지하수수질특성 및 배경농도산정을 통한 관리방안 도출에 관한 연구.

Abstract

요 약

최근 기후변화 및 삶의 질 향상으로 인한 맑은 물의 중요성이 높아지고 있는 실정이다. 하지만 국내 수자원관리 정책은 지표수 위주로서 지하수관리를 위한 정책이나 지침이 미흡한 실정으로 합리적이고 체계적인 지하수관리를 위한 기준이나 관리방안에 대한 표준지침의 수립이 절실히 요구되는 시점이다. 이와 관련하여 지하수 이용률이 높고 도심화가 급격히 진행되는 대표적인 도농복합지역인 안성시를 대상으로 지질 등 기초현황을 검토하고 먹는물 기준에 따른 수질분석을 통하여 지하수 수질특성을 파악 분석한 결과를 도출하여 지역별 지하수 배경농도를 산정하고 현장시험에 의해 도출된 지하수 수리특성 값 등을 종합 분석하여 지역 지하수 수질특성에 따른 최적화된 지하수 관리방안을 제시하고자 하였다. 우선적으로 연구지역내 지하수 수질특성을 파악하기 위하여 257개소에 대한 지하수 수질분석을 실시한 결과, 지하수 수질유형이 물-암석반응 등 자연기원에 의한 Ca-Mg-HCO3 유형이 가장 많았으며, 일부 지점은 인위적 오염의 영향을 받은 Ca-Mg-Cl-SO4 유형도 있는 것으로 나타났다. 지하수 내 용존 항목 분석결과, 질산성질소, 불소, 비소, 라돈, 우라늄 등이 일부 지역에서 농도가 높은 것으로 나타났다. 연구지역내 대부분의 지하수는 중성 및 약산성의 수소이온농도(중앙값 6.7)를 나타내었으며, 정량적인 용존산소함량(0.1∼8.8 mg/L)을 보여 산화환경을 지시한다. 전기전도도는 42∼1,542 μS/㎝의 범위로서 분포범위는 넓게 나타났지만 중앙값은 250 μS/㎝로서 일반적인 지하수 범위에 해당되었다. 특히, 질산성질소는 6.6∼121.9 mg/L(평균 18.8 mg/L)의 범위를 나타내며 농업지역에서 주로 높게 나타났다. 이러한 질산성질소는 주로 비료 및 생활하수에 의한 영향으로 지하수에 높게 검출된 것으로 파악된다. 또한 인위적 오염물질 중 톨루엔 및 트리클로로에틸렌 항목은 공업지역 내지는 공업지역이 인접한 지역의 지하수에서 주로 높게 검출되는 지역적 특성을 보여주고 있다. 자연기원에 의해 용출되는 항목 중 불소는 불검출∼11.8 mg/L(평균 0.5 mg/L)의 범위를 나타내며, 지질별로 흑운모편마암 및 화강암 지역에서 높게 나타나는 특성을 보여주고 있다. 비소 항목의 경우 불검출∼0.1 mg/L(평균 0.002 mg/L)의 넓은 범위를 나타내며, 흑운모편마암지역에만 높은 농도를 보여주었다. 또한 방사성물질 중 우라늄은 불검출∼536.80 μg/L(평균 9.87 μg/L)의 범위와 라돈은 10∼28,700 pCi/L(평균 3,849 pCi/L)의 범위를 나타냈다. 이러한 우라늄 및 라돈의 경우에도 특정 지질에서 매우 높은 값을 보여주는 특징을 나타내었다. 연구지역내 지하수 수리지질 특성을 파악하기 위하여 6개 지점에 대하여 시추조사 및 관측정을 설치하였다. 해당 지점에 대한 시추 및 수리시험 결과 대부분 20∼50m 구간에 파쇄대가 발달하며, 투수량계수는 0.176∼5.248 ㎡/day, 수리전도도는 2.825x10-3～8.766x10-3 m/day로 나타나, 다른 지역에 비해 지하수 유동이 빠른 지역적 특성을 보여주고 있었다. 조사관측정 설치지점에 대한 양‧음이온 분석결과를 토대로 수질유형을 분류한 결과, 크게 두 가지로 Ca-Mg-HCO3 유형(AS-1, AS-2, AS-4, AS-6)과 Ca-Mg-Cl-SO4 유형(AS-3, AS-5)으로 나타났다. 이는 다른 이온들에 비해 Ca2+와 Mg2+ 이온이 지하수 내에 우세하게 함유되어 있는 것으로 해석할 수 있다. 암석 분석결과 평균함량은 Ca2+, Na+, Mg2+, K+의 순으로 나타났다. 이와 같이 연구지역의 지질 및 토지이용에 따라 지하수 수질특성이 다르게 나타나는 양상과 지하수 유동특성 및 오염원과의 관계 등을 연계하여 각 지점의 배경농도를 산정하였고 이를 바탕으로 체계적인 지하수 수질관리 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 지하수 관리방안은 선진 해외사례를 참고하여 오염원 영향이 없는 자연 상태의 배경농도를 산정하여 지하수 수질상태를 평가한 후 관리구역을 분류하였다. 이를 토대로 연구지역의 지하수 상태에 대한 관리구역을 양호, 관심, 주의 상태의 세 단계로 분류하였고, 이에 따라 체계적인 관리방안을 오염원, 지하수 관정, 모니터링 방안에 대하여 제시하였다. 요약내용으로는 '양호상태' 수질관리구역은 모든 수질항목이 관리농도인 먹는물 수질기준과 지역배경농도 보다 낮거나, 수질조사자료 판정결과 '초과' 없고 '변화' 항목 가중치 점수가 1 미만인 지역으로 세부 관리방안으로 해당 수질관리구역은 현 수질을 지속적으로 유지하기 위해 모니터링 계획을 수립하고 장기적인 수질 분석 추세에 대한 자료를 수집한다. '관심상태' 수질관리구역은 모든 수질항목이 관리농도인 먹는물 수질기준 보다 낮으며, 지역배경농도보다 큰 '변화' 항목의 가중치 점수가 1 이상인 지역으로 주의상태로 진행될 수 있는 가능성이 있는 지역이다. 세부 관리방안으로 음용 시설 전체에 대한 현황을 파악하여 이를 기준으로 모니터링 대상 시설을 선정하며, 조사 빈도는 1년에 2회, 즉 반기당 1회를 실시하되 1회/년은 먹는물 수질기준으로 조사를 수행하고 이외 시기에는 초과된 수질항목에 대해서 조사를 수행한다. 오염원에 대해서는 오염저감시설 설치를 유도한다. '주의상태' 수질관리구역은 시료 내 수질항목 중 1개 이상이 관리농도(먹는물 수질기준 적용)를 초과하는 지점을 중심으로 구획된 지역으로서 이 지점에 대해서는 인근 하천의 오염현황, 오염원 관리현황, 오염원인의 분석 등이 포함되는 정밀조사를 실시하여 해당 오염원과의 연관성이 확인될 경우 수질복원 및 정화 조치를 시행한다. 또한 초과되는 오염항목 별로도 지하수 관정 및 행정적 관리방안에 대하여 열거 제안하였다.

Abstract

Recently, the importance of clean water increases due to climate change and improvement of life quality. However, there is no proper standard or policy processing for ground-water management in government regulation by the reason of focusing on surface water management. So, it is earnestly required the establishment of management model or standard regulation for ground-water. In relation to these reason, I'd like to propose the most suitable management regulation of the government as for each ground-water quality characteristic based on the result data of this research study. The research data is derived by analysis of hydraulic characteristic and ground-water quality survey based on drinking water criteria with geological investigation in the An-Sung area which is typically mixture district of city and agricultural and also has a high rate of ground-water consumption. At first, the analysis result data of ground-water quality on the 257 point of research area indicates that the most of ground water quality type is Ca-Mg-HCO₃based on natural originated by the water rock reaction and some point of Ca-Mg-Cl-SO₄based on be influenced by artificially originated pollution. As for dissolved components in ground-water analysis, there is high rate of Nitrate, Fluorine, Arsenic, Radon and Uranium in some point. However, most area is indicated that the pH is 6.7 as a median value which means neutral and weak acid level, the range of dissolved oxygen is from 0.1 mg/L to 8.8 mg/L which means oxidization situation, the range of Electric Conductivity is from 42 μS/㎝ to 1,542 μS/㎝ and 250 μS/㎝ as a median value which means under ordinarily ground-water range, the range of Nitrate is from 6.6 mg/L to 121.9 mg/L and 18.8 mg/L as an average value which is especially high at the agricultural area. This means that the Nitrate is originated from fertilizer and sewage water, the Toluene and TCE is indicated as a high level concentration at the industrial area which means artificially originate. The range of natural originated Fluorine is from non detected to 11.7 mg/L and 0.5 mg/L as an average value which is especially high at the Granite area. As for the range of Arsenic is from non detected to 0.1 mg/L and 0.002 mg/L as an average value which is especially high at the Gneiss area. And the range of radioactive material Uranium is from 0.04 μg/L to 536.8 μg/L and 9.87 μg/L as an average value and Radon is from 10.0 pCi/L to 28,700 pCi/L and 3,849 pCi/L as an average value, which are especially high at the specific area. In order to analyze the ground-water characteristic, the investigation water well is installed and boring test is progressed on the 6 points in research area. The results from hydraulic test indicates that the geological crack area is spread from 20 m to 50 m depth, the range of Transmissivity is from 0.176 ㎡/day to 5.248 ㎡/day and Hydraulic Conductivity is from 2.825x10-3 m/day to 8.766x10-3 m/day which means high rate compare to the other area in Korea. The classification result of ground-water quality type based on measurement of cation-anion analysis for investigation water well, there is typically two kinds of cases, Ca-Mg-HCO₃ground-water type (well number AS-1, AS-2, AS-4, AS-6) and Ca-Mg-Cl-SO4 ground-water type(well number AS-3, AS-5). This means that the Ca2+ and Mg2+ion is predominant ion in ground water in research area. And the predominant order is Ca2+, Na+, Mg2+, K+ based on average concentration of rock analysis. In relation to these result which is from study for ground-water flow characteristic and pollutant infiltrate consideration, the background concentration for each local point is induced. Therefore by this research, the ground-water management plan is established based on the background concentration with consideration of foreign advanced cases. The management plan is established follow procedure. At first, the research area is classified as three kinds of grade, 'the good status', 'the attention status' and 'caution status'. And the detail management standards for each grade area are suggested as follows; As for 'the good status', all ground-water quality items are below than the management criteria of drinking water quality and there is no 'the excess' component or 'the change score' is below than 1 compare to the Local Background Concentration. Therefore, It is required establishment of monitoring plan and collection for the long term trend of ground-water quality to keep the exist status. As for 'the attention status', all ground-water quality items are below than the management criteria of drinking water quality and 'the change score' is over than 1 compare to the Local Background Concentration. Therefore, It is required examination for all water well facility in area and establishment of monitoring plan based on examination as a rule of 2 times per year for facility and once per year for water quality as a drinking water criteria and progress construction the pollutant treatment facility. As for 'the caution status', one(1) of the ground-water quality item is over than the management criteria of drinking water quality. Therefore, It is required detailed examination for pollution status of nearby river, pollutant source management status, pollution analysis. And this area has to be progress remediation of water quality by the purification of pollution.