[논문]홍성 북동부 농촌 지역 지하수의 질산성 질소 오염과 수리지구화학적 특성

기민규; 고동찬; 윤희성; 김현수

doi:10.7857/jsge.2013.18.3.033

제안 방법

TN(Total Nitrogen)과 TOC(Total organic carbon)분석을 위한 시료는 현장에서 Glass fiber filter(GF/F, 0.7 µm, Whatman)로 여과하여 amber glass vial에 담았으며, TOC 분석을 위한 시료는 진한 황산으로 산 처리하여 분석 시까지 냉장 보관하였다.
7 µm, Whatman)로 여과하여 amber glass vial에 담았으며, TOC 분석을 위한 시료는 진한 황산으로 산 처리하여 분석 시까지 냉장 보관하였다. TN은 Total Nitrogen Module(TNM-1, Shimadzu)를 이용하여 분석하였고, TOC는 Total Organic Carbon Analyzer(TOC-V CPH, Shimadzu)를 이용하여 NPOC Non-Purgeable Organic Carbon)로 분석하였다. 측정된 주요 양이온과 음이온의 전하균형오차가 ± 5% 이내로 나타나 주요 성분 분석 결과가 신뢰할 수 있음을 보여주었다.
시기에 따른 지하수 수질의 변화를 평가하기 위해 갈수기에 해당하는 2011년 5월과 풍수기에 해당하는 2011년 10월에 야외조사 및 실내분석을 실시하였다. 갈수기 자료와 비교를 위해 풍수기의 질산성 질소 농도를 Table 3와 같이 오염단계 기준에 따라 시료군 별로 분석하였다. 단, 10월 조사 시 일부 측정이 불가능한 5개 관정에 대해서는 분석을 제외하였다.
시기에 따른 지하수 수질의 변화를 평가하기 위해 갈수기에 해당하는 2011년 5월과 풍수기에 해당하는 2011년 10월에 야외조사 및 실내분석을 실시하였다. 갈수기 자료와 비교를 위해 풍수기의 질산성 질소 농도를 Table 3와 같이 오염단계 기준에 따라 시료군 별로 분석하였다.
지하수내 음이온은 이온 크로마토그래피 시스템(ICS-1500, Dionex)을 이용하여 분석하였고 양이온은 유도결합 플라즈마분광광도계(Optima 7300 DV, PerkinElmer)를 이용하여 분석하였다. 알칼리도(Alkalinity)는 pH 4.5까지 소비된 HCl의 양으로 total alkalinity를 계산하여 측정하였고 이를 HCO₃ 농도로 환산하였다(APHA, 1998). TN(Total Nitrogen)과 TOC(Total organic carbon)분석을 위한 시료는 현장에서 Glass fiber filter(GF/F, 0.
연구지역 내 지하수에 대해 질산성 질소의 오염현황을 파악하기 위해 대수층별로 오염단계를 구분하여 평가하였다(Table 3). 질산성 질소 농도에 의한 오염 수준은 Hallberg and Keeney(1993)과 Cho et al.
연구지역의 경우 pH와 온도는 모든 관정에서 만족하기 때문에 DO 수준만으로 평가하였으며 본 연구에서 DO수준은 <2mg/L 미만의 기준으로 설정하였다.
이번 연구에서는 기존 연구에서 질산성 질소에 대한 오염정도가 높은 것으로 조사된 홍성군 북동부 지역에서 농촌 지역 지하수 수질 오염 특성을 평가하기 위해 천부관정, 암반관정, 용천수에서 채취된 지하수에 대해 질산성 질소를 중심으로 수리지구화학 조사를 실시하고, 질산성 질소의 농도 분포, 질산성 질소와 주요 수질인자와의 상관성, 시기적 수질 변동 등의 수질 특성을 종합적으로 분석하였다.
지표기원 오염물질인 질산성 질소의 심도와의 연관성을 파악하기 위해 심도별 질산성 질소 농도를 도시하였다(Fig. 5). 일반적으로 심도가 증가할수록 질산성 질소 농도는 감소하는 경향을 보인다고 알려져 있다(Kundu et al.
지하수내 음이온은 이온 크로마토그래피 시스템(ICS-1500, Dionex)을 이용하여 분석하였고 양이온은 유도결합 플라즈마분광광도계(Optima 7300 DV, PerkinElmer)를 이용하여 분석하였다. 알칼리도(Alkalinity)는 pH 4.
지하수의 시기적인 수질 변화를 파악하기 위해 갈수기와 풍수기에 해당하는 2011년 5월말과 10월말에 걸쳐 총 2회 전체 수질 조사를 실시하였다(Fig. 3). 이때, 갈수기와 풍수기는 강우가 지표에서 지하수로 함양되는 시간을 고려하여 풍수기인 6, 7, 8월의 영향은 10월에 받고 갈수기인 12, 1, 2월의 영향은 5월에 받는 것으로 판단하였다.
질산성 질소와 관련된 주요 인자들의 각 시료군 별 시기적 경향성을 평가하기 위해 Box plot으로 도시하였다(Fig. 10). 용천수는 모든 수질인자에 대해 눈에 띄는 시기적 경향성을 보이지 않는다.
채취한 시료는 실내 분석을 위해 0.45 µm의 공극을 갖는 필터로 여과하였으며, 양이온 분석을 위한 시료에는 진한 질산(GR grade, Merck)을 넣어 pH를 2 이하로 조정하였다.
현장 조사는 지하수 관정에 고여 있는 물을 충분히 양수한 뒤 온도, pH, 용존산소(dissolved oxygen, DO), 전기전도도(eletrical conductivity, EC), 산화환원전위(oxidation reduction potential, ORP)등의 현장 수질 측정 항목을 대기와의 접촉을 차단하고 유동상태에서 측정하였으며 현장 수질 항목이 모두 안정된 뒤 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 실내 분석을 위해 0.

대상 데이터

연구지역은 충청남도 홍성군의 북동쪽에 위치한 금마면 일대로 홍북면 일부를 포함하고 있다. 홍성군은 충청남도 서해안과 접해 있고, 동쪽에 봉수산, 서쪽에는 백월산, 북쪽에는 용봉산을 중심으로 구릉을 형성하여 비교적 평탄한 지형을 이루고 있으며, 연구지역은 7km × 7km 범위의 유역으로 약 40 km²의 규모이다.
연구지역의 지질은 화양천 유역은 제 4기 충적층으로 이루어져 있고 기반암으로 결정편암계 덕정리 편마암이 자리 잡고 있으며, 삽교천 중류 우안지역은 경상계 불국사통 화강암류로 이루어져 있어(Lee and Kim, 1963), 조사지역은 충적층과 결정질암의 풍화대와 파쇄대가 주요 대수층을 이루고 있다. 연구지역의 우측에 위치한 봉수산을 제외하면 해발고도 100 m 이하의 낮은 지역 및 소규모 구릉으로 구성되어 있으며 봉수산 우측으로 예당저수지와 조사지역 남서쪽에 홍양 저수지가 자리 잡고 있어 연구지역을 삽교천과 봉수산 자락으로 구분되고 중앙에 화양천을 포함하는 수계로 설정하였다. 기상 수문 현황을 보면 최근 10년간 홍성군의 연평균 기온은 12.
홍성군은 충청남도 서해안과 접해 있고, 동쪽에 봉수산, 서쪽에는 백월산, 북쪽에는 용봉산을 중심으로 구릉을 형성하여 비교적 평탄한 지형을 이루고 있으며, 연구지역은 7km × 7km 범위의 유역으로 약 40 km²의 규모이다. 연구지역의 유역은 금마면과 홍북면 일부를 포함하는 화양천 유역과 금마면에 위치한 삽교천 중류 우안지역을 포함하고 있다(Fig. 1). 연구지역의 지질은 화양천 유역은 제 4기 충적층으로 이루어져 있고 기반암으로 결정편암계 덕정리 편마암이 자리 잡고 있으며, 삽교천 중류 우안지역은 경상계 불국사통 화강암류로 이루어져 있어(Lee and Kim, 1963), 조사지역은 충적층과 결정질암의 풍화대와 파쇄대가 주요 대수층을 이루고 있다.
1). 연구지역의 지질은 화양천 유역은 제 4기 충적층으로 이루어져 있고 기반암으로 결정편암계 덕정리 편마암이 자리 잡고 있으며, 삽교천 중류 우안지역은 경상계 불국사통 화강암류로 이루어져 있어(Lee and Kim, 1963), 조사지역은 충적층과 결정질암의 풍화대와 파쇄대가 주요 대수층을 이루고 있다. 연구지역의 우측에 위치한 봉수산을 제외하면 해발고도 100 m 이하의 낮은 지역 및 소규모 구릉으로 구성되어 있으며 봉수산 우측으로 예당저수지와 조사지역 남서쪽에 홍양 저수지가 자리 잡고 있어 연구지역을 삽교천과 봉수산 자락으로 구분되고 중앙에 화양천을 포함하는 수계로 설정하였다.
지하수 시료 채취는 총 120개소 관정에 대해 암반대수층 71개소, 천부대수층 39개소, 용천수 10개소로 심도별 관정을 구분하여 조사를 실시하였다. 조사 지역의 대수층은 크게 충적층과 잔류토양/풍화대를 포함하는 지표부근 천부대수층(이하 천부대수층; surficial aquifer)과 기반암인 편마암이나 화강암 파쇄대로 구성된 암반대수층(bedrock aquifer)으로 구분할 수 있다. 해당 지역에서는 각 층의 분포상황에 대한 자료가 없고, 기존 관정을 대상으로 조사를 진행하였으므로 굴착방법, 구경 등 관정시설규모를 고려하여 천부대수층과 암반대수층으로 구분하였으며(Kim et al.
지하수 시료 채취는 총 120개소 관정에 대해 암반대수층 71개소, 천부대수층 39개소, 용천수 10개소로 심도별 관정을 구분하여 조사를 실시하였다. 조사 지역의 대수층은 크게 충적층과 잔류토양/풍화대를 포함하는 지표부근 천부대수층(이하 천부대수층; surficial aquifer)과 기반암인 편마암이나 화강암 파쇄대로 구성된 암반대수층(bedrock aquifer)으로 구분할 수 있다.

데이터처리

이러한 특성의 지역적인 비교를 위해 연구지역과 이전의 국내 연구 중 (a)일반 농촌지역(Lee et al., 2008), (b)축사분포지역(Kim and Woo, 2003), (c)제주도 전역(Koh et al., 2007) 지하수의 Cl과 질산성 질소의 관계를 분석하기 위해 선형 회귀분석을 이용해 slope, R², P-value를 나타내었다(Table 4). 연구지역은 기울기는 1.
각 시료군 별로 보면, 용천수에서는 모든 인자에서 유의수준을 만족하는 결과를 얻었으나 천부관정과 암반관정에서는 일부 인자에서 유의수준을 만족하지 못하기 때문에 전체 관정 간 비교를 위해 상관분석은 비모수적 방법인 Spearman's rank-order Correlation (Rho)를 수행하였다(Table 6).
연구지역 내 지하수의 수질특성을 결정하는 pH, DO, TOC와 주요 음이온, 양이온에 대해 질산성 질소와의 상관성 분석을 위해 각 인자에 로그를 취해, 유의수준 0.05기준으로 Shapiro-Wilk normality test를 수행하였다. 단, pH에 대해서는 이미 로그변환 값이므로 원값을 그대로 사용하였다(Table 5).
질산성 질소를 포함한 수질인자들의 정규성을 검정하기 위해 Shapiro-Wilk normality test를 수행하였다. 이때 검정 후 p-value가 0.05보다 작게 나타나면, 정규 모집단이 아니라는 결론을 내려 비모수 검정 법을 선택하고 더 크게 나타나면 모수 검정 법을 선택하는데, 이번 연구에서는 집단 간의 수질 인자 차이를 평가하기 위해 비모수검정 방법인 Mann-whitney U test를 수행하였다(Helsel and Hirsch, 2002).
이와 같이 천부, 암반관정에서 정규분포하지 않는 것을 고려하여 시료군별 질산성 질소 농도 차이의 통계적 유의성을 판단하기 위해 비모수적 검정 방법인 Mann-whitney U test를 유의수준 0.05로 적용하였다. 분석 결과 용천수와 천부관정, 용천수와 암반관정은 p < 0.
질산성 질소를 포함한 수질인자들의 정규성을 검정하기 위해 Shapiro-Wilk normality test를 수행하였다. 이때 검정 후 p-value가 0.

이론/모형

질산성 질소 농도에 의한 오염 수준은 Hallberg and Keeney(1993)과 Cho et al.(2000)에 의해 배경치로 제시된 1 mg/L, Medison and Brunett(1985)이 제시한 인위적인 오염물질의 유입가능성을 지시하는 수준인 3mg/L와 국내 먹는물 수질 기준인 10 mg/L의 세 수치를 이용하여 구분하였다. 각 시료군별 질산성 질소의 오염정도를 살펴보면 배경치 이하의 관정은 용천수는 20%, 천부관정은 0%, 암반관정은 4%로 낮은 수치로 나타났다.
각 수질인자들 간의 상관 검증에서 각 수질인자들이 정규 모집단이 아니므로 Spearman's rank-order Correlation방법을 사용하였다(Helsel and Hirsch, 2002).
연구지역의 질산성 질소 오염원에 대한 오염 부하량을 평가하기 위해 Food, Agriculture, Forestry and Fisheries statistical yearbook(2011)과 Statistical Yearbook of Hongseong(2011)에 따라, 1991년부터 2010년까지 20년간 전국과 금마면의 경작지 면적 대비 화학비료의 평균 이용량을 나타내었다(Fig. 2). 금마면은 2003년을 제외하고 매해 경작지 면적 대비 질소질 비료 사용이 전국에 비해 낮게 나타난다.

성능/효과

1) 연구지역 내 암반관정과 천부관정의 질산성 질소 오염현황을 보면 10 mg/L를 초과하는 관정이 각각 45%, 42%로 높은 수준이다. 누적확률분포를 분석한 결과 log 질산성 질소 농도에서 특정 농도 경계점(2 mg/L, 16 mg/L)을 기준으로 3개의 시료군이 구분되었다.
2) 갈수기의 조사 자료에 대한 질산성 질소와 주요 수질인자간의 상관성 분석 결과 용천수는 물-암석 반응으로부터 기인하는 HCO₃, SiO₂와 주요 양이온간에 높은 상관성을 보이는 반면, 천부관정은 질산성 질소가 Sr, Mg, Cl, Na, Ca와 양의 상관성을 갖는 특징을 보였다. 반면, 암반지하수에서는 질산성 질소가 다른 용존 성분들과 유의미한 상관성을 보이지 않았다.
3) 갈수기에서 풍수기로 시기가 변함에 따라 질산성 질소와 Cl 등 지표 기원 오염물질의 농도는 감소하고 DO는 증가하는 경향을 보였다. 암반 지하수에서 질산성 질소와 주요 양이온 즉, Ca, Na, Mg, K 간의 상관성이 유의미하게 나타났는데, 이러한 현상들은 풍수기의 지하수 함양 증가에 기인한 것으로 추정된다.
4) 산화-환원 민감 화학종을 기준으로 탈질이 가능한 환원 환경에 해당하는 관정은 전체 2.5%인 4개소로 나타났다. 조사 관정의 천부관정과 암반관정의 평균 DO 농도는 각각 6.
, 2009). Sr과 함께 수반되는 이온들과의 상관성을 보면, Ca, Mg와는 높은 상관성을 보이나 SO₄와의 상관성은 낮게 나타났다. 반면 인위적 오염을 지시하는 Cl, 질산성 질소와 상관성이 높게 나타나는데, 이는 Sr이 자연적인 물-암석반응에 의해 공급되는 것보다 지표로부터 유입이 더 강하게 일어나고 있음을 지시한다.
가장 눈에 띄는 점은 천부, 암반관정이 2≤ NO3-N < 16 구간에서 각각 77%, 62%를 차지하고 전체적으로도 65%의 높은 수치를 보이고 있는데, 이는 연구지역의 질산성 질소 오염이 16 mg/L이하 수준에서 활발하게 일어나고 있음을 지시한다.
(2000)에 의해 배경치로 제시된 1 mg/L, Medison and Brunett(1985)이 제시한 인위적인 오염물질의 유입가능성을 지시하는 수준인 3mg/L와 국내 먹는물 수질 기준인 10 mg/L의 세 수치를 이용하여 구분하였다. 각 시료군별 질산성 질소의 오염정도를 살펴보면 배경치 이하의 관정은 용천수는 20%, 천부관정은 0%, 암반관정은 4%로 낮은 수치로 나타났다. 인위적 오염물질의 유입가능성이 있는 3mg/L를 초과하는 관정은 전체의 80%로 매우 높은 수준으로 나타났으며, 특히 천부지하수의 경우는 95%의 관정에서 3mg/L를 초과해 대부분의 관정에서 인위적인 오염이 진행되고 있음을 보여주고 있다.
특히, 오염정도가 가장 큰 천부관정의 경우 갈수기의 먹는물 수질기준을 초과하는 관정은 49%였으나 풍수기에는 42%로 감소하였으며, 상대적으로 낮은 수준의 오염구간인 3 ≤ NO₃-N < 10은 46%에서 50%로 증가하는 경향을 보였다. 결과적으로 전체적으로 중앙값이 낮아지고, 또한 가장 오염정도가 심한 천부관정에서 높은 농도를 보이는 관정들의 농도가 낮아지는 것을 보아 갈수기에서 풍수기로 가면서 모든 관정이 뚜렷한 농도감소를 보이진 않으나, 전체적인 오염수준은 낮아진 것으로 보인다. 이러한 결과는 우리나라의 경작형태가 추수기인 10월에 비해 농사를 시작하는 4-5월에 집중적으로 시비를 하기 때문에 상대적으로 갈수기에 조금 더 높은 농도를 보이고 풍수기의 강우가 침투되어 질산성 질소 농도가 희석되기 때문으로 보인다.
이것은 심도가 깊은 암반대수층이 천부지하수와 비슷한 양상으로 오염이 진행되었다는 것을 반증한다. 결론적으로 연구지역의 시료군 별 질산성 질소 오염 특성은 용천수의 경우 대부분이 오염이 되지 않은 낮은 수준의 질산성 질소 오염정도를 보이며, 천부관정과 암반관정은 비슷한 수준의 질산성 질소 오염이 진행되고 있다고 할 수 있다.
또한 GMS-04의 경우 낮은 DO와, 낮은 농도이지만 Mn²⁺이 검출되는 것을 보아 환원환경에 있는 것으로 보이며 질산성 질소 농도가 낮은 것으로 보아 해당 관정은 탈질이 일어나는 것으로 판단된다. 따라서 연구지역내 지하수의 탈질이 가능한 환원환경을 지시하는 관정은 4개소로 나타나며 연구지역 대수층의 이러한 산화-환원 환경특성을 고려할 때, 전체적으로 지표로부터 유입되는 질산성 질소는 대수층 내에서 탈질에 의해 자연적으로 저감되기 어려운 환경임을 시사한다.
, 2010). 또한 GMS-04의 경우 낮은 DO와, 낮은 농도이지만 Mn²⁺이 검출되는 것을 보아 환원환경에 있는 것으로 보이며 질산성 질소 농도가 낮은 것으로 보아 해당 관정은 탈질이 일어나는 것으로 판단된다. 따라서 연구지역내 지하수의 탈질이 가능한 환원환경을 지시하는 관정은 4개소로 나타나며 연구지역 대수층의 이러한 산화-환원 환경특성을 고려할 때, 전체적으로 지표로부터 유입되는 질산성 질소는 대수층 내에서 탈질에 의해 자연적으로 저감되기 어려운 환경임을 시사한다.
암반지하수는 질산성 질소의 농도가 45%의 관정에서 수질기준을 초과하는 높은 수치를 보이는데, 이는 국지적으로 빠른 유동 경로를 통해 대수층 심부까지 질산성 질소가 침투했거나 천부대수층의 오염된 지하수가 관정 내에서 심부지하수와 혼합되었을 가능성을 시사한다(Koh, 2008). 또한 전체의 43%의 관정이 국내 먹는물 수질기준인 10 mg/L를 초과하는 것을 보여 연구지역의 질산성 질소 오염정도가 심각한 수준에 있는 것으로 나타났다.
분석 결과 용천수와 천부관정, 용천수와 암반관정은 p < 0.001로 나타나, 두 집단들 간에 농도분포는 차이가 있는 것으로 나타났다.
암반관정은 DO를 제외한 모든 인자와 EC간에 유의한 상관성을 보이나, 그 상관정도는 약한 것으로 나타났다. 주요 양이온인 Ca와 Mg, Mg와 Na간에서 높은 상관성을 보이며 주요 양이온과 주요 음이온간의 관계에서 높은 상관성을 보인다.
가장 눈에 띄는 점은 천부, 암반관정이 2≤ NO₃-N < 16 구간에서 각각 77%, 62%를 차지하고 전체적으로도 65%의 높은 수치를 보이고 있는데, 이는 연구지역의 질산성 질소 오염이 16 mg/L이하 수준에서 활발하게 일어나고 있음을 지시한다. 앞선 연구에서 제시된 배경치 1mg/L와 인위적 오염수준인 3 mg/L 간의 구간은 그 구간이 갖는 의미가 다소 모호했지만, 오염과 비 오염의 기준점을 본 연구에서 나타난 2 mg/L로 한다면 오염과 비 오염 사이의 기준이 좀 더 명확해 질 수 있다. 가령 2mg/L 미만일 경우 비 오염, 2 mg/L 이상일 경우 인위적인 오염이 진행되고 있는 것으로 판단할 수 있다.
연구지역의 용천수를 제외한 천부, 암반관정 시료에 대해 Shapiro-Wilk normality test로 정규성을 분석한 결과 유의수준 0.05 기준으로 질산성 질소 농도는 p < 0.001, log 질산성 질소 농도는 p = 0.020으로 나타났다.
05)을 만족하는 결과가 나타났다(Table 7). 용천수는 양이온과 양이온, 양이온과 음이온 간에 높은 상관성을 보이며, 갈수기와 마찬가지로 광물기원 물질인 HCO₃와 SiO₂ 간의 상관성이 좋은 것으로 나타났다. 천부관정에서는 질산성 질소와 Cl 간에 양의 상관성을 보이는데 반해 용천수는 음의 상관성을 보이는데 이는 용천수의 질산성 질소의 오염 수준 낮기 때문인 것으로 보인다.
이때 유의수준을 만족할 경우 정규분포를 따르지 않는 것으로써, 두 가지 경우 모두 정규분포로 보기 어렵지만, log 질산성 질소 농도가 상대적으로 정규분포에 근접한 수치로 나타났다. 용천수의 정규성 검증을 실시한 결과 질산성 질소 농도와 log 질산성 질소 농도 모두 p = 0.487로 나타나 정규분포를 따르는 것으로 나타났다.
지하수내의 높은 농도를 갖는 Ca, Mg, Na는 montmorillonite, illite, chlorite 등의 점토광물로부터 기인한다고 알려져 있다(Garrels, 1976; Kumar, 2008). 이것은 Ca, Mg, Na가 점토광물로부터 자연적으로 공급되는 것을 지시하지만 본 연구에서는 광물로부터 기인하는 HCO₃과는 낮은 상관관계를 보이는 반면 지표오염물질로부터 공급되는 것으로 알려진 Cl, 질산성 질소와 높은 상관관계를 보였다. 따라서 이러한 결과는 천부관정에서 나타나는 Ca, Mg, Na는 Cl, 질산성 질소와 함께 지표로부터 유입된 것임을 지시한다.
금마면은 2003년을 제외하고 매해 경작지 면적 대비 질소질 비료 사용이 전국에 비해 낮게 나타난다. 이러한 결과는 연구지역에서 경작에 활용하는 비료 이용을 화학비료 보다는 상대적으로 퇴비에 의존하고 있을 가능성을 시사하며, 실제로 현장조사 시 농민들을 상대로 비료사용에 관한 설문한 결과 연구지역 내 다수의 농가에서 소규모 가축시설을 운영하면서 발생되는 분뇨 등을 경작에 이용하고 있는 것으로 조사되었다. 또한 이전 연구에서 Koh(2008)은 홍성군의 가축사육밀도를 토대로 홍성군의 소, 돼지, 닭 등의 가축사육에 따른 오염 가능성을 제시하는 등 본 연구지역은 농촌지역의 일반적인 오염원인 화학비료보다 가축분뇨가 지하수 내 질산성 질소 오염에 상대적으로 크게 기여할 것으로 판단된다.
각 시료군별 질산성 질소의 오염정도를 살펴보면 배경치 이하의 관정은 용천수는 20%, 천부관정은 0%, 암반관정은 4%로 낮은 수치로 나타났다. 인위적 오염물질의 유입가능성이 있는 3mg/L를 초과하는 관정은 전체의 80%로 매우 높은 수준으로 나타났으며, 특히 천부지하수의 경우는 95%의 관정에서 3mg/L를 초과해 대부분의 관정에서 인위적인 오염이 진행되고 있음을 보여주고 있다. 암반지하수는 질산성 질소의 농도가 45%의 관정에서 수질기준을 초과하는 높은 수치를 보이는데, 이는 국지적으로 빠른 유동 경로를 통해 대수층 심부까지 질산성 질소가 침투했거나 천부대수층의 오염된 지하수가 관정 내에서 심부지하수와 혼합되었을 가능성을 시사한다(Koh, 2008).
전체 관정에 대해 누적확률분포를 분석해 보면, 질산성 질소 농도는 전체 농도 구간에 대해 특정구간으로 치우치는 경향을 보이나 log 질산성 질소 농도에서는 특정 농도경계점을 기준으로 정규분포를 이루는 3개의 하위 분포그룹이 존재하는 것을 볼 수 있다(Fig. 6). 이것은 연구지역 전체 관정의 질산성 질소 농도에 대해 동일한 모집단이 아닌 세 개의 서로 다른 모집단에서 추출된 것임을 지시한다.
단, pH에 대해서는 이미 로그변환 값이므로 원값을 그대로 사용하였다(Table 5). 정규성 검증 분석 결과 전체 관정에 대해서는 DO, Ca, K, SO₄, F, SiO₂, B가 유의수준을 만족시키지 못한 것으로 나타났다. 각 시료군 별로 보면, 용천수에서는 모든 인자에서 유의수준을 만족하는 결과를 얻었으나 천부관정과 암반관정에서는 일부 인자에서 유의수준을 만족하지 못하기 때문에 전체 관정 간 비교를 위해 상관분석은 비모수적 방법인 Spearman's rank-order Correlation (Rho)를 수행하였다(Table 6).
5%인 4개소로 나타났다. 조사 관정의 천부관정과 암반관정의 평균 DO 농도는 각각 6.5 mg/L와 6.4 mg/L로 전체적으로 연구지역의 대수층은 호기성환경에 있는 것으로 보이며, 이는 지표로부터 유입되는 질산성 질소가 대수층 내에서 탈질에 의해 자연적으로 저감되기 어려운 환경임을 시사한다.
56으로 소폭 증가하는 수치로 나타났다. 주요 양이온인 Ca, Mg, Na의 상관계수는 각각 0.40, 0.59, 0.51로 나타나며, Sr의 상관계수는 0.40으로 나타나는 등 뚜렷하지는 않으나 양의 상관성을 갖는 분산을 보였다.
암반관정은 DO를 제외한 모든 인자와 EC간에 유의한 상관성을 보이나, 그 상관정도는 약한 것으로 나타났다. 주요 양이온인 Ca와 Mg, Mg와 Na간에서 높은 상관성을 보이며 주요 양이온과 주요 음이온간의 관계에서 높은 상관성을 보인다. 주요 양이온인 Ca, Mg와 Na, K가 서로양의 상관관계를 가질 경우 대수층에서 풍화에 따른 이온교환의 결과로 볼 수 있다(Drever, 1997; Srivastava and Ramanathan, 2008; Oinam et al.
인위적인 오염의 지표인 3 ≤ NO₃-N < 10은 38%에서 42%로 증가하였고, NO₃-N ≥ 10 범위에서는 43%에서 35%로 감소한 수치를 보였다. 중앙값을 비교해보면 모든 시료군이 갈수기자료에 비해 소폭 감소한 값을 보이며, 먹는물 수질기준을 만족하는 수준을 보였다. 특히, 오염정도가 가장 큰 천부관정의 경우 갈수기의 먹는물 수질기준을 초과하는 관정은 49%였으나 풍수기에는 42%로 감소하였으며, 상대적으로 낮은 수준의 오염구간인 3 ≤ NO₃-N < 10은 46%에서 50%로 증가하는 경향을 보였다.
누적확률분포를 분석한 결과 log 질산성 질소 농도에서 특정 농도 경계점(2 mg/L, 16 mg/L)을 기준으로 3개의 시료군이 구분되었다. 질산성 질소 농도가 2mg/L를 초과하는 천부관정과 암반관정의 비율은 각각 97%, 92%이며 두 그룹 간에 질산성 질소 농도 차이가 통계적으로 유의미하지 않아 천부대수층과 암반 대수층 모두 인위적인 오염의 영향을 받은 것으로 추정된다.
, 2012). 질산성 질소와 각 인자들 간의 관계에서는 유의확률이 모두 유의수준 이하의 값을 보여 통계적으로 유의성이 없는 것으로 나타났다. 이것은 천부관정에서 질산성 질소와 여러 수질 인자들이 높은 상관성을 가지는 것과 대조적인데, 이는 암반관정에서 질산성 질소 오염이 지하수의 수리지구화학적 특성에 미치는 영향은 상대적으로 작기 때문으로 보인다.
질산성 질소의 경우 천부관정에서는 이상치를 보이는 높은 농도의 분포와 중앙값이 낮아지는 양상을 보이며, 암반관정에서는 시기적 변화에 따라 다수의 이상치를 보이나 전체적으로 농도분포가 감소하는 경향을 보이고 있다. 질산성 질소와 상관성이 높은 Cl은 일부 높은 농도 쪽으로 증가하는 분포를 보이긴 하나, 천부관정과 암반관정의 중앙값은 모두 질산성 질소와 마찬가지로 갈수기에서 풍수기로 변함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 Cl이 질산성 질소와 함께 수반되어 나타난다는 결과를 잘 뒷받침 해준다.
천부관정에서 질산성 질소와 상관성이 높은 것으로 나타난 Cl, Ca, Mg, Na, Sr에 대해 독립변수로, 질산성 질소를 종속변수로 주어 선형회귀분석을 실시한 결과에서도 질산성 질소와 이 이온들 간의 관계는 p < 0.001에서 모두 유의미한 것으로 나타났다(Fig. 9).
측정된 주요 양이온과 음이온의 전하균형오차가 ± 5% 이내로 나타나 주요 성분 분석 결과가 신뢰할 수 있음을 보여주었다.
특히, 오염정도가 가장 큰 천부관정의 경우 갈수기의 먹는물 수질기준을 초과하는 관정은 49%였으나 풍수기에는 42%로 감소하였으며, 상대적으로 낮은 수준의 오염구간인 3 ≤ NO3-N < 10은 46%에서 50%로 증가하는 경향을 보였다.
풍수기의 수질항목에 대해 비모수 상관분석을 실시하여 갈수기 자료와 비교한 결과, 갈수기에 비해 많은 항목에서 유의확률(p > 0.05)을 만족하는 결과가 나타났다(Table 7).
홍성군 통계연보(2010)와 환경부 상수도 통계자료(2010)에 따르면, 홍성군의 광역/지방 상수도와 마을상수도를 포함한 전체 상수도 보급률은 59%로 전국단위의 보급률인 95%에 비해 낮으며, 충청남도 전체 보급률인 82%에 비해서도 낮은 편이다. 홍성군 면단위 지역은 광역/지방 상수도의 보급률이 26%인데 반해 마을상수도 및 소규모 급수시설, 전용상수도를 포함하는 일반상수도의 보급률은 61%를 보여, 인구 밀집도가 낮은 면단위에서는 주로 일반상수도에 의존하고 있는 것으로 나타났다. 특히, 연구지역인 금마면 일대와 홍북면의 상수도 보급률은 각각 34%와 71%로 나타나는데 홍북면은 상대적으로 상수도 보급이 잘 이뤄진 편이긴 하나 농업 및 축산용수의 대부분을 지하수로 이용하고 있으며, 금마면은 상수도 보급률이 현저히 낮아 농업 및 축산용수 뿐만 아니라 생활용수까지 지하수에 크게 의존하고 있다.

후속연구

Sr의 경우 질산성 질소는 시기적 변화에 따라 감소하는 경향을 보이는데 반해 천부관정과 암반관정 모두 시기적 변화에 따라 농도분포가 높은 농도 쪽으로 증가하는 경향성을 보인다. 시기적 변화에 따라 질산성 질소는 감소하는 반면에 F는 오히려 증가하는 경향을 보이는데 이에 대한 연구는 주기적인 조사를 통해 평가할 필요가 있다.
가령 2mg/L 미만일 경우 비 오염, 2 mg/L 이상일 경우 인위적인 오염이 진행되고 있는 것으로 판단할 수 있다. 하지만 이 수치는 일부 지역만을 고려한 수치이므로 대표성을 갖는 기준이 되기 위해서는 추가적으로 다양한 지역에서 많은 연구를 통해 보완되어야 할 것이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지하수 내의 아질산염이 유아에게 끼치는 악영향은?	지하수 내 여러 오염원 중 특히 질산성 질소는 인간활동에 의해 쉽게 지하수를 오염시키는 물질로 잘 알려져 있으며, 아질산염으로 환원되어 유아에게 청색증을 유발할 수 있다(Kim et al., 2008; Benefield et al.
	Shapiro-Wilk normality test에서 p-value가 0.05보다 작게 나타나면 수행하는 화정은?	질산성 질소를 포함한 수질인자들의 정규성을 검정하기위해 Shapiro-Wilk normality test를 수행하였다. 이때 검정 후 p-value가 0.05보다 작게 나타나면, 정규 모집단이 아니라는 결론을 내려 비모수 검정 법을 선택하고 더 크게 나타나면 모수 검정 법을 선택하는데, 이번 연구에서는 집단 간의 수질 인자 차이를 평가하기 위해 비모수검정 방법인 Mann-whitney U test를 수행하였다(Helsel and Hirsch, 2002).
	대수층은 어떻게 구분되는가?	지하수 시료 채취는 총 120개소 관정에 대해 암반대수층 71개소, 천부대수층 39개소, 용천수 10개소로 심도별 관정을 구분하여 조사를 실시하였다. 조사 지역의 대수층은 크게 충적층과 잔류토양/풍화대를 포함하는 지표부근천부대수층(이하 천부대수층; surficial aquifer)과 기반암인 편마암이나 화강암 파쇄대로 구성된 암반대수층(bedrock aquifer)으로 구분할 수 있다. 해당 지역에서는 각 층의 분포상황에 대한 자료가 없고, 기존 관정을 대상으로 조사를 진행하였으므로 굴착방법, 구경 등 관정시설규모를 고려하여 천부대수층과 암반대수층으로 구분하였으며(Kim et al.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

홍성 북동부 농촌 지역 지하수의 질산성 질소 오염과 수리지구화학적 특성
Characterization of Nitrate Contamination and Hydrogeochemistry of Groundwater in an Agricultural Area of Northeastern Hongseong 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (47)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

홍성 북동부 농촌 지역 지하수의 질산성 질소 오염과 수리지구화학적 특성 Characterization of Nitrate Contamination and Hydrogeochemistry of Groundwater in an Agricultural Area of Northeastern Hongseong 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (47)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

기민규 (1) 고동찬 (37) 윤희성 (9) 김현수 (3)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

홍성 북동부 농촌 지역 지하수의 질산성 질소 오염과 수리지구화학적 특성
Characterization of Nitrate Contamination and Hydrogeochemistry of Groundwater in an Agricultural Area of Northeastern Hongseong 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper