GIS 및 계층분석법을 이용한 지하수 오염 취약성 평가 및 관리 우선 대상 지역 평가

이명진 ( Moung Jin Lee ),현윤정 ( Yun Jung Hyun ),황상일 ( Sang Il Hwang ) 한국지리정보학회 2015 한국지리정보학회지 Vol.18 No.3

본 연구는 기존의 지하수 오염 취약성 평가 방법을 개선하고, 연구지역에 적용하여 보다 정량적인 지하수 오염 취약성 분석을 기반으로 지하수 관리 우선 대상 지역을 선정하는 것이다. 이를 위하여 첫째, 기존의‘잠재오염’중심의 지하수 오염 취약성 평가 방법을 오염을 완화시키는‘대응능력’을 고려한 방법론으로 개선하였다. 둘째, 계층분석 방법(AHP)과 지하수 전문가의 설문을 바탕으로 지하수 오염 취약성 평가 인자의 가중치를 산정하였다. 셋째, 광역지자체(경기도)를 연구지역으로 선정하고 개선된 방법론 및 가중치를 GIS로 구현하여 실제 지하수 오염 취약성 평가를 수행하였다. 넷째, 정량적 지하수 오염 취약성 평가도를 바탕으로 지하수 오염 관리 우선 대상 지역을 선정하였다. 본 연구에서 개선된 지하수 오염 취약성 평가 세부 평가인자는 총 15개 이며, 이에 대한 AHP를 활용한 가중치의 산정결과에서 기존의‘잠재오염’에 해당하는 평가인자 보다 신규로 개선된‘대응능력’이 높은 가중치로 분석되었다. 또한 GIS를 활용한 경기도 지역의 지하수 오염 취약성 평가 결과 서울에 인접한 고양시 및 광명시 등이 지하수 오염 취약성이 높았으며, 포천시 및 양평군이 상대적으로 취약성이 낮은 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 기존의 지하수 오염 취약성 평가를 개선하였고 실제 연구지역에 적용하였다. 본 연구의 결과는 향후 국가 및 지자체 차원의 지하수 관리 기본계획에 직간접적으로 활용이 가능할 것으로 판단된다. The purpose of this study is to improve the previous groundwater contamination vulnerability assessment method, apply it to the study area, and select priority areas for groundwater management based on the quantitative analysis of groundwater contamination vulnerability. For this purpose, first, the previous‘potential contamination’ based on groundwater contamination vulnerability assessment method was upgraded to the methodology considering‘adaptation capacity’which reduced contamination. Second, the weight of groundwater contamination vulnerability assessment factors was calculated based on the analytical hierarchy process(AHP) and the result of survey targeting groundwater experts. Third, Gyeonggi-do was selected as the study area and the improved methodology and weight were implemented with GIS and actual groundwater contamination vulnerability assessment was carried out. Fourth, the priority area for groundwater contamination management was selected based on the quantitative groundwater contamination vulnerability assessment diagram. The improved detailed groundwater contamination vulnerability assessment factors in this study were a total of 15 factors, and 15 factors were analyzed as new and improved weight with higher``adaptation capacity`` than the assessment factor corresponding to the previous ``potential contamination`` in the weight calculation result using AHP. Also, the result of groundwater contamination vulnerability assessment in Gyeonggi Province using GIS showed that Goyang and Gwangmyeong which were adjacent to Seoul had a high groundwater contamination vulnerability and Pocheon and Yangpyeong County had a relatively low groundwater contamination vulnerability. In this study, the previous groundwater contamination vulnerability assessment was improved and applied to study areas actually. The result of this study can be utilized both directly and indirectly for the groundwater management master plan at national and local government level in the future.

DRASTIC 모델 및 지하수 수치모사 연계 적용에 의한 부여읍 일대의 지하수 오염 취약성 평가

이현주,박은규,김강주,박기훈,Lee, Hyun-Ju,Park, Eun-Gyu,Kim, Kang-Joo,Park, Ki-Hoon 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.1

본 연구에서는 지하수 오염 취약성 평가 방법 중 가장 활용도가 높은 DRASTIC 기법 및 지하수 수치모사 기법을 병행하여 충청남도 부여군 부여읍 일대의 지하수 오염 취약성 변화를 평가하였다. 특히, DRASTIC 기법에서 사용되는 7가지 수리인자들 중 취약성에 대한 민감도가 상대적으로 높고 비교적 장기간 자료의 획득이 용이하지 않은 '지하수위(depth to water)' 인자에 대하여 수치모사 기법을 적용하여 시-자료에 대한 동적 보간을 실시하였으며, 이를 통하여 시간에 따른 지하수위 변화가 지하수 오염 취약성에 미치는 영향을 검토하였다. 연구의 대상 지역은 부여군 부여읍 일대로 충적 대수층을 대상으로 기 실시된 지하수 수위자료를 보정대상으로 하였으며 연구지역의 지하수위 분포양상을 모사하기 위하여 유한차분모델인 MODFLOW를 이용하였다. 지하수 수치모사에는 정류 및 부정류 모사가 모두 실시되었다. 그 결과 기존 지구통계기법을 통한 지하수위 보간에서 가장 큰 가중치를 갖는 지형적 요인뿐만 아니라 유역 암상이나 지질특성 등과 같은 제반 수리지질학적 요인까지 복합적으로 반영하는 지하수위 자료를 얻을 수 있었다. 기존 연구에서 수위자료를 보완할 때 주로 이용되는 기법인 크리깅은 수치모사와는 달리 강우나 계절적 영향, 암상이나 지질등과 같은 요인들은 반영하지 못한다. 또한 수치모사를 통하여 얻어진 수위자료는 부정류 모사가 가능함으로 인하여 풍수기와 갈수기 그리고 평수기의 지하수위 변화 등도 파악할 수 있다는 장점이 있다. 모사를 통하여 얻어진 지하수위 자료와 공동크리깅 방법을 통해 얻어진 지하수위 자료를 입력자료로 하여 연구지역에 지하수 오염 취약성을 비교 평가한 결과 평수기의 경우 유사한 경향의 지하수 오염 취약성을 보였다. 또한 공동크리깅을 통해 분석이 어려운 분기별 지하수 오염 취약성 평가 결과 강우량이 많은 여름철을 포함한 분기와 강우량이 가장 적은 겨울철을 포함한 분기가 뚜렷한 취약성 차이를 보이는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제시하는 바와 같이 지하수 오염 취약성 평가에 있어 가장 큰 민감도를 갖는 수위자료의 수가 공간적 혹은 시간적으로 부족한 경우 수치모사 적용을 통해 자료의 한계성을 보완할 수 있으며 시간적인 보간이 이루어질 수 있어 유용할 수 있을 것이라 판단된다. In this study, we developed a technique of applying DRASTIC, which is the most widely used tool for estimation of groundwater vulnerability to the aqueous phase contaminant infiltrated from the surface, and a groundwater flow model jointly to assess groundwater contamination potential. The developed technique is then applied to Buyeo-eup area in Buyeo-gun, Chungcheongnam-do, Korea. The input thematic data of a depth to water required in DRASTIC model is known to be the most sensitive to the output while only a few observations at a few time schedules are generally available. To overcome this practical shortcoming, both steady-state and transient groundwater level distributions are simulated using a finite difference numerical model, MODFLOW. In the application for the assessment of groundwater vulnerability, it is found that the vulnerability results from the numerical simulation of a groundwater level is much more practical compared to cokriging methods. Those advantages are, first, the results from the simulation enable a practitioner to see the temporally comprehensive vulnerabilities. The second merit of the technique is that the method considers wide variety of engaging data such as field-observed hydrogeologic parameters as well as geographic relief. The depth to water generated through geostatistical methods in the conventional method is unable to incorporate temporally variable data, that is, the seasonal variation of a recharge rate. As a result, we found that the vulnerability out of both the geostatistical method and the steady-state groundwater flow simulation are in similar patterns. By applying the transient simulation results to DRASTIC model, we also found that the vulnerability shows sharp seasonal variation due to the change of groundwater recharge. The change of the vulnerability is found to be most peculiar during summer with the highest recharge rate and winter with the lowest. Our research indicates that numerical modeling can be a useful tool for temporal as well as spatial interpolation of the depth to water when the number of the observed data is inadequate for the vulnerability assessments through the conventional techniques.

농촌지역 지하수의 오염 예측 방법 개선방안 연구: 충남 금산 지역에의 적용

정범근,채기탁,고동찬,고경석,구민호,Cheong, Beom-Keun,Chae, Gi-Tak,Koh, Dong-Chan,Ko, Kyung-Seok,Koo, Min-Ho 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.4

지하수의 오염 예측 기법의 개선을 위하여 미국 환경청(U.S. EPA)에서 개발된 지하수 오염 취약성 평가방법인 DRASTIC 모델(Aller et al., 1987), Panagopoulos et al.(2006)가 제안한 M-DRASTIC, Rupert(1999)가 제안한 LSDG 방법을 충남 금산 지역에 적용하였다. 충남 금산 지역은 농업을 비롯한 다양한 토지이용 특성과 아울러 다양한 지질, 지형, 토양 분포를 나타내어 지하수 오염예측 기법의 개선을 위한 연구에 최적의 조건을 갖추고 있다. DRASTIC 평가를 위하여 149개의 충적층 관정에 대한 수질 및 수리지질 조사가 수행되었으며, 지하수의 질산염 이온의 농도와 각 예측 방법으로부터 도출된 지수와의 상관관계 분석을 통하여 예측방법의 효용성을 평가하였다. EPA DRASTIC은 지하수 심도, 순 충진량, 대수층 매질, 토양 매질, 지형 경사, 비포화대 매질, 수리전도도 등 수리지질학적 인자들을 이용하여 지하수 오염 취약성을 상대적으로 평가하는 방법으로, 지하수의 잠재오염원에 대한 정보가 포함되지 않으므로 지하수 오염을 예측하는데 비효율적이다. 본 연구 결과, 관정 주변 150 m 영역의 DRASTIC 지수와 해당 관정의 질산염 이온 농도의 상관관계는 0.058로 낮게 나타났다. 한편, M-DRASTIC의 경우 DRASTIC과 사용하는 인자는 같으나 등급과 가중치를 실제 질산염 이온 농도의 비율로부터 산출한다. 등급만을 수정하였을 경우 0.245, 등급과 가중치를 모두 수정하였을 경우 질산염 이온 농도와의 상관관계는 0.400로 지하수 오염 예측율이 개선되었다. LSDG 방법은 토지이용(Land use), 토양 배수(Soil drainage), 지하수면 심도(Depth to water), 지질(Geology)를 특성에 따라서 구분하고 해당 지역의 질산염 이온 농도 평균의 차이를 통계적으로 분석하여 등급을 산정하는 기법으로, 금산 지역에 적용한 결과 질산염 이온 농도와의 상관관계가 0.415로 개선되었다. 결과적으로 LSDG를 적용하였을 경우 EPA DRASTIC 보다 질산염 이온 농도와의 상관관계가 0.357만큼 개선되었다. M-DRASTIC과 LSDG의 예측율이 증가하는 것은, 이 방법들의 등급과 가중치에는 현재의 오염현황이 반영되기 때문으로 질산염 이온 오염 가능성을 귀납적으로 예측하기 때문이다. LSDG의 예측율이 가장 높은 이유는 LSDG에는 잠재오염원으로 분류되는 토지이용이 포함되었기 때문인 것으로 판단된다. Groundwater pollution prediction methods have been developed to plan the sustainable groundwater usage and protection from potential pollution in many countries. DRASTIC established by US EPA is the most widely used groundwater vulnerability mapping method. However, the DRASTIC showed limitation in predicting the groundwater contamination because the DRASTIC method is designed to embrace only hydrogeologic factors. Therefore, in this study, three different methods were applied to improve a groundwater pollution prediction method: US EPA DRASTIC, Modified-DRASTIC suggested by Panagopoulos et al. (2006), and LSDG (Land use, Soil drainage, Depth to water, Geology) proposed by Rupert (1999). The Modified-DRASTIC is the modified version of the DRASTIC in terms of the rating scales and the weighting coefficients. The rating scales of each factor were calculated by the statistical comparison of nitrate concentrations in each class using the Wilcoxon rank-sum test; while the weighting coefficients were modified by the statistical correlation of each parameter to nitrate concentrations using the Spearman's rho test. The LSDG is a simple rating method using four factors such as Land use, Soil drainage, Depth to water, and Geology. Classes in each factor are compared by the Wilcoxon rank-sum test which gives a different rating to each class if the nitrate concentration in the class is significantly different. A database of nitrate concentrations in groundwaters from 149 wells was built in Keumsan area. Application of three different methods for assessing the groundwater pollution potential resulted that the prediction which was represented by a correlation (r) between each index and nitrate was improved from the EPA DRASTIC (r = 0.058) to the modified rating (r = 0.245), to the modified rating and weights (r = 0.400), and to the LSDG (r = 0.415), respectively. The LSDG seemed appropriate to predict the groundwater pollution in that it contained land use as a factor of the groundwater pollution sources and the rating of each class was defined by a real pollution nitrate concentration.

DRASTIC과 지하수 수질에 의한 창원시 지하수 오염취약성 평가

함세영,정재열,김무진,김인수,황한석,Hamm Se-Yeong,Cheong Jae-Yeol,Kim Moo-Jin,Kim In-Soo,Hwang Han-Seok 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.6

본 연구는 DRASTIC 기법과 지하수 자료를 이용하여 창원시의 공단지역과 주거상업지역의 지하수 오염취약성을 평가하였다. DRASTIC 기법은 원래 오염원이 지표에 있으며 강우의 침투와 함께 오염물질이 지하수로 유입되는 조건에 적용시켰었다. 공단지역은 대체로 주거상업지역보다 높은 DRASTIC 평가지수를 가진다. 그러나, 주거상업지역 중 용지동지역은 연구지역 중에서 가장 낮은 DRASTIC 평가지수를 가짐에도 불구하고 지하수 오염정도가 높다. 이러한 사실은 도시지역의 지하수 오염이 과잉양수와 이에 따른 지하수위 하강과 밀접하게 관련된다는 것을 지시한다. 각 동별 최소 DRASTIC 평가지수와 먹는물 수질 부적합의 상관계수는 0.4로서 비교적 낮다. 그러나, 각 동별 최소 DRASTIC 평가지수와 지하수 사용량의 상관계수는 0.70이고, 각 동별 최소 DRASTIC 평가지수와 지하수 공 분포밀도의 상관계수는 0.87로서 높게 나타난다. 따라서, 도시지역에서 지하수 오염취약성을 평가하기 위해서는 기존의 DRASTIC 평가요소뿐만 아니라 지하수 사용량과 지하수 공 분포 밀도와 같은 인위적인 요소도 함께 고려하는 것이 필요하다. This study assesses groundwater vulnerability to contaminants in industrial and residential/commercial areas of the city of Changwon, using DRASTIC technique and groundwater data. The DRASTIC technique was originally applied to situations in which the contamination sources are at the ground surface, and the contaminants flow into the groundwater with infiltration of rainfall. Mostly the industrial area has higher DRASTIC indices than the residential/commercial area. However, a part of the residential/commercial area having much groundwater production and great drawdown is more contaminated in groundwater than other industrial and the residential/commercial areas even if it has lowest DRASTIC indices in the study area. It indicates that groundwater contamination in urban areas can be closely related to excessive pumping resulting in a lowering of the water level. The correlation coefficient between minimum DRASTIC indices and the degree of poor water quality for 10 districts is as low as 0.40. On the other hand, the correlation coefficients between minimum DRASTIC indices and the groundwater discharge rate, and between minimum DRASTIC indices and well distribution density per unit area are 0.70 and 0.87, respectively. Thus, to evaluate the potential of groundwater contamination in urban areas, it is necessary to consider other human-made factors such as groundwater withdrawal rate and well distribution density per unit area as well as the existing seven DRASTIC factors.

객체지향 지리 데이터 모델에 의한 지하수의 오취약성 분석을 위한 관리시스템 구현

이홍로 한국지리정보학회 2003 한국지리정보학회지 Vol.6 No.2

이 논문은 객체지향 데이터 모델을 이용하여 지하수 오염 취약성 평가를 위한 시스템을 설계?구현하는 것이다. 응용 지리영역에서 지형지물을 추출하여 지리-객체로 규정하고, 관정으로부터 추출된 화학적 요소들로부터 지리-필드를 규정한다. 또한 이 지리-객체와 지리-필드 사이의 위상 관계를 보여주기 위해서 토지 이용도와 지하수에 표현된 화학 성분에 등급과 가중치를 부여한다. 지형 클래스, 행정 경계 클래스, 토지 이용 클래스와 관정 클래스는 관정 객체들 사이에 공간 관계성을 가지는 클래스합성계층구조를 이루며, 이 클래스 계층구조는 편리한 오염취약성 평가를 위한 기반이 된다. 이 연구를 통해 구현된 지하수 오염 취약성 평가를 위한 효율적인 관리시스템은 다른 자연환경의 오염 취약성 평가에도 기여할 수 있다. This paper designs and implements the management system that can calibrate the contamination vulnerability of the ground water, using an object oriented data model. Geographic-objects are specified by features extracted form an applicable geographic domain, and geographic-fields are defined by chemical factors extracted from each driven water. To show the topological relationships among the geographic-objects and the geographic-fields, this paper attach the weight and the ratio of the drastic model to chemical factors represented on the land use digital map and the ground water digital map. The geographic feature class, administrative boundary class, land use class and driven water class consist of a class composition hierarchy for evaluating the convenient contamination vulnerability calibration with spatial relationships among the well objects. Therefore, this management system for evaluating the contamination vulnerability can also contribute to the application of other natural environments.

토양통 속성을 이용한 지하수 오염 위험도 평가

이승헌 ( Seung Heon Lee ),김영일 ( Young Il Kim ),김병기 ( Byeong Ki Kim ) 한국환경농학회 2008 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2008 No.2

잠재오염원을 이용한 포항지역의 광역적 지하수 오염 위험성 평가

이사로 ( Sa Ro Lee ),김용성 ( Yong Seong Kim ),김덕근 ( Dauk Geun Kim ) 한국지리정보학회 2006 한국지리정보학회지 Vol.9 No.3