• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제20권5호
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• pp.34-40
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• 2015

It is reported that the intensity of rainfall will likely increase, on average, over the world on 2000. For water resources security, many studies for flow paths from rainfall or snowmelt to subsurface have been conducted. In Korea, few isotopic studies for characterizations of flow path have been undertaken. For a better understanding of how water derived from atmosphere moves to subsurface and from subsurface to stream, an analysis of precipitation and stream water using oxygen-18 and deuterium isotopes in a small watershed, Dorim-cheon, Seoul, was conducted with high resolution data. Variations of oxygen-18 in precipitation greater than 10‰ (δ¹⁸O_max = −1.21‰, δ¹⁸O_min = −11.23) were observed. Isotopic compositions of old water (groundwater) assumed as the stream water collected in advance were −8.98‰ and −61.85‰ for oxygen and hydrogen, respectively. Using a two-component mixing model, hydrograph separation of the stream water in Dorim-cheon was conducted based on weighted mean value of δ¹⁸O. As a result, except of instant dominance of rainfall, contribution of old water was dominant during the study period. On average, 71.3% of the old water and 28.7% of rainfall contributed to the stream water. The results show that even in the small watershed, which is covered with thin soil layer in granite mountain region, the stream water is considerably influenced by old water inflow rather than rainfall.

• 자원환경지질
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• 제41권1호
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• pp.15-32
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• 2008

강화 석모도 지역 석모도 온천수의 영족기체와 온천수의 지화학적 진화와 기원을 해석하고 온천수의 지화학적 특성을 규명하기 위해 온천수, 지하수, 지표수의 수리화학, 안정 동위원소, 영족기체 동위원소 분석이 이루어졌다. 온천수와 지하수의 pH는 각각 $6.42{\sim}6.77,\;6.01{\sim}7.71$로 약산성을 보이고 있다. 석모도 온천 지역의 온천수의 유출수온은 $43.3{\sim}68.6^{\circ}C$이다. 온천수의 전기전도도는 $60,200{\sim}84,300{\mu}S/cm$으로 비교적 높은 값이며 석모도 온천수가 해수와 혼합되어졌음을 암시하고 있다. 석모도 온천수의 화학 조성은 Na-Ca-Cl형이다. 반면, 지하수와 지표수는 각각 Na(Ca)-$HCO_3$, Na(Ca)-$SO_4$형과 Ca-$HCO_3$ 형으로 구분된다. 석모도 온천수의 산소와 수소 동위원소비는 각각 $-4.41{\sim}-4.47%o$와 $-32.0{\sim}-33.5%o$로 순환수 기원이다. 지하수에서의 산수 수소 동위원소비는 각각 $-7.07{\sim}-8.55%o,\;-50.24{\sim}-59.6%o$이다. 석모도 온천수에 $^{18}O$와 $^2H$가 부화된 특성은 온천수가 담수와 해수의 혼합대에서 유래되었음을 암시하고 있다. 석모도 온천수 중의 황산염이온의 황 동위원소비는 $23.1{\sim}23.5%o$로 이 지역 해수의 황 동위원소비(20.2%o)와 유사하다. 이는 온천수의 황이 해수의 황산염으로부터 유래되었음을 의미한다. 석모도 온천수의 $^3He/^4He$ 비는 $1.243{\times}10^{-6}{\sim}1.299{\times}10^{-6}cm^3STP/g$로 온천수 중의 He 가스가 부분적으로 맨틀에서 유래되었음을 보여준다. 온천수에서의 아르곤 동위원소비$(^{40}Ar/^{36}Ar=298{\times}10^{-6})cm^3STP/g$는 대기기원의 값을 보인다.

• 자원환경지질
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• 제46권6호
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• pp.495-508
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• 2013

물의 $^{18}O/^{16}O$와 $^2H/H$ 조성을 레이저를 이용하여 분석하는 기술은 기존의 IRMS를 이용한 분석방식에 비해 간편한 시료 전처리, 쉬운 장비 유지보수와 현장에서도 응용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 현재 사용되는 레이저 방식을 이용한 물의 안정동위원소 분석은 분석원리에 따라 OA-ICOS(Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy)를 이용한 방식과 WS-CRDS(Wavelength-Scanned Cavity Ring-Down Spectroscopy)를 이용한 방식으로 구분된다. WS-CRDS 방식은 기화된 물 시료를 질소 가스를 이용해 광학 공동(optical cavity)로 이동시킨 후 특정 파장에서의 동위원소체가 가지고 있는 흡수도와 레이저를 투과시켜 광학 공동을 투과하여 나오는 레이저 신호의 감쇠시간의 비측정을 통해 수 ppb에서 수십 ppt까지의 감도로 물의 안정동위원소 조성이 측정 가능하다. 이 연구에서는 WS-CRDS 방식의 분석원리와실제 물시료를 활용하여 기기의 안정성과 동위원소비 질량분석기(Isotope Ratio Mass Spectrometry; IRMS) 방법과의 교차분석을 포함한 기기 성능평가 결과를 소개하고 수리학 분야에서 다양한 주제에 대한 적용 가능성을 제시하였다.

• 자원환경지질
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• 제46권4호
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• pp.339-344
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• 2013

물의 순환의 복잡한 기작을 이해하는 데 수증기동위원소는 중요한 단서를 제공할 수 있으며 지구과학의 다양한 영역(고기후학, 수리지질학, 대기학, 해양학 및 생태학)에 적용될 수 있다. 수분의 전지구적 또는 지역적 이동에 대한 연구는 물의 순환 및 대기에서의 에너지이동을 좀 더 잘 이해하는 데 도움을 줄 것이다. 본 연구에서는 해안근처에서의 수분의 이동을 파악하기 위해서 태풍 볼라벤이 한반도를 통과하는 기간동안(2012년 8월 27일부터 8월 29일까지) 수증기의 안정동위원소를 극지연구소에 설치된 동위원소분석기를 이용하여 측정하였다. 수분동위원소의 두 동위원소의 선형관계식($D=7.8x^{18}O+10.1$)으로부터 해양 기원의 수증기가 증발에 의해 이동되어 측정되었음을 알 수 있었다. 날씨가 맑을 때는 해양으로부터 증발되어 다른 물리적인 변동없이 직접 이동된 수증기의 동위원소 조성(산소동위원소, ${\delta}^{18}O$=-14‰)을 보여 주었으며, 태풍이 통과하면서 수분동위원소의 값은 10‰ 정도 낮은 값을 보였다. 태풍의 통과로 인해 상대습도는 증가하였으며 수분동위원소값은 감소하는 소위 "우량효과(amount effect)"를 보여주었다.

• 한국환경과학회지
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• 제23권7호
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• pp.1375-1383
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• 2014

Total organic carbon(TOC), Total nitrogen(TN), and carbon and nitrogen stable isotopes were measured in the sediment and suspended parties in fresh lake water and saline estuarine water to determine the sources of Particulate organic matter(POM) in the sediments of the Youngsan river estuary. POM in the freshwater discharge water was mostly phytoplankton origin with little trace of terrestrial plants. POM from phytoplankton blooms formed in estuarine water in response to the nutrient enriched freshwater discharges was the most important sources of POM in the sediment near the dike, comprising more than 40% of the total organic matter. POM from freshwater phytoplankton and oceanic phytoplankton were also important sources of the sediment POM, and their contributions varied with the distances from the dike. Contribution of freshwater phytoplankton to sediment POM decreased from the dike to the outside of the estuary.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제43권4호
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• pp.461-468
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• 2019

Background: This study aimed to identify NO₃^--N sources using the stable isotope δ¹⁵N in Chydorus sphaericus (OF Müller), to investigate hydrological characteristics and nutrient states in artificial wetlands near the Nakdong River. Chydorus sphaericus is dominant in wetlands where aquatic plants are abundant, occurring in high density, and is sensitive to wetland water pollution, making it suitable for identification of NO₃^--N sources. Results: NO₃^--N sources for each wetland were strongly dependent on hydrological characteristics. Wetlands with sewage or rainfall/groundwater as their main sources had high levels of NO₃^--N, whereas wetlands with surface water as their main input had comparatively lower levels. Since wetlands with sewage and rainfall/groundwater as their main water sources were mostly detention ponds, their inputs from tributaries or the main river stream were limited and nutrients such as NO₃^--N easily become concentrated. Changes in NO₃^--N levels at each wetland were closely associated with δ¹⁵N of C. sphaericus. Interestingly, regression analysis also showed positive correlation between δ¹⁵N of C. sphaericus and NO₃^--N level. Conclusions: We conclude that the nitrate stable isotope (δ¹⁵N) of C. sphaericus can be used to elucidate the hydrological characteristics of riverine wetlands. This information is important for maintenance and conservation of artificial wetlands at the Nakdong River.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2002년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.254-257
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• 2002

The purposes of this research are to identify the source and to analyze the pathway of nitrate contamination in "cultural village", Jeungpyeong. In order to examine recharge processes and flow pattern that closely related to the influent of nitrate contaminant, the flow field was simulated and the oxygen and hydrogen stable isotopes were analyzed. The nitrogen isotope was used to delineate contaminant sources. The shallow groundwater was mainly composed of precipitation, but leakage of domestic water and sewage contributed to the recharge. Nitrate contaminants were possibly from the leakage of sewage and animal waste. The nitrate concentration decreased due to dilution by low concentration water.ion water.

• Ocean and Polar Research
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• 제38권4호
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• pp.331-338
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• 2016

Many studies using tracers have been conducted to understand a physical process in a system. Rain-on-snow could accelerate snowmelt processes, which influences the hydrological process in both temperate and polar regions. Hydrological and ecological conditions will be affected by the amount and timing of discharge reaching the bottom of a snowpack. The discharge consists of the rain-on-snow, pore water penetrating into the snowpack and natural meltwater. In this study, after a rain-on-snow experiment, we conducted an isotopic hydrograph separation to distinguish rainwater and pore water from meltwater. Using the isotopic data of snow and meltwater from Lee et al. (2010), two components were separated based on the assumption that rainwater and pore water are new water and natural meltwater is old water. After the second rain-on-snow experiment, the maximum contributions of rainwater and pore water reached up to 69% of the discharge and then decreased. During the study period, the measured total discharge was 4153 L and 40% (based on hydrogen isotope) of rainwater and pore water was calculated in the discharge, which is not consistent with what Lee et al. (2016) calculated using chemical separation (63%). This inconsistency can be explained by how an end-member was defined in both approaches. The contributions of artificial rainonsnow and pore water to melwater discharge range between the two methods. This study will suggest a mixing calculation from isotopic compositions of the Southern Ocean.

• 자원환경지질
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• 제48권5호
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• pp.371-377
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• 2015

강우의 산소 및 수소안정동위원소는 물순환 연구에서 수분의 이동 및 강우와 지하수계의 상호작용을 이해하는 데에 사용되어 왔다. 종유석 및 빙하의 안정동위원소를 이용하여 과거의 기후 및 기상을 이해하는 데에 이용되고 있으며, 이러한 과거지시자를 설명하기 위한 전지구순환모델의 기초자료로 이용되고 있다. 동위원소 분석기기의 발전으로 인해 이전보다 고해상도 연구가 점차 가능해 지고 있으며, 강우안정동위원소 역시 고해상도 연구에 대한 필요성이 제기되고 있다. 이번 연구에서는 해안에서 강우안정동위원소의 변동을 관찰하기 위하여 자동시료채취장치를 개발하여 강우량에 따라 5-15분 간격으로 강우시료를 채취하였다. 강우동위원소의 변동은 연구기간동안 최대 -5.7(-40.1)‰, 최소 -10.8(-74.3)‰ 값을 보였으며, 연구기간동안 강우안정동위원소의 산소와 수소의 선형관계의 기울기는 6.8이며, 이를 강우사상으로 분리하면 각각 5.1, 4.2, 7.9, 7.7이다. 이는 첫 두 강우가 내리면서 증발이 일어났음을 지시하며, 시간이 갈수록 증발이 더 이상 일어나지 않았음을 의미한다. 이러한 안정동위원소의 분화는 여러 물순환 연구에 시사하는 바가 크며, 앞으로 강우안정동위원소를 이용한 연구를 수행할 때 강우의 고해상도 분석이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국환경과학회지
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• 제28권1호
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• pp.7-18
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• 2019

This study aimed to assess the impact of livestock excreta discharged from an Intensive Livestock Farming Area (ILFA) on river water quality during a rainfall event. The Bangcho River, which is one of the 7 tributaries in the Cheongmi River watershed, was the study site. The Cheongmi River watershed is the second largest area for livestock excreta discharge in Korea. Our results clearly showed that, during the rainfall event, the water quality of the Bangcho River was severely deteriorated due to the COD, $NH_4-N$, T-N, $PO_4-P$, T-P, and heavy metals (Cu, Zn, and Mn) in the run-off from nearby farmlands, where the soil comprised composted manure and unmanaged livestock excreta. In addition, stable isotope analysis revealed that most of nitrogen ($NH_4-N$ and $NO_3-N$) in the run-off was from the ammonium and nitrate in the livestock excreta. The values of ${\delta}^{15}N_{NH4}$ and ${\delta}^{15}N_{NO3}$ for the Bangcho River water sample, which was obtained from the downstream of mixing zone for run-off water, were lower than those for the run-off water. This indicates that there were other nitrogen sources upstream river in the river. It was assumed from ${\delta}^{15}N_{NH4}$ and ${\delta}^{15}N_{NO3}$ stable isotope analyses that these other nitrogen sources were naturally occurring soil nitrogen, nitrogen from chemical fertilizers, sewage, and livestock excreta. Therefore, the use of physicochemical characteristics and nitrogen stable isotopes in the water quality impact assessment enabled more effective analysis of nitrogen pollution from an ILFA during rainfall events.