표제지

목차

제1장 서론 14

1.1. 연구 배경 및 선행 연구 14

1.2. 연구 목적 및 내용 17

제2장 금강 하구언 건설로 인한 환경변화 18

2.1. 연구 배경 18

2.2. 연구 지역 20

2.3. 재료 및 방법 22

2.3.1. 분석 항목 22

2.3.2. 분석 방법 22

2.3.3. 자료 분석 23

2.4. 결과 및 토의 25

2.4.1. 금강하구역의 수문학적 특성 25

가. 강수량, 방류량, 수위 변화 25

나. 수리적 체류시간 (HRT: Hydraulic Residence Time) 변화 28

2.4.2. 금강하구역의 수질 변화 32

가. 하구언 건설로 인한 수질 변화 32

나. 하구언 건설 이후 금강호의 장기 수질 변화 38

다. 금강호 방류수에 의한 금강하구 내 수질의 영향 64

2.5. 요약 및 결론 82

제3장 새만금 방조제 건설로 인한 환경변화 88

3.1. 연구 배경 88

3.2. 연구 지역 91

3.3. 재료 및 방법 93

3.3.1. 시료 채집 93

3.3.2. 분석 항목 및 방법 98

3.3.3. 자료 분석 99

3.4. 결과 및 고찰 101

3.4.1. 새만금 수역의 수문학적 특성 101

가. 강수량, 유량 101

나. 수위 변화 101

3.4.2. 새만금 수역 내 표층수의 장기 수질변화 104

가. 고정관측 자료 비교 104

나. 이동관측 자료 비교 107

다. 방조제 체절전과 후에 수질 항목들의 평균 비교 120

라. 방조제 체절로 인한 표층수의 수질 변화 해석 125

3.4.3. 새만금호 내 표층수와 저층수의 관계 134

가. 성층특성 134

나. 표층수와 저층수의 평균 비교 142

다. 저층수에서 물질의 증가 및 감소 145

3.4.4. 새만금호 내 퇴적물 화학 특성 161

가. 퇴적물 화학 조성 분포 161

나. 저층수와 퇴적물의 관계 170

3.4.5. 새만금호의 물질수지 분석 173

가. 물질수지를 위한 가정 173

나. 물수지와 염분수지 모델 174

다. 비보존성 물질수지 모델 178

라. 물수지와 염분수지 산정 179

마. DOC수지 산정 186

바. DIN수지 산정 188

사. DIP수지 산정 190

아· SiO₂-Si수지 산정 192

자. 새만금호의 물질수지 비교 및 생태계 대사 194

3.5. 요약 및 결론 202

제4장 종합 토의 207

참고문헌 213

요약 235

Abstract 238

Table 2-1. Physical consequences due to the dam building 31

Table 2-2. Comparisons of water qualities before and after the dam building 35

Table 2-3. Comparisons between St. Dam and St. Head by the paired T-test 44

Table 2-4. Estimated preferential uptake of PO₄-P and NH₄-N : the calculation procedures 45

Table 2-5. Mean LDs of wet season and dry season in the reservoir. 53

Table 2-6. Eigen values and cumulative percentages of components from PCA for the lacustrine water 62

Table 2-7. Rotated component matrices extracted from PCA for the lacustrine water (1995-2008) 63

Table 2-8. Comparisons of components for the estuarine and lacustrine water by PCA 66

Table 2-9. Rotated component matrices extracted from PCA for the estuarine and lacustrine water 67

Table 2-10. Comparisons of water qualities between the St. Estuary and St. Dam during the wet and dry season 78

Table 2-11. Mean concentrations of parameters and loadings of reservoir in the estuary between wet and dry season 79

Table 2-10. Correlation matrix between the daily water quality parameters from 1996 to 1999 in the estuarine side 80

Table 2-11. Summary of environmental consequences in the estuary due to the dam construction 86

Table 2-12. Summary of environmental consequences in the reservoir due to the dam construction 87

Table 3-1. Basic environmental parameters, investigation methods, and number of sampling station during the this study 94

Table 3-2. Comparisons of water qualities before and after the sea-dyke construction 122

Table 3-3. Results of one-way ANOVA for the water qualities among the three (Before, After 1, After 2) periods 123

Table 3-4. Difference among the three periods (Before, After 1, After 2) by Tukey test (p＜0.05) 124

Table 3-5. Differences of water quality parameters between surface and bottom water by the paired T-test 144

Table 3-6. Comparison of benthic fluxes between dyke and river side 172

Table 3-7. Budgets of water volumes in the Saemangeum Lake 183

Table 3-8. Comparisons of Yeongil Bay and Saemangeum Lake 184

Table 3-9. Comparisons of each flux to total flux through seawater, river water, diffusion from sediment, SGD in the Saemangeum Lake 200

Table 3-10. Comparisons of DOC and nutrient fluxes through SGD in the coastal areas 201

Table 3-9. Summary of water qualities in the Saemangeum Lake due to the sea-dyke construction 206

Table 4-1. Comparisons of Geum-River reservoir and Saemangeum Lake 212

Fig. 2-1. Three stations in the Geum-River Estuary Dam System. 21

Fig. 2-2. Long-term monthly-accumulated precipitation, water level of the lake, and Geum-River discharge rate from 1992 to 2009. 26

Fig. 2-3. Frequency of gate operation from 1995 to 2008. 27

Fig. 2-4. Comparisons of long-term salinity, SS, and Chl-α in the Geum-River Estuary Dam System. Dotted lines indicate the dam building in 1994. 36

Fig. 2-5. Comparisons of long-term phosphate, ammonium, nitrate and DIN/DIP ratio in the Geum-River Estuary Dam System. Dotted lines indicate the dam building in 1994. 37

Fig. 2-6. Long-term variations of each parameter from St. Head and St. Dam in the Geum River. 41

Fig. 2-7. Cumulative load differences (CLDs) of DO, SS, Chl-α, phosphate, nitrate, and ammonium in the reservoir. Where, positive CLDs means generating process, but the negative dose removal process in the lacustrine... 54

Fig. 2-8. Relationships between CLDs Chl-α and other CLDs in the reservoir. 56

Fig. 2-9. Relationships between CLDs SS and other CLDs in the reservoir. 58

Fig. 2-10. CLDs DO vs NO₃-N and CLDs NO₃-N vs NH₄-N in the reservoir. 59

Fig. 2-11. Two dimensional principal component (PC) 1 and 2. 68

Fig. 2-12. Seasonal comparisons between the estuary and the reservoir: principal component (PC) scores from PCA. The PC score is a linear combination of observed variables by eigenvectors during the wet and dry season. 77

Fig. 2-13. Schematized diagrams of phosphate behavior in the Geum-River Estuary Dam System under a) pre- and b) post-dam conditions. 81

Fig. 3-1. Progress of the Saemangeum reclamation project 92

Fig. 3-2. Investigated stations for mooring (☆) and survey (2002 - 2003 (●), 2006 - 2007 (○)) 96

Fig. 3-3. Investigated stations for survey (2008 - 2009 (●), 2010 (○)) 97

Fig. 3-4. Monthly accumulated precipitation during this study periods (2002 - 2010). 102

Fig. 3-5. Relationship between precipitation and discharge from Mankyeong and Dongjin Rivers in 2010. 102

Fig. 3-6. Changes of water level in the Saemangeum Lake before and after the sea-dyke construction. 103

Fig. 3-7. Diurnal variations of water quality parameters in surface water of the diurnal observation from Aug 1999 to Aug 2006. 106

Fig. 3-8. Long-term variations (circle: this study, square: KORDI, triangle: KRC) of salinity, Chl-α, and SS from surface water in the Saemangeum area. 109

Fig. 3-9. Long-term variations (circle: this study, square: KORDI, triangle: KRC) of DIN, PO₄-P, and SiO₂-Si from surface water in the Saemangeum area. 110

Fig. 3-10. Horizontal distribution of salinity (psu) from surface water in spring (a) and summer (b) during this study periods. 113

Fig. 3-11. Horizontal distribution of Chl-α (㎍/L) from surface water in spring (a) and summer (b) during this study periods. 114

Fig. 3-12. Horizontal distribution of SS (mg/L) from surface water in spring (a) and summer (b) during this study periods. 115

Fig. 3-13. Horizontal distribution of DIN (mg/L) from surface water in spring (a) and summer (b) during this study periods. 116

Fig. 3-14. Horizontal distribution of PO₄-P (mg/L) from surface water in spring (a) and summer (b) during this study periods. 117

Fig. 3-15. Horizontal distribution of SiO₂-Si (mg/L) from surface water in spring (a) and summer (b) during this study periods. 118

Fig. 3-16. Horizontal distribution of DIN/DIP from surface water in spring (a) and summer (b) during this study periods. 119

Fig. 3-17. Vertical profiles of temperature at river (a) and dyke (b) stations. 137

Fig. 3-18. Vertical profiles of salinity at river (a) and dyke (b) stations. 138

Fig. 3-19. Vertical profiles of DO concentration at river (a) and dyke (b) stations. 139

Fig. 3-20. Vertical profiles of DO saturation at river (a) and dyke (b) stations. 140

Fig. 3-21. Relationships between salinity vs. SS and salinity vs. TOC from surface water in 2010. 141

Fig. 3-23. Distributions of TN, NO₂-N, NO₃-N, and NH₄-N as a function of salinity. Horizontal solid (surface) and dash (bottom) line are the mean. 152

Fig. 3-24. Distributions of Chl-α, TP, PO₄-P, and SiO₂-Si as a function of salinity. Horizontal solid (surface) and dash (bottom) line are the mean. 153

Fig. 3-25. Concept for estimation of addition and removal concentration in bottom water. 154

Fig. 3-26. Increased and decreased concentration of NO₃-N in bottom water. △DO is to subtract bottom from surface. 155

Fig. 3-27. Increased and decreased concentration of NO₂-N in bottom water. △DO is to subtract bottom from surface. 156

Fig. 3-28. Increased and decreased concentration of NH₄-N in bottom water. △DO is to subtract bottom from surface. 157

Fig. 3-29. Increased and decreased concentration of PO₄-P in bottom water. △DO is to subtract bottom from surface. 158

Fig. 3-30. Increased and decreased concentration of SiO₄-Si in bottom water. △DO is to subtract bottom from surface. 159

Fig. 3-31. Relationships between △DO (surface - bottom) vs increased and decreased nutrients in bottom water. 160

Fig. 3-32. Horizontal distribution of TOC (%) from sediment in 2010. 163

Fig. 3-33. Horizontal distribution of LOI (%) from sediment in 2010. 164

Fig. 3-34. LOI/TOC ratio of sediment from river and dyke side. Dashed line indicates the LOI/OC ratio (2.7) from Redfield composition of organic matter. 165

Fig. 3-35. Horizontal distribution of DOC (mg/L) from pore-water in 2010. 166

Fig. 3-36. Horizontal distribution of NH₄-N (mg/L) from pore-water in 2010. 167

Fig. 3-37. Horizontal distribution of PO₄-P (mg/L) from pore-water in 2010. 168

Fig. 3-38. Horizontal distribution of SiO₂-Si (mg/L) from pore-water in 2010. 169

Fig. 3-39. Relationship between water level and volume of the Saemangeum Lake. Data cited the results from the investigation of KRC (person. comm.). 177

Fig. 3-40. Diagrams illustrating fluxes of water and salt in the Saemangeum Lake. The plus represents influx into the lake, whereas the minus does efflux from the lake. 185

Fig. 3-41. Diagrams illustrating fluxes of DOC in the Saemangeum Lake. The plus represents influx into the lake, whereas the minus does efflux from the lake. 187

Fig. 3-42. Diagrams illustrating fluxes of DIN in the Saemangeum Lake. The plus represents influx into the lake, whereas the minus does efflux from the lake. 189

Fig. 3-43. Diagrams illustrating fluxes of DIP in the Saemangeum Lake. The plus represents influx into the lake, whereas the minus does efflux from the lake. 191

Fig. 3-44. Diagrams illustrating fluxes of SiO₂-Si in the Saemangeum Lake. The plus represents influx into the lake, whereas the minus does efflux from the lake. 193

이 연구는 하구언과 방조제 건설로 인해 인위적으로 조성된 연안 호수의 수질 변화를 이해하기 위해 수행되었으며, 금강하구역과 새만금호에서 지난 10년~20년간 관측된 현장관측 자료를 바탕으로 환경 변화를 비교·분석하였다. 이러한 장기간의 자료 분석을 통해 금강호의 수질이 금강하구에 어떠한 영향을 주는지 이해하고, 현재 새만금호의 수질 변화가 앞으로 새만금 외측해역에 미칠 영향을 예측하고자 한다.

금강하구역은 1994년에 하구언이 건설됨에 따라 금강하구와 금강호에서 SS는 감소했고, 수리적 체류시간, Chl-α, NO₃-N, NH₄-N은 증가하였으며, 이들 모두 금강호에서 증감의 변화가 더욱 크게 나타났다. 상류로부터 유입된 PO₄-P는 호 내 APP (autochthonous primary production)에 의해 100% 이상 소모되는 것으로 나타났다. 금강하구와 금강호의 수질 및 환경인자 측정치에 대한 PCA (principal component analysis)결과들은 풍수기에는 두 환경이 밀접하게 관련되어 있으나, 갈수기에는 서로 독립된 수질 특성을 나타냈으며, 이것은 하구언의 수문 조작에 의한 영향으로 판단된다. 금강하구와 금강호에서 수질의 변화는 하구언 건설 이전에 비하여 금강호뿐만 아니라 하구언 인근 하구역에 유기물질을 포함한 퇴적물이 축적되어 PO₄-P의 거동이 변하고 있음을 나타내고 있다.

새만금 방조제가 2006년 4월에 최종 체절되면서 새만금 내측 수역은 해수가 제한적으로 유통되는 반폐쇄적인 인공 해수호가 되었고, 호 내 표층수의 SS는 감소한 반면, Chl-α, NH₄-N, PO₄-P, SiO₂-Si는 증가하였다. 혼합모델로부터 저층수의 NH₄-N, PO₄-P, SiO₂-Si는 주로 하계에 증가되고 있는 것으로 나타났고, 특히 SiO₂-Si는 하계뿐만 아니라 춘계에도 높은 증가를 보였다. 표층수와 저층수에서 SiO₂-Si의 변화는 SiO₂-Si가 재부유, 해저 지하수 유출 (SGD), 저층 용출 등에 의해서 복잡하게 영향을 받고 있는 것으로 판단된다. 물수지와 염분수지에 의해 계산된 SGD는 하천수를 통해 유입되는 물량에 평균 60%를 차지하는 것으로 나타났으며, 호 내에서 SGD에 의한 영양염의 내부공급이 매우 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.

금강호와 새만금호에서 하구언과 방조제가 건설된 이후 두 환경에서 생지화학적 변화 과정들의 차이는 호수의 규모와 담수의 영향 등이 서로 다르기 때문에 나타나는 현상으로 판단되며, 아마도 상대적으로 규모가 작고 담수의 영향을 많이 받는 금강호에서 이러한 변화가 빠르게 진행되고, 새만금호에서는 느리게 진행되는 것으로 판단된다. 따라서 향후 새만금호의 생지화학적 변화 과정들은 현재 금강호의 변화과정과 유사할 것으로 판단되고, 새만금 외측해역과 금강하구의 관계 역시 유사할 것으로 예상된다. 따라서 금강하구언 인근의 하구역에 부유물질 및 유기물질이 침전되는 현상은 향후 새만금 외측해역에 유기물질이 지속적으로 침전될 가능성을 지시하며, 결국 금강하구보다 상대적으로 수심이 깊은 새만금 외측해역에서 여름철 강한 수직 성층 구조의 저층에서 빈산소 수괴가 형성될 가능성도 있다.

이상의 결과들로부터 하구언이나 방조제 건설로 인해, 조성된 호수 내부는 물론이고 외해역의 수질이 저하되는 것으로 판단된다. 특히, 본 연구결과에서 새만금호 내 인의 내부부하는 전체 유입부하의 최소한 40% 이상을 차지하는 것으로 산정되었다. 인이 일차생산의 제한인자로 작용하고 있는 점을 감안한다면, 호 내·외측의 수질 개선을 위해서는 인에 의한 내부부하의 저감 방안 등을 심각하게 고려해야 할 것으로 판단된다.