[논문]도서지역 지하수 장기관측자료를 이용한 해수침투 사례분석

김진호; 송성호; 이규상; 설민구

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김진호 (농업기반공사 농어촌연구원) , 송성호 (농업기반공사 농어촌연구원) , 이규상 (농업기반공사 농어촌연구원) , 설민구 (농업기반공사 지하수사업처)

우리나라 서남해 도서지역의 암반대수층을 통한 해수침투 실태 파악과 합리적인 지하수 이용관리 계획을 수립하기 위하여 농림부와 농업기반공사가 운영중인 해수침투 관측망에 대한 대략적인 소개와 일부 지역의 운영 사례를 제시하였다. 강화도 숭뇌지역 운영사례에서는 2002년 1월 1일부터 11월 30일까지의 수위, 전기전도도, 수온 등 세 항목의 지하수 장기관측 결과와 전기전도도 검층, 변형된 단극배열 전기비저항 탐사 및 지하수 시료들의 이온분석 결과를 바탕으로 관측정의 해수유입 실태를 파악하였으며, 소유역에 대한 개략적인 해수침투 유형파악이 가능함을 확인하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 이러한 해수침투 관측망에 대한 대략적인 소개와 더불어 사례로 강화도 숭뇌 지역의 해안변 소유역에 대하여 예비적인 조사결과를 토대로 해수침투 관측망 운영 사례를 분석하여 제시하였다.

제안 방법

우리나라 서남해 도서지역에 해수침투 조사용으로 설치된 36개소의 지하수 장기관측망 중 강화도 숭뇌지역에 설치된 3개소의 관측망 사례로 해수침투 유형을 알아보았다.
이 연구에서는 각 관측정 지하수에 대한 지구화학적 분석을 위하여 장기 양수 후 시료를 채 취하여 이온 분석하였다. 자료 해석은 해수 침입의 영향을 효과적으로 판단할 수 있는 방법으로 Revelle(1941)이 제시한 C₁/HCO₃ 몰비를 이용하였는데, well 1과 well 2의 경우는 3~11 정도의 범위로 상대적으로 해수침입에 따른 영향이 큰 것으로 나타났다.
이 연구에서는 해수유입에 의해 전기전도도가 약 4, 000 “S/cm에서 9, 000“S/cm로 급격한 증가가 나타난 well 2 관측정의 42-52 m 구간의 네 지점에 대하여 조석변화에 의한 전기전도도 변화를 측정하기 위하여 24시간 동안의 전기전도도 변화를 모니터링 하였다. 분석 결과 네 지점 에서 시간 경과에 따른 전기전도도의 변화 양상은 나타나지 않았으며, 지하수위 변화가 조위변화 와 무관한 장주기의 변화를 나타내는 것으로 보아 향후 추가로 정밀한 조사가 필요한 것으로 판단된다.
이 지역에서 수리지질 특성을 파악하기 위한 현장 기초조사로 관측정 위치 및 전기비저항 탐사 위치에 대한 정확한 좌표 및 해발고도 측정을 위하여 GPS 측위를 수행하였으며, 염수침입 현상을 규명하기 위하여 변형된 단극배열(modified pole-pole array) 전기비저항 탐사를 수행하여 이 지역에 대한 수리지질 특성에 대한 2차원 영상을 구현하였다<;그림 1>.
해수침투 조사 사례는 전체 관측망 운영지역 중 해안변 소유역을 대상으로 한 인천광역시 강화군의 숭뇌지역에 대하여 관측망 위치 파악을 위한 GPS (Global Positioning System) 측위, 수리지질구조 파악을 위한 2차원 전기비저항 탐사, 각 관측정의 심도별 염수침입 상태 파악을 위한 공내 전기전도도 검층, 공내 지하수의 수질특성 파악을 위한 이온분석 및 장기간의 지하수위 및 전기전도도 변화 모니터링 결과를 체계적으로 분석하였다.

대상 데이터

숭뇌지역 관측정 3곳에 대하여 2002년 1년 동안 장기관측자료를 분석하였는데, 이때 수문자 료는 강화기상대의 관측 자료를 이용하였다. 강수 자료를 분석한 결과 2~4월에는 상대적으로 강수량이 적었지만, 5월 초에서 중순까지 그리고 6월 중순 이후부터 강수량이 집중되었으며 8월 경에는 태풍 루사 등으로 인해 특히 많은 강수량을 보였다<그림 3(a)>,

성능/효과

강수 자료를 분석한 결과 2~4월에는 상대적으로 강수량이 적었지만, 5월 초에서 중순까지 그리고 6월 중순 이후부터 강수량이 집중되었으며 8월 경에는 태풍 루사 등으로 인해 특히 많은 강수량을 보였다,
자료 해석은 해수 침입의 영향을 효과적으로 판단할 수 있는 방법으로 Revelle(1941)이 제시한 C₁/HCO₃ 몰비를 이용하였는데, well 1과 well 2의 경우는 3~11 정도의 범위로 상대적으로 해수침입에 따른 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 분석 결과를 이용하여 piper diagram상에 도시한 결과 well 1과 well 2 관측정의 지하수질은 Na-Cl 유형에 해당되는 지점에 도시됨에 따라 본 지하수가 해수에 의한 영향을 크게 받고 있는 것으로 나타났으며, well 3의 경우는 상대적으로 해수에 의한 영향은 적게 받는 것으로 나타났다 (표 1).
이 연구에서는 각 관측정 지하수에 대한 지구화학적 분석을 위하여 장기 양수 후 시료를 채 취하여 이온 분석하였다. 자료 해석은 해수 침입의 영향을 효과적으로 판단할 수 있는 방법으로 Revelle(1941)이 제시한 C₁/HCO₃ 몰비를 이용하였는데, well 1과 well 2의 경우는 3~11 정도의 범위로 상대적으로 해수침입에 따른 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 분석 결과를 이용하여 piper diagram상에 도시한 결과 well 1과 well 2 관측정의 지하수질은 Na-Cl 유형에 해당되는 지점에 도시됨에 따라 본 지하수가 해수에 의한 영향을 크게 받고 있는 것으로 나타났으며, well 3의 경우는 상대적으로 해수에 의한 영향은 적게 받는 것으로 나타났다 (표 1).
전기비저항 탐사 결과 연구지역의 지표하부 약 20-30 m 까지 전기비저항이 5 ohrn-m 이하의 매우 낮은 지층과 그 이하로 수십 ohm -m 내외의 상대적으로 높은 비저항 분포가 나타나는데, 전체적인 전기비저항 분포가 해수에 포화된 정도로 나타남에 따라 이 지역이 과거 조간 대였음을 알 수 있다.

후속연구

이 연구에서는 해수유입에 의해 전기전도도가 약 4, 000 “S/cm에서 9, 000“S/cm로 급격한 증가가 나타난 well 2 관측정의 42-52 m 구간의 네 지점에 대하여 조석변화에 의한 전기전도도 변화를 측정하기 위하여 24시간 동안의 전기전도도 변화를 모니터링 하였다. 분석 결과 네 지점 에서 시간 경과에 따른 전기전도도의 변화 양상은 나타나지 않았으며, 지하수위 변화가 조위변화 와 무관한 장주기의 변화를 나타내는 것으로 보아 향후 추가로 정밀한 조사가 필요한 것으로 판단된다.

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