• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.78-78
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• 2011

수자원 확보를 위해 건설된 저수지는 내외부위의 여러 가지 환경영향으로 인해 수질문제가 종종 발생한다. 이런 수질문제에 대처하기 위해 다양한 형태의 수질개선 장치가 고안되어 적용되고 있으며, 물순환장치도 그 중에 하나이다. 물순환장치는 수층에 산소를 공급하고 표층의 조류제어, 이취미 제거 등 다양한 목적으로 사용된다. 본 연구에서는 저수지에 설치된 대류식 물순환장치의 수질개선 효과를 평가해 보았다. 수체가 큰 저수지에서의 조사는 매우 어려운 점이 있으나, 조사방법은 물순환장치로 부터 일정거리에서 수심별 수질조사를 실시하였으며, 물순환장치가 가동되는 지역과 장치가 없는 지역에 대한 조사를 실시하여 그 차이 만큼을 수질개선 효과로 평가하였다. 현장조사는 물순환장치로부터 1m, 3m, 5m, 7m, 10m, 13m, 15m 떨어진 지점에서 유속과 수질조사를 실시하였으며, 유속은 표면유속만 측정하였고 수질은 수표면에서부터 저수지 바닥까지 조사를 실시하였다. 조사기간 동안 수체의 물리적 조건은 계절에 따라 다양한 변화를 보였으나, 양수된 저층수의 흐름은 수평방향으로 흘러들어가면서 온도변화에 따라 혼합되거나 하강하는 것으로 나타났다. 심층 혐기성층이 발달된 상황에서 물순환장치의 가동은 물순환장치 흡입구 근처의 혐기성층을 흡입하여 표층으로 확산시켰고 이로인해 주변의 수체가 물순환장치 흡입구로 밀려오면서 심층의 혐기성층이 약화되는 현상을 나타냈다. 조류가 발생한 기간중에 물순환장치에 의한 조류제어 효과는 심층수가 상승하여 확산되는 수평방향으로 반경 약 10m 지점까지 조류농도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며 조류농도가 낮아지는 기간에는 그 영향범위가 조금 적어지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼때 저수지에 설치되어 운영되는 대류식 물순환장치는 심층의 혐기화 개선과 표층의 조류제어에 효과가 있는 것으로 판단할수 있으나, 조류제어에 대해서는 좀 더 심도있는 조사가 필요할 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.502-502
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• 2023

지난 140여년(1880~2022)간 지구의 연평균 기온은 약 1.5℃ 상승하였다. 이에 따라 폭염, 홍수, 가뭄 등 이상기후 발생이 급증하고 있으며, 생태계가 급격히 변화하여 담수호의 산소량 또한 급속히 감소하고 있다. 소양호는 총길이 60 km, 유역면적 2.703 km², 최대저수량 29억톤으로, 유역면적은 북한강 유역의 25%에 달하며 북한강 상류에 위치하고 있는 국내 최대의 인공호이다. 따라서 소양호 유역의 관리는 북한강 유역의 수질 관리와 수도권 수자원 공급의 핵심 중 하나라고 볼 수 있다. 그러나 기후변화에 따라 소양호의 성층현상에도 변동이 생겼을 것으로 판단되고 있다. 호소의 성층현상은 수심에 따른 온도의 변화로 발생하는 현상으로, 성층현상이 심하면 유체는 연직운동이 제한되고 상대적으로 수평방향 운동이 활발해진다. 소양호는 수심이 매우 깊으며, 열용량이 크기 때문에 여름에 성층이 형성되는 온대일순환호(warm monomictic lake)로 분리된다. 성층현상이 심하면 호소 하부의 저층에서는 용존산소가 거의 없어 혐기성 상태가 되고, 침전된 유기물이 혐기성 미생물에 의해 분해되기 때문에 수질은 크게 악화된다. 따라서 본 연구는 30년간의 소양호의 수온과 DO의 변동을 분석하여 성층현상의 변동성을 파악하고자 하였다. 이에 따라 약 30년간(1993년 1월~2022년 12월) 0~90 m까지 측정한 수온, DO 데이터를 이용하였다. 데이터는 매달 최소 1회~최대 5회 측정된 자료 중 가장 수심이 깊게 측정된 날의 자료를 이용하였다. 1월과 2월의 데이터는 동절기로 인해 소양호 조사를 실시할 수 없어 제외하였다. 수온의 경우 30년간 서서히 증가하는 경향을 보였으며 0~90m 전반에 걸쳐서도 대체로 증가하는 경향을 보였다. 또한 6월에 성층현상이 더 심해지고, 겨울에는 연직운동이 감소하는 모습을 보였다. DO의 경우 용존산소가 중층에서 최저를 보이는 Metalimnetic oxygen minimum을 보였으며, 2008년까지는 거의 매년 농도 2.0mg/L 이하인 달이 있었으나 그 이후에는 회복되어 대부분 2.0 mg/L 이상을 보였다. 그러나 심층의 경우에는 2014년부터 DO 농도 3 미만으로 떨어지는 경우가 증가하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.44-44
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• 2011

저수지와 같은 갇혀진 수체는 상류에서 유입되는 오염물질 뿐만 아니라 성층현상에 의해서도 오염될 수 있다. 안정된 성층은 혐기성 조건을 제공하여 바닥에서의 과도한 조류성장을 유발하고 연직순환흐름을 방해한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 환경적인 문제를 감소시킬 수 있도록 중요한 역할을 한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 이러한 오염을 줄이는데 중요한 역할을 하는데, 연직순환을 일으키는 인자로는 빛의 입사, 바람, 물의 온도 및 열의 확산 등이 있으며, 그중에서도 가장 중요한 것은 바람의 영향이다. 그러므로 성층화된 흐름에서 바람에 의해 발생하는 연직순환에 대한 수치모형을 개발하고 적용하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 수온성층흐름에서의 순환흐름을 해석하기 위하여 유속성분을 계산하고 자유수면 변위와 온도, 염도등과 같은 스칼라양의 해석을 위해 다음과 같은 3단계의 방법을 이용하였다. 첫 번째 단계(정수압 계산단계)에서는 운동량 방정식의 경사항을 음해적으로 해석하고, 두 번째 단계(자유수면 보정단계)에서는 자유수면의 변화를 계산하고 수평방향 유속성분을 계산한다. 예측-수정자 방법(predictor-corrector step method)을 이용하여 자유수면변위와 유속을 구하였다. 마지막으로 세 번째 단계(이송-확산단계)에서는 이송-확산 방정식을 이용하여 스칼라양을 계산하였다. 본 연구에서 제시한 모형의 정확도를 검증하기 위하여 정사각형수조에서 진동하는 자유수면의 해석해와 비교하였고, 성층화된 흐름에서 발생하는 연직순환에 대하여 수치모의를 실시하였다. 그 결과, 본 연구에서 개발된 수치모형이 흐름 내부의 현상을 잘 묘사함을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권5호
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• pp.472-479
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• 2006

퇴적물로부터 오염물질 용출은 상등수 수질에 많은 영향을 미친다. 본 연구에서는 pH와 산화환원전위에 따른 상등수 및 퇴적물의 인 존재형태의 변화를 관찰하였다. 상등수가 순환되어 호기성 상태를 유지하는 경우, 성층현상으로 인하여 혐기성을 띠는 경우, 퇴적물 상부에 모래 캡핑이 포설된 상태에서 혐기성을 띠는 경우 등 3가지 경우를 가정하여 상등수의 인 형태별 농도를 측정하였다. 퇴적물에서 인 용출은 상등수가 산성일 경우 증가하였으며, 캡핑은 인 용출량을 저감시키고, $PO_4-P$의 용출을 지연시키는 효과가 있는 것으로 나타났다. 상등수와 퇴적물이 혐기성일 때 상등수의 pe/pH가 인이 apatite 상태로 안정하게 존해하는 범위에서 상등수의 인농도는 감소하여 일정한 농도를 나타냈다. 세개의 칼럼에서 최종 평균 인 농도는 순환칼럼에서 0.223 mg/L, 비순환칼럼에서 0.342 mg/L, 캡핑칼럼에서 0.184 mg/L로 캡핑된 칼럼에서 가장 낮게 나타났다. 성층현상에 의해 수질이 악화될 수 있는 호소에 캡핑을 활용할 경우 퇴적물에 의해서 상등수의 인 농도를 감소할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권12호
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• pp.1345-1352
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• 2007

퇴적물로부터 용출되는 영양염류가 인공호수인 남양호의 수질에 미치는 영향을 예측하기 위하여, 실험실에서 퇴적물의 조건을 호기 및 혐기조건으로 설정한 후 영양염류의 용출속도를 측정하였다. 퇴적물로부터 유기물과 질소의 용출은 일어나지 않는 것으로 판단된다. 인산염 인과 총인의 경우 수체 내 산소조건에 따라 용출 양상이 달랐는데, 혐기조건에서는 인이 용출되지 않은 반면, 호기 조건에서는 많은 양의 인이 용출되었다. 실험 결과를 기초로 호기조건에서 인의 용출 속도를 계산한 결과 인산염 인의 경우 $1.01\sim2.48$ mg-P/$m^2$/day이며, 총인의 경우는 $2.14\sim3.54$ mg-P/$m^2$/day로 나타났다. 상류에서 채집한 퇴적물에서 인의 용출 속도가 가장 빨랐는데, 이는 유입수에 쉽게 분해 가능한 유기물이 다량 포함되어 있기 때문으로 사료된다. 남양호의 경우 가장 깊은 하류의 수심이 $7\sim14$ m로 성층화가 이루어지지 않기 때문에, 대부분의 퇴적물 환경이 호기성 상태이다. 본 연구의 결과 남양호 퇴적물 중에 포함된 인이 호기성 상태에서 다량 용출되고 있기 때문에 인의 용출에 의한 수질 오염 문제에 대한 적절한 대책이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지구과학회지
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• 제21권6호
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• pp.683-694
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• 2000

중생대 백악기 함평분지의 고퇴적환경과 지질연대를 지화학, 암상 분포, 퇴적암석학 그리고 고식물학 측면에서 재고찰을 시도하였다. 연구 결과는 함평분지가 하성과 호성층으로 구성된 구조적으로 활동적인 분지였음을 시사한다. 이 분지에서는 주변 지형과 관련되어 분명한 환경 변화를 시사하는 산성응회암류, 흑색 셰일/사암상, 적색층, 응회암질 역암을 포함하는 중성응회암류 등 4가지 암상이 인지되었다. 구조적 운동에 수반하여 일어난 화산활동이 이들 퇴적층을 형성시킨 퇴적물을 주로 제공하였을 것이다. 이들 퇴적층들은 인접한 해남분지와 잘 대비된다. 그리고 화산성 기원의 퇴적물들은 유천층군에 해당하는 능주층의 경우와 유사하다. 분지 내에서 흑색 셰일의 광역적인 분포는 혐기성 환경 하에서 퇴적이 이루어졌음을 지시한다. 이들 암층에 있어서의 유기탄소의 함량(0.81%에서 1.75%)은 석유근원 셰일의 평균치 정도로 나타났다. 식물화석은 흑색셰일과 사암에서 산출된다. Platanoid류 잎 화석의 산출은 이들 퇴적층이 Oishi의 피자식물 계열 지층에 해당하며 시대상 Aptian/Albian 또는 보다 신기 지층임을 시사한다.

• Ocean and Polar Research
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• 제44권1호
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• pp.1-11
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• 2022

Hypoxia can affect water-atmosphere methane flux by controlling the production and consumption processes of methane in coastal areas. Seasonal methane concentration and fluxes were quantified to evaluate the effects of seasonal hypoxia in Dangdong Bay (Gyeongsangnamdo, Jinhae Bay, South Korea). Sediment-water methane flux increased more than 300 times during hypoxia (normoxia and hypoxia each 6, 1900 µmol m^-2 d^-1), and water-atmospheric methane flux and bottom methane concentration increased about 2, 10 times (normoxia and hypoxia each 190, 420 µmol m^-2 d^-1; normoxia and hypoxia each 22, 230 nM). Shoaling of anaerobic decomposition of organic matter in the sediments during the hypoxia (August) was confirmed by the change of the depth at which the maximum hydrogen sulfide concentration was detected. Shoaling shortens the distance between the water column and methanogenesis section to facilitate the inflow of organic matter, which can lead to an increase in methane production. In addition, since the transport distance of the generated methane to the water column is shortened, consumption of methane will be reduced. The combination of increased production and reduced consumption could increase sediment-aqueous methane flux and dissolved methane, which is thought to result in an increase in water-atmospheric methane flux. We could not observe the emission of methane accumulated during the hypoxia due to stratification, so it is possible that the estimated methane flux to the atmosphere was underestimated. In this study, the increase in methane flux in the coastal area due to hypoxia was confirmed, and the necessity of future methane production studies according to oxygen conditions in various coastal areas was demonstratedshown in the future.

• 한국해양학회지:바다
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• 제2권2호
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• pp.53-68
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• 1997

인공적으로 조성된 시화호는 현재 부분적인 해수혼입을 제외하고는 해수의 순환이 차단된 폐쇄 환경을 이루고 있으며 끝막이 공사 후 6 m 이심에 갇혀있는 잔존 저층해수로 인하여 수직적으로 강력한 염분 의존형 밀도 성층에 의한 2층 구조(two-layered system)를 보이고있다. 이러한 물리적 조건에서 시화호 주변의 6개 주요 하천으로부터 유입되는 막대한 양의 유기물질 및 암모니아염은 시화호의 저산소 및 무산소 환경을 가속화시키고 있으며 이에 따라 시화호의 생지화학적 환경은 흑해(Black Sea)와 같이 전 계절을 통하여 6 m 부근 심도의 밀도경사면을 상하로 뚜렷한 산화와 환원 환경으로 나뉘어지고 있다. 본 연구는 이러한 인위적 환경에서 나타나는 여러 유, 무기 화합물과 원소의 생지화학적 분포특성과 종분화 그리고 과정에 대하여 산화-환원 경계면을 중심으로 다루고자 하였다. 연구 결과 용존산소는 유기물이 축적되어 있는 밀도 경계면 이심의 저층 잔존 해수층에서 고갈되어 있으며 이에 띠라 약 1억톤에 달하는 저층 해수수괴가 환원환경을 이루고있다. 질산염과 아질산염은 산화 환경인 저염의 표층에서 높게 나타났고 환원 환경인 고염의 저층에서는 급격히 감소하여 나타났다. 반면 암모니아염은 저층수괴에서 75에서 360 ${\mu}M$에 이르는 매우 높은 농도를 보이는데 이는 저층으로 침강 유입된 유지불의 혐기성 분해에 따른 ammonification이 주된 원인으로 보인다. 1996년 4월부터 8월까지 약 3억톤의 시화호 내 표층수가 연안으로 방류되고 상당량의 외해수 혼입에도 불구하고 시화호 내 저층수의 환원환경이 유지 또는 가속화되는 주된 원인은 저층의 잔존 해수수괴에 trap 된 침강 유기물의 산소 소비 속도와 제한적으로 공급되는 산소공급이 불균형을 이루고 있기 때문이다. 시화호의 수질 환경면에서 볼 때 현재와 같이 2층구조의 염분도의존형의 밀도 성층이 유지되는 한 사화호 수질의 개선 전망은 밝지 못한 것으로 판단된다.