천수만의 수질 예측 모델 개발 = Development of water quality prediction model in Chunsu Bay
This study focused on the development of water quality model in Chunsu Bay by using HEM-3D.
To investigate the characteristics of water quality distribution and variability in Chunsu Bay, Monthly hydrographic survey were carried out at 10 stations, collecting temperature, salinity and water quality parameters for the period of 2001-2002. In addition, simultaneously time series records of water quality parameters had been collected by realtime monitoring system with 10-minute sampling interval at one location (Wol-do).
The observational results show the characteristic patterns of dissolved oxygen (DO) and formation of hypoxia in the bottom layer in the vicinity of the Seosan dam and aquaculture fishfarm in summer. Temporal variation of DO at bottom depth around the aquaculture fishfarm shows pronounced oscillatory characteristics with range of 0.5 ~ 7.0 mg/l. Coherency analyses show significant correlations at major tidal periodicities (semi-diurnal tide). Extreme hypoxic conditions occurring for the period of July 18 to 29, 2001 is one of major concern for this study.
A simple DO budget model was setup to account for the formation of the extreme hypoxic conditions in Chunsu Bay. The model is based on the simplified parametrization of oxygen source and sink terms in the balance equation. A DO source is represented by oxygen supply (OS) from the surface, and DO sink, a result of sediment oxygen demand (SOD) is assumed to be a function of critical shear stress at the bottom. The numerical solution indicates the dominant role of SOD overriding the OS through reaeration process. It could reproduce extreme hypoxia with DO concentration down to 2 mg/l, when SOD is twice bigger than OS.
A 3-dimensional hydrodynamic and water quality model was also performed to reproduce the distribution of water quality parameters in Chunsu Bay using HEM-3D with real oceanographic forcing.
The hydrodynamic model results were in good agreement with observation data. In the case of tide, the model could reproduce tidal elevations with more than 95% accuracy for four major tidal constituents. On the other hand, in the case of tidal current, the accuracy is slightly less than that of tide. However, the overall accuracy exceed 90% based on the four major tidal constituents. The Eulerian tidal residuals show that a lot of eddy structures developed around islands and inner parts of the Chunsu Bay due to the complex coastline and irregular bottom topography.
The water quality model was successful in reproducing the distribution of water quality parameters in Chunsu Bay. The horizontal distribution of salinity show that 30 psu isohaline extends southward to the mouth of the bay at low tide, while the area is limited to the northern part of the bay at high tide. The lowest salinity water mass resides the adjacent area to the Bunam dam and Hwang-do due to the low speed of flow pattern with less than 0.1 m/s. The horizontal distribution of DO show that the vicinity of the Seosan dam and aquaculture fishfarm were characterized as low DO concentration, less than 5.0 mg/l, while high concentration, greater than 7 mg/l, at central part of the bay. The sensitivity analysis using the calibrated model was performed to study the controlling processes for hypoxia in Chunsu Bay. It shows the DO consumption by SOD is more effective to change the water quality than that due to chemical oxygen demand (COD) of fresh water discharges.
However, More detailed model study will be needed to understand the physical and biogeochemical processes of water quality variables in Chunsu Bay. Among those, the influence of the fresh water runoff, pollutants loading from aquaculture fishfarm and bottom sediment flux will be main focus to develop the water quality prediction model.
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