of Jinhae-Masan Bay. The thickness of Holocene sediments ranges from about 20 m to 50 m on the basis of seismic data. This results are shown first time in this study. Also, the exposure of volcanic rocks to the surface bottom floor is recongized first time in this area. Some volcanic rock is located on the channel which is as a result of non-depositional or erosional processes due to strong currents. The boundary layer of Holocene sedimentary sequences are very distinctive, and fine-grained sediments seem to be supplied from outer sea to the inner bay. The origin of fine-grained sediments is in variety: 1) Nakdong River, 2) outer sea including Kurshio Current, and 3) coastal current flow from western side of Korean Peninsula. In the outer sea, relict sands underlain by river sediments with gravels are found. 2. Internal processes (Impact analyses on the coastal ecosystem) a. Study on material flux in ecosystem for environmental change using a mesocosm The effect of nutrient on the phytoplankton community was investigated during long-term period in the mesocosm enriched with different nutrient (nitrogen and phosphate) concentration. The nitrogen enriched experiment with 4 enclosures (control: 1, experiment: 3) was carried out between 17 September and 12 October 2001 in the vicinity of Jangmok Bay. The phosphorus enriched experiment with 4 enclosures (control: 1, experiment: 3) was carried out between 26 November and 7 December in Jangmok Bay. Temperature, salinity, dissolved oxygen, nutrient, size-fraction fluorescence, chlorophyll a and phytoplankton were measured and compared between mesocosm and surrounding water. In nitrogen enriched experiment, diatom, Skeletonema costatum, Pseudonitzschia sp., Chaetoceros sp., and Thalassiosira sp. were dominant species in the first phase. Especially bloom by S. costatume and Pseudonitzschia sp. is occurred in next day after nitrogen addition to mesocosm. Also, nitrate decreased abruptly within 3 days after nitrogen addition. Dominant species changed into Cylindrotheca closterium in the later phase that showed low values of nutrient, dissolved oxygen, chlorophyll a and standing crop of phytoplankton. Chlorophyll a concentration decreased drastically from very high value caused by fall bloom during the study period. In phosphorus addition experiment, Pseudonitzschia sp. was dominant species in the first phase, but changed into <3㎛ unidentified flagellates in the later phase in the mesocosm. Inorganic nutrients increased slightly with time lapse in the mesocosm and surrounding water, but chlorophyll a concentration decreased continually. It is suggested that phytoplankton is not growth because of nitrogen limit by low N/P ratios and increment of inorganic nutrients is by decomposition with phytoplankton death The effect of grazer on the phytoplankton community was investigated during long-term period in the mesocosm enriched with different grazer concentration. The experiment with 4 enclosures(control: 2 sets, experiment: 2 sets) was carried out between 10 September and 11 October in the vicinity of Jangmok Bay. The enclosures were sampled 6 times by using the Niskin sampler on the dates of 17, 20, 24, 27 September and 4, 10 October 2001. Temperature, salinity, dissolved oxygen, phytoplankton and zooplankton were measured and compared between mesocosm and surrounding water. The grazing rate of copepod was measured for comparing differences between incubation bottle volume. Temperature decreased in the range of 21℃～25℃ and salinity increased slightly from 29.2 psu to 30.4 psu in the mesocosms and surrounding water. Dissolved oxygen in the mesocosms was lower than that in the surrounding water and there was no big difference between mesocosms. Standing crop (86,204 cells/ℓ～4,160,182 cells/ℓ) of phytoplankton and chlorophyll a concentration (0.46 ㎍/ℓ～12.71 ㎍/ℓ) decreased drastically from very high value caused by fall bloom during the study period. S. costatum, Nitzschia seriata and Chaetoceros curvisetus were dominant species in the first phase, but changed into C. closterium, Thalassiosira pacifica, autotrophic flagellates and Cryptomonas sp. in the later phase in the mesocosm and surrounding water. Zooplankton abundance showed similar variation between control and experimental mesocosms in the higher range of 2,100 indvs.m-3～238,100 indvs.m-3 due to the Noctiluca scintillans. than that of 6,000～9,200 indvs.m-3 in the surrounding water. The decreased extent of chlorophyll a by grazer was greater in 6 times copepod enriched bottle than control in 2ℓ and 2,500ℓ experimental bottles in the later phase. Moreover the extent was bigger in 2,500ℓbottle in the later phase, resultantly there was difference in the grazing effect in terms of changes in chlorophyll a concentrations according to the incubation time and volume. b. Development of management system of coastal aquaculture ground Annual Water temperature range during the last 25 years in Jinhae Bay was 2.9 - 26.5℃. Mouth of Jinhae Bay and west part of Jinhae Bay showed a wider water temperature range than Jindong Bay, however no apparent water temperature rise phenomenon was ditected. The contents of dissolved oxygen ranged from 0.69㎎/ℓ to 11.70㎎/ℓin Jinhae Bay. At each year, the lowest dissolved oxygen content was observed in accordance to red tide while the highest value was detected in winter. The dissolved oxygen content in Jinhae Bay had been increased gradually since 1990. The total phosphorus content was ranged from 0.02㎎/ℓto 4.23㎎/ℓwhile the total nitrate content was ranged from 0.01㎎/ℓ- 3.57㎎/ℓ. In general, the nutrient contents in Jinhae Bay had been increased since 1976, however it had been decreased since later 1980s. There were 2,065 licensed aquafarms around in Jinhae Bay and the total farming area was 9,920ha in 2000. Among them, 142 land based fish farms occupied 19ha while 131 sea cage farms and 7 dike farms covered 319ha and 23ha in terms of water surface, respectively. There was a gradual increasing tendance of shellfish culture in terms of number and area. Shellfish culture had increased gradually and had reached to 1,060 farms which comprised 7,735ha of cultivation area in 2000. About 80% of shellfish culture was occupied by hanging culture of pacific oyster and bottom culture of ark shell. The number of land based fish hatcheries were 116 and they produced 66 millions of seed fish in tank surface of 76,277㎡. The production of sea squirt decreased compare to previous years. To project the fisheries information collected in Jinhae Bay on PC screen, a conceptional Fisheries Information Service in Jinhae Bay (provisional) was designed. The initial image was consisted by a map of Jinhae Bay and menu of displayable items on the left corner of the map. The user may click a wanted place on the map and wanted menu consequently, then the user will have the data display in forms of graph or table on the screen. The original data input has done with "Excel 97" program and it is able to reprocess the data any user's need. The estimated primary production in a sea cage was about 269gC/㎡/year and only about 1/40 of the artificially fed carbon for cultured fish. Among 19.2kg/m2/year of fed carbon, 55.3% was absorbed by cultured fish and 30% of the absorbed carbon excreted by the fish to surrounding water. Thus, a total of 72% of fed carbon may stays in surrounding water for a given time, and about 10% of the carbon possibly deposited on the bottom. The production rates of artificial seedling oyster and field seedling oyster in Jinhae Bay were 3.06gwt/ind./six month and 3.02 respectively. Nevertheless the instantaneous growth rate were differ to each other, the total productions were very similar. The production rate of mussel was 5.52 gwt/ind./six month. In spite of the later recruitment of mussel spat compare to the last year, the total harvest was larger than the last due to a rapid growth rate in summer of 2001. The fouling organisms recruited in the oyster bed were more diverse than that of the mussel bed. Benthic communities under shellfish farms apparently differed from control area in terms of species composition, density and feeding guilds. Species diversity of the community was very low year round. Community grazing rate of zooplankton was 0.035 ～ 4.6702㎎ chlorophyll-a/m3/d or 2.526～401.590㎎C/m3/d in November and 0.161 ～ 0.292㎎ chlorophyll-a/m3/d or 11.745 ～ 25.143㎎C/m3/d in January, 2001. The grazing rates in the control are were always greater than shellfish cultured areas. the highest grazing rate was observed in control area. 3. Technical Policy Recommendation for coastal management Establishment and test run of the expert system for the land-ocean interaction analysis was carried out through the sub-module selection and linkage. The key input parameters and the model calibration and verification data was measured and estimated to enhance the model reliability. The estimated(generated) data are the surface water discharge in Changwon watershed, ground water discharge through the interface of the Changwon watershed and Masan Bay and CTD and DO concentrations in coastal zone. The surface water discharge was estimated through the 3-points water level measurement during the rainfall and the ground water discharge was estimated through the monthly water budget analysis. The rapid CTD and DO concentration change in summer season analysed in detail through the 25-hr. measurement and the CTD and DO concentration was also measured in winter season to compare the seasonal characteristics. The measurement was carried out by the OS-316 (CTD instruments) detached DO sensor. V. Recommendation for the research outputs 1. Application at KORDI ？ Application to quantify submarine groundwater discharge for the management of coastal water quality ？ Estimation of pollutants disposal ？ Reduce the budget for suspended solid measurement ？ Provide environmental data for the restoration of damaged coastal habitat ？ Application of established methods and data system for the marine ranching project. ？ Application of developed models to reduce the feeding cost in fish culture ？Estimating framework of other basin structure and sedimentary environments in the bays ？Applying stability of bay sedimentary bodies using geotechnical tools 2. Recommendation for other scientific disciplines ？ Technique for quantification of submarine groundwater discharge ？ Setup guidelines for coastal water quality measurement through estimation of environmental capacity ？ Provide basic framework for the prediction of environmental change when implementing national developing projects in coastal zone ㆍ Provide an input data to develop fisheries GIS in Korea ㆍ Provide a basic energy flow model to develop a precision artificial marine ecosystem 3. Recommendation for industries ？ Provide technical assistance to the assessment of carring capacity and waste disposal permit ？ Provide environmental assessment guidelines for public and private sectors ？ Reduce the cost of environmental assessment through sensitive molecular markers ？ Address to growing needs of environmental assessment through commercialization of automated suspended solids measuring system ？ Provide policy options for the coastal zone development ㆍ Provide a practical guideline for economic fish feeding so as to reduce the production cost and protect the culturing grounds from self-pollution ㆍ Deliberation of adequate culture scale of floating line culture of oyster and mussel by pre-estimation of possible production 4. Recommending policy options ？ Application of research outputs for the management and improvement coastal water quality through estimation of environmental capacity ？ Evaluation of mitigation measures and pollution control in the coastal area specially designated for resources protection ？ Prediction of suspended sediment dispersal following the large-scale national projects such as Saemangum reclamation and the new port of Pusan ？ Development of fisheries GIS can be a useful tool for the integrated coastal zone management ㆍ Application of production capacity and energy flow model in authority decision to manage aquaculture industry

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...65
• 제 1 절 연구사업 배경...66
• 제 2 절 연구개발 목표와 주요사업 내용...69
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...72
• 제 1 절 국내...73
• 제 2 절 국외...75
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과...79
• 제 1 절 압력 요인...80
• 1. 해저지하수 누출량 및 지하수 경로 오염물질 배출량 산정기술...83
• 2. 분자규모 추적자 기술 개발...140
• 3. 부유물질 출입량 계측 기술 및 퇴적환경...174
• 제 2 절 내부과정...197
• 1. 인공생태계를 이용한 생태계내의 환경변화에 대한 물질흐름...197
• 제 3 절 효과 분석...403
• 1. 수질 전문가 시스템 구축 및 시범 운영...403
• 제 4 장 연구개발 달성도 및 기여도...447
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획...455
• 제 6 장 참고문헌...458