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문제 정의
- 특히 질산성질소와 같은 비점오염원에 대한 모니터링은 토지이용 등에 따른 오염분포의 변화양상을 확인할 수 있는 수단으로 이용될 것이다. 따라서 본 연구에서는 논산지역 의 지하수 수질을 조사하고 이를 토양특성, 지질 및 토지이용과 관련하여 정량적인 통계분석을 통하여 해석하고자 하였다.
- 는 독립변수들의 값이며, Bq, B1, …, Bp는 자료로부터 측정된 계수들 이다. 본 연구에서는 토지이용도를 범주변수로 설정하고 토양 특성 자료를 사용하여 토지이용에 따른 판별함수를 구한 후 토양특성에 따른 토지이용의 변화나 공통성을 해석하고자 하였다. 판별 분석(DA)을 위해서는 주성분분석과 마찬가지로 XLSTAT®을 이용하였다.
제안 방법
- 지질 특성을 이용한 판별분석 결과는 3개의 지질 즉, 화강암, 변성퇴적암(옥천계) 및 편마암의 3개 그룹에 대하여 분석을 수행하였다. 판별분석에서 얻어진 판별함수(discriminant function) 1(DF1)은 고유값이 3.
- 2004년 10월에서 12월에 걸쳐 126개소에서 현장조사와 시료채취를 실시하고 현황조사를 실시하였다. 채취되는 지하수 시료는 관측정의 수리지구화학적 대표성을 나타내기 위하여 양수를 하면서 온도, 수소이온농도(pH) 및 전기전도도를 측정하여 이들이 안정된 값을 나타낼 때까지 기다린 후 시료를 채취되었다.
- 연구지역인 논산시는 중생대 화강암이 분포하는 지역은 평야지대, 선캠브리아 변성암이 분포하는 지역은 구릉지대, 옥천층군인 변성퇴적암이 분포하는 지역은 산지 지형을 이루고 백악기 화산 암이 분포하는 지역은 산릉을 이루는 등 그 구분이 뚜렷하게 나타난다. 토지이용도는 논，밭, 초 지 및 임야, 인공초지, 주거지, 공업 및 교통시설, 점오염원, 수계로 분류되어 작성되었으며, 토양 W도는 토지 발달의 정도에 따라 크게 4분류하고 다시 11개로 세분류하여 토양도를 작성하였다. 대분류된 토양의 특성은 Ents(Entisols)는 토양발달이 극히 미약하고 토심이 얕으며 토양화과정에 나타나는 층위의 발달이 없거나 발달의 초기단계인 토양이며, Epts(Inceptisols)는 토양의 발달정도가 미약하나 Entisols보다 더 진화된 토양이다.
- 판별 분석(DA)을 위해서는 주성분분석과 마찬가지로 XLSTAT®을 이용하였다. 판별 분석에는 지하수 시료 126개에 대한 분석자료를 이용하여 지질, 토지이용 및 토양 특성별로 분류하여 연구를 수행하였다.
대상 데이터
- 시범연구지역으로 선정된 논산시에 대하여 126개의 시료를 채취하여 분석을 실시하였다. 2004년 10월에서 12월에 걸쳐 126개소에서 현장조사와 시료채취를 실시하고 현황조사를 실시하였다. 채취되는 지하수 시료는 관측정의 수리지구화학적 대표성을 나타내기 위하여 양수를 하면서 온도, 수소이온농도(pH) 및 전기전도도를 측정하여 이들이 안정된 값을 나타낼 때까지 기다린 후 시료를 채취되었다.
- 시범연구지역으로 선정된 논산시에 대하여 126개의 시료를 채취하여 분석을 실시하였다. 2004년 10월에서 12월에 걸쳐 126개소에서 현장조사와 시료채취를 실시하고 현황조사를 실시하였다.
성능/효과
- 지하수 수질조사는 분기별로 실시되는 간이상수도 수질에 대한 논산지역의 2004년 3/4분기에서 2005년 3/4 분기까지의 5회간의 14개 항목의 정기 분석 항목에 대한 논산시 수도사업소의 수질 모니터링 결과를 살펴보면 약 13-21% 정도가 수질 기준을 초과하는 것으로 확인되었다 (표 1； 그림 1). 각 성분별 분포도에서 확인할 수 있었듯이 수질기준 초과 지역은 거의 같은 곳에서 반복적으로 발생하고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 탁도 같은 것은 지역적인 것과는 상관없이 관정 관리 상태에 따라 많은 영향을 받는 것으로 사료되었다.
- 지하수의 공간적인 비소분포양상을 조사한 결과 주로 옥천 대 변성퇴적암과 밀접한 상관성이 있는 것으로 나타났다. 각 수질성분의 지질별 농도분포 결과에 서도 주요 오염성분인 Na*, Cl-, NO3-는 화강암 분포지역에서 높은 값을 보여주며 이 지역이 대부분 낮은 고도에 위치하고 농경과 거주지가 집중되어 오염에 취약한 특징을 가지는 것으로 판단 한다. 이에 반해 pH와 비소는 옥천대 변성퇴적암 지역에서 상대적으로 높게 나타나고 있다.
- 이는 농촌 생활용수 를 모두 간이급수시설로 전환하여 수질오염 관리를 보다 효율적으로 하였기 때문으로 사료된다. 비록 질산성질소, 비소, 불소 등 자연적인 요건에 의해 발생하는 수질오염은 제거하기 어려웠지만 일반세군, 대장균 같은 요인은 관리 여부에 따라 충분히 방지할 수 있음을 확인하였다.
- 연구지역인 논산시는 중생대 화강암이 분포하는 지역은 평야지대, 선캠브리아 변성암이 분포하는 지역은 구릉지대, 옥천층군인 변성퇴적암이 분포하는 지역은 산지 지형을 이루고 백악기 화산 암이 분포하는 지역은 산릉을 이루는 등 그 구분이 뚜렷하게 나타난다. 토지이용도는 논，밭, 초 지 및 임야, 인공초지, 주거지, 공업 및 교통시설, 점오염원, 수계로 분류되어 작성되었으며, 토양 W도는 토지 발달의 정도에 따라 크게 4분류하고 다시 11개로 세분류하여 토양도를 작성하였다.
- 지하수 수질조사는 분기별로 실시되는 간이상수도 수질에 대한 논산지역의 2004년 3/4분기에서 2005년 3/4 분기까지의 5회간의 14개 항목의 정기 분석 항목에 대한 논산시 수도사업소의 수질 모니터링 결과를 살펴보면 약 13-21% 정도가 수질 기준을 초과하는 것으로 확인되었다 (표 1； 그림 1). 각 성분별 분포도에서 확인할 수 있었듯이 수질기준 초과 지역은 거의 같은 곳에서 반복적으로 발생하고 있음을 확인할 수 있었다.
- 시 범연구지역 인 논산의 경우 옥천대의 영 향에 따라 비 소 오염 이 관찰되 는데 1개소가 수질기준 인 50 iig/L를 초과하며, WHO 기준인 10 iig/L를 적용하면 9개 정도의 시료가 기준을 초과하여 전체에서 약 7 % 내외를 차지하였다. 지하수의 공간적인 비소분포양상을 조사한 결과 주로 옥천 대 변성퇴적암과 밀접한 상관성이 있는 것으로 나타났다. 각 수질성분의 지질별 농도분포 결과에 서도 주요 오염성분인 Na*, Cl-, NO3-는 화강암 분포지역에서 높은 값을 보여주며 이 지역이 대부분 낮은 고도에 위치하고 농경과 거주지가 집중되어 오염에 취약한 특징을 가지는 것으로 판단 한다.
- 토양 특성에 대한 판별분석 결과 4개 대분류의 경우 오차율이 13.16%, 8개의 소분류에 대해서는 37.72%의 오차율을 보여주어 토지이용보다는 비교적 정확한 분포를 보여주는 것으로 사료되었다. 이는 토양 발달이 지질과 밀접한 상관성으로 보여주기 때문에 나타나는 결과로 판단된다.
- 토지이용에 따른 판별분석결과는 오차율이 52.63%로 지질특성과는 달리 뚜렷한 상관성을 보이지 않음을 알 수 있었다. 이는 연구지역에 점오염원으로 존재하는 인자들에 대한 평가가 고려되지 않았고 또한 토지이용 영향 반경효과가 복합적으로 통계분석에 이용되지 못하였기 때문으로 사료된다.
- 표 2는 초기 지질 분류와 판별 분석에 의한 예측자료가 어느 정도 오차를 보여주는지를 나타내는 혼돈 행렬(confusion matrix) 이다. 판별분석 결과 전체 자료의 초기 설정값과 예측값 사이의 오차는 5.56%이며, 판별분석에 의해 예측된 자료는 화강암으로 분류되는 시료가 기개로 3개 감소하였으며 옥천계 시료는 38개 로 1개 증가, 편마암은 17개로 2개 증가함을 알 수 있었다. 이러한 지질 분류에 의한 판별분석 결과는 수질 특성을 예측할 수 있는 기법으로 사용될 수 있을 것이다.
- 지질 특성을 이용한 판별분석 결과는 3개의 지질 즉, 화강암, 변성퇴적암(옥천계) 및 편마암의 3개 그룹에 대하여 분석을 수행하였다. 판별분석에서 얻어진 판별함수(discriminant function) 1(DF1)은 고유값이 3.418이고 총 분산(total variance)의 91.1%를 설명하며 매우 높은 유의성 (99.99%)을 가짐을 알 수 있었다. 표준화된 판별함수계수로부터 판별함수 1은 전기전도도(EC), Ca, Mg, Si가 가장 중요한 판별 변수임을 알 수 있었으며, 그 다음으로 As, HCO3, Na 및 pH가 판별함수 1에 영향을 미침을 알 수 있었다.
- 99%)을 가짐을 알 수 있었다. 표준화된 판별함수계수로부터 판별함수 1은 전기전도도(EC), Ca, Mg, Si가 가장 중요한 판별 변수임을 알 수 있었으며, 그 다음으로 As, HCO3, Na 및 pH가 판별함수 1에 영향을 미침을 알 수 있었다. 이는 농업활동과 인간거주 등 인위적인 요인과 지질 요인이 복합적으로 지하수 수질에 작용함을 확인시켜 주는 결과이다.
후속연구
- 즉 각각 시료들은 대부분 2개 이상의 토지이용에 영향을 받고 있으나 판별분석시에는 주요 인자 한개씩만 고려되어 이의 효과를 나타내지 못하기 때문이다. 따라서 이러한 인자를 복합적으로 적용 할 수 있는 방법이 고려되어야 토지이용의 영향을 나타낼 수 있을 것으로 사료된다.
- 56%이며, 판별분석에 의해 예측된 자료는 화강암으로 분류되는 시료가 기개로 3개 감소하였으며 옥천계 시료는 38개 로 1개 증가, 편마암은 17개로 2개 증가함을 알 수 있었다. 이러한 지질 분류에 의한 판별분석 결과는 수질 특성을 예측할 수 있는 기법으로 사용될 수 있을 것이다.
- 지하수 수질에 대한 특성을 알아보기 위해서는 주요 이온 성분에 대한 분포도와 모 니터링 결과가 중요하다. 특히 질산성질소와 같은 비점오염원에 대한 모니터링은 토지이용 등에 따른 오염분포의 변화양상을 확인할 수 있는 수단으로 이용될 것이다. 따라서 본 연구에서는 논산지역 의 지하수 수질을 조사하고 이를 토양특성, 지질 및 토지이용과 관련하여 정량적인 통계분석을 통하여 해석하고자 하였다.
- 이는 비소가 지표 오염물질의 유입과는 상관이 없으며 지질특성에 기원하였음을 보여준다. 흑색셰일 등을 포함하는 변성퇴적암류에 비소는 황화물 형태로 존재할 수 있으나 지질별 지하수 수질분석에서 pH는 상대적으로 높고 SO42' 함량은 특별히 차이가 난다고 할 수 없으므로 이 지역의 비소유 출 기작을 단언할 수 없으며 비소 기원물질의 지구화학적 특성에 대한 확인과 보다 정밀한 조사 가 요구된다.
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