무심천 인근 상대리 수막재배지에서 지하수 사용 후 배출되는 최종 배수로 물의 수질 특성 Water Quality in a Drainage System Discharging Groundwater from Sangdae-ri Water Curtain Cultivation Area near Musimcheon Stream, Cheongju, Korea원문보기
우리나라의 대표적 딸기 수막재배지 중 하나인 청주시 가덕면 상대리 일대에서는 수막재배용 지하수 이용량이 몇가지 방법으로 산정된 바 있다. 이러한 지하수 이용량 산정 방법 중에는 수막재배 사용 후 배출되는 배수로의 유량을 근거로 하는 것이 있으며, 이러한 방법은 배수로의 물이 모두 사용 후 배출되는 지하수로만 구성되어 있다는 가정 하에 적용된다. 연구지역에서 지하수가 사용된 후 무심천으로 유출되기 직전의 최종 배수로는 비포장 상태이며 하천 가까이에 나란히 개설되어 있다. 이러한 상황에서는 배수로의 물이 인근 하천수의 침투 유입에 의한 영향을 받을 가능성이 있다. 이 연구는 상대리 지역에서와 유사한 하천과 배수로의 구조 및 형태를 가지는 경우에, 최종 배수로의 배출수가 수질의 관점에서 하천수의 영향을 받고 있는지의 여부를 검토해 보았다. 고려된 수질 요소는 현장 수온과 pH, EC 값, 실내 분석에 의한 이온 함량과 수질 유형이며, 현장 측정 및 시료 채취 기간은 2012년 2월부터 2015년 2월까지이다. 검토 결과, 배출수는 지하수의 평균 수질을 반영하지 않으며, 오히려 하천수의 수질을 많이 반영하는 것으로 나타났다. 이로 보아, 연구지역에서와 같이 배수로가 인근 하천 가까이에서 비포장 상태를 유지하는 경우에는, 배출수의 유량 측정을 지하수 이용량 산정에 직접적으로 이용하는 데에 많은 주의가 필요한 것으로 판단되었다. 이 연구에서 배출수의 수온은 주변 대기 온도에 매우 민감하게 반응하여 변하기 때문에, 하천수의 영향을 정량적으로 판단하기는 부적절한 요소인 것으로 나타났다. 향후 배출수 내 지하수와 하천수의 혼합 비율을 정량적으로 산정하는 연구가 병행되어야 할 것으로 사료된다.
우리나라의 대표적 딸기 수막재배지 중 하나인 청주시 가덕면 상대리 일대에서는 수막재배용 지하수 이용량이 몇가지 방법으로 산정된 바 있다. 이러한 지하수 이용량 산정 방법 중에는 수막재배 사용 후 배출되는 배수로의 유량을 근거로 하는 것이 있으며, 이러한 방법은 배수로의 물이 모두 사용 후 배출되는 지하수로만 구성되어 있다는 가정 하에 적용된다. 연구지역에서 지하수가 사용된 후 무심천으로 유출되기 직전의 최종 배수로는 비포장 상태이며 하천 가까이에 나란히 개설되어 있다. 이러한 상황에서는 배수로의 물이 인근 하천수의 침투 유입에 의한 영향을 받을 가능성이 있다. 이 연구는 상대리 지역에서와 유사한 하천과 배수로의 구조 및 형태를 가지는 경우에, 최종 배수로의 배출수가 수질의 관점에서 하천수의 영향을 받고 있는지의 여부를 검토해 보았다. 고려된 수질 요소는 현장 수온과 pH, EC 값, 실내 분석에 의한 이온 함량과 수질 유형이며, 현장 측정 및 시료 채취 기간은 2012년 2월부터 2015년 2월까지이다. 검토 결과, 배출수는 지하수의 평균 수질을 반영하지 않으며, 오히려 하천수의 수질을 많이 반영하는 것으로 나타났다. 이로 보아, 연구지역에서와 같이 배수로가 인근 하천 가까이에서 비포장 상태를 유지하는 경우에는, 배출수의 유량 측정을 지하수 이용량 산정에 직접적으로 이용하는 데에 많은 주의가 필요한 것으로 판단되었다. 이 연구에서 배출수의 수온은 주변 대기 온도에 매우 민감하게 반응하여 변하기 때문에, 하천수의 영향을 정량적으로 판단하기는 부적절한 요소인 것으로 나타났다. 향후 배출수 내 지하수와 하천수의 혼합 비율을 정량적으로 산정하는 연구가 병행되어야 할 것으로 사료된다.
The Sangdae-ri riverside around Musimcheon stream, flowing through Gadeok-myon of Cheongju City, is one of the representative strawberry fields employing water curtain cultivation (WCC) in Korea. In this area, annual groundwater use for WCC has been calculated by a few methods. On the assumption tha...
The Sangdae-ri riverside around Musimcheon stream, flowing through Gadeok-myon of Cheongju City, is one of the representative strawberry fields employing water curtain cultivation (WCC) in Korea. In this area, annual groundwater use for WCC has been calculated by a few methods. On the assumption that all the water flowing through the final ditch may be mostly composed of groundwater, the discharge rate in it can be used as a good proxy for assessing the groundwater use. However, in the study area, the final ditch was set up in an unpaved state near and parallel to Musimcheon stream. Under such circumstances, the drainwater is likely to be influenced by infiltration and/or inflow of nearby stream. Hence, we examined whether or not stream water has influenced water flowing out through the final ditch in respect of ion concentrations or field parameters such as T, pH and electrical conductivity (EC) values. The period of measuring field parameters and sample collection was from February 2012 through February 2015. The drainwater in the final ditch did not show the average quality of groundwater, but similar quality of stream water in respect of pH, EC, ion contents and water type. From this, it is suggested that measuring the flow rate of the final ditch should not be directly used for assessing groundwater use in the study area. In addition, because of its sensitivity to ambient temperature, water temperature proved not to be appropriate for estimating the interaction between ditch and stream. For accuracy, additional methods will be needed to calculate mixing ratios between stream and ground water within drainage system.
The Sangdae-ri riverside around Musimcheon stream, flowing through Gadeok-myon of Cheongju City, is one of the representative strawberry fields employing water curtain cultivation (WCC) in Korea. In this area, annual groundwater use for WCC has been calculated by a few methods. On the assumption that all the water flowing through the final ditch may be mostly composed of groundwater, the discharge rate in it can be used as a good proxy for assessing the groundwater use. However, in the study area, the final ditch was set up in an unpaved state near and parallel to Musimcheon stream. Under such circumstances, the drainwater is likely to be influenced by infiltration and/or inflow of nearby stream. Hence, we examined whether or not stream water has influenced water flowing out through the final ditch in respect of ion concentrations or field parameters such as T, pH and electrical conductivity (EC) values. The period of measuring field parameters and sample collection was from February 2012 through February 2015. The drainwater in the final ditch did not show the average quality of groundwater, but similar quality of stream water in respect of pH, EC, ion contents and water type. From this, it is suggested that measuring the flow rate of the final ditch should not be directly used for assessing groundwater use in the study area. In addition, because of its sensitivity to ambient temperature, water temperature proved not to be appropriate for estimating the interaction between ditch and stream. For accuracy, additional methods will be needed to calculate mixing ratios between stream and ground water within drainage system.
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문제 정의
이 연구에서는 수막재배 사용 후 배수로(ditch)를 통하여 무심천 하류로 유출되는 지하수 물이 배수로를 통과해 갈 때 순수 지하수로만 되어 있는 것인지, 아니면 인근 무심천의 영향에 의해 하천수가 일부 침투, 혼합되고 있는 것인지의 여부를 검토해 보았다. 이는 연구지역에서와 같이, 하천에 유입되기 직전의 최종 배수로가 하천 가까이에서 하천과 평행하게 개설되어 있으며, 포장 수로가 아니라 자연 토양 상태를 유지한 배수로인 경우에, 배수로로 유출되는 물이 순전히 지하수의 특성을 가지고 있는지를 알아보는 것이다.
이는 연구지역에서와 같이, 하천에 유입되기 직전의 최종 배수로가 하천 가까이에서 하천과 평행하게 개설되어 있으며, 포장 수로가 아니라 자연 토양 상태를 유지한 배수로인 경우에, 배수로로 유출되는 물이 순전히 지하수의 특성을 가지고 있는지를 알아보는 것이다. 이는 배수로의 유출량 측정이 수막재배지에서의 지하수 이용량 산출에 타당한 것일지의 여부를 판단케 하며, 유사 환경의 국내 수막재배지에서 상용될 수 있는 방법인지의 여부를 가늠케 하는 기초 자료가 될 수 있을 것이다.
이 연구에서는 수막재배 사용 후 배수로(ditch)를 통하여 무심천 하류로 유출되는 지하수 물이 배수로를 통과해 갈 때 순수 지하수로만 되어 있는 것인지, 아니면 인근 무심천의 영향에 의해 하천수가 일부 침투, 혼합되고 있는 것인지의 여부를 검토해 보았다. 이는 연구지역에서와 같이, 하천에 유입되기 직전의 최종 배수로가 하천 가까이에서 하천과 평행하게 개설되어 있으며, 포장 수로가 아니라 자연 토양 상태를 유지한 배수로인 경우에, 배수로로 유출되는 물이 순전히 지하수의 특성을 가지고 있는지를 알아보는 것이다. 이는 배수로의 유출량 측정이 수막재배지에서의 지하수 이용량 산출에 타당한 것일지의 여부를 판단케 하며, 유사 환경의 국내 수막재배지에서 상용될 수 있는 방법인지의 여부를 가늠케 하는 기초 자료가 될 수 있을 것이다.
제안 방법
우리나라의 대표적 딸기 수막재배지 중 하나인 청주시 가덕면 상대리 지역을 대상으로 지하수, 배출수, 하천수의 수질 특성을 비교·검토하였으며, 이를 통해 배출수가 수막재배지에서 사용 후 배출되는 지하수로만 구성된 것인지 아니면 인근 하천수의 영향을 받고 있는 것인지의 여부를 검토하였다. 이에 대한 연구 결과는 다음과 같다.
하천수가 배수로의 물(지하수 배출수, 이하 배출수) 에 미치는 영향을 파악하기 위해서 지하수 뿐 아니라 상류로부터 하류로 가면서 4군데의 하천수(S1∼S4)와 배출수(D1∼D4)에 대하여 수온 및 pH, 전기전도도 (electrical conductivity; EC), 용존산소 (dissolved oxygen; DO) 등을 측정하고, 이온 함량 분석도 실시하였다. S2 하천에 대하여는 흐르는 유로상에 있는 S2-1과 정체되어 있는 S2-2를 서로 비교하였다.
대상 데이터
S2 하천에 대하여는 흐르는 유로상에 있는 S2-1과 정체되어 있는 S2-2를 서로 비교하였다. 수온등 현장 수질 측정은 2012년부터 2015년까지 실시하였으며, 금번 연구에서 지하수와 하천수 및 배출수의 수질 비교는 주로 수막재배가 시작되는 2013년 11월과 수막재배가 끝날 무렵의 2014년 2월을 집중 대상으로 하였다. 현장에서의 EC 측정에는 WTW Multi 340i, pH와 DO 측정에는 Hach HQ40d를 이용하였으며, pH 측정기는 Hach Buffer Solution의 pH 4.
연구지역은 청주시 가덕면 상대리 일대 딸기 수막재배지로서, 전체 면적이 410,000 m2 정도이다(Fig. 1).
연구지역은 청주시 가덕면 상대리 지역으로서 우리나라의 대표적 딸기 수막재배지 중 하나이며, 국토교통부 수변 지하수 활용 고도화 연구단의 ‘‘수변 충적층 지하수위 복원 기술’’ 연구가 수행되고 있는 곳이다. 수막재배 성수기에 집중적인 지하수 이용에 따른 지하수위 하강 문제를 해결하기 위해 2011년부터 5년간이 연구가 진행되고 있다.
데이터처리
01로 보정하여 이용하였다. 이온 함량 분석은 한국지질자원연구원 지하수연구실에서 실시하였으며, 양이온은 유도결합 플라즈마 분광광도계(Optima 7300 DV, Perkin Elmer), 음이온은 이온교환 크로마토그라피 시스템(ICS-1500, Dionex)를 이용하여 분석하였다.
성능/효과
(1) 수온 측정 결과, 배출수는 하천수와 마찬가지로 주변 대기 온도의 변화에 매우 민감하게 반응하는 반면에, 지하수는 대기 온도에 영향을 거의 받지 않는다. 따라서, 연구지역에서는 수온을 이용하여 배출수에 대한 하천수와 지하수의 기여도를 검토하기에 부적절 하다는 것으로 확인되었다.
(2) 현장에서 측정된 수질 요소 중, pH와 EC 값은 배출수가 하천수 및 지하수와 어떤 연관성을 가지는지 명확히 지시해주었다. 측정 위치와 시기에 상관없이, 배출수의 pH, EC 값은 지하수의 pH, EC 값과 다르거나 지하수 pH 값의 상한 부근, 지하수 EC 값의 하한 부근에서만 일치하는 현상을 보였다.
(3) 이온 함량 분석 결과, 배출수와 하천수의 Ca, Mg, HCO3 , SO4 함량은 서로 유사함을 보였다. 반면에, 하천 가까이 위치한 일부 지하수를 제외하면 대부분의 지하수에 비해 이들의 Ca, Mg, HCO3 , SO4 함량은 낮은 것으로 나타났다.
(4) 지하수, 배출수, 하천수의 수온, pH, EC 값, 이온 함량과 수질 유형 등을 종합해 볼 때, 연구지역의 최종 배수로를 통해 유출되는 물에서 보이는 수질은 수막재배 사용 후 배출되는 지하수의 수질을 평균적으로 반영하지 못하며, 오히려 하천수 및 하천 인근의 일부 지하수의 수질을 반영하고 있는 것으로 관찰되었다. 따라서, 연구지역에서와 같이, 최종 배수로가 포장 되어 있지 않고 인근 하천 가까이에서 나란히 개설된 경우에는, 최종 배수로에서 측정된 유량 값이 수막재배 사용 후 배출되는 지하수의 수량을 모두 반영하지 않는 사례를 보여 주었다.
(1) 수온 측정 결과, 배출수는 하천수와 마찬가지로 주변 대기 온도의 변화에 매우 민감하게 반응하는 반면에, 지하수는 대기 온도에 영향을 거의 받지 않는다. 따라서, 연구지역에서는 수온을 이용하여 배출수에 대한 하천수와 지하수의 기여도를 검토하기에 부적절 하다는 것으로 확인되었다. 그러나, 최종 배수로 중 일부 지점(D2 지점)에서는 배출수가 인근 하천수에 의해 영향을 받고 있음이 수온 측정 자료로부터 해석되었다.
(4) 지하수, 배출수, 하천수의 수온, pH, EC 값, 이온 함량과 수질 유형 등을 종합해 볼 때, 연구지역의 최종 배수로를 통해 유출되는 물에서 보이는 수질은 수막재배 사용 후 배출되는 지하수의 수질을 평균적으로 반영하지 못하며, 오히려 하천수 및 하천 인근의 일부 지하수의 수질을 반영하고 있는 것으로 관찰되었다. 따라서, 연구지역에서와 같이, 최종 배수로가 포장 되어 있지 않고 인근 하천 가까이에서 나란히 개설된 경우에는, 최종 배수로에서 측정된 유량 값이 수막재배 사용 후 배출되는 지하수의 수량을 모두 반영하지 않는 사례를 보여 주었다. 이와 같은 지역에서, 배수로의 유량을 이용한 지하수 이용량을 산출하기 위해서는, 별도로 안정동위원소 연구, 배수로 내 기저유출량 고려 등을 통하여 배출수 내 지하수 및 하천수의 기여도를 정량적으로 해석하는 것이 요구된다.
함량은 서로 유사함을 보였다. 반면에, 하천 가까이 위치한 일부 지하수를 제외하면 대부분의 지하수에 비해 이들의 Ca, Mg, HCO3 , SO4 함량은 낮은 것으로 나타났다. 수질 유형에 있어서도, 지하수는 다소 넓은 영역을 보이지만, 배출수와 하천수는 모두 동일 영역에서 매우 유사한 양상을 보였다.
측정 위치와 시기에 상관없이, 배출수의 pH, EC 값은 지하수의 pH, EC 값과 다르거나 지하수 pH 값의 상한 부근, 지하수 EC 값의 하한 부근에서만 일치하는 현상을 보였다. 반면에, 하천수와 배출수의 pH, EC 값은 매우 유사한 경향을 보였다.
반면에, 하천 가까이 위치한 일부 지하수를 제외하면 대부분의 지하수에 비해 이들의 Ca, Mg, HCO3 , SO4 함량은 낮은 것으로 나타났다. 수질 유형에 있어서도, 지하수는 다소 넓은 영역을 보이지만, 배출수와 하천수는 모두 동일 영역에서 매우 유사한 양상을 보였다. 즉, Ca, Mg, HCO3 , SO4 함량과 수질 유형으로 볼 때, 배출수는 지하수의 평균적인 수질 특성을 반영하지 않고, 오히려 하천수의 수질을 반영하고 있는 것으로 나타났다.
그러나, 지하수는 보다 넓은 수질 영역을 보이는 반면에, 하천수와 배출수는 매우 좁은 수질 영역을 가지며 서로 밀접한 수질 유형임을 보여 주고 있다. 종합적으로, 이온 함량과 수질 유형으로 볼때, 배출수는 지하수의 수질을 평균적으로 반영하지 못하며, 오히려 하천수의 수질을 반영하고 있는 것으로 관찰되었다. 이로 볼 때, 연구지역에서는 최종 배수로의 유량을 모두 이 지역 지하수의 사용 후 유출량으로 추정하는 데에는 무리가 있으며, 향후 안정동위원소 연구 등을 통해 배출수에서의 지하수와 하천수의 상대적인 기여도를 정량적으로 평가할 필요가 있다.
수질 유형에 있어서도, 지하수는 다소 넓은 영역을 보이지만, 배출수와 하천수는 모두 동일 영역에서 매우 유사한 양상을 보였다. 즉, Ca, Mg, HCO3 , SO4 함량과 수질 유형으로 볼 때, 배출수는 지하수의 평균적인 수질 특성을 반영하지 않고, 오히려 하천수의 수질을 반영하고 있는 것으로 나타났다.
(2) 현장에서 측정된 수질 요소 중, pH와 EC 값은 배출수가 하천수 및 지하수와 어떤 연관성을 가지는지 명확히 지시해주었다. 측정 위치와 시기에 상관없이, 배출수의 pH, EC 값은 지하수의 pH, EC 값과 다르거나 지하수 pH 값의 상한 부근, 지하수 EC 값의 하한 부근에서만 일치하는 현상을 보였다. 반면에, 하천수와 배출수의 pH, EC 값은 매우 유사한 경향을 보였다.
후속연구
종합적으로, 이온 함량과 수질 유형으로 볼때, 배출수는 지하수의 수질을 평균적으로 반영하지 못하며, 오히려 하천수의 수질을 반영하고 있는 것으로 관찰되었다. 이로 볼 때, 연구지역에서는 최종 배수로의 유량을 모두 이 지역 지하수의 사용 후 유출량으로 추정하는 데에는 무리가 있으며, 향후 안정동위원소 연구 등을 통해 배출수에서의 지하수와 하천수의 상대적인 기여도를 정량적으로 평가할 필요가 있다.
따라서, 연구지역에서와 같이, 최종 배수로가 포장 되어 있지 않고 인근 하천 가까이에서 나란히 개설된 경우에는, 최종 배수로에서 측정된 유량 값이 수막재배 사용 후 배출되는 지하수의 수량을 모두 반영하지 않는 사례를 보여 주었다. 이와 같은 지역에서, 배수로의 유량을 이용한 지하수 이용량을 산출하기 위해서는, 별도로 안정동위원소 연구, 배수로 내 기저유출량 고려 등을 통하여 배출수 내 지하수 및 하천수의 기여도를 정량적으로 해석하는 것이 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
딸기 수막재배지 중 하나인 청주시 가덕면 상대리 지역을 대상으로 지하수, 배출수, 하천수의 수질 특성을 비교 검토하기 위해 수온 측정을 수행한 결과는?
(1) 수온 측정 결과, 배출수는 하천수와 마찬가지로 주변 대기 온도의 변화에 매우 민감하게 반응하는 반면에, 지하수는 대기 온도에 영향을 거의 받지 않는다. 따라서, 연구지역에서는 수온을 이용하여 배출수에 대한 하천수와 지하수의 기여도를 검토하기에 부적절 하다는 것으로 확인되었다. 그러나, 최종 배수로 중 일부 지점(D2 지점)에서는 배출수가 인근 하천수에 의해 영향을 받고 있음이 수온 측정 자료로부터 해석되었다.
수막재배란?
국내에서는 최근에 수변지역에서의 시설재배와 수막 재배 면적이 증가하면서 충적층 지하수의 이용량이 크게 증가하는 추세이다. 특히, 수막재배는 지하수의 열에너지를 이용하여 비닐하우스를 난방하는 방법으로서, 동절기에 다량의 지하수를 집중적으로 양수하게 되므로 일시적인 지하수 고갈 문제가 발생되고 있다 (KIGAM, 2010; Moon et al., 2012).
수막재배의 문제점은?
국내에서는 최근에 수변지역에서의 시설재배와 수막 재배 면적이 증가하면서 충적층 지하수의 이용량이 크게 증가하는 추세이다. 특히, 수막재배는 지하수의 열에너지를 이용하여 비닐하우스를 난방하는 방법으로서, 동절기에 다량의 지하수를 집중적으로 양수하게 되므로 일시적인 지하수 고갈 문제가 발생되고 있다 (KIGAM, 2010; Moon et al., 2012).
참고문헌 (18)
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