[국내논문]GIS 모델링을 이용한 국내 지질 기원 토양오염의 분포 현황과 공간적 개연성 연구 Using GIS Modeling to Assess the Distribution and Spatial Probability of Soil Contamination of Geologic Origin in Korea원문보기
국내에서 관리되고 있는 토양오염물질 중 지질 기원의 영향이 큰 물질로는 비소, 카드뮴, 구리, 납, 아연, 니켈, 수은, 불소 등이 있다. 본 연구에서는 국내 토양오염 조사 자료를 바탕으로 GIS모델링을 통해 오염물질의 분포 현황을 파악하고 오염원과의 공간적 개연성을 확인하였다. 그 결과, 카드뮴, 구리, 납, 니켈, 수은의 경우 1% 미만의 낮은 기준초과 빈도를 나타내고 있다. 비소와 아연의 경우 각각 광산 영향범위와 산업단지 부지 내에서 높은 초과 빈도를 나타내며, 주변 오염인자에 의한 영향이 매우 높은 것으로 확인되었다. 그러나 불소의 경우 조사지점 수가 가장 적고, 기준초과 빈도가 가장 높음에도 불구하고 뚜렷한 인위적 오염원이 확인되지 않았고, 분포 특성 또한 광역적인 연속성을 보임에 따라 지질 분포와의 개연성이 매우 높을 것으로 추정된다. 불소 항목의 기준초과 지점에 대한 지질 분포 현황을 확인한 결과, 쥐라기 화강암(40.00%)과 선캄브리아기 호상편마암(34.12%)에서 집중적인 초과 빈도를 나타내고 있다. 이는 화강암과 편마암에 존재하는 높은 불소 함량이 암석의 풍화에 따른 토양의 생성 과정에서 토양의 구성 성분으로 존재함에 따라 이들 암석이 분포하는 지역의 토양 중 불소 농도가 높게 나타난 것으로 판단된다.
국내에서 관리되고 있는 토양오염물질 중 지질 기원의 영향이 큰 물질로는 비소, 카드뮴, 구리, 납, 아연, 니켈, 수은, 불소 등이 있다. 본 연구에서는 국내 토양오염 조사 자료를 바탕으로 GIS 모델링을 통해 오염물질의 분포 현황을 파악하고 오염원과의 공간적 개연성을 확인하였다. 그 결과, 카드뮴, 구리, 납, 니켈, 수은의 경우 1% 미만의 낮은 기준초과 빈도를 나타내고 있다. 비소와 아연의 경우 각각 광산 영향범위와 산업단지 부지 내에서 높은 초과 빈도를 나타내며, 주변 오염인자에 의한 영향이 매우 높은 것으로 확인되었다. 그러나 불소의 경우 조사지점 수가 가장 적고, 기준초과 빈도가 가장 높음에도 불구하고 뚜렷한 인위적 오염원이 확인되지 않았고, 분포 특성 또한 광역적인 연속성을 보임에 따라 지질 분포와의 개연성이 매우 높을 것으로 추정된다. 불소 항목의 기준초과 지점에 대한 지질 분포 현황을 확인한 결과, 쥐라기 화강암(40.00%)과 선캄브리아기 호상편마암(34.12%)에서 집중적인 초과 빈도를 나타내고 있다. 이는 화강암과 편마암에 존재하는 높은 불소 함량이 암석의 풍화에 따른 토양의 생성 과정에서 토양의 구성 성분으로 존재함에 따라 이들 암석이 분포하는 지역의 토양 중 불소 농도가 높게 나타난 것으로 판단된다.
Soil contaminants measured and managed in Korea include those of geologic origin such as arsenic, cadmium, copper, lead, zinc, nickel, mercury, and fluoride. This study identifies the distribution of these contaminants using GIS modeling to analyze the spatial probability of soil contamination origi...
Soil contaminants measured and managed in Korea include those of geologic origin such as arsenic, cadmium, copper, lead, zinc, nickel, mercury, and fluoride. This study identifies the distribution of these contaminants using GIS modeling to analyze the spatial probability of soil contamination originating from geology. The modeling found that cadmium, copper, lead, nickel, and mercury often exceed the regulated standard by <1%. Concentrations of arsenic and zinc greatly exceeded the standard in the vicinity of mines and industrial complexes: mining and industry seemed to have substantial effects on the concentrations of these metals. Although fluoride was sampled at the lowest number of points, its frequency of exceeding the standard was the highest. No obvious source of artificial contamination has been identified, and fluoride's distribution characteristics showed continuity over a wide area, suggesting a strong correlation between geological characteristics and fluoride concentration. The highest frequencies of fluoride exceeding the standard were in Jurassic granite (40.00%) and Precambrian banded gneiss (34.12%). As these rocks contributed to the formation of soil through their weathering, high fluoride concentrations can be expected in soil in areas where these rocks are distributed.
Soil contaminants measured and managed in Korea include those of geologic origin such as arsenic, cadmium, copper, lead, zinc, nickel, mercury, and fluoride. This study identifies the distribution of these contaminants using GIS modeling to analyze the spatial probability of soil contamination originating from geology. The modeling found that cadmium, copper, lead, nickel, and mercury often exceed the regulated standard by <1%. Concentrations of arsenic and zinc greatly exceeded the standard in the vicinity of mines and industrial complexes: mining and industry seemed to have substantial effects on the concentrations of these metals. Although fluoride was sampled at the lowest number of points, its frequency of exceeding the standard was the highest. No obvious source of artificial contamination has been identified, and fluoride's distribution characteristics showed continuity over a wide area, suggesting a strong correlation between geological characteristics and fluoride concentration. The highest frequencies of fluoride exceeding the standard were in Jurassic granite (40.00%) and Precambrian banded gneiss (34.12%). As these rocks contributed to the formation of soil through their weathering, high fluoride concentrations can be expected in soil in areas where these rocks are distributed.
국내에서 관리되고 있는 토양오염물질 중 지질 기원의 영향이 큰 물질로는 비소, 카드뮴, 구리, 납, 아연, 니켈, 수은, 불소 등이 있다. 본 연구에서는 국내 토양오염 조사 자료를 바탕으로 GIS 모델링을 통해 오염물질의 분포 현황을 파악하고 오염원과의 공간적 개연성을 확인하였다.
본 연구에서는 토양 측정망 자료 및 환경영향평가 중 토양오염도 검사의 수행을 통해 수집된 토양오염 현황 자료를 바탕으로 지리정보시스템(GIS)을 활용하여 국내 토양오염물질 분포 현황을 시각화하고 토양오염물질의 분포 형태와 해당 지역 지질 현황의 개연성을 파악하고자 하며, 공간적 개연성 파악을 통해 기존 토양오염 관리기준의 문제점에 대한 개선 방향을 제시하고자 한다.
제안 방법
국내 토양오염의 분포 현황을 파악하기 위해 토양측정망 조사결과와 환경영향평가 토양오염도 조사 결과를 바탕으로 데이터베이스를 구축하고 지리정보시스템(GIS)를 활용하여 각 토양오염물질별 오염분포를 모델링한 현황도를 작성하였다. 오염분포 모델링은 GIS 자료를 기반으로 적용되는 공간 보간법 중 인접하고 있는 기지점들과 이점까지와의 거리에 따라 비선형적인 가중치를 계산하여 적용하는 IDW 보간법 사용하였으며, 보간 산출물을 우리나라 경계 마스크 레이어를 이용하여 내륙에 분포하는 토양영역 만을 표현하였다.
토양오염물질의 광산 분포와의 개연성을 확인하기 위해 앞서 작성한 오염물질 별 분포도와 광산 분포도를 중첩 시켜 오염원으로 작용할 수 있는 광산 영향범위 내부의 토양오염우려기준 1 지역 기준초과 빈도를 확인하였다. 광산 분포는 한국 광해관리공단에서 운영하는 광해정보통합관리시스템에서 제공하는 광산위치 정보를 사용하였다.
토양오염물질의 산업단지 분포와의 개연성을 확인하기 위해 앞서 작성한 오염물질별 분포도와 산업단지 분포도를 중첩시켜 오염원으로 작용할 수 있는 산업단지 부지 내부의 토양오염우려기준 1 지역 기준초과 빈도를 확인하였다. 산업단지의 분포는 한국지능정보사회진흥원에서 운영하는 공공데이터포탈에서 제공하는 지리정보시스템(GIS)자료를 사용하였다(Fig.
토양오염물질의 지질 분포와의 공간적 개연성을 확인하기 위하여 오염 물질별 토양오염우려지역 1 지역 기준 초과 지점과 지질도를 중첩시켜 기준초과 지점에 분포하는 암상을 확인하였다. 지질도는 한국지질자원연구원에서 운영하는 지오빅데이터오픈플렛폼에서 제공하는 자료를 사용하였고, 기준초과 지점과 중첩되는 지질을 선택적으로 표시하였다.
대상 데이터
토양오염물질의 산업단지 분포와의 개연성을 확인하기 위해 앞서 작성한 오염물질별 분포도와 산업단지 분포도를 중첩시켜 오염원으로 작용할 수 있는 산업단지 부지 내부의 토양오염우려기준 1 지역 기준초과 빈도를 확인하였다. 산업단지의 분포는 한국지능정보사회진흥원에서 운영하는 공공데이터포탈에서 제공하는 지리정보시스템(GIS)자료를 사용하였다(Fig. 3).
토양오염물질의 지질 분포와의 공간적 개연성을 확인하기 위하여 오염 물질별 토양오염우려지역 1 지역 기준 초과 지점과 지질도를 중첩시켜 기준초과 지점에 분포하는 암상을 확인하였다. 지질도는 한국지질자원연구원에서 운영하는 지오빅데이터오픈플렛폼에서 제공하는 자료를 사용하였고, 기준초과 지점과 중첩되는 지질을 선택적으로 표시하였다.
데이터처리
앞서 외부 오염인자로 영향을 줄 수 있는 산업단지 부지와 광산 영향범위에서의 기준 초과 빈도를 확인하였다. GIS를 이용한 공간분석은 영향범위를 폴리곤으로 설정하고 폴리곤 내에 포함되는 기준 초과 지점을 추출하여 기준초과 빈도를 산정하였다.
이론/모형
국내 토양오염의 분포 현황을 파악하기 위해 토양측정망 조사결과와 환경영향평가 토양오염도 조사 결과를 바탕으로 데이터베이스를 구축하고 지리정보시스템(GIS)를 활용하여 각 토양오염물질별 오염분포를 모델링한 현황도를 작성하였다. 오염분포 모델링은 GIS 자료를 기반으로 적용되는 공간 보간법 중 인접하고 있는 기지점들과 이점까지와의 거리에 따라 비선형적인 가중치를 계산하여 적용하는 IDW 보간법 사용하였으며, 보간 산출물을 우리나라 경계 마스크 레이어를 이용하여 내륙에 분포하는 토양영역 만을 표현하였다.
성능/효과
따라서 화강암과 편마암에 존재하는 높은 불소(F) 함량이 암석의 풍화에 따른 토양의 생성 과정에서 토양의 구성 성분으로 존재함에 따라 이들 암석이 분포하는 지역의 토양 중 불소(F) 농도가 높게 나타난 것으로 판단되며, 토양중 불소(F) 항목의 토양오염 기준초과와 지질 분포의 공간적 개연성이 매우 높은 것으로 판단된다.
따라서 화강암과 편마암에 존재하는 높은 불소(F) 함량이 암석의 풍화에 따른 토양의 생성 과정에서 토양의 구성 성분으로 존재함에 따라 이들 암석이 분포하는 지역의 토양 중 불소(F) 농도가 높게 나타난 것으로 판단되며, 토양중 불소(F) 항목의 토양오염 기준초과와 지질 분포의 공간적 개연성이 매우 높은 것으로 판단된다.
참고문헌 (5)
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Lee, J.H., Jeong, J.O., Kim, K.K., Lee, S.W., Kim, S.W., 2019, Geochemical study on the naturally originating fluorine?distributed in the area of Yongyudo and Sammokdo, Incheon, Economic and Environmental Geology, 52(4), 275-290?(in Korean with English abstract).
Oh, H.J., Lee, J.Y., 2003, A study on the characteristical evaluation of metals and fluorine concentrations in the southern?part of Seoul, Journal of Soil and Groundwater Environment, 8(4), 68-73 (in Korean with English abstract).
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Yoon, J.K., Kim, D.H., Kim, T.S., Park, J.G., Chung, I.R., Kim, J.H., Kim, H., 2009, Evaluation on natural background of?the soil heavy metals in Korea, Journal of Soil and Groundwater Environment, 14(3), 32-39 (in Korean with English?abstract).?
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