• Vertical Distribution of Heavy Metal Concentrations in Sediment Cores and Sedimentation Rate Using $^{210}Pb$ Dating Technique in the Juam Reservoir
  • Lee Pyeong-Koo;Youm Seung-Jun;Yeon Gyu Hun;Chi Se-Jung;Kim Ji-Wook;Oh Chang-Whan;Kim Sun-Ok;
  • Geological and Environmental Hazards Divisions, Korea Institute of Geoscience and Minerals;Geological and Environmental Hazards Divisions, Korea Institute of Geoscience and Minerals;Geological and Environmental Hazards Divisions, Korea Institute of Geoscience and Minerals;Geological and Environmental Hazards Divisions, Korea Institute of Geoscience and Minerals;Department Investigation and Planning, Korea Water Resources Corporation;Department of Earth and Environmental Sciences, Chonbuk National University;Geological and Environmental Hazards Divisions, Korea Institute of Geoscience and Minerals;
  • 주암댐 호저 퇴적물에서의 수직적 중금속 분산과 $^{210}Pb$를 이용한 퇴적속도산정
  • 이평구;염승준;연규훈;지세정;김지욱;오창환;김선옥;
  • 한국지질자원연구원 지질환경재해연구부;한국지질자원연구원 지질환경재해연구부;한국지질자원연구원 지질환경재해연구부;한국지질자원연구원 지질환경재해연구부;한국수자원공사 조사기획처;전북대학교 지구환경과학과;한국지질자원연구원 지질환경재해연구부;
Abstract
Twelve bottom sediments and three cores were collected in Juam reservoir for a study on transportation, which was controlled by particle grain size (2mm-200{\mu}m,\;200-100{\mu}m,\;100-50{\mu}m,\;50-20{\mu}m,\;<20{\mu}m), and vertical distribution of heavy metals. Sediment cores were sliced into 2 to 5 cm intervals to measure heavy metal concentrations in interstitial water and sediments with depth. Pb isotopic compositions of core samples were determined to calculate sedimentation rate. Regardless of sampling sites, levels of heavy metals and trace elements in bottom sediments are nearly constant with mean values of $14.9\;{\mu}g/g\;for\;As,\;0.81{\mu}g/g\;for\;Cd,\;30.7{\mu}g/g\;for\;Cu,\;34.7{\mu}g/g\;for\;Ni,\;63.3{\mu}g/g\;for\;Pb\;and\;87.9{\mu}g/g\;for\;Zn$. In general, Cu, Pb, Zn, Wi, and Cr in fraction of $<20{\mu}m$ exhibit the highest concentration, but content of As is the highest in grain size of $2\;mm-200\;{\mu}m$ and $200-100\;{\mu}m$. Fe and Mn occur as the dissolved compositions of the highest concentrations in interstitial waters and increase in their concentrations toward lower part of cores. On the contrary, concentrations of Zn and Cu show the highest value in the uppermost part in cores, suggesting these elements are released from reductive dissolution of hydroxides and oxidation of organic matters under different redox conditions. The highest accumulations of Cu, Ni, Pb, and Zn contents in the sediment cores are observed at 0-4 cm layers, and concentrations of Cu and Pb are especially high, implying these heavy metals are originated from anthropogenic sources. The apparent sedimentation rate estimated using unsupported $^{210}Pb$ is 0.91 cm $year^{-1}$, corresponding about 10 cm sedimentation in total depth since construction of Juam dam. These results will provide available information for management of bottom sediment in Juam reservoir.

주암댐에 유입된 호저퇴적물의 입도(2mm-200{\mu}m,\;200-100{\mu}m,\;100-50{\mu}m,\;50-20{\mu}m,\;<20{\mu}m)별 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn)의 이동과 퇴적 후 중금속의 수직적 분산 특성을 규명하기 위하여 12개 지점의 호저퇴적물과 3개 지점의 코아시료를 채취하였으며, 코아시료는 2-5 cm 간격으로 절단하여 깊이별 간극수와 퇴적물의 중금속 함량을 측정하였다. 호저퇴적물의 퇴적속도를 측정하기 위하여 코아시료에 대한 $^{210}Pb$ 동위원소 연구를 수행하였다. 주암댐 호저 퇴적물의 중금속 및 미량원소의 함량은 퇴적위치와 상관없이 거의 일정한 함량을 보이며.,평균 함량은 $As\;14.9\;{\mu}g/g,\;Cd\;0.81\;{\mu}g/g,\;Cu\;30.7\;\;{\mu}g/g,\;Ni\;34.7\;{\mu}g/g,\;Pb\;63.3\;{\mu}g/g,\;Zn\;87.9\;{\mu}g/g$이다. Cu, Pb, Zn, Ni 및 Cd의 함량은 $20\;{\mu}m$ 이하 입도의 퇴적물에서 가장 높은 반면, As는 $2mm-200{\mu}m$ 혹은 $200-100\;{\mu}m$ 입도의 퇴적물에서 가장 높다. 간극수에 용해된 원소 중에서 가장 함량이 높은 것은 Fe와 Mn 이었으며, 코아시료의 상부로부터 심부로 갈수록 함량이 증가하는 수직적 분산특성을 나타낸다. 반면에 용존 Zn과 Cu함량은 코아시료의 최상부에서 가장 높게 나타나며, 이는 산화:환원 전위차에 따른 유기물질 및 산화광물의 용해작용과 관련이 있다. 코아시료의 퇴적물 내 Cu, Ni, Pb 및 Zn 함량은 0-4 cm구간에서 가장 높은 표면집적 현상이 관찰되며, Pb와 Cu 함량이 현저하게 높은 데, 이는 인위적인 오염에 기인하는 것으로 해석된다. $'unsupponed\;^{210}Pb'$을 이용하여 계산된 호저퇴적물의 퇴적 속도는 $\omega=0.91\;cm\;year^{-1}$ 이며, 이를 적용하면 주암댐이 완공된 이후 약 10 cm의 퇴적물이 평균적으로 퇴적된 것으로 추정된다. 이러한 자료는 주암댐 호수 바닥에 퇴적된 퇴적물의 관리방안을 마련하는 데 중요한 정보로 사용될 수 있을 것이다.

Keywords: Bottom sediment;Heavy metal behaviour;Vertical distribution;Sedimentation rate;

Keywords: 호저퇴적물;중금속 거동특성;수직적 분산;퇴적율;

References
  • 1. 염승준, 이평구, 강민주, 신성천, 유연희, 2004, 주암댐 집수유역 내 하상퇴적물의 중금속 오염현황과 거동 특성, 자원환경지질, 37, 311-324
  •  
  • 2. 이평구, 염승준, 지세정, 박성원, 손병국, 김정찬, 신성천, 조호영, 권이균, 공기수, 연규훈, 강민주, 신영식, 2004, 인공호수 (주암댐) 내 중금속의 분포와 집적에 관한 전과정평가, 한국지질자원연구원, p.358
  •  
  • 3. 이평구, 염승준, 지세정, 신영식, 오창환, 이요상, 2005, 입도가 주암댐 하천퇴적물의 중금속함량에 미치는 영향과 납동위원소를 이용한 오염원 규명, 자원환경지질 (투고중)
  •  
  • 4. 한국수지원공사, 2001, 주암다목적댐 관리연보, p. 391
  •  
  • 5. Appleby, P.G. and Olfield, F., 1992, Application of $^{210}Pb$ to sedimentation studies, In: Ivanovich, M. and Harmon, R.S. (ed.), Uranium Series Disequilibrium. Applications to Earth, Marine and Environmental Sciences, p. 731-778
  •  
  • 6. Goldberg, E.D., Hodge, V., Koide, M., and Griffin, J., 1978, A pollution history of Chesapeake Bay, Geochim. Cosmochim. Acta, 42, 1413-1425
  •  
  • 7. Hamilton, T., Fowler, S., Miguel, J.C., and La-Rosa, J., 1996, Pb dating of sediment from Central and Northeen Adriatic Sea: the deposition and preservation of sedimentary organic carbon, Conference on Physical and Biogeochemical Process of the Adriatic Sea, Ancona, Italy. April, p. 23-27
  •  
  • 8. Koide, M., Brulant, K.W., and Goldberg, E.D., 1973, $^{228}Th$/$^{232}Th$ and $^{210}Pb$ geochronologies in marine and lake sediments, Geochim. Cosmochim. Acta, 37, 1171-1187
  •  
  • 9. Sayltes, F.L., Livingston, H.D., and Panteleyev, G.P., 1997, The history and sources of particulate $^{137}Cs$ and $^{239+240}Pu$ deposition in sediments of the Ob River Delta, Siberia, Sci. Total Environ., 202, 25-41
  •  
  • 10. Silva-Braganca, M., Julia-Camara, Oliveira-Godoy, and Josearcosde, 1995, Geochronological study of the Guanabara Bay (Rio de Janeiro State, Brazil) using Pb dating technique and the constant rate of supply model, Proceedings of the Symposium on Regional Integration in a Nuclear Energy, 606, p. 221-231
  •  
  • 11. Robinson, J.A., 1978, Geochemical and geophysical applications of radioactive lead, In: Nriagu (ed.), The Biogeochemistry of Lead in the Environment, p. 285-393
  •  
  • 12. Wood, J.M., Horwitz, P., and Cox, H., 1992, Levels of heavy metals in dated sediments from Lindisfame Bay, Derwent Estuary, Tasmania, Sci. Total Environ., 125, 253-262
  •  

This Article

  • 2005; 10(1): 43-57

    Published on Feb 1, 2005