• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.89-89
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• 2022

하천 합류부에 지천이 유입되는 경우 복잡한 3차원적 흐름 구조를 발생시키고 이로 인해 유사혼합 및 지형 변화가 활발히 발생하게 된다. 특히, 하천 합류부에서 부유사 거동은 하천의 세굴과퇴적, 하천 지형 변화, 하천 생태계, 하천구조물 안정성 등에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 이에 대한 정확한 분석이 하천 관리 및 재해 예방에 필수적인 요소이다. 기존의 하천 합류부 부유사 계측 자료들은 재래식 채취 방식으로 수행되어 시공간적 해상도가 매우 낮아서 실측 자료만으로 합류부에서 부유사 혼합을 분석하기에는 한계가 존재하기에 대하천의 부유사 혼합 거동 해석에 수치모형이 주로 활용되어 왔다. 본 연구에서는 하천 합류부에서 부유사 거동을 공간적으로 정밀하게 분석하기 위해 드론 기반초분광 영상을 활용하여 하천 합류부에 최적화된 부유사 계측 방법론을 제시하였다. 현장에서 계측한 초분광 자료와 부유사 농도간의 관계를 구축하기 위하여 기계학습모형인 랜덤포레스트(Random Forest) 회귀 모형과 합류부에서 분광 특성이 다른 두 하천의 특성을 정확하게 반영하기 위한 가우시안 혼합 모형 (Gaussian Mixture Model) 기반 초분광 군집화 기법을 결합하였다. 본 연구에서 구축한 방법론을 낙동강과 황강의 합류부에 적용한 결과, 초분광 군집을 통해 두하천 흐름의 경계층을 명확히 구별하였으며, 이를 바탕으로 지류와 본류에 대해 각각 분리된 회귀 모형을 구축하여 복잡한 합류부 근역 경계층에서의 부유사 거동을 보다 정확하게 재현하였다. 또한 나아가서 재현된 고해상도의 부유사 공간분포를 바탕으로 경계층에서 강한 두 흐름이 혼합되어 발생한 와류(Wake)가 부유사 혼합에 미치는 영향을 규명하였고, 하천 합류부에서 발생하는 전단층의 수평방향 대규모 와류가 부유사 혼합 양상에 지배적 영향을 미치는 것으로 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.264-264
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• 2022

하천의 합류부는 두 개 이상의 하천이 하나로 합쳐지는 구간으로 서로 다른 특성으로 인해 급격한 흐름의 변화와 수리학적 지형변화가 발생하는 구간이다. 하천의 합류부에서는 유체의 물리화학적인 특성과 흐름 구조의 변화가 발생할 수 있다. 흐름 구조의 변화로 인한 유사 이송으로 세굴과 같은 지형적인 변화가 발생할 수 있다. 합류부의 혼합을 이해하기 위해서는 본류와 지류의 다양한 유입조건에 따른 공간적인 패턴을 분석하는 것이 중요하다. 그러나, 대부분의 합류부 연구들은 실측에 기반한 공간적인 패턴 분석의 어려움으로 인해 실내실험 또는 수치모형에 의존하여 연구가 수행되어, 실측자료에 기반한 공간적인 수체혼합의 분석은 매우 제한적이었다. 따라서, 본 연구에서는 하천 합류부의 혼합 현상을 규명하는 인자로 흐름 방향 유속, 2차류와 수심 등 기본적인 수리학적 인자들 외에 연직, 수평 방향으로 측정한 수질 자료와 드론 영상을 활용하여 합류부의 혼합 특성을 해석하고자 하였다. 수질 자료 중 하천의 혼합을 가장 잘 확인할 수 있는 인자로써 전기전도도와 온도를 활용하였다. SonTek ADCP를 이동식으로 횡단하여 측정해 흐름 방향 유속과 2차류, 수심을 확인하였다. ADCP를 운용함과 동시에 YSI의 수질센서를 활용하여 연직, 수평 방향으로의 전기전도도와 온도의 분포를 확인하였다. 또한, 합류부의 2차원 공간적인 분포를 확인하기 위해 드론 영상을 촬영하였다. ADCP, YSI, 드론의 계측자료는 한국의 낙동강과 남강 합류부에서 측정되었고, 분석 결과 계측장비 간의 경향성이 일치하였다. 또한, 이전에 진행된 해외의 합류부 연구 결과와 유사한 결과가 관측되었으나, 일부 부분에서는 다른 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.94-94
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• 2022

본류와 지류가 만나는 하천 합류부에서 발생하는 복잡한 흐름 구조는 하상변동에 영향을 주며, 본류와 다른 특성을 보이는 지류의 유입은 수질과 수생태계에도 영향을 준다. 합류부는 하천 변화의 다양성을 보이기 때문에 하천 관리 측면에서 중요한 구간으로, 흐름 및 혼합 특성 이해가 중요하다. 합류부에서의 흐름 및 혼합은 본류와 지류의 유량비, 밀도차, 단차, 합류각, 하도형상 등의 영향으로 그 양상이 달라지며, 흐름장 및 두 수체에 의한 이송물질의 혼합이 이루어졌다고 간주하는 혼합거리는 지류가 본류에 미치는 영향 범위 분석을 위한 중요한 매개변수이다. 본 연구에서는 합류부 흐름에 미치는 주요 인자 중 유량비와 밀도차가 합류부 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 수치해석을 통해 분석하고, 조건의 변화에 따른 혼합거리를 예측해 보고자 한다. 본 연구의 대상 지역인 낙동강-황강 합류부는 다기능보와 댐의 운영에 따라 유입 유량 및 유량비가 조절되며, 여름철에는 황강의 수온이 낙동강보다 평균 4℃ 이상 낮으며, 9℃(지류 20℃; 본류 29℃) 이상의 수온차가 발생하기도 한다. 이 경우 밀도비는 0.998로 밀도류가 발생할 수 있는데, 밀도류가 발생할 경우 수표면과 저층이 분리되어 흐르기 때문에 동일 유량 조건에서도 혼합 양상은 달라진다. 밀도류가 발생하기 위해서는 수표면과 저층이 분리되는 성층이 발달해야 하는데, 이는 유속 또는 유량의 범위에 따라 성층의 발달 여부가 달라질 수 있다. 이러한 현장 조건을 반영한 수치해석을 통해 다양한 유량 조건(유량비)에서 밀도의 차이(수온차)가 합류부의 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 분석해 보고자 하며, 합류부에서 밀도차에 의한 흐름의 변화 조건을 무차원수(Richardson number, Densimetric Froude number 등)를 통해 정량화해보고자 한다. 이는 지류가 본류에 미치는 영향의 정도와 범위를 파악함으로써 하천 관리를 위한 관측망 및 현장 조사의 범위 선정의 기초자료 마련뿐 아니라 본류의 수온 변화가 발생할 수 있는 범위의 파악을 통해 수생태계에 미치는 영향 파악을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제84권3호
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• pp.393-411
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• 2022

A high-performance reactive powder concrete (RPC) has been readied alongside river sand, with 1.25 mm particle size when under the condition of 80C steam curing. As a heat and sound insulation, expanded perlite aggregate (EPA) provides economic advantages in building. Concrete containing EPA is examined in terms of cement types (CEM II 32.5R and CEM I 42.5R), doses (0, 2%, 4% and 6%) as well as replacement rates in this research study. The compressive and density of concrete were used in the testing. At the end of the 28-day period, destructive and nondestructive tests were performed on cube specimens of 150 mm150 mm150 mm. The concrete density is not decreased with the addition of more perlite (from 45 to 60 percent), since the enlarged perlite has a very low barrier to crushing. To get a homogenous and fluid concrete mix, longer mixing times for all the mix components are necessary due to the higher amount of perlite. As a result, it is not suggested to use greater volumes of this aggregate in RPC. In the presence of de-icing salt, the lightweight RPC exhibits excellent freeze-thaw resistance (mass is less than 0.2 kg/m²). The addition of perlite strengthens the aggregate-matrix contact, but there is no apparent ITZ. An increased compressive strength was seen in concretes containing expanded perlite powder and steel fibers with good performance.

• 생태와환경
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• 제34권1호통권93호
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• pp.9-19
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• 2001

본 연구는 1993년 4월부터 1994년 11월까지 대청호 17개 조사지점에서 수온 성충 및 수체 혼합 현상을 평가하였다. 조사기간 동안 하절기 장마 강도의 차이는 뚜렷한 수리 수문학적 연 변화를 가져왔다. 1993년 하절기에 이론적 평균 수체류 시간은 27일로서, 1994년 하절기 (125일)에 비해 3개월 이상 짧았다. 1993년에 수온 성층화와 수층혼합 정도를 조절하는 중요한 물리적 요인은 밀도가 높은 중층수 유입현상(Interflow　current)에 의한 것으로 평가되었다. 1993년 하절기동안 상류 유입수는 호수 중류역 (댐으로 부터 27km 부근)에서 수직 하강되어 10${\sim}$20 m 수층을 통과함으로써 표충수인 호수물과는 혼합되지않는 현상을 보였다. 중층수 유입은 수온 성층화 현상의 약화, 하류역의 중층－심층에서 평균 $4＾{\circ}C$ 이상의 온도상승 효과 및 13 m 이상의 수층혼합을 가져왔다. 전자와　비교해볼 때, 1994년 하절기 중층수 유입현상은 관측되지 않았으며, 호수전체에 강한 성층이 형성되고 있음을 보였다. 1993년 온도 저항력 (Thermal resistance)은 $4.0\;{\time}\;10^5\;erg$로서, 1994년의 값($8.2\;{\time}\;10^5\;erg$)에 비해 절반 수준을 보임으로서, 수체의 물리적 불안정 상태를 시사하였다. 본 호수는 연중 겨울에 1회 수층혼합을 보이는 Warm monomixis 특성을 보였으나, 두해 사이의 수충혼합 시기는 차이를 보였다. 1993년 수층혼합은 1994년에 비해 약 1개월 일찍 일어났다. 하절기 동안 심충 수온 변화(Y)는 댐으로부터의 방류량(X)에 의해 98%까지 설명되었다($Y=4.35-0.06X+0.10X^2$, f<0.0001), 총체적으로 본 수체에서 수온 안정성, 수층혼합 시기 및 수 체류시간은 1차적으로 하절기 몬순 강도에 의해 조절되는 것으로 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.569-579
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• 2005

본 연구는 부산의 동부, 중부, 서부지역을 대표하는 양산, 김해, 진해에서 생산된 부순모래를 사용한 부순모래 콘크리트의 장기강도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 콘크리트는 전체 체적의 70~80%가 골재로 이루어져 있어 콘크리트의 특성에 골재의 품질의 영향은 매우 중요하다. 1980년대 이후, 천연자갈과 천연모래의 고갈로 콘크리트에 사용되어지는 골재는 이미 부순돌로 대체되었다. 부순모래는 해사 채취금지와 강모래의 고갈로 사용량이 증가하고 있는 경향이다. 부순모래는 혼입량의 변화와 부순모래의 혼합비(50, 60, 70, 80, 90, 100%)의 변화에 따른 콘크리트의 특성을 조사하기 위하여 강모래와 혼합하였다. 경화하지 않은 콘크리트의 성질을 조사하기 위해 슬럼프와 공기량을 측정하였다. 경화한 콘크리트의 성질을 조사하기 위해 재령 7, 28, 60, 90, 180일에 단위중량, 압축강도 그리고 탄성계수를 측정하였다. 압축강도, 단위중량 그리고 탄성계수는 재령의 증가에 따라 값이 증가하였으며 장기 재령에서도 역시 증가할 것으로 예상된다. 지역별 골재의 품질 시험결과들은 모두 KS규격을 만족하였다. 슬럼프 측정결과는 혼입률 70~80%까지는 증가하였으나 그 이상에선 감소하였다. 공기량은 마이크로 필러 현상에 의해 부순모래의 혼입률 증가에 따라 감소하였다. 재령 7, 28, 60, 90, 180일에 단위중량을 측정한 결과에 따르면, 단위중량은 부순골재의 혼입률 증가에 따라 역시 증가하였다. 재령 7, 28, 60, 90, 180일에 압축강도와 탄성계수를 측정한 결과, 압축강도는 혼입률 70%일 때 가장 높게 나타났다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제5권3호
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• pp.224-232
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• 2000

춘계 황해에서 해수의 물리적 특성과 연관된 영양염 분포양상을 파악하기 위해 1996년 4월에 한국과 중국연안을 포함하는 황해내 약 40정점에서 수온, 염분, 무기영양염류 및 엽록소-${\alpha}$(Chl-${\alpha}$)의 분포양상을 조사하였다. 춘계의 조사해역내 수괴는 연안수, 황해난류수, 양자강희석수로 분류되었으며 수괴들은 수직적인 혼합이 잘 이루어진 동계의 특성을 나타내 저층에서 표층으로의 영양염 공급이 원활히 일어나는 것으로 나타났다. 표층으로의 영양염 공급과 호전된 광조건으로 야기된 식물플랑크톤 대증식은 표층수에서 영양염을 고갈시켜 영양염의 수직적인 농도구매를 형성하였다. 춘계에는 양자강희석수의 세력약화로 고온,고염의 황해난류수가 황해 중앙해역으로 유입되어 황해 중앙해역의 저층에 존재하는 낮은 영양염 농도(정점 D9, 질산염: <2 ${\mu}$M, 인산염: <0.3 ${\mu}$M)에 영향을 미치고 있었으며, 중국 및 한국연안의 높은 영양염농도는 하천의 유입과 조석에 의한 수직혼합의 영향으로 높은 영양염 농도를 나타내는 연안수의 분포와 연관되어 있었다. 지역적인 조석전선의 형성(정점 D6)은 영양염의 이동을 제한하여 수평적인 영양염 분포에 영향을 미치는 한편, 전선수역의 높은 식물플랑크톤의 생체량(Chl-${\alpha}$=12.38 ${\mu}$gL$^{-1}$)은 표층수에서 영양염을 고갈시켰다. 결론적으로 춘계 황해는: (1)광역적으로는 영양염의 농도가 낮은 황해난류수의 유입과 영양염 농도가 높은 한국 및 중국연안의 연안수의 분포에 의해 영향을 받으며 (2) 지역적으로는 수직적인 수괴의 혼합, 식물플랑크톤의 서식분포, 그리고 조석전선이 영양염 분포에 영향을 미치고 있었다.$^{-1}$ Sv$^{-1}$)는 대한해협 (9.72${\times}$10$^{10}$ mol yr$^{-1}$ Sv$^{-1}$)보다 약 1.2배, 동중국해에서 쿠로시오에 의한 수송량(18.55${\times}$10$^{10}$ ton yr$^{-1}$ Sv$^{-1}$)에 비해서는 2/3 수준으로 높다. 결론적으로 풍부한 화학물질들을 함유한 제주해류는 남해 및 동해의 생지화학적 과정들에 있어 상당히 중요함을 시사한다.다. 수조 상층수 중 Cu, Cd, As 농도는 모든 FW, SW수조에서 시간이 지남에 따라 일관성 있게 감소하였고, 제거속도는 Cu가 다른 원소에 비해 빨랐다. 제거속도는 FW 3개 수조 중 FW5&6에서 세 원소 모두 가장 느렸고, SW 3개 수조 중에서는 SW1&2에서 가장 빨랐다. SW와 FW간 제거속도 차이는 세 원소 모두 명확치 않았다 Cr은 FW에서 전반적으로 감소하는 경향을 보였지만 SW에서는 실험 초기에 감소하다 24시간 이후에는 증가 후 일정한 양상을 보였다. Pb은 FW에서 전반적으로 감소했지만 SW에서는 초기에 급격히 증가 후 다시 급격히 감소하는 양상을 보였다 Pb 또한 Cu, Cd, As와 마찬가지로 SW1&2에서 제거속도가 가장 빠르게 나타났다. FW 상층수 중 Hg는 시간에 따라 급격히 감소했고, 제거속도는 Fw5&6에서 가장 느렸다. 이러한 결과에 근거할 때 벼가 자라고 있고 이분해성 유기물이 풍부한 FW1&2, FW3&4 토양과 상층수에서는 유기물의 분해 활동이 활발하였지만, 벼가 경작되지 않는 FW5&6과 SW 에서는 유기물이 상대적으로 결핍되어 유기물의 분해활동이 적었을 것으로 판단된다. 한편,

• 한국해양학회지:바다
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• 제21권1호
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• pp.24-35
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• 2016

2014년 울산만 내, 외측 해역에서 해양환경의 계절 변화가 식물플랑크톤 군집의 공간 분포에 미치는 영향을 파악하였다. 울산만을 태화강 하구에 위치한 내측과 외양 영향을 강하게 받는 외측으로 나누어, 내측과 외측의 환경 차이를 t-test로 검증하였다. 수온은 동계(t = -5.833, p < 0.01)와 추계(p > 0.05)에는 외측이 높았고, 춘계(t = 4.247, p < 0.01)와 하계(t = 2.876, p < 0.05)에는 내측이 높았다. 염분은 추계를 제외한 모든 계절에 내측에서 외측보다 유의하게 낮았다(p < 0.01). 동계에는 수층 혼합에 의해 전 수층에서 영양염 농도가 높았고, 하계에는 담수 유입으로 내측 표층에서 현저하게 높았다. 크기 분획된 Chl. a 양은 $20{\mu}m$보다 작은 크기의 nano, pico식물플랑크톤의 양이 많았다. 극미소 식물플랑크톤은 영양염 농도가 낮은 외양 환경에서 적응력이 높은데 이러한 결과는 조사해역이 외양의 영향을 강하게 받고 있음을 시사한다. 춘계와 하계에는 내측 정점을 중심으로 유글레나류 Eutreptiella gymnastica의 밀도가 특이적으로 높았다. 이는 강우 후 많은 담수가 유입되어 저염분 환경이 조성되고 DIN (nitrate+nitrite, ammonium)이 대량 공급되었기 때문이다. 하계에는 태화강으로부터 다량의 담수가 공급되어 담수미세 남조류 Oscillatoria sp., Microcystis sp.가 내측 정점(1-5)을 중심으로 높은 밀도로 출현하였다. 추계와 동계에는 규조류와 은편모류가 우점하였다. 높은 현존량을 보인 중심 규조류Chaetoceros 속은 성층 약화로 저층에서 공급되는 영양염류의 영향을 받아 빠르게 성장하였고, 은편모조류는 다른 식물플랑크톤의 상대적인 성장 둔화로 기회적으로 우점하였다. 결과적으로 울산만은 강우기인 춘계와 하계에 태화강의 영향을 강하게 받아 내측 정점을 중심으로 저염분, 고영양염 환경이 유지되었고, 추계와 동계에는 만 외측 외양수의 영향을 크게 받았으며, 식물플랑크톤 군집은 크게 이 두가지 환경요인에 의해 계절적으로 제어되는 것으로 판단되었다.

• 환경생물
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• 제31권1호
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• pp.19-36
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• 2013

남해 동부해역에서 해수는 계절에 따라 서로 다른 수질환경 특성의 수괴들에 의해 조절되는 것으로 밝혀졌다. 홍수기인 여름철 표층수는 북한한류 기원의 동해 냉수괴 특성의 수괴-A (East Sea Cold Water), 담수의 영향이 강한 연안성 수괴-B (river-dominated coastal water), 연안 염하구성 수괴-C (coastal pseudo-estuarine water)로 구분된다. 특징적으로 높은 영양염과 엽록소 농도를 갖는 저염의 염하구성 수괴-B는 홍수기인 여름철에 해안선에서 수 십 km 떨어진 해역까지 짧은 기간 일시적으로 형성되며, 집중호우 등 몬순(monsoon)기후 특성을 갖는 우리나라 연안역에서 육지-해양간 물질 순환에 상당한 역할을 할 것으로 사료된다. 여름철 저층수는 저온-고염의 냉수인 저층 냉수괴-D(bottom cold water)가 지배적이며, 표층수의 수괴들과 비교하여 전체적으로 수온, pH, 용존 산소량은 낮은 반면, 높은 영양염 농도 특성을 갖는다. 여름철 저층 냉수괴의 높은 영양염 농도는 강한 성층과 낮은 수온으로 인하여 식물플랑크톤 번식이 제한되어 보존-축적된 결과로, 갈수기인 겨울철 영양염의 주요 공급원으로 작용한다. 갈수기인 겨울철 연구해역의 해수환경은 여름철과 다르게 대마난류수 (수괴-E)가 광범위하게 분포하며, 해안선을 따라 연안역의 좁은 범위에 대마난류수가 약간 변질된 연안성 수괴-F가 분포한다. 특히 광양만, 마산만 등의 반폐쇄성 지형의 여러 만(bay)들에 위치하는 연안성 수괴-F에서는 갈수기인 겨울철에도 낮은 수심과 느린 유속 등에 의해 기초생산력이 높으며, 이로인한 겨울철 영양염 고갈(depletion) 현상이 뚜렷하게 나타난다. 또한 남해 연안성 수괴와 대마난류 수괴사이에 연안전선이 발달하며, 이러한 전선은 직간접적으로 남해의 기초생산력을 조절하는 중요 환경요소로 작용할 것으로 예상된다. 결론적으로 연구해역은 계절적으로 다른 특성의 수괴의 수괴가 복합적으로 분포하며, 여름철의 수질환경과 일차 생태계는 크게 연안 염하구성 수괴와 저층의 냉수괴 발달 정도에 따라 변화할 것으로 예상되며, 겨울철에는 외양에서 유입되는 대마난류 수괴의 특성에 따라 지배될 것으로 분석된다. 또한 용존무기인이 잠재적 제한영양염으로 작용하는 서해 연안역과 달리 남해 연안역은 대부분 용존무기질소가 잠재적 제한영양염으로 작용하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 제한영양염의 차이는 서해와 남해 연안역이 서로 다른 환경과 다른 생태계 구조를 갖고 있음을 지시한다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권1호
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• pp.35-46
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• 2009

새만금 방조제 공사 과정 중의 새만금 해역 표층수 주요 수질의 시 공간적 분포 특성을 파악하기 위하여 2002년에 총 4회(4월, 5월, 8월, 11월)에 시료를 채취하여 염분, 화학적산소요구량(COD), 용존 영양염류(DIN, Silicate)와 중금속 분석을 수행하였다. 전체 조사기간 동안 염분, COD, DIN 및 Silicate는 각각 $13.08{\sim}31.96\;psu$, $0.12{\sim}3.43\;mg/L$, $0.001{\sim}2.638\;mg/L$ 그리고 $0.010{\sim}3.181\;mg/L$의 범위를 나타내었다. 각 조사 때마다 COD와 DIN은 담수가 유입하는 만경강 하구 정점에서 가장 높았다. 영양염류들의 농도 분포는 물리적 혼합에 의하여 조절되고 있음을 강하게 지시하여 낮은 염분을 보인 새만금 내측 해역에서 높고, 상대적으로 염분이 높은 외해역에서 낮았다. 용존 중금속의 농도 범위는 Co $0.006{\sim}0.115{\mu}g/L$, Ni $0.26{\sim}0.114{\mu}g/L$, Cu $0.14{\sim}0.93{\mu}g/L$, Zn $0.04{\sim}0.53{\mu}g/L$, Cd $0.010{\sim}0.043{\mu}g/L$, Pb $0.010{\sim}0.795{\mu}g/L$, 산가용성 Hg은 $0.25{\sim}4.16{\mu}g/L$였다. Cd을 제외한 중금속들은 만경강 하구(정점 1 또는 3)에서 가장 높게 나타났다. 일반적으로 중금속은 외해방향(저염분$\rightarrow$고염분)으로 갈수록 감소하는 경향을 보였으며, 육상 기원에 의한 영향으로 DIN 및 Silicate에 대하여 양의 상관성을 보였다. 한편, Cd 농도는 염분에 의한 부유물질로부터의 탈착에 의하여 고염분에서 높고 저염분에서 낮았다. 11월에 Co, Zn, Cu와 Pb는 금강 유출수의 제한적인 영향으로 새만금 외해 북부 해역에서 높은 농도를 보였다. 대부분의 용존 중금속 농도는 과거 이 해역의 자료보다 약간 낮았지만 자연적인 환경을 가진 Lena강 하구보다 높았다.