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1969년 이래 영일만의 해양환경과 관련하여 수행된 연구 주제와 각 연대별 논문의 발표건수를 Table 1에 나타내었다. 영일만 연구는 전체 96건 중 생물환경(어류, 패류, 동·식물플랑크톤, 저서생물, 해조류 등) 관련 주제가 26건(27.1%)으로 가장 많았고, 다음으로 물리환경(조석·조류, 파랑, 밀도류, 수온·염분, 수중소음, 조도 등) 및 퇴적물·저서환경 관련 주제가 각각 16건(16.7%), CCS 관련 주제가 12건(12.5%), 수질환경 관련 주제가 11건(11.5%), 지질환경 및 항만 물류 관련 주제가 각각 6건(6.3%), 그리고 미세플라스틱과 해양쓰레기 관련 주제가 2건(2.1%)로 나타났다. 이들 연구 주제를 살펴보면, 물리환경이나 생물환경에 관해서는 1969년 이래 최근까지 비교적 꾸준히 연구가 이루어진 반면, 수질환경이나 퇴적물·저서환경에 관해서는 2000년대에 들어서부터 연구가 다소 활발해진 것으로 나타났다. 한편 항만 물류에 관해서는 2000년대 중반부터 2010년대 초반까지 집중적인 연구가 이루어진 것으로 판단된다. 즉, 수질환경을 비롯한 퇴적물·저서환경, 항만 물류와 관련한 연구가 2000년대부터 2010년대 초반까지 집중하고 있는 것은 포항 신항만(영일신항)의 개발 행위와 관련이 있으며, 또한 CCS에 관해서는 극히 최근의 연구로 정부가 추진하고 있는 온실가스의 감축정책과 무관하지 않은 것으로 판단된다.

이하에서는 Table 1에 나타난 지금까지의 연구결과에 기초하여 영일만의 물리환경, 수질환경, 지질환경, 퇴적물·저질환경, 생물환경, CCS, 항만 물류, 미세플라스틱과 해양쓰레기 문제에 관하여 각각 고찰하였다.

Yang[1969]은 1968년 5월에서 8월에 걸쳐 영일만내 10개 정점에 방사성 추적자인 ⁶⁰Co을 투하하여 신항만 건설에 따른 시설물의 배치계획과 관련한 표사이동실험을 실시하여 방사성 코발트 유리 모래(⁶⁰Co)의 이동 방향과 분포 범위, 표류 속도 등을 산출하였다. 또한 Hahn[1974]은 1971년 5월 영일만 입구에서 수중조도계로 조도를 측정하여 해수 중에서의 광선의 소산계수(평균 0.045·m^-1)는 투명도판(Secchi disc)에 의한 투명도와는 역의 관계가 있음을 밝혔다. Ha and Yoon[1983]은 1979년 8월 영일만 부근 해역의 2개 정점에서 수중청음기(hydrophone)로 수중소음을 측정하고 스펙트럼을 분석한 결과, 영일만 연안의 수중소음은 거의 전 주파수대에서 통항선의 소음에 의한 영향을 받고 있으며, 수면 부근에서 발생한 음파는 구면확산손실을 일으키며 하층으로 전파하는 것을 확인하였다. Kwak[1976]은 1973년 10월 영일만의 11개 정점에서 수온, 염분, pH, 용존산소 등을 측정하여 만내는 상·하 두 개의 수층이 존재하는데, 상층에는 가을에 퇴조하는 쓰시마난류가, 하층에는 동해 고유의 저층냉수대가 각각 존재한다고 하였다. 이와 같이 쓰시마난류가 영일만내의 수온변화에 미치는 영향은 Yang[1985]의 결과에서도 알 수 있다. 그는 영일만에서 1962년부터 1981년까지 국립수산과학원이 수집한 해양관측자료를 분석한 결과, 표층의 평균 수온이 높은 달은 10월과 11월로 나타났는데, 그는 이러한 표층 수온의 주기적 변화가 쓰시마난류의 변화와 밀접한 관계를 갖는다고 추론하였다. Chu[1976]는 1973년부터 1974년까지 기록된 매일의 조석관측자료로부터 진폭 20 cm 이상의 부진동을 발췌하여 이를 통계적으로 분석하였다. 그 결과, 부진동의 관측주기는 20-24분이 가장 많았고, 다음으로 60-84분 주기의 부진동이 많았다. 이들의 관측주기 20-24분은 포항 신항의 계산주기인 12.3분보다 약간 길지만, 주기 60-84분은 영일만의 계산주기인 83.5분보다는 짧았다. 또한 부조위(負潮位)의 발생빈도는 부진동의 발생빈도보다 많았으며, 부조위현상이 있을 때 현저한 부진동이 발생하면 부조위는 더욱 증가하는 것으로 나타났다. Park et al.[1986]은 영일만과 포항 신항으로 입사하는 장파에 의해 발생하는 강제 부진동 현상을 밝히기 위해 2차원 수치모형을 적용하였다. 그 결과, 영일만의 제1 고유주기는 약 70분, 제2 고유주기는 약 25분이며, 포항 신항의 제1 고유주기는 약 25분, 제2 고유주기는 약 7.5분으로 각각 나타났다. 한편 영일만내로 25분 주기의 장파가 들어올 경우에는 영일만의 제2 고유주기와 포항신항의 제1 고유주기가 거의 동일하므로 포항 신항내의 해면 부진동은 강하게 증폭될 가능성을 암시하였다. 이들의 수치모형에 의한 실험결과는 전술한 Chu[1976]의 조석관측에 의한 부진동의 관측주기와 유사하였다.

한편 Suh and Park[1986]은 형산강 유역에서의 수위관측자료, 유량관측자료 및 포항측후소의 기상관측자료 등을 사용하여 형산강 하구에서의 밀도류 현상을 분석하였다. 그 결과, 만조시는 영일만내로의 해수 침입이 탁월하여 뚜렷한 성층밀도류가 형성되었으며, 간조시는 염수쐐기(saline wedge)가 후퇴하면서 하층 염분이 상층의 담수와 혼합·확산하면서 유하하여 잘 혼합된 하구(well-mixed estuary)를 형성하는 것을 밝혔다. Lee et al.[1995]은 1989년부터 1990년에 걸쳐 영일만내 9개 정점에서의 연속측류, 측류판 추적실험, 염료(Rhodamine-B) 확산실험, 형산강 유출수의 항공사진 등의 자료를 바탕으로, 영일만의 해수유동구조와 확산특성을 조사하였다. 이들의 결과는 영일만의 표층 흐름은 조류보다 바람과 해류의 영향을 크게 받으나, 중층 흐름은 해류의 영향이 지배적임을 보여주었다. 또한 표층에서의 항류는 만의 동쪽에서는 바람 영향에 관계없이 만외로 유출하며, 만의 서쪽에서는 바람과 형산강 유출수에 의한 영향이 크다는 사실을 확인하였다. 반면, 중층에서의 항류는 만의 서쪽 해안을 따라 만내로 유입하여 좌선회하면서 만의 동쪽 해안을 따라 만외로 유출하는 것으로 나타났다. Kim[2001]은 수심 적분된 2차원 수치모형을 이용하여 영일만의 북쪽 달만갑 연안으로부터 포항 신항을 거쳐 장기갑 연안을 따라 외해로 빠져나가는 조석잔차류의 거동을 재현하였다. 그는 영일만 잔차류에 대한 조류의 영향은 미약하지만, 파랑이나 바람에 의한 영향이 상대적으로 크고 또한 형산강 하천수가 조석잔차류의 거동에 미치는 영향이 지배적이라고 주장하였다. 그의 결과는 전술한 Lee et al.[1995]의 결과와 정성적으로 일치하였다. Kim et al.[2001]은 1994년 7월과 1995년 1월 2회에 걸쳐 현장을 조사하고 또한 3차원 해수유동 수치모형실험을 행하여 영일만내의 유동 구조, 하천수 및 발전소 냉각수의 확산 특성을 구명하였다. 그 결과, 하천수 및 발전소 냉각수의 유량은 영일만내의 해수용량에 비하여 매우 적어서 영일만 전체의 해수유동 및 밀도 구조에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다. 또한 영일만에서는 하천수 및 발전소로부터의 온배수에 의해 밀도성층이 형성되어 만내수는 표층을 통해 유출되고 만외수는 저층을 통해 유입되는 유동구조를 보였다. Yoon et al.[2004]은 3차원 해수유동모형을 사용하여 형산강을 통한 담수유입과 영일만으로의 동해고유수의 유입시 만내 수괴의 거동특성을 조사하였으며, 그들은 수치실험에 의해 영일만의 단면별 net-flux water값을 다음과 같이 계산하였다: 형산강 하구에서는 중층에서 만의 내측 방향으로 2.6×10 m⁵·day^-1, 표층에서 만의 외측 방향으로 약 2.7×10 m⁵·day^-1, 냉천과 포항 신항 해역에서는 중층에서 만의 내측 방향으로 약 1.7×10 m⁵·day^-1, 표층에서 만의 외측 방향으로 약 1.1~1.7×10 m⁵·day^-1, 영일만 전 해역에서는 중층에서 만의 내측 방향으로 약 90.0×10 m⁵·day^-1, 표층에서 만의 외측 방향으로 약 15.0×10 m⁵·day^-1. 또한 이들의 계산결과, 영일만내의 흐름은 표층에서는 외해 유출, 중층과 저층에서는 만내 유입의 2층 구조로 이루어져 있음이 판명되었다. 따라서 만내로 오염물질이 유입될 경우는 외해로의 유출뿐만 아니라 만내 침강 및 저층의 고염 해수의 육지방향으로의 흐름에 의해 영양염의 집적구간(nutrients trap zone)이 형성될 가능성이 큰 것으로 판단되었다. Yoon and Lee[2005]는 영일만내의 연안수와 외해 고유수와의 상호관련성 및 만내 해수순환류의 발생기구에 대하여 고찰하였다. 스펙트럼 분석결과, 만내 연안수와 동해고유수는 서로 일정한 주기성을 가지고 있으며, 표층과 저층은 각각 약 0.84-0.91년과 1.84년의 주기를 나타내었다. 또한 영일만에서는 표층에서 형산강 담수의 외해로의 유출과 저층에서 저온·고염의 동해고 유수가 유입되어 하구순환류가 형성되며, 이러한 현상은 수괴가 안정되는 봄부터 여름에 걸쳐 가장 뚜렷하였고, 그 발생주기는 약 10일 정도로 평가되었다.

Jeong et al.[1996]은 다양한 관측기기(directional waverider, PUV, wave gauge 등)을 사용하여 영일만의 파랑을 현장관측하고, 또한 Chae and Jeong[1992]의 타원형 모형을 이용하여 불규칙파 변형에 대한 수치모형실험을 실시하였다. 이들의 수치실험결과는 현장조사결과와 유사하였으며, 따라서 천해에서 파랑스펙트럼을 수치모형에 의해 간접적으로 구하는 이들의 분석 및 해석방법은 타당하다고 주장하였다. Kim et al.[2004]은 확장완경사방정식 파랑 모형을 구성하여 영일만 신항만 건설 전후의 해변변동과 신항만 개발에 따른 정온도 변화를 비교·분석하였다. 그 결과, 쇄파-비선형 분산조건을 적용할 경우, 포항 구항의 항내 파고비가 영일만 신항 건설전보다 신항 건설후에 더 높았다. 또한 포항 신항의 항내 파고비는 건설전이 건설후보다 더 높은 반면, 외항에서는 건설 후가 건설 전에 비해 더 높았다. Jeon et al.[2006]은 확장완경사방정식을 사용하여 영일만 입구의 방파제 건설과 신항만 계획을 반영할 경우, 이들이 항만 부진동에 어떠한 영향을 미치는지 수치실험에 의해 검토한 결과, 영일만 신항 건설 후에는 포항 신항과 구항의 공진주기가 변하며, 몇몇 구간에서는 건설전에 비해 진폭이 증가하는 구간이 있는 것으로 나타났다. 따라서 이들은 부진동 저감을 위해 진동주기를 변경시키거나 증폭비를 감쇄시킬 수 있는 방안 마련의 필요성을 제기하였다. Chun et al.[2007]은 파랑수치모형인 WAM(WAve Model)에 쇄파와의 상호작용을 추가하여 모형 적용을 천해역으로 확장하였다. 그들의 수치모의결과는 영일만으로 입사파가 내부로 진입하는 과정에서 바닥에 의한 에너지 감쇠와 쇄파작용에 의해 점진적으로 파고가 감소하고 연안 부근에서는 굴절효과로 인해 해안에 대하여 연직 방향으로 진행하는 경향을 보여주었다. Kim et al.[2019]은 2017년 11월 15일에 발생한 규모 5.4의 포항지진을 대상으로 영일만항 안벽 및 배면에서 발생한 피해 메커니즘을 조사한 결과, 영일만항의 케이슨은 5-15 cm정도 수평 변위가 발생하였고, 뒤채움 지반에서는 10 cm이상의 침하가 발생하였다. 또한 2차원 유효응력해석결과, 배후지의 뒤채움 지반내 국부적으로 과잉간극수압이 증가하고 유효응력이 감소한 것이 침하 발생의 원인으로 밝혀졌다.

이상의 결과로부터, 영일만은 만조시 상층에서의 형상강이나 냉천 등 하천수의 유출과 하층의 해수 유입에 의한 밀도류가 형성되며, 또한 상층은 고온·저염의 쓰시마난류가, 하층은 저온·고염의 동해 고유수가 유입하여 2층류가 형성되는 등 만내 염분과 수온에 미치는 하천수와 해류의 영향을 무시할 수 없음을 알 수 있다. 만내 표층 흐름은 조류보다 바람과 해류의 영향을 크게 받으나, 중층 흐름은 해류 영향이 지배적이며, 조석잔차류는 북쪽 달만갑 연안으로부터 포항 신항을 거쳐 장기갑 연안을 따라 외해로 빠져나가는 형태, 즉 반시계방향의 순환을 나타내었다. 특히, 만내 연안수와 저층의 동해고유수는 각각 일정한 주기(0.84-0.91년과 1.84년)를 가진 하구순환류를 형성하고 있는 것으로 나타났다. 만내는 주기 20-24분의 부진동이 존재하며, 이것이 포항신항의 고유주기와 거의 동일하여 항만 부진동이 증폭될 위험성이 존재하였다. 특히, 영일만 신항 건설 후, 포항 신항과 구항의 공진주기가 변하였고, 일부 구간에서는 건설 전에 비해 파의 진폭이 증가하는 것으로 나타나, 부진동 저감을 위한 방안 마련의 필요성이 제기되고 있다.

Kwak[1977]은 1973년 10월 하순 영일만 해수중의 철분 함유량을 조사한 결과, 만입구나 중앙부에 비해 내만은 입자성 철분이 약 5배, 용해성 철분이 약 2배 가량 높은 것으로 나타났다. 또한 어항 입구부터 해수욕장에 걸쳐 용해성 철분의 함량이 높았는데 이것은 오염원 존재 가능성을 암시하였다. Suh et al.[1995a]은 1993년 8월 영일만내 3개 정점에서 채집한 해수, 플랑크톤, 어류내의 천연 방사성 핵종 ²¹⁰Po농도를 조사한 결과, 해수 중의 ²¹⁰Po 평균농도는 1.9 mBq·l^-1로 나타났다. 또한 식물플랑크톤의 우점종인 규조류 Skeletonema costatum의 농축계수는 7.6×10⁴, 동물플랑크톤 중의 요각류와 곤쟁이류의 농축 평균농도는 210-584 mBq·g^-1(건조중량)이었으나, 특히 요각류 Labidocera bipinnata의 농축 평균농도는 2,070 mBq·g^-1로, 예외적으로 높았다. 반면 어류 유문맹낭(幽門盲囊)의 ²¹⁰Po 농도와 농축계수는 각각 2,979-3,810 mBq·g^-1와 3.4-4.3×10⁴ 이었다. 따라서 생물체내의 ²¹⁰Po의 농축계수는 식물플랑크톤 < 여과섭식 요각류 <잡식성 곤쟁이류 < 육식성 요각류<부어류 순으로 나타났다. 한편 전술한 Kim et al.[2001]의 현장조사결과에 따르면, 만내 영양염류 농도는 표층보다 저층에서 높았고, 또한 저층 중에서도 만의 북쪽에 비해 남쪽에서 더 높았다. 이것은 영일만의 지형 및 유동 특성에 의해 정체성 해역이 형성된 결과로 판단되며, 따라서 영일만내 수질 분포는 유동 특성과 밀접한 관련성을 가지고 있는 것으로 나타났다. Kang et al.[2002]은 1990년부터 1998년까지 9년간 영일만의 13개 정점에서 수질을 계절별로 조사하였다. 그 결과, 염분은 강수량과 하천수가 다량 유입하는 8월에는 낮았으나, 만외로 갈수록 점차 증가하였다. 또한 염분은 질산 질소와 유의적인 음의 상관을 보여 형산강, 냉천 등의 하천수 유입이 질산 질소의 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 영일만의 주요 오염원은 하천수 유입에 의한 질산 질소인 것으로 판단되었다. 또한 주성분분석결과, 영일만 수질 변화를 일으키는 주 요인은 하천수 유입에 따른 질산 질소의 증가에 있는 것으로 나타나, 이를 개선하여 만내에서의 적조 발생을 예방하는 것이 중요하다고 이들은 역설하였다. Yoon et al.[2003]은 국립수산과학원이 실시한 1987년(포항신항 건설전) 15개 정점, 1993년부터 2000년까지(9년간) 14개 정점에서의 수질관측자료를 이용하여 영일만 수질의 경년변동과 수질인자간의 상관성을 고찰하였다. 그 결과, 화학적산소요구량(COD) 농도는 2월과 5월에는 낮고 8월에는 높은 반면, 총질소(TN)과 총인(TP) 농도는 모두 11월에 가장 높았다. 반면 TN 농도는 5월에 낮고 TP 농도는 8월에 가장 낮았으며, 영양염(TN, TP)의 농도가 증가하면 COD 농도도 증가하는 높은 상관성을 나타내었다. 또한 포항 신항 개발후 신항을 중심으로 고농도의 영양염 수괴가 출현하였으며, 인구밀집지역인 포항 구항과 포항 신항 해역을 중심으로 만내 수질은 전반적으로 악화된 것으로 나타났다. Son et al.[2003]은 2000년 3월 영일만 형산강 지역의 8개 정점에서 수층별로 해수를 채수하여 COD 농도와 총유기탄소량(TOC)을 측정하였다. 그 결과, 형산강 지역에서 TOC는 1.60-12.64 mgC·l^-1, COD 농도는 0.96-33.12 mgO₂·l^-1의 범위로 나타났다. 한편 형산강에서 이들 TOC와 COD 농도의 수평적인 분포는 육지쪽에서 해양쪽으로 갈수록 점차 감소하였고, 또한 염분이 증가할수록 TOC와 COD 모두 감소하는 경향을 보였다. Lee[2003]는 유역유출모형(강우-유출모형)인 tank 모델을 구축하여 형산강 유역의 일별 하천유량과 오염부하량을 산정하였다. 그의 결과에 의하면, 영일만으로 유입하는 형산강의 연평균 하천유량은 878.34×10⁶ m³·year^-1이며, COD, 부유물질(SS), TN, TP는 각각 15.11 ton·year^-1, 23.24 ton·year^-1, 10.65 ton·year^-1, 0.54 ton·year^-1로 나타났다. 또한 영일만내로 유입하는 주 오염원은 형산강 하구 부근에 위치한 포항시와 포항공단인 것으로 밝혀졌다. Yoon et al.[2003]은 4개의 tank가 직렬로 배치된 cascade 수치모형을 사용하여 형산강을 비롯한 영일만내로 유입하는 육상오염부하량의 정량적 평가를 시도하였다. 그 결과, 일별 오염발생 총량은 생물학적산소요구량(BOD), SS, TN, TP가 각각 202 ton·day^-1, 620 ton·day^-1, 42 ton·day^-1, 16 ton·day^-1이며, 영일만내에서는 형산강으로부터 발생되는 오염부하량이 가장 많은 것으로 나타났다. 또한 영일만내에서 발생하는 전체 오염부하량 BOD, SS, TN, TP 중 형산강이 차지하는 비율은 각각 78.2%, 88.5%, 62.5%, 73.1%로 산정되었다. Kim and Kim[2004]은 1998년부터 2000년까지 영일만과 형산강의 5개 정점에서 수질변화를 조사하였다. 그 결과, 표층 수온은 5월과 8월은 저층에 비해 높았고, 염분은 형산강 담수의 영향으로 만내에서 낮았으며, 표층과 저층간 염분차는 만외나 만중앙부에 비해 만내에서 컸다. 한편 COD는 8월과 11월에 높았고, 2월이 가장 낮았으며, 표층과 저층 모두 만내에서 만외로 갈수록 낮아지는 경향을 보였다. 한편 영일만에서는 Redfield ratio가 평균 6.4로 낮았으며, 전 해역에서 DIN이 인산염(PO₄-P) 농도에 비해 상대적으로 낮았는데, 이는 형산강 담수의 영향 때문으로 판단되었다. Kim et al.[2008]은 2004년 8월과 2005년 2월에 영일만의 해수, 하천수, 연안 지하수의 영양염(²²⁴Ra, ²²⁶Ra)의 농도를 측정하여 해저지하수배출(submarine groundwater discharge; SGD, 또는 담지하수 유출량)과 SGD 유래의 영양염류를 추정하였다. 그 결과, SGD는 2004년 8월에 수심 9 m이하의 천해에서 대략 6×10⁶ m³·day^-1(침투율=0.2 m·day^-1)로 추정되었으며, 이 값은 세계적으로 다른 연안역에서 발견되는 전형적인 SGD 수준에 비해 훨씬 컸다. 한편 하계동안 영일만에 있어서의 SGD 유래의 영양염은 각각 DIN, 용존무기인(DIP), 규산염(DSi)에 대하여 전체 유입량의 98%, 12%, 76%를 기여하였다. Hwang et al.[2010]은 한국 주변해역에서 수행된 해저지하수 연구자료와 물수지 방법을 이용하여 영일만을 포함한 한국 연안의 4개 해역(즉, 제주도, 여자만, 마산만, 영일만)에 대하여 해안을 통해 해양으로 유입되는 SGD를 산정하였다. 그 결과, 조사 및 계산된 SGD는 영일만의 경우 해안선 1 km당 1,500 m³·day^-1로, 제주도, 마산만, 여자만의 16,200 m³·day^-1, 8,000 m³·day^-1, 107,000 m³·day^-1 등에 비해 상대적으로 적었다. 또한 이 양은 영일만의 경우 이 지역의 주변 하천으로부터의 유출량의 약 50%에 해당한 반면, 제주도, 마산만, 여자만은 각각 57%, 89%, 420%에 해당하여 지역적으로 큰 차이를 보였다. 이들 값은 여전히 SGD를 평가하는데 있어서 방법적인 문제가 많이 제기되고 있는 만큼 앞으로 수리역학적인 방법이나 seepage meter를 이용한 실제 측정 등을 통한 상호비교의 필요성을 이들은 역설하였다. Jung et al.[2021]은 형산강으로 유입하여 영일만으로 배수되는 구무 샛강의 인위적 Hg 오염원에 대한 위치 정보를 구축하였다.

이상의 결과로부터, 영일만내 수질은 포항시와 포항공단, 그리고 형산강 하천수를 통한 질산 질소의 유입 등에 의해 포항 구항과 신항 등 주로 내만을 중심으로 오염이 심화되고 있는 것으로 판단되었다. 특히, 영일만에서는 전 해역에서 DIN 농도가 인산염 농도에 비해 상대적으로 낮았는데, 이것은 형산강 하천수의 영향 때문으로 판단되었다. 한편 영일만에 있어서의 SGD 유래의 영양염은 여전히 논란의 여지는 있으나 DIN, DIP, 규산염 각각에 대하여 전체 유입량의 98%, 12%, 76%로 추정되었다.

Choi et al.[1993]은 영일만에서 획득한 고해상 천부탄성파 탐사 자료의 정밀분석을 통해 지질구조의 특성을 분석하여 영일만 내해와 구룡반도 인근해역은 하부에는 제4기 하천성 퇴적물이, 상부에는 뻘질 퇴적층의 평탄한 해저면이 각각 형성되어 있으며, 제3기 퇴적층에는 단층 및 습곡구조가 매우 잘 발달해 있는 것을 확인하였다. 이들은 영일만에 발달한 지질구조들은 후기 마이오세 초 동-서 내지 북서-남동 방향으로부터 압축-응력작용을 받은 결과로 해석하였다. Yun et al.[1994]은 영일반도의 지질분포 및 층서를 기초로 하여 이 일대 분포하는 화산암류에 대한 암석학적, 지화학적 특성을 조사하였다. 그 결과, 이 지역은 백악기의 퇴적암층 및 화강암, 고제3기 에오세의 두일포안산암, 강사리응회암, 구만리유문암, 암맥류, 신제3기 마이오세의 장기역암, 눌대리응회암, 후동리응회암, 공개산데이사이트, 구룡포안산암, 구룡포유문암질각력암, 연일현무암, 임곡층 및 충적층으로 구성되어 있는 것으로 나타났다. Choi[1996]는 영일만 해안 및 만내에 발달한 후기갱신세 해성단구의 대비와 편년(編年)을 행하였다. 그 결과, 구정선고도(?汀線高度) 18 m인 저위해성단구 1면은 최종간빙기의 극상기, 10 m인 저위해성단구 2면은 최종간빙기 후기의 상대적 온난기에 형성되었음이 밝혀져, 이 두 해성면을 연구지역 부근에 있어서 제4기 해성면의 대비와 편년을 위한 기준시간면으로서의 이용이 가능하게 하였다.

Kim[1972]은 영일만 주변 지역에서 산출되는 bentonite를 처리 시간을 달리 하여 처리한 시료에 대한 메틸렌블루 흡착력을 조사하였다. 그 결과, NaHSO₄ 용액으로 처리했을 경우 메틸렌블루 흡착력은 거의 개선되지 않았으나, Na₂SO₄용액으로 처리했을 경우에는 1 N용액으로 100℃에서 2시간 처리했을 경우가 가장 좋았으며, 원시료의 3배의 흡착력을 보였다. Noh and Koh[2004]는 영일만 주변 지역에서 산출되는 zeolite(비석(沸石)이라고도 하며 알루미늄산화물과 규산화합물의 결합으로 생겨난 음이온에 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 결합하고 있는 광물을 총칭함)와 bentonite(대부분 montmorillonite(점토광물의 일종)로 구성된 점토로서, 보통은 해수의 화산재의 풍화작용을 통해 형성되며 재 안의 화산유리가 점토광물로 변환된다. Bentonite는 다량의 물을 흡수하는 능력이 있어서 최대 8배까지 부피를 키울 수 있음)의 생성 환경의 차이를 해석하였으며, Kim et al.[2007]은 영일만산의 분말로 된 천연 zeolite를 토양 개량제나 폐수 처리제의 활용성을 증대시키기 위해 포틀랜드 시멘트를 접착제로 혼합하고 열처리하여 재입단화를 시도하였다. 그들은 미분(微粉)의 천연 zeolite에 25%의 포틀랜드 시멘트를 접착제로 혼합하고 토련기로 성형한 후 입단화하였으며, 이 시료는 25℃에서 30일간 양생하고 400℃에서 3시간 동안 열처리하였을 때 가장 효율적인 것으로 나타났다. Choi and Jeon[2016]은 영일만 해안에 수평적으로 층상의 해빈 퇴적물을 가진 해식동굴을 발견하고 동굴 퇴적물의 층서학적인 구조를 조사한 결과, 해식동굴 해안 퇴적물이 4 m 융기한 것은 가장 높은 지진활동도와 1600년대의 3개의 가장 큰 역사적인 지진 때문이라고 그들은 주장하였다.

이상의 결과를 살펴보면, 영일만은 그 하부는 제4기 하천성 퇴적물이, 상부는 뻘질 퇴적층의 평탄한 해저면이 각각 형성되어 있으며, 또한 영일만 주변 지역에서 산출되는 bentonite와 zeolite 등을 효율적으로 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있음을 알 수 있다.

Park and Song[1972]은 1971년 5월 영일만내 64개 정점에서 퇴적물을 채취하여 분석한 결과, 영일만 퇴적물은 대부분 사질로서, 분급도는 1.0~3.5, 왜곡도는 각각 -1~2, 첨도값은 -1.5~21.9의 범위로 나타났다. 퇴적물 입도분포는 대체로 만내 해류에너지 영향을 크게 받고 있으며, 이 해류는 풍향의 영향을 받는 취송류로 판단되었다. Um et al.[2003]은 영일만내 27개 정점에서 표층퇴적물을 채취하여 입도 조성, 유기탄소, 금속원소들의 함량을 분석한 결과, 퇴적물 입도는 전반적으로 해안선 부근에서 조립하고 만 중앙부에서 세립한 것으로 나타났는데, 그들은 이것을 해저지형과 반시계 방향의 해류 패턴에 의한 것으로 해석하였다. 한편 유기탄소와 금속원소들의 함량은 대부분 퇴적물 입도변화에 수반되어 니질함량이 높은 만 중앙부에서 높고, 사질함량이 높은 해안선쪽으로 갈수록 낮아지는 경향을 보였다. 그러나 Ca, Sr, K 함량은 조립 퇴적물이 우세한 해안선 부근 퇴적물에서 높았고, Cu, Zn, Cd 함량 또한 유기물 함량이 높은 구항과 형산강 입구 퇴적물에서 높은 특징을 보였다. 이들에 대한 상관관계 및 요인분석결과에 의하면, 대부분의 금속 원소 함량과 공간변화는 퇴적물 입도에 의해 조절되지만, Cd, Cu, Zn, Sn 등은 퇴적층 무산소 환경에서 일어나는 지화학적 메커니즘이 이들 함량과 공간변화를 조절하는 요인으로 나타났다. Lee et al.[2004]은 2002년 7월과 2001년 12월 각각 영일만 27개 정점에서 표층퇴적물 시료를 채취하여 중금속 오염도를 조사한 결과, 퇴적물 입도와 유기탄소 함량 사이에는 세립토일수록 유기탄소의 농도가 높아지는 경향을 보였다. 한편 영일만 전체에서의 중금속 Zn, Cu, Cd, Sn의 평균 농도(단위: μg·g^-1)는 각각 87, 11, 0.4, 3.0인 반면, 포항 구항주변에서의 이들의 평균 농도는 370, 115, 4.0, 6.0로 상대적으로 높았다. 그 결과, 이들 중금속에 의한 상대적 오염정도를 나타내는 지퇴적학적 지수 I_geo(geoaccumulation index)는 구항 주변을 제외한 영일만내 타 지역에서는 0 이하였으나, 구항 주변에서는 1~3으로, 중금속 오염이 심각한 것으로 판단되었다.

Koh et al.[2004]은 형산강의 퇴적물, 공극수, 물을 채취하여 다환방향족 탄화수소(PAHs)를 분석하고, 또한 in vitro H4IIE-luc 생물검정을 사용하여 다이옥신 유사활성(dioxin-like activity)을 평가하였다. 그 결과, 6개 정점에서 채취한 퇴적물에서 PCDDs(polychlorinated dibenzo-p-dioxins), RCDFs(dibenzofurans), PCBs(polychlorinated biphenyl)의 평균 농도는 각각 2.8×10² pg·g^-1, 190 pg·g^-1, 61.4 ng·g^-1 (in dry weight)로 나타났다. 또한 이들 퇴적물과 물은 상류로부터 하류를 따라 농도 경사를 나타내었으며, 이것은 주요 오염원이 하수처리장과 인접한 폐수 저수지(reservoir)임을 암시하였다. 이들의 다이옥신 당량(TEQs)은 4.3×10^-1 − 1.1×10³ pg·g^-1 (in dry weight)의 범위로, 6개 정점에서 얻은 raw Soxhlet 추출물은 H4IIE-luc 생물검정에서 현저한 다이옥신 유사 반응을 나타내었다. H4IIE-luc 생물검정으로부터 유도된 TCDD-EQs(tetrachlorodibenzo-p-dioxin equivalents)는 7×10^-3− 1.5×10³ pg·g^-1(in dry weight)의 범위로, TEQs과 현저한 상관을 가지고 있었다. Koh et al.[2006]은 2000년 3월 영일만 26개 정점에서 퇴적물 표본을 채취하여 다이옥신 유사 및 발정성 오염물질의 분포와 발생을 조사하였다. 그 결과, 퇴적물 표본 중 85%가 H4IIE-luc 생물검정에서 현저한 다이옥신 유사 활성을 나타낸 반면, 50%가 MVLN 생물검정에서 현저한 발정성의 활성을 나타내었다. 또한 영일만 퇴적물에서 다양한 농도의 유기 오염물질이 탐지되었으며, 이들 풍도는 PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons), APs(alkylphenols), PCBs(polychlorinated biphenyls), OCs(organochlorines) 살충제의 순으로 높았다. Choi et al.[2009]은 2006년부터 2007년에 걸쳐 영일만을 포함한 한국 연안의 35개 정점에서 표층퇴적물을 채취하여 도시와 산업 폐수, 특히 NPs(nonylphenolic compounds; 기름과 물을 섞어 오염물질을 제거하는 데 도움을 주는 계면활성제로서 내분비계 장애 추정물질의 하나로 알려져 있음)와 Cop(coprostanol; 환경에서 인간 배설물의 존재에 대한 biomarker)에 의한 오염을 평가하였다. 그 결과, Table 2에 나타낸 바와 같이, 영일만은 TOC를 비롯하여 NPs와 Cop 농도는 인천항이나 부산만, 울산만과 더불어 비교적 높았다. 이들 해역은 모두 산업화되고 도시화된 지역으로서, 오염물질들은 주로 인간활동에 의한 산물임을 의미하였다.

Kim et al.[2014]은 2010년 6월과 2011년 2월에 영일만을 포함한 형산강에서 15개 퇴적물과 17개 해수 표본을 수집하여 수생 환경에 미치는 산업의 오염 영향력을 조사·분석하였다. 그 결과, POSCO와 인구 밀집 지역 부근에서 채취한 퇴적물 표본에서는 가장 큰 성호르몬의 변화를 보여주었고, 이러한 변화는 APs와 bisphenols A(BPA)의 함유량에 의해 설명이 가능하였다. Hong et al.[2014]은 2010년 2월 영일만 오염실태 파악을 위해 형산강을 따라 총 8개 정점에서 16개 퇴적물 표본을 채취하여 화학 분석과 in vitro H4IIE-luc 생물학적 정량분석을 실시하였다. 그 결과, 현저한 다이옥신 유사 활성이 산업 및 도시지역 퇴적물에서 관측되었는데, 이것은 다이옥신 유사 화학물질의 대부분은 주위의 인위적인 배출원과 관련되어 있음을 보여주었다. 또한 H4IIE-luc 분석 결과는 dioxins, furans, co-planar PCBs, 다이옥신 유사 PAHs를 포함하는 화합물 농도와 현저한 상관을 가지고 있음을 보여주었다. 한편 다이옥신 유사 활성의 오염원과 화학물질을 분석한 결과, 이들이 주로 철과 강철 산업과 같은 지역 활동으로부터 유래된 것으로 밝혀졌다. Khim and Hong[2014]은 영일만을 포함한 한국 22개 연안역에서 채취한 1,700개 이상 퇴적물의 POPs(persistent organic pollutants)와 EDCs(endocrine disrupting chemicals) 농도와 관련하여 1990년대 후반 이래 발표된 66편의 논문을 리뷰, 오염물질 분포를 조사한 결과, Fig. 3에 나타낸 바와 같이 영일만(그림 중 East Sea의 17번 지역)에서 높은 농도의 POPs와 EDCs가 발견되었다. 이들 결과에서는 한국 연안 퇴적물에서의 POPs와 EDCs 분포와 그 오염원은 지역 특유의 오염원 의존적인 모습을 보이는 것으로 나타났다. 한편 PCDD/Fs, PCBs, PAHs 농도는 산업단지 부근 퇴적물에서 가장 높았고, 또한 BTs(butyltin compounds)는 대규모 조선소에서 발견되었으며, NPs는 주로 산업단지와 대도시를 둘러싸고 있는 내만에서 탐지되었다. 영일만을 비롯한 한국 연안 퇴적물에서 몇 가지 미량 유기화학물질 농도는 기존의 저질 가이드라인 SQGs(sediment quality guideline)을 초과하였으며, 저서 생물에 잠재적으로 부정적인 영향을 줄 수 있는 것으로 판단되었다. 특히, 영일만 퇴적물에서는 내분비계교란물질로 알려진 TCDD-EQ(2,3,7,8-TCDD; 다이옥신 유사 활성)와 E2-EQ(17-β-estradiol; 발정성의 활성)가 각각 관찰되었다.

Fig. 3. 
Concentrations and distributions of compounds of PCDDs/Fs, PCBs, OCPs, PAHs, NPs, and BTs in sediments from the Korean coastal waters. Horizontal solid lines indicate the existing sediment quality guidelines for chemical groups (red: probable effect concentrations (DEC, ERM, PEL, SQGs-H); green: threshold effect concentrations (PEC, ERL, TEL, SQG-L). where DEC: disrupting effect concentration, ERM: effect range median, PEL: possible effect low, PEC: possible effect concentration, ERL: effect range low, TEL: threshold effect low)(Khim and Hong[2014]).

Hwang et al.[2016]은 2004년부터 2010년에 걸쳐 영일만(3개 정점)을 비롯한 한국 연안 71개 정점(서해 18개 정점, 남해 31-34개 정점, 동해 19개 정점)에서 채집된 총 491개 퇴적물이 함유하고 있는 7개 미량 금속(As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn)의 시공간적 분포와 변화를 조사하였다. 그 결과, Table 3에 나타낸 바와 같이, 영일만은 같은 해역인 동해안의 울산에 비해서는 강열감량(LOI; loss of ignition)이나 미량금속 농도가 전반적으로 낮은 반면, 제주해역과 서해안 해역은 물론, 남해안의 다른 해역에 비해서는 높았다. 미량 금속 농도는 도시와 산업단지가 밀집한 남부 연안에서 상대적으로 높은데, 따라서 연안퇴적물 금속농도는 도시화 또는 산업화와 관련한 인간활동에 의해 현저히 영향을 받고 있음을 의미하였다. 그러나 퇴적물 금속농도의 시간 변화는 크지 않았으며, 이것은 연안이 지속적으로 관리되고 있기 때문으로 판단되었다. SQGs와 I_geo에 의하면, 한국 연안 퇴적물은 Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn에 의한오염은 거의 없으나, As에 의한 오염은 어느 정도 되어 있는 것으로 나타났다. Lee et al.[2019]은 2016년 2월과 3월에 걸쳐 한국 연안을 따라 영일만을 포함하는 50개 정점에서 채집한 퇴적물 표본으로부터 paraben, 이들의 신진대사물질, TCS(triclosan), TCC(triclocarban) 등에 의한 잠재적 건강위험, 공간분포, 오염상황 등을 조사하였다. 그 결과, 모든 퇴적물에서 methylparaben, 하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid)이 탐지되어 광범위한 오염을 암시하였다. 퇴적물에서 측정된 파라벤과 TCS의 농도는 위험지수( HQ; hazard quotient)를 초과하지는 않았는데, 이것은 이들 오염물질에 대한 노출과 관련하여 잠재적 건강 위험이 낮음을 의미하였다. Kim et al.[2021]은 2017년부터 2018년에 걸쳐 영일만을 포함한 한국 연안의 34개 정점(황해 18개점, 남해 10개점, 동해 6개점)에서 총 71개 퇴적물을 채취하여 PTSs의 공간분포와 그 기원을 조사하였다. 이들의 조사결과에 따르면, Fig. 4에 나타낸 바와 같이 PCBs, PAHs, APs의 평균 농도는 모두 동해안이 황해(즉 서해안)나 남해안에 비해서 현저히 높았고, 특히 영일만의 PAHs와 APs 평균 농도는 동해안의 울산만이나 온산만에 비해 상대적으로 높았다. PMF(positive matrix factorization receptor) 분석결과에 의하면, 이들 오염물질은 황해에서는 주로 코커스 생산, 남해에서는 선박 배출(68%), 동해에서는 화석연료의 연소(49%) 등에서 각각 기원한 것으로 밝혀졌다.

Fig. 4. 
Comparison between concentrations of PCBs, PAHs, APs in sediments of coastal areas and three seas of Korea (Kim et al.[2021]).

An et al.[2021]은 2018년 5월 구무(Gumu) 샛강과 형산강을 포함한 영일만 6개 정점에서 표층퇴적물을 채취하여 산업지역으로부터 유래한 유기독성물질(PTSs; persistent toxic substances)에 의한 퇴적물의 오염과 미세조류(microalgae)의 잠재적 독성을 조사하였다. 이들은 퇴적물의 유기 추출물에 대한 잠재적 독성물을 평가하기 위하여 3종의 미세조류(녹조류 Dunaliella tertiolecta, 착편모조류 Isochrysis galbana, 규조류 Phaeodactylum tricornutum 등)의 체형, 세포벽 존재, 사망률과 같은 세포의 다양한 특징을 개별적으로 검사하였다. 그 결과, 퇴적물의 생유기추출물(raw organic extracts)의 초기 선별(screening)은 전통적인 종점(endpoint)인 성장 억제에 있어서 정점 위치와 종에 따라 큰 변화를 나타내었다. 반면, 분할 후에는 성장 억제가 특히, F2.6(여기서, F1: 비극성(non-polar), F2: 방향족(aromatics), F3: 극성(polar)을 의미함)인 방향족을 포함하는 일부에서 현저히 증가하였다. 한편 ECOSAR(ecological structure activity relationships program; 수생생물에 대한 산업 화학물질의 생태독성을 추정함에 있어서 구조활성상관관계(structure activity relationships)를 사용하기 위해 설계된 프로그램)에 의해 예측된 이들 화합물의 독성 잠재력에 따르면, 원인 물질 중의 하나인 1-phenylpyrene, dibenz[a,c]anthracene, picene이 암시되었다. Choi et al.[2021]은 비행시간형 질량분석기(time-of-flight Mass Spectrometer (GCxGC/ToF-MS)) 분석, 미발달 기형(embryonic malformation)과 고속처리 시퀀싱(high-throughput sequencing) (RNA-seq) 분석, 그리고 여기에 2차원 gas chromatography를 포함하는 화학적, 생물학적 (비)표적 분석 등을 결합하여 성장 중인 넙치(olive flounder; Paralichthys olivaceus)에 아치사효과(sub-lethal effect)를 일으키는 유기 오염물질을 조사하였다. 그 결과, 가막만이나 진해만에 비해 영일만 퇴적물 추출물에서 PAHs가 더 풍부하였으며, 넙치의 심장 주위의 부종(edema)의 비율 또한 영일만에 노출된 초기 넙치에서 가장 높았다. 따라서 영일만에서의 높은 PAHs 농도가 관찰된 넙치의 심장증후군을 일으킬 가능성이 있으며, 이들 연구는 표적과 비표적 분석이 특별한 톼적물의 독성을 일으키는 주요 화학물질군을 정확하게 확인하는 데 유용한 도구임을 시사하였다. Lee and Khim[2022]은 SQT(sedimentary quality triad; 수생 환경에 있어서 존재하는 인간 활동 때문에 방출되는 오염물질로부터 결과하는 퇴적물 저하 정도를 평가하기 위한 도구) 방법을 사용하여 영일만을 포함한 한국 연안 26개 해역에서 수집된 과거 퇴적물 자료를 메타분석하고 PTSs의 잠재적 위험을 평가하였다. 그 결과, 이들은 SQT 평가 기술이 3단계(1단계: 1995-2008, 2단계: 2009-2015, 3단계: 2016-2020)에 걸쳐 진화하였다는 사실을 발견하였다. 즉, 전통적인 SQT 방법은 화학적 노출(화학 LOE), 독성적 효과(독성학 LOE), 저서 군집 건강(생태학)이라는 3개의 기본적인 성분인 lines of evidence(LOEs)로 구성되는데, 이때 특히 정량적인 방법에서 대상 PTSs의 독성적 설명 능력이 초기의 1단계에 비해 단계 3에서는 약 10% 증가한 것으로 밝혀졌다. 현재 SQT 평가는 증가된 LOEs를 채용하여 일반적으로 보다 나은 평가를 할 수 있으며, 따라서 해양생태계에 부정적인 영향을 일으키는 원인 독성물질의 확인과 관리에 있어서 그 유용성을 재확인하였다. Gwak et al.[2022]은 효과유도분석 EDA(effect-directed analysis)을 사용하여 2018년 5월 영일만 6개 정점에서 채취한 표층 퇴적물로부터 주요 아릴 탄화수소 수용체(AhR; aryl hydrocarbon receptor) 작용약을 발견하였다. 미국 환경보호국(EPA)의 positive matrix factorization modeling(양의 행렬인수분해 모델링) 결과, 퇴적물의 AhR-활성 방향족 화합물은 주로 석탄연소와 차량배출로부터 유래했음을 보여주었다.

이상의 결과로부터, 영일만 퇴적물은 대부분 사질이지만, 입도는 해안선 부근에서 조립하고 만 중앙부에서 세립한 것으로 나타났는데, 이러한 퇴적물 분포는 해저지형과 반시계 방향의 해류 패턴에 의한 것으로 판단되었다. Ca, Sr, K 함량은 조립한 퇴적물이 우세한 해안선 부근에서 높은 반면, Cu, Zn, Cd 함량은 유기물 함량이 높은 포항 구항과 형산강 입구에서 높았다. 또한 세립토일수록 유기탄소의 농도가 높아지는 경향을 나타내었으며, 포항 구항 주변해역은 중금속 오염이 매우 심각하였다. 특히 영일만 퇴적물 표본 중상당수가 생물검정에서 내분비계교란물질, 즉 다이옥신 유사 활성과 발정성 활성을 나타내는 물질에 의해 유기 오염된 것으로 판명되었으며, 이들은 주로 철강산업과 같은 지역 활동에서 유래된 것으로 밝혀졌다. 또한 영일만은 TOC, NPs, Cop, PCDD/Fs, PCBs, PAHs, BTs, APs, PTSs 등 다양한 오염물질들의 농도가 주로 인간 활동에 의해 영향을 받는 산업단지와 대도시 주변 해역에서 높았으며, 특히 POSCO와 인구 밀집 지역 부근에서 채취한 퇴적물 표본은 가장 큰 성호르몬의 변화를 보여주었다. 일부 미량 유기화학물질 농도는 저질 가이드라인을 초과하여 저서 생물에 잠재적으로 부정적 영향을 줄 수 있는 것으로 판단되었다.

Park et al.[2018]은 3차원 지질 모델링과 그리드 기반의 몬테칼로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 사용하여 영일만 포항 분지에서의 복수유체상(multi-fluid-phase)인 CO₂의 저장용량을 추정하기 위해 일련의 확률적 평가를 수행하였다. 그 결과, 포항 분지는 두 개의 쇄설성 염류 형성물, 즉 하천성 역암과 사암(fluvial conglomerate and sandstone; FCSS), 천해성 해양 사암(shallow marine sandstone; SMSS)을 포함하는 여섯 개 지질학적 형성으로 세분되었다. 3차원 지질 모델링 결과, 여섯 개 지질학적 염류 형성물이 불규칙한 수심과 두께를 가지고 연안과 외양에 매우 복잡하게 분포하고 있음을 보여주었다. 그리드 기반의 몬테칼로 시뮬레이션 결과는 다음과 같은 세 가지 주요 내용을 보여주었다: 첫째, 두 개의 쇄설성 염류 형성물 SMSS과 FCSS에서 CO₂는 깊이에 따른 온도와 압력에 의존하며, 기체, 액체, 초임계상(supercritical phase)으로 존재하였다. 둘째, SMSS와 FCSS의 이론적인 복수유체상(multi-fluid-phase)의 CO₂ 저장 용량(수용력)은 모두 비대칭 정규분포를 보여주었다. 셋째, SMSS에서 복수 유체상의 CO₂ 저장 용량은 확률적으로 지역 1(주로 초임계적이고 액체상)에서는 더 높고, 지역 2(주로 액체와 가스상)에서는 중간이며, 지역 3(주로 가스상)에서는 더 낮았다. 이들은 상기한 3차원 지질 모델링과 그리드 기반의 몬테칼로 시뮬레이션 결과에 근거하여 최적의 CO₂ 저장 위치를 선정하기 위한 네개 주요 매개변수, 즉, 분해성 염류 형성물의 형성 체적, 유효 복수 유체상의 CO₂ 저장 용량, 유효 복수유체상의 CO₂ 저장 밀도, 주요 단층의 존재 등을 결정하였다. Kim et al.[2018a]은 영일만을 대상으로 한 두 가지 CO₂ 주입 시나리오에서 각 일일 주입량(20 톤, 40톤, 100 톤)별 예측주입량 및 안정성을 평가하였다. 그 결과, 일일 주입량이 20 톤일 경우, 주입기간 동안 그 주입량을 유지하였으나, 일일 주입량이 40 톤일 경우에는 주입 초기 12일 동안만 BHP(bottom hole pressure) 허용한계에 도달하여 원하는 주입량을 주입하지 못하였다. 일일 주입량이 100 톤일 경우, 첫 번째 주입기간 동안 최대허용압력에 도달하여 100 톤의 주입량을 유지하지 못하였으며, 두 번째 주입기간에서도 최대허용압력을 유지하는 기간이 길었다. 즉, 20 톤과 40 톤의 경우 원하는 CO₂ 주입량을 유지할 수 있으나, 100 톤의 경우 BHP 최대허용한계에 도달하여 계획한 기간 동안 원하는 주입량으로 주입하기 어려웠다. 일일 주입량이 20톤과 40톤일 경우, 두 가지 주입시나리오에서 계획대로 주입할 수 있었으나, 일일 주입량을 100 톤까지 증가시킬 경우 원하는 주입량을 주입하지 못하지만, 대수층내 단층의 재활성에는 영향을 주지않는 것으로 나타났다. Park et al.[2018]은 2016년 9월 한국지질연구원 탐해 2호와 OBS(Ocean Bottom Sensor)설치 선박을 이용하여 포항분지 해상 중규모 CO₂ 주입 실증사이트에 주입되는 CO₂를 모니터링하기 위해 물리적, 지화학 복합모니터링 연구를 수행하였다. 그들은 지구물리 탐사에서는 한국형 Hydro-Geophone OBS 탐사장비 개발현황과 3D 탄성파 탐사 결과를, 천부지화학 탐사에서는 주입사이트 주입 전의 지화학 베이스라인 탐사(퇴적물 공극수의 음이온)에 대한 예비결과를 각각 제시하였다. Chen et al.[2018]은 CCS를 위한 적절한 환경 모니터링 입지 선정을 위해 2016년 영일만내 5개 정점에서 피스톤 코어를 사용하여 채취한 코어퇴적물 공극수의 생지화학적인 특징을 조사하였다. 그 결과, 매우 높은 용존유기탄소(~36 mg·L^-1)와 담색기의 선명한 용존유기물, 영양염류, 알칼리성이 단층과 하천의 영향을 받은 소음지역(accoustic blanking site)에서 관찰되었다. 깊이에 따라 관측한 용존유기물(DOM; dissolved organic matter)의 매개변수, 영양염, 알칼리성의 일반적인 증가하는 하부코어(downcore) 경향은 매개변수 중에서 하천유출류에 의해 영향을 받은 음소거지역에서 발견되었다. 이것은 하부 코어 생지화학적인 성질에 미치는 외부 요인과 지질학적 특성을 보여주었다. 이러한 결과는 DOM이 강력하고 상호보완적인 생지화학적인 변수로서 이용될 수 있다는 것을 암시하였다. Kwon et al.[2018]은 영일만에서 본격적인 CO₂ 지중저장 실증이 수행될 경우, 지진유발 가능성이나 누출 가능성에 대하여 면밀한 평가를 수행하였다. 그 결과, 포항 분지에서의 중소규모 CO₂ 지중저장 실증연구사업은 2017년에 발생한 포항지진의 진앙지와 약 10 km 떨어진 영일만 해역에 저장소가 위치하며 CO₂ 저장층의 심도는 해저면 아래 약 750-800 m 정도로, 포항 지진의 심도와는 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. CO₂ 지중저장 실증연구사업은 2017년 1월 12일부터 3월 12일까지 약 3개월간 CO₂ 시험주입을 수행한 후, 수송체계 구축과 주입공 격상을 위해 CO₂ 주입행위가 중지된 상황에 놓여 있으며, 2017년 11월 15일에 발생한 포항지진과 직접적인 관련성을 찾기는 어려웠다. 한편 CO₂ 지중저장 실증사업이 장기적으로 수행될 경우 지진유발 가능성과 누출 가능성에 대하여 평가한 결과, 저장층 상부의 덮개층이 파쇄되거나 주변단층의 재활성화가 발생하지 않도록 정해진 범위에서 압력을 조절하면서 CO₂ 스트림을 주입한다면 지진유발이나 단층재활성화를 초래할 가능성이 매우 희박한 것으로 분석되었다. 결론적으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증연구사업은 인간이 감지할 정도의 지진 유발 및 주입된 CO₂ 스트림의 누출 가능성은 크지 않은 것으로 판단되었다. Moon et al.[2018]은 대규모 CO₂ 배출원에서 포집된 CO₂를 대상으로 국내최초로 해상에서 지중저장을 하기 위한 고압 주입설비의 설계 및 구축에 관한 연구를 수행하였다. 이들은 2017년초 CO₂ 지중 주입설비를 구축하여 영일만 해상 플랫폼에서 CO₂시험주입을 국내 최초로 성공하였다. Won et al.[2018]은 영일만에 설치된 해상 플랫폼에서 CO₂ 주입실증을 위한 주입정 시추 및 완결을 수행하였다. 이들은 최종심도 816.5 m까지 공경 Φ 124 mm 규격으로 굴진하여 심도 746.5-816.5 m 구간에 유공 케이싱을 설치하여 주입구간을 형성하였으며, CO₂ 주입을 위한 주입공의 완결을 위하여 주입관, 패커, 주입탑을 설치하였다. 이들은 주입공을 완결하고 주입 플랜트 설비를 설치하여 CO₂ 시험주입을 성공적으로 수행하였다. Kim et al.[2019]은 영일만 포항 분지의 속성 역사(diagenetic history)를 이해하기 위해 중신세(miocene)의 동해 개방기 동안 포항 분지의 구조론적 진화에 초점을 맞추어 광물학적으로 미세구조를 분석하였다. 이들은 CO₂ 저장의 대상층으로 고려되고 있는 두개 단면에서 채취한 55개 시추 코어 표본을 분석하였다. 그 결과, 주요 광물성분은 석영, 장석, 일라이트, 녹니석, 카올리나이트, 방해석이며, 또한 미량광물성분은 황철석(pyrite), 능철석(siderite), 산화철(iron oxide), 산화티타늄(titanium oxide)으로 밝혀졌다. 화학적 분석 결과, 대상층은 초기 속성(eogenesis)부터 후기 속성(mesogenesis), 그리고 융기와 관련된 속성 과정을 겪은 것으로 나타났다. 이들은 CO₂ 저장소 암반내에 있어서의 교결과 용해와 같은 속성 영향은 탄소 포획과 저장 계획, 또는 주입 후 잠재적인 충전을 예측하기 위한 적절성 평가의 중요한 요소임을 주장하였다. Jun et al.[2019]은 영일만 포항 분지의 CO₂ 주입정(injection well)의 저장용량을 향상하기 위하여 대수층(aquifer)내의 압력 증가를 모니터링하면서 다양한 주입정의 형식과 이들의 최적화된 위치 및 유체의 주입율을 적용·검토하였다. 그 결과, 이들은 네 가지 형식의 주입정을 채용하였다: 1) 단일 수직 주입정(SVI), 2) 두 개의 수직 주입정(TVI), 3) 단일의 수평 주입정(SHI), 4) 소금물 추출과 CO₂ 주입을 위한 두 개의 수직 주입정(TVEI). 그 결과, 최적 위치와 유체 속도에서 염분 추출과 CO₂ 주입을 할 수 있는 두 개의 수직 주입정(two vertical wells for brine extraction and CO₂ injection; TVEI)이 단일 수직 주입정(single vertical injection; SVI)에 비해 CO₂ 저장용적이 8배나 더 컸고, 안전성 이내의 압력을 유지하는 것을 확인하였다. 단일 주입정(single vertical imjection; SVI, single hirozontal injection; SHI)을 사용할 경우에는 SVI은 126 톤의 CO₂를 주입할 수 있어서 SHI에 비해서는 저장 용량이 더 커지만, SHI의 저장 안전성은 SVI에 비해 더 양호하였다. Park et al.[2021]은 기존 연구에서 활용되지 않았던 해저면 탄성파 탐사자료를 영상화하여 영일만 CO₂ 지중 저장 부지의 구조적 적합성을 재확인하였다. 그들은 기존의 스트리머(streamer) 탐사자료를 이용한 영상화 결과에 비해, 해저면 탄성파 탐사자료에 역시간 구조보정기법(reverse time migration; RTM)을 적용한 영상에서 지층의 연속성이 보다 개선되는 것을 확인하였다. Kim[2022]은 영일만내에 설치 예정인 CO₂ 지중저장시설 CCS의 입지 결정과 관련한 주민참여절차 및 주민들과의 의사소통을 통한 공감대 형성 방안(개선방안)을 제안하였다. Kim et al.[2018b]은 영일만 해상에서 진행중인 CO₂ 지중저장 시험 현장에 대한 지질역학적 특성을 분석한 결과, 대상 저류층은 750 m 심도에 존재하는 다공질, 투수성의 사암/역암층, 상부의 두꺼운 이암층 등을 발견하였다. 그들의 탄성파 탐사 결과에서는 저류층 심도에서 정수압보다 추가로 3.5-5.9 MPa의 공극압 증가가 단층 인근에서 발생해야만 단층이 재활성화되는 것으로 나타났다.

이상의 결과로부터, 영일만 포항 분지에서는 CO₂의 저장용량을 추정하고, CO₂의 해상 또는 지중저장 실증사업에 따른 지진 유발과 누출의 가능성에 대한 물리적, 지화학적 모니터링 연구가 현재 진행되고 있음을 알 수 있다. 그 결과, 저장층 상부의 덮개층이 파쇄되거나 주변단층의 재활성화가 발생하지 않도록 정해진 범위에서 압력을 조절하면서 CO₂ 스트림을 주입할 경우에는 지진유발이나 단층재활성화를 초래할 가능성은 희박한 것으로 분석되었다. 반면, 이러한 CO₂ 지중저장시설인 CCS의 입지 결정에 있어서는 주민참여와 주민들과의 의사소통을 통한 공감대 형성의 필요성이 제기되고 있다.

Kim et al.[2000]은 1998년 8월부터 2000년 1월까지 하계와 동계에 영일만내 해수욕장을 비롯한 7개 지역의 해양쓰레기를 조사한 결과, 합성수지 pellet(알갱이), 플라스틱 파편, 스티로폼 및 담배 필터 등을 채집하였고, 그 외 부유성 자연고형물인 목편과 숯을 공통적으로 채집하였다. 해수욕장별 수지 알갱이 개수·m^-2는 0.8-12.9로, 장소에 따라 큰 차이를 보였으며, 부유고형물은 하계가 동계에 비해 분포밀도가 높았다. 미세플라스틱 중 resin pellet(수지알갱이)의 재질은 PE와 PP가 대부분을 차지하였다. Jung et al.[2021]은 2016년부터 2017년까지 영일만을 포함한 9개 연안역 46개 정점에서 수집한 163개 해수 표본과 또한 Song et al.[2018] 등에 의한 미세플라스틱 풍도 자료를 바탕으로 한국 연안에 있어서의 미세플라스틱에 의한 생태적 위험성을 평가하였다. 이들은 생태적 위험도 평가를 위한 영향(효과)과 노출 분석에 있어서 미세플라스틱의 크기와 형태를 고려하였으며, 종 민감도 분포방법(species sensitivity distribution approach)을 채용하여 예측되는 비영향농도(predicted no-effect concentration; PNEC)인 12 particles·L^-1를 유도하여 그 결과를 각정점에서 관측한 현장 농도와 비교하였다. 그 결과, 관측한 미세플라스틱 농도는 Table 4에서 나타낸 바와 같이, 영일만을 비롯한 9개 연안역 모두 유도된 PNEC를 초과하지는 않았다. 따라서 크기 20-300 μm인 섬유질 미세플라스틱과 파편에 의한 현재의 오염농도 수준은 해양생태계에 대한 심각한 위협을 제기하지는 않을 것으로 판단되었다. 그러나 이들 시나리오는 미세플라스틱에 의한 오염이 현재 속도로 2100년까지 50배로 증가하여 해양생태계에 있어서 유도된 PNEC를 훨씬 초과할 것으로 예측되었다.

Song et al.[2005]은 2006년 영일만 신항 개장될 경우 예상되는 선박 통항량의 증가와 중대형 선박들의 입출항에 따른 안전성을 파악하기 위해 해상교통조사를 실시하였다. 이들은 해상교통조사 결과를 선종별 및 톤수별로 통계처리하고 통항 선박의 항적 분포 등을 토대로 통항 선박의 주요 통항로 및 통항 특성을 분석하였다. Na et al.[2006]은 항만관련제도의 개선, 배후시설의 인프라 구축강화, 마켓팅 개념의 적극적인 도입 등을 통한 포항 영일만 신항의 국제 경쟁력 제고방안을 제시하였다. 이들은 마켓팅 전략개념의 적극적인 도입은 배후시설 확충과 같은 하드웨어적인 측면이 아니라 항만 민영화와 같은 소프트웨어적인 측면의 강화에 영향을 미칠 것으로 판단하였다. Koh et al.[2008]은 항만별 예측방법으로서 시스템 분석을 적용하여 포항 영일만항을 경유하는 수출화물 물동량을 전망하였다. 그들은 포항 영일만항을 배후권역으로 하는 수출화물의 기종점인 배후산업단지의 소요면적에 대한 자료를 참고하여 산단별 분양률, 업종비중, 수출비중을 적용하였다. 그 결과, 기존의 연구결과에 비해 수출화물 물동량이 상당히 적어 해당 항만의 물동량 수요가 부족할 것으로 전망되었다. Ha and Cho[2009]는 영일만항 배후지역의 산업특성, 교역구조, 지역경제의 파급효과, 물동량 창출, 발전 잠재력 등의 분석을 통해 배후단지에 우선적으로 유치해야 할 산업을 중심으로 배후단지의 개발방향을 제시하였다. Cho[2011]는 SWOT분석을 통해 환동해권 거점항만으로서의 영일신항만의 물류 클러스터화 전략을 제시하였다. 그들은 영일 신항만의 물류 클러스터 전략으로서 항만 배후 산업단지와 같은 하드웨어의 적극 활용은 물론, 물류와 운송의 네트워크 구축과 같은 공간적 네트워크 구축을 강조하였다. Hwang et al.[2013]은 eLoran 시스템의 주요 오차 요인인 항만에서의 ASF(Additional Secondary Factor)를 효율적으로 생성하고 이를 보완하기 위해 ASF 예측모델과 실측치를 이용한 ASF 맵 생성기법에 대해 연구하였다. 이들은 영일만 해상 12개 정점에서 ASF 실측값과 ASF 모델링을 통해 획득한 예측값의 옵셋을 보정하여 영일만의 ASF맵을 생성하였다.