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문제 정의
- 이러한 현상은 국내의 충적층 지하수에만 국한되는 문제는 아니며, 외국의 경우에도 퇴적 암류 내의 지하수 및 모래와 자갈충적층 내의 지하수에서 망간(Mn) 함량이 특히 높게 나타나는 것으로 보고되었다 (김형수 등, 2002b). 따라서 이 연구는 창원시 대산면 강변여과수 개발부지의 충적층 지하수 내수직적 수질특성의 변화를 파악하고자 수행되었다.
제안 방법
- 강변여과수의 취수가 진행됨에 따라 하천수가 유입될 경우, 취수정에서 하천 및 내륙 쪽에 위치한 관측정에서 지하수의 화학적 조성 변화를 관측할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 이러한 하천수의 유입에 의한 지하수의 수질 변화와 그 영향을 확인하기 위해 지하수 시료의 채취 및 분석, 지하수 내철(Fe)과 망간(Mn)의 산화환원기작에 영향을 주는 용존산소(DO) 농도의 수직분포와 변화를 측정하였다. 용존산소의 수직분포 검층은 Eijkelkamp 사의 OTD-diver를 이용하여 2003년 3월과 10월 2회에 걸쳐 수행하였다.
- 따라서 이러한 하천수의 유입에 의한 지하수의 수질 변화와 그 영향을 확인하기 위해 지하수 시료의 채취 및 분석, 지하수 내철(Fe)과 망간(Mn)의 산화환원기작에 영향을 주는 용존산소(DO) 농도의 수직분포와 변화를 측정하였다. 용존산소의 수직분포 검층은 Eijkelkamp 사의 OTD-diver를 이용하여 2003년 3월과 10월 2회에 걸쳐 수행하였다.
- 조사자료의 효율적인 해석을 위해 강변으로부터 내륙방향으로 두 개의 측선(측선, 측선)을 설정하였다(Fig. 2).이는 강변여과수 부지에서 취수정을 가동함에 따라 하천으로부터 취수정으로 하천수가 유입되면서 지하수와의 혼합에 따른 점이 적인 수질 변화가 나타날 것이며, 이런 수질 변화는 수리적 연결성과 매질의 분포특성에 따라 지역적인 경향^을 보일 것으로 예상되었기 때문이다.
- 주요 용존이온들을 대상으로 물의 특성과 변화를 규명하기 위해 stiff diagram을 도시하였다 (Fig. 4). Fig.
- 채취된 시료는 Hydrolab Mini-sonde를 사용하여 채수와 동시에 현장에서 EC, pH 및 온도를 직접 측정하였다. 실내수질 분석을 위한 시료는 채취 후 0.
대상 데이터
- 1차 조사(2003년 3월)는 AX' 측선에서 4개 관측정(DS-2, D-2, DS-8, SJ-1)과 측선에서 측선에서 4개 관측정(DS-3, DS-6, DS-7, SJ-3) 등 총 8개 관측정을 대상으로 하였다. 2차 조사(2003년 10월)에서는 낙동강의 사행침식과 관측정 내부의 함몰로 인해 3개 관측정이 유실되어, 나머지 5개 관측정(<DS-2, DS-8; ®>과 <DS-6, DS-7, SJ-3; >)에 대해 조사하였다.
- 관측정 DS-2, D-2, DS-3, DS-6, 그리고 DS-7은 제방 둑을 경계로 강 쪽에 위치하고 있으며, DS- 8은 제방 둑 위에, 그리고 SJ-1과 SJ-3은 제방 둑을 넘어서 내륙 쪽에 위치하고 있다. 3월 조사 시에는 지하수면 하 1개 지점(9이와 10 m 사이 지점)에 대해서 시료를 채취하였고, 10월에는 OTD-diver를 이용하여 지하수의 수질 구분이 명확하다고 생각되는 지점을 선정하여, 구간 분리 시료채취기(discrete interval sampler)를 이용하여 특정 심도에 대한 시료를 채취하였다(Bble 1).
- 1은 연구지역의 지질 분포를 나타낸 지질도이다. 본 연구지역은 경상남도 창원시 대산면 일대로서 낙동강에 인접한 대규모 충적층 지역이다. 이 지역은 경상도 전역에 분포하는 중생대 백악기의 상부 경상누층 군의 유전층과 이를 관입한 불국사 화강암류와 이들을 부정합으로 피복하고 있는 주 연구 대상인 제4기충적 층으로 구성되어 있다 (과학기술부, 1998; 서형기 등, 2002).
- 이 지역은 경상도 전역에 분포하는 중생대 백악기의 상부 경상누층 군의 유전층과 이를 관입한 불국사 화강암류와 이들을 부정합으로 피복하고 있는 주 연구 대상인 제4기충적 층으로 구성되어 있다 (과학기술부, 1998; 서형기 등, 2002). 연구지역에 분포하는 충적층은 서에서 동으로 사행하고 있는 낙동강본류와 지류변에 주로 분포하고 있으며, 범람원 기원의 하성층으로 대부분 모래, 자갈, 실트의 호층으로 구성되어 있다. 본층은 상당한 폭과 두께를 갖고 있으며, 대부분 경작지로 이용되고 있다 (함세영 등, 2002).
성능/효과
- 1.충적층 지하수의 총용존 고형물(TDS) 농도는 봄철에 비해 가을철에 상당히 낮은 값을 보이며, 이러한 변화는 여름철 풍수기를 통한 강우의 함양으로 인한 지하수 이온 농도의 희석현상이 원인으로 판단된다. 관측정들에서 보이는 용존산소 농도의 수직적인 변화에서도 강수의 함양에 따른 변화가 확인되었다.
- 2.충적충 지하수의철 (Fe)과 망간(Mn)에 의한 오염 현상은 지하수의 심도에 따른 환원환경에 의해 발생된 것으로 해석된다. 철과 망간에 대한 반응성 광물상과 포화지수를 분석한 결과, 철은 비정질의 산화침전물이, 망간은 MnCQj와 같은 탄산염광물들이 주요 반응 물 질로 나타났다.
- 3. 질산성질소(NO3-N)의 검출 여부는 지하수의 채취 심도와 해당 심도에서 지하수의 산화환원 환경이 중요한 역할을 한다. 철(Fe)과 망간(Mn)이 검출된 관측정에서 질산성 질소가 검출되지 않는 것은 지하수가 환원환경 상태로 존재하여 탈질 반응이 일어나기 때문으로 해석된다.
- i) 강변 여과수 취수정의 수질 변화를 감시하기 위해서는 취수정과 동일한 심도와 구조를 지닌 관측정의 설치와 모니터링이 필수적이다. 이 연구부지의 관측정들 중 DS-2, D-2, DS-3, SJ-1 및 SJ-3에서는 취수정의 주 대수층인 모래자 갈층의 상부에 있는 충적층 천부지 하수의 수질이 관측되며, 결과적으로 취수정의 수질 변화를 감시하는 모니터링 기능이 제한될 수밖에 없다.
- 3). 결과적으로 이 연구에서 조사된 관측정에서 나타난 수질 변화 자료는 취수정에서 나타나는 주대수층인 모래자 갈층의 수질특성의 일부와 이층의 상부에 위치하는 중립질 모래층(medium sand layer)의 영향을 나타내는 것으로 해석하였다.
- 63 mg/ L였다. 관측정 D-2와 DS-2 시료의 채취 심도(9~ 10 m)에서의 용존산소 농도는 0.5 mg/L 이하임을 확인할 수 있으며 (Fig. 5), 산화환원전위는 302와 312 mV 였다(Eble 2). 평균 산화환원전위 값에는 차이를 보이 지만, 환원환경에서 철과 망간의 높은 용존 농도와 용존산소, hco3- 농도 등을 전술한 선행 연구결과들 과 비교할 때, 관측정 D-2와 DS-2에서 질산성질소가 검출되지 않는 것은 이들의 채취 심도에서 지하수가 환원환경 상태로 존재하여 탈질반응이 일어나기 때문 으로 해석된다.
- 그러나 다른 관측정에서는 상대적으로 낮은 농도를 보이고 있어, 질산성질소의 농도분포는 특 정한 지역적인 경향성을 보이지 않는다. 따라서 조사 지점의 질산성질소의 오염 원인은, 다른 곳으로부터 이 동되어 온 오염된 지하수가 관측되었다기 보다는 관측 지점 주변의 오염물질이 직접 유입된 것으로 판단된다. 10월에 수행한 2차 조사 결과에서는 모든 관측정의 지하수에서 철과 망간 농도는 먹는물 수질 기준(0.
- 이것은 D-2와 DS-2 관측정의 지하수가 다른 관측정의 지하수 에 비해서 상대적으로 환원환경에 가깝다는 것을 지시 하며, 따라서 이들 관측정에서 철과 망간에 의한 오염 현상 역시 환원환경에 의해 발생된 것으로 해석된다. 이들 관측정의 지하수 수질분석 자료를 이용하여 지하 수 중의 철과 망간에 대한 반응성 광물상과 포화지수 를 분석한 결과(Able 3), 철은 비정질의 침전물이 주로 반응물질로 나타났으며, 망간(Mn)의 경우 탄산염 광물(예: MnCQj)이 주로 반응물질로 나타났다.
- 지표수와 지하수의 질산성질소 농도 분포를 보면, 지 표수에서는 농도가 2.23 mg/L 인 반면에, 하천에 가장 근접한 DS-3 관측지점에서는 20.2 mg/L 로 최고 농도를 보이며 , 제방 부근에 설치된 관측정 DS-8에서 또한 먹는물 수질기준을 초과하는 11.30 mg/L 의 농도를 보이고 있다. 그러나 다른 관측정에서는 상대적으로 낮은 농도를 보이고 있어, 질산성질소의 농도분포는 특 정한 지역적인 경향성을 보이지 않는다.
- 충적충 지하수의철 (Fe)과 망간(Mn)에 의한 오염 현상은 지하수의 심도에 따른 환원환경에 의해 발생된 것으로 해석된다. 철과 망간에 대한 반응성 광물상과 포화지수를 분석한 결과, 철은 비정질의 산화침전물이, 망간은 MnCQj와 같은 탄산염광물들이 주요 반응 물 질로 나타났다.
- 즉, 충적층의 심도가 깊어지 면서 충적층 매질내의 미생물의 작용에 의해 지하수내 용존산소의 고갈이 일어나며 환원환경으로 변화하는 현 상을 잘 보여준다. 특히 관측정 DS-2와 DS-3은 하 천에 가장 인접한 관측정으로 취수정의 채수에 따른 하천수의 유입현상이 나타날 것으로 예상되었다. 이런 경우에 산화환경의 지표수가 지하수로 유입되므로 지 하수의 용존산소 함량에도 변화를 줄 것으로 예상하였 으나, 심도별 변화가 관측되지 않았다.
후속연구
- ii) 하성충 척층을 여과지로 활용하는 강변여과수 시설부지에서는, 취수원인 지하수의 수질을 관리, 보전하기 위해서 적어도 여과부지로 사용되는 충적층으로부터 오염물질의 유입 가능성을 사전 방지하기 위한 체계적인 관리가 필요하며, 기 활용 중인 강변여과수 개발부지에 대해서는 이들 잠재오염원에 의한 영향에 대해 체계적인 조사가 필요할 것이다.
- (김건영 등, 2003). 따라서, 연구지역인 대산면뿐 아니라, 하상충적층을 여과지로 활용하는 강변여과수 시설부지의 전체적인 측면 어】서, 취수원인 지하수의 수질을 관리, 보전하기 위해서는 최소한 여과부지로 사용되는 충적충에서의 경작시설과 재배시설 및 오염원에 의한 지하수질의 영향을 체계적으로 조사평가하여야 하며, 오염물질의 유입 가능성이 있는 잠재오염 활동에 대해서는 체계적인 관리와 제한이 필요할 것이다.
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