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문제 정의
- 본 연구에서는 전라북도 서해안 지역을 대상으로 해수침투에 의한 염소이온 농도 분포특성을 GIS 공간 보간법을 이용하여 분석한 결과 다음의 결론을 얻을 수있었다.
- 본 연구에서는 전라북도 서해안 지역을 중심으로 지하수의 염소이온 농도의 주 원인이 되는 바닷물의 염분으로 인한 영향범위를 효과적으로 분석하고 향후 지하수 개발시 폐공발생 위험을 최소화하기 위해, 지하수 관정에서 관측한 염소이온농도 자료를 기초로 GIS (Geographic Information System) 공간 보간법을 활용한 염소이온 농도 분포특성을 평가하였다. 특히 염소이온농도 분포의 신뢰성을 평가하기 위해 지하수 관정 중 일부관정들을 검정점(Validation Point)으로 지정하여 역거리가중치(IDW; Inverse Distance Weight), 스플라인 그리고 크리깅 등의 공간 보간법에 대한 오차분석을 통해 대상지역의 지하수 염소이온 농도 분석을 위한 적정 공간 보간법을 제시하였다.
- 본 연구에서는 해수침투에 의한 염소이온 농도가 가장 높게 나타난 군산시에 대해 읍면동별로 영역격자(Zone Grid)를 지정하여 IDW 보간법에 의한 읍면동별 염소이온 농도를 계산하였다. 또한 먹는물과 공업용수 수질기준을 구간별로 분석하여 읍면동별 점유면적을 계산하였다.
제안 방법
- 먼저 총 620개의 지하수 관정 중 오차분석을 위한 검정점으로 135점을 선정하였으며 나머지 485점은 샘플점으로 지정하여 이 점들을 기초로 공간보간법별로 염소이온 농도 분포도 작성에 활용하였다. GIS 공간 보간을 위해 선정한 485개 샘플점에 대해 IDW, 스플라인 그리고 크리깅 보간법을 적용하였으며, 특히 크리깅은 선형, 원형, 구형, 지수형 그리고 가우스형을 선정하여 활용 하였다.
- 분석을 위한 격자자료의 해상도는 10m로 지정하였으며, 보간 후 연구대상지역 쉐이프 파일 자료를 이용하여 Clipping하였다. 각 보간법별로 생성한 염소이온 농도 분포도의 정확도를 평가하기 위해 135개 검정점 자료를 10m 해상도의 격자자료로 변환한 후 격자연산을 통해 각 검정점별 오차를 계산한후 135개 지점의 통계분석을 통해 표 2와 같이 각 보간법별 오차특성을 분석하였다. 오차의 평균값은 정오차(+)와 부오차(－)의 영향을 제거하기 위해 절대값에 따른 결과값을 이용하였다.
- 01N-질산은용액으로 적정하였다. 그리고 적정의 종말점은 엷은 적황색 침전으로 나타날 때로 하여 염소이온 농도를 계산하였다.
- 따라서 본 연구에서는 생활․농업․공업용수 수질기준의 영향을 검토하기 위해 염소이온 농도의 구간을 250mg/L 미만, 250～500mg/L 그리고 500mg/L 초과 지역으로 나누어 그림 8과 같이 제작하였으며, 각 염소 이온 농도 구간별 면적 특성은 표 3과 같다. 분석결과 먹는물 수질기준을 만족하는 250mg/L 미만인 구간에서 군산시가 44.
- 특히 염소이온농도 분포의 신뢰성을 평가하기 위해 지하수 관정 중 일부관정들을 검정점(Validation Point)으로 지정하여 역거리가중치(IDW; Inverse Distance Weight), 스플라인 그리고 크리깅 등의 공간 보간법에 대한 오차분석을 통해 대상지역의 지하수 염소이온 농도 분석을 위한 적정 공간 보간법을 제시하였다. 또한 대상지역내의 염소 이온 농도 분석결과를 먹는물 및 공업용수 수질기준 구간별로 평가하였으며, 염소이온 농도가 높게 나타난 군산시를 대상으로 영역격자(Zone Grid)를 구성하여 분석함으로서 읍면동별 염소이온 현황을 평가하였다.
- 본 연구에서는 해수침투에 의한 염소이온 농도가 가장 높게 나타난 군산시에 대해 읍면동별로 영역격자(Zone Grid)를 지정하여 IDW 보간법에 의한 읍면동별 염소이온 농도를 계산하였다. 또한 먹는물과 공업용수 수질기준을 구간별로 분석하여 읍면동별 점유면적을 계산하였다.
- 본 연구에서는 전라북도 보건환경연구원에서 군산시, 김제시, 고창군, 부안군 지역을 대상으로 분석한 총 620개의 지하수 관정의 염소이온 농도자료를 이용하여 GIS 공간 보간법의 오차분석을 실시하였다. 먼저 총 620개의 지하수 관정 중 오차분석을 위한 검정점으로 135점을 선정하였으며 나머지 485점은 샘플점으로 지정하여 이 점들을 기초로 공간보간법별로 염소이온 농도 분포도 작성에 활용하였다. GIS 공간 보간을 위해 선정한 485개 샘플점에 대해 IDW, 스플라인 그리고 크리깅 보간법을 적용하였으며, 특히 크리깅은 선형, 원형, 구형, 지수형 그리고 가우스형을 선정하여 활용 하였다.
- 본 연구에서는 전라북도 보건환경연구원에서 군산시, 김제시, 고창군, 부안군 지역을 대상으로 분석한 총 620개의 지하수 관정의 염소이온 농도자료를 이용하여 GIS 공간 보간법의 오차분석을 실시하였다. 먼저 총 620개의 지하수 관정 중 오차분석을 위한 검정점으로 135점을 선정하였으며 나머지 485점은 샘플점으로 지정하여 이 점들을 기초로 공간보간법별로 염소이온 농도 분포도 작성에 활용하였다.
- 분석을 위해 먼저 485개 샘플점을 공간 보간을 위한 포인트 데이터로 지정한 후 격자 분석을 위해 ArcGIS의『Spatial Analyst』 확장팩을 이용하여 각 보간법별 공간 보간을 수행하였다. 분석을 위한 격자자료의 해상도는 10m로 지정하였으며, 보간 후 연구대상지역 쉐이프 파일 자료를 이용하여 Clipping하였다. 각 보간법별로 생성한 염소이온 농도 분포도의 정확도를 평가하기 위해 135개 검정점 자료를 10m 해상도의 격자자료로 변환한 후 격자연산을 통해 각 검정점별 오차를 계산한후 135개 지점의 통계분석을 통해 표 2와 같이 각 보간법별 오차특성을 분석하였다.
- 또한 크리깅 보간법은 기하학적 거리에 대한 상관관계가 아니라 통계학적인 상관성을 이용하는 것으로서 반베리오그램의 형태에 따라 다양한 형태를 가지게 된다. 분석을 위해 먼저 485개 샘플점을 공간 보간을 위한 포인트 데이터로 지정한 후 격자 분석을 위해 ArcGIS의『Spatial Analyst』 확장팩을 이용하여 각 보간법별 공간 보간을 수행하였다. 분석을 위한 격자자료의 해상도는 10m로 지정하였으며, 보간 후 연구대상지역 쉐이프 파일 자료를 이용하여 Clipping하였다.
- 전라북도 서해안 지역의 염소이온 농도 분포를 추정 하기 위해 135개 검정점을 활용한 오차분석을 실시하였으며, 이를 통해 IDW 보간법을 염소이온 농도 추정을 위한 가장 적합한 공간 보간법으로 선정하였다. 최종적으로 전라북도 서해안 지역의 염소이온 농도 분포를 분석하기 위해 샘플점 485개와 검정점 135개를 포함한 총 620개의 지하수 관정별 염소이온 농도 자료를 이용하였으며, 공간보간법으로는 IDW 보간법을 이용 하였다.
- 본 연구에서는 전라북도 서해안 지역을 중심으로 지하수의 염소이온 농도의 주 원인이 되는 바닷물의 염분으로 인한 영향범위를 효과적으로 분석하고 향후 지하수 개발시 폐공발생 위험을 최소화하기 위해, 지하수 관정에서 관측한 염소이온농도 자료를 기초로 GIS (Geographic Information System) 공간 보간법을 활용한 염소이온 농도 분포특성을 평가하였다. 특히 염소이온농도 분포의 신뢰성을 평가하기 위해 지하수 관정 중 일부관정들을 검정점(Validation Point)으로 지정하여 역거리가중치(IDW; Inverse Distance Weight), 스플라인 그리고 크리깅 등의 공간 보간법에 대한 오차분석을 통해 대상지역의 지하수 염소이온 농도 분석을 위한 적정 공간 보간법을 제시하였다. 또한 대상지역내의 염소 이온 농도 분석결과를 먹는물 및 공업용수 수질기준 구간별로 평가하였으며, 염소이온 농도가 높게 나타난 군산시를 대상으로 영역격자(Zone Grid)를 구성하여 분석함으로서 읍면동별 염소이온 현황을 평가하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상지역은 전라북도 서해안 지역으로서 행정구역상으로는 군산시, 김제시, 부안군, 고창군 4개 지방자치단체를 선정하였다. 군산시는 약 675km2의 면적을 가지고 있으며, 이 중 기존지역이 390km2이고 새만금지역이 285km2이다.
- 전라북도 보건환경연구원에서는 군산시, 김제시, 부안군, 고창군 등의 전라북도 서해안지역을 대상으로 2009년에서 2010년 동안에 주거지내 지하수 관정을 중심으로 총 620개 지점에 대한 염소이온 농도를 질산은 적정법을 사용하여 평가하였다. 질산은 적정법의 원리는 염소이온과 질산은이 정량적으로 반응한 다음 과잉의 질산은이 크롬산과 반응하여 크롬산은의 침전으로 나타나는 점을 적정의 종말점으로 하여 염소이온의 농도를 측정하는 방법이다.
- 전라북도 서해안 지역의 염소이온 농도 분포를 추정 하기 위해 135개 검정점을 활용한 오차분석을 실시하였으며, 이를 통해 IDW 보간법을 염소이온 농도 추정을 위한 가장 적합한 공간 보간법으로 선정하였다. 최종적으로 전라북도 서해안 지역의 염소이온 농도 분포를 분석하기 위해 샘플점 485개와 검정점 135개를 포함한 총 620개의 지하수 관정별 염소이온 농도 자료를 이용하였으며, 공간보간법으로는 IDW 보간법을 이용 하였다. 대상지역에 대한 염소이온 농도 분석결과, 최소값과 최대값이 각각 6mg/L와 22,857mg/L로 나타났 으며, 평균값과 표준편차는 각각 276mg/L와 630mg/L 로 분석되었다.
데이터처리
- 각 보간법별로 생성한 염소이온 농도 분포도의 정확도를 평가하기 위해 135개 검정점 자료를 10m 해상도의 격자자료로 변환한 후 격자연산을 통해 각 검정점별 오차를 계산한후 135개 지점의 통계분석을 통해 표 2와 같이 각 보간법별 오차특성을 분석하였다. 오차의 평균값은 정오차(+)와 부오차(－)의 영향을 제거하기 위해 절대값에 따른 결과값을 이용하였다. 분석 결과 IDW의 평균오차가 134mg/L로 가장 낮게 나타났으며, 가우스형 크리깅 보간법이 348mg/L로 가장 큰 차이를 보였다.
성능/효과
- 1) 485개 지하수 관정의 염소이온 농도 자료를 이용하여 공간 보간법의 오차특성을 분석한 결과 IDW 방법이 해수침투에 의한 염소이온 농도를 추정하는데 가장 적합한 것으로 나타났다.
- 2) 대상지역의 평균 염소이온 농도를 분석한 결과, 군산시가 541mg/L로서 공업용수 수질기준에도 미달하는 것으로 나타났다. 그리고 김제시와 고창군은 먹는물 수질기준을 만족하는 것으로 나타났으며 부안군은 272mg/L로서 먹는물 수질기준에 약간 미달하는 것으로 분석되었다.
- 3) 행정구역별 분석에서 군산시는 서해안에 접해 있는 대명동, 중동, 장재동, 금암동의 평균 염소이온 농도가 매우 높게 분석되었으며, 만경강과 접해 있는 회현 면과 대야면도 공업용수 수질기준에도 미달하는 등 전반적으로 해수침투에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다.
- 군산시 읍면동별 염소이온 농도를 분석한 결과, 서해안에 인접되어 있는 대명동, 중동, 장재동, 금암동의 평균 염소이온 농도가 각각 5849mg/L, 4258mg/L, 3507mg/L, 3226mg/L로 매우 높게 나타났다. 반면 성산면, 나포면, 서수면, 임피면이 각각 39mg/L, 45mg/L, 53mg/L, 57mg/L로 매우 낮게 나타났다.
- 2) 대상지역의 평균 염소이온 농도를 분석한 결과, 군산시가 541mg/L로서 공업용수 수질기준에도 미달하는 것으로 나타났다. 그리고 김제시와 고창군은 먹는물 수질기준을 만족하는 것으로 나타났으며 부안군은 272mg/L로서 먹는물 수질기준에 약간 미달하는 것으로 분석되었다. 또한 먹는물 수질기준(250mg/L 미만), 공업용수 수질기준(250～500mg/L), 공업용수 수질기준 미달(500mg/L)에 대한 군산시의 점유비율은 각각 44.
- 최종적으로 전라북도 서해안 지역의 염소이온 농도 분포를 분석하기 위해 샘플점 485개와 검정점 135개를 포함한 총 620개의 지하수 관정별 염소이온 농도 자료를 이용하였으며, 공간보간법으로는 IDW 보간법을 이용 하였다. 대상지역에 대한 염소이온 농도 분석결과, 최소값과 최대값이 각각 6mg/L와 22,857mg/L로 나타났 으며, 평균값과 표준편차는 각각 276mg/L와 630mg/L 로 분석되었다.
- 2%로 가장 높게 나타났다. 따라서 군산시는 김제시, 부안군, 고창군에 비해 해수침투로 인해 공업용수로도 부합하지 않은 염소이온 농도 면적이 각각 2.6배, 2.4배 그리고 5.3배 큰 것으로 분석되었다. 이러한 자료에 기초해 볼 때, 향후 군산시는 먹는물 기준에 부합하는 250mg/L 미만 지역인 44.
- 6%로 비교적 높은 비율을 나타내었다. 따라서 대상지역 중 군산시는 먹는물 수질기준에 부합하지 않은 지역이 55.6% 로 김 제시, 부안군 그리고 고창군에 비해 매우 높은 특성을 보였으며, 이는 군산시가 해수침투에 의한 영향이 다른 지자체에 비해 큰 것을 의미하며, 먹는물 수질기준에 부합하지 않은 군산시 읍면동 지역에 대해서는 향후 생활용수 공급을 위한 대책 마련이 필요할 것이다.
- 오차의 표준편차에서도 IDW가 277mg/L로 가장 편차가 작게나타났으며, 가우스형 크리깅 보간법이 738mg/L로 가장 크게 나타났다. 따라서 지하수 관정에서 채수하여 분석한 염소이온 농도 자료를 이용하여 전라북도 서해안 지역의 염소이온 농도 분포도를 제작하기 위한 공간보간법으로는 IDW 보간법이 가장 적합한 것으로 분석되었다. 공간보간법을 적용한 오차의 평균값과 표준편차가 대부분 크게 나타났다.
- 그리고 김제시와 고창군은 먹는물 수질기준을 만족하는 것으로 나타났으며 부안군은 272mg/L로서 먹는물 수질기준에 약간 미달하는 것으로 분석되었다. 또한 먹는물 수질기준(250mg/L 미만), 공업용수 수질기준(250～500mg/L), 공업용수 수질기준 미달(500mg/L)에 대한 군산시의 점유비율은 각각 44.4%, 14.4%, 41.2%로서 다른 지방자치단체에 비해 해수침투에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다.
- 오차의 평균값은 정오차(+)와 부오차(－)의 영향을 제거하기 위해 절대값에 따른 결과값을 이용하였다. 분석 결과 IDW의 평균오차가 134mg/L로 가장 낮게 나타났으며, 가우스형 크리깅 보간법이 348mg/L로 가장 큰 차이를 보였다. 오차의 표준편차에서도 IDW가 277mg/L로 가장 편차가 작게나타났으며, 가우스형 크리깅 보간법이 738mg/L로 가장 크게 나타났다.
- 따라서 본 연구에서는 생활․농업․공업용수 수질기준의 영향을 검토하기 위해 염소이온 농도의 구간을 250mg/L 미만, 250～500mg/L 그리고 500mg/L 초과 지역으로 나누어 그림 8과 같이 제작하였으며, 각 염소 이온 농도 구간별 면적 특성은 표 3과 같다. 분석결과 먹는물 수질기준을 만족하는 250mg/L 미만인 구간에서 군산시가 44.4%로 가장 낮은 점유면적을 나타내었 으며, 고창군이 87.0%로 가장 높은 점유면적을 보였다. 김제시와 부안군은 각각 78.
- 그림 10은 수질기준 구간별로 분석한 군산시의 염소 이온 농도 분포도이며 표 5는 군산시 읍면동의 수질기준 구간별 염소이온 농도에 대한 점유면적을 분석한 것이다. 분석결과 임피면, 서수면, 개정동, 성산면 그리고 나포면의 대부분 지역들은 250mg/L 미만으로서 먹는물 수질기준을 만족하는 것으로 나타났으나, 신흥동을 비롯한 29개 읍면동 지역은 500mg/L을 초과하여 공업용수 수질기준에도 미달하는 하는 것으로 분석되었다. 따라서 군산시는 금강하구둑 상류부에 위치하고 있는 읍면동을 제외하고는 서해안의 해수침투로 인해 염소이온 농도가 매우 높게 분포하는 것으로 나타났으며, 향후 군산시에서는 이러한 염소 분포특성 자료에 기초 하여 지하수 개발 업무에 활용하거나 혹은 정수장을 통한 용수 확보 방안을 마련하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
- 성산면과 나포면은 북쪽 지역이 강과 접해 있지만 금강하구둑 상류의 담수의 영향으로 해수침투에 의한 영향은 없는 것으로 분석되었다. 회현면과 대야면은 남쪽으로 만경강과 인접해 있으며 이 지역의 평균 염소이온 농도는 각각 937mg/L과 607mg/L로서 공업용수 수질기준에도 미달 하는 것으로 분석되었다. 이 두 지역은 서해안과 만경강이 인접되어 있으며, 내륙 상당부분까지 해수침투에 의한 영향이 크게 나타났다.
후속연구
- 분석결과 임피면, 서수면, 개정동, 성산면 그리고 나포면의 대부분 지역들은 250mg/L 미만으로서 먹는물 수질기준을 만족하는 것으로 나타났으나, 신흥동을 비롯한 29개 읍면동 지역은 500mg/L을 초과하여 공업용수 수질기준에도 미달하는 하는 것으로 분석되었다. 따라서 군산시는 금강하구둑 상류부에 위치하고 있는 읍면동을 제외하고는 서해안의 해수침투로 인해 염소이온 농도가 매우 높게 분포하는 것으로 나타났으며, 향후 군산시에서는 이러한 염소 분포특성 자료에 기초 하여 지하수 개발 업무에 활용하거나 혹은 정수장을 통한 용수 확보 방안을 마련하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
- 이 두 지역은 서해안과 만경강이 인접되어 있으며, 내륙 상당부분까지 해수침투에 의한 영향이 크게 나타났다. 따라서 이 지역은 지하수 개발시 염소이온 농도가 매우 높을 것으로 예상되므로 지하수 개발을 통한 수자원 확보는 가급적 자제하는 것이 바람직할 것이다.
- 3배 큰 것으로 분석되었다. 이러한 자료에 기초해 볼 때, 향후 군산시는 먹는물 기준에 부합하는 250mg/L 미만 지역인 44.4% 지역을 제외한 55.6% 지역에 대한 세부적인 위치를 파악하고, 이들 지하수의 현실적인 이용방안을 수립하거나 혹은 해수침투 지역에 대한 저감대책 업무에 활용해야 될 것이다.
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