Research Article

The Journal of Engineering Geology. December 2020. 525-539
https://doi.org/10.9720/kseg.2020.4.525

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 연구지역의 특성

  • 조사방법

  •   시료 채취 및 분석

  •   전기비저항 탐사

  • 연구결과

  •   육안관찰

  •   토양오염

  •   수질

  •   전기비저항 탐사

  • 결 론

서 론

현재 우리나라는 경제성장에 따른 산업활동의 급증으로 대기, 수질, 토양 및 지하수오염이 증가하고 있다. 대기 및 수질오염은 국민 삶의 질 향상을 위한 중앙정부의 정책적 지원에 힘입어 지속적으로 개선되어 왔으나, 휘발성 유기화합물과 중금속 등의 오염물질에 의한 토양 ‧ 지하수는 오염 개연성이 높음에도 불구하고 정밀한 토양 ‧ 지하수 환경조사를 실시한 사례가 많지 않아 토양 ‧ 지하수 오염 현황을 정확히 파악할 수 없는 실정이다. 산업활동의 급증으로 생긴 부산물인 폐기물과 오폐수는 오염방지시설이 미비할 경우 불법으로 매립하거나 무단 방류하여 사회적 문제로 대두된 경우가 많았으며, 현재까지도 택지개발부지 내에서 불법폐기물이 발견되어 사회적 문제로 발생하고 있다.

이러한 문제들을 해결하고자 다양한 연구가 수행되었다. 매립지 주변의 환경오염에 대한 평가 혹은 환경 복원 공사 과정에서 물리탐사 기법을 이용한 폐기물 매립지의 규모 파악을 통하여 매립지의 환경 지질학적 특성 평가(Moon et al., 2003), 포항 폐기물 매립장에서 전기탐사를 이용한 오염 특성 평가(Lee and Yoon, 1998), 충주 무릉매립장과 노은매립장에서 전기비저항 탐사를 이용하여 매립장 침출수 분포 평가(Kim et al., 2004; Kim, 2006), 장풍 폐광산에서 전기비저항 쌍극자 탐사를 수행하여 산성수의 침출수 유동 평가(Kim et al., 2002), 슐럼버젼 전기비저항 탐사를 수행하여 매립물의 전기비저항층서와 침출수 발생지역의 평가(Lee and Yoon, 1997), 전기탐사를 이용하여 폐기물 처분장의 지하수 오염 탐지(Buselli et al., 1990), VPR, GPR 및 EM 조사로부터 오염된 탄화수소의 평가(Atekwana et al., 2000) 등에 대한 연구가 수행되었다. 이와 같이 지구물리탐사 방법은 매립장의 층서와 구조, 매립지의 규모, 매립폐기물의 종류 및 상태, 지하 오염물질의 분포 범위와 거동, 매립지의 구조적 안정화 정도 및 토지의 재이용 가능성을 진단하기 위한 자료를 얻기 위해 수행된다고 보고하고 있다(Moon et al., 2003).

연구지역은 택지개발부지 내에 매립된 피혁폐기물, 석유류 저장용기 및 침출수가 주변의 토양과 지하수를 오염시키고 있어, 향후 택지개발부지 내에 거주하는 주민들의 건강에 직접적인 영향을 미치므로 정확한 환경조사가 필요한 실정이다. 이에 따라 토양, 지하수 조사 및 전기비저항탐사를 수행함으로써 이 지역에 대한 오염 특성 및 그 경로를 파악하는데 본 연구의 목적이 있다.

연구지역의 특성

연구지역의 면적은 약 191,000 m2이며, 연기군 남면 송원리 일대로 행정중심복합도시의 남서쪽인 택지개발지역 내에 위치한 피혁 공장부지와 인근의 폐기물 매립지이다. 택지개발에 따른 토양조사 등으로 전반적인 지층파악이 이루어져 비오염 지역에 대해서는 공사가 진행 중이며, 피혁공장 부지와 폐기물 매립지역은 나대지 상태로 남아 있는 실정이다. 이 지역은 금강과 인접한 지역으로서 지질 분포는 기반암으로 편마상화강암(청주도폭의 반상화강암)과 충적층이 분포한다. 충적층은 점토, 실트 및 세립질 모래가 우세한 지역이며, 지하수위는 지표면 하 5 m 상부에 존재하고 있는 것으로 파악되었다. 토양 ‧ 지하수를 오염시키는 주요 점오염원으로는 유해폐기물부지(피혁공장), 매립지(피혁폐기물), 지하저장탱크(지하유류탱크, 지하저수조) 및 지표저류시설(오 ‧ 폐수 처리장) 등이다.

조사방법

시료 채취 및 분석

트랜치(trench) 굴착에 의한 조사는 피혁공장 부지와 주변지역에 대한 현장조사인 기초조사를 실시하고, 비오염지역, 폐기물 예상매립지역, 유류저장시설 주변지역 및 기타 토양오염 예상지역을 위주로 Fig. 1과 같이 21개 지점(TO-1~TO-21)을 선정하여 수행하였다. 여기서, G-1~G-3는 울트라 건설, 포스코 건설 및 SK 건설의 현장사무소 지하수 관정이다. 기초조사 및 트랜치 조사 결과로부터 시추조사 위치를 Fig. 2와 같이 설정하였으며, 시추 시 타격식 장비(air percusion)를 사용하였다. 시추는 총 25개소로서 이중 9개소(BH-1~BH-9)는 전기비저항 탐사결과에서 저비저항 이상대를 보이는 곳에 추가로 수행하였다. 이때 토양정밀조사지침(토양환경보전법 제5조4항 및 동법 시행령 제9조 제2항)에 준하여 토양시료를 채취하였으며, 심토시료는 표토시료 3개소에 1개소의 비율로 채취하였다. 채취 심도는 지표면에서 15 m 까지로 하였으며 채취 시료수는 5점으로 하였다.

토양 ‧ 지하수 채취시료의 분석은 그 성상에 따라 구분하여 수행하였다. 토양 시료는 토양환경보전법 제10조 규정에 의한 토양오염공정시험방법에 따라 분석하였으며, 침출수 및 지하수는 먹는물관리법 제5조의 2(먹는물수질공정시험방법, 환경부고시 제2002-91호)규정에 따라 분석하였다.

토양시료는 1 m 간격으로 채취하였으며, 오염 정도가 심한 구간을 토양오염공정시험 방법에 따라 채취하고 공인된 분석방법에 따라 실시하였고, 분석은 16개 항목에 대하여 수행하였다. 침출수는 폐기물 매립지역, 침출수 확산지역, 토양오염지역 및 원지반 지역으로 구분하여 채취하였으며, 지하수는 연구지역의 남쪽하류에 위치한 관정을 이용하여 채취하였다. 침출수 및 지하수 시료채취는 20개 지점, 즉 Fig. 1에서 TO-4, 6, 7, 8, 9, 16과 G-1, 2, 3, 그리고 Fig. 2에서 BTO-2, BH-1, 2, 3, 4, 6, 8, 9를 선정하여 채취하였으며, 분석항목은 23개 항목이다.

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Fig. 1

Map of the trench excavation.

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Fig. 2

Map of boring sites.

채취된 토양시료는 분석 항목(중금속류, 시안, 유기물질 및 유류(TPH, BTEX))에 따라 중금속류 분석용 시료는 폴리에틸렌 봉지에 담았다. 시안 및 유기물질 분석용 시료는 입구가 넓은 유리병에 보관하였다. BTEX 및 TPH 분석용 시료는 채취한 시료 Liner를 절개하여 오염 개연성이 가장 크다고 판단되는 구간(±15 cm)을 채취하였다. 채취된 시료는 0~4°C의 냉장 상태로 실험실까지 운반하였으며, 수분보정용 시료로 잔여 토양을 입구가 넓은 200 ml 이상의 유리병에 가득 담고 밀봉한 후 같은 방법으로 실험실로 운반하였다.

전기비저항 탐사

전기비저항탐사(electrical resistivity survey)는 전도율이 서로 상이한 지층 혹은 암석 대지에서 인위적으로 전류를 흐르게 하여 전류 I와 전위차 V를 측정하여 지층의 비저항치와 심도 등을 추정하여 지층의 분포상태 등을 파악한다.

방법: 탐사방법을 선택할 때는 탐사방법의 특징, 지형 및 지질조건, 측선 주변상황, 성과도 등을 고려하여 최적의 전극 배열을 사용한다(Kim et al., 2001). 탐사방법은 지표 하 일정 심도에 대한 대지 비저항의 범위를 측정하여 지질상태를 파악하는 방법으로 쌍극자 배열법을 선정하였으며(Moon et al., 2003), Fig. 3과 같다. 쌍극자 배열은 전류전극 및 전위전극 사이의 간격(D)을 일정하게 고정하고, 전류전극과 전위전극의 거리를 연속적으로 쌍극자 길이(D)의 정수배(nD)만큼 증가시켜 가면서 측정하는 방법이다. n을 통상 전극 전개수(electrode separation index)라 부른다.

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Fig. 3

Schematic diagram of the dipole-dipole array.

쌍극자 배열법의 겉보기비저항(ρa)은 식 (1)과 같다. 쌍극자배열법 탐사는 전극 간격 a를 탐사목적 및 정밀도 등을 고려하여 결정하고, a, 2a, 3a, … na로 단계적으로 이동하며 전위차를 측정하여 겉보기 비저항치를 계산한다. 여기서, K는 기하학적 계수 또는 거리 계수(geometric factor)라고 하며, 전류전극 및 전위전극의 배열에 의해서 결정되는 값이다.

(1)
ρa=K×VI=n(n+1)(n+2)πDVI

쌍극자 배열법은 신속하게 수직 및 수평탐사를 수행할 수 있어 비교적 광역적으로 지하의 2차원적인 전기비저항에 대한 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있으며, 사용된 전기비저항탐사 측정 장비는 스웨덴 ABEM사의 SAS-4000을 이용하였다.

자료처리: 전기비저항 탐사는 천부에서의 전기전도도가 지표의 지형에 따라 대단히 민감하게 반응하기 때문에 지하의 수평적 이상대 분포를 정확히 파악할 수 없는 어려움이 있다. 이 연구에서는 이를 해결하기 위해 임의의 지하구조에 대한 이론치를 컴퓨터가 이론자료와 현장자료를 비교함으로써 새로운 지하구조로부터 역으로 이론자료를 계산하고, 이론자료와 현장자료를 비교하여 오차가 더 작은 가상의 지하구조를 다시 계산해낸다. 이러한 과정을 컴퓨터가 반복 수행하면서 오차를 최대한 줄일 수 있는 범위에 근접하면 지하 2차원 가단면도가 작성된다(Jupp and Vozoff, 1977). 쌍극자 배열 전기비저항 탐사자료의 정량적인 해석을 위한 방법으로써 순 모델링(forward modeling)에 의한 반복적 시행 착오법(trial-and-error)과 역산(inversion)을 이용하는 방법으로 대별된다.

금번 연구현장에서 해석의 정확성 및 지질구조와의 적합성을 유지시키기 위하여 쌍극자배열법으로 측정한 전기비저항탐사 자료를 국내에서 널리 사용되는 자료해석용 프로그램인 “DIPROWIN”을 이용하였다. 자료처리는 가단면도상의 측정값을 자료처리 소프트웨어에 입력하고 측점별 지형고도를 입력하여 지형보정을 실시하며, 적절한 역산 변수를 설정하여 역산 수행하고, 지하 매질의 진 전기비저항 단면도를 작성하였다.

적용: 매립 폐기물의 오염물질에 의한 토양 및 지하수의 오염범위를 파악하기 위하여 전기비저항 탐사를 수행하였으며, Fig. 4와 같이 탐사 측선의 전극 간격은 5.0 m로 설정하고 10개 측선을 적용하였다. 북서쪽의 폐기물 매립지역은 9개 측선을 격자망으로 구성하고(ELH-1~ELV-5), 남동쪽의 오 ‧ 폐수 처리장 지역은 1개 측선을 배치하였다(EL-1). 여기서, 녹색으로 표시된 지역은 녹지 및 농림지역, 검은색 표시는 기존 피혁공장, 매립지, 지하저장탱크 및 지표저류시설이고, 파란색 표시는 소류지, 하천 및 소하천을 나타낸 것이며, 빗금친 하늘색 부분은 기초조사, 트랜치 조사, 토양 및 지하수 분석 결과를 토대로 작성된 오염지역을 나타내고 있다. 탐사지역에서 부지 내 지역은 콘크리트로 포장되어 있으며, 부지 외 지역은 원지반과 성토지반으로 인해 기복이 있는 요철형태를 보이고 있다.

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Fig. 4

Arrangement of survey lines in the electrical resistivity survey.

연구결과

트랜치 굴착으로부터 육안관찰에 의한 흙의 오염상태를 파악하고 폐기물 분포지역, 유류누출의 예상지역 및 침출수 확산지역을 평가하였으며, 각각의 지점에서 수질분석을 실시하하였다. 트랜치 굴착지점의 조사결과를 토대로 설정된 시추지점에서 토양 시료를 채취하여 토양오염도를 분석하고 지하수위를 측정하였으며, 이들 결과를 중심으로 오염된 지역에서 전기비저항 탐사를 실시하고 그 결과를 토양 및 지하수 오염과의 연관성을 파악하였다.

육안관찰

피혁공장 부지 중 북쪽의 상부지역에 대한 8개소의 트랜치 굴착으로부터 토양의 색상변화를 육안관찰한 결과, 토양 비오염 지역은 6개소이며(TO-11, TO-12, TO-13, TO-18, TO-19, TO-20), 토양오염 지역은 2개소(TO-17, TO-21)이나 아주 경미한 상태이다. 남쪽의 하류지역에 대한 13개소의 조사 결과 Fig. 5와 같이 피혁 폐기물 매립에 의한 토양오염지역이 3개소(TO-4, TO-7, TO-10), 일반폐기물 매립에 의한 토양오염 지역이 2개소(TO-8, TO-14), 피혁폐기물의 침출수에 의한 토양오염지역이 2개소(TO-9, TO-16), 침출수 확산에 의한 오염지역이 6개소(TO-1, TO-2, TO-3, TO-5, TO-6, TO-15)이며, 기름 유출에 의한 토양오염지역은 1개소(TO-6)로 나타났다. 이들 결과로부터 피혁 및 일반폐기물 분포지역, 유류누출 확산지역 및 침출수 확산지역을 예상하여 나타내면 Fig. 6과 같으며, 기름 유출에 의한 토양오염 예상지역은 유류탱크 매설지점과 TO-2 지점 사이의 지역으로 추정된다. 여기서, 붉은색 표시는 기존도로 및 계획예정도로, 하늘색 선은 토양 및 지하수오염조사를 위한 작업로, 흰색의 사각형 표시는 기존 피혁공장이 있던 자리로서 콘크리트 포장이 되어 있는 것을 나타낸 것이다. 한편, 피혁폐기물의 성상을 분석한 결과 비닐 9.9%, 가죽 40.2%, 플라스틱 5.2%, 고무 23.4%, 그리고 나무, 유리, 금속 및 기타 물질이 21.3%로 구성되어 있다.

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Fig. 5

View of soil contaminated by landfilling with leather-production waste.

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Fig. 6

Soil contamination distribution based on trench survey results.

토양오염

시추조사 결과, 상부는 모래층 내지 실트질 모래층이 우세하게 분포하며, 하부에는 점토층 내지 실트질 점토층이 우세하게 분포하는 것으로 나타났다. BTO-11과 BTO-14는 심도 15 m까지 거의 모래층과 실트질 모래층으로 구성되어 있으며, 점토층은 BTO-2를 중심으로 심도 3 m 하부부터 관찰되고 심부화 되면서 넓게 분포하는 특징을 보인다.

시추 25개소 중 23개소 지점에 대하여 토양오염 분석을 실시하였다. BTO-1~BTO-16 지점은 Table 1과 같이 16개 항목, BH-1~BH-7 지점은 BTO-1~BTO-16 지점의 토양오염 분석 결과 중 우려기준(concern standard) 40%를 초과하는 성분(As, Zn, Ni, TPH)과 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 벤조피렌에 대하여 분석하였다. 연구지역은 토양환경보존법에 따라 토양오염기준 Ⅰ 지역에 해당하는 도시지역, 유통상업지역 및 자연녹지지역으로서, 토양오염우려기준을 초과하는 지점은 Table 1과 같이 BTO-1, BTO-14 및 BTO-15 지점이고 검출항목은 아연과 TPH이다. 중금속류에 대한 분석결과, 토양오염우려기준의 40%를 초과하는 항목은 BTO-1과 BTO-14 지점에서는 아연, BTO-14 지점은 니켈, 그리고 BTO-15 지점에서는 비소로 나타나고 있다. 유류에 대한 분석 결과 BTEX가 BTO-14와 BTO-15에서 검출되며, TPH는 토양오염 우려기준을 초과하여 나타나고 있다. 심도별 지층분포에 따른 토양시료를 냄새 및 육안관찰에 의한 결과, 오폐수 정수처리장 지역인 BTO-1 지점의 모래층 구간인 심도 4.0~7.0 m, BTO-2~BTO-4 지점은 모래층 구간의 심도 3.0~7.0 m에서 오염되어 있으며, 폐기물 매립지역에서 BTO-11과 BTO-16은 3.0~5.0 m, BTO-13 지점은 6.0 m, BTO-14와 BTO-15 지점은 심도 2.0 m에서 9.0~12.0 m까지 오염된 것으로 나타나고 있다.

Table 1.

Results of soil contamination analysis (unit: mg/kg)

Hole
No.
Depth
(m)
Cd Cu Pb As Zn Ni Cr6+ Hg CN P PCB Penol TPH BTEX TCE PCE
BTO-1 4~5 0.03 0.71 2.03 4.74 371.03 15.51 - - - - - - - - - -
BTO-2 1~2 0.06 3.13 4.26 0.59 107.00 11.49 - - 0.01 - - - - - - -
BTO-3 3~ - 0.58 0.82 - 58.66 11.56 - - 0.03 - - - - - - -
BTO-4 6~7 0.01 2.40 3.06 0.57 58.93 14.51 - - 0.01 - - - - - - -
BTO-5 4~5 0.03 2.21 3.00 0.50 52.44 11.95 - - 0.02 - - - - - - -
BTO-6 5~6 0.01 0.97 1.44 0.19 45.86 9.88 - - 0.01 - - - - - - -
BTO-7 4~5 0.01 2.81 2.49 0.24 67.05 16.82 - - 0.02 - - - - - - -
BTO-8 3~4 0.04 2.37 4.47 0.40 49.53 13.22 - - 0.01 - - - - - - -
8~9 0.02 1.96 3.52 0.42 60.83 15.42 - - - - - - - - - -
BTO-9 4~5 0.01 1.13 2.09 0.19 54.37 14.65 - - 0.01 - - - - - - -
BTO-10 4~5 - 0.36 0.83 0.14 62.46 14.75 - - - - - - - - - -
BTO-11 8~9 0.05 0.97 2.05 0.15 58.34 11.33 - - - - - - - - - -
BTO-12 3~4 0.02 1.53 1.96 0.30 48.94 11.09 - - - - - - - - - -
BTO-13 5~6 0.05 2.49 4.10 0.65 44.97 9.97 - - - - - - - - - -
11~12 0.04 2.22 3.03 0.38 52.04 10.28 - 0.015 0.01 - - - - - - -
BTO-14 4~5 0.22 8.97 2.62 1.21 133.50 69.84 - - - - - - 1,790.8 2.99 - -
12~13 0.13 16.23 6.87 0.56 112.85 55.30 - - 0.01 - - - 359.2 1.77 - -
BTO-15 4~5 0.10 11.58 14.63 24.31 108.90 17.89 - - - - - - 564.8 0.67 - -
10~11 0.03 1.84 3.16 0.55 71.79 21.31 - 0.020 - - - - 564.8 0.67 - -
BTO-16 3~4 0.04 1.21 2.80 0.29 66.68 17.27 - - - - - - - - - -
BH-1 2~3 4.99 58.78 14.73 -
BH-2 2~3 8.58 54.28 13.35 -
BH-3 2~3 5.09 54.95 12.87 -
BH-4 3~4 4.15 38.21 7.73 -
BH-5 3~4 5.21 53.31 10.90 -
BH-6 3~4 6.33 64.41 14.04 -
BH-7 3~4 1.86 51.75 10.95 -
Concern
standard
4 150 200 25 300 100 5 4 2 10 1 4 500 - 8 4
Remarks PCB: polychlorinated biphenyl, TPH: total petroleum hydrocarbon, CN: cyanide,
BTEX: benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, TCE: trichlorethylene, PCE: perchlorethylene

수질

침출수와 지하수에 대한 수질분석 결과는 Table 2와 같다. TO-7 지점에서 6가 크롬과 비소가 검출되며, TO-6 지점은 지하수 수질기준(생활용수 기준 5 mg/kg))을 초과하는 6가 크롬이 검출되었다. 지하유류탱크 주변의 BH-1과 BH-2 지점에서 톨루엔이 0.001 mg/ℓ로 미량 검출되었다.

Table 2.

Results of water quality analysis (unit: mg/kg)

Water type Location No. Cd Cr6+ Pb As Hg TCE PCE Penol CN
Leaching
water
TO-6 - 0.172 - - - - - - -
TO-7 - 0.044 - 0.0177 - - - - -
Ground
water
G-1 - - - 0.0003 - - - - -
G-2 - - - 0.0002 - - - - -
G-3 - - - 0.0002 - - - - -

전기비저항 탐사

매립 폐기물의 오염물질에 의한 토양 및 지하수의 오염범위를 파악하기 위하여 전기비저항탐사를 수행하였다.

오 ‧ 폐수 처리장 지역: 토양 및 지하수 분석 결과, 오 ‧ 폐수 처리장의 침출수가 남동쪽의 하류지역을 따라 확산된 것으로 파악되어 남동방향과 교차하는 방향으로 탐사를 실시하였으며, 상류지역이 콘크리트로 포장되어 있어 하류의 1개 측선만을 수행하였다. Fig. 7에 나타낸 바와 같이 전반적으로 수십~수만 ohm-m의 넓은 비저항 분포를 보이고 있으며, 지하수위 심도는 2.0 m 내외이다. 토양오염은 측점 24~32의 2~10 m 심도에 분포하는 3.7~48 ohm-m의 저비저항 이상대 구간으로 추정되며, 하부의 점토층으로 인해 오염범위가 한정된 것으로 판단된다.

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Fig. 7

Results of electric resistivity survey on the EL-1 line.

폐기물 매립지역: 이 지역은 폐건축물과 콘크리트로 포장된 노면을 철거한 상태로서 일부 구간에는 콘크리트와 자갈이 포함된 토사층이 혼재되어 있으며, 탐사결과는 Fig. 8과 같다. 측선 ELH-1의 경우 지표면의 콘크리트가 혼재된 토사층 지역은 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 보여주며, 측점 20~23과 26~29 하부에 분포하는 지하수로 포화된 점토층 지역은 21 ohm-m 이하의 저비저항 이상대를 보인다. 토양오염은 콘크리트로 포장된 지역이므로 없을 것으로 판단되나, 측점 34~37 구간의 21 ohm-m의 저비저항대는 침출수 확산에 의해 미약한 토양오염으로 파악되었다.

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Fig. 8

Results of the electric resistivity survey in the leather-waste landfill area.

측선 ELH-2의 경우 콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층(측점 7~13), 피혁 폐기물과 침출수 확산지역(측점 13~25) 및 성토지역(전석 포함)으로 구성되어 있다. 토양오염은 트렌치조사 및 토양조사 결과 피혁폐기물과 침출수가 존재하는 측점 14~26 구간에서 11 ohm-m이하의 저비저항대를 보여주며, 하부 15.0 m 심도까지 확산되었을 것으로 추정된다. 측점 34~37 구간에 21 ohm-m 이하의 저비저항대는 연못(매립)이 존재했던 지역으로서 사질점토층(퇴적오니층 포함)으로 추정된다. 전기비저항탐사 결과 나타난 저비저항대 구간에 대한 오염여부를 파악하기 위하여 BH-1, BH-2 및 BH-8의 시추를 실시하였다. 토양시료 분석결과 대부분 점토층 내지 실트질 모래로 구성되어 있으며, 육안판별 결과 BH-8의 상부 모래층에서 침출수에 의한 오염이 발견되며, BH-1과 BH-2에서는 미미한 오염이 확인되었다.

측선 ELH-3의 경우 원지반과 전석이 포함된 성토지역으로 구성되어 있다. 측점 24~39 구간은 전석이 혼재된 성토지역의 영향으로 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 보인다. 토양오염은 트렌치 및 토양분석 결과 피혁폐기물과 침출수가 존재하는 측점 21~23과 측점 25~30 구간에서 11 ohm-m 이하의 저비저항대를 보여주며, 하부 10 m 심도까지 확산되었을 것으로 여겨진다. 그러나 측점 21~25 구간의 10 m 하부 심도에 분포하는 저비저항대는 토양오염에 의한 영향보다 점토층의 영향으로 판단된다. 전기비저항탐사 결과 나타난 저비저항대 구간에 대한 오염여부를 파악하기 위하여 BH-4 및 BH-5의 시추를 실시하였다. 토양시료 분석 결과 대부분 점토층 내지 모래층로 구성되어 있으며, BH-4는 상부모래층에서 침출수 확산에 의한 미미한 오염이 확인되며, BH-5에서는 오염징후가 발견되지 않았다. 트랜치 조사로부터 확인된 유류누출지점은 21 ohm-m 이하의 저비저항대를 보이고 있다.

측선 ELH-4의 경우 원지반과 전석이 포함된 성토지역으로 구성되어 있다. 측점 9~39 구간은 전석이 혼재된 성토지역의 영향으로 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 형성하며, 40 ohm-m이하의 저비저항대는 모래질 점토층의 영향으로 여겨진다. 토양오염은 트렌치 조사 결과 침출수가 존재하는 측점 32~33 구간에서 40 ohm-m 이하의 저비저항대를 보여주며, 하부 5 m 심도까지 확산되었을 것으로 추정된다.

측선 ELV-1의 경우 원지반과 콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층 지역으로 구성되어 있다. 측점 3~17 구간은 폐콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층의 영향으로 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 형성하며, 10 ohm-m 이하의 저비저항대는 모래질 점토층의 영향으로 보인다.토양 조사 결과, 토양오염이 확인되지 않는 것으로 볼 때, 21~40 ohm-m 이하의 저비저항대는 토양오염보다는 모래질 점토층의 영향으로 여겨진다.

측선 ELV-2의 경우 콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층(측점 3~16)과 성토지역(측점 16 ~18) 및 원지반(측점 18~30)으로 구성되어 있다. 측점 3~16 구간은 폐콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층의 영향으로 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 형성한다. 토양오염은 토양조사 결과 모래층과 점토층에서 미약한 토양오염의 징후가 관찰되는 것으로 보아, 측점 14~26 구간에서 침출수의 영향으로 11 ohm-m 이하의 저비저항대를 보여준다.

측선 ELV-3의 경우 콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층(측점 3~12), 피혁폐기물과 침출수 확산지역(측점 12~20), 원지반(측점 20~31)으로 구성되어 있다. 측점 3~10 구간은 콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층의 영향으로 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 형성하며, 측점 14~19와 측점 21~26 구간은 점토층의 영향으로 21 ohm-m 이하의 저비저항대를 형성하고 있다. 토양오염은 트렌치 및 토양조사 결과 피혁 폐기물과 침출수가 존재하는 것으로 볼 때, 측점 13~19 구간에서 피혁폐기물과 침출수의 영향으로 21 ohm-m 이하의 저비저항대를 보여주며, 하부 11 m 심도까지 확산되었을 것으로 추정된다.

측선 ELV-4의 경우 콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층(측점 3~12), 피혁폐기물이 혼재된 매립지역(측점 12~13) 및 전석을 포함하는 성토지역(측점 13~39)으로 구성되어 있다.측점 3~10 구간은 콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층의 영향으로 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 보여주고, 측점 12~14 구간은 피혁폐기물이 혼재된 매립지역의 영향으로 40 ohm-m 이하의 저비저항대를 나타내며, 측점 17~39 구간은 성토층의 영향으로 75 ohm-m 이상의 고비저항대를 형성하고 있다. 그러나 측점 11~21 구간의 10 m 하부에 분포하는 21 ohm-m 이하의 저비저항대는 토양조사 결과 점토층으로 확인되었다. 토양오염 현황은 트렌치 및 토양조사 결과 하부에 피혁 폐기물과 침출수가 존재하는 것으로 볼 때, 측점 11~12 구간에서 21 ohm-m 이하의 저비저항대는 피혁 폐기물과 침출수의 영향으로 보이며, 하부 10 m 심도까지 확산되었을 것으로 추정된다. 또한 측점 15~20 구간의 3~7 m 심도(4~21 ohm-m)와 측점 22~27 구간의 5~10 m 심도(75 ohm-m 이하)에 분포하는 저비저항대는 침출수의 확산에 따른 영향으로 추정된다.

측선 ELV-5의 경우 폐콘크리트와 자갈이 혼재된 토사층(측점 3~9), 전석이 혼재된 성토지역(측점 9~39)으로 구성되어 있다. 토사층과 성토지역은 40 ohm-m 이상의 고비저항대를 형성하고 있으며, 측점 3~6 구간과 측점 12~15 구간은 점토층의 영향으로 21 ohm-m 이하의 저비저항대를 나타내고 있다. 토양오염 현황은 트렌치 및 토양조사 결과 하부에 침출수가 존재하는 것으로 볼 때, 측점 6 부근에서 피혁 폐기물과 침출수의 영향으로 저비저항대를 보여주며, 하부 7 m 심도까지 확산되었을 것으로 추정된다. 또한 측점 10~19구간에서 침출수 확산에 의한 영향으로 21~40 ohm-m의 저비저항대를 형성하며, 하부 10 m 심도까지 확산되었을 것으로 판단된다.

탐사 측선을 격자형으로 표시하여 토양과 지하수 오염조사 및 탐사결과를 Fig. 9와 같이 종합하여 오염원 분포 및 침출수 확산경로를 표현하였다. Fig. 9에서 A, B 및 C 표시는 폐기물 매립이 확인된 지역이고, 화살표는 침출수 확산경로, 그리고 빗금친 영역으로 표시된 부분은 트랜치 조사, 토양과 지하수 분석 및 탐사결과로부터 얻어진 토양 및 지하수가 오염된 영역을 나타내고 있다. 한편, 이 연구에서 조사된 결과들을 바탕으로 오염 분포와 침출수 확산경로를 나타내면 Fig. 10과 같다. 그림에서 TO-6은 수질분석결과로부터 6가 크롬이 우려기준을 초과하는 지점이고, 토양오염분석 결과로부터 BTO-1은 아연 우려기준 초과, BTO-14 및 BTO-15는 TPH 우려기준을 초과한 지점을 나타낸 것이다. 중금속 물질에 의한 지하수 오염 예상 경로는 폐기물 매립지에서 발생된 침출수와 공장 폐수가 하류의 침출수 확산경로를 따라 오염된 것으로 파악되며, 오 ‧ 폐수 처리장 지역의 경우 누출된 폐수가 지하수 유동 방향인 동쪽 경로를 따라 오염된 것으로 보인다. 또한, 유류에 의한 토양오염 예상경로는 피혁 폐기물 매립지역내에만 존재하며, 침출수 확산경로를 따라 추가적인 오염은 없는 것으로 파악되었다.

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Fig. 9

Distribution of contamination sources and leachate diffusion pathways (A, B, C = waste landfill areas).

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Fig. 10

Contamination distribution and leachate diffusion pathways based on this study.

이상의 결과들에서 보는 바와 같이 택지개발로 인해 성토지역과 원지반이 혼재된 지역, 폐기물 매립으로 불규칙한 지층분포를 보이는 지역, 토양 및 지하수가 복합적으로 오염된 지역 등에서 오염조사와 전기비저항 탐사를 병행하여 적용하면, 침출수, 유류 및 누출폐수에 의한 수평 및 수직적인 확산경로를 파악하고 토양 및 지하수 오염영역을 산정하는데 유용한 정보를 제공할 뿐만 아니라 오염지역에서 토양 및 지하수 정화전이나 정화완료 후에 오염 예상지역에 대한 모니터링을 계획하는데 도움이 될 것으로 사료된다.

결 론

피혁 폐기물 매립지역에 대한 트랜치 굴착 및 시추를 통하여 얻어진 토양 및 지하수 시료를 채취하고 다양한 분석법에 의해 오염도 평가를 수행하였다. 토양 및 지하수 오염 특성과 오염 경로를 파악하기 위해 전기비저항 탐사를 실시하였으며, 이 지역의 오염 특성 및 탐사 자료를 종합 분석한 결과는 다음과 같다.

(1) 트랜치 굴착에 의한 조사 결과로부터 피혁 폐기물 매립 및 토양오염 지역, 일반 폐기물 및 토양오염 지역, 피혁 폐기물과 침출수 확산에 의한 토양오염 지역 및 유류누출 지역을 확인하였다.

(2) 토양 및 지하수 오염 분석결과, 유류성분(TPH)에 의한 토양오염 우려기준 초과 및 오염 예상지역은 피혁공장의 남서쪽에 위치한 유류탱크 매설지역과 하류의 누출확산지역이며, 중금속 성분에 의한 토양오염 지역은 남서쪽에 위치하고 있는 폐기물 매립지 및 하류지역과 남동쪽에 위치한 오 ‧ 폐수 처리장 하류의 누출폐수 확산지역이다. 6가 크롬에 의한 오염지역은 남서쪽에 위치한 폐기물 매립지역과 하류의 침출수 확산지역으로 평가하였다.

(3) 택지개발 및 폐기물 매립으로 인하여 불규칙한 지층분포를 갖는 연구 지역에서 전기비저항 탐사를 실시한 결과, 저비저항 이상대로부터 오염영역의 공간적 분포와 오염물질의 확산경로를 파악할 수 있었다.

(4) 기초조사, 트랜치 굴착에 의한 육안관찰, 토양 및 지하수 오염 분석 및 전기비저항 탐사를 종합적으로 분석한 결과, 중금속 물질에 의한 지하수 오염 예상 경로는 폐기물 매립지에서 발생된 침출수와 공장 폐수가 하류의 침출수 확산경로를 따라 오염된 것으로 보이며, 오 ‧ 폐수 처리장 지역의 경우 누출된 폐수가 지하수 유동 방향인 동쪽 경로를 따라 오염된 것으로 보인다. 또한, 유류에 의한 토양오염 예상경로는 피혁 폐기물 매립지역내에만 존재하며, 침출수 확산경로를 따라 추가적인 오염은 없는 것으로 파악되었다.

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