보고서 정보
주관연구기관 |
한양대학교 HanYang University |
연구책임자 |
현정호
|
참여연구자 |
김성한
,
안성욱
,
조혜연
,
목진숙
,
김보미나
,
최아연
,
정헌재
,
이지영
,
Diep Dinh Phong
,
Maqbool Tahir
,
Aftab Bilal
,
이윤경
,
한소정
,
이용석
,
김보연
,
오해성
,
최재승
,
김지원
,
김태하
,
조창우
,
최재훈
,
안석진
,
최정길
,
우준식
,
유현주
,
신재혁
,
허진
,
최정현
,
이효진
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2017-03 |
주관부처 |
환경부 Ministry of Environment |
등록번호 |
TRKO201700008091 |
DB 구축일자 |
2017-10-12
|
DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700008091 |
초록
▼
Ⅳ. 연구 결과
1. 보 퇴적물의 산소소모율, 영양염류 용출률 측정 교육 및 크로스 체크
○ 주관기관(한양대학교)과 협동기관(세종대학교, 이화여자대학교, 지오시스템리서치) 간의 퇴적물 산소소모율 및 영양염 용출률 자료의 호환성을 확보하기 위해 이론 교육 후 한강 이포보에서 다수의 퇴적물 코어를 채취하여 기관별로 퇴적물 산소소모율 및 영양염 용출률을 측정하여 한양대의 자료와 비교함
- 산소소모율과 영양염 용출률의 RPD는 각각 6~24%, 0~34%로 허용 가능한 수준이었음
2. 4대강 14개 보의 7~8
Ⅳ. 연구 결과
1. 보 퇴적물의 산소소모율, 영양염류 용출률 측정 교육 및 크로스 체크
○ 주관기관(한양대학교)과 협동기관(세종대학교, 이화여자대학교, 지오시스템리서치) 간의 퇴적물 산소소모율 및 영양염 용출률 자료의 호환성을 확보하기 위해 이론 교육 후 한강 이포보에서 다수의 퇴적물 코어를 채취하여 기관별로 퇴적물 산소소모율 및 영양염 용출률을 측정하여 한양대의 자료와 비교함
- 산소소모율과 영양염 용출률의 RPD는 각각 6~24%, 0~34%로 허용 가능한 수준이었음
2. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물 산소소모율
○ 보 부근(지점 1 또는 지점3) 퇴적물 바로 위의 저층수를 채취하여 여과한 후 코어 퇴적물이 들어 있는 챔버에 고요히 채우고, 현장조건(수온, DO농도, 흐름)을 재현하여 측정한 퇴적물 산소소모율(SOD)은 한강 여주보(8월)에서 최솟값(0.47 g m-2 d-1), 금강 공주보(8월)에서 최댓값(1.74 g m-2 d-1)이 나타남
. 퇴적물 바로 위의 저층수 용존산소 농도가 낮은 경우(4 mg L-1 미만), 여과된 저층수를 폭 기하여 퇴적물 위에 고요히 채우고 측정한 잠재적인 산소소모율(PSOD)은 낙동강 강정고령보(7월)에서 최솟값(1.05 g m-2 d-1), 낙동강 낙단보(8월)에서 최댓값(2.08 g m-2 d-1)이 나타남
- 한강 3개 보의 지점1의 산소소모율은 0.47~0.96 g m-2 d-1 범위로 나타남
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보) 지점1(또는 지점3) 퇴적물 산소소모율은 0.70~1.28 g m-2 d-1 범위로 나타남(7~8월 낙동강 5개 보 잠재적 산소소모율 제외한 범위임)
. 7~8월 낙동강 5개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 합천창녕보)의 잠재적인 산소소모율은 1.05~2.08 g m-2 d-1 범위로 나타남
- 금강 3개 보의 지점1의 퇴적물 산소소모율은 0.76~1.74 g m-2 d-1 범위로 나타남
- 영산강 2개 보 중 승촌보에서는 10월에도 퇴적물 바로 위의 저층수 용존산소 농도가 낮았고 죽산보에서 10월에 측정한 SOD는 0.92 g m-2 d-1 이었음
. 7월에 승촌보와 죽산보, 10월에 승촌보에서 측정한 PSOD는 1.65~1.89 g m-2 d-1 범위로 나타남
- 4대강 14개 보의 지점1(또는 지점3)에서 퇴적물 산소소모율과 환경인자와의 관계를 살펴보기 위해 9~10월 퇴적물 코어 시료의 0~2 cm 깊이 층의 입도를 분석한 결과
. 한강 3개 보의 지점1 퇴적물의 평균입경은 0.638~3.294 mm 범위로 나타남
. 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점1(또는 지점3) 퇴적물의 평균입경은 0.010~0.527 mm 범위로 나타났고 낙단보와 강정고령보는 10월에 지점1에서 다른 보에 비해 입도가 작은 퇴적물이 채취되었음
. 금강 3개 보의 지점1 퇴적물의 평균입경은 0.416~1.183 mm 범위로 나타남
. 영산강 2개 보의 지점1 퇴적물의 평균입경은 각각 0.035 mm, 1.572 mm로 나타났고, 승촌보는 10월에 지점1에서 입도가 작은 퇴적물이 채취되었음
. 지점1(또는 지점3) 코어 퇴적물의 0~2 cm 깊이 층의 평균입경은 한강(2.01±1.33 mm), 영산강(0.80±1.09 mm), 금강(0.70±0.42 mm), 낙동강(0.22±0.22 mm) 순서였으나, 낙동강과 영산강은 보와 보 간에 또는 보 내에서 입경의 산포가 크고, 시료수가 작아서 대표성에 한계가 있음
○ 각 보에서 퇴적물 산소소모율의 공간적 변화폭을 파악하기 위해 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 곳(지점2로 명명, 9~10월에 위치 변경한 경우는 지점4)에서 측정한 퇴적물 산소소모율은
- 지점2(또는 지점4)의 현장조건(수온, DO농도, 흐름)을 재현하여 측정한 퇴적물 산소소모율(SOD)은 한강 이포보(10월)에서 최솟값 (0.76 g m-2 d-1), 한강 여주보(9월)에서 최댓값(2.13 g m-2 d-1)이 나타남
. 7~8월에 지점2에서 퇴적물 바로 위 저층수 용존산소의 농도가 낮은 경우(4 mg L-1 미만) 여과된 저층수를 폭기하여 퇴적물 위에 고요히 채우고 측정한 잠재적인 산소소모율(PSOD)은 낙단보(8월)에서 최솟값(1.27 g m-2 d-1), 승촌보(7월)에서 최댓값(3.27 g m-2 d-1)이 나타남
- 한강 3개 보의 지점2 퇴적물 산소소모율은 0.76~2.13 g m-2 d-1 범위로 나타났으며, 지점1과 같거나 높은 값을 보임
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점2(또는 지점4) SOD는 0.92~1.49 g m-2 d-1 범위로 나타나, 낙단보를 제외하고는 지점1(지점3)에 비해 높은 수준을 보였고 낙단보는 지점1에서 높았음
. 7~8월에 낙동강 5개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 합천창녕보)의 지점2 PSOD는 1.27~2.21 g m-2 d-1 로 나타나 낙단보를 제외하고는 지점1에 비해 높은 수준을 보였고 낙단보는 지점1보다 높았음
- 금강 3개 보의 지점2 퇴적물 산소소모율은 1.15~1.92 g m-2 d-1 범위로 나타났으며 10월 세종보를 제외하고는 지점1에 비해 높은 수준을 보였음
- 영산강 2개 보 중 승촌보에서는 10월에도 퇴적물 바로 위의 저층수 용존산소 농도가 낮았고 10월에 죽산보 지점2에서 측정한 SOD는 1.59 g m-2 d-1 이었으며 지점1에 비해 높은 값을 보였음
. 7월에 승촌보와 죽산보, 10월에 승촌보 지점2에서 측정한 PSOD는 1.51~3.27 g m-2 d-1 범위로 나타났고 지점1과의 대소 관계는 일정하지 않았음
- 4대강 14개 보의 지점2(또는 지점4)에서 퇴적물 산소소모율과 환경인자와의 관계를 살펴보기 위해 9~10월 퇴적물 코어 시료의 0~2 cm 깊이 층의 입도를 분석한 결과
. 한강 3개 보 지점2의 평균입경 0.028~0.226 mm 범위로 나타남
. 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보) 지점2(또는 지점4)의 평균입경 0.013~0.244 mm 범위로 나타났고, 강정고령보와 달성보는 지점1과 차이가 크지 않았음
. 금강 3개 보의 퇴적물 지점2의 평균입경은 0.028~0.088 mm 범위로 나타남
. 영산강 죽산보 지점2의 평균입경 0.542 mm로 나타났고, 승촌보 지점2의 평균입경은 0.057 mm 로서 지점1보다 입도가 큼
. 지점2(또는 지점4) 코어 퇴적물 0~2 cm 깊이 층의 평균입경은 영산강(0.30±0.34), 한강(0.10±0.11), 낙동강(0.07±0.09), 금강(0.07±0.03) 순서였으나, 낙동강과 영산강은 보와보 간에 또는 보 내에서 입경의 산포가 크고, 시료수가 작아서 대표성에 한계가 있음
○ 지점1(또는 지점3) 그룹과 지점2(또는 지점4) 그룹의 차이
- 한강 3개 보(강천, 여주, 8월 이포보), 낙동강 5개 보(구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보), 금강 3개 보(공주, 백제, 7월 세종보), 영산강 1개 보(10월 죽산보)의 퇴적물 산소소모율(또는 잠재적인 산소소모율)은 지점2(또는 지점4)에서 지점1(또는 지점3)보다 높은 수준을 보였으며 한강의 지점별 산소소모율(잠재적인 산소소모율 포함)은 통계적으로 유의한 차이를 보였지만 낙동강, 금강, 영산강에서는 유의한 차이를 보이지 않았음(paired t-test 한강 유의수준 p=0.040, 낙동강 p=0.077, 금강 p=0.210, 영산강 p=0.281)
. 한강 이포보(10월), 낙동강 낙단보(8월, 10월), 금강 세종보(10월), 영산강 승촌(7월, 10월), 죽산보(10월)에서는 지점2(또는 지점4)에서 지점1(또는 지점3)보다 낮거나 같은 수준의 산소소모율을 보였음
. 낙동강의 퇴적물 산소소모율과 잠재적 산소소모율은 지점1(또는 3)과 지점2(또는 지점4)에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았음(paired t-test 산소소모율 유의수준 p=0.054, 잠재적인 산소소모율 p=0.625)
. 영산강의 잠재적 산소소모율은 지점1(또는 3)과 지점2(또는 지점4)에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았음(paired t-test p=0.505)
- 낙동강 낙단보, 강정고령보와 영산강 승촌보를 제외하고는 지점1(또는 지점3)에서 지점2(또는 지점4)보다 평균입경이 크게 나타났음. 각 수계별 지점1과 지점2 간의 평균입경 차이는 통계적으로 유의하지 않았음(paired t-test 한강 유의수준 p=0.116, n=6, 낙동강 p=0.269, n=12, 금강 p=0.112, n=6, 영산강 p=0.514, n=4).
3. 퇴적물 산소소모율의 조절요인
○ 7~8월과 9~10월 퇴적물 산소소모율 비교
- 14개보 전체 지점에서의 시기별 퇴적물 산소소모율 간에 통계적으로 유의한 차이가 나타났으나(p=0.030) PSOD로 측정된 것을 제외하고 t-test한 결과 유의한 차이를 나타내지 않았으므로(p=0.829), 현장조건을 재현하여 측정한 SOD는 7~8월과 9~10월의 전반적 차이보다 보와 보, 보 내에서 지점과 지점간의 차이가 큼을 알 수 있음
○ 저층수 수온과 퇴적물 산소소모율 관계
- 퇴적물 산소소모율과 저층수 수온 간에 유의한 상관이 있으므로(p<0.001), 수온이 같은 조건에서의(20℃) SOD를 환산하여 조절 요인을 고찰하고자 함
- 다음과 같은 식으로 SOD를 환산하였음(Rong et al., 2016; Yee et al., 2011)
SODT = SOD20θ(T-20)
SODT : 현장 저층수 온도조건에서 측정한 퇴적물 산소소모율 [g m-2 d-1]
SOD20 : 20℃로 환산된 퇴적물 산소소모율 [g m-2 d-1]
T : 현장 저층수 온도(oC)
θ: 상수 (1.065)
- 20℃로 환산된 퇴적물 산소소모율은 7~8월보다 9~10월에 높은 것으로 나타났으며 paired t-test 결과 유의한 차이였으므로(p<0.001) SOD(20℃ 환산)에 영향을 미치는 인자의 계절적 차이가 같은 시기에 공간적 차이보다 큼을 알 수 있음
○ 저층수 용존산소(DO; dissolved oxygen) 농도와 퇴적물 산소소모율 관계
- PSOD를 제외한 SOD(20℃ 환산)과 현장 저층수 DO의 상관관계를 분석한 결과 유의한 상관관계가 나타나지 않음(PSOD를 포함한 경우도 동일한 결과를 보임)
- 따라서 저층수 DO는 시기 또는 지점에 따라 차이가 있지만 퇴적물 산소소모율을 결정하는데 저층수 수온보다 영향이 작음을 시사함
○ 퇴적물 입도와 퇴적물 산소소모율 관계
- 9~10월 퇴적물의 평균입경 자료를 바탕으로 보별로 상대적으로 입도가 큰 지점과 작은 지점들을 그루핑했을 때 입도와 SOD(20℃ 환산)에 차이가 있음
- 입도가 보다 큰 지점들(편의상 모래 코어로 지칭)과 입도가 보다 작은 지점들(진흙 코어로 지칭)의 평균입경 사이에 유의차가 있음(p<0.001)
- 모래 코어와 진흙 코어간의 SOD(20℃ 환산)에 유의차가 있음(p=0.009)
- 각 지점의 평균입경과 SOD(20℃ 환산) 간에는 유의한 음의 상관관계가 나타남(p=0.047)
- 시기별로 살펴보면 9~10월에 SOD(20℃ 환산)가 모래 코어와 진흙 코어 사이에 보다 유의한 차이가 나타나며(p=0.005), 7~8월에 저층수 용존산소농도가 4 mg L-1 미만이었던 7개보 14개 지점에서는 저층수를 폭기하여 PSOD를 측정하였기에 7~8월 자료에는 퇴적물 특성 차이가 일부만 반영된 반면에, 9~10월에는 승촌보를 제외하고는 현장 조건 SOD를 측정하였으므로 수층의 조건이 전반적으로 일정해서 퇴적물 특성의 영향이 분명한 것일 수 있음
- 수계별로 살펴보면 한강 (p=0.041)과 낙동강(p<0.001)에서 모래 코어와 진흙 코어 간 퇴적물 산소소모율에 대해 유의한 차이가 나타남
○ 퇴적물의 유기물과 산소소모율 관계
1) 9~10월 퇴적물 입도에 따른 각 보의 퇴적물의 입자성 유기탄소(POC) 함량 및 SOD(20℃ 환산) 비교
- 입도에 따른 SOD(20℃ 환산)의 유의한 차이를 바탕으로 퇴적물의 입도와 관련 있는 퇴적물 유기탄소 함량과 SOD(20℃ 환산)의 관계를 고찰하고자 함
. 퇴적물 입경이 작을수록(진흙퇴적물에 가까울수록) 유기물함량이 높은 것으로 나타남(R2=0.73, p<0.001)
2) 퇴적물 입자성 유기탄소(POC) 함량 및 SOD(20℃ 환산) 비교
- 퇴적물 유기탄소 함량과 SOD(20℃ 환산) 사이의 양의 상관관계가 나타났지만 통계적으로 유의하지 않았음(R2=0.34, p=0.100)
3) 용존 유기탄소(DOC) 함량 및 SOD(20℃ 환산) 비교
- 퇴적물의 탄소원 중 미생물에 의해 분해되기 쉬운 용존 유기탄소 함량과 SOD(20℃ 환산) 사이의 양의 상관관계가 나타났고 통계적으로도 유의한 수준을 보였음(R2=0.13 p<0.05)
- 이러한 결과는 4대강 보 부근의 퇴적물에서 계절에 따른 수층 산소농도, 보 운영에 따른 방류량뿐 아니라 퇴적물의 평균입경(즉 퇴적환경)과 유기탄소 함량이 SOD(20℃ 환산)을 조절하는 주요 인자로 작용한 것으로 사료됨
○ 방류량과 퇴적물 산소소모율과의 관계
- 퇴적물 SOD(20℃ 환산, PSOD 제외)이 방류량(유속 대체 지표)과 상관관계 나타남
- 방류량이 많을 경우 유실되는 표층 퇴적물의 양이 증가하여 SOD(20℃ 환산)이 감소하고, 방류량이 적을 경우 퇴적물로 유입되는 유기물이 증가하여 퇴적물이 소모하는 산소의 양이 증가하는 것이라 판단됨
4. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물의 암모니아성 질소 용출률
○ 보 부근에서 채취한 코어 퇴적물(지점 1 또는 지점3)이 들어 있는 챔버 위에 여과된 저층수를 고요히 채우고 현장조건(수온, DO농도, 흐름)을 재현하여 측정한 결과 암모니아성질소는 퇴적물로부터 용출(+)되는 경우가 더 많았으며 영산강 승촌보(7월)에서 최댓값 (0.3479g m-2 d-1)이 나타났음
- 한강 3개 보(강천, 여주, 이포) 지점1에서 암모니아성 질소는 –0.0305~0.0026 g m-2 d-1의 범위로 9월 여주보 1개 코어에서만 퇴적물로부터 용출되었고 그 외에서는 퇴적물로 유입(-)되었음
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보) 지점1(또는 지점3)에서 암모니아성 질소는 –0.0208~0.0924(달성보 10월) g m-2 d-1의 범위로 7~8월 강정고령보, 달성보, 합천창녕보와 10월 칠곡보에서 퇴적물로 유입되었고 그 외에서는 용출되었음
- 금강 3개 보(세종, 공주, 백제보) 지점1에서 암모니아성 질소는 –0.0151~0.1378(공주보 9월)g m-2 d-1의 범위로 7월 세종보와 백제보에서 퇴적물로 유입되었고 그 밖에는 용출되었음
- 영산강 2개 보(승촌, 죽산보) 지점1에서 암모니아성 질소는 -0.0651~0.3479 g m-2 d-1의 범위로 승촌보에서는 용출되었고 죽산보에서는 퇴적물로 유입되었음
○ 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 곳(지점2 또는 지점4)에서 채취한 코어 퇴적물에서는 대부분 용출되었고 영산강 승촌보(7월)에서 최댓값 (0.3515 g m-2 d-1)이 나타났음
- 한강 3개 보의 지점2에서 암모니아성 질소는 -0.0029~0.0888 g m-2 d-1의 범위로 이포보(10월)에서만 퇴적물로 유입되었고 그 외에서는 용출되었음
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보) 지점2(또는 지점4)에서 암모니아성 질소는 -0.0072~0.0894 g m-2 d-1의 범위로 달성보(10월)에서만 퇴적물로 유입되었고 그 외에서는 용출되었음
- 금강 3개 보의 지점2에서 암모니아성 질소는 0.0147~0.1182 g m-2 d-1의 범위로 모두 용출되었음
- 영산강 2개 보의 지점2에서 암모니아성 질소는 -0.0655~0.3515 g m-2 d-1의 범위로 죽산보(10월)에서만 퇴적물로 유입되었고 그 외에서는 용출되었음
○ 지점1(또는 지점3) 그룹과 지점2(또는 지점4) 그룹의 차이
- 한강 3개 보의 지점1에서 암모니아성 질소는 퇴적물로 유입되는 경우가 더 많았고 지점2에서는 용출되는 경우가 더 많았음
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점1(또는 지점3)과 지점2(또는 지점4) 모두 암모니아성 질소가 용출되는 경우가 더 많았고 지점1(또는 지점3) 보다 지점2(또는 지점4)에서 용출되는 경우가 더 많았음
- 금강 3개 보의 지점1에서 암모니아성 질소는 용출되는 경우가 더 많았고 지점2에서는 모두 용출되었음
- 영산강 2개 보에서는 지점보다 보별로 용출 또는 퇴적물로 유입되는 방향이 달라서 승촌보에서는 용출, 죽산보에서는 용출 또는 유입되었음
- 같은 보 내에서도 지점에 따라 또는 시기에 따라 유입과 용출 방향이 다른 경우들이 있어서, 향후 시료 반복수를 늘리거나 정밀도를 향상시켜 자료 산포도를 줄인 뒤 시기나 수층 환경, 퇴적물 특성 인자와의 관련성 분석이 가능할 것으로 판단됨
5. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물의 아질산성+질산성 질소 용출률
○ 보 부근에서 채취한 코어 퇴적물(지점1 또는 지점3)에서 아질산성+질산성 질소는 대부분 퇴적물로 유입(-)되는 경향이었고 유입률은 백제보(7월)에서 최댓값(–0.5443 g m-2 d-1)을 나타냈고 용출률은 여주보(8월)에서 최댓값(0.2842 g m-2 d-1)을 나타냈음
- 한강 3개 보의 지점1에서 아질산성+질산성 질소는 -0.2273~0.2842 g m-2 d-1의 범위로 8월 여주보와 이포보에서 퇴적물로부터 용출되었고 그 외에서는 퇴적물로 유입되었음
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점1(또는 지점3)에서 아질산성+질산성 질소는 -0.2638~-0.0227 g m-2 d-1의 범위로 모두 퇴적물로 유입되었음
- 금강 3개 보의 지점1에서 아질산성+질산성 질소는 -0.5443~-0.0775 g m-2 d-1의 범위로 모두 퇴적물로 유입되었음
- 영산강 2개 보의 지점1에서 아질산성+질산성 질소는 -0.1089~-0.0439 g m-2 d-1의 범위로 퇴적물로 유입되었음
○ 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 곳(지점2 또는 지점4)에서도 대부분 퇴적물로 유입되었고 유입률은 공주보(8월)에서 최댓값(-0.6473 g m-2 d-1)을 나타냈고 용출률은 백제보(9월)에서 최댓값(1.1454 g m-2 d-1)을 나타냈음
- 한강 3개 보의 지점2에서 아질산성+질산성 질소는 -0.1906~0.1554 g m-2 d-1의 범위로 7~8월 여주보에서 용출되었고 그 외에서는 퇴적물로 유입되었음
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점2(또는 지점4)에서 아질산성+질산성 질소는 -0.1741~0.5975 g m-2 d-1의 범위로 합천창녕보(10월)에서 용출되었고 그 외에서는 퇴적물로 유입되었음
- 금강 3개 보의 지점2에서 아질산성+질산성 질소는 -0.6473~1.1454 g m-2 d-1의 범위로 9월 백제보를 제외하고는 유입되었음, 9월 백제보 지점2 자료의 경우 실험한 2개 코어 퇴적물간에 유입률 차이는 적고 실험 초기 농도 수준에 차이가 크다는 특징이 있었음
- 영산강 2개 보의 지점2에서 아질산성+질산성 질소는 -0.5720~-0.0386 g m-2 d-1의 범위로 모두 유입되었음
○ 지점1(또는 지점3) 그룹과 지점2(또는 지점4) 그룹의 차이
- 한강 3개 보의 지점1과 2에서 아질산성+질산성 질소는 비교적 유사한 유입률을 보임
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점1(또는 지점3)과 지점2(지점 4)에서 아질산성+질산성 질소는 비교적 유사한 유입률을 보임
- 금강 3개 보의 지점1과 2에서 아질산성+질산성 질소는 비교적 유사한 유입률을 보임
- 영산강 2개 보의 지점1과 2에서 아질산성+질산성 질소는 지점2에서 지점1보다 높은 유입률을 보임
- 질산이온이 퇴적층에서 산소 대신 전자수용체로 이용되므로 수층보다 퇴적층에서 농도가 작기 때문에 퇴적물로 유입되는 경향이 용출되는 경향보다 우세한 것으로 판단되며, 이동방향이 상반되는 경우들이 있으므로 시료 반복수를 늘리거나 정밀도를 향상시켜 자료 산포도를 줄인 뒤 공간적, 시간적 특성 분석 및 수층 환경, 퇴적물 특성 인자와의 관련성 분석이 가능할 것임
○ 암모니아성 질소와 아질산성+질산성 질소 용출률의 대소 관계
- 용존 무기질소(암모니아성 질소+아질산성+질산성 질소) 용출률에서 아질산성+질산성 질소가 차지하는 비율이 평균 82.4%로 나타남
- 질소계 영양염류가 퇴적물로 유입되는지 퇴적물로부터 용출되는지 결정하는 것은 아질산성 +질산성 질소의 경향에 의해 좌우되며, 전반적으로 수층에서 퇴적물 내로 유입되는 경향임
- 다만, 암모니아성 질소 용출률이 아질산성+질산성 질소 유입률보다 높았던 승촌보는 질소계 영양염류가 퇴적물로부터 수층으로 용출되는 경향이므로 수층의 생산성에 미치는 영향을 검토할 필요가 있음
6. 4대강 14개 보 7~8월과 9~10월의 인산염 인 용출률
○ 보 부근(지점 1 또는 지점3)에서 채취한 코어 퇴적물에서 인산염 인은 대부분 퇴적물 유입되는 경향이었고 유입률은 합천창녕보(8월)에서 최댓값(-0.0289 g m-2 d-1)을 나타냈고 용출률은 달성보(7월)에 최댓값(0.005 g m-2 d-1)를 나타냈음
- 한강 3개 보의 지점1에서 인산염 인은 -0.0019~0.0043 g m-2 d-1의 범위로 8월 여주보에서 용출되었고 그 외에서는 퇴적물로 유입되는 것으로 나타남
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점1(또는 지점 3)에서 인산염 인은 -0.0289~0.0050 g m-2 d-1의 범위로 달성보(7월)를 제외하고는 퇴적물로 유입되었음
- 금강 3개 보의 지점1에서 인산염 인은 -0.0042~-0.0014 g m-2 d-1의 범위로 모두 퇴적물로 유입되었음
- 영산강 2개 보의 지점1에서 인산염 인은 -0.0117~-0.0037 g m-2 d-1의 범위로 모두 유입되었음
○ 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 곳(지점2 또는 지점4)에서도 인산염 인은 대부분 퇴적물로 유입되었고 유입률은 합천창녕보(8월)에서 최댓값(-0.0239 g m-2 d-1), 용출률은 백제보(9월)에 최댓값(0.0076 g m-2 d-1)을 나타냈음
- 한강 3개 보의 지점2에서 인산염 인은 -0.0009~0.0022 g m-2 d-1의 범위로 7~8월에 3개 보에서는 용출(강천보는 2개 코어가 용출, 유입 방향 달랐음), 10월 강천보에서 퇴적물로 유입되었음
- 낙동강 6개 보(낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕보)의 지점2(또는 지점 4)에서 인산염 인은 -0.0239~-0.0011 g m-2 d-1의 범위로 모두 퇴적물로 유입되었음
- 금강 3개 보의 지점2에서 인산염 인은 -0.0076~0.0076 g m-2 d-1의 범위로 9월 백제보에서 용출되었고 그 외에서는 퇴적물로 유입되었음
- 영산강 2개 보의 지점2에서 인산염 인은 -0.0228~-0.0071 g m-2 d-1의 범위로 모두 유입되었음
○ 지점1(또는 지점3) 그룹과 지점2(또는 지점4) 그룹의 종합
- 지점마다 2개씩 채취하여 실험한 퇴적물 코어 간에 인산염인의 이동 방향이 상반되는 경우가 있었고 코어 상층수의 인산염 인 농도 변화가 작아 농도에 유의한 변화를 산정할 수 없는 등 인산염 인의 용출률 값은 다른 두 영양염류에 비해 불확실성이 높으므로 대표성 있는 결과를 얻기 위해 측정 정밀도를 높이거나 측정 반복수를 늘리거나 정밀도를 향상시켜 자료 산포도를 줄인 뒤 지점 간의 차이나 수층 환경, 퇴적물 특성 인자와의 관련성 분석이 가능할 것임
○ 퇴적물로부터 영양염 용출이 수층 부영화에 미치는 영향
- 영산강, 낙동강 보에서 여름에 저층수 산소 농도가 낮았음에도 인산염 인이 용출되지 않았으므로 우기 후 7~8월에는 퇴적층의 환원정도가 심하지 않은 것으로 추측하며 9~10월에는 저층수에도 산소 농도가 높으므로 인산염 인이 용출되지 않는 것으로 판단함
- 암모니아성 질소의 용출에 비해 질산성질소(아질산성 질소 포함)의 퇴적물로 유입이 크므로, 우기 후 7~8월 또는 9~10월에 퇴적물로부터 영양염 용출이 수층 부영화에 미치는 영향이 미미할 것으로 판단하며, 다만 승촌보에서는 암모니아성 질소의 용출이 질산성 질소(아질산성 질소 포함)의 퇴적물로 유입률보다 높았으므로 수층의 생산성에 미치는 영향을 검토할 필요가 있음
7. 4대강 주요 보(이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보)에서 7~8월과 9~10월 저층(저층수+퇴적물) 산소소모 중 퇴적물 산소소모의 상대적 중요성
○ 보 부근 지점(지점 1)
- 저층수에서 시간에 따라 산소농도가 감소하는 것을 측정하여 저층수 산소소모율을 측정하였으며(mg L-1 hr-1), 수온의 수직 분포에 따라 저층을 구분하고(성층이 없는 지점에서는 총 수심의 1/2 아래를 저층으로 간주), 저층수 산소소모율에 저층수 두께를 적분하여 면적 단위의 산소소모율을 계산함
- 저층수 산소소모율은 0.016-0.035(PWOD; potential water-column oxygen demand 포함) mg L-1 hr-1의 범위였으며 면적 단위의 저층수 산소소모율은 0.730~3.696(PWOD 포함) g m-2 d-1의 범위였음
- 퇴적물 산소소모율은 0.684~1.646(PSOD 포함) g m-2 d-1의 범위였음
- 저층 산소소모 중 퇴적물이 차지하는 비율은 SOD의 경우 37~53%(44.4±5.9%), PSOD의 경우 25~31%(28.0±4.2%)로 나타남
○ 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 곳(지점 2)
- 저층수 산소소모율은 0.20~0.053(PWOD 포함) mg L-1 hr-1의 범위로 나타났으며 저층수의 면적 단위의 산소소모율은 0.792~3.802(PWOD 포함) g m-2 d-1의 범위였음
- 퇴적물 산소소모율은 0.987~2.225(PSOD 포함) g m-2 d-1의 범위였음
- 저층 산소소모 중 퇴적물이 차지하는 비율은 SOD의 경우 27~61%(48.2±13.3%) PSOD의 경우 38~37%(37.5±0.7%)로 나타남
○ 지점1과 지점2 종합
- 지점 1, 2에서 저층 산소소모 중 퇴적물 SOD가 차지하는 비율은 대략 1/4에서 1/2 정도이고 저층수 산소농도가 낮은 지점(즉 PSOD로 측정한 지점)에서 퇴적물 산소소모율이 차지하는 비율이 더 낮았음
8. 4대강 주요 보(이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보)에서 물질순환
○ 수층 구조(깊이 별 수온, 용존산소)
- 수층의 수직적 구조분석은 지점2에서 수행하였음
- 7~8월 저층수의 용존산소는 이포보와 공주보에서 4 mg L-1 이상으로 나타났으나, 강정고령보와 죽산보는 4 mg L-1 이하로 빈산소 상태로 조사됨, 9~10월 용존산소는 모든 지점에서 4 mg L-1 이상으로 조사됨
○ 공극수의 수직적 지화학적 특성
- 공극수의 지화학 특성 조사는 지점2에서 퇴적물 코어를 채취하여 분석하였음
- 저층수 영양염과 공극수 영양염의 농도 차이로 영양염의 용출 혹은 유입을 추론 할 수 있으며, 가령 저층수의 영양염 농도가 퇴적물 표층 공극수의 영양염보다 높은 경우 영양염은 퇴적물로 유입될 가능성이 높으며, 반대의 경우에는 영양염은 수층으로 용출될 가능성이 높음
- 그러나 퇴적물에서의 영양염 용출률은 농도차이 뿐만 아니라 저층산소농도, 탈질소화, 저서동물의 활동 등에 영향을 받으므로 정확한 용출률을 산정하기 위해서는 챔버코어를 이용한 배양법을 사용해야함
- 7~8월 공극수 암모니아성 질소는 0.9~20.6 mg L-1의 범위로 죽산보에서 13.6~20.6 mg L-1의 범위로 가장 높게 측정되었으며, 9~10월에는 2.4~46.5 mg L-1의 범위로 공주보에서 (8.2~46.5 mg L-1) 가장 높게 나타났음
- 7~8월 공극수 인산염 인은 0~0.06 mg L-1의 범위로 4대강 모두 표층에서 4 cm 이상 깊이 내려가면 불검출이었으며, 9~10월 4대강에서 인산염 인은 0.02~0.37 mg L-1의 범위로 나타났으며, 공주보에서 0.02~0.37 mg L-1의 범위로 가장 넓은 범위로 높게 측정됨
○ 생산, 침강, 분해 측면에서의 물질(유기 탄소) 수지
- 강우일과 비강우일의 기상 차이가 큰 7~8월에 조사하다보니 당일 기상에 따라 광량의 변동폭이 크므로, 수층에서의 일차생산력은 한 달 평균 광량으로 산정하였으며 0.070~129.0 g C m-2 d-1의 범위였음
- 저층에서의 용존무기질소와 인산염 인은 7~8월 이포보 지점 2에서의 인산염 인을 제외하고는 퇴적물로 유입되는 양상으로 나타났으며, 용출률은 일차생산자가 필요로 하는 용존무기질소와 인산염 인의 0.4%미만에 지나지 않았음
- sediment trap을 저층 바닥에 설치하여 측정한 유기탄소 침강률은 0.378~9.507 g C m-2 d-1 의 범위였음
- 일차생산력 대 침강률의 비율은 0.028~26.56으로 나타났으며 7~8월에는 영산강 죽산보를 제외하고는 일차생산력에 의해 생성된 유기물의 상당량이 퇴적물로 침강하지 않고 수층에서 상위 영양단계로 전달 또는 미생물에 의해 분해되거나 또는 수평이동(lateral transport)을 통해 하류로 이동했음을 시사하는 반면, 9~10월에는 수층에서 일차생산자에 의해 생성된 유기물에 비해 퇴적물로 침강되는 양이 많으므로 상류로부터 기인한 육상기원의 유기물 또한 퇴적물로 유입되는 것으로 추측됨
- 퇴적물 산소소모에 의해 분해되는 유기탄소는 침강률의 3~75%(잠재적 분해율 포함)에 해당하는 수준이고, 잔류되는 비율은 10월 영산강 죽산보, 8월 공주보 순으로 높음
○ 퇴적물에서 유기탄소 잔류비율의 조절요인
- 4대강 지점2에서의 산소 투과깊이는 2 mm 이내로(국립환경과학원, 2015), 퇴적물에서 유기물 분해는 주로 혐기성 환경에서 이루어짐
- 혐기성 분해는 호기성 분해에 비해 속도는 느리나 다양한 전자수용체(질산이온, 산화망간, 산화철, 황산이온)가 충분히 공급된다면, 퇴적물 내 유기물은 잔류하지 않고 분해가 되나, 그렇지 않을 경우 메탄생성 세균에 의해 유기물이 분해가 되며 메탄 생성에 의한 유기물 분해 시 미생물이 얻을 수 있는 에너지는 가장 작으며, 느리게 일어남
10. 시료 보존 기한실험(표준화 보완)
○ 퇴적물 채취 후 4시간 이내에 퇴적물 산소소모율 측정과 24시간 냉장 보관 후 퇴적물 산소소모율 측정값을 비교함
- 퇴적물 채취 후 4시간 이내에 실험을 시작한 퇴적물에서의 산소소모율은 0.77~2.10 g m-2 d-1 로 측정되었으며, 24시간 냉장 보관 후 측정한 퇴적물 산소소모율은 0.76~1.58 g m-2 d-1로 측정됨
→ 4시간 이내에 퇴적물 산소소모율을 측정한 값보다 24시간 냉장 보관 후 퇴적물 산소소모율을 측정한 값이 낮게 조사되었으나, 통계적으로는 유의하지 않았음
11. 4대강 이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보에서 퇴적물 산소소모율 및 영양염 용출률 교차실험
○ 한양대와 각 기관사이의 퇴적물 산소소모율 교차실험 결과
- 7~8월에 이중 분석한 시료에서 기관별 퇴적물 산소소모율은 RPD가 4.5~14.2% 범위로 상대적으로 높은 재현성을 보였음
- 9~10월에 이중 분석한 시료에서 기관별 퇴적물 산소소모율은 이포보에서 (RPD : 11.1%) 상대적으로 높은 재현성을 보였으며, 강정고령보(RPD : 51.1%)와 공주보(RPD : 26.7%)에서 상대적으로 낮은 재현성을 보였음
○ 한양대와 각 기관 간의 퇴적물 영양염 용출률 교차실험 결과
- 7~8월에 이중 분석한 시료에서 기관별 영양염 용출률은 강정고령보에서 RPD, RSD가 각각 1~45%, 1~32%의 범위로 상대적으로 양호하며, 이포보와 공주보 RPD는 각각 67~232%, 1~127%, RSD는 48~164%, 0~90%로 기관별 재현성이 낮았음
- 특히, 이포보에서 인산염 인의 용출률은 용출/유입 양상이 상반되게 나타남
- 이러한 결과는 장시간 안정화 또는 퇴적물 재부유로 인한 초기농도 변화로 서로 다른 양상을 보인 것으로 판단됨
- 9~10월에 이중 분석한 시료에서 기관별 저층 영양염 용출률은 이포보에서 RPD, RSD가 각각 BRL*~90%, BRL~63%, 강정고령보에서 BRL~109%, BRL~77%, 공주보에서 83~188%, 59~133%로 세 기관 모두 기관별 재현성이 낮았음(*BRL : Below reporting limit)
- 이러한 결과는 장기간 챔버 내로 상등액을 장시간 주입 및 챔버의 장시간 안정화(초기농도 차이)와 코어 샘플간 유기물 및 입도특성의 차이로 판단됨
- 추후 영양염 용출률 분석 시 기관 간 호환성 보증을 위해 사전 교육뿐만 아니라 숙련도 확인이 필요하고, 영양염 용출률의 RPD가 계속적으로 높을 시 반복구 코어를 3개 권장함
(출처 : 요약문 4p)
목차 Contents
- 표지 ... 1제 출 문 ... 2요 약 문 ... 4목차 ... 22표목차 ... 25그림목차 ... 26I장. 서론 ... 27 1절. 연구 배경 및 필요성 ... 27 2절. 국내외 연구 동향 ... 28 3절. 연구 목적 ... 28II장. 연구내용 및 방법 ... 31 1절. 연구 범위 ... 31 1. 조사내용 ... 31 2. 대상지점 ... 31 2절. 시료채취 및 분석방법 ... 38 1. 수층 시료채취 ... 38 2. 퇴적물 시료채취 ... 38 3. 수층 시료분석 ... 40 4. 퇴적물 시료분석 ... 42 5. 퇴적물 산소소모율(SOD ... 43 6. 퇴적물 산소소모율(SOD ... 46 7. 퇴적물 영양염 용출률(BNF ... 46 8. 퇴적물 영양염 용출률(BNF ... 49III장. 연구 결과 및 고찰 ... 51 1절. 보 퇴적물의 산소소모율, 영양염류 용출률 측정 교육 및 크로스 체크 ... 51 2절. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물 산소소모율 ... 52 1. 보 부근 퇴적물(지점1 또는 지점3)의 산소소모율 ... 52 2. 보 부근 퇴적물(지점1 또는 지점3) 입도 ... 53 3. 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 지점(지점2 또는 지점4) 퇴적물의 산소소모율 ... 55 4. 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 지점(지점2 또는 지점4) 퇴적물의 입도 ... 56 5. 지점에 따른 퇴적물 산소소모율(또는 잠재적인 산소소모율) 비교 ... 58 6. 지점에 따른 퇴적물 코어의 평균입경 비교 ... 58 3절. 퇴적물 산소소모율의 조절요인 ... 60 1. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물 산소소모율 비교 ... 60 2. 저층수 수온과 퇴적물 산소소모율 관계 ... 62 3. 저층수 용존산소(DO ... 65 4. 퇴적물 입도와 퇴적물 산소소모율 관계 ... 67 5. 퇴적물의 유기물과 산소소모율의 관계 ... 71 4절. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 영양염 용출률 ... 77 1. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물의 암모니아성 질소 용출률 ... 77 2. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물의 아질산성+질산성 질소 용출률 ... 85 3. 4대강 14개 보의 7~8월과 9~10월 퇴적물의 인산염 인 용출률 ... 93 5절. 4대강 주요 보(이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보)에서 7~8월과 9~10월 저층(저층수+퇴적물) 산소소모 중 퇴적물 산소소모의 상대적 중요성 ... 101 1. 보 부근 지점(지점 1)에서의 7~8월과 9~10월 저층(저층수+퇴적물) 산소소모 중 퇴적물 산소소모의 상대적 중요성 ... 101 2. 지형상 유속이 느려질 것으로 예상되는 곳(지점 2)에서의 7~8월과 9~10월 저층(저층수+퇴적물) 산소소모 중 퇴적물 산소소모의 상대적 중요성 ... 101 3. 지점 1과 지점2 종합 ... 102 6절. 4대강 주요 보(이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보)에서 물질 순환 ... 105 1. 수층 구조 ... 105 2. 공극수의 수직적 지화학 특성 ... 107 3. 생산, 침강, 분해 측면에서의 탄소 순환 ... 109 4. 퇴적물에서 유기탄소 잔류비율의 조절 요인 ... 113 7절. 시료 보존 기한실험(표준화 보완) ... 114 8절. 4대강 이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보에서 퇴적물 산소소모율 및 영양염 용출률 교차실험 ... 115 1. 한양대와 각 기관 간의 퇴적물 산소소모율 교차실험 결과 ... 115 2. 한양대와 각 기관 간의 퇴적물 영양염 용출률 교차실험 결과 ... 116IV장. 결론 ... 119 1절. 보 퇴적물의 퇴적물 산소소모율, 영양염류 용출률 측정 교육 및 크로스 체크 ... 119 2절. 7~8월과 9~10월의 4대강 14개 보 퇴적물 산소소모율 ... 119 3절. 퇴적물 산소소모율의 조절요인 ... 119 4절. 7~8월과 9~10월의 4대강 14개 보 퇴적물의 영양염류 용출률 ... 120 5절. 4대강 주요 보(이보포, 강정고령보, 공주보, 죽산보)에서 저층 산소소모 중 퇴적물 산소소모의 상대적 중요성 ... 120 6절. 4대강 주요 보(이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보) 수층구조 ... 121 7절. 4대강 주요 보(이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보) 퇴적물의 지화학적 특성 ... 121 8절. 4대강 주요 보(이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보)에서 생산, 침강, 분해 측면에서의 탄소수지 ... 121 9절. 시료 보존 기한실험(표준화 보완) ... 122 10절. 4대강 이포보, 강정고령보, 공주보, 죽산보에서 퇴적물 산소소모율 및 영양염 용출률 교차실험 ... 122V장. 기대성과(활용방안) 또는 향후 계획 ... 125VI장. 참고문헌 ... 127끝페이지 ... 130
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