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문제 정의
- MODFLOW는 사용하기에 쉽고 편리하며 규모가 비교적 큰 수리지질학적 문제를 해결하기 위해 필요한 대용량의 자료를 처리, 분석 및 유지하는 능력이 뛰어나다. 또한 물리적, 수학적인 지하수 유동 형태의 개념이 실제로 어떻게 나타날 것인가에 대해 대용량의 자료와 함께 다루어진다. MT3D는 복잡한 수리지질학적 구조에서의 용질 이동에 대해 널리 이용되는 3차원 유한 차분 수리 모형이다.
- 본 연구에서는 인천지역의 지반조사 자료를 수집하여 지질학적 특성 및 수리학적 특성을 분석하였으며, 토양오염 실태조사 자료를 토대로 지반정보의 체계적인 유지 관리 및 효과적인 데이터 분석이 가능하도록 데이터베이스를 구축하였다. 이를 통한 실태 조사결과, 급속한 산업발전 및 도시화에 따른 토양오염의 발생지역이 상당히 존재 하였고, 토양오염실태 조사지역외에 토양오염이 심각하게 발생되었던 위치에 대하여 상세조사를 수행하였다.
제안 방법
- 2.2절에서 제시한 2009년 인천지역의 토양오염 실태조사에 따라 각 오염원에 따라 수치해석 프로그램(Visual Sufer 80)을 이용하여 분석하였다. 그림 2는 2009년 토양오염 실태조사에 따라 인천지역에 분포되어 있는 오염원의 분포도를 시각화 한 것이다.
- 본 연구에서는 인천지역의 지반조사 자료를 수집하여 지질 및 수리학적 특성을 조사 분석하였고, 토양오염 실태조사 자료를 토대로 데이터베이스 구축을 통한 자료를 이용하여 인천지역의 토양오염 분포도를 통해 지반오염 특성을 평가 하고, 특정 토양오염 우려지역의 오염 특성에 대한 장래예측을 3차원으로 나타내어 다음과 같이 결론을 도출하였다.
- 부평 미군 반환 공여지역은 기존 미군의 훈련 및 생활에 따른 유류오염에 따른 토양오염 발생 가능성이 매우 클 것으로 판단하여 구역내 위치에 따라 정밀 조사를 실시하였다. 그림 4는 부평구내 미군 공여구역의 환경부 캠프마켓 토양실태조사의 측점을 나타낸 것이다.
- 분석지구에 대하여 격자의 수를 설정하였으며, 오염 예상지역으로 선정된 곳에는 표 2와 같이 지점별 초과지점 격자망을 달리하여 좀 더 면밀한 분석을 위해 세분화된 격자망으로 재구성하였다. 현장 주변지역의 물수지분석 및 지층 형태에 따른 토양의 기본 물성과 기상 자료를 수치해석 프로그램에 적용한 각종 입력자료를 얻어 조사지역의 토질 및 수리 특성을 시뮬레이션 하였다.
- 상기 기술한 바와 같이 인천지역 토양오염실태 조사결과, 급속한 산업발전 및 도시화에 따른 토양오염의 발생지역이 상당히 존재하였으며, 이 결과와 더불어 토양오염실태 조사지역외에 토양오염이 발생되어 주요 이슈화가 되었던 곳을 오염물질에 따라 조사․분석하였다.
- 현장 주변지역의 물수지분석 및 지층 형태에 따른 토양의 기본 물성과 기상 자료를 수치해석 프로그램에 적용한 각종 입력자료를 얻어 조사지역의 토질 및 수리 특성을 시뮬레이션 하였다. 수치해석 프로그램에 적용한 각종 입력자료로 수치해석을 하는데 있어 표 3과 같이 지중 내 토양의 성질 및 특성을 입력하였다. 지반 조사에 따른 지층의 형태는 크게 3개로 나누어 볼 수 있으며, 연강수량은 연강수량을 1,700mm/year로 기상청의 연간 평균 강수량을 이용하여 매개변수로 적용하였다.
- 본 연구에서는 인천지역의 지반조사 자료를 수집하여 지질학적 특성 및 수리학적 특성을 분석하였으며, 토양오염 실태조사 자료를 토대로 지반정보의 체계적인 유지 관리 및 효과적인 데이터 분석이 가능하도록 데이터베이스를 구축하였다. 이를 통한 실태 조사결과, 급속한 산업발전 및 도시화에 따른 토양오염의 발생지역이 상당히 존재 하였고, 토양오염실태 조사지역외에 토양오염이 심각하게 발생되었던 위치에 대하여 상세조사를 수행하였다. 특히, 불소(F)와 석유계총탄화수소(TPH)의 토양오염 우려기준 초과에 따른 장래 오염의 거동 예측을 위하여 지하수 유동 해석 프로그램을 활용한 대상지역 관측정에서의 오염 장래예측과 시간 경과에 따른 오염물 예상 분포도 및 진행 예측을 3차원으로 나타내었다.
- 인천시 석유계총탄화수소(TPH) 토양오염 우려기준 초과에 따른 장래 오염의 거동 예측을 위하여 지하수유동 수치해석 프로그램을 활용하여 오염 예상에 따른 분석지구 관측정에서의 오염 장래예측과 시간의 경과에 따른 오염물 예상 분포도 및 진행도를 모델링 절차를 통하여 분석하였다.
- 인천지역 불소(F)와 석유계총탄화수소(TPH)의 토양오염 우려기준 초과에 따른 장래 오염의 거동 예측을 위하여 지하수유동 수치해석 프로그램(MODFLOW)을 활용하여 오염 예상에 따른 분석지구 관측정에서의 오염 장래예측과 시간의 경과에 따른 오염물 예상 분포도 및 진행 예측을 모델링하여 분석하였다.
- 수치해석 프로그램에 적용한 각종 입력자료로 수치해석을 하는데 있어 표 3과 같이 지중 내 토양의 성질 및 특성을 입력하였다. 지반 조사에 따른 지층의 형태는 크게 3개로 나누어 볼 수 있으며, 연강수량은 연강수량을 1,700mm/year로 기상청의 연간 평균 강수량을 이용하여 매개변수로 적용하였다.
- 이를 통한 실태 조사결과, 급속한 산업발전 및 도시화에 따른 토양오염의 발생지역이 상당히 존재 하였고, 토양오염실태 조사지역외에 토양오염이 심각하게 발생되었던 위치에 대하여 상세조사를 수행하였다. 특히, 불소(F)와 석유계총탄화수소(TPH)의 토양오염 우려기준 초과에 따른 장래 오염의 거동 예측을 위하여 지하수 유동 해석 프로그램을 활용한 대상지역 관측정에서의 오염 장래예측과 시간 경과에 따른 오염물 예상 분포도 및 진행 예측을 3차원으로 나타내었다.
- 분석지구에 대하여 격자의 수를 설정하였으며, 오염 예상지역으로 선정된 곳에는 표 2와 같이 지점별 초과지점 격자망을 달리하여 좀 더 면밀한 분석을 위해 세분화된 격자망으로 재구성하였다. 현장 주변지역의 물수지분석 및 지층 형태에 따른 토양의 기본 물성과 기상 자료를 수치해석 프로그램에 적용한 각종 입력자료를 얻어 조사지역의 토질 및 수리 특성을 시뮬레이션 하였다. 수치해석 프로그램에 적용한 각종 입력자료로 수치해석을 하는데 있어 표 3과 같이 지중 내 토양의 성질 및 특성을 입력하였다.
대상 데이터
- 인천지역 서구 청라지구 원창동 부근 유류저장소 및 송유관주변의 토양조사구역으로, SK인천정유(주), (주)대한항공 저유소, GS칼텍스(주) 윤활유공장, 현대오일뱅크(주) 등 6개의 대형 위험물 기름 저장소가 위치해 있다. 지난 2004년 대한항공 항공유 정유소에서 기름이 누출되는 등 토양오염의 우려도 계속해서 증가하였다.
- 인천지역 토양오염실태조사에 대한 조사 자료는 자료 기입의 과대함에 따라 오염우려 지역별 토양실태조사 지점수 통계현황과 2001년∼2009년까지의 토양오염 실태조사결과 자료를 분석하였다.
- 조사는 2008년 12월 1단계 환경기초조사를 완료하고, 2009년 12월 2단계 환경기초 조사 착수하였다. 조사 구역을 A, B, C, D, E 5개 구역으로 나누어 수행하였으며, A, B, C, D, E 각각의 구역에서 32지점, 18지점, 31지점, 2지점, 4지점 총 87지점에 대해 조사하였다.
- 그림 4는 부평구내 미군 공여구역의 환경부 캠프마켓 토양실태조사의 측점을 나타낸 것이다. 조사는 2008년 12월 1단계 환경기초조사를 완료하고, 2009년 12월 2단계 환경기초 조사 착수하였다. 조사 구역을 A, B, C, D, E 5개 구역으로 나누어 수행하였으며, A, B, C, D, E 각각의 구역에서 32지점, 18지점, 31지점, 2지점, 4지점 총 87지점에 대해 조사하였다.
성능/효과
- 총 62 개수에 대하여 조사 실시하여 토양오염분석 결과 총 4개소에서 토양 오염 관리기준치를 상향하는 결과를 보였다.
- (1) 인천지역의 불소(F) 토양오염 우려기준 초과지점에 대한 수치해석 프로그램 결과, 경과시간 1년 후의 오염원 농도가 470mg/L로 최대의 농도로 오염지수를 나타낼 것으로 예상되며, 약 1400일을 기점으로 농도는 점차 희석되며 주변으로 확산된다. 약 10년 후인 3650일 경 오염원의 농도는 주변으로 넓게 확산되지만, 점차 희석되어 오염농도가 감소되는 경향을 보였다.
- (2) 석유계총탄화수소(TPH) 토양오염 우려기준 초과에 따른 장래 오염의 거동 예측 결과, 경과시간 1년 후 TPH 오염원의 농도는 500mg/L까지 최대 오염지수로 예상 되며 이 기간까지 오염원의 농도는 점차 높아져 간다. TPH의 토양오염우려기준인 400mg/L는 약 1년 후까지는 기준을 초과하여 토양오염 보전법의 토양오염 규제 기준에 부적합하지만, 1년을 기점으로 오염원의 농도는 점차 희석되어 주변으로 확산된다.
- 납(Pb)의 오염농도는 서구, 부평구, 남구, 동구 등 산발 적으로 오염도가 분포하였으며, 아연(Zn)은 계양구와 서구, 부평구에서 집약되어 주변으로 확산되는 경향을 나타내었다. 니켈(Ni)의 오염농도는 부평구와 계양구 일대에서 오염도가 확산됨을 보였으며, 불소(F)는 연수구, 계양구, 부평구 지역에서 부분적인 확산과 더불어 연수구와 계양구 일대에서 집중적인 오염지수 확산을 보였다.
- 비소(As)의 오염도는 서구 일대에서 분포되어 확산되는 경향을 보였으며, 이는 목재 및 유리 산업의 산재에 따른 결과로 판단하였다. 수은(Hg)의 오염농도는 부평구와 서구 일대에서 분포되어 확산되는 경향을 나타내었으며, 비소와 수은의 오염도는 부평구와 서구 일대에 분포․확산됨을 보였다.
- TPH의 토양오염우려기준인 400mg/L는 약 1년 후까지는 기준을 초과하여 토양오염 보전법의 토양오염 규제 기준에 부적합하지만, 1년을 기점으로 오염원의 농도는 점차 희석되어 주변으로 확산된다. 약 10년 후인 3650일 경 오염원의 농도는 주변으로 넓게 확산되지만, 점차 희석되어 농도분포가 감소됨을 나타내었다.
- 약 10년 후인 3650일 경 오염원의 농도는 주변으로 넓게 확산되지만, 점차 희석되어 오염농도가 감소되는 경향을 보였다.
- 조사 결과, A, B, C 구역에서 지목별 오염우려기준을 초과하는 오염이 발견 되었으며, 토양분석결과 유류(TPH, Benzene, Xylene) 및 중금속(Cu, Pb, Zn, Ni) 항목이 지목별 토양오염우려기준을 초과하는 것으로 조사되었다. A구역은 캠프마켓에서 굴포천 지류와 근접한 BP-26지점은 미군기지 내부에서 발생된 오염이 외부에서 유출된 것으로 판단되고, 부영공원 지역은 과거 68경차부대 운영에 따른 오염 가능성이 큰 것으로 판단된다.
- 카드뮴(Cd)의 오염농도는 부평구와 계양구 일대에서 공장 부지와 산업 지역의 산재로 오염도가 다소 높게 나타났다. 즉, 카드뮴은 제련공장, 도료공장, 분진 등에 의해서 오염원이 확산하는데, 부평구와 계양구 일대는 유리 산업 및 제조 산업의 위치함에 따라 오염 집중 경향을 보이는 것으로 판단된다.
- 2009년 인천지역의 토양 측정망은 31개소로 관리망을 운영하고 있으나, 고도의 산업발전에 따른 급변하는 인천의 발전에 따라 당하지구, 청라 경제자유구역, 송도 경제 자유구역, 영종 경제자유 구역 등에 더 많은 정보망이 요구되어진다. 토양정보망 현황 분석결과, 남동구에는 남동 국가산업단지가 위치해 있어 7개의 측정망이 설치되어 있으며, 서부공단과 수도권매립지가 위치한 서구와 강화도 지역에서는 5개의 측정망이 운영되고 있으나, 인천국제공항의 역할로 급속한 발전을 보이는 영종도 지역의 토양관리 측정망이 1개소, 인천의 145개 도서지역에서는 측정망의 기능을 적용한 곳이 없어 매우 낮은 비율로 운영되므로 향후 추가 측정망이 필요한 것으로 조사되었다.
- 석유계총탄화수소(TPH)의 오염농도는 부평구 십정동과 서구 석남동 일대에서 집중적인 확산을 나타내었는데, 이는 부평구 미군반환기지와 서구 석남동 일대의 유류 저장소 및 유류 송유관의 분포에 따른 영향인 것으로 판단된다. 현행 토양환경보전법의 토양오염기준에는 규제치가 없으나, 지표환경에서 발생하는 모든 화학적 반응과 관계된 pH의 오염농도 분포는 농업용수를 사용하는 농경지와 과수원 지역이 가장 높게 나타났고, 조사된 대부분지역에 서는 일반적인 토양의 pH의 범위인 4～8에서 벗어나지 않았다. 즉, 도로주변과 하천지역은 자동차의 배기가스의 오염원 유입과, 오염물질이 주변하천으로 배출되어 하천수를 농경지에 관개함으로써 여러 중금속들이 흡착되어 있는 상태이기 때문에 pH가 낮아진 것으로 추정된다(신은철과 박정준, 2008).
후속연구
- (3) 본 연구에서는 토양실태조사와 해석을 통해 인천지역 오염원 대한 토지용도, 지역, 시간 등의 변화에 따른 오염분포 및 농도 변화 예측결과, 향후 약 10년까지 지중내 오염원으로서의 잠재적 포텐셜을 지니고 있는 오염된 토양은 시간 경과에 따라 지하수 및 강우의 유입으로 주변지역에 확산될 가능성이 예측되어, 지역토양환경보전계획에 의거 인천지역의 지질 및 오염물질 특성에 적합한 최적의 오염토양복원기술이 적용되어야 한다.
- (4) 오염된 토양을 개선하기 위한 기초작업으로 프로그램을 활용하여 토양오염도를 작성함과 더불어 인천지역의 토양오염 측정망을 이용하여 인천지역의 토양오염 상태를 파악하고 장래 토양보전을 위해 기업의 환경 정보지원을 위한 토양관리 체제 및 장래 토양 복원에 기여하리라 판단된다.
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