국내 석회동굴의 지질학적 가치평가 기준에 대한 연구

최재훈 강원대학교 일반대학원 2017 국내석사

국내 석회동굴의 지질학적 가치평가 기준에 대한 연구 최 재 훈 강원대학교 대학원 지질학과 동굴은 화석과 함께 국내에서는 매장문화재로 분류된다. 동굴의 관리는 문화재청 문화재보존국 천연기념물과에서 맡고 있으며 문화재법 훈령 제 472호인 천연동굴 보존관리 지침의 제24조(가치평가)는 발견신고 된 동굴에 대하여 문화재청장은 관계전문가의 조사 및 검토를 거쳐 등급을 평가하도록 명시하고 있다. 이 지침은 동굴의 등급들을 ‘가’ 등급은 천연기념물적 가치가 있는 동굴, ‘나’ 등급은 시·도기념물적 가치가 있는 동굴, ‘다’ 등급은 동굴 내부에 동굴생성물이 발달하여 보존할 필요가 있는 동굴, ‘라’ 등급은 천연동굴 자체만으로는 학술적, 문화재적 가치가 미약하나 그 주변의 지질조견 등을 종합하여 학술적으로 중요성 내포하고 있다고 판단되는 동굴, ‘마’ 등급은 학술적, 문화재적 가치가 없는 동굴로 총 5개의 등급으로 분류하고 있다. 국내에는 천연기념물 동굴이 18개소에 28개, 시·도기념물 동굴이 20개가 지정되어 있으며 이러한 동굴들은 현황조사와 함께 관련 법령에 따른 체계적인 보존 및 관리가 이루어지고 있다. 그러나 국내에 분포하는 나머지 동굴들은 매장문화재로서의 가치평가는 물론이고 각 동굴의 위치와 수, 그리고 규모조차 파악되지 못한 채 방치되어 있어서 그 보존과 관리에 많은 문제점이 있었다. 이에 따라 문화재청에서는 2003년부터 제주특별자치도를 시작으로 하여 전국에 분포하는 동굴의 위치와 수, 규모, 그리고 각 동굴의 매장문화재적 가치를 평가하는 사업을 시작하게 되었다. 이번 연구는 문화재청에서 발주한 전국의 동굴 분포현황과 동굴의 가치성 파악 사업 중 2003년 수행된 제주도 지역을 제외하고 사단법인 한국동굴연구소에서 수행한 2004년, 2006년, 2008년 3차년 동안 완료된 충청북도, 2009년, 2010년, 2011년, 2014년, 2015년, 2016년 6차년 동안 완료된 강원도 태백, 영월, 정선 지역에 분포하는 동굴현황의 항목별 DB(Data Base)와 이 기간 동안의 동굴의 지질학적 가치평가기준의 변천과정을 고찰해보고 동굴의 이상적인 지질학적 가치평가에 대한 방안을 제시하는 데에 있다. 충청북도와 강원도 태백, 영월, 정선 지역에는 총 862개의 동굴이 확인되었으며 이중 석회동굴이 750개, 기타동굴이 21개, 수몰·매몰·불허가 등의 이유로 입굴이 불가능한 동굴 45개, 바위그늘·바위틈 46개로 파악되었다. 이 중 바위그늘·바위틈 46개, 입굴이 불가능한 45개를 제외한 총 771개 동굴의 가치성이 평가되었다. 동굴의 가치평가는 지질학적 평가, 생물학적 평가, 고고학적 자료의 유무 등 세 개의 학문분야로 각각 평가되어 최종 평가등급이 정해지며 지질학적 평가기준은 크게 2014년을 기준으로 하여 이전과 이후로 변화되었다. 2014년 이전의 지질학적 평가기준은 동굴의 총연장, 동굴생성물의 분포정도를 나타냈던 대규모, 소규모, 일부 구간 등의 정량적 평가기준 등이 있었으나 여러 외에 상황들이 발생되어 2014년부터는 평가항목에서 삭제되고 대신 동굴퇴적물의 가치, 동굴 내 희귀한 광물의 가치, 특이한 환경 등이 추가되어 동굴의 지질학적 가치를 평가하게 되었다. 그러나 이러한 평가는 여러 외에 상황들을 포괄할 수는 있었으나 연구자의 전문성에 의존하는 경향이 강하고 객관적인 판단 근거가 부족하다는 문제가 발생하여 정량적 평가항목에 대한 보완을 필요로 하게 되었다. 동굴의 이상적인 지질학적 평가기준을 제안하기 위해 먼저 기존에 동굴의 가치가 평가된 총 771개의 각 동굴별 지질학적 등급을 파악하고 등급별 특징을 통계학적으로 분석하였다. ‘가’ 등급의 동굴이 10개, ‘나’ 등급의 동굴이 21개, ‘다’ 등급의 동굴이 206개, ‘라’ 등급의 동굴이 133개, ‘마’ 등급의 동굴이 401개로 평가되었으며 등급별 지질학적 평가요소들을 재검토하고 통계학적 분석을 실시하여 동굴의 총연장, 동굴생성물, 동굴형태, 동굴퇴적물, 동굴 내 희귀한 광물, 특색 있는 지질학 현상 등으로 구분하고 동굴생성물은 종류수와 종류, 밀집도와 발달정도에 따라 동굴형태는 형태별 총연장, 동굴의 발달과정을 잘 보여주는 동굴미지형과 통로 단면의 발달정도에 따라 동굴퇴적물은 쇄설성 퇴적물로 고환경·고기후의 가능성이 있는 퇴적물의 존재유무에 따라 동굴 내 희귀광물은 방해석 외의 다른 광물은 확인될 가능성이 있는 존재유무에 따라 특색 있는 지질현상은 폭포, 호수, 수중통로, 지질구조, 화석 등의 발달정도에 따라 동굴의 지질학적 가치평가 항목을 재선정하였다. 이번 연구를 통해 제시된 이상적인 지질학적 가치평가 방안은 앞으로 국내 동굴의 평가가 보다 객관적이고 정량화된 평가방법론적인 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단되며 향후 정책적으로 동굴의 보존 및 관리, 나아가 동굴의 교육적인 활용에 필요한 과학적인 근거자료로서의 역할과 국토정비 사업, 예를 들어 도로, 댐, 공공시설물 등과 같은 공사부지 내에 동굴의 존재여부와 가치성을 미리 파악할 수 있게 되어 공사기간과 예산낭비 등을 줄일 수도 있는데 도움을 줄 것으로 기대된다. A study on the geological evaluation of limestone caves in South Korea Choi, Jae Hun Department of Geology Graduate School, Kangwon National University Abstract A total of 862 caves were found in Chungcheongbuk-do and Taebaek, Yeongwol and Jeongseon in Gangwon-do. Among them, there were 750 lime caves and 21 other caves, 45 caves that could not be digged due to submersion, It was grasped as a dog. Among them, the value of 771 caves excluding rock shadows, rock breaks, and 45 irregularities was evaluated. The valuation of the cave was evaluated in three disciplines such as geological evaluation, biological evaluation, and archaeological data, and the final evaluation grade was determined. The geological evaluation standard was largely changed before and after 2014 . Prior to 2014, the geological evaluation criteria included quantitative evaluation criteria such as the total length of the cave and the distribution of the spelothems. The value of cave sediments, the value of rare minerals in caves, and the unusual environment were added to evaluate the geological value of caves. However, these evaluations were able to cover a variety of other situations, but they tended to rely on the expertise of the researchers, and there was a lack of grounds for objective judgment, which necessitated the supplementation of quantitative evaluation items. In order to propose the ideal geological evaluation criteria of the cave, first 771 cave-specific geological grades of the cave were evaluated and statistical characteristics were analyzed statistically. 10 caves of 'A' grade, 21 caves of 'B' grade, 206 caves of 'C' grade, 133 caves of 'D' grade and 401 caves of 'E' grade The geological evaluation factors of each grade were reviewed and statistical analysis was carried out. Cave length, spelothem, cave form, cave sediment, rare mineral in cave, characteristic geological phenomenon, cave type, cave type according to number and kind, density and development degree, Depending on the development of the cave unconformity and the cross section of the cave, which shows the process well, cave deposits are classified as clastic sediments. Depending on the presence or absence of sediments with high environmental and pelagic potential, other minerals other than calcite may be identified in the cave Depending on the presence or absence, the characteristic geologic value of the cave was re - selected according to the development of waterfall, lake, underwater passage, geological structure, and fossil. This study suggests that the evaluation of the ideal geological value can be utilized as a more objective and quantitative evaluation methodology of the cave in the future. In future, it is expected that the cave preservation and management, It is possible to reduce the construction period and waste of budget by allowing the scientists to understand the existence and the value of the cave in the construction sites such as roads, dams and public facilities, It is expected to help.

지질유산의 가치평가 방법 제안과 한탄강 지질공원의 가치평가

주성옥 강원대학교 2018 국내석사

지질유산이란 지구 진화를 비롯하여 다양한 지질 현상을 포함하고 학술적, 교육적, 활용적 가치가 뛰어나므로 보전하여 후대에 물려주어야 하는 지질학적 장소나 대상을 의미한다. 이러한 지질유산은 인간의 활동에 의해 훼손되면 복구할 수 없으므로, 후세에게 물려주기 위해서는 적절한 보호조치가 필요하다. 하지만 전 세계에는 보전할만한 가치가 높은 지질유산부터 낮은 지질유산까지 다양한 가치등급을 가진 지질유산이 존재하며, 지질학적 특징 혹은 지질시대의 측면에서 중복되는 것이 많다. 따라서 전 세계에 존재하는 지질유산을 전부 보전한다는 것은 현실적으로 어렵다. 이에 따라 현존하는 다양한 지질유산의 가치를 평가하고, 그 결과에 따라 국제적 지질학적 가치와 같이 높은 가치를 가지는 지질유산을 선정하여 우선적으로 보전하는 것이 필요하다. 이미 국제적 지질학적 가치를 가지는 일부 지질유산 지역은 유네스코의 세계자연유산과 세계지질공원 프로그램을 통해 보전되고 있다. 하지만 세계자연유산의 경우에는 전 세계에서 가장 뛰어난 지질유산만을 보전하는 프로그램이며, 세계지질공원은 국제적 지질학적 가치가 있는 지질유산 중에서도 지역발전이 가능한 곳에 위치한 지질유산으로 한정된다. 즉 현존하는 유네스코의 두 프로그램만으로는 국제적 지질학적 가치를 가지는 지질유산을 모두 보전하기는 불가능하다는 것을 의미한다. 이 연구에서는 전 세계에 존재하는 뛰어난 국제적 지질학적 가치를 가지는 지질유산을 선정하고 보전하기 위해 기존의 국내·외에서 수행되었던 것과는 다른 가치평가 기준을 설정하였으며, 이를 기초로 전 세계에 분포하는 국제적 지질학적 가치를 가지는 지질유산을 제도적으로 보전할 수 있는 ‘핵심 지질유산 지역(Key Geoheritage Area, KGA)’이라는 새로운 프로그램을 제시하고자 한다. 가치평가 방법의 주관성을 최소화하기 위해 지질학적 특성에 따라 지질유산의 속성을 층서, 고생물, 고환경, 광물/암석, 해양, 지질구조, 지형, 기타의 8개로 분류하였다. 각 항목 내에서는 지질학적 대표성, 희소성 그리고 지역의 보전과 관련된 완전성을 고려하여 국제적 가치의 정도를 구분할 수 있는 기준을 제시하였다. 또한, 기존의 유네스코 지침 내에 자세히 서술되어 있지 않은 비교분석을 체계적으로 수행할 수 있도록 비교분석법을 제시하였다. 그중 지질유산의 지질학적 가치가 형성과정과 관련된 경우, 조절요인(controlling factor)을 기초로 한 비교분석방법을 제안하였으며, 이를 현재 국내에서 유네스코 세계지질공원으로의 인증을 추진하고 있는 ‘한탄강지질공원’의 사례에 적용하였다. 이러한 연구는 국내는 물론이며, 국제적으로도 지질유산의 가치를 가지는 지역을 보호할 수 있는 제안이 될 것이다. 추후 이 프로그램을 지질유산을 보전을 위한 새로운 방안으로써, 국제자연보전연맹(International Union for Conservation of Nature, IUCN)에 제안할 예정이다. Geoheritage site can be defined as a site with outstanding geo(morpho)logical values or with significant on-going surface process, which should be conserved and inherited to future generations. Geoheritge values can be categorized into international (global and regional) values and national value, and they must be legally protected. There is no international protection measure for conservation of nature is not encough. They are being protected bynational protection laws if available and/or applicable. Unfortunately conservation of significant geoheritage sites is not well recognized at national level at present, compared to ecological and biodiversity values. Thanks to the international programs for recognizing geoheritage values, a number of nations have shown interests for UNESCO designation as World Heritage Sites or Global Geoparks. However, both programs are geographically very limited because the World Heritage Sites should display ‘the Representatives of the Best in the world’ and Global Geoparks with international geoheritage sites must be associated with local communities for geotourism and sustainable development to be endorsed. Geoheritage site can be defined as a site with outstanding geo(morpho)logical values or with a significant on-going surface process, which should be conserved and inherited for future generations. Geoheritge values can be categorized into international (global and regional) values and national value, and they must be legally protected. There is no international protection measure for the conservation of nature is not enough. They are being protected by national protection laws if available and/or applicable. Unfortunately, conservation of significant geoheritage sites is not well recognized at a national level at present, compared to ecological and biodiversity values. Thanks to the international programs for recognizing geoheritage values, a number of nations have shown interests for UNESCO designation as World Heritage Sites or Global Geoparks. However, both programs are geographically very limited because the World Heritage Sites should display ‘the Representatives of the Best in the world’ and Global Geoparks with international geoheritage sites must be associated with local communities for geotourism and sustainable development to be endorsed. Therefore, a new program called ‘the Key Geoheritage Area (KGA)’ is suggested here to recognize and conserve the geoheritage sites of international significance in the world. The KGA should be justified by geological values alone without considering educational and touristic values. For effective designation and protection, objective geological contexts with appropriate criteria should be developed considering representativeness, rarity, and integrity. Finally, a comparative analysis is required within the same context in order to objectively prove international geological significance. Because the UNESCO guideline does not provide enough information on how to justify international geological significance, this paper shows one possible objective way based on controlling factors how to approach it. Comparative analysis is carried out as a useful tool for justifying international geological significance as an example for the aspiring Hantangang Geopark in Korea. This example will help recognize the international geological significance or Outstanding Universal Values for UNESCO Global Geoparks and World Heritage Sites in the future.

地下 石油備蓄基地 附近의 地下水 開發에 依한 水理地質學的 影響의 數値解析 硏究

정현영 忠南大學校 大學院 2001 국내석사

유네스코 세계지질공원 지질명소에 대한 지질과학적 가치분석과 평가방법 제안 : 한탄강 유네스코 세계지질공원(연천권역) 사례를 중심으로

김대우 강원대학교 대학원 2025 국내박사

지질공원 제도는 유럽에서 지역경제 활성화를 위하여 시작하였고, 이후 유네스코의 시범 프로그램을 거치면서, 세계유산, 생물권보전지역과 함께 유네스코 3개 보호 프로그램으로 확립되었다. 국내에서는 제주도에서 지질공원이 최초로 인증된 이후 국내의 많은 지자체들과 지질전문가들은 우리나라의 고유한 지질유산을 활용한 지질공원 제도를 통하여 관광(Geotourism)과 교육(Geoeducation) 프로그램을 운영함으로써 지역경제의 지속가능한 발전 및 활성화를 도모하고 있다. 2020년에는 한탄강 일원이 지질명소를 중심으로 국내 4번째 유네스코 세계지질공원으로 인증되었으며, 2024년에는 전북서해안 지질공원이 5번째 유네스코 세계지질공원 인증되었고, 2024년에는 경북동해안 지질공원과, 단양 지질공원이 유네스코의 현장실사를 통과하고 2025년 5월에 세계지질공원으로 지정되면서, 일반인들에게도 지질공원 제도가 재조명되고 있다. 한탄강 지질공원은 2019년에 현장실사, 2020년에 유네스코 세계지질공원으로 인증(현재는 지정으로 변경)되었다. 한탄강 지질공원은 여러 곳의 지방자치단체가 함께 지질공원을 구성하는 연합형 지질공원으로서 경기도, 강원도, 연천군, 포천시, 철원군의 2개 광역지자체, 3개 기초지자체가 연합하고 있다. 현재까지 2개의 광역지자체가 연합한 유네스코 세계지질공원은 무등산 지질공원과 한탄강 지질공원뿐이다. 한탄강 유네스코 세계지질공원의 지질명소는 총 26개소로서 연천군 10개소, 포천시 10개소(아우라지 베개용암 행정구역 중복), 철원군 7개소이다. 연천군의 지질명소는 재인폭포, 백의리층, 좌상바위, 은대리 판상절리와 습곡구조, 전곡리유적 토층, 동막골 응회암, 차탄천 주상절리, 임진강 주상절리, 당포성의 10개소로 구성되어 있다. 한탄강 지질공원은 유네스코 세계지질공원 인증과정에서 서면평가 보류(defer) 판정을 받았는데, 국내에서는 유일한 사례이다. 유네스코에서는 원칙적으로 서면평가에서 보류 판정을 받게 되면, 2년 후 인증관련 재심사를 신청한 후 세계지질공원 심사절차를 다시 받게 되어있다. 한탄강 지질공원의 서면평가 보류(defer) 판정 사유는 ‘지질학적 가치의 입증이 불분명하다’는 것이었다. 유네스코 세계지질공원은 신청서면에서 지질학적 가치에 대한 설명이 충분히 이루어져야 하며, 이에 대한 확인은 현장실사에서 진행되고, 현장실사자가 유네스코 세계지질공원 위원회에 제출한 서면보고서에 의해서 인증이 최종 결정되게 된다. 한탄강 지질공원은 서면평가 보류 판정으로 인하여 세계지질공원 인증이 불확실하였으나, 현장실사 시에 보완서류 제출, 지질명소의 지질학적 가치에 대한 추가설명, 세계지질공원 위원회 대면 설명 등을 통하여 세계지질공원 인증을 받을 수 있었다. 이와 같이 한탄강 지질공원의 유네스코 세계지질공원 심사과정에서 문제점이 발생하였으며, 이후 세계지질공원 운영관리 과정에서도 행정적인 부분과 유네스코 세계지질공원의 절차상 불합치 등이 발생하였는데, 이런 문제의 근본적인 부분은 지질공원 제도의 근간을 이루는 지질명소에 대한 정의 및 지질과학적 가치분석과 평가방법이 아직도 분명하게 확립되지 않은 상태이기 때문이다. 지질명소의 정의가 없는 상태에서 지질명소에 대한 가치(지질학적 가치를 포함하여 생물학적, 고고학적 가치 등)분석과 평가가 제대로 이루어지지 않았으며, 이로 인해서 한탄강 지질공원의 지질학적 가치를 제대로 설명할 수 없는 문제점이 발생한 것이다. 물론, 유네스코에서는 구체적인 가치분석과 평가방법을 제시하고 있지는 않으며, ‘지질학적 가치에 대한 입증이 반드시 필요하다’는 부분만 명시하고 있다. 당초, 한탄강 지질공원은 지질학적 가치 입증에 대한 부분을 기존 논문을 집계하고, Geoheritage 신규논문을 통하여 입증하고자 하였다. 기존논문과 관련해서는 지질공원 영역 일대와 관련된 논문들의 집계와 나열만이 있었을뿐 구체적으로 지질공원과 어떻게, 지질명소와 어떻게 연관되는지와 관련된 설명이 없었다. Geoheritage 신규논문의 경우에는 과학적 논문(scientific paper)가 아니라는 이유로 유네스코 현장실사자가 인정을 하지 않았다. 이런 부분을 현장실사 과정에서 즉시 보완하였고, 인도네시아 롬복에서 열린 유네스코 세계지질공원 위원회에서 참석위원들에 대한 대면설명을 진행하여 최종 인증을 받을 수 있었다. 유네스코가 유엔 산하기구의 특징으로서 세부적인 방법론을 규정하고 있지는 않지만, 지질공원과 지질명소의 관계와 정의를 명확히 하고 이와 관련된 분명한 가치분석과 평가결과를 준비함으로써 한탄강 지질공원의 사례와 같은 부분은 피할 수 있을 것으로 판단된다. 지질공원과 지질명소의 관계와 정의는 비단 유네스코 세계지질공원 인증절차와는 별개로 국내에서 지질공원의 행정절차적인 부분에서도 문제가 있다. 지질공원 제도는 2011년 자연공원법 개정에 따라서 자연공원의 한 부류로 규정이 되어 있다. 그러나, 자연공원법에서는 지질공원의 법적 정의, 지질공원 인증(지정)제도의 절차 등을 명확하게 규정하고 있으나, 지질명소가 지질공원 제도의 핵심 구성요소임에도 이와 관련된 정의가 전혀 없다. 지질명소의 법적 정의가 부재함으로써 국내의 각 지질공원 현장에서는 지질명소와 관련된 계획, 예산신청 등에 있어서 혼선이 발생하고 있다. 지질명소가 지질학적 가치를 입증하는 핵심요소임이 분명함에도 이와 관련된 조사, 연구 등을 시행하기 위한 법적 근거가 미비한 것이다. 국가유산(구.문화재)의 경우에는 법적 근거를 통해서 조사, 연구, 보전, 활용 등에 관련하여 분명하게 예산을 집행할 수 있으며, 예산이 부족한 기초지자체는 중앙정부 예산을 통하여 이를 충당할 수 있다. 그러나, 지질명소는 지질공원 신청서 내에서만 목록으로 존재할 뿐 구체적인 정의가 없다. 즉, 법적 실체가 없음으로 해서 지질공원 현장에서의 행정 집행에 있어서 괴리가 발생하고 있다. 특히, 지질공원은 재인증(재지정)제도를 시행하고 있으며, 재인증(재지정) 신청시에는 최근 연구실적, 관광실적, 교육실적 등을 제출하게 되어 있는바 이 가운데에서도 연구실적과 관련한 예산의 수립에 있어서 법적 근거가 빈약한 실정이다. 이에 지질공원 제도의 발전과정에서 지질명소의 용어적 정의가 어떻게 바뀌어 왔으며, 추후 지질명소의 법적 정의를 어떤 방향으로 규정해야 유네스코 세계지질공원 제도와 부합할 수 있을지를 제시해보고자 한다. 또한 지질명소에 대하여 지질과학적 입장에서 가치를 분석하고 평가하는 방법을 제시하고자 한다. 또한, 이를 한탄강 유네스코 세계지질공원(연천권역 주요 지질명소) 사례에 실제 적용하여 과거의 지질공원 제도의 심사결과와 비교분석을 함으로써, 추후 유네스코 세계지질공원 및 국가지질공원 제도의 시행에 있어서 하나의 기준점이 되도록 하였다.

Comprehensive investigation of discontinuities in South Korea using deep borehole : geometrical characteristics, fracture characterization, predictive model : 장심도 시추공을 활용한 우리나라에 분포하는 불연속면 조사 : 형태학적 특징, 불연속면 특징화, 예측 모

정유진 경북대학교 대학원 2024 국내석사

암반 내에 존재하는 불연속면은 암반의 변형, 강도와 같은 암반의 공학적 특징 뿐만 아니라 암반 내 흐름의 선택적 경로(preferential pathway)로 작용하기 때문에 수리지질학적 특징에도 영향을 미친다. 현재 우리나라는 사용 후 핵연료와 같은 고준위방사성폐기물의 처분 방법으로 심층처분을 계획하고 있다. 원자력 선도국들은 고준위방사성폐기물을 심도 500m 내외의 안정한 지층구조에 천연방벽(natural barriers)과 공학적 방벽(engineered barriers)으로 구성된 다중방벽 시스템을 이용해 처분하는 심층처분법을 채택하고 있다. 고준위방사성폐기물 심층처분장의 목표는 핵종이 유출되어도 생물권에 영향을 미치지 않도록 고준위방사성폐기물을 수만 년의 시간동안 고립시켜 충분한 반감기를 거치게 하는 것이다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 천연방벽의 장기적인 안정성이 확보되어야 한다. 따라서, 우리나라에 분포하는 대표적인 암석의 종류인 퇴적암, 화성암, 변성암에 대하여 심부 시추를 통해 암반 내에 분포하는 불연속면을 조사할 필요가 있다. 본 연구에서는 심부 환경에서의 불연속면의 분포 특성을 알아보기 위해 퇴적암, 화성암, 변성암을 포함하는 총 6개 연구지역(대구, 진주, 대전, 원주, 안동, 홍천)의 장심도 시추코어를 활용하여 조사하였다. 분포 심도, 경사각, 분포 밀도, 간격(spacing)과 같은 형태학적 특징들을 조사하였고, 홍천 편마암에서 나타나는 절리와 단층 코어를 특징화 한 분류모델을 제안하였으며, 지질학적 변수들을 활용한 불연속면 밀도 예측 모델을 개발하였다. 불연속면의 형태학적 특징들을 암종별로 비교한 결과, 같은 암종 내에서 비슷한 경향성이 확인되었다. 퇴적암 지역들은 암반 내의 층리 구조를 따라 발달한 수평의 경사각을 갖는 불연속면이 특징적으로 나타났으며, 화성암 지역들은 아수평의 경사각을 갖는 불연속면이 우세하게 나타났다. 변성암 지역들은 엽리가 발달한 안동 지역에서는 수평의 경사각을 갖는 불연속면이 우세한 반면, 상대적으로 적은 엽리가 발달한 홍천 지역에서는 아수평의 경사각을 갖는 불연속면이 우세하게 발달하였다. 이와 같은 결과는 암반 내의 구조들이 불연속면의 생성에 영향을 주기 때문으로 추정된다. 분포 피팅을 실시하여 간격의 확률 밀도 함수를 수식으로 나타낸 결과, 로그정규분포가 분포함수 중 가장 적합한 것으로 나타났다. 기존의 절리 거칠기와 단층대 모델들의 적용성을 보완하고자 홍천 편마암에서 나타나는 절리와 단층대를 특징화 하여 분류모델을 제안하였다. 절리의 경우 선행 연구에서 제시된 절리 거칠기 분류 모델을 따라 편평(Planar; P), 불규칙(Irregular; I), 곡선(Curved; C), 계단(Stepped; S) 패턴으로 분류하였다. 단층대의 경우 단층코어의 발달 정도와 단층 영향지대의 발달 정도를 기준으로 4가지 패턴으로 분류 가능하였다. 4가지 단층대의 형태는 단층점토(fault gouge), 단층각력(fault breccia), 재암석화(lithification)로 특징지을 수 있다. 홍천지역 내 나타나는 절리와 단층대를 두 모델을 활용하여 분류한 결과 4,075개의 절리와 34개의 단층대를 모두 분류 할 수 있었다. 절리 패턴의 경우 암석의 광물조성과 관련이 있는 것으로 나타났다. 반상변정질 편마암의 경우 불규칙(I) 패턴이 우세하게 나타났는데, 이는 반상으로 인해 광물 입자 경계가 거칠기가 큰 형태로 나타나 입자 경계를 따른 불규칙 형태의 절리들이 생성된 것으로 보인다. 단층대의 경우 심도가 깊어짐에 따라 단층점토와 단층각력이 수반되지 않는 형태가 우세하게 나타났다. 이는 심부 환경에서 단층의 영향력이 약해지는 것을 의미한다. 또한 단층 코어 주변의 불연속면의 공간적 배열을 분석하고, 암반분류 기준을 활용하여 단위 구간 내 변형 정도(Damage index)를 분류하였다. 단층 코어 주변의 불연속면은 심도가 깊어질수록 적어지는 경향을 보였으며, 분류된 단위 구간 내 변형 정도는 단층의 영향력을 직관적으로 나타낼 수 있었다. 단층대가 상대적으로 흔하게 나타나는 변성암 지역인 홍천과 안동을 대상으로 지질학적 변수를 활용하여 불연속면 밀도 예측 모델을 개발하였다. 예측은 다중선형회귀분석(Multiple linear regression)이 활용 되었으며 사용된 지질학적 변수는 다음과 같다: 암석의 종류, 일축압축강도, 암석의 입자 크기, 암석의 밀도, 단위 구간 내 가장 우세한 층의 두께, 간격(spacing), 단층대. 홍천 지역에 대해 후진소거법(Backward elimination)을 적용하여 지질학적 변수들 중 다중선형회귀분석의 통계적 가정을 만족시키는 변수들을 선별했다. 그 결과, 단위 구간은 2 m로 결정되었으며 선별된 지질학적 변수는 암석의 종류, 암석의 밀도, 암석의 입자 크기, 간격, 단층, 단위 구간 내 가장 우세한 층의 두께이다. 동일한 선별 변수를 안동지역에 적용하여 모델의 타당성을 검증하였으며, 홍천지역의 파쇄대의 폭과 최빈 입자크기를 가중치로 활용한 모델 또한 개발하여 파쇄대의 영향을 분석하였다. 가중치를 활용하지 않은 모델들은 홍천과 안동에서 결정계수(R2)가 각각 0.644, 0.669으로 나타났으며, 가중치를 활용한 모델은 0.899의 결정계수 값을 보였다. 두 지역은 단층의 영향이 가장 많이 나타난 지역으로 단층으로 인한 불규칙성을 고려했을 때, 지질학적 변수들은 불연속면의 밀도와 유의미한 상관성을 갖는 것으로 보이며 예측 변수로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

Improving Real-World Applicability of Data- Driven Hydrogeological Models through Physics- Informed Approaches : 물리-자료 통합 접근법을 이용한 수리지질 모델링 실용성 향상 연구

정지호 경북대학교 대학원 2025 국내박사

본 학위논문은 지하수 자원 관리 및 수리지질학적 연구와 관련된 주요 과제들에 대한 실용적 해결 방안 마련을 목적으로, 지하수위 시계열 자료를 대상으로 다양한 최신 자료기반 분석 기법을 적용한 연구 사례를 다룬다. 특히, 전통적인 순수 물리 기반 및 자료 기반 방법의 한계를 극복하기 위해 물리-자료 통합 접근법을 활용하여 모델 개발을 수행하였으며, 실제 현장 자료를 이용하여 이를 검증하였다. 각각의 방법론에 대한 설명 및 검증 결과는 아래와 같다. 먼저, 지하수위 변동 패턴으로부터 대수층의 수리특성을 추정하기 위한 자료 기반 예측 모델이 개발되었다. 해당 연구에서는 디노이징 오토인코더(denoising autoencoder, DAE)를 활용하여 고차원의 지하수위 자료로부터 저차원 특징 자료를 추출하고, 이를 이용해 수리전도도 및 함양율 관련 매개변수를 추정하였다. 특히 DAE 기반 특징추출 방법론을 이용할 경우, 연 단위 지하수위 시계열 자료를 저차원 공간으로 효과적으로 압축하면서도 자료에 포함된 수리지질학적 정보를 보존할 수 있음이 확인되었다. 개발된 수리 특성 값 예측 모델의 성능은 실제 지하수위 자료를 이용해 검증되었으며, 두 가지 수리 특성 값에 대한 높은 예측 정확도를 확인할 수 있었다. 이어지는 연구에서는 기존 DAE 기반 대수층 수리 특성 평가 모델의 한계점인 지역별 강수 조건의 불확실성 문제를 해결하기 위해 조건부 변분 오토인코더(conditional variational autoencoder, CVAE)가 이용되었다. 전국 관측공의 연 단위 지하수위 및 강수 자료에 대해 충분히 학습된 CVAE 모델을 이용해 동일한 강수조건이 부여될 때의 지하수위 변동 패턴을 새롭게 생성하였으며, 이를 통해 동일 관측공에 대한 연도별 지하수위 변동 패턴 및 저차원 특징 자료의 분산이 크게 감소하는 것이 확인되었다. 이에 따라, 지하수위 변동 자료의 저차원 특징 기반 대수층 수리 특성 값 예측 모델의 성능 또한 크게 향상시킬 수 있었다. 다음으로, 전이학습(transfer learning) 기법을 적용하여 지하수위 예측 모델 개발 과정에서 발생하는 대표적 문제점 중 하나인 학습자료 부족 문제를 해결하였다. 게이트 순환 유닛(gated recurrent unit, GRU)을 기본 모델로 활용하여, 충분한 학습 자료를 보유한 관측공들의 정보를 효과적으로 전이함으로써 학습자료가 부족한 관측공에 대해서도 안정적인 예측이 가능함을 확인하였다. 개발된 모델은 전국의 실제 관측소로부터 획득된 지하수위 및 강수 자료를 이용해 검증되었으며, 전이학습 기반 예측 모델은 기존 모델 대비 약 30% 이상 향상된 예측 정확도를 나타냈다. 특히 개발된 모델은 서로 다른 수리지질학적 특성을 가진 다양한 관측정에 대해서도 안정적인 예측 성능을 나타냈으며, 이러한 결과는 제안된 전이학습 기반 예측 모델이 지하수 관측망 확장이나 신규 관측소 설치 시에도 효과적으로 활용될 수 있음을 시사한다. 마지막 연구 사례에서는 물리정보 신경망(physics-informed neural network, PINN)을 이용해 물리-자료 통합 방법론 기반 지하수위 예측 모델이 개발되었다. 특히, 지하수 유동 역학 방정식의 물리적 제약조건을 신경망 학습 과정에 직접 반영함으로써 모델의 해석 가능성과 일반화 성능을 동시에 향상시켰으며, 순수 물리 기반 모델 및 자료 기반 모델과의 비교 분석을 통해 제안된 PINN 모델이 두 접근법의 장점을 효과적으로 결합함을 입증하였다. 다양한 수리지질학적 특성을 가진 실제 관측공 자료를 이용해 PINN 기반 예측 모델의 우수한 예측 성능을 확인하였으며, 추가로 PINN 모델은 시간 해상도가 낮은 자료 조건에서도 비교적 높은 예측 정확도를 나타내는 것을 검증, 실제 현장에서의 높은 활용 가능성을 입증하였다. 종합적으로, 본 연구 논문은 지하수위 시계열 자료 분석을 위한 물리 기반 및 자료 기반 기법의 포괄적인 연구 사례를 제시하며, 수리지질학적 연구의 주요 과제들에 대한 해결책을 제공하였다. 개발된 방법론 및 모델은 모두 실제 현장 모니터링 네트워크로부터 획득된 자료를 이용해 검증됨에 따라, 대수층 수리 특성 추정 및 지하수위 변동 예측 등, 지하수 자원의 효과적인 관리를 위한 실용적인 도구로 이용될 수 있을 것이라 생각된다. 또한, 향후 본 연구의 성과는 기후변화에 따른 지하수 함양 변동성 평가, 지하수 오염 취약성 분석, 최적 양수량 산정 등 다양한 수리지질학적 문제 해결에도 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

지질공원과 지역정책간의 관계 연구 : 한탄강 유네스코 세계지질공원 철원권역을 중심으로

김기업 강원대학교 대학원 2024 국내박사

지질공원과 지역정책간의 관계 연구 - 한탄강 유네스코 세계지질공원 철원권역을 중심으로 김기업, 강원대학교 대학원 지질학과 세계지질공원이란 특별한 과학적 중요성, 희귀성 또는 아름다움을 지닌 지질현장으로서 지 질학적 중요성뿐만 아니라 생태학적, 고고학적, 역사적, 문화적 가치도 함께 지니고 있는 지역 으로 보전, 교육 및 관광을 통해 지역경제 발전을 도모함을 의미한다고 유네스코에서 정의하고 있다. 철원군은 연천군 및 포천시와 함께 2020년 한탄강을 중심으로 하는 현무암 분포지역과 주변을 ‘한탄강 유네스코 세계지질공원’으로 인증 받았다. 철원군의 지질명소는 고석정, 직탕폭 포, 삼부연폭포, 샘통(용천수), 소이산(용암대지), 송대소, 평화전망대(용암 기원지) 등 7개소이 며, 연천군 10개소 및 포천시 10개소(1개소 행정구역 중복 포함) 등 총 26개소이다. 지금까지의 지질공원 관련 연구는 지질학적 가치 증명과 공원지정 및 활용방안에 대한 연 구가 대부분이다. 지질공원의 중요한 기능 중 하나인 지역경제 발전을 위한 연구는 미흡하며, 특히 지질공원의 경제적 가치와 이에 대한 지역주민들의 인식과 이를 고양하기 위한 지역정책 에 대한 평가는 전무하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 철원지역 지질공원의 경제적 가 치를 평가하고 지역주민들의 인식과 지자체 정책에 대한 평가와 함께 향후 지역정책의 나아갈 방향을 제시하였다. 이를 위하여 철원지역 지질명소에 대한 현장조사와 함께 7쪽 19개 문항의 설문지를 작성하 여 철원지역의 각급 기관과 주민들에 대해 설문조사를 실시했다. 설문내용은 지질공원의 인지 여부, 방문여부, 지역발전 도움여부, 도움이 되는 이유 및 분야, 잘하는 또는 잘 못하는 정책, 지질공원 활용프로그램의 필요성, 재원마련을 위한 기부 또는 자원봉사 여부 등이다. 총 1,500 부를 배포하여 회수된 설문지 중에 유효설문지 1,011부를 분석하였다. 신뢰수준 95% 표본오차 0.3% 포인트이다. 철원에 거주하는 주민들의 지질공원 인지도는 83.9%이며, 방문경험도 77.3%에 이르지만 16.1%는 인지하지 못하고 만족도도 낮았다. 특히 지질명소가 없는 읍면의 경우에는 더욱 낮았 다. 주민들의 87,1%는 지질공원이 지역발전에 도움이 되며, 경제적인 발전, 문화적 위상, 애향 심과 자긍심을 향상시킨다고 생각한다. 지질공원 제도에 가장 도움을 받은 지역은 동송읍이며 도움되는 업종(품목)은 음식점, 숙박업소, 관광기념품, 농특산물 순이다. 잘하는 정책으로 환경 관리를 꼽았으나 잘하는 정책이 없다는 답변도 무려 31.1%에 달한다는 사실에 주목할 필요가 있다. 잘 못하는 정책은 소득증대와 홍보로서, 앞으로 중점적으로 추진할 필요가 있다고 답했 다. 지질공원 관련 프로그램 소요비용을 자발적으로 기부하겠다는 주민은 60.2%, 안하겠다는 40.2%이고, 자원봉사는 51.5%, 안하겠다는 48.5%로 과반이 조금 넘는 수준이다. 기부를 하지 않는 이유로는 기부금 말고 다른 수단을 강구하거나 강원도 또는 철원군이 책임지고 수행하거 나 혜택을 받는 주민들만 기부해야 한다는 의사를 나타냈다. 설문문항수가 많음에도 불구하고 모든 문항에 답변하고 더하여 자신의 의견을 진솔하게 직접 적어준 주민들이 많다. 이들이야말로 철원지역을 사랑하고 발전을 기원하는 마음에서 진 정성 있게 기술한 것으로 각급 행정 및 기관들은 정책수립 시에 참고할 필요가 있다. 지질공원 은 지질학적 가치뿐만 아니라 자연경관, 생태계, 문화자원 등 다양한 요소를 보유하고 있어 지 역발전과 일자리 창출에 기여할 수 있는 잠재력이 큰 자원으로 인식하고 있다. 이러한 천혜의 자원을 지속가능하게 개발 및 이용하기 위해서는 지질학적 가치를 보전하면서 친환경적으로 개발하고, 지역사회와 주민의 참여와 협력이 뒤따라야 한다고 생각하고 있다. 또한 정책수립과 운영과정을 주민들에게 투명하게 제시한다면 기부와 봉사가 더욱 많을 것이라고 판단했다. 주 민들이 생각하는 개발방식은 최근 대두되는 ESG경영과 맞닿아 있다. 비록 환경(E), 사회(S), 거버넌스(G)라는 용어를 사용하지는 않았지만, 궁극적으로 ESG를 추구하는 것으로 보인다. 행 정 및 관련 기관에서는 이들 의견을 정밀히 모니터링하고 스크린하여 정책개발시 반드시 반영 하여야 하겠다. 지역의 지속가능한 발전을 위해서는 주민참여와 협력이 필수다. 이를 알아보기 위해 관련 프로그램에 얼마나 기부 또는 자원봉사를 하겠는지 지불의사를 파악했다. 기부와 자원봉사 의 향은 지질공원이 지역발전에 도움을 줄 것이라는 긍정집단일수록, 잘하고 있는 경제정책 수가 많을수록, 교육수준이 높을수록, 지질명소와 가까울수록, 연령이 높을수록 큰 것으로 분석되었 다. 가구당 연간 평균 기부금은 31,224원이고 봉사시간을 금액으로 환산하면 335,802원이다. 이 를 철원군 전체 세대에 적용하면 매월 631백만원과 연간 7,569백만원의 경제적 이익을 지역에 줄 것으로 산출되었다. 이러한 경제적 편익은 지질공원에 대한 주민들의 기대치가 높고 그만큼 큰 가치를 지니고 있음을 알 수 있다. 이번 연구를 통하여 얻어진 지질공원 관련 지역정책을 종합하면 다음과 같다. 첫째, 지질공 원의 가치에 대한 주민의 이해와 인식변화 노력이다. 이를 위해 주민, 특히 학생들을 초청한 투어프로그램과 체험기회 등을 제공해야 하겠다. 둘째, 홍보정책의 확대와 디지털화 노력이다. 정책의 성패는 홍보에 달려있다. 관내는 물론 국내 및 국외에 대한 홍보를 다변화하고, 특히 4 차산업혁명 및 웹3.0시대에 맞는 지능정보와 감성중심 휴먼사회로의 전환이 필요하다. 또한 고 향사랑기부제도의 시행에 따라 주상절리길 입장권이나 지역체험, 휴양, 관광, 레저스포츠 프로 그램 이용권을 답례품으로 제공함으로써 지역방문을 유도하고 관계인구를 양성할 필요가 있다. 셋째, 실효성 있는 경제정책 추진이다. 지질공원으로 인해 지역의 브랜드가치가 올라가고 관광 객이 많아지는 등 문화적 자긍심이 생기는 것도 좋지만, 지역주민들은 직접적으로 주민경제에 도움이 되기를 원한다. 이를 위해서 경제활성화를 위한 인프라 구축, 콘텐츠 개발, 지역상품과 연계프로그램 개발, 접근성과 편의성 개선, 홍보마케팅 강화 등이 필요하며, 주민의 직접적인 소득증대와 일자리 창출로 연계해야 하겠다. 넷째, 타깃별 맞춤형 정책 추진이다. 읍면별로 혜 택이 골고루 돌아갈 수 있도록 안보관광, 생태관광, 농촌관광, 축제, 음식 등 지역연계 맞춤정 책의 발굴이 요구된다. 대외적으로는 방문객의 연령, 방문목적, 가족, 단체, 학생 등 부류별 맞 춤프로그램 개발과 가이드 관광을 통해 철원지역의 가치를 명확히 알려서 재방문을 유도해야 하겠다. 다섯째, 지속가능한 발전을 위한 노력이다. 지질학적 가치의 고양, 환경친화적 개발, 주 민참여와 협력, 투명한 운영 등이 요구된다. 즉, ESG경영 개념의 지속가능한 개발을 하여야 하 겠다. 여섯째, 지질공원의 대중화 노력이다. 우리가 보는 산과 들과 강, 매일 사용하는 핸드폰, Eh동차, 주택, 도로 등 거의 모든 일상용품과 시설들이 지질자원으로부터 얻어지고, 지구상에 서의 지질현상에 따른 산물이다. 일반국민들에게 좀더 다가가기 위하여 쉽고 재미있는 일상의 언어와 그림과 사진으로 안내판을 만들어야 한다. 또한, 지질공원해설사의 전문성을 높여 보다 쉽고 재미있고 유익하게 해설할 수 있도록 역량을 강화하여야 하겠다. 지역발전은 어느 한가지 정책만으로 이뤄질 수 없다. 지역의 다양한 자원을 연계하고 환경 친화적으로 개발하며, 행정과 지역사회 및 주민들이 거버넌스를 형성하여 함께 노력할 때 지속 가능한 발전을 할 수 있다. 위에 제시한 정책들을 창조적으로 발굴하고 추진하며 지속적으로 모니터링하는 등 좀 더 향상시킬 수 있는 연구가 뒤따라야 하겠다. □ 핵심주제어 : 한탄강 유네스코 세계지질공원, 철원군, 지역정책, 지속가능 지역개발, 지불의사 Identifying the Relationship Between Geoparks and Local Government Policies - Case Study in Hantangang UNESCO Global Geopark (Cheorwon area) Kim - Key Up, Department of Geology, Graduate School, Kangwon National University UNESCO defines a global geopark as a geological site with special scientific importance, rarity, or beauty and has ecological, archaeological, historical, and cultural values, promoting regional economic development through conservation, education, and tourism. Cheorwon-gun, along with Yeoncheon-gun and Pocheon-si, was certified as the "Hantangang UNESCO Global Geopark" in 2020 for the basalt distribution and surrounding areas around the Hantangang River. There are seven geological attractions in Cheorwon-gun, including Goseokjeong, Jiktang Waterfall, Sambuyeon Falls, Samtong (Gush-out Water), Soisan Mountain (Cheorwon Lava Land), Songdaeso, and Cheorwon Peace Observatory (Lava Origin). There are a total of 26 locations, including 9 in Yeoncheon-gun and 10 in Pocheon-si. Previous research related to geoparks so far have been about providing proof of geological value, park certification, and utilization plans. Research for regional economic development, an important function of geoparks, is insufficient. In particular, there is no research on the economic value of geoparks, the perception of local residents, and regional policies to improve them. In this study, the consciousness, willingness to pay, regional policy evaluation, and the direction of future regional policy of Cheorwon residents for the geopark were proposed. In addition to field surveys on geosites in the Cheorwon-gun area, surveys were conducted on various institutions and local residents. The survey includes recognition of geoparks, visits to geoparks, help with regional development, reasons and areas for help, policies that aregood or bad, the need for programs to utilize geoparks, and donations of financial resources or volunteering. 1,500 copies of the questionnaire were distributed and 1,011 copies of the recovered effective questionnaire were analyzed. The confidence level is 95% with a sampling error of 0.3% points. Among the local residents of Cheorwon-gun, 83.9% know about the geological park and 77.3% have visited, but 16.1% do not know it and have low satisfaction. Areas without geosites are especially lower. 87.1% of residents think that geoparks are helpful for regional development and improve economic development, cultural status, affection, and pride. Environmental management was cited as a good policy in relation to geoparks. On the other hand, it is worth paying attention to 31.1% of residents who think that there are no good policies. Regional policies that are not good are related to income growth and public relations. In the future, it is necessary to focus on promoting these policies. Among the residents, 60.2% said they would donate to geopark-related programs and 40.2% said they would not. Meanwhile, 51.5% of the residents said they would volunteer and 48.5% said they would not. The reason for not donating should be done in a different way, by administration, or only by benefiting residents. Geoparks are resources with great potential to contribute to regional development and job creation. In order to develop these resources sustainably, it is necessary to develop them environmentally while preserving geological value, and the participation and cooperation of local communities and residents should follow. In addition, if local policies are transparently disclosed to residents, there will be more donations and services. The development method proposed by residents is related to the recently emerging ESG management method. Although the terms environment (E), society (S), and governance (G) are not used, they ultimately pursue ESG management. The administration and related agencies must closely monitor and screen these opinions and reflect them in their policies. The participation and cooperation of residents are necessary for sustainable development. To know this, the willingness to donate or volunteer was determined. Willingness to donate and and volunteer was greater, and this is related to more positive groups, more good policies, higher the education level, residing closer to geological attractions, and higherage groups. Geoparks are estimated to bring an average annual economic profit of 7,569 million won per household. Through economic benefits, it can be seen that residents expect a lot and value geoparks. The regional policies related to geoparks obtained through this study are as follows. First, residents must deeply understand geoparks and change their perceptions. To this end, tour programs and experience opportunities that invite residents and students should be provided. Second, promotion policies should be expanded and digitized. It is necessary to diversify domestic and international public relations, and to have intelligent information, sensitivity, and dormant policies suitable for the 4th Industrial Revolution and Web 3.0 era. In addition, as a return gift for the "Hometown Love Donation System," an "entry ticket to the Jusangjeolgil" should be provided to induce visits and make it a related organization. Third, there should be an effective economic policy promotion. Local residents want to be of direct economic help through geoparks. Income growth and jobs should be created by building infrastructure, content development, developing local products and programs, improving accessibility and convenience, and strengthening public relations marketing. Fourth, customized policies should be pursued. It is imperative to find customized policies such as security tourism, ecotourism, rural tourism, festivals, and food so that benefits are evenly distributed in the region. It is necessary to develop customized programs for each category, such as the age of the visitor, the purpose of the visit, and whether they are a family, group, or a student. Revisits should be increased by informing the value of the region through guided tourism. Fifth, efforts for sustainable development are needed. Elevation of geological value, environmentally friendly development, resident participation and cooperation, and transparent operations are required. Sustainable development of ESG management concepts is also required. Sixth, efforts to popularize geological parks are needed. Information boards should be made with easy and interesting everyday language, pictures, and photos so that the general public can understand them well. The capabilities of geopark commentators should be strengthened so that they can be explained easily, fun, and informally. It is said that children are raised by the whole village. Regional development cannot succeed with just one policy. Sustainable development is possible when working together, such as linking various resources, developing environmentally friendly development, and forming community governance. Research on ways to creatively discover and strongly promote the policies presented above and further improve them through continuous monitoring should be followed.

Spectra-based detection models on heavy metal pollutions in soil and vegetation media using geochemical analysis and reflectance spectroscopy

신지혜 忠南大學校 大學院 2024 국내박사

이 학위논문은 중금속으로 오염된 다양한 환경 매체에서 화학적, 지질학적, 분광학적 기법을 결합하여 중금속 오염을 탐지하는 방법을 제시하였다. 연구대상은 폐광산 인근의 토양, 하천 퇴적물, 그리고 중금속으로 오염된 토양에서 서식하는 소나무의 솔잎이며 각 매체에서의 중금속 오염 탐지 방법은 세 가지의 사례 연구를 통해 소개하였다. 첫 번째 사례 연구에서는 폐광산 주변 중금속으로 오염된 토양에서 발현되는 분광학적 특성을 기반으로 중금속 오염 농도를 예측하고자 하였다. 연구지역은 열수광상 타입을 가지는 폐금속광산으로, 토양은 구리, 아연, 비소, 카드뮴, 납으로 심각하게 오염되어 있었다. 광물 동정 결과, 토양의 주요 광물성분은 탄산염광물, 이차변질광물, 광석광물로 확인되었다. 이를 미루어 보아 중금속은 토양내 구성하고 있는 광물의 풍화작용으로 유래한 것으로 사료된다. 분광학적 특성을 분석한 결과, 토양 내 아연, 카드뮴, 납의 함량은 이차 변질광물(스멕타이트, 녹니석, 투각섬석 및 활석)의 분광학적 특성이 나타나는 파장과 밀접한 관련이 있었다. 예를 들어 중금속 함량이 높아질수록 이차변질광물과 관련된 OH반응기의 흡광 파장 특징이 크게 감소하였다. 이러한 파장대역을 사용하여 단계적 다중 선형 회귀모형을 구축한 결과, 예측모형의 R2은 모두 0.7 이상으로 카드뮴, 아연, 납의 함량 예측모형은 통계적으로 유의하였다. 이 연구는 중금속 농도에 따른 분광학적 반응 양상은 토양의 지질 조건, 특히 광물 조성과 상당한 관련이 있으며 토양 내 중금속 오염을 예측하는 모델을 제시하기 위해서는 중금속 함량 분석, 광물 조성 분석, 분광학적 반응 특성 분석을 결합하여 수행되어야 한다는 점을 강조하였다. 두 번째 사례연구는 중금속 오염이 발생하는 대표적인 토양 유형에서 중금속 오염정도를 감지하기 위한 사례별 분광 지수와 토양의 유형과 무관한 범용 지수를 제안하였다. 이를 위해 7개의 다른 연구지역을 지질학적 조건에 따라 세 가지(열수광상의 토양, 스카른 광상의 토양, 산성광산배수)의 범주로 묶고 각 그룹의 중금속 오염특징, 광물조성 조합, 입자크기 분포, 분광학적 특징을 면밀하게 분석하였다. 그리고 중금속 오염을 예측하기 위해 요인 분석과 단계적 다중 선형 회귀모형과 랜덤 포레스트 회귀모형을 사용하였으며, 구축한 예측모형은 통계적인 신뢰도가 유의하였다. 토양의 중금속 오염 예측 모형은 지질학적 특성에 따라 그 중금속 오염 원소, 광물조성의 조합, 그리고 분광학적 반응 특성이 다르게 나타남을 확인하였다. 이는 광물 조성 분석과 같은 체계적인 토양 특성 분석법을 동반하는 것이 분광분석법에서 나타나는 장소 특이성 문제를 풀 수 있는 실마리라는 것을 시사한다. 다시 말해 지질학적인 정보가 제공된 사례 연구의 예측모형은 비슷한 지질적 조건을 가진 다른 연구지역에서도 활용 가능하다는 것을 의미한다. 모든 토양시료를 합쳐 구축한 범용 예측 모형은 철, 아연, 납의 복합 중금속 오염을 철산화물과 점토광물로 나타나는 분광특성 파장대역을 사용하여 중금속 오염 수준을 예측하였다. 여기에서 사용된 중금속은 특정 지질조건과 상관없이 공통적으로 나타나는 원소이며 광물조성은 일반적인 토양에서도 흔히 발견되는 광물들로 예측모형으로부터 개발된 범용 분광지수는 토양의 유형에 무관하게 일반적으로 사용될 수 있음을 시사한다. 무엇보다도 한 가지의 중금속 오염이 아닌 복합의 중금속 오염을 탐지하는 모형은 각 토양 유형에 맞춤형으로 중금속 오염 예측 분광지수를 제안하여 다른 지역에도 쉽게 적용할 수 있다는 것에 의의가 있다. 세 번째 사례 연구는 폐광산 인근 중금속으로 오염된 토양에서 자라는 소나무 바늘의 분광 응답 특성을 이용하여 비소 함량을 예측하는 분광지수를 제시하였다. 토양 내 비소 함량와 소나무 바늘의 비소 함량은 매우 높은 상관관계로 나타나 솔잎의 비소 함량 예측 분광지수는 토양의 비소오염 지시자로 적용 가능할 것으로 사료된다. 비소의 농도가 증가함에 따라 솔잎의 녹색과 적색 파장영역에서의 반사도의 증가, 1648 nm에서 1차 미분의 감소, 적색 흡광특성의 축소 등의 분광변이를 확인하였다. 이러한 변화는 솔잎 내의 엽록소 감소와 페놀 화합물의 구조적 변화에 기인되었다. 단계적 다중 선형 회귀모형을 구축한 결과, 668 nm와 1648 nm의 1차 미분이 비소 함량 예측을 위한 유용한 변수로 나타났다. 이 연구는 토양이 식생으로 덮인 침엽수림에서도 토양 내 비소 오염과 광물탐사를 가능하게 하는 새로운 분광 지표를 제시하였다. 종합적으로 세 가지의 사례 연구들은 분광학적 접근법을 기존의 지구화학적 분석법과 결합하여 다양한 환경에서 중금속 오염 예측을 위한 분광 지수를 제시하였다. 본 연구에서 개발된 분광지수는 빠르고 경제적으로 중금속 오염을 탐지할 수 있는 분광학적 접근법으로 무인항공기, 인공위성과 같은 다양한 원격탐사 기술을 적용한다면 중금속 농도를 실시간으로 정량하고 오염정도를 모니터링 하는 사전 선별작업으로 그 활용도가 높아질 것으로 기대한다.

地下貯藏空洞 建設을 위한 斷裂岩盤의 地下水體系 評價方法 硏究

조성일 忠南大學校 2005 국내박사

This study aims to evaluate the hydrogeological system of large scale storage caverns under construction in a volcanic rock mass in the Yeosu peninsula. In general, the porous continuum concept is still used for the hydrogeological design and safety evaluation on underground storage facilities. In this study, the fracture hydrological approach is used for the hydrogeological assessment of the site. The fracture analysis of surface and tunnel mapping data and of the BHTV data from the drilling holes were carried out. For the hydrogeological analysis, the hydraulic tests data, the evolution of groundwater levels in the surface monitoring boreholes and the variation of water curtain hole pressures in the caverns were utilized. The hydrogeologic system in the study area is characterized by two major fracture zones (F1-1 and F1-3 zones) acting as a hydraulic boundary with the existing storage facilities. In the F1-1 zone, the groundwater levels are shown a great difference between the upper and lower levels in the range of 7 - 170 m measured from the double completed monitoring holes. This might be resulted from the poor hydraulic connectivity and very low hydraulic conductivity (7 × 10^(-10) ~ 5 × 10^(-9) m/sec) in the zone, in turn low groundwater recharge rates. On the other hand, the F1-3 zone has a relatively less difference between the upper and lower groundwater levels in the range of 10 and 40 m and has a low hydraulic conductivity of 4 ~ 5 × 10^(-9) m/sec, indicating relatively higher hydraulic connectivity than the F1-1 zone. At the cavern level, the Hydraulic Conductor Domain (fracture zones) is characterized one local major fracture zone (NE-1 of N50°E/90°) and two local fracture zones (NW-1 of N20°W/90°, NW-2 of N50°W/90°). The background fractures in a Hydraulic Rock Domain (rock mass) can be characterized by a statistical terms. The background fracture sets based on the orientation are identified as three subvertical sets and one subhorizontal set. The trace lengths of each set ranges from 1.81 to 2.82m and the fracture frequency in terms of P32 (fracture density) ranges from 0.003 to 0.074. The hydraulic conductivity of the Hydraulic Conductor Domain is in range of 1 x 10^(-8) and 1 x 10^(-9) m/s, whereas that of the Hydraulic Rock Domain ranges from 4 x 10^(-9) to 7 x 10^(-10) m/s, indicating the low to very low permeable media. The porous continuum approaches for fractured rock masses can improve its reliability by using a numerical model with more refined Hydraulic Conductor Domains and Hydraulic Rock Domains. Since the importance of input parameters for a model is varied between the transitional or steady state analysis, the more attention is necessitated on the accurate primary data analysis of the related input parameters (recharge rate, storage coefficient, specific yield) on the analysis of interest (inflow rate, evolution of the groundwater level etc.) The identification of conductive features from a surface based site investigation is still great challenges for a underground cavern site, which is mainly resulted from the irregularity of fracture orientations and extends. To deviate this problem, the systematic qualitative analysis for fractures on the BHTV images is essential as well as a statistical analysis. For the evaluation of hydraulic connectivity for identified fractures, Flow logging test should be carried out in an early stage followed by the installation of a multi-packer system on the fractures of interest.

天安 云田里 靑銅器 遺蹟地에서 出土된 土器와 無紋土器의 考古地質學的 硏究

이효민 公州大學校 大學院 2004 국내석사