에스투아린 물 순환

에스투아린 물 순환은 강물의 유입, 조수, 강우 및 증발, 바람, 그리고 상승, 에디, 폭풍과 같은 다른 해양 사건에 의해 제어된다. 에스타린 물 순환 패턴은 수직 혼합과 층화의 영향을 받아 거주 시간과 노출 시간에 영향을 미칠 수 있다.

거주시간

물의 거주 시간은 특히 사람이 일으키는 스트레스로 인한 하구의 건강을 결정하는 중요한 변수다. 급속 플러싱은 하구의 침전물 축적이나 용존산소 고갈을 위한 충분한 시간을 보장한다. 따라서 잘 플러싱된 하구는 기본적으로 잘 플러싱된 하구보다 더 튼튼하다.^[1] 거주 시간은 또한 중금속, 용해된 영양소, 부유물질, 녹조 등과 같은 다른 변수에 영향을 미치며, 강물의 건강에 영향을 미칠 수 있다.^[2]

거주 시간을 계산하는 간단한 방법은 단순한 고전적인 하구 모형을 사용하는 것인데, 하구에 대한 개념적 이해를 얻는 데 유용할 수 있지만 시공간적으로 조잡하다. 고전적인 하구는 1) 방류 Q와_f 염도 S를_f 가진 담수유입(일반적으로_f S = 0), 2) 방류 Q와_in 염도 S를₀ 가진 해양유입, 3) 방류_out Q와 염도 S를₁ 가진 해양유출로 구성된다. 질량이 보존되기 때문에 물의 유입과 유출은 동일하다. 소금도 보존되어 있기 때문에 염분의 유입과 유출 흐름도 같다. 지하수 입력과 증발을 무시할 경우 연속성 방정식은 다음과 같다.

Q_in S₀ + Q_f S_f = Q_out S₁

거주시간 T는 하구(Vol) 내 물의 양을 강의 유량으로 나눈 값이다.^[1]

T = (Vol/ Q_f )(1 - S₁/ S₀ - S_f / S₀)

노출시간

거주시간은 물 입자가 하구를 빠져나가는데 걸리는 시간을 고려하지만 썰물 때 하구를 빠져나가는 일부 물 입자가 밀물 때 다시 유입될 수 있다. 물 입자가 다시는 돌아오지 않을 때까지 하구에서 보내는 시간을 노출 시간이라고 한다. 물 입자가 썰물과 함께 떠나고 밀물과 함께 돌아오는 경우 노출 시간은 거주 시간보다 훨씬 클 수 있다. 하구로 돌아오는 물 입자의 수와 떠나는 물 입자의 수의 비율은 반환 계수 r로 알려져 있다.

노출 시간을 정량화하기 위해서는 하구 바깥의 물 순환을 결정해야 한다. 그러나 하구 하구 부근의 순환은 이스트아린과 바닷물 사이에 일어나는 조석혼합 작용으로 인해 복잡하다. 해안이 헤드랜드로 험준하면 에디와 제트기, 정체구 등으로 구성된 복잡한 유역의 모자이크가 발생해 하구 바깥의 순환 패턴을 더욱 복잡하게 만들게 된다.^[1]

오스트레일리아 선교만과 같이 여러 조수로 흘러드는 델타나 습지와 관련된 경우, 썰물 때 한 개울에서 나오는 물은 밀물 때 또 다른 하구로 유입될 수 있다.^[3] 일련의 하구가 관련되었을 때, 한 하구에서 조수가 유출되어 홍수가 일어나는 동안 다른 하구로 다시 유입될 경우, 대규모 노출 시간(개별 하구보다 더 높음)이 발생할 것이다. 그러나 육지가 있는 험준한 해안선을 따라 하구와 해양의 혼합은 강렬할 수 있다. 에스타린 물이 하구를 빠져나가면 연안까지 홍수가 나므로 노출 시간과 거주 시간이 거의 같다.^[4]

어떤 경우에는 조수를 통해 하구의 입구를 가로지르는 부피, 소금, 온도의 유속을 측정할 수 있다. 이 데이터를 이용하여 (1-r)을 계산할 수 있다(r은 반환 계수): 계통 재진입 전에 해안수로 대체되는 썰물 때 하구를 빠져나가는 물 V_TP(만조력 프리즘 부피)의 분수와 같다. r = 1일 때 같은 물이 하구로 다시 유입되고, r = 0일 경우 썰물 때 하구를 빠져나간 에스트아린 물은 밀물 때 하구로 들어오는 해안수로 대체됐다.^[1] 노출 시간 τ'은 다음과 같이 추정한다.

τ' = V_estuary T_tide / (1-r) V_TP

V는_estuary 평균 에스투아린 부피로 정의되며 T는_tide 조력 기간이다.^[5]

조수 발생 시 강 어귀를 통과하는 고사리 물의 총 유량은 강물 유입에 따른 부피 유량보다 훨씬 높은 경우가 많다(종종 10~100배). 따라서 측정이 정밀하지 않으면 순유동 추정치를 신뢰할 수 없게 된다. 반환 계수의 직접 측정은 상승, 에디의 통과 또는 폭풍과 같은 불안정한 해양 사건에 의해 종종 복잡하기 때문에 반환 계수의 정확한 직접 측정의 성공은 드물다.^[1]

수직 혼합 및 층화

하구의 물의 거주 시간은 염분 및 온도 변화에 따른 밀도 차이에 의해 구동되는 하구 내 순환에 따라 달라진다. 담수가 염수 위로 덜 밀도가 높아지고 더 따뜻한 물이 차가운 물 위로 뜬다(온도 4℃ 이상). 그 결과 근해와 근해 수역은 궤적이 다를 수 있어 거주 시간이 다를 수 있다.

수직적 혼합은 염분과 온도가 위에서 아래로 얼마나 변화할지를 결정하여 물 순환에 심대한 영향을 미친다. 수직 혼합은 세 가지 레벨에서 발생한다: 풍력에 의한 표면에서 아래쪽으로, 경계에서 생성된 난류(에스타린과 해양 경계 혼합)에 의해 위쪽으로, 그리고 내부적으로는 조수, 바람, 하천 유입에 의해 움직이는 수류에 의해 야기된 난류 혼합에 의해 발생한다.^[1]

수직 혼합으로 인한 다양한 유형의 에스타린 순환:

소금 쐐기 하구

이들 하류는 담수 상층부와 염수 하층부 사이에 날카로운 밀도를 가진 것이 특징이다. 이 시스템에서는 강물이 지배하고 있으며, 조수 효과는 순환 패턴에서 작은 역할을 한다. 민물은 바닷물 위에 떠서 바다 쪽으로 이동하면서 점차 씽씽 소리를 낸다. 밀도가 높은 바닷물은 하구를 따라 쐐기 모양의 층을 형성하고 육지로 이동하면서 점점 얇아진다. 두 층 사이에 속도 차이가 발생함에 따라 전단력은 인터페이스에서 내부 파동을 발생시켜 바닷물과 민물이 위쪽으로 섞이게 된다.^[6] 그 예가 미시시피강 하구다.^{[citation needed]}

부분층하구

조수가 증가함에 따라 하구의 순환 패턴에 대한 강 흐름의 통제가 덜 지배적이 된다. 전류에 의해 유도된 난류 혼합은 적당히 층화된 상태를 만든다. 난류 에디는 물기둥을 혼합하여 밀도 경계를 가로지르는 양방향으로 민물과 바닷물이 대량으로 전달된다. 따라서 상층수질량과 하층수질량을 분리하는 인터페이스는 표면에서 하단으로 염도가 점진적으로 증가하는 물기둥으로 대체된다. 그러나 최대 염분 경사가 중간 깊이에 있는 두 층의 흐름은 여전히 존재한다. 부분적으로 층화된 하구는 전형적으로 얕고 넓으며, 소금 쐐기 하구에 비해 폭 대 깊이 비율이 크다.^[6] 그 예가 템즈강이다.^{[citation needed]}

수직동성하구

이들 하구에서는 하천 유량에 비해 조수 흐름이 커 우물 혼합수기둥과 수직 염분 경사가 사라진다. 담수-시어터 경계는 극심한 난류 혼합과 에디 효과로 인해 제거된다. 수직 동종강 하류의 폭 대 깊이 비율은 크며, 제한된 깊이로 인해 해저에 물기둥을 완전히 섞을 수 있을 만큼 충분한 수직 피복이 생성된다. 하구 하구의 조류가 격동의 혼합을 만들 정도로 강하면 수직으로 균일한 상태가 나타나는 경우가 많다.^[6]

피오르드스

피오르드는 고도로 층화된 하류의 예로서 실이 있는 바진이며 증발량을 크게 초과하는 담수 유입을 가지고 있다. 해양수는 중간층에 수입되어 담수와 섞인다. 그 결과 생긴 고사리 물은 표면층으로 수출된다. 천천히 유입되는 바닷물은 실 위를 흘러 피오르드 바닥(심층)으로 가라앉을 수 있는데, 이 바닥은 간헐적인 폭풍에 의해 홍수가 날 때까지 물이 정체된 상태를 유지한다.^[1]

역하구

역추류는 증발량이 담수 유입을 크게 초과하는 건조한 기후에서 발생한다. 염분 최대존이 형성되고, 강과 해양수역 모두 이존을 향해 지표면 가까이 흐른다.^[7] 이 물은 아래로 밀려서 바다와 육지 방향으로 바닥을 따라 퍼진다. 최대 염도는 극도로 높은 값에 도달할 수 있고 거주 시간은 몇 달일 수 있다. 이러한 시스템에서 염분 최대존은 플러그와 같은 작용을 하여 에스타린과 해양의 혼합을 억제하여 담수가 바다에 도달하지 않도록 한다. 염도가 높은 물은 바다 쪽으로 가라앉아 하구를 빠져나간다.^[8][9]

참조