금강 하구언 갑문의 폐쇄에 따른 금강하구의 물리, 퇴적학적 특성변화를 살펴 보 았다. 갑문쇄 이후 최대조류 유속은 갑문개방 시기에 비하여 약 30-40% 감소하였다. 또한 금강하구의 수괴유동이 둔화되어, 염분 및 수괴투명도의 수직적 성충(vertical stratification)이 형성되었다. 이에 따라 금강하구는 갑문개방기의 완전혼합형 (wellmixed type) 하구로부터 갑문쇄 이후에는 부분혼합형(partially-mixed type) 또 는 염쇄기형(salt-wedge type)하구로 변이하였다. 갑문이후 부유물함량은 표층에서 1 0∼100 mg/l의 범위로 측정되어, 갑문개방기에 비하여 약 1/4∼1/3의 수준으로 뚜렷하 게 감소하였다. 이와 같은 부유물함량의 감소경향은 첫째 조류유속이 감소하여 해저퇴 적물의 저층재부유 현상이 감소하였고, 둘째 수괴의 수직적성층이 형성되어 저층 혼탁 수의 상부확산이 둔화되었기 때문으로 변이하였고, 세립질 부유퇴적물의 퇴적작용이 보다 활발하게 나타날 것으로 예상된다.
국내산 이매패 말조개가 하천의 수질 및 부착조류 성장에 미치는 생태학적 영향을 파악하기 위하여 제작한 인공수로에 부착기질을 설치하고 패류를 도입한 다음 10일 동안 수질 및 조류 현존량 변화를 조사하였다. 인공수로는 아크릴 재질로 유속형성을 위하여 계단식으로 제작하고 부영양호 표층수를 유입하여 일정한 유속으로 통과시켰다. 부착조류 기질로 상용 슬라이드글라스를 패류도입 1주일 전에 각 계단에 40개씩 설치하였다. 패류는 435 ind. $m^{-2}$로 도입하고 10일간 매일 동일한 시간에 수온, pH, 전기전도도, 용존산소, 탁도, 광도, 영양염, 그리고 기철 및 수종의 SS, Chl-$\alpha$, 조류 현존량 등을 각각 분석하였다. 말조개 처리는 수종 탁도(60%), SS(62.5%), Chl-$\alpha$(72.2%), TP(23.9%), 용존산소(19.5%) 농도를 감소시킨 반면, 암모니아 농도는 증가시켰다. 패류처리군의 기질 SS(67%)와 Chl-$\alpha$(89.4%)는 뚜렷하게 증가한 반면 수중의 조류 현존량은 뚜렷하게 감소하였다. 결국 하천의 패류는 수중 유기물의 효과적인 저감을 통하여 투명도 개선을 유도하고 동시에 배출된 영양염 및 배설물은 부착 조류 성장을 촉진할 수 있는 것으로 사료되었다.
관형 광생물 반응기를 이용하여 반응기내로 들어가는 $CO_2$ 혼합기체의 농도와 유속에 따른 S. platenis 성장 특성을 분석하였다. S. platensis 성장 곡선을 분석한 결과 3% $CO_2$ 혼합기체를 150 ml/min의 유속으로 흘려 줄 때 가장 빠른 성장 특성을 보여 주었다. 반면 6% $CO_2$ 혼합기체 50 ml/min 경우는 본 실험 조건 중 S. platenis 성장에 유리하지 않음을 알 수 있었다. 시간에 따른 접종 배지의 pH 변화를 분석한 결과 관형 광생물 반응기내로 흘려주는 유속에 상관없이 $CO_2$ 혼합기체 농도에 따라 일정한 pH를 형성함을 알 수 있었다. 이는 접종 배지내에 일정하게 흘려주는 $CO_2$ 기체로 인해 배지내에 탄산염 시스템이 형성됨을 예측할 수 있었다. 또한 시간에 따른 비성장 속도를 분석한 결과 모든 실험 조건에서 지수성장기 동안 비성장 속도가 감소하는 경향을 보였으며 이는 광합성 미세조류인 S. platenis의 농도 증가가 오히려 관형 광생물 반응기로 복사되는 빛 에너지의 투과도를 약화시켜 S. platenis의 성장을 저해 한다고 볼 수 있다.
현장 관측, 수리실험 및 수치실험에 의해 진해만 조류 및 조속간차류의 2차원적 변동특성을 연구하였다. 수리 및 수치실험 결과는 현장 관측결과와 비교적 잘 일치하 였다. 가덕수로, 견내량수로 및 진해만의 중앙수로에서 대조기 최강유속은 약 90∼110 cm/s 이고, 소조기 최강유속은 약 30∼40 cm/s 로써 강하게 나타났으며, 조속간 차류 도로 여러개의 와류를 형성하면서 강하게 일어났다. 진해만의 서부해역과 북부해역에 서 대조기 외강유속은 약 30 cm/s 이하, 소조기 최강유속은 약 10 cm/s 이하로써 약하 며, 조속장로 비교적 약하게 일어났다. 가조로 북부해역에서는 북향하는 조속장로 가 조로 이남해역에서는 시계방향으로 회전하는 와류가 발생하였다. 만내에서 표층흐름 은 바람 하천유출수에 의해 강하게 지배되고, 대조류보다 소조기의 흐름이 바람 과 유출수의 영향을 더 많이 받는다.
각 해역의 부유 플록은 그 해역의 조건에 따라 각기 다르게 형성된 플록이므로, 부유 플록 자체의 특성(결합강도, 밀도 및 크기 등)은 현장특성에 따라 현저하게 다른 "site-specific"한 특성을 가질 뿐만 아니라, 동일 해역이라 하더라도, 조류 등에 의한 유속변화에 따른 흐름전단응력의 증감에 따라 플록의 특성 또한 시간적으로 크게 변화할 수 있다. 이에 현장의 플록 특성이 반영된 부유플록의 침강속도를 산정하기 위해 입도 측정원리중 하나인 BW방법을 응용한 전북대 Owentube를 자체 제작하여 연구가 수행되었으며, 본 연구를 통하여 도출된 현장에서의 점착성 부유 플록의 침강속도 산정 결과는 향후 퇴적물 이송 및 수질 예측을 위한 수치모형 적용시에 필수적으로 요구되는 침강 및 퇴적특성 입력자료로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
Riser 내부의 유체흐름을 포함해서 동적해석을 하기 위해 유도된 비선형 모델의 근사화한 형태에 Iwan-Blevin의 모델을 결합함으로써 흐름-소용돌이 모델이 개발되며 개발된 수학약모델을 해석함으로써 면내 조류흐름에 따라 형성된 면외 과류로 인한 riser의 진동에 내부 유체흐름이 미치는 영향에 관해 조사하였다. Riser 내부 유체흐름은 일정한 유속분석을 가진 정상류로 가정하며 riser관은 신축성 혹은 비신축성 관상빔으로 간주된다. 유도된 모델에 Galerkin의 유한요소근이법을 적용함으로써 수치해석을 위한 모델을 개발하였다. 관내부 유체 흐름이 riser의 소용돌이로 인한 진동특성에 미치는 영향을 상부 인장력, 내부류체 흐름 혹은 조류속도 등과 같은 여러 영향요인 등을 변화시키면서 조사하였다. 수치해석 결과 내부유체 흐름으로 인한 영향을 줄이기 위하여 riser의 상부에 인장력을 riser의 허용내력 한도내에서 증가시키는 방법이 있으나 vortex shedding으로 인해 형성되는 resonance band를 피하기 위해 설계 관점에서 세심한 주의가 요구된다. 특히 길이가 긴 rise에 대한 세심한 주의가 요구된다.
경기만과 같이 지형이 복잡하고 조차가 큰 해역에서는 활발한 물질순환이 나타난다. 이러한 물질순환에 영향을 주는 장주기 흐름은 다양한 외력에 의하여 형성되며 시공간적으로 독특한 특성이 나타난다. 본 연구에서는 경기만에 위치하는 인천항부터 잠실수중보 사이에서 동기간에 관측된 조위와 유속자료를 분석하여 장주기 조류성분의 주기적인 변화 특성과 발생 기작을 파악하였다. 염하수로와 한강하구에서는 배조나 복합조와 같은 비선형분조의 증가로 인하여 조석파의 변형이 발생하고 이에 따른 평균해면 상승이 나타난다. 경기만으로부터 한강으로 전파하는 조석파는 수로폭과 수심이 크게 감소하는 염하수로로 진입하면서 급격히 변형되어 저조위와 평균해면이 상승하며, 상류로 갈수록 조석변형이 커진다. 이러한 조석변형은 조차가 큰 대조기에 증가하고 조차가 작은 소조기에 감소하며 주기적인 변동을 나타내는데, 이는 장주기 조석성분인 $M_{sf}$ 분조로 해석될 수 있다. 조석변형의 공간적 차이에 의해 발생하는 해면 경사는 대조-소조의 주기와 동일한 주기를 보이며 대조기에 증가한다. 해면 경사의 장주기 변동에 반응하여 조류의 장주기 변화가 나타난다. 이러한 장주기 조류성분은 상류에서 크게 증가하여 한강하류인 전류리 인근에서는 주요 분조인 $S_2$ 분조보다 크게 나타난다.
본 논문에서는 해양 수중 다공확산관을 통해 하수종말처리장에서 1차 처리된 하·폐수를 해양방류하고 있는 마산만에서 방류수의 근역 희석률에 대한 계절별 변화를 고찰하였다. 방류수역에서 관측된 수온·염분의 수직분포와 대조기·소조기의 유속 자료를 입력하여 CORMIX 모형으로 계절별 희석률을 구하였다. 수심 15m 내외의 방류수역에서 수직적 등밀도 혼합이 전 층에서 형성되는 겨울철과 가을철 순으로 방류수의 근역 희석률이 가장 높았으며, 수온약측이 점차 깊어지는 여름철에는 희석률이 크게 감소하였다. 주변해수의 유동성에 따른 난류확산이 작은 소조기 정체시에는 여름철의 희석률이 겨울철보다 약 1/4정도로 작으며, 유속이 큰 대조기에는 두 계절의 차이가 30%정도로 적었다. 이는 여름철의 조류가 약한 정체시에 방류하수로 인한 수질오염이 마산만 방류수역에 가장 심하게 나타날 것으로 사료된다.
새미(Ladislabia taczanowskii)의 생태적 특징을 연구하기 위해 2019년 3월부터 11월까지 송천에서 조사를 실시하였다. 본 종은 하천 상류역에 분포하며 하상구조는 큰돌(boulder)과 작은돌(cobble)이 풍부였으며, 수심은 31~148 cm이었고, 유속은 0.94±0.23 (0.51~1.39) m/sec로 빨랐다. 암수 성비는 1 : 0.89 이었다. 전장빈도분포도에 따른 연령은 전장 38~70 mm 미만은 만1년생, 70~100 mm은 만 2년생, 100~120 mm은 만 3년생, 120~128 mm은 만 4년생 이상으로 추정되었다. 생식가능 전장의 크기는 암컷이 70 mm, 수컷은 75 mm 이상이었다. 산란시기는 5월에서 8월까지 이었으며(수온은 15.5~20.1℃), 산란 성기는 6~7월로 추정되었다(수온은 15.8~17.2℃). 산란장은 소에서 여울이 시작되는 부분으로 모래와 자갈로 형성된 하천 바닥이었으며 폭은 약 70 cm, 길이는 약 150 cm, 수심은 20~50 cm이었다. 포란수는 평균 821 (401~1,314)개이었고 성숙란은 짙은 노란색 구형으로 직경이 1.62±0.02(1.43~2.01) mm 이었다. 먹이생물은 부착조류에 속하는 남조류(Cyanophyta), 녹조류(Chlorophyta), 규조류(Bacillariophyta), 수서곤충에 속하는 하루살이목(Ephemeroptera)과 파리목(Diptera) 등 이었다. 식성은 잡식성 이었으나 섭취된 먹이의 90% 이상은 부착조류로 식물성이었다.
본 연구는 강원도 원주시에 도심지를 통과하는 원주천과 외곽의 국가하천인 섬강 전 구간을 조사하여 비오톱유형화를 통해 하천 자연생태 현황을 파악하고, 야생조류 출현위치를 파악하여 비오톱과 야생조류 출현현황의 관계를 분석하였다. 비오톱유형은 규모, 형태, 경관에 따라 중분류하였으며, 수문, 물리환경, 식생에 따라 소분류하였다. 또한 하천공간, 물리환경, 식생, 토지이용에 따라 비오톱유형을 세분류하였으며, 조사 결과 섬강은 21개 유형, 원주천은 19개 유형으로 분류하였다. 야생조류는 2008년 1월과 5월에 조사를 시행하였으며, 각 조류의 출현위치를 표기하여 야생조류 출현지점의 비오톱 속성을 파악하였다. 야생조류 출현 현황은 섬강 전 구간에서 봄철 31종 795개체, 겨울철 49종 4,348개체이었고, 원주천에서는 봄철 34종 427개체, 겨울철 33종 3,442개체이었다. 섬강은 산지형 하천 중 합수부 퇴적지 자연하천 지역에 겨울철 26종 547개체, 봄철 12종 72개체이었으며, 농촌형 하천 중 퇴적지 및 습지식생이 넓게 형성된 자연하천 지역에 겨울철 34종 1,412개체, 봄철 24종 341개체이었다. 이에 농촌형 하천은 하폭이 넓고 유속이 느리며, 다양한 비오톱유형이 있어 야생조류 서식에 양호한 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 조사와 표현이 힘든 선형 하천구간에 정밀 비오톱 조사와 유형화를 통해 하천 전체 현황을 파악하였으며, 야생조류 출현현황을 조사하여 생물서식처 복원, 생태하천 조성, 하천정비 등의 기초자료로 활용되며, 원주시 도심 생물다양성 증진을 위한 자료로 활용 가능하다. 또한 하천은 강우에 의해 비오톱 속성이 빈번하게 변경되므로 지속적인 모니터링을 통해 하천생태계가 유지될 수 있도록 관리해야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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