Manful algae, Cochlodinium polykrikoides has damaged to fisheries organisms by making massive blooms mainly in the South Sea during the higher water temperature season since 1995 in Korea. Ecological and hydrodynamic studies of the species offer useful information in understanding its bloom mechanism giving promising data for the modeling and prediction of the blooms. (omitted)
Algal blooms have caused problems for drinking water as well as eutrophication. However it is difficult to control algal blooms by current warning manual in rainy season because the algal blooms happen in a few days. The water quality data, which have high correlations with Chlorophyll-a on Daecheongho station, were analyzed and chosen as input data of Artificial Neural Networks (ANN) for training pattern changes. ANN was applied to early forecasting of algal blooms, and ANN was assessed by forecasting errors. Water temperature, pH and Dissolved oxygen were important factors in the cross correlation analysis. Some water quality items like Total phosphorus and Total nitrogen showed similar pattern to the Chlorophyll-a changes with time lag. ANN model (No. 3), which was calibrated by water temperature, pH and DO data, showed lowest error. The combination of 1 day, 3 days, 7 days forecasting makes outputs more stable. When automatic monitoring data were used for algal bloom forecasting in Daecheong reservoir, ANN model must be trained by just input data which have high correlation with Chlorophyll-a concentration. Modular type model, which is combined with the output of each model, can be effectively used for stable forecasting.
본 연구에서는 지난 17년간의 국립수산과학원의 해양환경관측망 자료에 근거하여, 광양만에서 고흥연안에 이르는 한국 남해 중부의 6개 수역의 수질환경과 적조발생상황을 분석하였다. 이들 해역의 수온은 대체로 3~5년을 주기로 변동하였으며, 표층 수온(특히 8월)은 거의 연변화가 없었으나 저층 수온은 점차 하강하는 추세를 나타내었다. 반면, 염분은 표 저층 모두 점차 상승하고 있는 경향을 보였다. 적조는 전 해역에서 1990년대 중반을 정점으로 하여, 이후 발생회수와 출현종수는 점차 감소 추세를 나타내었다. 이들 해역에서 고르게 출현을 보인 탁월종은 C. polykrikoides이었고, 특히 고흥연안에서는 1995년 이후 거의 매년 출현하였다. C. polykrikoides 적조는 여자만을 제외하고는 해역의 평균 수온이 대략 $26^{\circ}C$ 전후일 때 발생하였다. 반면, 적조발생시의 염분은 가막만, 남해도 남안, 고흥 연안에서는 31.0~31.5의 범위로 유사하였으나, 여수연안은 28.68로 현저히 낮았다. 한편, C. polykrikoides 적조발생시 DO를 비롯한 DIN 및 DIP, TN 및 TP 농도를 조사한 결과, 적조는 이들 수질항목의 변동과 거의 관계없이 발생하고 있는 것으로 나타났다. 따라서, C. polykrikoides 적조 발생에 있어 가장 지배적인 요인은 수온으로 판단되었다.
유독성 Cochlodinium polykrikoides 적조의 최초발생해역으로 알려져 있는 나로도 주변 해역의 해양환경적 특징을 조사하기 위해서 1992년부터 2007년까지 국립수산과학원이 실시한 해양환경측정망 자료 및 적조정보자료와 고흥지방의 기후자료 등을 분석하였다. Cochlodinium polykrikoides 적조는 8월에 나로도 주변 해역에서 최초로 발생한 경우가 가장 많았고, 그 발생시기는 해마다 빨라지고 있는 경향을 보였다. 또한 나로도 주변 해역에서의 표층 염분도 계속 증가하는 추세를 보여, Cochlodinium polykrikoides 적조 발생시기의 빨라짐과의 어떤 관련성을 시사하였다. 한편 나로도 주변 해역에서 Cochlodinium polykrikoides 적조가 최초로 발생할 때는 동일한 시기의 가막만 또는 진해만 해역에 비해 상대적으로 일사량은 많았고 강수량은 적었다. 8월의 나로도 주변 해역의 평균 수온 및 염분은 동일한 시기의 가막만 및 진해만에 비하여 평균 수온은 $0.2{\sim}0.6^{\circ}C$, 염분은 $1.84{\sim}3.91psu$ 각각 더 높았으며, 두 해역에 비해 상대적으로 고온, 고염을 나타내었다. 또한 나로도 주변 해역은 부영양화 해역으로 알려진 진해만에 비해서는 영양염이나 식물플랑크톤의 농도가 현저히 낮았으나, 전체적인 수질환경은 가막만과 크게 다르지 않은 것으로 판단되었다. 주성분 분석결과, 나로도 주변 해역에서 최초로 발생하는 Cochlodinium polykrikoides 적조 요인으로서는 기상인자와 물리적 환경인자인 일사량과 수온이 가장 중요하며, 부차적으로 수질요소인 COD와 용존산소의 농도가 여기에 관여하고 있음을 보여주었다. 태풍 또한 Cochlodinium polykrikoides 적조 발생에 있어 중요한 요인 중의 하나로 생각되었다.
The primary objective of this study was to gain insight into the characteristics of algal blooms in relation to the marine environment of the Korean Southern Coast, using more than 22 years worth of data since the first known occurrence of algal blooms. Algal blooms tend to occur when the precipitation or water temperature for a ten-day period prior to the annual bloom exceeds the long-term mean value. There are three notable causative species in six different inner bays, namely Prorocentrum sp., Skeletonema costatum, and Heterosigma akashiwo, and in addition, these three species appeared in different conditions of water temperature and salinity at each region.
International Journal of Advanced Culture Technology
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제5권1호
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pp.64-69
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2017
The rapid growth of algae occurs can induce the algae bloom when nutrients are supplied from anthropogenic sources such as fertilizer, animal waste or sewage in runoff the water currents or upwelling naturally. The algae blooms creates the human health problem in the environment as well as in the water resource managers including hypoxic dead zones and harmful toxins and pose challenges to water treatment systems. The algal blooms in the source water in water treatment systems affects the drinking water taste & odor while clogging or damaging filtration systems and putting a strain on the systems designed to remove algal toxins from the source water. This paper propose the emerging In-Situ self-diagnosable smart algae sensing device with wireless connectivity for smart remote monitoring and control. In this research, we developed the In-Site Algae diagnosable sensing device with wireless sensor network (WSN) connectivity with Optical Biological Sensor and environmental sensor to monitor the water treatment systems. The proposed system emulated in real-time on the water treatment plant and functional evaluation parameters are presented as part of the conceptual proof to the proposed research.
Although the problems of the algal blooms have been world-widely observed in freshwater, estuary, and marine throughout the year, it is not yet certain what are the basic causes of such blooms. Consequently, it is very difficult to predict when and where algal blooms occur. The constituents of the Asian dust are in a good agreement with the elements required for the algal growth, which suggests some possible relationship between the algal blooms and the Asian dust. There have been frequently algal blooms in drinking water from rivers or lakes. However, there is no any algal blooms in upwelling waters where the Asian dust cannot penetrate into the soil due to its relatively weak settling velocity (size of particles, $4.5{\pm}1.5{\mu}m$), which implies the possible close relationship of the Asian dust with algal blooms. The present initiative study is thus intended firstly in Korea to illustrate such a relationship by reviewing typical previous studies along with 12 years of weekly iron profiles (2001~2012) and two slant culture experiments with the dissolved Asian dust. The result showed bacterial suspected colonies in the slant culture experiment that are qualitatively in a good agreement with the recent Japanese studies. Since the diatoms require cheap energy (8%) compared to other phytoplankton (100%) to synthesize their cell walls by silicate, the present results can be used to predict algal blooms by diatoms if the concentrations of iron and silicate are available during spring and fall. It can be postulated that the algal blooms occur only if the environmental factors such as light, nutrients, calm water surface layer, temperature, and pH are simultaneously satisfied with the requirements of the micronutrients of mineral ions supplied by the Asian dust as enzymatic cofactors for the rapid bio-synthesis of the macromolecules during algal blooms. Simple eco-friendly methods to regulate the algal blooms are suggested for the initial stage of blooming with limited area: 1) to cover up the water surface with black curtain and inhibit photosynthesis during the day time, 2) to blow air (20.9%) or pure oxygen into the bottom of the water and inhibit rubisco for carbon uptake and nitrate reductase for nitrogen uptake activities in algal growth during the night, 3) to eliminate the resting spores or cysts by suction of bottom sediments as deep as 5 cm to prevent the next year germinations.
나로도를 중심으로 한 한국 남해안에서 발생하는 C. polykrikoides 적조의 원인 규명을 위해 1995년부터 2008년까지 국립수산과학원이 조사한 정선해양관측 및 위성정보 자료에 기초하여 동계 및 하계에 있어서의 수온염분 분포의 특징을 조사하였다. C. polykrikoides 적조는 나로도 주변 해역에서의 평균 수온이 약 $25.0{\sim}26.0^{\circ}C$, 염분이 약 31.00 psu 전후일 때 가장 많이 발생하였다. 한국남해 연안수와 외해수 사이에는 동계 및 하계에 각각 서로 다른 열염전선이 관측되었다. 즉, 동계에는 저온저염의 한국남해 연안수, 쓰시마 난류계의 중간수, 고온고염의 쓰시마 난류, 저온저염의 중국대륙 연안수 사이에 네 개의 전선이 관측되었다. 반면, 하계에는 저온고염의 한국남해 연안수, 고온저염의 쓰시마 난류, 고온고염의 중국대륙 연안수 사이에 두 개의 전선이 관측되었다. 이러한 열염전선은 서로 물리적 성질이 다른 수괴에 의해 형성된다는 사실이 T-S diagram을 통해서도 확인되었다. 이상으로부터, 나로도 주변해역에서 하계에 발생하는 C. polykrikoides 적조는 한국남해 연안수와 쓰시마 난류 사이에 형성되는 열염전선과 밀접한 연관을 가지고 있음을 알 수 있었다.
Complex physical, chemical and biological interactions off the Korean coast created several striking patterns in the phytoplankton blooms, which became conspicuous during the measurements of ocean color from space. This study concentrated on analyzing the spatial and temporal aspects of phytoplankton chlorophyll variability in these areas using an integrated dataset from a Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS), Advanced Very High Resolution (AVHRR) sensor, and Conductivity Temperature Depth (CTD) sensor. The results showed that chlorophyll concentrations were elevated in coastal and open ocean regions, with strong summer and fall blooms, which appeared to spread out in most of the enclosed bays and neighboring waters due to certain oceanographic processes. The chlorophyll concentration was observed to range between 3 and $54\;mg\;m^{-3}$ inside Jin-hae Bay and adjacent coastal bays and 0.5 and $8\;mg\;m^{-3}$ in the southeast sea offshore waters, this gradual decrease towards oceanic waters suggested physical transports of phytoplankton blooms from the shallow shelves to slope waters through the influence of the Tsushima Warm Current (TWC) along the Tsushima Strait. Horizontal distribution of potential temperature $(\theta)$ and salinity (S) of water off the southeastern coast exhibited cold and low saline surface water $(\theta and warm and high saline subsurface water $({\theta}>12^{\circ}C; S>34.4)$ at 75dBar, corroborating TWC intrusion along the Tsushima Strait. An eastward branch of this current was called the East Korean Warm Current (EKWC), tracked with the help of CTD data and satellite-derived sea surface temperature, which often influenced the dynamics of mesoscale anticyclonic eddy fields off the Korean east coast during the summer season. The process of such mesoscale anticyclonic eddy features might have produced interior upwelling that could have shoaled and steepened the nutricline, enhancing phytoplankton population by advection or diffusion of nutrients in the vicinity of Ulleungdo in the East Sea.
A float-type weir has been proposed for the control of algal blooms in some of eutrophic reservoirs recently. It is known as a costly and ecologically sound method, but there is little understanding about the sustainability of this low-cost technology for reservoirs that are located in monsoon climate areas where large flood events during the summer cause high water surface fluctuations. The objective of this study was to assess the effectiveness of a skimmer weir aimed at controlling algal blooms in the lacustrine zone and near the drinking water withdrawal structures of Daecheong Reservoir under various hydrodynamic flow conditions. The effect of weir on the control of algal blooms was simulated using a laterally averaged two-dimensional hydrodynamic and eutrophication model that can accommodate vertical displacement of the weir following the water surface fluctuations. Numerical simulations were performed for two different hydrological conditions, 2001 and 2004 for representing drought year and normal year, respectively. The results showed that the weir is very effective method to control algal blooms in the reservoir by curtailing the transport of phosphorus and algae from contaminated inflow to the downstream lacustrine epilimnion during the draught year. However, large flood events occurred in 2004 transported nutrients and algae built upstream of the weir into the downstream euphotic zone by strong entrainments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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