수질평가지수를 활용한 지하수 내 미네랄의 수리화학적 특성 해석 : 충청남도 야영장 사례 = Interpretation of Hydrochemical Characteristics of Minerals in Groundwater Using the Water Quality Index:A Case Study of Campgrounds in Chungcheongnam-do

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 충청남도 10개 시군 58개 캠핑장 지하수를 대상으로 수리화학적 특성과 K-index 및 O-index를 활용한 건강성 및 기호성 평가를 수행하였다. 연구 지역을 해안권(보령, 태안, 당진)과 내륙권(공주, 논산, 아산, 청양, 예산, 천안, 홍성)으로 구분하고, 지질대별(경기괴대, 옥천대, 경계혼재대)로 비교 분석하여 공간적 수질 특성과 지질학적 영향을 규명하였다.
연구 결과, 총 경도는 평균 136.3 mg/L(범위 12.0~1,665.0 mg/L)로 나타났으며, 약 81%가 음용에 적합한 연수 및 중경수 범주에 해당하였다. 해안권의 경도는 평균 206.8 mg/L로 내륙권(82.7 mg/L)보다 2.5배 높았으며, 이는 해수 침입과 높은 Ca, Mg 농도에 기인하였다. 지질대별로는 경기괴대 161.2 mg/L, 옥천대 117.8 mg/L, 경계혼재대 78.8 mg/L로 체계적인 차이를 보였다. Piper diagram 분석 결과, Ca-HCO3형이 62%로 가장 우세하였으며, 규산염 및 탄산염 광물의 풍화작용이 수질 형성의 지배적 요인으로 확인되었다.
K-index를 통한 건강성 평가에서 10개 시군의 평균은 19.4(범위 4.3~43.9)로 나타났으며, 9개 시군(90%)이 K-index≥5.2 기준을 충족하여 건강한 물로서 적합한 미네랄 함량을 보였다. 보령시가 K-index 43.9로 가장 높아 건강 기능성이 매우 우수하였다. O-index를 통한 기호성 평가에서 평균은 2.9(범위 1.5~7.7)로 나타났으며, 6개 시군(60%)이 O-index≥2.0 기준을 충족하였다. 예산군은 O-index 7.7로 맛이 가장 우수한 지하수로 평가되었다. K-index와 O-index를 동시에 충족하는 지역은 6개 시군(60%)으로 나타났으며, 해안권 3개 지역(당진, 태안, 보령)이 모두 기준을 충족하여 100% 적합률을 보인 반면, 내륙권은 7개 중 3개(42.9%)만 충족하였다.
기준 충족 지역의 평균 경도는 141.3 mg/L로 경수 범주에 속한 반면, 부적합 지역의 평균 경도는 73.0 mg/L로 연수 범주에 속하여 68.4 mg/L의 차이를 보였다. 이는 높은 경도가 건강 기능성과 기호성 평가에 매우 유리함을 명확히 보여주는 결과이다. K-index와 경도는 강한 양의 상관관계를 보였으며, 경도가 높을수록 미네랄 함량이 풍부하여 O-index도 높아지는 경향을 나타냈다.
본 연구는 국내 캠핑장 지하수 연구에서 오염 중심 평가를 넘어 유익 미네랄과 수질지수를 활용한 긍정적 평가 체계를 도입하였다는 점에서 학술적 의의가 크다. K-index와 O-index를 국내 지하수에 적용하여 한국의 지질 환경에서도 건강성과 기호성을 합리적으로 변별할 수 있음을 검증하였으며, 경도가 두 지수를 결정하는 핵심 인자임을 정량적으로 규명하였다. 본 연구 결과는 캠핑장 입지 선정, 수질 개선 방안 수립, 마케팅 전략 개발 등 실무적 의사결정에 활용될 수 있으며, 기후변화에 따른 해수 침입 영향 예측의 기초 자료로도 활용 가능하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study evaluated the hydrogeochemical characteristics, healthiness, and palatability of groundwater from 58 campgrounds across 10 cities and counties in Chungcheongnam-do Province using the K-index and O-index. The study area was divided into coastal regions (Boryeong, Seocheon, Taean, Dangjin) and inland regions (Gongju, Nonsan, Buyeo, Cheongyang, Yesan, Cheonan, Hongseong), and comparative analyses were conducted by geological zones (Gyeonggi Massif, Okcheon Belt, boundary mixed zone) to investigate spatial water quality characteristics and geological influences. The results showed that the average total hardness was 136.3 mg/L (range: 12.0–1,665.0 mg/L), with approximately 81% falling within the soft and moderately hard water categories suitable for drinking. The coastal region exhibited an average hardness of 206.8 mg/L, 2.5 times higher than the inland region (82.7 mg/L), attributed to seawater intrusion and elevated Ca and Mg concentrations. Geological zones showed systematic differences: Gyeonggi Massif (161.2 mg/L), Okcheon Belt (117.8 mg/L), and boundary mixed zone (78.8 mg/L). Piper diagram analysis revealed that Ca-HCO3 type was most dominant at 62%, and weathering of silicate and carbonate minerals was confirmed as the primary factor controlling water quality formation. The health evaluation using K-index showed an average of 19.4 (range: 4.3–43.9) across the 10 cities and counties, with 9 regions (90%) meeting the K-index≥5.2 criterion, indicating suitable mineral content for healthy water. Boryeong City exhibited the highest K-index of 43.9, demonstrating excellent health functionality. The palatability evaluation using O-index showed an average of 2.9 (range: 1.5–7.7), with 6 regions (60%) meeting the O-index≥2.0 criterion. Yesan County achieved the highest O-index of 7.7, evaluated as having the most excellent taste. Six regions (60%) satisfied both K-index and O-index criteria simultaneously. Notably, all three coastal regions (Dangjin, Taean, Boryeong) met both criteria, achieving a 100% compliance rate, while only 3 out of 7 inland regions (42.9%) satisfied the criteria. The average hardness of compliant regions was 141.3 mg/L (hard water category), while non-compliant regions averaged 73.0 mg/L (soft water category), showing a difference of 68.4 mg/L. This clearly demonstrates that higher hardness is highly advantageous for both health functionality and palatability evaluation. K-index showed a strong positive correlation with hardness, and higher hardness was associated with abundant mineral content, which also increased O-index. This study has significant academic value in introducing a positive evaluation system using beneficial minerals and water quality indices, moving beyond pollution-focused assessments in domestic campground groundwater research. The application of K-index and O-index to Korean groundwater validated that healthiness and palatability can be reasonably distinguished in Korea's geological environment, and quantitatively demonstrated that hardness plays a critical role in evaluating both indices. The results can be utilized for practical decision-making including campground site selection, water quality improvement planning, and marketing strategy development, and can also serve as baseline data for predicting seawater intrusion impacts due to climate change.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ⅲ
• 그림목차 ⅳ
• ABSTRACT ⅴ
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 및 목적 1
• 제2절 연구내용 및 범위 6
• 제2장 이론적 고찰 8
• 제1절 지하수의 수리화학적 특성 8
• 1. 지하수의 생성과 순환 8
• 2. 물-암석 상호작용 13
• 3. 대수층 유형과 수질 특성 15
• 제2절 미네랄 성분과 건강 기호성 18
• 1. 주요 미네랄 성분의 건강 영향 18
• 제3절 수질평가 지수 20
• 1. K-index(건강지수)의 개념과 적용 20
• 2. O-index(맛지수)의 개념과 적용 21
• 3. index 지수의 한계점, M-index(맛지수) 21
• 제4절 지하수 관련 국내 국외 정책 현황 24
• 1. 국내 지하수 정책 관리 현황24
• 2. 국외 지하수 정책 관리 현황25
• 제3장 연구방법 28
• 제1절 연구 대상 선정 28
• 1. 시‧군별 야영장 분포 28
• 2. 연구지역의 지질 및 입지 특성 30
• 제2절 시료 채취 방법 34
• 1. 시료 채취 및 보관 34
• 제3절 분석 항목 37
• 1. 미생물에 관한 기준 37
• 2. 건강상 유해영향 무기물질 38
• 3. 건강상 유해영향 유기물질 39
• 4. 심미적 영향물질 40
• 제4절 수리화학적 분석 42
• 1. Piper diagram 작성 42
• 제5절 평가지수 산출 44
• 1. K-index, O-index 산출방법 44
• 제4장 연구결과 46
• 제1절 야영장 지하수의 지질학적 수리화학적 특성 46
• 1. 해안권·내륙권 미네랄 원소 농도 및 미량원소의 특성 46
• 2. 지질대별 미네랄 성분 및 미량 원소 농도 50
• 3. 공간적 경도 분포 특성 및 미네랄성분 영향 55
• 4. 수질유형 분류 및 물-암석 반응 65
• 5. 기호성‧건강성 평가 69
• 제5장 연구결론 78
• 참고문헌 81
• 국문초록 87