국내 천연 미네랄수 용존 무기물의 수질 특성 분석

고동찬(Dong-Chan Koh),오용화(Yong Hwa Oh),류종식(Jong-Sik Ryu),정윤영(Youn-Young Jung),고경석(Kyung-Seok Ko) 대한지질학회 2018 대한지질학회 학술대회 Vol.2018 No.10

동위원소비 적외선 분광법(IRIS)을 이용한 물 안정동위원소 분석

정윤영,고동찬,이정훈,고경석,Jung, Youn-Young,Koh, Dong-Chan,Lee, Jeonghoon,Ko, Kyung-Seok 대한자원환경지질학회 2013 자원환경지질 Vol.46 No.6

Recently, stable isotopes (${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$) of water are increasingly analyzed using laser-based technologies. These methods have advantages over Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) in that they can be used for in-situ measurements and require much less maintenance and preparation work. Two types of laser-based methods are currently available, which have different analytical principles; OA-ICOS (off-axis integrated cavity output spectroscopy) and WS-CRDS (wavelength-scanned cavity ring-down spectroscopy). In the WS-CRDS instrument, water is vaporized at controlled environment and transferred to an optical cavity by nitrogen carrier gas, and stable isotopic compositions of water vapor are measured using the degree of absorbance of specific wavelengths and the ratios of attenuation time of the laser intensity with the sensitivity of ppb to tens of ppt level. In this study, we introduce the principle of the WS-CRDS technology and the performance results including stability and comparisons with Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) and suggest possible applications of various topics in isotope hydrology. 물의 $^{18}O/^{16}O$와 $^2H/H$ 조성을 레이저를 이용하여 분석하는 기술은 기존의 IRMS를 이용한 분석방식에 비해 간편한 시료 전처리, 쉬운 장비 유지보수와 현장에서도 응용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 현재 사용되는 레이저 방식을 이용한 물의 안정동위원소 분석은 분석원리에 따라 OA-ICOS(Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy)를 이용한 방식과 WS-CRDS(Wavelength-Scanned Cavity Ring-Down Spectroscopy)를 이용한 방식으로 구분된다. WS-CRDS 방식은 기화된 물 시료를 질소 가스를 이용해 광학 공동(optical cavity)로 이동시킨 후 특정 파장에서의 동위원소체가 가지고 있는 흡수도와 레이저를 투과시켜 광학 공동을 투과하여 나오는 레이저 신호의 감쇠시간의 비측정을 통해 수 ppb에서 수십 ppt까지의 감도로 물의 안정동위원소 조성이 측정 가능하다. 이 연구에서는 WS-CRDS 방식의 분석원리와실제 물시료를 활용하여 기기의 안정성과 동위원소비 질량분석기(Isotope Ratio Mass Spectrometry; IRMS) 방법과의 교차분석을 포함한 기기 성능평가 결과를 소개하고 수리학 분야에서 다양한 주제에 대한 적용 가능성을 제시하였다.

다중 회귀 분석을 이용한 논산 북부 지역 지하수의 질산성 질소 오염 예측

김은영,고동찬,고경석,여인욱,Kim, Eun-Young,Koh, Dong-Chan,Ko, Kyung-Seok,Yeo, In-Wook 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.5

논산 북부지역의 천부 및 암반 지하수는 질산성 질소 농도가 최고 49 mg/L이고, 22%의 시료가 먹는물 수질기준을 초과해 질산성 질소 오염이 심각함을 보여 주었다. 토지 이용 별로 통계적으로 의미있는 농도 차이를 보여 토지 이용이 이 지역 질산성 질소 오염에 대한 주요 지배 요인임을 지시하였다. 이 지역의 질산성 질소 오염을 예측하기 위해 토양 특성, 지형 구배, 토지 이용 등의 지표 수리지질 인자, 관정의 심도와 고도 등의 관정 제원 인자와 현장수질(T, pH, DO, EC)을 변수로 하며, 천부 지하수와 암반 지하수의 두 그룹으로 나누어 다중 회귀 분석을 실시하였다. 수리지질 인자는 관정을 중심으로 하는 원형 버퍼내에서 차지하는 면적 비율을 구하여 변수로 결정하였다. 회귀 분석은 가능한 모든 변수 조합에 대해 실시하였으며 모형의 수정 결정 계수 기준으로 최적 모형을 선정하였다. 수리지 질 인자를 이용한 회귀 분석에서 버퍼 반경에 따라 천부지하수는 50 m, 암반지하수는 300 m에서 가장 높은 결정 계수가 나타났다. 천부 지하수는 암반 지하수보다 높은 결정계수를 보여 지표 수리지질 인자에 더 민감함을 보여 주었다. 천부 지하수에서는 토지 이용, 암반 지하수에서는 토양 특성이 주요 변수였고, 토지 이용 중 주거 지역은 두 그룹에서 모두 중요 변수였다. 수리지질 인자와 현장 수질 항목을 사용한 회귀 분석에서는 천부지하수에서는 EC, 논지역, pH 등이, 암반 지하수에서는 DO, EC, 자연지역 등이 주요 변수였다. 현장 수질 항목이 수리지질 인자보다 월등히 강한 설명력을 보여 일상적으로 측정되는 현장 수질 항목이 질산성 질소 오염 평가에서 개별 관정에 대해 중요한 정보를 제공할 수 있음을 보여 주었다. 이번 연구에서 결정된 최적 버퍼 반경은 관정으로의 오염 물질 유입 시간 추정에 활용될 수 있다. Nitrate concentrations were measured up to 49 mg/L (as $NO_3$-N) and 22% of the samples exceeded drinking water standard in shallow and bedrock groundwater of the northern Nonsan area. Nitrate concentrations showed a significant difference among land use groups. To predict nitrate concentration in groundwater, multiple regression analysis was carried out using hydrogeologic parameters of soil media, topography and land use which were categorized as several groups, well depth and altitude, and field parameters of temperature, pH, DO and EC. Hydrogeologic parameters were quantified as area proportions of each category within circular buffers centering at wells. Regression was performed to all the combination of variables and the most relevant model was selected based on adjusted coefficient of determination (Adj. $R^2$). Regression using hydrogelogic parameters with varying buffer radii show highest Adj. $R^2$ at 50m and 300m for shallow and bedrock groundwater, respectively. Shallow groundwater has higher Adj. $R^2$ than bedrock groundwater indicating higher susceptibility to hydrogeologic properties of surface environment near the well. Land use and soil media was major explanatory variables for shallow and bedrock groundwater, respectively and residential area was a major variable in both shallow and bedrock groundwater. Regression involving hydrogeologic parameters and field parameters showed that EC, paddy and pH were major variables in shallow groundwater whereas DO, EC and natural area were in bedrock groundwater. Field parameters have much higher explanatory power over the hydrogeologic parameters suggesting field parameters which are routinely measured can provide important information on each well in assessment of nitrate contamination. The most relevant buffer radii can be applied to estimation of travel time of contaminants in surface environment to wells.

이온-교환 크로마토그래피를 활용한 유기산 분석: 매립지 침출수의 영향을 받은 지하수에 대한 적용

전수현,고동찬,고경석,Cheon, Su-Hyun,Koh, Dong-Chan,Ko, Kyung-Seok 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.2

생활 폐기물 매립장 침출수에 의해 오염된 지하수에 포함되어 있는 유기산($C_1-C_6$ aliphatic carboxylic acids)들의 정량 분석을 위해서 짧은 분석시간 안에 무기 음이온 뿐만 아니라 유기산까지 정량이 가능한 ion-exchange chromatography를 이용하여 침출수에 용존되어 있는 유기산을 정성 정량하였고, 검출된 유기산의 특성을 평가하였다. 분석 과정에서 $Cl^$, $Br^-$ 등의 halide 이온들의 유기산에 대한 피크 간섭을 줄이기 위해서 이들을 제거하는 전처리를 시료 주입 전에 적용하였다. 음이온 분석과 동일한 분석조건에서 음이온의 간섭을 최소화 하면서 정량이 가능한 유기산들을 선별하였고, 이들 유기산 중에서 음이온의 간섭을 받지 않는 fomate, acetate, propionate, pyruvate, succinate, oxalate에 대해서 정량 분석을 실시하였다. 본 실험에 사용된 유기산의 linear dynamic range는 0.5 mg/L에서부터 20 mg/L까지로 결정하였다. 이 분석법을 쓰레기 매립지 침출수와 주변 지하수에 대해 용존된 유기산과 무기 이온의 정량에 적용하여 높은 농도의 pyruvate와 낮은 수준의 formate와 acetate가 검출되었다. 지하수의 pyruvate 농도는 $Cl^-$, $HCO_3^-$ 농도와 높은 상관성을 보이고, 매립지에서 멀어질수록 농도가 감소하여, pyruvate는 매립지 침출수로부터 유래되었다고 추정되었다. An analytical method using ion-exchange chromatography was developed for simultaneous quantification of low-molecularweight organic acids ($C_1-C_6$ aliphatic carboxylic acids) and inorganic anions, and then applied to the assessment of ground water contaminated by leachates from a municipal solid waste landfill. Peak interferences of halide ions to organic acids were removed by pretreatment of water samples with Ag-containing cartridges. This method allowed accurate detection of low-molecular weight organic acids (i.e., formate, acetate, propionate, pyruvate, succinate, and oxalateas) low as 0.5 mg/L with a linear dynamic range up to 20 mg/L within 11 min run time along with typical inorganic anions. High level of pyruvate and low level of formate and acetate were detected in groundwater and landfill leachates using the analytical method. Pyruvate concentration in groundwater showed a significant correlation with concentrations of $Cl^-$ and $HCO_3^-$, and pyruvate levels decreased along the downgradient from the landfill, indicating the sources of pyruvate are landfill leachate.

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.

시계열 분석을 이용한 하천수위에 따른 다심도 관정의 지하수위 변동해석

하규철,고경석,고동찬,염병우,이강근,Ha Kyoo-Chul,Ko Kyung-Seok,Koh Dong-Chan,Yum Byoung-Woo,Lee Kang-Kun 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.3

지하수위와 하천수위와의 상호반응과 수리적으로 다른 특성을 가지는 각 층별(실트질 모래층, 자갈모래층, 풍화대층) 반응관계를 알아보기 위하여 시계열 분석에서 많이 사용되어 온 방법인 자기상관분석과 교차상관분석방법을 이용하였다. 만경강 하천부지에 각 층을 대표하는 깊이에서 지하수위를 관측한 결과, 지하수위가 강수량보다는 하천수위변동에 민감하게 반응하고 있었다. 연구지역의 하천수위변동은 만경강 제수문의 조절과 조석의 영향을 받아 주기적인 수위변동이 우세하기 때문에 강수량과의 상관성은 낮다. 다심도 관정에서 각층별 하천수위에 대한 지하수위 반응은 시간지연 없이 서로 같이 변동하는 것으로 나타났으며, 반응시간은 하천과 가까운 관정에서 30-60분 이내로 빠르며 하천에서 거리가 멀어지면서 반응시간은 대체로 늦게 나타났다. 그러나 하천과 멀리 떨어져 있는 관정이더라도 하천수위에 대하여 빠른 반응을 보이는 관정이 있으며, 이는 하천과 대수층과의 높은 수리적 연결성을 나타낸다. 지하수위의 하천에 대한 반응양상이 다르게 나타나는 것은 대수층의 수리적 불균질성에 의한 것으로 사료된다. 연구지역의 하천은 대체로 지하수위가 하천수위보다 높게 관측되고 있기 때문에 지하수가 하천으로 유출되는 이득하천의 성격을 가지고 있다고 판단되나, 하천의 급격한 수위상승에 따라 역으로 하천의 물이 지하수로 공급되는 손실하천의 성격도 보여주었다. 하천수위와 대수층이 연결된 시스템에서 시계열분석으로서의 자기 및 교차상관분석은 수리적 상호관계를 파악하기 위한 유용한 도구로 활용될 수 있다. Aquifer responses to the river stage fluctuations were analyzed between the groundwater level and the river stage in an alluvial aquifer. The auto-correlation and cross-correlation as a time series analysis were applied. Study site is a floodplain in the Mangyeong river. Groundwater levels in each depth representing the silt and sand(SS), gravel and sand(GS), and weathered zone(WZ) layer were monitored. The groundwater levels were more sensitive to the river stage fluctuations than rainfall. Since the river stages are influenced by the gate operations downstream and tide, show periodic patterns, and the correlation coefficients with rainfall is low. Cross-correlation function between groundwater level in each depth do not show any delay time, then response time is very short to each depth. Cross-correlation analysis were performed to estimate the response time of groundwater levels to river stage fluctuations. Groundwater levels respond to the river stage within 30 minutes to 1 hour in wells near the stream. Short time lag between groundwater level and river stage indicates the quick response. A different response time imply the hydraulic inhomogeneity of the site, and a probable high permeability zone between river and aquifer can be inferred. Mangyeong-river in study site is a gaining stream normally, and river stage rising by gate operation or floods makes river water flow into groundwater. The auto-correlation and cross-correlation functions as a time series analysis can be a good tool to interpret the aquifer responses to stream stage fluctuation

지리 공간 자료의 다중회귀분석을 이용한 제주도 남측사면 용천수의 시기별 질산 성 질소 농도 예측

정윤영(Youn-Young Jung),고동찬(Dong-Chan Koh),강봉래(Bong-Rae Kang),고경석(Kyung-Suk Ko),유용재(Yong-Jae Yu) 대한자원환경지질학회 2011 자원환경지질 Vol.44 No.2

제주도 남측사면에서 산악지역부터 해안지역에 걸쳐 분포하는 용천수에 대해 풍수기와 갈수기의 2회에 걸쳐 측정된 NO3 농도를 수리지질학적 인자 및 토지 이용 특성 인자를 포함하는 공간 변수들의 다중선형 회귀모형으로 예측하였 다. 용천수의 NO3 농도는 평균 20 mg/L이며, <0.02~86 mg/L의 범위를 보여 인위적 오염의 정도가 매우 다양하다. 공간 변수는 용천수를 중심으로 원형 버퍼를 설정하여 추출하였으며, 수정결정계수 증가율과 원형 버퍼의 제한점을 고려하여 반경 400 m를 최적 범위로 설정하였다. 선택된 회귀 모형들은 p-값과 더빈-왓슨 통계치에 근거하여 모두 통 계적으로 유의하였다. 설명변수는 수정결정계수, Cp (total squared error), AIC (Akaike’s Information Criterion)등 을 기준으로 선택하였으며 변수들의 유의성과 다중공선성을 확인하여 최적 회귀 모형을 제시하였다. 일부 용천수들은 이상치로 확인되었으나 전체 시료의 10%이내였으며, 이들은 원형 버퍼를 사용하는 다중회귀분석의 한계를 지시한다 고 할 수 있다. 변수의 유의성 기준으로 선정된 최적 회귀 모형의 결정계수는 이상치 제거 전이 0.74-0.79, 제거 후가 0.86-0.87의 범위로 높은 설명력을 보여주었으며, 자연지역 면적 비율이 용천수의 NO3 농도에 가장 큰 영향력을 가지 는 것으로 나타났다. 용천수 NO3 농도에 대한 인위적 토지이용의 영향력은 최적 버퍼 반경에서 두 조사 시기 모두 과수원 > 주거지역 > 밭의 순으로 나타났다. 이러한 결과는 제주도 남측사면 용천수의 수질이 수리지질학적 인자보다 는 토지 이용 특성에 크게 좌우됨을 지시하며, 용천수의 오염 취약성이 주변의 지표 오염원, 특히 과수원 분포에 민감 함을 보여준다. Nitrate concentrations in springs at the southern slope of Jeju Island were predicted using multiple linear regression (MLR) of spatial variables including hydrogeological parameters and land use characteristics. Springs showed wide range of nitrate concentrations from <0.02 to 86 mg/L with a mean of 20 mg/L. Spatial variables were generated for the circular buffer when the optimal buffer radius was assigned as 400 m. Selected regression models were tested using the p values and Durbin-Watson statistics. Explanatory variables were selected using the adjusted R2, Cp (total squared error) and AIC (Akaike’s Information Criterion), and significance. In addition, mutual linear relations between variables were also considered. Small portion of springs, usually <10% of total samples, were identified as outliers indicating limitations of MLR using circular buffers. Adjusted R2 of the proposed models was improved from 0.75 to 0.87 when outliers were eliminated. In particular, the areal proportion of natural area had the greatest influence on the nitrate concentrations in springs. Among anthropogenic land uses, the influence of nitrate contamination is diminishing in the following order of orchard, residential area, and dry farmland. It is apparent quality of springs in the study area is likely to be controlled by land uses instead of hydrogeological parameters. Most of all, it is worth highlighting that the contamination susceptibility of springs is highly sensitive to nearby land uses, in particular, orchard.

주성분분석과 지구통계법을 이용한 제주도 지하수의 수리지화학 특성 연구

고경석(Kyung-Seok Ko),김용제(Yongje Kim),고동찬(Dong-Chan Koh),이광식,이승구,강철희(Cheol-Hee Kang),성현정(Hyun-Jeong Seong 1),박원배(Won-Bae Park) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.4

본 연구는 다변량 통계분석을 이용하여 수리지화학적 특성을 분석하고, 주성분 분석을 통해 얻어진 변수를 설명하는 수리지화학적 과정에 대한 해석, 그리고 각 성분과 주성분을 이용한 공간정보에 대하여 지구통계기법을 적용하여 연구지역 지하수의 유동 및 순환 과정을 해석하고자 하였다. 제주도 지하수의 수질에 가장 많이 영향을 미치는 성분은 Cl 과 NO 3 이었으며, 특히 농업활동에 의해 증가되는 NO 3 는 지하수 성분 중 가장 큰 변동을 보여주었다. 다변량 통계분석법인 주성분 분석(PCA)에 의한 수리지화학적 특성 분석 결과, 초기 3 개의 주성분은 전체 분산의 73.9% 를 설명하였다. 주성분 1 은 용존 이온의 증가를 나타내며, 주성분 2 는 탄산염 광물의 용해와 질산염 오염의 영향, 주성분 3 은 양이온 교환반응과 규산염광물의 용해과정을 지시한다. 실험적 반베리오그램 유형 분석 결과 지하수 성분은 크게두 그룹으로 분류되며 각각의 그룹에는 EC, Cl, Na, NO 3 와 HCO 3 , SiO 2 , Ca, Sr 이 속한다. 지하수 성분의 공간분포 특징을 조사한 결과, 전기전도도(EC), Cl, Na 는 해수의 영향을 받는 해안가로 갈수록 증가하는 경향을 보여주며, NO 3 는 농경지의 분포와 밀접한 상관관계를 가진다. 이들 성분은 또한 지형과도 상관성을 가지며 이는 지하수 함양과의 관련성을 나타낸다. 요인 크리깅 수행 결과 PC1 은 Cl, Na, EC 의 공간분포와는 다른 양상을 보여주는데 이는 pH, Ca, Sr, HCO 3 가 PC1 에 미치는 영향 때문인 것으로 분석되었다. 서부지역에서는 PC2 의 이상대가 길게 나타나며 이는 탄산염 광물의 용해와 관련이 있는 것으로 사료된다. 이상의 결과로부터 연구지역 지하수에 대한 다변량 통계분석및 지구통계 분석 기법의 적용은 수질에 대한 복합적 정보의 정량화와 공간 특성을 해석하는데 사용될 수 있다. The purpose of the study is to analyze the hydrogeochemical characteristics by multivariate statistical method, to interpret the hydrogeochemical processes for the new variables calculated from principal components analysis (PCA), and to infer the groundwater flow and circulation mechanism by applying the geostatistical methods for each element and principal component. Chloride and nitrate are the most influencing components for groundwater quality, and the contents of NO 3 increased by the input of agricultural activities show the largest variation. The results of PCA, a multivariate statistical method, show that the first three principal components explain 73.9% of the total variance. PC1 indicates the increase of dissolved ions, PC2 is related with the dissolution of carbonate minerals and nitrate contamination, and PC3 shows the effect of cation exchange process and silicate mineral dissolution. From the results of experimental semivariogram, the components of groundwater are divided into two groups: one group includes electrical conductivity (EC), Cl, Na, and NO 3 , and the other includes HCO 3 , SiO 2 , Ca, and Sr. The results for spatial distribution of groundwater components showed that EC, Cl, and Na increased with approaching the coastal line and nitrate has close relationship with the presence of agricultural land. These components are also correlated with the topographic features reflecting the groundwater recharge effect. The kriging analysis by using principal components shows that PC1 has the different spatial distribution of Cl, Na, and EC, possibly due to the influence of pH, Ca, Sr, and HCO 3 for PC1. It was considered that the linear anomaly zone of PC2 in western area was caused by the dissolution of carbonate mineral. Consequently, the application of multivariate and geostatistical methods for groundwater in the study area is very useful for determining the quantitative analysis of water quality data and the characteristics of spatial distribution.

지질 특성을 고려한 공간분석 기반의 국내 전통 천연 광천수 수원의 수질과 분포특성 평가

이재민(Jae Min Lee),고동찬(Dong-Chan Koh),채기탁(Gi-Tak Chae),고경석(Kyung-Seok Ko) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10

천연 용천수와 온천수는 과거로부터 생활용 및 음용 목적으로 활용되어 수질성분 및 건강 효능에 대한 관심이 높다. 국내에서도 자연적으로 유출되어 오래전부터 활용된 전통성 있는 천연 광천수들에 대한 문헌들이 남아 있으며, 각 지역에서 산출된 천연 광천수의 수질 특성과 발생 특성에 대한 연구들이 많이 보고되고 있다. 하지만, 지점별 또는 지역별로 분포하는 수원에 대한 특성화가 대부분이며 광역적 수준에서 수질특성 및 분포특성에 대한 조사는 부족하였다. 이번 연구에서는 전국 규모에서 국내 천연 광천수들의 수질 유형을 분류하고, 지질특성과의 상관분석을 통해 각 수질유형의 발생 요인을 규명하고자 하였다. 문헌조사를 통해 전국에 분포하는 전통적으로 알려진 천연 용천수 및 온천수 총 173개소를 선별하여 현장수질과 주요이온 분석을 수행하고, 공간분석을 통해 천연 광천수의 유출지점과 인근 단층 또는 암상경계와의 거리가 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 이전 보고에서 173개 지점의 수원에 대해 수온, TDS, 용존 CO₂ 농도의 세 가지 기준에 근거하여 국내 천연 광천수는 6가지의 대표적인 유형과 일부 해수 및 산성화 영향을 받은 지점을 분류하였다. 이러한 수질 유형 중, 미네랄이 풍부한 수원은 퇴적암, 특히 동부 강원도 지역의 탄산염암이 분포하는 지역에서 주로 나타났다. 주요 탄산약수와 온천수 유출 지점수는 단층과 화강암 경계대로부터 멀어질수록 감소하였고, 화강암 경계대와의 거리에서 더 뚜렷한 감소경향이 나타났다. 화강암 경계대 중에서도 일부 경북지역에 분포하는 탄산약수를 제외하면, 대부분 쥬라기 화강암(초기~중기) 경계대 부근에 탄산약수 수원이 분포하는 특성이 나타난다. 이는 천연 광천수가 암상과 밀접한 상관성이 있으며, 특정 시기에 관입한 화강암이 열원과 심부 기원의 CO₂를 함유하고 있으며, 심부와 연결된 단층을 통해 유출되는 것으로 해석할 수 있다. 탄산약수와 온천수 등의 분포 특성을 지질학적 특성과 비교함으로써 암상과 지열, 용존 CO₂가 국내 천연 광천수 발생의 주요 인자이며, 화강암 경계대와 단층은 국내와 같이 지구조적으로 안정한 결정질 암반에서의 천연 광천수 산출의 조건인 것으로 나타났다.

라돈 추적자를 이용한 유류오염에 대한 연구

윤윤열(Yoon Yeol Yoon),고동찬(Dong Chan Koh),이길용(Kil Yong Lee),조수영(Soo Young Cho),고경석(Kyung Seok Ko) 한국분석과학회 2012 분석과학 Vol.25 No.1