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문제 정의
- 연구지역의 질산성 질소 오염 수준은 심각한 것으로 보고된 바 있다(Ki, 2013). 본 연구에서는 2011년 5월에 측정된 질산성 질소 농도 자료를 바탕으로 연구 지역 질산성 질소에 대한 특정 오염 취약성을 평가하였다. 연구 지역 내 100개 관정에 대한 질산성 질소 오염 수준에 따른 공간적인 분포를 토지이용도에 도시하면 Fig.
- , 2011). 본 연구에서는 앞서 적용한 DRASTIC, SINTACS, GOD 기법에 대한 각 셀별 최종 지수를 합하여 취약성도를 산정하고 이를 DSG라 명명하였다. DRASTIC, SINTACS, GOD, DSG는 최종 지수의 범위가 모두 다르므로 이들의 비교를 위해 각 기법의 지수를 식 (4)를 이용하여 0에서 1사이의 값을 갖도록 조정하였다.
- 본 연구에서는 충남 홍성군 금마면 일대에 대해 총 6가지의 지하수 오염 취약성 평가 방법이 적용되었으며 각 방법들의 특징과 제한점을 조사하였다. 이후 국내 상황에 맞는 취약성 평가 기법 선정 및 개선 노력이 계속되어야 할 것이다.
- 이와 같이 국내 지하수 오염 취약성 평가를 위해 많은 연구자들이 노력해왔으나 다양한 방법들 간의 비교 연구 사례는 드물다. 이에 본 연구에서는 충청남도 홍성군 금마면 일대의 지하수 오염 취약성 평가를 위해 고유 오염취약성 평가 기법인 DRASTIC, SINTACS, GOD 모델과 각 모델의 취약성도를 중첩시키는 모델을 적용하고 결과를 비교 평가하였다. 또한 연구 지역의 지하수 특정 오염 취약성 평가를 위해 수리지질 인자와 관측 농도값을 활용하는 M-DRASTIC과 토지이용도, 지형요소 및 관측 농도값을 이용한 다중선형회귀 방법의 연구지역 질산성 질소 오염도 예측 대한 적용성을 평가하였다.
가설 설정
- 1) 회귀모형에 포함될 종속변수와 설명변수들을 선택한다.
- 연구지역은 산악지역이 많아 경사도 18% 이상의 범위가 56%로 가장 많은 비율을 차지하고, 다음으로 경사도 2% 이하의 평탄한 지역이 많은 비율을 차지한다. 비포화대 매질의 영향은 지역 전반에 걸친 시추 조사를 통해 수행되어야 하나 본 연구에서는 관련 자료의 부족으로 해당 지점의 지질이 비포화대에 매질 분포에 가장 큰 영향을 준다고 가정하고 지질도 정보를 이용하였다. 우리나라의 경우 토양층이 비교적 얇게 분포하기 때문에 지질도를 이용한 지질분류에 의해 비포화대 매질을 분류한 바 있다(MLTM et al.
제안 방법
- 가중치 수정 방법은 각 인자별 등급과 질산성 질소 농도와의 상관성분석(Spearman's rho)을 통해 유의한 인자들에만 적용하는데본 연구에서는 상관성분석 결과 모든 인자에서 유의수준을 만족하지 못하는 결과로 나타나, 가중치는 기존 DRASTIC의 가중치를 적용해 최종 M-DRASTIC index 를 산정하였다(Fig. 9).
- 81 mm/yr이다. 대수층매질은 1 : 50,000 축척의 지질도를 이용하여 산정하였다. 연구지역의 대수층 매질은 크게 변성암류와 화성암류, 충적층의 3개의 등급으로 분류하여 적용하였다.
- 본 연구에서는 다중선형회귀 분석을 위한 종속변수는 질산성질소 농도로 설정하였고 토지이용 및 지형 요소를 독립변수로 고려하였다. 독립변수 입력 자료 구성을 위해 관정 별 원형 버퍼(buffer)를 설정하고 버퍼 내의 논(P), 밭(U), 주거지(R), 축사(L), 임야(F)의 면적비와 평균 경사(S) 및 평균 고도(E)를 산정하였다. 버퍼 반경은 연구 지역의 100개 관정에 대한 버퍼 반경 별 질산성 질소 농도와 독립변수와의 상관 분석을 통해 200 m로 설정하였다.
- 이에 본 연구에서는 충청남도 홍성군 금마면 일대의 지하수 오염 취약성 평가를 위해 고유 오염취약성 평가 기법인 DRASTIC, SINTACS, GOD 모델과 각 모델의 취약성도를 중첩시키는 모델을 적용하고 결과를 비교 평가하였다. 또한 연구 지역의 지하수 특정 오염 취약성 평가를 위해 수리지질 인자와 관측 농도값을 활용하는 M-DRASTIC과 토지이용도, 지형요소 및 관측 농도값을 이용한 다중선형회귀 방법의 연구지역 질산성 질소 오염도 예측 대한 적용성을 평가하였다.
- 독립변수 입력 자료 구성을 위해 관정 별 원형 버퍼(buffer)를 설정하고 버퍼 내의 논(P), 밭(U), 주거지(R), 축사(L), 임야(F)의 면적비와 평균 경사(S) 및 평균 고도(E)를 산정하였다. 버퍼 반경은 연구 지역의 100개 관정에 대한 버퍼 반경 별 질산성 질소 농도와 독립변수와의 상관 분석을 통해 200 m로 설정하였다. 본 연구 지역에 대해 설계된 질산성 질소 농도에 대한 다중선형회귀 함수는 다음과 같다.
- 본 연구에서는 농업 활동이 활발한 충청남도 홍성군 금마면 일대에 대한 지하수 오염 취약성 평가 기법들을 적용하고 이를 비교·평가하였다.
- 본 연구에서는 다중선형회귀 분석을 위한 종속변수는 질산성질소 농도로 설정하였고 토지이용 및 지형 요소를 독립변수로 고려하였다. 독립변수 입력 자료 구성을 위해 관정 별 원형 버퍼(buffer)를 설정하고 버퍼 내의 논(P), 밭(U), 주거지(R), 축사(L), 임야(F)의 면적비와 평균 경사(S) 및 평균 고도(E)를 산정하였다.
- 토양매질은 토양통명 및 토양통 부호에 따라 6개 등급으로 분류하여 산정되었고, DRASTIC과 같은 비율을 보였다. 수리전도도는 연구 지역 지질도에 대한 문헌값을 이용하여 3개의 등급으로 분류하였고 SINTACS 등급 산정 체계에 적용하였다. 지형경사는 DRASTIC과 같은 방법으로 경사율(%)을 구하여 0 - > 25%의 범위에 따라 10 - 1의 등급으로 분류하여 산정되었다.
- 대수층매질은 1 : 50,000 축척의 지질도를 이용하여 산정하였다. 연구지역의 대수층 매질은 크게 변성암류와 화성암류, 충적층의 3개의 등급으로 분류하여 적용하였다. 각 매질에 따라 변성암류는 53%, 화성암류는 9%, 충적층은 39%의 비율을 차지한다.
- , 2008). 이러한 M-DRASTIC은 등급과 가중치를 재 산정함에 있어 실제 측정된 오염 물질의 농도를 고려하기 때문에 특정 오염취약성 평가로 분류하여 적용하였다.
- 재분류된 DRASTIC, SINTACS, GOD, DSG의 정량적인 비교를 위해 각 기법별 최종 지수 범주별 면적 비율을 산정하였다(Table 5). 각 기법별 특징을 보면, nDRASTIC은 모든 기법 중 매우 높음(Very High)의 비율이 10%로 가장 높게 나타났다.
- 는 전체 셀 중 최대 지수이다. 재조정 된 각 기법의 지수를 더해 DSG를 산정하였고, DSG 또한 식 (4)를 이용하여 0에서 1사이의 값을 갖도록 하였으며 0.25 간격으로 매우 낮음(very low), 낮음(low), 높음(high), 매우 높음(very high)의 4단계로 분류하여 취약성도를 작성하였다(Fig. 7). 식 (4)를 이용하여 재조정된 취약성 평가는 편의상 nDRASTIC, nSINTACS, nGOD, nDSG로 명명하였다.
- 연속형 입력 인자에 대해서는 Civita(1994)가 제시한 값을 차용하였고 가중치는 연구지역이 전체적으로 농업활동이 활발한 지역임을 고려하여 질산성 질소에 대해 설정된 값을 이용하였다. 지하수심도는 SINTACS의 등급 산정방법에 따라 각 셀마다 다른 등급을 부여 받기 때문에 5개의 범위를 임의로 주어 정리하였다. 그 결과 3.
- 연구 지역에 대한 DRASTIC 인자들의 범위 및 등급 산정 결과는 Table 1과 같다. 지하수심도는 연구지역 관정에 대한 현장조사시 측정한 수위자료를 이용하여 연구 지역 전체에 걸쳐 정규 크리깅(ordinary kriging) 분석을 통해 얻어진 결과값을 적용하였다. 연구지역의 지하수심도는 3개의 등급으로 분류되었고 1.
- 토양통명 및 토양통 부호에 따라 6개 등급으로 분류 되었고, 식양질 토양이 72%로 가장 많은 비율을 차지한다. 지형 경사율은1 : 25,000 축척의 수치지형도에서 ArcGIS 소프트웨어를 이용하여 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)을 작성후 경사도(%)를 산정하였다. 연구지역은 산악지역이 많아 경사도 18% 이상의 범위가 56%로 가장 많은 비율을 차지하고, 다음으로 경사도 2% 이하의 평탄한 지역이 많은 비율을 차지한다.
- 지형경사는 DRASTIC과 같은 방법으로 경사율(%)을 구하여 0 - > 25%의 범위에 따라 10 - 1의 등급으로 분류하여 산정되었다.
- 대수층매질의 영향은 변성/화강암류와 충적층 2개의 등급으로 분류하여 산정되었고 변성/화강암류는 61%, 충적층은 39%의 비율을 차지한다. 토양매질은 토양통명 및 토양통 부호에 따라 6개 등급으로 분류하여 산정되었고, DRASTIC과 같은 비율을 보였다. 수리전도도는 연구 지역 지질도에 대한 문헌값을 이용하여 3개의 등급으로 분류하였고 SINTACS 등급 산정 체계에 적용하였다.
대상 데이터
- 연구지역은 충청남도 홍성군의 북동쪽에 위치한 금마면과 홍북면으로, 동쪽에 봉수산, 서쪽에는 백월산, 북쪽에는 용봉산을 중심으로 구릉을 형성하여 비교적 평탄한 지형을 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 있다.
- 연구지역은 충청남도 홍성군의 북동쪽에 위치한 금마면과 홍북면으로, 동쪽에 봉수산, 서쪽에는 백월산, 북쪽에는 용봉산을 중심으로 구릉을 형성하여 비교적 평탄한 지형을 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 있다. 이에 연구지역은 삽교천과 봉수산 자락으로 구분하고 중앙에 화양천을 포함하는 7 km × 7 km 범위의 유역으로 약 40 km2의 범위로 설정하였다(Fig.
- 3). 연구지역의 지질은 화양천 유역은 제 4기 충적층으로 이루어져 있고 충적층 바깥부분으로 결정편암계 덕정리 편마암이 자리잡고 있으며, 삽교천 중류 우안지역은 경상누층군 불국사 화강암류로 이루어져 있다.
- 이에 연구지역은 삽교천과 봉수산 자락으로 구분하고 중앙에 화양천을 포함하는 7 km × 7 km 범위의 유역으로 약 40 km2의 범위로 설정하였다(Fig. 3).
- 각 매질에 따라 변성암류는 53%, 화성암류는 9%, 충적층은 39%의 비율을 차지한다. 토양 매질은 1 : 25,000 축척의 정밀 토양도(농촌진흥청)를 이용하여 산정하였다. 토양통명 및 토양통 부호에 따라 6개 등급으로 분류 되었고, 식양질 토양이 72%로 가장 많은 비율을 차지한다.
데이터처리
- 각 기법별의 유사성을 평가하기 위해 피어슨의 상관 분석(Pearson's correlation analysis)을 이용하여 유의수준 < 0.01에서 각 기법간의 상관성 분석을 수행하였다 (Table 4).
- 본 연구에서 관측된 100개 관정에서의 질산성 질소 농도와 DRASTIC, M-DRASTIC, 다중선형회귀 모형 적용 결과 간 유의수준 0.05에서의 상관성 분석을 수행하였다(Fig. 10). DRASTIC 지수와 질산성 질소의 상관성 분석 결과 상관계수는 −0.
이론/모형
- 연구지역 지질 특성에 따라 3개의 등급으로 분류되었으며 각 등급값 및 면적 분포는 Table 1과 같다. DRASTIC의 최종 지수 산정방법에 따라 연구지역의 Di(DRASTIC index)를 산정하였다(Fig. 4). 산정 결과 Di의 최소값은 104, 최대값은 180의 범위로 나타났다.
- SINTACS를 이용한 지하수 오염 취약성 평가를 위해 DRASTIC과 같은 방법으로 7개의 각 인자 별 범위에 따른 등급과 가중치를 부여하였다(Table 2). 연속형 입력 인자에 대해서는 Civita(1994)가 제시한 값을 차용하였고 가중치는 연구지역이 전체적으로 농업활동이 활발한 지역임을 고려하여 질산성 질소에 대해 설정된 값을 이용하였다.
- DRASTIC 이외의 기법에 의한 국내 지하수 고유오염취약성 평가 연구로 Kang and Park(2010)은 부여읍 일대의 지하수 오염 취약성 평가를 위해 DRASTIC과 SINTACS를 적용하여 비교 평가한 바 있다. 국내 지하수 특정 오염 취약성 평가 연구로 농촌지역 지하수 오염 취약성 평가를 위해 M-DRASTIC 과 Rupert(1999)에 의해 제안된 오염 가능성도 평가 방법을 적용하였다(Cheong et al., 2008). 이와 같이 국내 지하수 오염 취약성 평가를 위해 많은 연구자들이 노력해왔으나 다양한 방법들 간의 비교 연구 사례는 드물다.
- , 2008). 대수층의 수리전도도는 지질도를 이용하여 암반의 지질 특성에 따른 수리전도도의 범위에 대한 문헌값을 이용하였다(Freeze and Cherry, 1979). 연구지역 지질 특성에 따라 3개의 등급으로 분류되었으며 각 등급값 및 면적 분포는 Table 1과 같다.
- 지하수 함양량은 물수지 분석법을 이용하여 연구 지역 전체에 대한 함양량을 산정하였다. 연구 지역 물수지 분석을 위한 강우량 및 증발산량 산정을 위해 서산기상관측소의 최근 30년간 기상자료와 Thornthwaite(1944) 방법 및 토양함수능 산정법(Thornthwaite and Mather, 1957)을 이용하였고 지표유출량 산정을 위해 NRCS-CN법을 적용하였으며 기저유출량은 Park(1996)의 연구자료를 활용하였다. 물수지 분석에 의해 산정된 지하수 함양량은 333.
- SINTACS를 이용한 지하수 오염 취약성 평가를 위해 DRASTIC과 같은 방법으로 7개의 각 인자 별 범위에 따른 등급과 가중치를 부여하였다(Table 2). 연속형 입력 인자에 대해서는 Civita(1994)가 제시한 값을 차용하였고 가중치는 연구지역이 전체적으로 농업활동이 활발한 지역임을 고려하여 질산성 질소에 대해 설정된 값을 이용하였다. 지하수심도는 SINTACS의 등급 산정방법에 따라 각 셀마다 다른 등급을 부여 받기 때문에 5개의 범위를 임의로 주어 정리하였다.
- 57 m 범위에는 7등급으로 부여하였다. 지하수 함양량(R)은 연구지역 전체에 하나의 함양량을 갖기 때문에 기존 DRASTIC 등급을 따랐다. 지질 관련 인자 즉, 대수층 매질(A)과 비포화대 매질(I), 수리전도도(C)는 DRASTIC에서는 변성암류가 가장 낮고 충적층이 가장 높았으나, 측정된 질산성 질소의 평균 농도가 화강암류에서는 14.
- 57의 범위에서 77%의 가장 높은 비율을 보이고 있다. 지하수 함양량은 물수지 분석법을 이용하여 연구 지역 전체에 대한 함양량을 산정하였다. 연구 지역 물수지 분석을 위한 강우량 및 증발산량 산정을 위해 서산기상관측소의 최근 30년간 기상자료와 Thornthwaite(1944) 방법 및 토양함수능 산정법(Thornthwaite and Mather, 1957)을 이용하였고 지표유출량 산정을 위해 NRCS-CN법을 적용하였으며 기저유출량은 Park(1996)의 연구자료를 활용하였다.
성능/효과
- GOD 역시 DRASTIC, SINTACS와 마찬가지로 하천을 따라 높은 취약도를 보이나, 상대적으로 단순한 형태의 취약도를 보였다. 3개의 평가 지수를 종합하는 DSG 모델을 제안하고 적용한 결과 각 기법의 특성이 고루 나타나는 것으로 조사되었다. 그러나 본 연구의 결과는 각 기법들의 평가 결과의 검증에 대한 고찰이 이루어지지 않았다는 점에서 한계점이 있다.
- DRASTIC 지수와 질산성 질소의 상관성 분석 결과 상관계수는 −0.32, 유의확률은 0.755로 계산되어 상관성이 없는 것으로 분석된 반면 M-DRASTIC 지수에 대해서는 유의확률 0.016에서 0.24의 상관계수를 보여주었으며 다중선형회귀 모형 적용 결과에 대한 상관계수는 0.62로 산정되었다.
- 본 연구지역에 대한 GOD 평가 결과 하천을 따라서 가장 취약한 것으로 나타났고 대체로 충적층에서 중간 정도의 취약성을 보여주었으며 산악지역은 대부분 낮은 취약성을 나타내고 있다. GOD에 의한 본 연구지역의 지하수 오염취약성 평가의 전체적인 공간적 분포 성향은 DRASTIC 및 SINTACS와 유사하지만 가장 단순한 형태의 취약성도를 보여주었다. 이는 고려하는 평가 인자가 3개인 점과 본 연구 지역에 대한 등급 구분이 세분화되지 못했기 때문일 것이다.
- 5). SINTACS 평가 결과 DRASTIC에 비해 중간정도의 취약성을 보이는 지역이 많은 결과로 나타났다. 특히, DRASTIC에서는 산악 지역은 대부분 낮은 취약성도를 보였으나, SINTACS에서는 산악지역에서도 다양한 취약성도를 보이는데, 이러한 결과는 지하수심도와 경사의 등급을 산정함에 있어 연속 함수에 의해 보다 다양한 등급값이 반영될 수 있기 때문이라고 판단된다.
- 각 기법별 특징을 보면, nDRASTIC은 모든 기법 중 매우 높음(Very High)의 비율이 10%로 가장 높게 나타났다. nSINTACS는 모든 기법 중 낮음(Low)의 비율이 43%로 가장 높게 나타났으며 nGOD는 매우 낮음(Very Low)의 비율이 61%로 가장 높게 나타났다. 그에 반해 nDSG는 매우 낮음(Very Low), 낮음(Low), 높음(High)의 비율이 각 30% 정도로 고른 비율을 보여 각 기법의 특징이 고루 반영된 것으로 나타났다.
- 상관성 분석 결과 모든 기법 간에서 유의수준을 만족하는 결과를 보이며 대체로 상관성이 좋은 것으로 나타났다. 각 기법간의 유사성을 보면 nSINTACS와 nDRASTIC, nSINTACS와 nGOD 사이의 상관성이 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 그에 반해 nDSG와 nDRASTIC, nSINTACS, nGOD와는 상관계수 0.
- 재분류된 DRASTIC, SINTACS, GOD, DSG의 정량적인 비교를 위해 각 기법별 최종 지수 범주별 면적 비율을 산정하였다(Table 5). 각 기법별 특징을 보면, nDRASTIC은 모든 기법 중 매우 높음(Very High)의 비율이 10%로 가장 높게 나타났다. nSINTACS는 모든 기법 중 낮음(Low)의 비율이 43%로 가장 높게 나타났으며 nGOD는 매우 낮음(Very Low)의 비율이 61%로 가장 높게 나타났다.
- 본 연구에서는 농업 활동이 활발한 충청남도 홍성군 금마면 일대에 대한 지하수 오염 취약성 평가 기법들을 적용하고 이를 비교·평가하였다. 고유 오염취약성평가 결과 DRASTIC은 대수층매질, 비포화대 매질, 수리전도도의 세 인자가 지질도 자료에 의존되기 때문에 높은 등급을 부여받는 충적층에 대한 영향이 가중되어 충적층 지역에서 가장 높은 취약성을 보였다. SINTACS는 DRASTIC과 같은 인자가 고려되었음에도 DRASTIC에 비해 산지에서 다양한 취약도를 보이는데, 이러한 결과는 지하수심도와 경사의 등급을 산정함에 있어 연속함수에 의한 다양한 실수를 부여받기 때문인 것으로 판단된다.
- 지하수심도는 SINTACS의 등급 산정방법에 따라 각 셀마다 다른 등급을 부여 받기 때문에 5개의 범위를 임의로 주어 정리하였다. 그 결과 3.76 m - 5.75 m의 범위가 가장 높은 비율을 차지하는 것으로 나타났다. 함양량은 DRASTIC과 마찬가지로 물수지 분석법에 의해 산정된 값을 이용하였고 6등급을 부여 받았다.
- 9). 그 결과 기존의 DRASTIC은 충적층에서 취약성도가 높게 평가되었으나, M-DRASTIC의 경우 충적층의 취약성도가 낮아지고 화강암류 지역의 취약성도가 상대적으로 높아진 결과로 나타났다. 이러한 결과는 DRASTIC과 M-DRASTIC이 7가지의 인자 중 지질관련 인자가 3가지로 높은 비중을 차지하기 때문에 지질관련 인자의 등급에 따라 크게 좌우되는 것으로 판단된다.
- nSINTACS는 모든 기법 중 낮음(Low)의 비율이 43%로 가장 높게 나타났으며 nGOD는 매우 낮음(Very Low)의 비율이 61%로 가장 높게 나타났다. 그에 반해 nDSG는 매우 낮음(Very Low), 낮음(Low), 높음(High)의 비율이 각 30% 정도로 고른 비율을 보여 각 기법의 특징이 고루 반영된 것으로 나타났다.
- 각 기법간의 유사성을 보면 nSINTACS와 nDRASTIC, nSINTACS와 nGOD 사이의 상관성이 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 그에 반해 nDSG와 nDRASTIC, nSINTACS, nGOD와는 상관계수 0.93 이상의 높은 상관 성이 나타났는데 이러한 결과는 nDSG가 각 기법의 특징을 잘 반영한다는 것을 의미한다.
- 다중선형회귀 함수의 표준화 계수(standardized coefficient)는 논(P), 밭(U), 주거지(R), 축사(L), 임야(F)에 대해 각각 −0.203, 0.216, 0.117, 0.425, −0.055이고 경사(S), 고도(E)에 대해 각각 −0.076, −0.202로 계산되었다.
- 등급 수정 결과 지하수심도(D)의 경우 이전 등급과 다르게 가장 깊은 범위(4.57 - 9.14 m)에서 평균 질산성 질소 농도가 가장 높게 나타나 10등급을 부여하였고, 가장 낮은 범위(< 1.52 m)는 7.2등급으로 1.52- 4.57 m 범위에는 7등급으로 부여하였다.
- 202로 계산되었다. 따라서 다중회귀분석 결과 본 연구 지역의 지하수 질산성 질소 오염에 대해 관정 주변 축사 및 밭의 면적 비율이 가장 큰 영향력이 있는 것으로 나타났고 논의 면적 비율과 고도가 비교적 큰 음의 영향력을 보여주는 것으로 조사되었다. 주거지, 임야, 경사에 대한 영향력은 상대적으로 크지 않은 것으로 나타났다.
- 질산성 질소에 대한 특정 오염취약성평가 결과 MDRASTIC은 충적층의 취약도가 낮아지고 화강암류 지역의 취약도가 상대적으로 높아진 결과로 나타났는데, DRASTIC과 마찬가지로 지질관련 인자의 비중이 높기 때문에 이들의 등급에 따라 전체적인 최종지수 또한 크게 좌우되는 것으로 보인다. 본 연구 지역에 대한 다중선형 회귀분석 결과 모형의 상관계수는 0.62를 나타내었고 관정주변 축사와 밭 면적의 영향력이 가장 큰 것으로 조사되었다.
- 7 -1은 EXTREME으로 나타내었다. 본 연구지역에 대한 GOD 평가 결과 하천을 따라서 가장 취약한 것으로 나타났고 대체로 충적층에서 중간 정도의 취약성을 보여주었으며 산악지역은 대부분 낮은 취약성을 나타내고 있다. GOD에 의한 본 연구지역의 지하수 오염취약성 평가의 전체적인 공간적 분포 성향은 DRASTIC 및 SINTACS와 유사하지만 가장 단순한 형태의 취약성도를 보여주었다.
- 산정 결과 Di의 최소값은 104, 최대값은 180의 범위로 나타났다. 산악지역은 상대적으로 낮은 값을 보이며, 연구지역의 좌안 경계를 따라 흐르는 삽교천과 연구지역의 중앙을 가로지르며 흐르는 화양천 주위로 높은 값을 보이는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 DRASTIC에 3가지의 인자 즉, 대수층매질과 비포화대 매질, 수리전도도의 지수를 산정하는데 있어 모두 지질도에 의존하기 때문에 지질도에서 대체로 높은 등급을 부여받는 충적층의 영향이 가중되어 나타난 결과로 판단된다.
- 산정된 각 인자 별 등급 및 가중값을 이용하여 SINTACS의 최종 지수(Si)를 산정한 결과 연구지역의 Si는 최소값은 131.0, 최대값은 247.0의 범위로 나타났다. Si의 분포는 산악지역을 따라 낮은(Low or Very low) 취약지수를 보이며 하천 주위 충적층은 높은 (High or Extreme) 취약지수를 나타냈다(Fig.
- 01에서 각 기법간의 상관성 분석을 수행하였다 (Table 4). 상관성 분석 결과 모든 기법 간에서 유의수준을 만족하는 결과를 보이며 대체로 상관성이 좋은 것으로 나타났다. 각 기법간의 유사성을 보면 nSINTACS와 nDRASTIC, nSINTACS와 nGOD 사이의 상관성이 상대적으로 낮은 것으로 나타났다.
- 설계된 모형에 대한 관측 농도와의 상관계수(r)와 오차 제곱 평균의 제곱근(RMSE)은 각각 0.62와 6.82 mg/L로 계산되었고 유의수준 0.05를 만족하는 것으로 나타났다(Table 7). 다중선형회귀 함수의 표준화 계수(standardized coefficient)는 논(P), 밭(U), 주거지(R), 축사(L), 임야(F)에 대해 각각 −0.
- 지하수심도는 연구지역 관정에 대한 현장조사시 측정한 수위자료를 이용하여 연구 지역 전체에 걸쳐 정규 크리깅(ordinary kriging) 분석을 통해 얻어진 결과값을 적용하였다. 연구지역의 지하수심도는 3개의 등급으로 분류되었고 1.52 - 4.57의 범위에서 77%의 가장 높은 비율을 보이고 있다. 지하수 함양량은 물수지 분석법을 이용하여 연구 지역 전체에 대한 함양량을 산정하였다.
- 따라서 다중회귀분석 결과 본 연구 지역의 지하수 질산성 질소 오염에 대해 관정 주변 축사 및 밭의 면적 비율이 가장 큰 영향력이 있는 것으로 나타났고 논의 면적 비율과 고도가 비교적 큰 음의 영향력을 보여주는 것으로 조사되었다. 주거지, 임야, 경사에 대한 영향력은 상대적으로 크지 않은 것으로 나타났다.
- 지하수 함양량(R)은 연구지역 전체에 하나의 함양량을 갖기 때문에 기존 DRASTIC 등급을 따랐다. 지질 관련 인자 즉, 대수층 매질(A)과 비포화대 매질(I), 수리전도도(C)는 DRASTIC에서는 변성암류가 가장 낮고 충적층이 가장 높았으나, 측정된 질산성 질소의 평균 농도가 화강암류에서는 14.7 mg/L, 충적층에서는 10.6 mg/L, 변성암류에서는 9.5 mg/L로 나타나 화강암류에 가장 높은 10등급을, 충적층에 7.2등급, 변성암류에 6.5등급을 부여하였다. 토양 매질(S)의 경우 fine silty의 평균 질산성 질소 농도가 29.
- 질산성 질소 관측 농도와의 비교 결과 수리지질 인자만을 고려하는 DRASTIC의 경우 본 연구 지역에 대해 현재 지하수 오염도에 대한 설명력은 전혀 없는 것으로 나타났다. 앞서 언급한 바와 같이 DRASTIC 모델은 수리지질 인자만을 고려하는 고유 오염취약성 평가 기법으로 오염원 및 오염물 특성을 고려하지 않기 때문에 특정 시기에 일부 지점에서 관측된 오염 농도와의 비교로 모델의 수준을 평가하는 것은 개념상 맞지 않다.
- 향후 국내 상황에 맞는 인자 선정, 등급값 및 가중값 설정을 위한 노력이 필요하며 오염원 및 오염 물질 관련 정보를 효과적으로 결합할 수 있는 방법에 대한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 질산성 질소 농도값을 이용하여 등급값을 수정한 M-DRASTIC의 경우 상관계수는 0.24로 개선되었지만 여전히 낮은 상관성을 보여 수리지질 인자와 오염 농도값 만을 이용한 본 연구 지역의 오염도 예측은 한계가 있는 것으로 나타났다. 토지이용도, 지형 및 오염 농도 자료를 활용한 다중선형회귀 분석법을 적용했을 때 질산성 질소 오염 농도와의 상관성이 가장 크게 나타났으나 오염원 및 오염 농도 등에 대한 조사가 수반되어야 한다는 제한점이 있다.
- 질산성 질소에 대한 특정 오염취약성평가 결과 MDRASTIC은 충적층의 취약도가 낮아지고 화강암류 지역의 취약도가 상대적으로 높아진 결과로 나타났는데, DRASTIC과 마찬가지로 지질관련 인자의 비중이 높기 때문에 이들의 등급에 따라 전체적인 최종지수 또한 크게 좌우되는 것으로 보인다. 본 연구 지역에 대한 다중선형 회귀분석 결과 모형의 상관계수는 0.
- 토양 매질은 1 : 25,000 축척의 정밀 토양도(농촌진흥청)를 이용하여 산정하였다. 토양통명 및 토양통 부호에 따라 6개 등급으로 분류 되었고, 식양질 토양이 72%로 가장 많은 비율을 차지한다. 지형 경사율은1 : 25,000 축척의 수치지형도에서 ArcGIS 소프트웨어를 이용하여 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)을 작성후 경사도(%)를 산정하였다.
후속연구
- 3개의 평가 지수를 종합하는 DSG 모델을 제안하고 적용한 결과 각 기법의 특성이 고루 나타나는 것으로 조사되었다. 그러나 본 연구의 결과는 각 기법들의 평가 결과의 검증에 대한 고찰이 이루어지지 않았다는 점에서 한계점이 있다. 지하수 고유 오염취약성의 검증은 대규모 현장 실험을 통해 이루어질 수 있으나 현실적으로 쉽지 않으며 이에 대한 대안으로 대상 지역에 대한 수치 모델링 결과를 활용할 수 있다.
- 이후 국내 상황에 맞는 취약성 평가 기법 선정 및 개선 노력이 계속되어야 할 것이다. 더 나아가 수리지질 요소와 오염원을 함께 고려할 수 있는 방법, 효과적인 독립 변수 설정 방법 및 오염 농도와의 비선형성을 고려할 수 있는 방법 등에 대한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
- 지하수 고유 오염취약성의 검증은 대규모 현장 실험을 통해 이루어질 수 있으나 현실적으로 쉽지 않으며 이에 대한 대안으로 대상 지역에 대한 수치 모델링 결과를 활용할 수 있다. 이에 대한 고찰은 차후 추가 연구를 통해 수행할 계획이다.
- 본 연구에서는 충남 홍성군 금마면 일대에 대해 총 6가지의 지하수 오염 취약성 평가 방법이 적용되었으며 각 방법들의 특징과 제한점을 조사하였다. 이후 국내 상황에 맞는 취약성 평가 기법 선정 및 개선 노력이 계속되어야 할 것이다. 더 나아가 수리지질 요소와 오염원을 함께 고려할 수 있는 방법, 효과적인 독립 변수 설정 방법 및 오염 농도와의 비선형성을 고려할 수 있는 방법 등에 대한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
- 그러나 본 연구의 결과는 각 기법들의 평가 결과의 검증에 대한 고찰이 이루어지지 않았다는 점에서 한계점이 있다. 지하수 고유 오염취약성의 검증은 대규모 현장 실험을 통해 이루어질 수 있으나 현실적으로 쉽지 않으며 이에 대한 대안으로 대상 지역에 대한 수치 모델링 결과를 활용할 수 있다. 이에 대한 고찰은 차후 추가 연구를 통해 수행할 계획이다.
- 24로 개선되었지만 여전히 낮은 상관성을 보여 수리지질 인자와 오염 농도값 만을 이용한 본 연구 지역의 오염도 예측은 한계가 있는 것으로 나타났다. 토지이용도, 지형 및 오염 농도 자료를 활용한 다중선형회귀 분석법을 적용했을 때 질산성 질소 오염 농도와의 상관성이 가장 크게 나타났으나 오염원 및 오염 농도 등에 대한 조사가 수반되어야 한다는 제한점이 있다.
- 지하수 고유 오염취약성 기법은 현재 오염도 평가 및 예측이 아닌 오염 가능성 제시를 통해 오염 유발 시설 지점 선정을 위한 기초자료 제공 등의 분야에 적용되는 것이 바람직하다. 향후 국내 상황에 맞는 인자 선정, 등급값 및 가중값 설정을 위한 노력이 필요하며 오염원 및 오염 물질 관련 정보를 효과적으로 결합할 수 있는 방법에 대한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 질산성 질소 농도값을 이용하여 등급값을 수정한 M-DRASTIC의 경우 상관계수는 0.
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