• Journal of Species Research
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• 제5권1호
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• pp.157-165
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• 2016

The hyporheic zone is an ecologically important area for investigating habitat biodiversity. However, only few studies have been conducted on this aspect in Korea. This study aimed to investigate the distribution of arthropod communities in the hyporheic zone of Nakdonggang River between 2012 and 2013. The meiobenthic arthropod communities found in the hyporheic zone were identified using a stereomicroscope and classified into 9 taxanomic groups. The abundance of arthropod communities was higher in the hyporheic zones of streams having well-formed sandbanks and gravelly areas. The arthropod communities found along the Nakdonggang River differed depending on the conditions of levees and the regions of the river from where they were collected. The frequency of species of the order Harpacticoida was high in the Nakdonggang main stream and western downstream region. The abundance of species belonging to Cyclopidae was high in the upstream region, midstream region, and eastern downstream region of the river. The frequency of species of the order Bathynellacea was high in the riverside parks or cement levees, but that of species belonging to Cyclopidae was high in the natural levees and gabion levees. Our findings suggested that arthropod communities preferred natural levees.

• 한국환경복원기술학회지
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• 제16권6호
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• pp.119-133
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• 2013

The purpose of this study is to develop riverbed techniques to activating ecological function of hyporheic zone. Hyporheic zone maybe simply defined as an active eco-tone between surface water and groundwater, which facilitates to exchange water, nutrients and aquatic habitat occur in response to variation in discharge and bed geomorphology. The aim of this study is to evaluate the effectiveness of an applied riverbed technique for two years since its installation in the hyporheic zone. The experimental riverbed technique has been implemented on Anyang stream penetrating Anyang city in Gyunggi province. The dimension of the installed structure is 5.0 m in width, 46 m in length. Bottom layer is filled with rip-rap covered with gabion. After the implementation of the technique, the study conducts follow-up monitoring in two years of between 2011 and 2012. The results of follow-up monitoring for two years are as follows:1) In Hydro geomorphic process, the riverbed technique maintains hydraulic stability despite of several flood events in 2011, 2012. 2) After transformation to form pool-and-riffle habitat, for aquatic community composed of freshwater fish, macro invertebrate, and attached algae, the species diversity and population gradually increased. 3) The riverbed technique achieved desired effect on enhancement of ecological function in hyporheic zone.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.23-32
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• 2022

본 연구는 지표수-지하수 연계 2차원 흐름 및 용질거동 수치모의를 통해 혼합대 흐름에 의한 지표수-하상 경계층 용질교환이 지표수 내 용질거동에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저, 혼합대 흐름이 부재한 불투수성 하상의 경우 사련 하상파에 의해 발달한 바닥면 근처 재순환 흐름의 포착 효과가 용질 파과곡선 형태를 결정하였다. 반면, 용질이 혼합대로 유입되는 투수성 하상에서는 지표수 대비 유속이 느린 혼합대 흐름에 의해 파과곡선 꼬리 부분 농도가 증가하여 파과곡선 꼬리 연장이 급격히 증가하였다. 또한, 지표수 유속 증가는 바닥면 압력 상승과 함께 혼합대 흐름을 빠르게 하여 파과곡선 꼬리의 연장을 단축시켰다. 이러한 본 연구의 결과는 지표수 내 용질 체류시간 예측에 있어 혼합대 흐름의 중요성을 시사하는 바이다.

• 한국습지학회지
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• 제13권2호
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• pp.265-273
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• 2011

지하수-지표수 혼합구간(Hyporheic zone)은 지표수와 지하수의 온도변화에 민감하게 반응하는 구간이다. 지표수의 경우 대기온도에 영향을 받아 온도의 변화주기가 짧은 반면, 상대적으로 지하수는 온도 변화주기가 길다. 본 연구에서는 지하수-지표수 혼합구간의 유동강도와 방향을 고려하여 깊이별 온도의 수직적 분포특성 분석하였다. 현장자료를 이용한 1차원 열전달 해석 수행결과, 지하수-지표수 혼합구간에서 지하수 유출과 지표수의 유입이 일어나는 지점에서 온도의 분포는 상이한 양상을 보였다. 혼합구간의 수직적 온도 분포의 변화는 하천기저에서 가장 두드러지게 나타났다. 또한 열전달 해석 결과를 바탕으로 연구지 혼합구간의 온도분포는 유동강도보다 유동방향에 지배받았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.94-94
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• 2017

지속적인 수질의 모니터링과 관리가 어려운 개발도상국의 경우, 모델링을 통한 병원균의 예측이 중요하다. Soil and Water Assessment Tool (SWAT)은 유역 모델로 병원균의 거동을 모의하는데 널리 활용된다. 하지만 SWAT이 모의하는 in-stream 모듈의 경우, 소멸, 부유, 퇴적의 단계만을 고려하여 정확도가 부족하다. 따라서 본 연구는 기존 모듈에 hyporheic exchange와 생장 단계를 추가하여 모듈의 성능 개선 및 열대 산지 유역에서의 병원균의 거동을 모의하였다. 본 연구는 몬순 기후 및 산지 지형을 가진 라오스의 Houay Pano 유역을 대상으로 대장균 (Escheichia coli, E.coli)의 거동을 2011년부터 2013년까지 일 단위로 모의하였다. 기존의 SWAT 박테리아 모듈의 경우, 소멸 단계만을 가지고 보정하였을 때 모델은 대부분 0의 값을 가졌고, 부유 및 퇴적 단계가 추가 된 후에는 우기시 대부분의 모델값이 관측값의 95% 신뢰 구간에 포함되었으나 건기에는 농도가 여전히 낮게 모의됨을 확인 할 수 있다. 건기 시 낮게 모의된 농도를 증가시키기 위해, 온도에 따른 생장 단계를 추가하였으며, 이때 생장 속도는 설정된 최소-최대 생장 온도 사이에서 최대값을 가진다. 하지만 온도에 따른 생장은 열대 기후의 특성상 전 기간에 걸쳐 동시에 증가하여 건기에만 낮게 모의된 농도를 보완하는 데는 한계가 있었다. Hyporheic exchange는 강바닥에 임시로 저장된 박테리아의 양이 특정 유량에 의해서 수계로 유입되는 현상으로, 본 연구에서는 일정한 양의 hyporheic flow를 가정하여 모의하였다. 결과적으로 Hyporheic exchange를 통해 유입되는 적은 양의 E.coli는 기존에 타당하게 모의된 우기의 농도는 그대로 유지하되, 건기에 낮게 모의된 농도는 증가시켜 기존 SWAT 모듈의 한계점을 잘 보완한 것을 확인 하였다. 결론적으로, 기존의 SWAT 모델은 건기 시 낮은 농도의 E.coli를 모의하기에 한계를 보였으며, 전 기간에 걸쳐 높은 온도를 유지하는 열대 기후에서 생장 단계는 이러한 한계를 보완하기에 적합하지 않은 것으로 판단되었다. 그러나 적은 양이 전 기간에 걸쳐 동일하게 유입되는 hyporheic exchange의 경우, 건기에 낮게 모의된 농도를 증가시켜 기존의 한계를 보완할 수 있었다.

• 한국습지학회지
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• 제14권1호
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• pp.75-87
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• 2012

지표수-지하수 혼합대는 하천 및 호소 등에서 지표수와 지하수가 교환되는 공간이다. 지표수-지하수 혼합은 하상의 토층으로 확장되어 다양한 물리적, 생지화화적, 열역학적 교환을 발생시키며 수생태계 내 고유한 생태적 전이대를 형성하는데 주요한 역할을 한다. 과거 실험 및 수치모의 연구에 의하면 혼합대에서 발생하는 물질교환은 하천의 지형적인 특징으로 발생하는 압력분포에 의해 지배된다. 특히 하천의 구간 규모에서 여울-소 구조는 혼합대의 특성을 지배하는 주요 인자로 알려져 있다. 여울-소 연속 구조는 지표수에서 재순환영역과 정체점을 형성하며 이 독특한 흐름 구조에 의해 혼합대의 흐름특성이 영향을 받는다. 본 연구에서는 3차원 동수역학 모형을 이용하여 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식과 Darcy 방정식을 동시에 해석하여 연속된 여울-소 구조에서 발생하는 지표수의 흐름구조가 혼합대의 흐름에 미치는 영향을 분석하였다. 모의 결과, 여울-소 구조에서 지표수의 재순환영역 및 정체점은 상승류와 하강류 형성과 직접적 연관을 가지며, 재순환영역의 크기가 감소하면 여울 전면부 하강류 형성 구간의 길이가 감소하고 최대 하강류 발생 지점이 하부로 이동하는 특성을 파악하였다. 이와 같은 본 연구의 결과는 혼합대의 현장관측, 하천 관리 및 복원 등의 연구에 활용하여 친환경 하천 조성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SOIL & GROUNDWATER ENVIRONMENT
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• pp.240-241
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• 2005

• 한국습지학회지
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• 제11권1호
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• pp.123-130
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• 2009

지표수-지하수 혼합대는 지표수와 지하수의 수리적 교환이 일어나는 하상의 간극수 지역으로 모든 자연하천에 존재한다. 이 지역은 그동안 다른 특성으로 분리되었던 지표수와 지하수의 전이대로 다양한 미생물이 서식하고 있으며, 하변과는 또 다른 생지화학적인 기작이 일어날 것으로 추정된다. 지금까지의 연구는 미미하지만, 지표수-지하수 혼합대를 고려한 하천 생태 연구는 하천 전체의 생지화학적 기작을 이해하는데 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 본 연구 대상 지역은 내성천(경상북도 예천군 고평교 하류 구간)으로 이 하천은 사질 하상이며, 자연이 그대로 보존되어있다고 평가 받는 자연 직할 하천이다. 토양시료는 하변 달뿌리풀(Phragmites japonica) 식생지, 나지, 수변 혼합대와 사주 혼합대 하강류(downwelling), 상승류(upwelling) 지역에서 깊이 별로 채취하여 수분함량, pH 및 용존유기탄소와 같은 토양 이화학적인 분석과 체외 미생물 효소($\beta$-glucosidase, N-acetylglucosaminidase, phosphatase and arylsulfatase) 활성도, 미생물 군집구조(eubacteria, denitrifying bacteria)의 특성을 알아보았다. 실험 결과 수변 및 사주 지표수-지하수 혼합대 토양이 많은 수분을 함유하고 있었고, 수분함량과 용존 유기탄소는 양의 상관관계를 보였으며, 체외 미생물 효소 활성도는 용존유기탄소와 양의 상관관계를 보였다. 진정세균 군집구조 또한 수변 및 사주의 지표수-지하수 혼합대에서 독특한 경향을 보였다. 이와 같은 결과는 지표수-지하수 혼합대를 통해 일어나는 하천의 생지화학적인 순환 전체를 이해하기 위한 기반을 제공한다.

• 한국습지학회지
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• 제11권3호
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• pp.1-8
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• 2009

자연 하천과 연계된 지하수 종속 생태환경은 지하수와 지표수의 화학적, 수리적 구배차이에 의해 혼합이 활발히 일어나는 지역이다. 지표수와 지하수 사이의 상호작용은 지하수 종속 생태 환경에서의 생지화학 과정에 중요한 역할뿐만 아니라 이 지역을 수리생태학적 열점으로 만든다. 이 연구의 목적은 질산성 질소로 오염된 자연하천과 연계된 지하수 종속 생태환경의 특성을 수리지질학적, 화학적, 생물학적 방법을 이용하여 특성을 평가하는 것이다. 지하수 종속 생태환경에서 일어나는 지표수와 지하수 사이의 수직교환률은 현장에 다양한 깊이로 설치한 소형관정에서 측정한 수두구배를 근거하여 계산하였다. 본 연구에서는 생물학적 자연저감 퍼텐셜을 조사하기 위해 연쇄중합반응 및 클로닝 방법이 수행되었다. 연구 결과, 지하수 종속 생태환경의 혼합수 유동률은 다소 미생물의 활동, 그리고 질산성 질소의 농도에 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 또한 지표수-지하수 혼합구간의 토양에서 분리된 탈질미생물은 특정조건하에서 지하수 종속 생태환경에서의 생분해능력을 고무할 수 있다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제11권2호
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• pp.23-34
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• 2024

해수에 의해 염분의 영향을 받는 기수호(brackish lake)인 송지호의 퇴적물(sediment), 대수층 충진재(aquifer materials), 지표수, 지하수를 채수 및 채취하여 분석하고, 해당 시료를 이용하여 염분의 영향을 받는 혼합대(hyporheic zone)를 모사하는 pilot scale 컬럼 실험을 진행하였다. 지하수의 상향류 실험 결과, 소량의 염분을 포함한 지하수가 대수층 및 퇴적물로 용승하며 낮은 용존산소 농도를 유지하였다. 또한 대수층에서 염분과 낮은 용존산소로 인해 부분 탈질(partial denitrification)이 발생해 NO₂^-의 축적이 확인되었다. 퇴적물에서는 긴 체류시간에 의해 질소계 화합물이 흡착되거나 미생물 매개의 산화/환원 반응으로 인해 질소계 화합물 농도가 저감되었다. 지표수의 하향류 실험 결과, 높은 농도의 용존산소와 염분을 포함한 기수호의 지표수가 퇴적물과 대수층으로 침투하며 높은 용존산소 농도를 공급하였다. 이로인해 퇴적물과 대수층에서 생물학적 질산화(nitrification)가 발생하였고, 지표수의 높은 염분 농도에도 불구하고 질소계 오염물질이 저감되었다. 이를 통해, 염분의 영향을 받는 상향류의 혼합대의 경우 낮은 용존산소 농도로 부분 탈질이 발생하며 염분에 의해 NO₂^-가 축적되고, 하향류의 혼합대의 경우 높은 용존산소 농도에 의해 질산화가 발생하며 염분의 영향을 크게 받지 않는다. 이를 통해 기수호 내 염분이 혼합대의 질소 거동에 일부 영향을 미치나 DO, pH, 기질 농도, 유기물질 농도 등의 요인이 복합적으로 영향을 미치는 것을 확인하였다.