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문제 정의
- 이 연구에서는 매립지의 특성 파악 및 '침출수의 오염상황과 누출 경로를 조사할 목적으로 지구물리학적인 탐사방법과 지화학 분석을 동시에 수행하였다. 지구물리학적인 탐사방법으로는 전자탐사와 자력탐사기법을 활용하였으며, 지화학 탐사로는 조사지역에 위치한 모니터링 시추공 내의 지하수 분석과 매립지 상부에서 토양가스 탐사를 수행하였다.
- 그러나 위의 두 가지 탐사기법은 광역적인 탐사기법으로 넓은 지역에 대한 개략 탐사가 장점인 반면에 정밀한 오염해석과 관련해서는 그 정확도가 떨어지는 한계점도 역시 가지고 있다. 지구물리학적인 조사는 매립지의 상부 및 매립지 주변부의 탐사가 가능한 지역에 대해 수행되었다. 지하 수 분석의 경우에는 매립지 주변에 설치된 시추공에서의 지하수 샘플에 대해서 수행되었으며, 토양가스 탐사의 경우에는 매립지 상부의 몇 개의 측선에 대하여 수행되었다.
제안 방법
- G-858 자력계는 핵자력계의 하나로 세슘자력계로 총자기장을 측정한다. G-858 자력계를 이용하여 매립장 및 주변지역에서 탐사를 수행하였으며, 2개의 센서를 수직으로 배열하는 방법을 통해 수직구 배 탐사를 수행하였다. 자력센서가 고정된 탐사장비를 들고 탐사자가 조사지역을 이동하면서 탐사를 수행하였으며, 위치정보의 기록을 위하여 당 연구진이 보유하고 있는 또 다른 GPS 장비인 Trimble PathFinder를 이용하였다.
- GPS는 탐사의 효율을 극대화시키나, GPS 장비의 본체, 안테나 및 연결 케이블 등은 모두 자체적으로 전기전도도가 높은 금속성의 물질을 포함하므로 전도성 물체에 강하게 반응하는 전자탐사의 특성상 필연적으로 탐사자료에 영향을 주므로, 정확한 자료의 해석을 위해서는 이에 대한 보정이 필요하다. GPS 장비에 의한 영향은 측정위치에 관계없이 동일하게 나타나므로, 고정된 위치에서의 GPS 장비를 사용할 때와 사용하지 않았을 경우의 자료 차이를 이용하여 보정값을 계산한 후 이를 일괄적으로 적용하여 GPS 장비의 영향을 제거하고자 하였다.
- 지층의 전기전도도 분포를 파악 호}는 목적으로 탐사를 수행하는 경우에는 이러한 고주파 수 반응은 지층의 반응을 가리는 잡음의 역할을 하게 되므로, 이를 제거하기 위한 목적으로 FIR 필터를 이용한 공간저주파 통과 필터링을 적용하였다. 겉보기비저항 변환은 송신수기거리를 고려하여 계산하였으며 (송윤호 등, 2001), GPS의 위치정보를 이용하여 공간상의 겉보기 전기 비저항 분포로 보간 후 이를 이용하여 해석을 수행하였다. 겉보기 비저항은 각각의 주파수에서의 일정 심도까지의 전기적인 물성의 영향을 총체적으로 반영하는 값으로 땅의 실제 전기비저항을 의미하는 것은 아니나, 지층의 전기적 특성을 전반적으로 반영하는 값으로 계산이 손쉬워 전자탐사 해석에 많이 활용되는 방법이다.
- 한편, 지하수 시료 분석과 동시에 매립지 상부의 몇 개의 측선에 대하여 토양가스 탐사를 수행하였다. 매립지 상부에 오거를 이용하여 천공을 하고, 그곳을 통해 확산되는 토양가스의 농도를 측정하는 방식으로 탐사가 수행되었으며, CH4와 CO2 가스에 대한 탐사가 수행되었다.
- 미국 Geometries 사의 G-858 자력계를 이용하여 동일 지역 에 대해 자력탐사를 수행하였다. G-858 자력계는 핵자력계의 하나로 세슘자력계로 총자기장을 측정한다.
- 5에도시하였다. 이번 조사에서도 자력탐사는 두 개의 센서를 수직으로 배열하여 수직구 배 탐사를 실시하여, 각각의 센서에서의 총자기장과 그 차이 인 수직구 배 자료의 총 3개의 자력분포를 얻을 수 있었으며 이를 Fig. 5에 도시하였다.
- 4는 전자탐사 자료로부터 계산된 겉보기 전기 비저항 분포도이다. 이전에서술한 바와 같이 총 10개의 주파수 자료로부터 해석이 가능한 9, 210 Hz, 14, 850 Hz, 20, 010 Hz 세 개의 고주파수 자료만을 도시하였다. 전자탐사자료에서 주파수가 높아질수록 천부의 영향을, 주파수가 낮아지는 경우에는 보다 심 부의 영향을 반영히 므로 Fig.
- G-858 자력계를 이용하여 매립장 및 주변지역에서 탐사를 수행하였으며, 2개의 센서를 수직으로 배열하는 방법을 통해 수직구 배 탐사를 수행하였다. 자력센서가 고정된 탐사장비를 들고 탐사자가 조사지역을 이동하면서 탐사를 수행하였으며, 위치정보의 기록을 위하여 당 연구진이 보유하고 있는 또 다른 GPS 장비인 Trimble PathFinder를 이용하였다. Trimble PathFinder는 비컨신호의 보정 정보를 이용한 실시간 DGPS 장비로 1 m 이내의 정확도를 가진다.
- 일변화 보정을 위한 기준 자료로는 한국지질자원연구원 내에 설치된 지자기관측소에서 측정된 자기장 변화 자료를 활용하였다. 자력탐사의 자료처리에는 일변화 보정만을 수행하였으며, 여타의 다른 자처리 기법은 적용하지 않았다.
- 전자탐사와 마찬가지로 자력탐사도 공간적으로 그 탐사 밀도가 매우 높아 자료 획득에만 3 ~4일 정도의 오랜 시간이 소요되어 지자장에 의한 영향을 보정하는 것이 필요하였으며, 이를 위해 기준점의 자기장을 이용한 일변화 보정을 수행하였다. 일변화 보정을 위한 기준 자료로는 한국지질자원연구원 내에 설치된 지자기관측소에서 측정된 자기장 변화 자료를 활용하였다.
- 전자탐사자료의 해석을 위한 자료처리로는 FIR (Finite Impulse Response) 필터를 이용한 공간저주파 통과 필터링을 수행한 후, 필터링된 자료에 대해서 겉보기 비저항변환을 수행하였다. 일반적으로 금속성 이상체에 의한 전자탐사의 반응은 공간적으로 급격한 양상의 변화를 보이는 특징을 가지며, 이는 공간주파수상에서 고주파수의 특성을 가지게 된다.
- 지구물리학적 탐사기법으로는 전자탐사와 자력탐사를 이용하였으며, 지구 화학적인 탐사방법으로는 시추공 내 지하수 분석과 토양가스 탐사를 수행하였다. 전자탐사와 자력탐사는 모두 비접지식의 탐사방법으로 단시간 내에 넓은 지역에 대한 탐사를 수행할 수 있는 장점을 가지고 있으며, GPS와 같이 위치정보를 탐사와 동시에 기록하는 경우에는 그 탐사 효율을 극대화할 수 있다.
- 이 연구에서는 매립지의 특성 파악 및 '침출수의 오염상황과 누출 경로를 조사할 목적으로 지구물리학적인 탐사방법과 지화학 분석을 동시에 수행하였다. 지구물리학적인 탐사방법으로는 전자탐사와 자력탐사기법을 활용하였으며, 지화학 탐사로는 조사지역에 위치한 모니터링 시추공 내의 지하수 분석과 매립지 상부에서 토양가스 탐사를 수행하였다.
- 일반적으로 금속성 이상체에 의한 전자탐사의 반응은 공간적으로 급격한 양상의 변화를 보이는 특징을 가지며, 이는 공간주파수상에서 고주파수의 특성을 가지게 된다. 지층의 전기전도도 분포를 파악 호}는 목적으로 탐사를 수행하는 경우에는 이러한 고주파 수 반응은 지층의 반응을 가리는 잡음의 역할을 하게 되므로, 이를 제거하기 위한 목적으로 FIR 필터를 이용한 공간저주파 통과 필터링을 적용하였다. 겉보기비저항 변환은 송신수기거리를 고려하여 계산하였으며 (송윤호 등, 2001), GPS의 위치정보를 이용하여 공간상의 겉보기 전기 비저항 분포로 보간 후 이를 이용하여 해석을 수행하였다.
- 침출수로 인한 오염에 대한 정확한 파악을 위하여 매립지 주변에서 지표수 및 지하수 샘플을 채취하여 물리화학적인 성질과 성분 분석을 수행하였다. Fig.
- 탐사에 사용된 GEM-2H는 장비의 특성상 연속적으로 자료의 측정만이 가능하며, 이번 조사에서는 회당 10회의 자료를 평균하도록 설정하였다. 탐사는 초당 3개의 자료를 얻는 반면, GPS 자료는 초당 1개씩의 위치정보를 제공하므로 위치정보가 없는 2개의 자료에 대해서는 보간을 통해서 위치를 계산하였다. Fig.
- 전자탐사를 위한 자료 획득 변수로는 330-20, 010 Hz 사이의 지수적으로 증가하는 10개의 주파수를 선택하였으며, 초당 3개씩의 자료를 얻도록 하였다. 탐사에 사용된 GEM-2H는 장비의 특성상 연속적으로 자료의 측정만이 가능하며, 이번 조사에서는 회당 10회의 자료를 평균하도록 설정하였다. 탐사는 초당 3개의 자료를 얻는 반면, GPS 자료는 초당 1개씩의 위치정보를 제공하므로 위치정보가 없는 2개의 자료에 대해서는 보간을 통해서 위치를 계산하였다.
- 대상지역의 지하수위는 대부분 거의 지표면과 인접하여 형성되어 있는 것으로 확인되어, 지하수의 오염을 천부토양오 염의 지표로 간주하였다. 한편, 지하수 시료 분석과 동시에 매립지 상부의 몇 개의 측선에 대하여 토양가스 탐사를 수행하였다. 매립지 상부에 오거를 이용하여 천공을 하고, 그곳을 통해 확산되는 토양가스의 농도를 측정하는 방식으로 탐사가 수행되었으며, CH4와 CO2 가스에 대한 탐사가 수행되었다.
대상 데이터
- 3에 매립지 주변에서 지하수 샘플링을 수행한 위치를 표시하였다. 매립지 주변의 모니터링을 위한 관정과 농업용수를 위한 지하수공에서 시료를 채취하였으며, 그림상의 KBH-01~04의 위치로 표시되어 있다. KSP-01은 지표수를 채취한 위치를 표시한 것으로 매립지 하 부에서 유줄되는 지하수가 작은 웅덩이를 이루는 곳이다.
- 05 이로 고정되어 있어 탐사 환경에 따라 차이가 있으나 가탐삼도가 대략 10 m 이내로 제한되는 한계점을 가지고 있다 (송윤호, 정승환, 2002).이 연구에서는 전자탐사의 효율을 극대화하기 위하여 정밀 GPS 장비인 Trimble 5700을 이용하였다. 자료의 측정과 동시에 위치정보가 기록되며, 차후의 자료처리 과정에서 전자탐사 자료의 위치로 보간을 통해 변환된다.
- 전자탐사와 마찬가지로 자력탐사도 공간적으로 그 탐사 밀도가 매우 높아 자료 획득에만 3 ~4일 정도의 오랜 시간이 소요되어 지자장에 의한 영향을 보정하는 것이 필요하였으며, 이를 위해 기준점의 자기장을 이용한 일변화 보정을 수행하였다. 일변화 보정을 위한 기준 자료로는 한국지질자원연구원 내에 설치된 지자기관측소에서 측정된 자기장 변화 자료를 활용하였다. 자력탐사의 자료처리에는 일변화 보정만을 수행하였으며, 여타의 다른 자처리 기법은 적용하지 않았다.
- 전자탐사를 위한 자료 획득 변수로는 330-20, 010 Hz 사이의 지수적으로 증가하는 10개의 주파수를 선택하였으며, 초당 3개씩의 자료를 얻도록 하였다. 탐사에 사용된 GEM-2H는 장비의 특성상 연속적으로 자료의 측정만이 가능하며, 이번 조사에서는 회당 10회의 자료를 평균하도록 설정하였다.
성능/효과
- 자력 분포도를 살펴보면, 하부의 논의 경우에는 몇 개의 고립형 이상대가 관찰되나 전반적으로 변화가 없는 평탄한 특성을 보이는 것을 알 수 있다. 그러나, 매립지 상부의 경우에는 하부에서와는 달리 큰 값의 자력이상을 보이는 것을 확인할 수 있으며, 二L 변화 양상도 복잡하게 나타나고 있음이 확인된다. 매립지 하부의 논의 경우에 보이는 자력이상값들은 전주나 펌프둥 지표에 노출된 이상체에 의한 것으로 손쉽게 확인되었으며, 매립지와 논의 경계부의 큰 자력이상값은 침출수 처리를 위한 시설물 등에 의한 것으로 보인다.
- KBH-01 ~04의 모니터링 관정은 대략 10 m 이내의 심도를 가진다. 대상지역의 지하수위는 대부분 거의 지표면과 인접하여 형성되어 있는 것으로 확인되어, 지하수의 오염을 천부토양오 염의 지표로 간주하였다. 한편, 지하수 시료 분석과 동시에 매립지 상부의 몇 개의 측선에 대하여 토양가스 탐사를 수행하였다.
- 6에서도 자력탐사의 결과에서와 유사하게 토양가스의 농도가 변하는 경계면 G가 확인된다. 또한, 반대쪽의 매립지 경계면에서 토양가스의 농도에서 확연히 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다. 이러한 두 가지 서로 다른 탐사를 통해 유주된 매립지의 경계가 서로 일치하는 사실로 미루어 보아이 부분이 매립완결 후의 토양층 피복에 의해 감추어진 매립지의 실제 경계면으로 추정된다.
- 매립지 주위에 전자탐사를 통한 토양의 전기전도도 분포 양상을 통하여 침출수로 인한 토양오염의 범위를 파악하고자 하였으며, 전자탐사 결과 상의 저비저항대의 분포와 동일한 지역에 설치된 시추공에서 채취한 지하수 시료의 지화학분석결과를 통해 침출수로 인한 지하수 오염의 상황을 확인할 수 있었다. 조사 대상지역인 쓰레기 매립장은 침출수로 인하여 지하수 오염이 발생한 사실은 지하수 성분분석 결과를 통해 확인되었으며, 매립지의 지형상의 특징으로 인하여 주로 매립지 북쪽 방향으로 오염이 진행된 것으로 판단되었다.
- 성분 분석 결과 침출수로 인한 지하수 오염이 어느 정도 진행된 것으로 보이며, 전자탐사 결과에서 보이는 저비저항대의. 위치와 남쪽에서 북쪽으로 경사져 있는 지형상의 특징을 고려하여 본다면 매립지의 주로 북쪽 방진행된 것으로 판단된다.
- 전자탐사의 낮은 전기비저항으로 나타나는 오염지역에서 지하수 분석 결과 전기전도도가 높게 나타나고 K의 함량이 높게 나타나 전자탐사를 통한 오염지역과 실제 오염 상황과 연관성을 유추할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이번의 연구를 통하여 전자탐사기법이 GPS와 결합하여 짧은 시간에 효과적으로 토양오염의 '분포를 확인할 수 있는 방법으로 환경오염 조사의 목적으로 충분히 활용될 수 있음을 확인하였다. 자력탐사의 경우에는 그 탐사의 대상이 되는 물리적 성질이 지하수나 토양오염과는 직접적인 연관성을 가지지 못하므로 오염파악을 위한 조사방법으로 적합하지 않으나, 매립이 완료된 후의 지표면에 드러나지 않은 매립지의 경계에 대한 정확한 정보를 제공할 수 있으므로 인하여 매립지 규모 파악을 위하여 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 생각된다.
- 전자탐사나 자력탐사와 같은 지구물리학적인 방법을 통해 유추된 결론은 지하수 성분 분석 및 토양 가스 탐사의 지구화학 조사의 결과와도 일치하고 있어 침출수 오염을 포함한 매립지 특성 파악에 효과적인 방법으로 생각된다. 그러나, 탐사 결과의 해석이 오염의 범위 파악이나 매립지 경계 파악 등의 정성적인 해석으로 제한되는 한계점으로 나타나 보다 정밀한 오염해석을 수행하기 위해서는 물리탐사 자료를 통해 해석된 이상대와 지구 화학 분석 자료를 통한 지하수 및 토양 오염상황과의 연관성에 대한 보다 심도 있는 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 조사 대상지역인 쓰레기 매립장은 침출수로 인하여 지하수 오염이 발생한 사실은 지하수 성분분석 결과를 통해 확인되었으며, 매립지의 지형상의 특징으로 인하여 주로 매립지 북쪽 방향으로 오염이 진행된 것으로 판단되었다. 전자탐사의 낮은 전기비저항으로 나타나는 오염지역에서 지하수 분석 결과 전기전도도가 높게 나타나고 K의 함량이 높게 나타나 전자탐사를 통한 오염지역과 실제 오염 상황과 연관성을 유추할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이번의 연구를 통하여 전자탐사기법이 GPS와 결합하여 짧은 시간에 효과적으로 토양오염의 '분포를 확인할 수 있는 방법으로 환경오염 조사의 목적으로 충분히 활용될 수 있음을 확인하였다.
- 매립지 주위에 전자탐사를 통한 토양의 전기전도도 분포 양상을 통하여 침출수로 인한 토양오염의 범위를 파악하고자 하였으며, 전자탐사 결과 상의 저비저항대의 분포와 동일한 지역에 설치된 시추공에서 채취한 지하수 시료의 지화학분석결과를 통해 침출수로 인한 지하수 오염의 상황을 확인할 수 있었다. 조사 대상지역인 쓰레기 매립장은 침출수로 인하여 지하수 오염이 발생한 사실은 지하수 성분분석 결과를 통해 확인되었으며, 매립지의 지형상의 특징으로 인하여 주로 매립지 북쪽 방향으로 오염이 진행된 것으로 판단되었다. 전자탐사의 낮은 전기비저항으로 나타나는 오염지역에서 지하수 분석 결과 전기전도도가 높게 나타나고 K의 함량이 높게 나타나 전자탐사를 통한 오염지역과 실제 오염 상황과 연관성을 유추할 수 있음을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 전자탐사나 자력탐사와 같은 지구물리학적인 방법을 통해 유추된 결론은 지하수 성분 분석 및 토양 가스 탐사의 지구화학 조사의 결과와도 일치하고 있어 침출수 오염을 포함한 매립지 특성 파악에 효과적인 방법으로 생각된다. 그러나, 탐사 결과의 해석이 오염의 범위 파악이나 매립지 경계 파악 등의 정성적인 해석으로 제한되는 한계점으로 나타나 보다 정밀한 오염해석을 수행하기 위해서는 물리탐사 자료를 통해 해석된 이상대와 지구 화학 분석 자료를 통한 지하수 및 토양 오염상황과의 연관성에 대한 보다 심도 있는 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 이번의 연구를 통하여 전자탐사기법이 GPS와 결합하여 짧은 시간에 효과적으로 토양오염의 '분포를 확인할 수 있는 방법으로 환경오염 조사의 목적으로 충분히 활용될 수 있음을 확인하였다. 자력탐사의 경우에는 그 탐사의 대상이 되는 물리적 성질이 지하수나 토양오염과는 직접적인 연관성을 가지지 못하므로 오염파악을 위한 조사방법으로 적합하지 않으나, 매립이 완료된 후의 지표면에 드러나지 않은 매립지의 경계에 대한 정확한 정보를 제공할 수 있으므로 인하여 매립지 규모 파악을 위하여 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 생각된다. 자력탐사를 통해 유추된 경계의 경우에는 경계를 가로지르는 측선에 대한 토양가스 탐사에서도 동일하게 나타나며, 탐문을 통한 다양한 정보도 이러한 경계의 타당성을 뒷받침하고 있다.
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