Abstract
Jinhae Bay once was a productive area of fisheries. It is, however, now notorious for its red tides; and oxygen deficient water-masses extensively develop at present in summer. Therefore the shellfish production of the bay has been decreasing and mass mortality often occurs. Under these circumstances, the three-dimensional numerical hydrodynamic and the material cycle models, which were developed by the Institute for Resources and Environment of Japan, were applied to analyze the processes affecting the oxygen depletion and also to evaluate the environment capacity for the reception of pollutant loads without dissolved oxygen depletion. In field surveys, oxygen deficient water-masses were formed with concentrations of below 2.0mg/l at the bottom layer in Masan Bay and the western part of Jinhae Bay during the summer. Current directions, computed by the $M_2$ constituent, were mainly toward the western part of Jinhae Bay during flood flows and in opposite directions during ebb flows. Tidal currents velocities during the ebb tide were stronger than that of the flood tide. The comparision between the simulated and observed tidal ellipses showed fairly good agreement. The residual currents, which were obtained by averaging the simulated tidal currents over 1 tidal cycle, showed the presence of counterclockwise eddies in the central part of Jinhae Bay. Density driven currents were generated southward at surface and northward at the bottom in Masan Bay and Jindong Bay, where the fresh water of rivers entered. The material cycle model was calibrated with the data surveyed in the field of the study area from June to July, 1992. The calibrated results are in fairly good agreement with measured values within relative error of $28\%$. The simulated dissolved oxygen distributions of bottom layer were relatively high with the concentration of $6.0{\sim}8.0mg/l$ at the boundaries, but an oxygen deficient water-masses were formed within the concentration of 2.0mg/l at the inner part of Masan Bay and the western part of Jinhae Bay. The results of sensitivity analyses showed that sediment oxygen demand(SOD) was one of the most important influence on the formation of oxygen depletion. Therefore, to control the oxygen deficient water-masses and to conserve the coastal environment, it is an effective method to reduce the SOD by improving the polluted sediment. As the results of simulations, in Masan Bay, oxygen deficient water-masses recovered to 5.0mg/l when the $50\%$ reduction in input COD loads from Masan basin and $70\%$ reduction in SOD was conducted. In the western part of Jinhae Bay, oxygen deficient water-masses recovered to 5.0mg/l when the $95\%$ reduction in SOD and $90\%$ reduction in culturing ground fecal loads was conducted.
진해만은 빈산소로 인한 수산생물의 생산성 저하가 현저하다. 본 연구에서는 진해만의 수질환경개선 및 회복을 위해서 빈산소 수괴의 형성방지가 무엇보다도 중요하다고 생각되어 해수유동 및 물질순환 모델을 이용하여 빈산소 수괴 형성상태를 재현하였고, 주요 오염부하가 용존산소에 미치는 영향의 정도를 예측하여 어장환경 관리방안을 도출한 결과는 다음과 같다. 저층의 용존산소 농도분포는 수온 및 밀도성층과 밀접한 관계를 가지고 변동하였고 수온성층이 가장 강했던 $6{\sim}7$월에 양식어장이 밀집된 진해만 서부해역과 마산만 해역에서 2.0mg/l이하의 빈산소 수괴가 형성되었다. 해수유동 모델에 의한 $M_2$분조 계산결과 창조시 유향의 주류는 가덕수로를 통하여 서쪽으로 이동하였고 일부는 마산만으로 유입되었으며, 낙조시는 반대방향이었다. 최강유속은 가덕수로 부근에서 발생하였고 진동만, 고현성만, 원문만등의 진해만 서부해역과 마산만에서는 5cm/sec이하로 미약하였다. 항유는 만 중앙부와 칠천도 사이에서 반시계방향의 환유가 형성되는 것이 특징적이었으며, 마산만이나 당황만 입구 부근에서는 표층의 경우 남향의 흐름이 나타났고, 저층에서는 북향의 흐름이 형성 되었다. 물질순환 모델의 보정결과 상관성은 0.85이상을 보였고 상대오차는 $28\%$이하의 범위내에서 여름철의 빈산소 수괴를 재현하였다. 각종 오염부하가 용존산소에 미치는 영향의 정도와 범위를 시뮬레이션을 통하여 예측한 결과 SOD가 전지역에 걸쳐 가장 큰 영향을 나타내었고 ,마산만의 유입부하도 용존산소 분포에 큰 영향을 미쳤으나 마산만내 국한되어 나타났으며, 양식생물에 의한 부하는 영향도 적었고 진해만 서부해역에 국한되었다. 빈산소 수괴가 강하게 형성되는 마산만과 진해만 서부해역의 빈산소 수괴 형성방지를 위해 효율적인 오염저감 대책으로서 마산만의 경우 유입 COD부하와 SOD를 저감해야하며, 진해만 서부해역의 경우 SOD가 주가 되어야 함을 알 수 있었다. 회복시켜야 할 용존산소 농도를 해역II등급인 5.0mg/l의 농도를 유지시키기 위해서는 마산만의 경우 유입되는 COD 부하를 $50\%$, SOD를 $70\%$로 저감해야 하며, 진해만 서부해역의 경우 SOD를 $95\%$, 양식생물 오염부하를 $90\%$까지 저감해야 되는 것으로 나타났다.