[논문]강원특별자치도 평창 백룡동굴 동굴수의 지구화학적 특성

박영윤; 김련; 이종희; 최문복

doi:10.9720/kseg.2023.3.413

[국내논문] 강원특별자치도 평창 백룡동굴 동굴수의 지구화학적 특성
Geochemical Characteristics of Baengnyongdonggul Cave Water, Pyeongchang, Gangwon State 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.33 no.3, 2023년, pp.413 - 426

박영윤 ((사)한국녹색지구환경연구소) , 김련 ((사)한국동굴연구소) , 이종희 ((사)한국동굴연구소) , 최문복 ((사)한국동굴연구소)

초록
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이 연구는 백룡동굴 내 동굴수의 지구화학 특성을 평가하고 이를 이용하여 동굴수의 기원 및 유동특성을 평가하기 위해서 수행하였다. 2022년 6월부터 2023년 5월까지 백룡동굴 주변 동강에서 2개 지점(WE1과 WE2)과 내부 4개 지점(WE3~WE6)에서 하천수와 동굴수를 각각 채취하여 주요 용존성분을 분석하였다. 하천수와 동굴수는 모두 Ca-HCO₃형으로 구분되었다. 모든 동굴수에서 탄산염 광물이 과포화 상태이므로 동굴 내부에서 탄산염 광물이 침전될 것으로 예측되었다. 동굴수는 기원지와 물-암석 반응 정도의 차이로 인해 흐름이 있는 지점(WE3과 WE6)과 휴석소(WE4와 WE5)의 지구화학 특성이 뚜렷이 구분되었다. WE6은 동강으로부터 유입되었고 WE3을 통과하여 동강으로 유출된다. WE4와 WE5는 강수로부터 공급되지만 서로 다른 경로를 통해 동굴로 유입된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study presents the geochemical characteristics of cave water to evaluate its origin and flow path. From June 2022 to may 2023, river water was collected at two sites (WE1 and WE2) in the Donggang River around Baengnyongdonggul Cave, and cave water was collected at four sites (WE3 to WE6) inside Baengnyongdonggul Cave. Water samples were analyzed for major dissolved components. Both river and cave waters were classified as Ca-HCO3 type. All cave water samples were supersaturated in carbonate minerals, suggesting that carbonate minerals would precipitate within the cave. Due to differences in the source of cave water and the degree of water-rock interaction, the geochemical characteristics of water from sites where the flow of cave water is observed (WE3 and WE6) and rimstone pools (WE4 and WE5) could be clearly distinguished. The cave water at WE6 flows in from the Donggang River, then passes through WE3 and flows back out into the Donggang River. The cave water at WE4 and WE5 is supplied from precipitation, but the flow path of cave water at WE4 and WE5 is different.

Keyword

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Location of the Baengnyongdonggul Cave. Satellite image from Google. GG:Gyeonggi-do, GW:Gangwon State, CB:Chungcheongbuk-do, CN:Chungcheongnam-do, JB:Jeollabuk-do, JN:Jeollanam-do, GB:Gyeongsangbuk-do, and GN: Gyeongsangnam-do.
그림 Fig. 2. Geologic map of the study area (BDOP, 2023).
그림 Fig. 3. Schematic diagram of Baengnyongdonggul Cave and sampling sites in this study.
그림 Fig. 4. Temporal variation in field parameters measured during the study period, ppt:precipitation.
표 Table 1. Field parameters in stream and cave water
표 Table 2. Concentrations of major components dissolved in stream and cave waters (unit:mg/L)
그림 Fig. 5. Piper diagram for cave and stream waters.
표 Table 3. Saturation index calculated using the chemical compositions of cave water
그림 Fig. 6. Major ions versus Cl^- concentrations.
그림 Fig. 7. Conceptual model for the origin of the cave water.

AI 본문요약
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가설 설정

동굴의 막장에서 동굴수 유입이 확인되는 WE6에서 동강에 서식하는 어류와 하상 퇴적물이 확인되기 때문에 동강과 WE6이 수리적으로 연결되어 동강의 일부가 백룡동굴로 유입되는 것으로 판단하였다. 또한 야외 조사에서 동굴의 구조상 WE6(상류)와 WE3(하류)의 수리적 연결성을 직접 확인하기 어려웠지만 동굴수의 흐름방향을 고려하여 두 지점이 수리적으로 연결되어 있을 것으로 추정하였다.

제안 방법

2022년 6월부터 2023년 5월까지 백룡동굴 주변 하천수와 동굴수의 현장수질을 이용하여 백룡동굴 내부의 수환경에 영향을 주는 요인을 분석하고 화학조성을 이용하여 동굴수의 수질특성을 평가하였다. 또한 분석 및 평가 결과를 이용하여 동굴수의 기원 및 유동특성을 평가하였다.
2022년 6월부터 2023년 5월까지 백룡동굴 주변 하천수와 동굴수의 현장수질을 이용하여 백룡동굴 내부의 수환경에 영향을 주는 요인을 분석하고 화학조성을 이용하여 동굴수의 수질특성을 평가하였다. 또한 분석 및 평가 결과를 이용하여 동굴수의 기원 및 유동특성을 평가하였다. 백룡동굴은 동굴 입구 주변에서 대기의 영향을 받기는 하지만 다른 지점은 대기의 영향을 거의 받지 않는 것으로 확인되었다.

대상 데이터

백룡동굴의 주굴은 430 m, 지굴의 총길이는 약 1,245 m이다. 동굴 내부에는 종유관, 종유석, 석순, 석주, 유석, 휴석(소), 동굴진주, 커튼과 베이컨 시트 등 다양한 동굴생성물이 분포하며, 박쥐, 동굴 나방, 새우 등 68종의 다양한 생물들이 서식한다.
백룡동굴 동굴수의 수질 특성을 확인하기 위해서 백룡동굴 외부에 2개 지점(WE1과 WE2), 백룡동굴 내부에 4개 지점을 선정하였다. WE1은 백룡동굴 입구 주변 동강, WE2는 백룡동굴로부터 나온 동굴수와 동강이 혼합되는 지점, WE3과 WE6은 백룡동굴 내부의 통로를 따라 동굴수의 흐름이 발생하는 지점, WE4와 WE5는 동굴 내부 휴석소로 동굴수가 고여 있는 지점이다.

성능/효과

동굴수의 ORP는 44~204 mV로 하천수보다 넓은 범위를 보였지만 하천수와 동굴수의 변동 양상은 거의 차이를 보이지 않았다. 동굴수의 ORP 평균은 WE6이 96 mV로 다른 지점에 비해서 낮은 값을 보였지만 WE3, WE4, WE5는 각각 124, 127 및 123 mV로 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. 이것은 동강이 동굴로 유입되는 동안 대기와 단절되면서 WE6의 ORP가 낮아졌지만, 동굴 내부의 산화-환원 환경이 비교적 안정적이기 때문에 WE3~WE5의 ORP 평균이 유사한 것으로 판단된다.
동굴수의 SI 분석 결과를 종합해 보면, 백룡동굴 내부의 휴석소가 흐르는 지점보다 탄산염 광물의 침전이 활발하게 일어나는 것으로 예측되었다. 이러한 결과가 나타난 가장 큰 이유는 휴석소 내 동굴수가 흐르는 동굴수보다 주변 암석과 반응할 수 있는 시간이 더 길기 때문이다.
다른 지점에서도 동굴수가 흐른 흔적이 확인되기는 하지만 강수 발생시 일시적으로 유입되는 지점이다. 동굴의 막장에서 동굴수 유입이 확인되는 WE6에서 동강에 서식하는 어류와 하상 퇴적물이 확인되기 때문에 동강과 WE6이 수리적으로 연결되어 동강의 일부가 백룡동굴로 유입되는 것으로 판단하였다. 또한 야외 조사에서 동굴의 구조상 WE6(상류)와 WE3(하류)의 수리적 연결성을 직접 확인하기 어려웠지만 동굴수의 흐름방향을 고려하여 두 지점이 수리적으로 연결되어 있을 것으로 추정하였다.
7에 나타내었다. 이번 연구에서 WE6과 WE3의 동굴수의 지구화학 특성이 유사하므로 두 지점이 수리적으로 연결된 것으로 판단하였으나, WE6과 WE3 사이 구간에서 동굴수가 추가로 유입되는지 확인할 수가 없었다. 두 지점의 유량을 측정하고 두 지점의 상관관계를 분석하면 추가적인 동굴수의 유입 여부를 판단할 수 있지만 두 지점에서 유량 및 유속을 측정하기 위해 접근하는 것이 매우 어려웠다.
또한 분석 및 평가 결과를 이용하여 동굴수의 기원 및 유동특성을 평가하였다. 백룡동굴은 동굴 입구 주변에서 대기의 영향을 받기는 하지만 다른 지점은 대기의 영향을 거의 받지 않는 것으로 확인되었다. 흐름이 있는 동굴수는 주로 동강으로부터 유입되며 동굴을 통과하는 동안에 물-암석 반응은 활발하게 일어나지 않는 것으로 평가되었다.
두 개의 휴석소는 동굴수가 강수로부터 공급되지만, 유입경로는 서로 다른 것으로 해석하였다. 모든 동굴수에서 탄산염 광물의 포화도가 모두 과포화 상태로 평가되었다. 이것은 동굴 내부에서 탄산염 광물의 용해 반응보다는 탄산염 광물이 침전된다는 것을 의미한다.

후속연구

또한 EC가 동굴수 흐름의 상류인 WE6에 비해서 하류인 WE3에서 더 높은 값을 보이는 것은 동굴수가 이용하면서 EC가 높은 물과 혼합되었거나 물-암석 반응으로 용존성분들의 농도가 높아졌기 때문이다. 이번 연구에서 WE3과 WE6의 연결성을 직접 확인할 수 없었으므로 WE3과 WE6의 연결성을 명확하게 확인하기 위해서는 추적자를 이용한 추가적인 연구가 필요하다.
두 지점의 유량을 측정하고 두 지점의 상관관계를 분석하면 추가적인 동굴수의 유입 여부를 판단할 수 있지만 두 지점에서 유량 및 유속을 측정하기 위해 접근하는 것이 매우 어려웠다. 앞으로 추가적인 조사를 통해 이를 확인하는 것이 필요하며 백룡동굴의 성인 및 구조를 좀 더 명확하게 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다. 백룡동굴 내부의 두 개의 휴석소 중에 WE4는 휴석소의 뒤쪽에 흐른 흔적이 확인되므로 강수가 많은 경우에 일시적으로 동굴수가 공급되고, WE5는 천장으로부터 떨어지는 낙수 형태로 동굴수가 공급되는 것으로 판단된다.
그러나, 백룡동굴과 같은 개방동굴은 관람객의 유입으로 인해 미공개 동굴보다 환경변화(동굴 내부 온도, 이산화탄소 농도 등)가 빠르게 일어날 수 있다. 따라서 동굴의 환경을 보존하고 관광상품으로써 동굴을 지속적으로 이용하기 위해서는 지속적인 모니터링을 통해 동굴의 환경변화를 평가하고 동굴의 운영 및 관리 방안 마련 시 평가 결과를 기초자료로 활용하는 것이 필요하다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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