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문제 정의
- 국내에서는 지하수오염취약성 평가를 위한 다양한 방법이 가용함에도 불구하고 DRASTIC모델을 제외한 나머지 방법론에 대해 연구 및 적용된 사례가 거의 없어 DRASTIC 모델을 통한 예측결과의 신뢰성을 확보할 수 있는 방안이 없었다. 그러므로 본 연구에서는 7가지 동일한 수리인자를 고려한 DRASTIC 모델과 SINTACS 모델의 차이점을 비교분석하고 SINTACS 모델의 국내적용성에 대해 검토하였다. 연구결과 SINTACS 모델을 적용시켰을 때 전체지역의 취약성이 상대적으로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이것은 SINTACS 모델을 적용했을 때 연구지역의 수리지질학적 특성에 따라 서로 다른 가중치 모형으로 구분하여 적용함으로써 지역특성에 따른 취약성의 편중이 완화되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서는 DRASTIC모델과 이를 수정 보완한 SINTACS모델을 비교·적용하고 우리나라 지하수 환경에의 SINTACS모델 적용가능성을 검토하였다.
- 또한 침출이 일어나는 지역(Seepage 가중치), Karst가 분포하는 지역(Karst 가중치), 매우 큰 균열이 있는 경암(Fissured 가중치), 질산염비료에 의한 오염이 의심되는 지역(Nitrates 가중치)으로 분류하여 적용가능하다(Civita and De Maio, 2004). 이는 기존 취약성 평가 모델의 광범위한 적용 시 나타날 수 있는 다수의 수리지질학적 매질에 의한 상대적 평가의 복잡성 문제점을 보완하기 위한 것이다. 위에서 언급된 두 모델의 점수와 가중치 선정방법의 차이에 따른 취약성 평가 결과의 비교를 위하여 동일한 연구지역에 두 모델을 적용하고 분석하였다.
제안 방법
- DRASTIC모델과 SINTACS모델에서 제시한 등급과 가중치를 각각 적용하여 연구지역의 7가지 인자를 분류하였다. 지하수위심도 인자는 수치모사를 이용하여 얻은 지하 수위와 지형고도의 차를 통하여 계산되었고 등급의 분포는 1부터 10까지 매우 넓게 나타났다.
- DRASTIC과 SINTACS 모델은 공통적으로 지하수 침투와 함양에 영향을 미치는 7가지 인자를 고려하지만 점수와 가중치의 선정방법에 다소 차이를 보이고 있다. DRASTIC모델은 각 영향인자 특성의 상대적 순위를 매기고 이에 따라 점수를 1부터 10까지의 정수로 분류하였다. 반면 SINTACS모델의 점수의 범위는 DRASTIC모델과 동일하지만 실수를 택할 수 있으며 수리지질학적 특성에 따른 점수의 선정이 선형적이지 않다는 특성을 가지고 있다.
- 반면 SINTACS모델의 점수의 범위는 DRASTIC모델과 동일하지만 실수를 택할 수 있으며 수리지질학적 특성에 따른 점수의 선정이 선형적이지 않다는 특성을 가지고 있다. 또한 DRASTIC모델의 가중치는 일반지역과 농업지역으로 2개의 가중치 모델이 제시되어 이 중 연구지역에 상응하는 하나의 가중치 모델을 선택하고 지역 전체에 적용한다(Table 1).
- 92%의 비율을 보이며 3등급과 4등급의 비율이 가장 높다. 본 연구에서는 3 및 4등급을 지하수오염취약지역으로 보고 연구지역 내에서 오염취약지역이 차지하는 비율을 비교하였다. DRASTIC 의 경우 오염취약지역이 전체 지역의 약 73%로 나타나는 반면, SINTACS의 경우는 약 89%로 나타났다.
- 본 연구에서는 DRASTIC과 SINTACS Index 맵의 정량적인 비교 분석을 위하여 기존에 4등급으로 분류된 DRASTIC Index와 기존에 6등급으로 분류된 SINTACS Index를 동일한 간격으로 구분하여 4개의 등급으로 재분류하였다(Fig. 4). 등급이 높을수록 지하수가 오염에 취약하다는 것을 의미한다.
- 수리전도도는 포화대 내에서 지하수의 유동능력을 의미하며 오염물질의 수평거동에 영향을 주는 인자이다. 본 연구에서는 흑운모 화강암과 각섬석 화강암, 충적층의 대표수리전도도를 이용하여 대수층의 수리전도도 등급도를 작성하였다(Fig. 2(g), Fig.
- 낮은 지형의 경우 Normal과 Severe 가중치로 구분하며 경작이 이루어지지 않는 지역을 Normal 가중치, 경작이 이루어지는 지역을 Severe 가중치로 구분한다. 본 연구지역은 충적층과 구릉 지역을 각각 Table 2의 Severe 가중치와 Normal 가중치로 구분하여 적용하였다(Fig. 3(h); Table2).
- 3(f)). 수리전도도는 대수층의 구성물질에 따라 대표 수리전도도 값을 이용하여 분류하였다(Fig. 2(g), Fig.
- 이는 기존 취약성 평가 모델의 광범위한 적용 시 나타날 수 있는 다수의 수리지질학적 매질에 의한 상대적 평가의 복잡성 문제점을 보완하기 위한 것이다. 위에서 언급된 두 모델의 점수와 가중치 선정방법의 차이에 따른 취약성 평가 결과의 비교를 위하여 동일한 연구지역에 두 모델을 적용하고 분석하였다.
- 이러한 연구결과의 상이점이 가중치적용방법과 어떠한 관련이 있는지 파악하기 위해 두 맵을 충적 및 산지지역으로 분류하여 오염취약지역의 비율을 비교하였다. 그 결과 DRASTIC 맵에서는 오염취약지역의 94.
- 3(g)). 이렇게 얻어진 7개의 맵을각 인자에 부여된 가중치를 적용하였고 SINTACS의 경우 가중치를 추가적으로 고려하였다. 낮은 지형의 경우 Normal과 Severe 가중치로 구분하며 경작이 이루어지지 않는 지역을 Normal 가중치, 경작이 이루어지는 지역을 Severe 가중치로 구분한다.
대상 데이터
- 두 모델의 상호 비교검토를 위하여 선택된 지역은 충청남도 부여군 부여읍 일대로 15.52km2면적의 소유역이다. 본 연구지역은 소유역 내에서 그 수리지질학적 특성이 충적 및 암반으로 크게 차이를 보이기 때문에 이러한 특성을 고려하지 않은 DRASITC모델과 연구지역의 매질특성에 따라 서로 다른 가중치 모형을 적용하는 SINTACS모델을 적용하고 그 결과를 비교하기에 적합한 지역이다.
- 본 연구지역은 충청남도 부여군 부여읍 일대로 15.52 km2 면적의 소유역이다(Fig. 1). 연구지역이 포함된 금강유역은 연간 지하수 개발가능량의 9.
- 따라서 연구지역의 대수층을 충적 및 파쇄암반대수층으로 대별된다. 연구지역의 동측은 산계 발달이 미약한 구릉지대(최고 해발고도 약 230 m)가 분포하고 있으며 서측에는 남동쪽으로 백마강이 흐르고 있다.
- 5%를 차지하고 있다. 연구지역의 지질은 상하부로 크게 충적 및 파쇄암반 대수층으로 대별되며, 선캠브리아기 화강편마암이 최하부층을 이루고 있다. 그 상부를 백악기 흑운모화강암, 각섬석화강암이 덮고 있으며, 최상부는 제 4기 충적층이 피복하고 있다.
데이터처리
- 본 연구지역은 소유역 내에서 그 수리지질학적 특성이 충적 및 암반으로 크게 차이를 보이기 때문에 이러한 특성을 고려하지 않은 DRASITC모델과 연구지역의 매질특성에 따라 서로 다른 가중치 모형을 적용하는 SINTACS모델을 적용하고 그 결과를 비교하기에 적합한 지역이다. 취약성의 정량적인 비교를 위하여 서로 다른 기준으로 분류된 취약성 등급도를 4개의 등급으로 정규화하고 그 결과의 상호비교를 실시하였다.
이론/모형
- 함양량은 전체 강우량 중 대수층으로 침투하는 물의 양을 뜻하며, 직접적인 오염물질의 이동과 희석에 영향을 주는 인자이다. 본 연구에서는 함양량 산정에 가장 보편적으로 이용되는 방법 중 하나인 물수지 방법을 적용하였다. 연평균강수량은 30년 평균값(1971년~2000년)을 사용하였으며, 증발산량 산정법으로는 ET-Turc equation(Turc, 1961), 직접유출량 산정법으로 SCS-CN법, 기저유출량은 30년 평균값(1972년~2001년)을 이용하여 함양량 등급도를 작성하였다(Fig.
- 본 연구에서는 함양량 산정에 가장 보편적으로 이용되는 방법 중 하나인 물수지 방법을 적용하였다. 연평균강수량은 30년 평균값(1971년~2000년)을 사용하였으며, 증발산량 산정법으로는 ET-Turc equation(Turc, 1961), 직접유출량 산정법으로 SCS-CN법, 기저유출량은 30년 평균값(1972년~2001년)을 이용하여 함양량 등급도를 작성하였다(Fig. 2(b), Fig.
- 반면, 일반적으로 지하수위 심도에 대한 자료의 획득은 지표조사가 불가한 지형적 특성으로 관측공설치가 가능한 위치에서만 실측값을 얻을 수 있는 한계를 가진다(이현주 외, 2008). 이러한 원인으로 본 연구에서는 지하수위 분포양상 모사를 위해 미국지질조사소(USGS)에서 개발된 수치모델인 MODFLOW(McDonald and Harbaugh, 1988)를 이용하여 지하수위 분포양상을 추정하였으며 모사 결과에 따라지하수 심도 등급도를 작성하였다(Figs. 2(a) and 3(a)).
성능/효과
- 2(a)) 7, 9및 10등급이 전체의 약 76%를 차지하였고 SINTACS의 경우(Fig. 3(a)) 6, 8및 10등급이 전체의 약 75%를 차지하였다. 이는 연구지역이 충적층과 낮은 구릉지로 구성되어 상대적으로 낮은 지하수위심도를 갖기 때문인 것으로 판단된다.
- DRASTIC의 경우 (Fig. 2(a)) 7, 9및 10등급이 전체의 약 76%를 차지하였고 SINTACS의 경우(Fig. 3(a)) 6, 8및 10등급이 전체의 약 75%를 차지하였다.
- 본 연구에서는 3 및 4등급을 지하수오염취약지역으로 보고 연구지역 내에서 오염취약지역이 차지하는 비율을 비교하였다. DRASTIC 의 경우 오염취약지역이 전체 지역의 약 73%로 나타나는 반면, SINTACS의 경우는 약 89%로 나타났다. 즉, 상대적으로 SINTACS 모델을 적용시켰을 때 취약성이 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
- 이러한 연구결과의 상이점이 가중치적용방법과 어떠한 관련이 있는지 파악하기 위해 두 맵을 충적 및 산지지역으로 분류하여 오염취약지역의 비율을 비교하였다. 그 결과 DRASTIC 맵에서는 오염취약지역의 94.5%가 충적층 지역에 분포하며 SINTACS 맵에서는 오염취약지역의 68.4%가 충적층 지역에 분포한다. 즉, SINTACS Index 맵에서는 DRASTIC Index 맵과 비교했을 때 산지지역이 비교적 높은 취약성을 보임을 알 수 있으며, DRASTIC모델을 적용했을 때 오염취약지역이 충적층으로 매우 편중되는 경향을 보인다.
- 등급이 높을수록 지하수가 오염에 취약하다는 것을 의미한다. 두 Index 맵의 분석을 통해 공통적으로 백마강 일대의 충적층이 분포하는 지역이 가장 높은 등급을 나타내었고, 산지지역과 일부 도로를 포함한 시가지와 공장일대는 상대적으로 낮은 등급을 나타냄을 알수 있다. 전체 연구지역의 1~4등급별 비율(Table 3)은 DRASTIC의 경우 각각 0.
- 그러므로 본 연구에서는 7가지 동일한 수리인자를 고려한 DRASTIC 모델과 SINTACS 모델의 차이점을 비교분석하고 SINTACS 모델의 국내적용성에 대해 검토하였다. 연구결과 SINTACS 모델을 적용시켰을 때 전체지역의 취약성이 상대적으로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이것은 SINTACS 모델을 적용했을 때 연구지역의 수리지질학적 특성에 따라 서로 다른 가중치 모형으로 구분하여 적용함으로써 지역특성에 따른 취약성의 편중이 완화되었기 때문인 것으로 판단된다. 특히 대수층의 많은 부분이 암반대수층으로 이루어진 국내 환경의 특성 때문에 DRASTIC모델을 적용으로 취약성이 과소평가될 수 있는 우려가 있어 SINTACS 모델을 이용 하는 것이 이러한 문제점 해결에 보다 합리적인 대안이 될 수 있을 것으로 판단되며 전반적인 지역특성이 포괄적으로 고려될 수 있을 것으로 판단된다.
- 지형경사는 오염물질의 지표유출에 영향을 주는 인자이다. 연구지역의 DEM을 이용하여 경사율을 산정하였으며, 본연구지역의 경우 산지의 일부지역을 제외한 모든 지역이 비교적 낮은 지형구배를 가지므로 취약성이 가장 높은 등급에 해당하는 것으로 분석되었다(Fig. 2(e), Fig.
- 즉, SINTACS Index 맵에서는 DRASTIC Index 맵과 비교했을 때 산지지역이 비교적 높은 취약성을 보임을 알 수 있으며, DRASTIC모델을 적용했을 때 오염취약지역이 충적층으로 매우 편중되는 경향을 보인다. 이러한 결과는 DRASTIC모델이 전체 지역에 동일한 가중치를 적용함으로 인해 지역의 수리 지질학적 영향이 가중되어 산지지역이 충적층에 비해 상대적으로 취약성이 매우 낮게 측정된 것으로 판단된다. 반면, SINTACS의 경우 연구지역의 수리지질학적 특성에 따라 서로 다른 가중치 모형으로 구분하여 적용함으로써 지역특성에 따른 취약성의 편중이 완화된 것으로 판단된다.
- 두 Index 맵의 분석을 통해 공통적으로 백마강 일대의 충적층이 분포하는 지역이 가장 높은 등급을 나타내었고, 산지지역과 일부 도로를 포함한 시가지와 공장일대는 상대적으로 낮은 등급을 나타냄을 알수 있다. 전체 연구지역의 1~4등급별 비율(Table 3)은 DRASTIC의 경우 각각 0.75%, 26.58%, 13.45% 및 59.23%의 비율을 보이며 2등급과 4등급이 가장 높은 비율을 차지하고 있음을 알 수 있다. SINTACS의 경우 각각 1.
- 4%가 충적층 지역에 분포한다. 즉, SINTACS Index 맵에서는 DRASTIC Index 맵과 비교했을 때 산지지역이 비교적 높은 취약성을 보임을 알 수 있으며, DRASTIC모델을 적용했을 때 오염취약지역이 충적층으로 매우 편중되는 경향을 보인다. 이러한 결과는 DRASTIC모델이 전체 지역에 동일한 가중치를 적용함으로 인해 지역의 수리 지질학적 영향이 가중되어 산지지역이 충적층에 비해 상대적으로 취약성이 매우 낮게 측정된 것으로 판단된다.
- DRASTIC 의 경우 오염취약지역이 전체 지역의 약 73%로 나타나는 반면, SINTACS의 경우는 약 89%로 나타났다. 즉, 상대적으로 SINTACS 모델을 적용시켰을 때 취약성이 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
- DRASTIC모델과 SINTACS모델에서 제시한 등급과 가중치를 각각 적용하여 연구지역의 7가지 인자를 분류하였다. 지하수위심도 인자는 수치모사를 이용하여 얻은 지하 수위와 지형고도의 차를 통하여 계산되었고 등급의 분포는 1부터 10까지 매우 넓게 나타났다. DRASTIC의 경우 (Fig.
- 지형경사는 연구지역이 낮은 구릉지역으로 DRASTIC 의 경우 연구지역의 특성상 일부 구릉지역을 제외한 대부분의 지역이 10 등급을 갖고 이는 전체지역의 85%를 차지하는 것으로 나타났다(Fig. 2(e)).
후속연구
- 현재의 연구를 통해 어느 일개모델의 우수성을 단정하기에는 현실적인 자료가 미비한 상황이다. 그러나 두 가지 대표적 모델의 상호 비교를 통해 예측에 대한 신뢰성이 재고될 수 있을 것으로 판단되며 향후 상호 대별되는 대수층 매질로 구성된 지역의 지하수오염취약성 평가에 있어 두 모델의 비교 적용이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 연구결과 SINTACS 모델을 적용시켰을 때 전체지역의 취약성이 상대적으로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이것은 SINTACS 모델을 적용했을 때 연구지역의 수리지질학적 특성에 따라 서로 다른 가중치 모형으로 구분하여 적용함으로써 지역특성에 따른 취약성의 편중이 완화되었기 때문인 것으로 판단된다. 특히 대수층의 많은 부분이 암반대수층으로 이루어진 국내 환경의 특성 때문에 DRASTIC모델을 적용으로 취약성이 과소평가될 수 있는 우려가 있어 SINTACS 모델을 이용 하는 것이 이러한 문제점 해결에 보다 합리적인 대안이 될 수 있을 것으로 판단되며 전반적인 지역특성이 포괄적으로 고려될 수 있을 것으로 판단된다.
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